Technologie de transition
Paul Benecki
05-02-2021 12:33:38
(Article publié à l’origine dans l’édition de janvier / février 2021.)
Lorsque la puissance hybride à batterie est arrivée pour la première fois dans l’industrie maritime au début des années 2010, elle a été présentée comme un excellent moyen de rendre les ferries diesel et les bateaux de travail plus économes en carburant. La proposition de valeur était simple, avec des économies de carburant de 10 à 20%, selon l’application. C’est toujours un avantage important, mais la puissance hybride s’est avérée être bien plus qu’un booster d’efficacité pour la technologie existante. Pour la transition au-delà du diesel, l’hybride est un outil essentiel pour l’électrification, la puissance des piles à combustible et la transition vers une expédition zéro carbone.
Déplacement des passagers
La propulsion hybride à batterie est idéale pour les cycles d’exploitation à arrêts multiples, et les ferries sont de bons candidats. Les opérateurs de ferry en Europe, en Amérique du Nord et en Asie testent et déploient des systèmes de propulsion hybrides depuis près d’une décennie, à commencer par le ferry écossais roulier / pax Hallaig en 2013. La technologie a fait son chemin pour les navires à passagers de toutes tailles, tout en haut au 3 200 tpl Color Hybrid, un ferry ro / pax exploité par Color Line entre la Norvège et la Suède.
Les exploitants de traversiers scandinaves ont ouvert la voie à l’adoption de systèmes hybrides à batterie, mais les Nord-Américains rattrapent rapidement leur retard. Washington State Ferries prévoit d’utiliser des navires hybrides rechargeables sur la plupart des itinéraires d’ici 2040, et le projet est bien avancé. L’État a commandé une série de nouveaux ferries hybrides à batterie à Vigor Industrial, avec des systèmes d’alimentation fournis par ABB. Il convertit également l’un de ses plus grands ferries existants d’une configuration diesel-électrique à un système hybride à batterie, avec le soutien financier de l’administration maritime américaine.
Casco Bay Lines, un opérateur de ferry à but non lucratif de Portland, dans le Maine, a récemment finalisé la conception d’un nouveau ferry hybride à batterie pour sa route vers Peaks Island, une petite communauté située juste à l’est du front de mer du centre-ville. Le ferry actuel approche de la fin de sa vie commerciale utile, et l’opérateur a travaillé avec Elliott Bay Design Group (EBDG) sur la meilleure option pour un remplacement. Ils ont choisi un système de propulsion hybride rechargeable, qui se rechargera à l’embarcadère du côté Portland de la route.
Les ferries sont idéaux pour la technologie hybride rechargeable, selon le directeur d’EBDG John Waterhouse, le doyen de longue date de la conception des ferries américains. Ces navires ont un cycle de service prévisible, et leurs itinéraires réguliers et terminaux fixes sont parfaits pour installer une infrastructure de recharge.
«L’hybride a bien dépassé le stade de l’adoption précoce des applications de ferry, et nous devons nos remerciements à nos amis en Norvège qui ont pris les devants dans son développement et son déploiement», déclare Waterhouse. « Les opérateurs peuvent considérer cela comme une technologie mature et une option viable pour leur flotte. La vraie question est peut-être de savoir si vous voulez être le dernier à adopter. »
Décarboner localement
Selon la Coalition Getting to Zero, les navires nationaux comme les ferries, les remorqueurs et les OSV jouent un rôle important au début dans l’effort de réduction des émissions de carbone du transport maritime. Réduire les émissions des navires domestiques de seulement 15% pourrait réduire l’empreinte de gaz à effet de serre de l’ensemble du secteur du transport maritime de 3% d’ici 2030. Cela peut ne pas sembler beaucoup, mais la coalition affirme que les premières étapes (même les plus petites) sont essentielles pour obtenir le processus de décarbonisation. a débuté.
La propulsion hybride est une excellente option pour ces classes de navires, et c’est un pas plus grand que l’on pourrait penser pour arriver à zéro. Tout navire hybride a un gros pack de batteries, et si ce pack est assez grand, le bateau peut être converti pour fonctionner tout électrique avec un moteur diesel comme ballast. «Vous pouvez commander un navire hybride aujourd’hui et cela réduira immédiatement votre consommation de carburant. Ensuite, vous pourrez construire une infrastructure de recharge à terre et faire fonctionner le même navire à l’électricité rechargeable à l’avenir», déclare John Waterhouse d’EBDG.
Pour le nouvel hybride rechargeable de Casco Bay Lines, le réseau électrique sera la principale source d’énergie dès le premier jour, brouillant la frontière entre batterie hybride et batterie électrique. «Ils ont l’intention de fonctionner presque 100% du temps sur des batteries», déclare Bruce Strupp, directeur de compte senior chez ABB Marine & Ports, l’intégrateur de systèmes pour le projet Casco Bay. «Ils ont des groupes électrogènes à bord au cas où ils perdraient de l’électricité au quai ou s’ils auraient besoin d’aller dans un chantier naval.»
Sur les itinéraires difficiles à électrifier en raison de leur longueur ou de leur capacité de réseau limitée, les piles à hydrogène peuvent avoir un avantage important sur les conceptions électriques à batterie. La densité d’énergie plus élevée du carburant hydrogène signifie que le concepteur peut en installer davantage à bord pour un long voyage. Cependant, les piles à combustible présentent un inconvénient: il faut un certain temps pour déplacer la manette des gaz, en particulier pour les piles à combustible à oxyde solide qui fonctionnent bien avec l’ammoniac et d’autres carburants à base d’hydrogène. Une batterie peut atténuer ce décalage des gaz en fournissant de la puissance instantanément lorsque cela est nécessaire pour les manœuvres, ce qui donne à la pile à combustible le temps de rattraper son retard. Grâce à cette synergie entre la puissance de la batterie et la puissance de la pile à combustible, les navires hybrides à batterie d’aujourd’hui sont d’excellents candidats pour une modernisation des piles à combustible sur la route, et beaucoup sont conçus avec cette mise à niveau à l’esprit. Restez à l’écoute, dit Strupp, car les piles à combustible seront probablement une option commerciale accessible au cours des cinq prochaines années.
Décarboner l’énergie éolienne
Dans le secteur des navires éoliens en mer, les affréteurs sont des développeurs de parcs éoliens et travaillent chaque jour à la décarbonisation de l’alimentation électrique mondiale. Il n’est pas surprenant qu’ils soient activement intéressés par la décarbonisation de leur propre chaîne d’approvisionnement, y compris de leurs flottes de navires de service. En tant que solution de transition, la propulsion hybride sur batterie convient bien: les moteurs offrent une autonomie suffisante pour les transits vers et depuis le site, et l’énergie de la batterie stockée peut être utilisée pour maintenir la station et flâner, économiser du carburant et réduire l’usure.
Cette combinaison est une solution intéressante pour l’opérateur de navires de transfert d’équipage basé au Royaume-Uni CWind, une division de Global Marine Group. En collaboration avec le développeur de parcs éoliens Orsted et l’architecte naval ESNA, CWind a entrepris de fabriquer un navire ultrarapide, super efficace et unique en son genre. Son nouveau navire de transfert d’équipage (CTV) CWind Pioneer combine un groupe motopropulseur hybride avec la conception d’un navire à effet de surface (SES) – un aéroglisseur construit avec des coques de catamaran au lieu d’une jupe en caoutchouc. CWind Pioneer ressemble à un catamaran standard à première vue, mais lorsque son ventilateur électrique se met en marche, il se lève hors de l’eau pour une vitesse de croisière de plus de 40 nœuds.
CWind Pioneer est le seul navire SES au monde à disposer d’une centrale électrique hybride, et le PDG de Global Marine Group, Ian Douglas, déclare qu’une combinaison hybride-SES est idéale pour l’éolien offshore. «Le navire peut fonctionner à faible vitesse sur et en dehors du coussin en utilisant uniquement la batterie, ce qui change la donne en matière de réduction des émissions lors de l’attente des techniciens de la tour éolienne en mer. à faible puissance », dit Douglas. « Les résultats ont été extrêmement positifs. Qu’est-ce qu’il ne faut pas aimer d’un CTV qui roule à plus de 40 nœuds en utilisant moins de carburant qu’un navire conventionnel? »
La vitesse supplémentaire et l’économie de carburant se traduisent par une portée opérationnelle accrue, et CWind espère que des navires comme CWind Pioneer seront en mesure de rivaliser avec des navires d’opération de service (SOV) plus grands et plus coûteux, qui sont la norme de l’industrie pour les sites éloignés de rive. La puissance hybride fait également de gros progrès auprès des opérateurs SOV. La société appartenant à Wilhelmsen / Østensjø, Edda Wind, a commandé une flotte de six SOV à propulsion hybride, avec l’intention de les convertir à l’hydrogène plus tard.
Dans le segment naissant de l’éolien offshore aux États-Unis, un boom de la construction navale ne fait que commencer et des rumeurs suggèrent que l’énergie hybride pourrait devenir une caractéristique standard. Avec une taille de marché prévue de plus de 200 navires de toutes tailles, c’est une occasion rare d’intégrer de nouvelles technologies à une flotte entière. «Je pense qu’avec ces nouveaux navires d’assistance éolienne offshore, vous verrez une certaine forme d’hybridation et de stockage d’énergie sur chacun d’eux», déclare Bruce Strupp d’ABB.
Crowley Maritime, basé à Jacksonville, est l’un des armateurs américains les plus actifs dans ce secteur et suscite un intérêt croissant de la part des développeurs de parcs éoliens, en particulier pour les options hybrides. «Sur chaque demande de proposition que nous voyons pour un navire éolien offshore, le développeur veut comprendre comment nous allons réduire les émissions, y compris les options pour les hybrides, les batteries et les piles à combustible», déclare Coulston Van Gundy, directeur des opérations commerciales à Crowley. «Ils cherchent autant que possible à être à l’épreuve du temps, avec des solutions conteneurisées ou modulaires qui peuvent être modifiées plus tard à mesure que la technologie évolue.»
Bateaux de travail efficaces
Alors que le pétrole et le gaz offshore ont été un secteur calme pour la construction neuve ces dernières années, le marché OSV a été réceptif aux rénovations hybrides batterie, et la puissance hybride est parfaitement adaptée aux opérations cycliques d’un navire offshore. L’énergie emmagasinée pendant un transport en commun peut être utilisée pour les manœuvres ou le maintien en position, ce qui réduit le temps nécessaire aux moteurs pour fonctionner à faible charge – leur condition de fonctionnement la moins efficace et la plus usée. Eidesvik a lancé la tendance hybride OSV avec le Viking Queen en 2015 et a converti sept navires jusqu’à présent. L’année dernière, Harvey Gulf a modernisé un système d’alimentation par batterie Wärtsilä sur son OSV Harvey Energy bicarburant au GNL, ce qui en fait le premier navire offshore hybride au GNL au monde.
Les remorqueurs présentent plus de défis en ce qui concerne les besoins d’espace et de refroidissement pour les batteries, mais des solutions hybrides sont actuellement utilisées sur plusieurs remorqueurs plus grands – dont beaucoup sont conçus par les experts en remorqueurs de Robert Allan Ltd. – et l’intérêt grandit. Sur le marché américain des remorqueurs, le terme «hybride» peut également signifier un navire avec un moteur principal diesel, des générateurs diesel et une transmission finale à assistance électrique. Les exemples incluent le remorqueur portuaire à moteur Rolls-Royce Delta Theresa, le remorqueur portuaire à moteur Cat Ralph et le remorqueur Michigan conçu par Canal Marine. Bien qu’ils ne soient pas équipés de batteries, tous les trois sont conçus pour utiliser la combinaison de moteurs la plus efficace pour la tâche à accomplir, réduisant ainsi la consommation de carburant et les coûts de maintenance.
«Hybride» a une signification évolutive, mais il joue un rôle essentiel pour parvenir à zéro émission – un rôle qui devrait se développer à mesure que l’énergie verte se généralisera. S’il existe une technologie de transition flexible pour les navires sur le front de mer en activité, c’est peut-être celle-là. Les plats à emporter pour les propriétaires? «N’ayez pas peur d’y réfléchir et posez beaucoup de questions», déclare John Waterhouse d’EBDG. «C’est ainsi que vous pouvez ajuster la conception du navire et le fonctionnement pour qu’ils s’emboîtent.»
Les opinions exprimées ici sont celles de l’auteur et pas nécessairement celles de The Maritime Executive.