Plus de batterie

Nov 02, 2023

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Alors que je travaillais sur cette histoire de navires commerciaux à propulsion électrique, ce titre de Popular Mechanics a attiré mon attention : "La batterie qui débloquera enfin le stockage d'énergie sans masse".

Qu'est-ce que, me demandais-je, est le stockage d'énergie sans masse ?

Il s'avère que le stockage d'énergie sans masse incorpore ce que nous appelions autrefois une "batterie" dans la structure d'un véhicule, d'un navire ou d'un avion. Il n'y a pas besoin d'une batterie séparée, d'où le terme sans masse, car le stockage d'énergie n'ajoute aucun poids.

Ce serait comme si les deux par quatre étaient aussi des batteries.

En mars 2021, ScienceDaily a rendu compte des recherches menées à l'Université de technologie de Chalmers en Suède sur la technologie des batteries qui comprenaient une électrode négative en fibre de carbone et une électrode positive en feuille d'aluminium recouverte de phosphate de fer et de lithium, séparées par un tissu en fibre de verre, le tout étant "imprégné d'un électrolyte de batterie structurel pour une fonction mécanique et électrique combinée".

L'itération 2021 de cette batterie a une densité d'énergie de 24 Wh/kg, ce qui ne représente qu'environ 20 % des batteries lithium-ion non structurelles. Mais Leif Asp, professeur à Chalmers et responsable du projet de batterie structurelle, a déclaré que le développement continu pourrait atteindre une densité d'énergie de 75 Wh/kg avec une rigidité de 75 GPa. "Cela rendrait la batterie à peu près aussi solide que l'aluminium, mais avec un poids comparativement beaucoup plus faible", a-t-il déclaré.

L'utilité d'une batterie structurelle est claire. La demande de navires à émissions faibles ou nulles ne cesse de croître, et les bateaux alimentés par batterie sont une considération évidente. Mais parce que les batteries d'aujourd'hui sont relativement volumineuses et lourdes, le fait d'avoir suffisamment de puissance de batterie pour une charge de passagers/cargaison à grande vitesse et/ou longue distance ou lourde a été le problème pour les bateaux et les avions.

Mais c'est la mission d'un bateau qui définit la configuration de puissance possible. Si vous voyagez lentement sur de courtes distances, comme certains bateaux d'excursion ou ferries, les batteries seules peuvent bien fonctionner. C'est le cas de deux bateaux d'excursion de 600 passagers détenus et exploités parDemoiselle de la brume , Niagara Falls, NY Les catamarans en aluminium tout électriques de 90'×33' entameront leur troisième saison au printemps prochain. Les deux bateaux effectuent des excursions régulières de 20 minutes, puis rechargent leurs batteries de 60% à 80% en sept minutes à partir de deux énormes connexions à quai pendant que les passagers descendent et montent.

Dans de nombreuses situations, sinon la plupart, puiser dans le réseau local pour ce type de pic de jus serait un défi, mais les opérations de Maid of the Mist sont adjacentes aux générateurs hydroélectriques de Niagara Falls, il y a donc beaucoup d'électricité stable et sans carbone.

Les deux bateaux, James V. Glynn et Nikola Tesla, ont été conçus parServices de données de propulsion, Marblehead, Massachusetts, et construit parBateaux à hamburgers , Manitowoc, Wisconsin, en 2019-2020. Les bateaux ont été livrés en sections modulaires et assemblés à l'installation de maintenance de Maid of the Mists à Niagara Falls. L'ensemble de puissance et de commande a été conçu et fourni parABB Marine et Ports . L'équipement essentiel comprend des connexions manuelles de charge de batterie Cavotec entre le quai et le navire, et chaque navire est alimenté par une paire deSystèmes d'alimentation de lance batteries lithium-ion fournissant 316 kWh au total. Il n'y a pas de générateurs à bord.

Les bateaux marchent bien. "Il n'y a pas de bateau électrique de cette taille en Amérique du Nord", a déclaré Christopher Glynn, président de Maid of the Mist Corp. "C'est très silencieux. Pas de bruit de moteur, pas de vibration, pas de gaz d'échappement. C'est vraiment spectaculaire."

Une autre possibilité d'utiliser l'alimentation par batterie sur les bateaux consiste à réduire davantage le poids du navire. L'utilisation de matériaux en fibre de carbone pour la construction des navires réduit considérablement le poids, ce qui permet aux concepteurs d'ajouter des hydroptères qui soulèvent l'ensemble du navire partiellement ou totalement hors de l'eau pendant la navigation. Les bateaux de la Coupe de l'America obtiennent la vitesse incroyable qu'ils atteignent grâce à la construction en fibre de carbone et aux hydrofoils.

Avec cela, et propulsés par de grandes ailes verticales, les bateaux peuvent accélérer jusqu'à 60 mph ou plus, ce qui peut être trois ou quatre fois la vitesse du vent.

Lorsque la coque et sa charge volent au-dessus de la surface, la résistance à l'eau est considérablement réduite, permettant des vitesses plus rapides avec moins de puissance. La même combinaison de construction légère et d'hydroptères commence à être appliquée au secteur des navires à passagers, tant en Suède qu'aux États-Unis.

Ferries de la ville verte , une société privée basée à Stockholm, en Suède, construit une paire de catamarans en fibre de carbone assistés par feuille dans deux options sans émissions appelées Beluga24. L'un est uniquement alimenté par des batteries et l'autre est alimenté par des piles à hydrogène pour les trajets plus longs. L'un ou l'autre peut transporter 147 passagers et 28 vélos. La société a annoncé des fournisseurs clés l'été dernier.

"La clé pour construire un ferry pour passagers sans émissions est de combiner des technologies de coque légère, une conception économe en énergie et un système de propulsion à la fois très efficace et léger", a déclaré Fredrik Thornell, PDG de Green City Ferries. « En collaborant avecSystèmes BAEpour le groupe motopropulseur, HamiltonJet pour les jets et les commandes des navires, etÉchandiapour les systèmes de batterie et de pile à combustible, nous avons une combinaison de solutions hautement innovantes et techniques qui permettront au Beluga 24 de voyager sans émission à grande vitesse."

Les deux premiers de la classe sont en production avec une livraison prévue en 2023, les opérations de passagers basées à Stockholm devant commencer au début de 2024. La technologie de coque assistée par feuille a été développée par Nik de Waal.Conception techniqueen Nouvelle-Zélande.

Une autre société suédoise,Candéla , vise également le système de ferry de Stockholm, mais avec des bateaux plus petits volant entièrement sur des hydroglisseurs, une spécialité de Candela depuis plusieurs années. Il a commencé avec des hydroglisseurs récréatifs et commercialise maintenant des bateaux à passagers pour le transit. "Le sillage est l'endroit où l'énergie va", a déclaré Erik Eklund de Candela. "C'est à cause de la friction. Nos bateaux n'ont presque aucun sillage."

Le P-12 de 12 mètres (largeur de 4,5 mètres) est un hydroptère catamaran en fibre de carbone, 30 passagers / un opérateur. Le chargement et le déchargement se font au-dessus de la proue. La vitesse de service est conçue pour être de 25 à 27 nœuds, alimentée par des nacelles sous-marines à l'arrière avec des moteurs électriques internes faisant tourner des ensembles d'hélices opposés. La capacité de la batterie sera de 252 kWh. Candela a déclaré que la charge prendrait de 90 minutes à 3,2 heures, selon le service et l'état de décharge de la batterie.

Des capteurs sur les entretoises et les foils transmettent des données au système de "contrôle de vol" qui maintient le bateau en équilibre à tout moment et offre un "confort inégalé aux passagers". Pas de bruit, pas de gaz d'échappement, pas de turbulence. Pas de mal de mer.

Dans la région de Puget Sound, un consortium de partenaires, à but lucratif et à but non lucratif, recherche activement un financement pour le développement d'un chat passager similaire à grande vitesse et alimenté par batterie avec des hydroptères complets. L'équipe est dirigée parGlosten, la société de conseil technique maritime basée à Seattle, et Bieker Boats, une société d'ingénierie et de conception désormais basée à Anacortes, Wash.

Tout est encore sur papier pour ce projet, mais les plans actuels prévoient une longueur totale de 27,5 mètres (90') avec une capacité de 150 passagers. La vitesse de croisière sera de 30 nœuds avec une autonomie de 30 milles nautiques. Un seul grand-voile au milieu du navire créera une portance primaire et fournira une hauteur de caisse et un contrôle du roulis. Des propulseurs arrière jumeaux et indépendants avec des ensembles d'élévateurs à volets pousseront et dirigeront le navire.

La recharge à quai devrait être assurée par un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) avec une charge de 2,5 mW et des chargeurs de 1 kV.

Une fois les travaux préliminaires terminés, le partenariat recherche un financement étatique et fédéral pour la construction et les tests d'un prototype à l'échelle 1: 5, la conception au niveau des permis pour l'infrastructure à terre et la conception détaillée du navire pour la construction.

Titulaire d'un diplôme en littérature anglaise de l'Université de Washington (Go Dawgs !), d'une expérience en journalisme à Seattle PI et d'une expérience en mer en tant que pêcheur commercial à Washington et en Alaska, Bruce Buls s'est forgé une carrière dans le journalisme commercial maritime, y compris des séjours au Alaska Fishermen's Journal et au National Fisherman, les publications sœurs de WorkBoat. Bruce a passé 16 ans en tant que rédacteur technique de WorkBoat avant de prendre sa retraite en mai 2015. Il vit sur l'île Whidbey de Puget Sound, à environ 20 milles au nord de Seattle (allez « Hawks ! »).