Dossier technique : Générateurs d'arbres 101

Jun 09, 2023

2 juin 2023

Yaskawa Environmental Energy / The Switch met en lumière la façon de produire efficacement de l’électricité sur les navires.

Un navire est comme une ville flottante qui a besoin d’électricité pour alimenter ses opérations et ses équipements à bord. Alors comment produire cette électricité tout en étant mobile ? Cette question préoccupe l’industrie du transport maritime depuis plus de 150 ans, alors que de nouvelles technologies passionnantes étaient mises au point à l’avant-garde de la nouvelle ère de l’électricité. Aujourd’hui, les défis liés à la production d’électricité à bord des navires se multiplient à nouveau. Les nouvelles réglementations de l'Organisation maritime internationale, entre autres nouveaux protocoles, obligent les armateurs et les exploitants de navires à trouver des moyens de réduire les émissions et de rendre leurs navires plus efficaces.

La propulsion est un domaine évident à améliorer, ainsi que les carburants qui y sont associés. Les générateurs à arbre jouent également un rôle clé dans le système de propulsion moderne et nécessitent donc également un examen minutieux.

Force motrice

Tout le monde peut visualiser à quoi ressemble un arbre d'hélice et à quoi il sert, mais qu'est-ce qu'un générateur à arbre exactement et comment contribue-t-il à réduire la consommation de carburant et les émissions ? Nous revenons à la production d'électricité, mais ces unités, cachées à l'intérieur de la coque, ne sont pas aussi mystérieuses qu'elles le paraissent. Les groupes électrogènes autonomes (groupes électrogènes) ont besoin d'une source de carburant externe pour fonctionner et produire de l'électricité, et cela se fait généralement grâce à un moteur diesel auxiliaire distinct du moteur principal du navire.

Les générateurs à arbre éliminent le besoin de groupes électrogènes et de leurs moteurs auxiliaires car ils se connectent directement à l'arbre d'hélice et produisent de l'électricité en utilisant l'entraînement de propulsion déjà fourni par le moteur principal. C'est pourquoi on les appelle générateurs à arbre. Les groupes électrogènes peuvent ensuite être éteints, ce qui permet d'économiser du carburant et de réduire les émissions.

De plus, l’utilisation du plus gros moteur principal à 2 temps de cette manière est beaucoup plus efficace que les moteurs à 4 temps qui alimentent généralement les groupes électrogènes. La société finlandaise Yaskawa Environmental Energy / The Switch a développé un système qui, selon elle, peut réduire la consommation de carburant de 2 à 4 % supplémentaires par rapport aux générateurs à arbre conventionnels.

Le Large Drive Test Center où ils testent toutes les machines PM avant leur livraison aux chantiers navals. Image fournie par Yaskawa Environmental Energy / The Switch

Un peu d'histoire

Les premiers générateurs à arbre ont été développés dans les années 1960 et ont pris place à côté des groupes électrogènes qui assuraient la production d'électricité à bord des navires au cours des décennies précédentes.

Ces premiers générateurs à arbre ont constitué un grand pas en avant et ont réduit le besoin d'utiliser des groupes électrogènes. Mais il y avait encore un inconvénient majeur : ils étaient directement connectés à la fois à l'arbre de propulsion du navire et au réseau, mais sans convertisseur de fréquence entre les deux.

Cela signifiait que le générateur à arbre était limité car il ne pouvait supporter qu'une vitesse constante de la propulsion du navire. Lorsque la vitesse du navire changeait, la fréquence du courant électrique produit fluctuait, le rendant inutilisable. Le générateur à arbre a donc dû être déconnecté, laissant la place au groupe électrogène pour prendre le relais.

Ce problème de fréquence a été résolu dans les années 1980, lorsque les convertisseurs de fréquence ont été introduits. Le générateur à arbre a alors pris tout son sens car il pouvait supporter n'importe quelle vitesse allant de zéro jusqu'à la vitesse nominale du navire et alimenter une fréquence constante au réseau du navire.

La combinaison conventionnelle du générateur à arbre et du convertisseur de fréquence peut être utilisée comme seule source de production d'électricité à bord d'un navire ou comme complément aux groupes électrogènes, réduisant ainsi le besoin de brûler du carburant.

Les générateurs d'arbres peuvent également être utilisés comme source d'énergie pour entraîner l'hélice à des vitesses très faibles, ce qui est utile lors de l'entrée dans le port pour réduire les émissions. De plus, le système peut être utilisé pour augmenter occasionnellement la puissance de propulsion jusqu'à 15 % si nécessaire pour briser la glace ou contre de forts vents contraires.