4.3 Propulsion électrique
Ce système repose sur des moteurs électriques pour convertir directement l'énergie électrique en énergie mécanique de propulsion, optimisant ainsi l'efficacité énergétique par rapport aux systèmes thermiques traditionnels. Cette technologie s’appuie sur plusieurs composants essentiels permettant une gestion fine de la production, de la conversion, et de la distribution d’énergie à bord.
Production et stockage de l'énergie
Dans les systèmes de propulsion électrique, des alternateurs génèrent l'énergie électrique nécessaire à partir d’une source mécanique, souvent un moteur thermique ou une turbine. Les avantages principaux de cette solution résident dans l'utilisation des moteurs à leur meilleur rendement, des groupes électrogènes qui permettent d'alimenter soit la propulsion, soit les gros consommateurs, et des gains de places ce qui permet d'avoir plus d'espace commercial et moins de vibration en positionnant les groupes électrogènes dans des endroits stratégiques pour diminuer les bruits.
L'arrivée de la décarbonation entraîne des nouvelles solutions alternatives hybrides, comme les batteries marines ou les piles à combustible. Les batteries constituent un moyen de stockage de l'énergie électrique. Elles sont conçues pour offrir une haute capacité énergétique et supporter des cycles de charge-décharge fréquents. Les batteries au lithium sont largement employées pour leur densité énergétique élevée et leur fiabilité dans des environnements extrêmes.
Conversion de l'énergie
L'énergie des batteries ou piles à combustible produisent du courant continu (DC). Si la propulsion est réalisée par un moteur à courant continu (DC), un convertisseur DC-DC permettra d'adapter la tension à celle nécessaire pour le moteur. Si la propulsion est réalisée par des moteurs synchrones ou moteurs asynchrones, un onduleur permettra de produire le courant alternatif nécessaire.
Gestion de puissance
Un gestionnaire
de puissance ou système de gestion de l'énergie est employé pour assurer la
distribution optimale de l’électricité entre les moteurs de propulsion et les
systèmes auxiliaires, en tenant compte des variations de charge et de la
capacité de stockage disponible. Ce système régule également la tension
d’alimentation, adaptée à chaque composant pour éviter les pertes d’énergie et
optimiser les performances. Ce système pilotera les groupes électrogènes pour les démarrer ou les stopper en fonction des besoins du bord, en gardant une puissance disponible de sécurité.
Gestion de la vitesse du navire
Pour gérer la vitesse du navire, il existe deux principes principaux. Le premier est d'avoir des moteurs électriques qui tournent à vitesse constante et des hélices à pales orientables pour s'adapter à la vitesse souhaitée. La seconde est d'avoir des hélices à pales fixes et des moteurs à vitesse variable. Dans ce cas, un convertisseur de fréquence est employé pour adapter la fréquence du courant alternatif à celle requise par le moteur.
Ces deux méthodes permettent un contrôle précis de la vitesse. Ce type de convertisseur de fréquence est essentiel dans des configurations où les variations de vitesse sont fréquentes, comme dans les manœuvres ou les changements rapides de régime.
Entraînement
direct
Le système d’entraînement direct est un autre atout de la propulsion électrique, où le moteur électrique est connecté directement à l’hélice sans passer par un embrayage. Cette configuration simplifie la transmission, réduit les pertes énergétiques, et augmente l’efficacité mécanique globale du système. En outre, grâce aux hélices orientables, la direction de la poussée peut être ajustée pour des manœuvres de haute précision, optimisant ainsi la manœuvrabilité du navire dans des situations critiques.