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NAVIRE AUTOMOTEUR
L'invention concerne un navire automoteur.
L'invention concerne notamment un navire automoteur affecté à la
navigation sur une distance de consigne située entre un point de départ et un
point
d'arrivée.
De tels navires sont par exemple des navettes maritimes ou fluviales. Le
navire est par exemple du genre ferry ou tout autre navire de transport de
voyageurs
ou de marchandises.
L'un des problèmes des navires automoteurs est leur empreinte en CO2 et le
coût des carburants fossiles.
En effet, les navires fonctionnent habituellement avec des moteurs diesel.
De nombreux systèmes alternatifs au moteur diesel sont connus pour des
navires.
Le document WO 2005/012079 décrit un navire à cellules photovoltaïques
disposées sur une voile, ainsi que des batteries et/ou des condensateurs pour
le
stockage de l'électricité collectée par les cellules. Ce navire est du type
bateau à
voile de plaisance sans moteur Diesel et n'est pas généralisable à l'échelle
d'un
navire de grande taille, tel qu'un ferry de desserte régulière.
Le document EP-B-1 341 694 concerne un navire équipé d'un moteur Diesel
principal et d'un moteur électrique alimenté en électricité par un groupe
électrogène
ayant un autre moteur Diesel.
Le document EP-A-1 531 125 décrit un navire muni pour sa propulsion d'un
moteur électrique, alimenté en électricité à partir de moteurs Diesel et d'une
pile à
combustible.
L'invention vise à obtenir un navire se dispensant de manière partielle ou
totale de ces moteurs à combustion interne pour sa propulsion.
A cet effet, un premier objet de l'invention est un navire automoteur affecté
à
la navigation sur une distance de consigne située entre un point de départ et
un point
d'arrivée, le navire comportant au moins un premier réseau électrique de bord,
au
moins un bus électrique d'alimentation principale, des moyens de propulsion,
au
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moins un moteur d'entraînement desdits moyens de propulsion, et des moyens
d'alimentation électrique pour alimenter le premier réseau électrique de bord
et ledit
au moins un moteur d'entraînement par l'intermédiaire dudit bus électrique
d'alimentation principale,
caractérisé en ce que
les moyens d'alimentation électrique comportent au moins
un ensemble de condensateurs électriques ayant une capacité dimensionnée
pour assurer à leur charge électrique nominale un ratio égal à au moins 5 % à
la fois
de l'alimentation nominale dudit au moins un premier réseau électrique de bord
sur la
1 0 distance
de consigne et de l'alimentation électrique nominale dudit au moins un
moteur électrique d'entraînement permettant d'effectuer la distance de
consigne par
l'intermédiaire dudit bus électrique d'alimentation principale, et
des moyens de connexion électrique agencés à bord du navire pour connecter
l'ensemble de condensateurs électriques à un autre réseau électrique situé au
point
d'arrivée et/ou au point de départ, en vue de recharger les condensateurs à
leur
charge nominale et d'alimenter le premier réseau électrique de bord durant
l'arrêt au
point d'arrivée et/ou au point de départ.
L'invention concerne également un navire automoteur affecté à la navigation
sur une distance de consigne située entre un point de départ et un point
d'arrivée, le
navire comportant au moins un premier réseau électrique de bord, au moins un
bus
électrique d'alimentation principale, des moyens de propulsion, au moins un
moteur
d'entraînement desdits moyens de propulsion, et des moyens d'alimentation
électrique pour alimenter le premier réseau électrique de bord et ledit au
moins un
moteur d'entraînement par l'intermédiaire dudit bus électrique d'alimentation
principale,
caractérisé en ce que
les moyens d'alimentation électrique comportent au moins
un ensemble de condensateurs électriques ayant une capacité dimensionnée
pour assurer à leur charge électrique nominale un ratio égal à au moins 25 % à
la fois
de l'alimentation nominale dudit au moins un premier réseau électrique de bord
sur la
distance de consigne et de l'alimentation électrique nominale dudit au moins
un
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moteur électrique d'entraînement permettant d'effectuer la distance de
consigne par
l'intermédiaire dudit bus électrique d'alimentation principale, et
des moyens de connexion électrique agencés à bord du navire pour connecter
l'ensemble de condensateurs électriques à un autre réseau électrique situé au
point
d'arrivée et/ou au point de départ, en vue de recharger les condensateurs à
leur
charge nominale et d'alimenter le premier réseau électrique de bord durant
l'arrêt au
point d'arrivée et/ou au point de départ.
L'invention concerne également un navire automoteur, le navire comportant
au moins un premier réseau électrique (5) de bord, au moins un bus électrique
(11,
104) d'alimentation principale, des moyens (3) de propulsion, au moins un
moteur
(4, 1004) d'entraînement desdits moyens (3) de propulsion, et des moyens
d'alimentation électrique pour alimenter le premier réseau électrique (5) de
bord et
ledit au moins un moteur (4, 1004) d'entraînement par l'intermédiaire dudit
bus
électrique (11, 104) d'alimentation principale,
caractérisé en ce que
les moyens d'alimentation électrique comportent au moins
un ensemble (10) de condensateurs électriques ayant une capacité
dimensionnée pour assurer à leur charge électrique nominale à la fois
l'alimentation
nominale dudit au moins un premier réseau électrique (5) de bord sur une
distance de
2 0 consigne
et l'alimentation électrique nominale dudit au moins un moteur électrique
(4, 1004) d'entraînement permettant d'effectuer la distance de consigne par
l'intermédiaire dudit bus électrique (11, 104) d'alimentation principale, et
des moyens (25, 111) de connexion électrique agencés à bord du navire pour
connecter l'ensemble (10) de condensateurs électriques à un autre réseau
électrique
situé en un point d'arrivée et/ou en un point de départ du navire, en vue de
recharger
les condensateurs à leur charge nominale et d'alimenter le premier réseau
électrique
(5) de bord durant l'arrêt au point d'arrivée et/ou au point de départ.
L'invention concerne également un navire automoteur, le navire comportant
au moins un premier réseau électrique (5) de bord, au moins un bus électrique
(11,
104) d'alimentation principale, des moyens (3) de propulsion, au moins un
moteur
(4, 1004) d'entraînement desdits moyens (3) de propulsion, et des moyens
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d'alimentation électrique pour alimenter le premier réseau électrique (5) de
bord et
ledit au moins un moteur (4, 1004) d'entraînement par l'intermédiaire dudit
bus
électrique (11, 104) d'alimentation principale,
caractérisé en ce que
les moyens d'alimentation électrique comportent au moins
un ensemble (10) de condensateurs électriques ayant une capacité
dimensionnée pour assurer à leur charge électrique nominale d'une manière au
moins
temporaire à la fois l'alimentation nominale dudit au moins un premier réseau
électrique (5) de bord et l'alimentation électrique nominale dudit au moins un
moteur
électrique (4, 1004) d'entraînement par l'intermédiaire dudit bus électrique
(11, 104)
d'alimentation principale, et
des moyens (25, 111) de connexion électrique agencés à bord du navire pour
connecter l'ensemble (10) de condensateurs électriques à un autre réseau
électrique
situé en un point d'arrivée et/ou en un point de départ du navire, en vue de
recharger
les condensateurs à leur charge nominale et d'alimenter le premier réseau
électrique
(5) de bord durant l'arrêt au point d'arrivée et/ou au point de départ.
L'invention concerne également un navire automoteur, le navire comportant
au moins un premier réseau électrique (5) de bord, au moins un bus électrique
(11,
104) d'alimentation principale, des moyens (3) de propulsion, au moins un
moteur
(4, 1004) d'entraînement desdits moyens (3) de propulsion, et des moyens
d'alimentation électrique pour alimenter le premier réseau électrique (5) de
bord et
ledit au moins un moteur (4, 1004) d'entraînement par l'intermédiaire dudit
bus
électrique (11, 104) d'alimentation principale,
caractérisé en ce que
les moyens d'alimentation électrique comportent au moins
un ensemble (10) de condensateurs électriques ayant une capacité
dimensionnée pour assurer à leur charge électrique nominale à la fois
l'alimentation
nominale dudit au moins un premier réseau électrique (5) de bord et
l'alimentation
électrique nominale dudit au moins un moteur électrique (4, 1004)
d'entraînement
par l'intermédiaire dudit bus électrique (11, 104) d'alimentation principale
pour une
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vitesse de déplacement du navire inférieure ou égale à une vitesse déterminée,
pouvant être par exemple de 5 noeuds, et
des moyens (25, 111) de connexion électrique agencés à bord du navire pour
connecter l'ensemble (10) de condensateurs électriques à un autre réseau
électrique
5 situé en
un point d'arrivée et/ou en un point de départ du navire, en vue de recharger
les condensateurs à leur charge nominale et d'alimenter le premier réseau
électrique
(5) de bord durant l'arrêt au point d'arrivée et/ou au point de départ.
Par exemple, ledit au moins un ensemble de condensateurs électriques a une
capacité dimensionnée pour assurer à leur charge électrique nominale 100 % à
la fois
de l'alimentation nominale dudit au moins un premier réseau électrique (5) de
bord
et de l'alimentation électrique nominale dudit au moins un moteur électrique
(4,
1004) d'entraînement, permettant d'effectuer la navigation là où elle est
assujettie à
une limitation de vitesse déterminée imposée, par exemple de l'ordre de 5
noeuds, à
savoir par exemple dans les ports, les chenaux d'accès à un port (sauf
réglementation
locale) et dans la bande littorale des 300 mètres (à compter de la limite des
eaux),
par l'intermédiaire dudit bus électrique (11, 104) d'alimentation principale.
Suivant des modes de réalisation de l'invention :
- Les moyens de connexion à bord du navire comportent des conducteurs
aptes à être mis en contact lors de l'accostage du navire au point de départ
et/ou au
point d'arrivée avec des conducteurs extérieurs portés par des moyens
mécaniques
situés au point de départ et/ou au point d'arrivée pour compenser les
différences de
hauteur, compenser la distance entre le navire et un quai du point du départ
et/ou
d'arrivée et établir le contact électrique entre le navire et le quai.
- Ou les moyens de connexion à bord du navire comportent des conducteurs
portés par des moyens mécaniques agencés pour compenser les différences de
hauteur entre le navire et un quai du point du départ et/ou d'arrivée et pour
compenser la distance entre le navire et le quai et agencés pour être mis en
contact
électrique lors de l'accostage du navire au point de départ et/ou au point
d'arrivée
avec des conducteurs extérieurs agencés au quai.
- Les conducteurs des moyens de connexion du navire sont agencés pour être
mis en contact, lors de l'accostage du navire au point de départ et/ou au
point
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d'arrivée, avec des conducteurs extérieurs portés par au moins un pantographe
situé
au point de départ et/ou au point d'arrivée, le pantographe étant capable de
compenser les différences de hauteur, compenser la distance entre le navire et
un
quai du point du départ et/ou d'arrivée et établir le contact électrique entre
le navire
et le quai.
- Les moyens de connexion électrique sont agencés à bord du navire pour
connecter l'ensemble de condensateurs électriques à un autre réseau électrique
situé
au point d'arrivée et/ou au point de départ, en vue de recharger les
condensateurs à
leur charge nominale et d'alimenter le premier réseau électrique de bord et
ledit au
moins un moteur d'entrainement durant l'arrêt au point d'arrivée et/ou au
point de
départ.
- L'ensemble des condensateurs est du type super capacités.
- Les moyens d'alimentation comprennent au moins un groupe électrogène de
soutien et de secours entraîné par au moins un moteur à combustion alimenté
par
une réserve de carburant embarquée.
- L'ensemble de condensateurs électriques possède une capacité
dimensionnée pour assurer à leur charge électrique nominale à la fois un ratio
égal à
au moins 50 % de l'alimentation nominale dudit au moins un premier réseau
électrique de bord sur la distance de consigne et de l'alimentation électrique
nominale dudit au moins un moteur électrique d'entraînement permettant
d'effectuer
la distance de consigne par l'intermédiaire dudit bus électrique
d'alimentation
principale.
- L'ensemble de condensateurs électriques possède une capacité
dimensionnée pour assurer à leur charge électrique nominale à la fois un ratio
supérieur ou égal à 100 % de l'alimentation nominale dudit au moins un premier
réseau électrique de bord sur la distance de consigne et de l'alimentation
électrique
nominale dudit au moins un moteur électrique d'entraînement permettant
d'effectuer
la distance de consigne par l'intermédiaire dudit bus électrique
d'alimentation
principale.
- L'ensemble de condensateurs électriques possède une capacité
dimensionnée pour assurer à leur charge électrique nominale à la fois un ratio
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supérieur ou égal à 130 % de l'alimentation nominale dudit au moins un premier
réseau électrique de bord sur la distance de consigne et de l'alimentation
électrique
nominale dudit au moins un moteur électrique d'entraînement permettant
d'effectuer
la distance de consigne par l'intermédiaire dudit bus électrique
d'alimentation
principale.
- L'ensemble de condensateurs électriques possède une capacité
dimensionnée pour assurer à leur charge électrique nominale à la fois un ratio
supérieur ou égal à 260 % de l'alimentation nominale dudit au moins un premier
réseau électrique de bord sur la distance de consigne et de l'alimentation
électrique
1 0 nominale dudit au moins un moteur électrique d'entraînement
permettant d'effectuer
la distance de consigne par l'intermédiaire dudit bus électrique
d'alimentation
principale.
- L'ensemble de condensateurs électriques possède une capacité
dimensionnée pour assurer à leur charge électrique nominale une énergie
stockée de
valeur supérieure ou égale à la valeur suivante Emin :
r
E min:= L.(2=T + m.
0.453+ 0.4425C b - 0.2862=C m- 0.003467- + 0.3696C wp ,v2.p.v2.D
avec
L = Longueur de flottaison de la carène du navire en mètreõ .
2 0 B = Largeur de la flottaison de la carène du navire en mètre,
T = Tirant d'eau du navire en pleine charge en mètre,
V = la plus grande vitesse de service en mètre par seconde que le navire peut
maintenir lorsqu'il est à son déplacement maximal,
p = la masse spécifique de l'eau en tonne/m3,
DSPL = Déplacement du navire en pleine charge en m3,
ch = coefficient Blok = DSPL / (LxBxT),
Cwp = Coefficient de flottaison,
Aw = Surface de la ligne de flottaison en pleine charge en m2,
Cwp = Aw / ( LxB ),
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Cm = Coefficient de la section principale = Section transversale principale /
(
B x T ) ;
Section transversale principale = la plus grand section transversale du navire
en m2 en pleine charge sous la ligne de flottaison,
D = distance de consigne en mètre,
Emin en Joule étant définie pour chaque coque du navire, et dans le cas d'un
navire multicoque, l'énergie stockée totale étant égale à la somme des
énergies
définies pour chacune des coques.
- L'ensemble des condensateurs sont sous la forme d'une pluralité de
modules, chaque module contenant des composants du type super capacités pour
que chaque module forme une capacité équivalente supérieure à 10 F.
- L'ensemble des condensateurs sont sous la forme d'une pluralité de
modules, chaque module contenant des composants du type super capacités pour
que chaque module ait une tension de charge nominale d'au moins 25 V.
- L'ensemble des condensateurs sont sous la forme d'une pluralité de
modules, chaque module contenant des composants du type super capacités pour
que chaque module ait une tension de charge nominale d'au moins 100 V.
- Les super capacités ont un nombre de cycles admissibles nominal supérieur
ou égal à 100 000.
- L'ensemble de condensateurs comporte des moyens pour mettre plusieurs
modules en série.
- L'ensemble de condensateurs comporte une pluralité de branches, des
moyens pour mettre les branches en parallèle, chaque branche comportant
plusieurs
modules aptes à être mis en série.
- Le navire est muni de moyens de circuit électrique dimensionné pour
permettre la charge nominale de l'ensemble de condensateurs depuis une charge
nulle en une durée inférieure ou égale à 10 minutes.
- L'ensemble des condensateurs est relié audit bus de courant continu
connecté au premier côté continu d'au moins un convertisseur continu-
alternatif,
dont le côté alternatif est relié audit au moins un moteur électrique
d'entraînement et
audit premier réseau électrique de bord pour leur alimentation en courant
alternatif,
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le bus continu étant également relié au premier côté continu d'au moins un
autre
convertisseur continu-alternatif, dont le deuxième côté alternatif est relié à
des
conducteurs d'entrée, destinés à être connectés à une source extérieure de
courant
alternatif pour le rechargement des condensateurs.
- Ou l'ensemble des condensateurs est relié au premier côté continu d'au
moins un premier convertisseur continu-continu, dont le deuxième côté continu
est
relié audit bus de courant continu connecté au premier côté continu d'au moins
un
convertisseur continu-alternatif, dont le côté alternatif est relié audit au
moins un
moteur électrique d'entraînement et audit premier réseau électrique de bord
pour
leur alimentation en courant alternatif, le bus continu étant également relié
au
premier côté continu d'au moins un convertisseur continu-continu, dont le
deuxième
côté continu est relié à des conducteurs d'entrée, destinés à être connectés à
une
source extérieure de courant continu pour le rechargement des condensateurs.
- Ou l'ensemble des condensateurs est relié au premier côté continu d'au
moins un premier convertisseur continu-alternatif, dont le deuxième côté
alternatif
est relié audit bus de courant alternatif, l'ensemble des condensateurs étant
également
relié au premier côté continu d'au moins un deuxième convertisseur continu-
alternatif, dont le deuxième côté alternatif est relié à des conducteurs
d'entrée
destinés à être connectés à une source extérieure de courant alternatif pour
le
rechargement des condensateurs et l'alimentation du réseau de bord, le bus
alternatif
étant relié directement au premier réseau électrique de bord, le bus
alternatif étant
relié au premier côté alternatif d'au moins un convertisseur alternatif-
alternatif, dont
le deuxième côté alternatif est relié audit au moins un moteur électrique
d'entraînement pour son alimentation en courant alternatif
- Ou l'ensemble des condensateurs est relié audit bus de courant continu
connecté au premier côté d'entrée continu d'au moins un convertisseur continu-
continu, dont le deuxième côté de sortie continu est relié audit au moins un
moteur
électrique continu d'entraînement pour son alimentation en courant continu, le
bus
de courant continu étant également relié au premier côté continu d'au moins un
premier convertisseur continu-alternatif, dont le côté alternatif est relié
audit premier
réseau électrique de bord pour son alimentation en courant alternatif, le bus
continu
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étant également relié au premier côté continu d'au moins un autre
convertisseur
continu-alternatif, dont le deuxième côté alternatif est relié à des
conducteurs
d'entrée, destinés à être connectés à une source extérieure de courant
alternatif pour
le rechargement des condensateurs.
5 - Ou
l'ensemble des condensateurs est relié au premier côté continu d'au
moins un premier convertisseur continu-alternatif, dont le deuxième côté
alternatif
est relié audit bus de courant alternatif, l'ensemble des condensateurs étant
également
relié au premier côté continu d'au moins un deuxième convertisseur continu-
alternatif, dont le deuxième côté alternatif est relié à des conducteurs
d'entrée
10 destinés à
être connectés à une source extérieure de courant alternatif pour le
rechargement des condensateurs et l'alimentation du réseau de bord, le bus
alternatif
étant relié directement au premier réseau électrique de bord, le bus
alternatif étant
relié au premier côté alternatif d'au moins un convertisseur alternatif-
continu, dont le
deuxième côté continu est relié audit au moins un moteur électrique continu
d'entraînement pour son alimentation en courant continu.
- Ou l'ensemble (10) des condensateurs est relié au premier côté continu (42)
d'au moins un convertisseur continu-continu (41), dont le deuxième côté
continu
(43) est relié audit bus de courant continu (11) connecté au premier côté
continu
(12, 15, 18) d'au moins un convertisseur continu-alternatif (13, 16, 19), dont
le côté
alternatif (14, 17, 20) est relié audit au moins un moteur électrique (4)
d'entraînement et audit premier réseau électrique de bord (5) pour leur
alimentation
en courant alternatif, le bus continu (11) étant également relié au premier
côté
continu (22) d'au moins un autre convertisseur continu-alternatif (23), dont
le
deuxième côté alternatif (24) est relié à des conducteurs (25) d'entrée,
destinés à être
connectés à une source extérieure (100, S) de courant alternatif pour le
rechargement des condensateurs.
- Ou l'ensemble (10) des condensateurs est relié au premier côté continu (42)
d'au moins un convertisseur continu-continu (41), dont le deuxième côté
continu
(43) est relié audit bus de courant continu (11) connecté au premier côté
d'entrée
continu d'au moins un convertisseur continu-continu (1005, 1006), dont le
deuxième
côté de sortie continu est relié audit au moins un moteur électrique (1004)
continu
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d'entraînement pour son alimentation en courant continu, le bus de courant
continu
(11) étant également relié au premier côté continu (12) d'au moins un premier
convertisseur continu-alternatif (13), dont le côté alternatif (14) est relié
audit
premier réseau électrique de bord (5) pour son alimentation en courant
alternatif, le
bus continu (11) étant également relié au premier côté continu (22) d'au moins
un
autre convertisseur continu-alternatif (23), dont le deuxième côté alternatif
(24) est
relié à des conducteurs (25) d'entrée, destinés à être connectés à une source
extérieure (100, S) de courant alternatif pour le rechargement des
condensateurs.
- Ou le bus (11) est à courant continu, l'ensemble (10) de condensateurs
est
relié au bus (11) par l'intermédiaire d'au moins un convertisseur (41) continu-
continu.
- Lesdits moyens de connexion électriques à bord du navire sont situés près
de la zone d'accostage de celui-ci et comprennent des conducteurs aptes à être
mis
en contact avec des conducteurs complémentaires restant au point de départ
et/ou au
point d'arrivée pour la recharge des condensateurs.
- Les conducteurs dits rapides du navire sont agencés pour être mis en
contact, lors de l'accostage du navire, avec lesdits conducteurs extérieurs
portés par
un bras et ou un pantographe mobile situé au point de départ et/ou au point
d'arrivée.
- Les pantographes maintenu en position à proximité du point de départ sont
aptes à être mis en contact lors de l'accostage du navire au point de départ
et/ou au
point d'arrivée avec lesdits conducteurs nus de moyens de connexion
(caténaire)
situé sur des montants positionné à proximité des points d'accostages sur le
navire.
- Ou les conducteurs dits rapides du navire sont portés par un bras
mécanique
et ou un pantographe mobile et agencés pour être mis en contact, lors de
l'accostage
du navire, avec lesdits conducteurs extérieurs situé au point de départ et/ou
au point
d'arrivée.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre,
donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins
annexés,
3 0 sur lesquels :
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- la figure 1 représente un schéma électrique global du navire suivant un
premier mode de réalisation à base d'un bus de courant continu et d'un moteur
de
propulsion à courant alternatif,
- la figure 2 représente un schéma électrique global du navire suivant un
deuxième mode de réalisation à base d'un bus de courant alternatif et d'un
moteur de
propulsion à courant alternatif,
- la figure 3 représente un schéma électrique global du navire suivant une
variante de la figure 1 à base d'un bus de courant continu et d'un moteur de
propulsion à courant continu,
1 0 - la figure 4 représente un schéma électrique global du navire suivant
une
variante de la figure 2 à base d'un bus de courant alternatif et d'un moteur
de
propulsion à courant continu,
- la figure 5 représente en perspective un exemple de réalisation des
moyens
de connexion du navire suivant l'invention,
- la figure 6 est une vue agrandie en perspective d'une partie de la figure 5,
- la figure 7 représente en perspective une variante de la figure 5,
- la figure 8 est une vue agrandie en perspective d'une partie de la figure
7,
- la figure 9 représente un schéma électrique global du navire suivant un
troisième mode de réalisation à base d'un bus de courant continu et d'un
moteur de
2 0 propulsion à courant alternatif,
- la figure 10 représente un schéma électrique global du navire suivant un
quatrième mode de réalisation à base d'un bus de courant continu et d'un
moteur de
propulsion à courant alternatif.
Aux figures, le navire 1 comporte une coque 2 et des moyens 3 de propulsion
dans l'eau, tels que par exemple une ou plusieurs hélices 3.
Les moyens 3 de propulsion sont mis en mouvement par un ou plusieurs
moteurs 4 électriques.
Le navire 1 comporte également un réseau 5 électrique de bord comprenant
par exemple l'éclairage 5c, le chauffage 5d, les systèmes de sécurité et de
navigation,
la conduite des machines, les espaces vie et toutes les installations
électriques à bord
du navire, autres que le ou les moteurs 4 servant à la propulsion.
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Suivant l'invention, le réseau électrique 5 de bord et le ou les moteurs
électriques 4 de propulsion sont alimentés en électricité à partir d'un
ensemble
embarqué 10 de condensateurs électriques et éventuellement de groupes
électrogènes.
La capacité électrique de l'ensemble 10 est dimensionnée pour pouvoir
assurer de 5 à 100 % de la capacité nominale correspondant à la propulsion du
navire 1 sur une distance de consigne prescrite correspondant à la navigation
entre
un point de départ et un point d'arrivée, ce point d'arrivée pouvant être
différent ou
identique au point de départ.
1 0 La
capacité électrique et la charge électrique nominale de l'ensemble 10 de
condensateurs est calculée pour pouvoir assurer le ratio R de 5 à 100 %
d'autonomie en alimentation d'électricité du ou des moteurs 4 de propulsion du
navire et pour fournir l'électricité consommée pendant le trajet par le réseau
électrique 5 de bord.
D'une manière générale, 5 % < R < 100 %. Notamment, R? 25 %, ou R?
50%.
Pour avoir une plus grande sécurité, 100 % < R < 130 % ou 130 % < R <
260 %, ou 100 % < R < 260 %, ou R 260%, en considérant que 100% correspond
à un trajet aller du point de départ au point d'arrivée ou un trajet retour du
point
2 0 d'arrivée
au point de départ, 30 % à une marge de sécurité par trajet, 200 % à un
trajet aller et un trajet retour, et 60 % à une marge de sécurité pour un
trajet aller et
un trajet retour.
En particulier, l'ensemble 10 de condensateurs comporte des composants du
type super-capacités capables d'être rechargées de manière très rapide durant
le
temps limité des escales, puis d'être déchargées lentement durant la traversée
du
point de départ et/ou du point d'arrivée. Les condensateurs de l'ensemble 10,
sont
par exemple regroupés en plusieurs modules distincts ayant chacun un boîtier
extérieur distinct. L'ensemble 10 comporte ainsi par exemple plusieurs bancs
de
super-capacités.
Un exemple de dimensionnement pour un navire affecté au parcours d'une
distance de consigne fixe est le suivant :
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- pour un ferry de 2300 tonnes et d'environ 100 mètres de long, devant
transporter jusqu'à 350 passagers, 115 voitures et 10 camions poids lourds sur
une
distance de consigne de 2 à 3 miles nautiques à une vitesse d'environ 12 à 13
noeuds,
un aller simple sur cette distance de consigne nécessite une énergie de 185
kWh;
- pour tenir compte du vent, des vagues et des manoeuvres au point de départ
et au point d'arrivée, on ajoute une marge de 30 %, ce qui donne une énergie
nominale à stocker dans les condensateurs de 240 kWh;
- la tension du ou des moteurs électriques 4 est de 500 à 1000 V,
typiquement 690 V;
- pour former l'ensemble 10, on utilise 2650 modules de condensateurs,
chaque module faisant 63 F de capacité, les modules représentant une capacité
électrique équivalente de 2520 F ; les modules ont chacun une tension nominale
de
125 V ; ces modules de condensateurs représentant un poids de 150 tonnes sur
les
2300 tonnes du ferry.
- Les modules de super-capacités sont par exemple les modules ayant la
référence BMOD0063-125V de la société MAXWELL TECHNOLOGIES ayant
chacun une capacité nominale de 63 F et une tension nominale de fonctionnement
de
125 V, basée sur des super-capacités du type BOOSTCAP BCAP3000 ayant une
capacité de 3000 F et une tension de fonctionnement de 2,7 V.
2 0 - Ce type
de condensateur permet d'être chargé à sa tension nominale de
charge en environ 5 minutes. Ce temps d'arrêt au point de départ et au point
d'arrivée peut être exploité pour l'embarquement et le débarquement des
passagers et
des véhicules.
- Ce dimensionnement tient compte du trajet durant environ 12 minutes entre
le point de départ et le point d'arrivée, d'au total 2 à 3 minutes de temps de
manoeuvre pour accoster au point de départ et au point d'arrivée.
- Cet exemple d'ensemble 10 de condensateurs permet d'effectuer un cycle
complet de 20 minutes permettant de parcourir la distance de consigne de 2 à 3
miles
et de recharger les condensateurs pour effectuer un nouveau cycle.
Bien entendu, le navire peut être autre qu'un navire affecté au parcours d'une
distance de consigne.
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Bien entendu, les condensateurs pourraient être utilisés pour parcourir
seulement une partie d'une distance, le reste de la distance étant parcouru en
étant
alimenté par un ou plusieurs moteurs Diesel prévus sur le navire. Un système
peut
être prévu sur le navire pour basculer entre l'alimentation par l'ensemble 10
de
5
condensateurs et l'alimentation par moteur(s) Diesel. En particulier, une
possibilité
est d'effectuer le parcours d'une distance avant port et/ou après port, c'est-
à-dire
dans la zone proche du port, uniquement par l'alimentation de l'ensemble 10 de
condensateurs, pour éviter la pollution due aux moteurs Diesel. Cette zone
fait par
exemple moins d'un mille nautique jusqu'au port, par exemple environ 0.3 mille
10 nautique.
L'ensemble 10 de condensateurs est par exemple utilisé pour l'alimentation
pour les vitesses de déplacement basses, par exemple inférieures à une vitesse
de
consigne, pouvant être par exemple de l'ordre de 5 noeuds, qui correspond en
général à la limitation de vitesse dans les ports, les chenaux d'accès aux
ports et la
bande littorale.
15 Dans le
mode de réalisation de la figure 1, l'ensemble 10 de condensateurs est
relié directement à un bus continu 11. Le bus continu 11 est relié au premier
côté
continu 12 d'un premier convertisseur continu-alternatif 13, dont le deuxième
côté
alternatif 14 est relié au réseau électrique 5 de bord. Le bus continu 11 est
relié au
premier côté continu 15 d'un deuxième convertisseur continu-alternatif 16,
dont le
deuxième côté alternatif 17 est relié au moteur électrique 4 pour l'alimenter
en
courant électrique alternatif pour entraîner en rotation une première hélice 3
de
propulsion. Dans le cas où une autre hélice 3 de propulsion est prévue, le bus
continu 11 est relié au premier côté continu 18 d'un troisième convertisseur
continu-
alternatif 19, dont le deuxième côté alternatif 20 est relié à un autre moteur
électrique 4 pour l'alimenter en courant électrique alternatif afin
d'entraîner en
rotation une autre hélice 3 de propulsion.
Le bus continu 11 est également relié sur le navire 1 par des conducteurs
électriques 21 au premier côté continu 22 d'un quatrième convertisseur continu-
alternatif 23, dont le deuxième côté alternatif 24 est relié à des deuxièmes
conducteurs électriques de courant alternatif 25. Ces conducteurs électriques
25 sont
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destinés à être reliés à une source de courant alternatif lorsque le navire se
trouve au
point de départ et/ou point d'arrivée.
A cet effet, le point de départ et/ou le point d'arrivée, comportant par
exemple un quai, comporte un réseau électrique terrestre S, apte à fournir du
courant
électrique alternatif sur des conducteurs de sortie 100 extérieurs, ne faisant
pas
partie du navire. Lorsque le navire est arrêté au point de départ et/ou au
point
d'arrivée comportant ces conducteurs 100 de sortie, on branche les conducteurs
25
sur les conducteurs de sortie 100 pour recevoir du courant alternatif
provenant de la
source située à ce point de départ et/ou à ce point d'arrivée. La figure 1
représente le
navire dans cette situation. Le courant fourni par les conducteurs 100 de
sortie
recharge alors l'ensemble 10 de condensateurs à sa charge électrique nominale
et
alimente le premier réseau de bord 5 et les moteurs 4 d'entrainement. Puis on
débranche les conducteurs 25 par rapport aux conducteurs 100 de sortie et le
navire
quitte ensuite le point de départ et/ou le point d'arrivée.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, l'ensemble 10 de condensateurs est
relié au premier côté continu 101 d'un premier convertisseur continu-
alternatif 102,
dont le deuxième côté alternatif 103 est relié à un bus alternatif 104. Le bus
alternatif
104 est relié directement au réseau 5 électrique de bord. Le bus alternatif
104 est
relié au premier côté alternatif 105 d'un deuxième convertisseur alternatif-
alternatif
106 dont le deuxième côté alternatif 107 est relié au moteur électrique 4 pour
l'alimenter en courant alternatif afin d'entraîner en rotation une première
hélice 3 de
propulsion. Dans le cas où une autre hélice 3 de propulsion est prévue, le bus
alternatif 104 est relié au premier côté 108 d'un troisième convertisseur
alternatif-
alternatif 109, dont le deuxième côté alternatif 110 est relié à un autre
moteur
électrique 4 pour l'alimenter en courant alternatif, afin d'entraîner en
rotation cette
autre hélice 3 de propulsion. L'ensemble 10 de condensateurs est également
relié au
premier côté continu 121 d'un deuxième convertisseur continu-alternatif 122,
dont le
deuxième côté alternatif 123 est relié à des conducteurs électriques 111. Les
conducteurs électriques 111 sont destinés à être branchés sur des conducteurs
100
de sortie situés au point de départ et/ou au point d'arrivée lors de l'arrêt
du navire en
ce point de départ et/ou en ce point d'arrivée.
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La figure 3 est une variante de la figure 1, où le ou les moteurs 4 à courant
alternatif sont remplacés par un ou des moteurs 1004 à courant continu et où
le ou
les convertisseurs 16, 20 sont remplacés par un ou des convertisseurs continu-
continu de type hacheur 1005, 1006 entre le bus continu 11 et le ou les
moteurs
1004 continus, pour transformer la tension continue du bus continu 11 en une
tension continue variable pour le fonctionnement du ou des moteurs 1004
continus.
La figure 4 est une variante de la figure 2, où le ou les moteurs 4 à courant
alternatif sont remplacés par un ou des moteurs 1004 à courant continu et où
le ou
les convertisseurs 106, 109 sont remplacés par un ou des convertisseurs
alternatif-
continu 1007, 1012, par exemple un ou des redresseurs, entre le bus alternatif
104
et le ou les moteurs 4 continus pour fournir au moteur(s) 4 une tension
continue
variable. Le côté alternatif 1008 du convertisseur 1007 alternatif-continu est
relié au
bus alternatif 104. Le côté continu 1009 du convertisseur 1007 alternatif-
continu est
relié à un premier moteur continu 1004 d'entraînement en rotation de la
première
hélice 3 de propulsion. Le côté alternatif 1010 du convertisseur 1012
alternatif-
continu est relié au bus alternatif 104. Le côté continu 1011 du convertisseur
1012
alternatif-continu est relié à un deuxième moteur continu 1004 d'entraînement
en
rotation de la deuxième hélice 3 de propulsion.
Dans un autre mode de réalisation, le convertisseur 23 ou 122 se trouve non
pas sur le navire, mais en amont des conducteurs de sortie 100. Les
conducteurs 100
alimentent dans ce mode de réalisation directement le bus principal de courant
continu 11.
La figure 5 représente un des exemples de réalisation des moyens de
connexion 25, 111 et 100.
Les conducteurs 25, 111 de connexion situés sur le navire sont par exemple
prévus sur un montant ou support 140 situé à la poupe et/ou à la proue du
navire 1,
et ce du côté bâbord et/ou tribord, par exemple babord et tribord, à la poupe
2a et à
la proue 2b à la figure 5, le support 140 étant tourné vers le point de départ
PD et/ou
le point d'arrivée PA lors de l'accostage (l'échelle de la distance entre les
points PA
et PD n'étant pas respectée à la figure 5). Les conducteurs 100 de sortie
reliés à la
source d'électricité S sont par exemple du type pantographe.
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Le moyen de connexion situé au point de départ et/ou au point d'arrivée
comprend un moyen 202, par exemple sous la forme d'un poteau 202, qui supporte
au moins un pantographe 203. Par exemple, à la figure 5, il est prévu deux
poteaux
202 supportant chacun un pantographe 203, pour venir en contact chacun avec
les
conducteurs 25 ou 111 d'un support 140 associé. Bien entendu, il peut être
prévu un
nombre quelconque de couples support 140 - pantographe 203, ce nombre étant au
moins égal à un.
La figure 6 est une vue agrandie d'un support 140 situé sur le navire et d'un
pantographe 203 porté par son poteau 202 fixé au point de départ ou au point
d'arrivée. Le pantographe 203 comporte des conducteurs 204 tournés vers
l'extérieur par rapport à la terre, ces conducteurs 204 étant reliés aux
conducteurs
100 de sortie, eux-mêmes reliés à la source de courant alternatif terrestre S.
Le
pantographe 203 est par exemple prévu sur le quai ou la passerelle
d'embarquement
et de débarquement 207 où le navire 1 doit accoster ainsi que représenté à la
figure
5.
Le montant 140 du navire supporte un moyen de liaison des conducteurs 25,
111 au pantographe 204 lors de l'accostage.
Ces moyens de liaison sont par exemple formées par deux conducteurs nus et
distincts (caténaires) 130, 131 tendus devant le montant 140 situé à l'avant
et à
l'arrière du navire, permettant aux conducteurs 204 du pantographe 203 de
glisser
sur les conducteurs 130, 131 et de compenser les mouvements du navire 1 en
fonction de son chargement et des mouvements de la surface de l'eau. Les
conducteurs nus 130 et 131 s'étendent sur une plage 132 ayant une hauteur
déterminée, pour que les conducteurs 204 du pantographe puissent monter et
descendre dans cette plage de hauteur 132 au gré des mouvements du navire. Le
pantographe assure une possibilité de déplacement horizontal de ses
conducteurs 204
par rapport au support 202 en contraignant ses conducteurs 204 à être
appliqués
contre les conducteurs 130 et 131, au gré des mouvements du navire. Le
pantographe a également un degré de liberté en hauteur de ses conducteurs 204
par
rapport au support 202, au gré des mouvements du navire.
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Lorsque le bateau a accosté, les conducteurs 130 et 131 du navire 1 touchent
de manière permanente les conducteurs 204 du pantographe 203 pour recharger
pendant une durée prescrite l'ensemble 10 de condensateurs à partir de la
source S.
Le courant alternatif fourni par la source S aux conducteurs 25, 111 est
alternatif
haute tension, avec par exemple une tension efficace de l'ordre de 20000 V. Le
pantographe permet un ajustement aux mouvements d'avancée et de recul du
navire,
puis un ajustement aux mouvements de l'eau. Les poteaux 202 sont par exemple
prévus sur une avancée latérale 205 du quai 207. Par exemple deux avancées
latérales 205 et 206 sont prévues, entre lesquelles se trouve la zone 207
d'embarquement et de débarquement de passagers et/ou de véhicules sur un quai,
la
distance entre les deux avancées 205 et 206 étant supérieure à la largeur du
navire en
sa poupe et/ou en sa proue pour un accostage de la poupe ou de la proue au
quai
207.
Les figures 7 et 8 représentent une variante des figures 6 et 7, où le support
202 est mobile par rapport au point de départ PD et/ou au point d'arrivée PA.
Le
support 202 est prévu sur un flotteur 200 passant dans un guide 201 fixé à
terre. Le
guide 201 maintient le poteau en position en coordonnées horizontales, avec un
degré de liberté en hauteur au gré des mouvements de la surface W de l'eau sur
lequel se trouve le flotteur 200.
Dans une autre mode de réalisation, le pantographe décrit ci-dessus pourrait
être prévu sur le navire, les conducteurs 25 ou 111 étant reliés sur le navire
aux
conducteurs 204 du pantographe 203, et les conducteurs 130, 131 étant reliés à
la
source S de courant et étant prévus au point de départ et/ou au point
d'arrivée.
Dans un autre mode de réalisation, les moyens de connexion 25, 111 et 100
pourraient être également sous la forme d'un robot ou d'un bras mécanique sur
le
navire et/ou sur le quai.
Les super capacités ou super condensateurs ou modules utilisés ont un
nombre de cycles admissibles supérieur ou égal à 100 000, voire à 500 000 ou
1 000 000. Les super capacités utilisés dans l'ensemble 10 présentent
l'avantage d'un
grand nombre possible de cycles de travail en charge et décharge, qui est d'un
million
dans l'exemple de dimensionnement mentionné ci-dessus.
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On améliore donc la longévité de l'alimentation énergétique du navire. Ainsi,
dans le cas d'un ferry devant effectuer 25 allers-retours par jour, soit 50
trajets, la
durée de vie de l'ensemble de condensateurs est d'environ 30 ans.
Les super capacités ou super condensateurs ou modules utilisés sont utilisés
5 avec un circuit électrique embarqué et dimensionné sur le navire
permettant une
charge nominale en un temps inférieur ou égal à 10 minutes, voire inférieur ou
égal à
5 minutes ou 3 minutes pour que la charge puisse être faite pendant un temps
d'arrêt
au point de départ et/ou au point d'arrivée. Le circuit électrique sur le
point de
départ et/ou le point d'arrivée est également dimensionné pour permettre ce
temps
10 de charge, avec un transformateur dimensionné de manière adéquate pour
arriver
aux moyens de connexion.
Les modules sont par exemple disposés en série pour arriver à une tension
requise en pleine charge, de par exemple 960 V continus dans l'exemple
numérique
ci-dessus, où 8 modules sont mis en série, apportant chacun 120 à 125 V. Par
15 exemple, au moins deux ou trois modules sont en série. Plusieurs
branches, avec
dans chaque branche au moins deux ou trois modules en série, sont par exemple
mises en parallèles dans l'ensemble 10, par exemple 320 branches de chacune 8
modules en série dans l'exemple numérique ci-dessus.
Le moyen de connexion décrit en référence aux figures assure une connexion
20 rapide du navire pour la recharge des condensateurs. Dans un mode de
réalisation, le
navire comporte au moins un moteur diesel de soutien et de secours et une
réserve
de carburant pour effectuer des convoyages et faire face à des fortunes de
mer.
Dans les conditions normales de navigation sur un trajet de consigne entre un
point de départ et un point d'arrivée, l'ensemble 10 de super-capacité peut
être
dimensionné pour fournir la totalité de la source d'énergie nécessaire au
trajet. Le
moteur diesel peut venir en soutien ou en secours d'alimentation de l'ensemble
(10),
du bus de puissance 11 ou 104, ainsi que le réseau de bord 5 du navire, mais
n'est
pas la seule source d'énergie principale. Suivant un mode de réalisation, le
navire est
également équipé d'au moins un groupe électrogène qui peut alimenter le bus de
puissance 11 et le réseau électrique de bord 5.
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Par rapport au navire propulsé par des moteurs diesel à base de carburant
fossile, le navire peut sur des trajets de consigne avoir comme source
d'énergie
principale l'électricité fournie par le quai. Cela diminuera considérablement
l'empreinte CO2 du navire et réduit de manière considérable les coûts de
carburant
pour le moteur Diesel.
Suivant l'invention, les moyens d'alimentation comportent un ensemble (10)
de condensateurs électriques ayant une capacité dimensionnée pour assurer à
leur
charge nominale au moins 25 % des besoins énergétiques du navire sur la
distance de
consigne.
Lors de l'accostage au port le navire se connecte à un autre réseau électrique
situé au point d'arrivée et/ou au point de départ, en vue de recharger les
condensateurs à leur charge nominale et d'alimenter le bus de puissance 11 ou
104 et
le réseau de bord électrique 5.
Dans ce qui précède, l'ensemble 10 de condensateurs peut être relié au reste
du circuit électrique par au moins un convertisseur continu-continu.
Le mode de réalisation de la figure 9 est similaire à celui de la figure 1
avec
les mêmes éléments constitutifs, avec en supplément un convertisseur continu-
continu 41 entre l'ensemble 10 de condensateurs et le bus continu 11. Le
convertisseur continu-continu 41 comporte un premier côté continu 42 relié à
l'ensemble 10 de condensateurs et un deuxième côté continu 43 relié au bus
continu
11. Le convertisseur continu-continu 43 assure l'interface entre les
condensateurs de
l'ensemble 10 dont la tension varie avec leur niveau de charge et le bus
continu 11 de
distribution principal qui présente une tension fixe. Dans le cas des figures
1 à 4, où
les condensateurs de l'ensemble 10 sont connectés directement sur le bus
continu de
distribution principale 11, les convertisseurs connectés à ce bus de
distribution
principale doivent être régulés pour tenir compte de la variation de tension
du bus 11
lors des phases de charge et décharge des condensateurs de l'ensemble 10.
Le mode de réalisation de la figure 10 est similaire à celui de la figure 3
avec
les mêmes éléments constitutifs, avec en supplément un convertisseur continu-
continu 41 entre l'ensemble 10 de condensateurs et le bus continu 11. Le
convertisseur continu-continu 41 comporte un premier côté continu 42 relié à
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l'ensemble 10 de condensateurs et un deuxième côté continu 43 relié au bus
continu
11.
Aux figures 2 et 4, l'ensemble 10 de condensateurs peut également être relié
aux convertisseurs continu-alternatif 102 et 122 par l'intermédiaire d'au
moins un
convertisseur continu-continu.
