Propulsion hybride

SVS · Message non lu par **SVS** » 28 janv. 2008 12:03

Pour un 12m caboteur + fluvial (pur moteur), j'envisage une propulsion hybride : moteur électrique, batteries, générateur.
J'écume le Net depuis 2 jours, et j'ai trouvé toutes sortes de sites intéressants pour chacun des composants. Le problème, c'est que c'est les moteurs d'un côté (Asmo par exemple), les générateurs de l'autre (Fischer Panda...) et les batteries au milieu (Rolls...)
Quelqu'un a-t-il l'expérience d'un système complet ? Ca m'aiderait beaucoup dans le dimensionnement (capacités, poids et coût). Et question subsidiaire : à qui faut-il s'adresser en France pour la fourniture de ce genre d'installation ?
Merci d'avance.
SVS

PS. A tous ceux qui se posent la question de pourquoi une propulsion hybride, voici mes 3 motivations :
1) Economie de fonctionnement
2) Possibilité de fonctionner en électrique seul pour le fluvial (avec rechargement aux bornes EdF)
3) Préparation du bateau pour les piles à combustibles à venir

alien · Message non lu par **alien** » 28 janv. 2008 17:31

Bienvenue au club des rêveurs à pile !

Le marché français ou européen n'est pas assez développé pour qu'on y trouve des composants intéressants à des prix raisonnables .

Problème : 12m, déplacement semi-lourd (batteries), cela implique une puissance à l'hélice de l'ordre de 30 kW (1x30 ou 2x15) .

Jusqu'à 8kW (en pointe) on trouve facilement et à des prix raisonnables .
Il y a même des kits complets :
http://www.electricmotorsport.com/store ... ve_kit.php .
http://www.electricvehiclesusa.com/
Dans les petites puissances (2kW) il y a ça par exemple :
http://www.gehrboote.at/deutsch/accumot_detail_de.htm
http://accumot-ets-didier.com/site/bateaupro.htm
ou
http://www.torqeedo.com/en/hn/products/cruise.html

La technologie est simple et très répandue (transpalettes, autolaveuse, golfcart, etc...)

Dans les puissances supérieures, c'est très cher et il faut souvent s'orienter vers des technologies plus complexes que les moteurs à courant continu type whisperprop (fisher panda).
http://www.whisperprop.de/E_2_5_30545F2 ... D2C_p.html
http://www.glacierbay.com/products/mari ... ators.html
http://www.glacierbay.com/products/sync ... otors.html

Il n'y a pas que la partie propulsive :
- le générateur thermique
- le système de charge et de contrôle des batteries
- les convertisseurs de puissance DC/AC
- les batteries de traction qui coûtent 5 fois plus cher que celles que nous utilisons dans les autos .

Enfin bref, le gouffre !

SVS · Message non lu par **SVS** » 04 févr. 2008 22:43

Je fais mes propres réponses, mais Asmo Marine a répondu à mes sollicitations, et peut-être que d'autres seraient intéressés.

Pour mon 12m avec coeff. prismatique de 0,65 :

1 moteur Thoosa 9000 (9kW) + chargeur, 40kg, 6700 roros HT
1 générateur 48V (8kW), 200kg, 15500 roros (tout de même !)
1 banque de batterie 48V/185Ah, 160kg, 2500 roros
Pièces diverses, 50 à 100kg en plus (et sûrement quelques roros supplémentaires)

La banque de batterie proposée est toute petite, et conçue uniquement pour "entrer et sortir du port", ensuite on marche en pur hybride (le générateur tourne et alimente le moteur). Pour une navigation fluviale, on pourrait multiplier sa capacité (et donc prix et poids) par 4 environ.

Quand on compare avec un diesel classique (j'ai regardé du côté des Volvo Penta, mais j'imagine que c'est pareil ailleurs), on s'aperçoit qu'en fait on achète un couple moteur + gros alternateur. Ca revient (presque) au même en matière de poids et de performance, en un peu moins cher (mais pas tant que celà une fois intégré le prix des batteries). Par contre on surdimensionne un diesel plus facilement (avec moins de remords) qu'un hybride.

Bref, je comprends que la techno ait un peu de mal à perçer. Concrètement, je dirais que l'électrique n'a véritablement de sens que dans le cas d'une recharge à terre (EdF) et un petit générateur pour les cas où une prise ne serait pas disponible. Autre avantage, mais plus marginal : la capacité de distribuer le poids du générateur, des batteries et du moteur dans la coque, avec plus de flexibilité qu'un diesel classique.

ronanm · Message non lu par **ronanm** » 04 févr. 2008 23:24

Pour moi, pur voileux écolo, il peut y avoir un autre avantage: un inverseur hydraulique consomme 20 à 25 % de la puissance moteur, les moteurs multipolaires électrique ont un rendement bien supérieur! De plus le groupe thermique peut être placé prés du centre de gravité du bateau d'où économies de dispersion d'énergie dès que les conditions sont un peu dures (roulis,tangage). En me renseignant un tout petit peu, je n'ai trouvé ce genre de solution diesel-électrique qu'en passant par des tensions assez fortes et du courant alternatif, ce qui me semble assez dangereux dans l'eau salée qui est mon domaine...

alien · Message non lu par **alien** » 05 févr. 2008 00:01

Un coefficient prismatique de 0,65, c'est une coque planante ou une barge .

Si on cherche à économiser les kW, il serait mieux de s'orienter vers des formes plus "coolantes" avec un Cp entre 0.5 et 0.55 .

9 kW = 12 CV pour un bateau de 12m .
no comment !

Ca ressemble à un moteur Lynch alias Lemco alias ... , qui vaut quatre fois moins cher .

En achetant les composants chez leurs fabriquants respectifs, ce serait trois ou quatre fois moins cher au minimum .

SVS · Message non lu par **SVS** » 05 févr. 2008 08:44

Juste un complément sur la remarque d'Alien : si j'ai bien compris, la puissance nécessaire en sortie d'un moteur électrique est bien moindre que celle requise d'un moteur thermique. En effet, le second doit entraîner l'alternateur, et va en outre perdre pas mal de rendement dans le réducteur. D'après Asmo, 9kW est le bon choix pour un bateau de cette taille. Si j'en crois les abaques de John Teale, il faut en effet 5kW pour propulser ladite carène à 7 noeuds (en eau calme et sans vent bien sûr). Le rapport à appliquer entre puissance électrique et thermique semble être de 2 à 2,5. 9kW électriques "correspondent" donc à 20kW thermiques, soit pas loin de 30CV.
Ceci dit, je me méfie toujours de ces calculs théoriques, et c'est pourquoi mon premier post invitait à témoigner ceux qui auraient véritablement testé...

alien · Message non lu par **alien** » 05 févr. 2008 11:20

Il y a chez les fournisseurs de moteurs électrique toute une argumentation tendant à démontrer qu'il faut beaucoup moins de puissance en électrique qu'en diesel .
C'est en partie vrai mais aussi exagéré .

Effectivement, ce qui compte c'est la puissance à l'hélice . C'est la même pour tout le monde .

Electrique ou diesel, les pertes de transmission seront voisines si il y a réduction . Courroie crantée ou engrenages on admet, en général entre 3 et 5% .

Avec un diesel il y a les auxiliaires : alternateur, pompes, etc... . Mais depuis assez longtemps, les constructeurs annoncent des puissances à l'arbre qui prennent donc en compte les auxiliaires standards .

Le plus gros de la différence d'appréciation vient de ce que les pro-elec parlent de vitesse de croisière dans des conditions idéales alors que les bouffeurs de gas oil considèrent la vitesse de pointe avec une marge supplémentaire .

Exemple : une coque de 10m à la flottaison, déplacement 5 tonnes, puissance approximative nécessaire
- à 5 noeuds il faut 5,2 kW (7CV)
- à 7 noeuds il faut 14,1 kW (19,2CV)
- à 8 noeuds il faut 21 kW (28,6CV)
et pour atteindre sa vitesse de carène (9noeuds) il faudra 30kW (41CV) .
On installera entre 30 et 50CV non pas pour naviguer en permanence à fond mais pour naviguer économiquement à 5 noeuds en disposant d'une réserve .

Toute la question réside dans cette réserve !

NB les calculs ont été effectués avec :
http://alienboats.free.fr/download/Gerr1a.xls

ronanm · Message non lu par **ronanm** » 06 févr. 2008 00:25

Dans tout ça on oublie le couple! Je peux témoigner que 1,5 cv à 200 tours/minute fournis par un moteur à vapeur sont bien plus puissants que 5 cv à 2500 tours fournis par un hors-bord. Il suffit d'aller voir nos amis vaporistes dans leur nombreuses démonstrations lors de fêtes maritimes. La puissance d'un moulin à eau ne dépasse pas 3 à 4 cv et il faut un moteur thermique de 7 à 10 cv pour faire tourner le moulin de façon (moins) satisfaisante

nevada · Message non lu par **nevada** » 27 mars 2008 07:13

Ronanm a raison, tout est dans le couple. Un moteur electrique a un couple constant, de 1t/mn à son régime maxi. La puissance est le couple multiplié par la vitesse de rotation. Sur toute la game de vitesse, vous disposez du même couple adapté à votre hélice. Et l'hélice a besoin avant tout de couple pour tourner. Tournez vous vers le moteur PMG132 de Perm motor qui coute 900euros HT, qui fonctionne de 24 à 72V. Un controleur pour ce moteur coute entre 300 et 400 euros chez Curtiss. Observez les courbes donnés par Asmo, un voiler de 2.5T consomme 8A sous 48V soit 384w à 3 noeuds. Ca c'est la bonne nouvelle. La mauvaise, c'est que la consommation double (à peu près) pour gagner 1 noeud... et on se retrouve à 60A à 6 noeuds.... (2880w). Recherchez le document Propulsion.pdf de Fisher Panda qui indique la puissance par tonne en fonction de la vitesse, par exemple il suffit de 440W/t à 70% de la vitesse de coque, mais il faut 2500W/T pour atteindre la vitesse de coque. Dans un autre domaine un sous marin diesel électrique russe de la classe Kilo peut croiser à 3 noeuds en faisant tourner ses diesels 1h par 24h pour recharger ses batteries. A 6 noeuds, il doit les faire tourner 8h par 24h. Il est important dans ces conditions de choisir avec soin sa vitesse.
Pour la charge des batteries, vous allez sans doute investir dan 1 ou des chargeurs de quai. Dans ce cas, on peut choisir un groupe 220V. Pour le groupe, un moteur genre 205 diesel entrainant une collection d'alternateurs (en 2fils) peut être une solution économique....
Je construit un bateau fluvial à propulsion électrique qui va être mis à l'eau vers la mi avril et j'ai un autre petit bateau (arcachonais Jeanneau) qui m'a permis de tester longuement diverses solutions de propulsion. Je confirme après essais qu'un moteur électrique pousse aussi bien qu'un thermique 2 ou 3 fois plus puissant puisque l'arcachonais avec ses 200Kg de batteries et son équipage (environ 900Kg) est propulsé par un moteur de 2/3 de cheval (500W) à 6 ou 7 Km/h.
Avec un moteur de 1500W (2cv) il remorque à 6 Km/h un bateau de 4400Kg....

SVS · Message non lu par **SVS** » 28 mars 2008 00:33

Merci beaucoup Nevada pour partager avec nous cette expérience en première main (vu aussi l'autre fil).

Ceci dit, plus je creuse le sujet, plus je me rapproche de l'opinion d'Alien.

Certes, la propulsion électrique apporte des avantages (silence bien sûr, mais aussi meilleur rendement en fluvial par absence de consommation lors des passages d'écluse). Et puis c'est écologique : ça tourne au nucléaire

.

A contrario, l'électrique est tellement limité par la capacité des batteries, que tout finit en un subtil exercice d'hyper- sous-motorisation. Ce n'est pas que les moteurs électriques ne soient pas puissants, mais plutôt qu'un moteur dépassant quelques fractions que kW vide sa batterie en moins de temps que certains membres de Bateaubois leur pastis! A titre illustratif, la densité énergétique d'un kilo de diesel est d'environ 12kWh. Celle d'un kilo de batterie ion-lithium (le top du top) est de 0,1kWh. Embarquer 200kg de batteries revient à mettre 2l de gasoil dans le réservoir du bateau et à demander à son capitaine de les faire durer le temps de la sortie.

C'est sans doute jouable en plaisance fluviale. J'y crois de moins en moins en mer.

Ceci dit, ça n'enlève rien aux avantages intrinsèques de la propulsion électrique. Il faut juste espérer que les piles à combustible arriveront vite (densité énergétique de l'hydrogène : 30kWh/kg).

nevada · Message non lu par **nevada** » 28 mars 2008 07:24

C'est pour cela que tous les paqubots de croisière (ex le Queen mary 2) sont construits en diesel électrique. Même des paqubots plus anciens sont modifiés pour passer à la propulsion diesel électrique bien que la conversion coûte le tiers du prix d'un paquebot neuf....
L'intéret c'est l'économie de 30% de carburant réalisée ainsi que les caractéristiques de couple plus favorables dans le cas d'un moteur électrique.

SVS · Message non lu par **SVS** » 28 mars 2008 08:20

C'était le point de départ de ma réflexion...

Mais après y avoir regardé de plus près, les raisons pour lequelles les grands bâtiments (c'est vrai aussi de beaucoup d'unité militaires) passent à l'électrique, sont peu alignées avec celles de nos besoins à nous autres, plaisanciers (encore que, pour la première, ça se discute) :

1. Leur besoins en électricité pour les usages autres que la propulsion sont phénoménaux. Il est alors plus intéressant pour eux d'avoir une seule centrale électrique plutôt qu'un disesel plus un générateur.

2. Les moteurs, légers, peuvent être déportés en nacelles externes mobiles, d'où gain appréciable d'agilité.

3. La propulsion électrique est plus facilement pilotable électriquement (les 2 points précédents permettent par exemple aux unités militaires de mettre en oeuvre les ancres "virtuelles")

Mais là, on est dans une logique de remplacer l'arbre d'hélice initial par une chaîne électrique, plutôt que de rechercher une propulsion électrique au sens de vos propres expériences.

nevada · Message non lu par **nevada** » 28 mars 2008 09:02

Il ne faut pas oublier l'économie de 30% de carburant qui est loin d'être négligeable...
Si on regarde les propulsions Asmo marine et Bellman drive on couple sur l'arbre d'hélice un ou plusieurs moteurs électriques.
On peut alors fonctionner au diesel ou à l'électricité.
On peut aussi envisager de monter un diesel moins puissant, donc mieux adapté à 95% des situations et lorsqu'on a besoin d'un coup de collier appeler l'électrique en renfort comme l'a fait le capitaine Prien pour réussir à sortir de Scapa flow avec son sous marin pendant la seconde guerre mondiale.....

alien · Message non lu par **alien** » 28 mars 2008 10:16

Je ne vois vraiment pas comment on pourrait économiser 30% de carburant toutes choses égales par ailleurs (cad à vitesse égale) .

Bien au contraire, on cumule des pertes de conversion non négligeables :
- rendement générateur : 80 à 90 %, pertes ~ 10%
- rendement moteur : idem
- Electronique et câblage : pertes 5%
- batteries : variables mais non négligeables, admettons 5%
Le rendement global d'une chaîne générateur- batteries-contrôleur-moteur est de l'ordre de 70 à 75% .

Les avantages sont ailleurs . Par exemple :
- un seul groupe pour deux moteurs (catamaran)
- possibilité de centrage et de répartition des masses
- silence et absence de vibrations
- achat d'électricité moins chère (difficile au milieu de la mer)

A achetant l'électricité à EDF on ne paye pas la TIPP par exemple ! Mais pour vendre 1kWh, EDF en produit 2 .

On peut la produire avec des panneaux . Mais quand aura t-on ammorti les panneaux ?

Il faut aussi être réaliste . La majorité des bateaux ne peut pas se contenter d'un motorisation de 2 ou 3 kW .

nevada · Message non lu par **nevada** » 28 mars 2008 11:52

Dans les faits, on a une économie de 30%. Les caractéristiques de couple d'un moteur électrique sont bien meilleures qu'un diesel puisque le couple est constant de 1t/mn jusqu'à la vitesse maxi et l'hélice a besoin avant tout de couple. n'oublions pas qu'un moteur électrique de 1Kw pousse autant qu'un 2 ou Kw thermique. Je vais citer un document Fisher Panda qui prône évidement le diesel électrique :
Lorsqu’un moteur thermique est relié directement à l’arbre de l’hélice, le régime du moteur (transmission) est en rapport avec ladite hélice. La courbe de la résistance opposée par la coque évolue de manière sensiblement quadrique. Du fait que le nombre de tours de l’hélice se comporte proportionnellement à la vitesse, il en résulte une disproportion éclatante.
Un yacht qui navigue en eaux calmes, à une vitesse correspondant à 70% de sa vitesse de coque n’a pas besoin de 70 % mais seulement de 20 % de la poussée. Le moteur doit cependant tourner à environ 70 % du régime maximal pour que le nombre de tours de l’hélice soit correctement
adapté à la vitesse. Ce faisant, le nombre de tours est même environ 4,5 fois supérieur à celui qui serait nécessaire pour cette performance.
Je vous conseille de chercher le document Fisher Panda Propulsion.pdf qui fourni pas mal de renseignement intéressants et j'en ai vérifié plusieurs par l'expérimentation