Variateurs pour systèmes de propulsion et propulseurs du secteur maritime

De nombreux navires long-courriers exploitent encore la propulsion diesel directe et aucun système de propulsion électrique. Ces navires peuvent améliorer l'efficacité et optimiser la puissance de charge du moteur principal et les émissions en ajoutant un générateur à arbre/moteur entre le propulseur et le moteur principal. Appelée Power Take Out (PTO) et Power Take In (PTI), cette solution est une option électrique qui accroît l'efficacité de ces navires et les prépare déjà au mode hybride. Dans les navires hybrides, un générateur à arbre/moteur bénéficiant de la technologie des variateurs de fréquence permet d'exploiter de manière optimale les systèmes de propulsion à différentes vitesses et donc de réduire la consommation d'énergie.

Les variateurs de fréquence jouent un rôle clé dans le domaine de l'hybridation et de l'intégration, en plus d'offrir des solutions pour les industries maritime et offshore, lesquelles sont en quête de moyens pour réduire la consommation de diesel et les émissions. La tendance à utiliser des carburants plus propres comme le gaz naturel liquéfié (GNL) est déjà bien visible. Or, l'avenir est aux navires fonctionnant de manière entièrement électrique. Dans le même temps, les propriétaires de navires et de chantiers navals investissent de plus en plus dans les systèmes hybrides marins pour accroître la flexibilité au niveau de la conception et de l'installation, optimiser le rendement et minimiser l'impact environnemental. Bon nombre de navires, des plus petites navettes aux gros porte-avions, peuvent exploiter la technologie de l'hybridation pour des performances sous le signe de l'efficacité et de la propreté. 

Les avantages sont clairs :

• meilleures performances des navires ;
• réduction des émissions ;
• réduction des coûts d'exploitation grâce à une consommation inférieure de carburant ;
• réduction des coûts de maintenance des moteurs diesel ;
• réduction des niveaux sonores ;
• amélioration de l'efficacité à long terme du système d'alimentation électrique.

L'hybridation utilise les variateurs de fréquence sous forme de technologie de conversion de puissance et de convertisseur réseau. Les variateurs VACON® sont installés lorsque la production d'énergie hybride est utilisée avec des générateurs et des charges hybridées, par exemple, pour la propulsion et les grues.

Le fonctionnement des navires hybrides est assuré par une ou plusieurs source(s) d'alimentation. Les moteurs principaux et les générateurs sont généralement associés à un stockage intégré de l'énergie sous forme de batteries ou de supercondensateurs. L'objectif premier consiste d'une part à hybrider la production d'énergie pour favoriser l'optimisation du moteur principal et, d'autre part, à hybrider toutes les machines consommant de l'énergie pour optimiser le comportement de la machine.

L'industrie maritime et offshore est bien consciente des avantages potentiels offerts par l'utilisation de systèmes innovants de propulsion à énergie hybride. Ceux-ci réduisent les émissions et la consommation de carburant tout en allongeant les intervalles de maintenance et en prolongeant la durée de vie des moteurs. Les solutions hybrides permettent même de réduire les coûts d'investissement pour les moteurs et de gagner de l'espace à bord.

Pour la production d'énergie, le « temps » est le facteur clé de la flexibilité. Le stockage de l'énergie donne du temps pour que la génération réagisse de façon optimale aux changements de conditions de chargement. En ce qui concerne la charge, le comportement de chargement ne dépend pas de la génération et est constant en termes de « temps ».

Des retours d'information dignes de foi et des objectifs de conception provenant de navires hybrides en service ont démontré que l'utilisation de solutions énergétiques multi-sources pour alimenter les navires peut réduire la consommation de carburant d'environ 20 à 30 %. Vous pouvez décider d'éteindre un moteur diesel et de passer au fonctionnement sur batterie ou sur un générateur plus petit ou bien de débrancher la batterie ou le générateur et de redémarrer le moteur.

Les navires spéciaux, comme les remorqueurs ou les navires de support, passent une bonne partie de leur période d'inactivité avec les moteurs principaux en marche et prêts à répondre, mais sans puissance utilisée pour la propulsion. Avec les solutions hybrides, des batteries et des générateurs diesel plus petits peuvent être utilisés pour alimenter les navires au ralenti, en veille, lors de manœuvres dans les ports ou de trajets sur de courtes distances. Un process similaire peut être utilisé par les ferries fonctionnant en « start/stop » et sur des lignes régulières. En ce qui concerne le positionnement dynamique, les batteries peuvent être utilisées pour fournir l'alimentation nécessaire à la propulsion jusqu'à ce que le moteur principal supplémentaire démarre et accélère pour assurer une alimentation à long terme pour la propulsion.

Les propulseurs doivent offrir une manœuvrabilité précise en mer, laquelle devient possible grâce aux variateurs Danfoss, avec leurs capacités de couple élevées et leurs performances rapides et précises.

Les propulseurs à vitesse variable contrôlés par variateur Danfoss à pas fixe affichent généralement un rendement énergétique 20 à 30 % supérieur à celui des propulseurs à pas variable et à vitesse fixe, qui gaspillent environ 20 % de l'énergie en poussée nulle.

Les propulseurs à vitesse variable contrôlés par fréquence utilisent 50 % d'énergie en moins que les propulseurs hydrauliques à vitesse variable. L'ajout d'une fonction spéciale de préchauffage du moteur rend inutile l'installation d'un appareil de chauffage anti-condensation.

Les propulseurs azimutaux dirigés électriquement fournissent un contrôle plus précis et répondent plus rapidement que le système de direction hydraulique. Au minimum deux moteurs et variateurs en parallèle sont toujours utilisés. Si une combinaison s'arrête, le système de direction continue de fonctionner.

Avec la commande de vitesse variable, il est possible de positionner avec exactitude le gouvernail, ce qui assure un système de commande analogique précis. Dans un appareil à gouverner à palettes rotatives avec pompes hydrauliques réversibles, utilisez un variateur VLT® ou VACON® pour modifier la vitesse et la direction, ce qui permet d'économiser l'énergie, car il fonctionne uniquement lorsque le navire change de cap.