Hybride électrique marin Système plasma-H₂ en boucle fermée
Une nouvelle architecture de recherche sur la propulsion marine allant au-delà du modèle conventionnel du moteur vers un navire hybride-électrique propulsé par un réacteur plasma-H₂ en circuit fermé, des piles à combustible, une récupération ORC/turbine à vapeur, des batteries et une propulsion électrique.
Pourquoi le concept de propulsion a changé
Le premier modèle marin a évalué un navire pour lequel un moteur marin conventionnel restait le système de référence principal et la couche plasma-H₂ était considérée principalement comme un module de support auxiliaire.
L'architecture V1.2 modifie la limite du système. Le navire est désormais modélisé comme une plateforme marine hybride-électrique. La propulsion n'est plus centrée sur un moteur traditionnel seul, mais sur un bus électrique intégré alimenté par un réacteur à plasma-H₂ en boucle fermée, une conversion par pile à combustible, la récupération de chaleur de turbine et un tampon de batterie.
Cette approche est plus cohérente avec l'exploitation marine car les navires fonctionnent pendant de nombreuses heures à des charges stables, disposent d'espace pour des modules techniques et peuvent intégrer des prises d'eau de mer, le dessalement, la récupération de chaleur, la gestion du gaz et la propulsion électrique de manière plus réaliste que des véhicules plus petits.
Architecture de transition
Moteur marin conventionnel comme référence, avec plasma-H₂ et pile à combustible traités principalement comme couches de réduction auxiliaires.
Architecture de navire hybride-électrique avec réacteur plasma-H₂ en boucle fermée, pile à combustible, turbine ORC/vapeur, tampon de batterie et propulsion électrique.
Réacteur en boucle fermée
L'eau purifiée et le gaz inerte de support remplacent la dépendance à l'air externe de combustion.
Conversion de piles à combustible
L'hydrogène est converti en électricité pour le bus électrique du navire.
Récupération de turbine
La chaleur résiduelle et la production thermique sont dirigées vers des générateurs à ORC ou à turbine à vapeur.
Propulsion électrique
Les batteries et l'électronique de puissance alimentent la propulsion électrique et les systèmes auxiliaires.
Nouvelle Architecture de Propulsion
Du moteur à combustible marin à la propulsion hybride électrique plasma-H₂
Le concept V1.2 traite le navire comme une plateforme énergétique coordonnée. L'objectif principal est d'explorer si l'hydrogène, la récupération de chaleur et la propulsion électrique peuvent fonctionner ensemble au sein d'une architecture embarquée contrôlée.
Eau de mer et eau purifiée
La prise d'eau de mer et le dessalement fournissent de l'eau purifiée pour le procédé plasma-H₂ en boucle fermée, tandis que les flux de saumure et de minéraux restent partie intégrante de l'équilibre d'ingénierie.
Réacteur plasma-H₂ en circuit fermé
Le réacteur est modélisé comme un système clos ou semi-clos utilisant de l'eau purifiée et un support de gaz inerte. Il n'utilise pas d'air de combustion externe comme réactif de procédé.
Séparation et stockage des gaz
Les flux d'hydrogène et d'oxygène nécessitent une séparation, une surveillance, un contrôle de pression, une logique de stockage et des systèmes de sécurité avant toute étape de conversion d'énergie.
Sortie d'électrique à pile à combustible
L'hydrogène alimente une pile à combustible pour produire de l'électricité pour le bus CC/électrique, réduisant ainsi le besoin de fonctionnement d'un générateur conventionnel.
Récupération ORC / turbine à vapeur
La chaleur provenant de sources embarquées et la production thermique du réacteur peuvent être acheminées vers une récupération par cycle organique de Rankine (ORC) ou par turbine à vapeur pour générer de l'électricité supplémentaire.
Propulsion électrique et batteries
Les batteries stabilisent le bus électrique, supportent les pics de charge et alimentent les moteurs de propulsion électrique, les pompes, les charges de bord et autres services à bord.
Flux d'énergie
Chaîne d'énergie marine intégrée
Le nouveau modèle repose sur une chaîne de conversions plutôt que sur un moteur isolé. L'hydrogène, la chaleur et l'électricité sont connectés par des sous-systèmes contrôlés.
L'eau de mer est filtrée et convertie en eau de procédé purifiée.
Le réacteur plasma-H₂ en boucle fermée produit de l'hydrogène dans des conditions contrôlées.
La chaleur utile est acheminée vers une ORC ou une turbine à vapeur pour la production d'électricité au lieu d'être perdue.
Les piles à combustible et la récupération de turbine alimentent le bus électrique embarqué.
Les batteries et l'électronique de puissance alimentent les moteurs électriques et les systèmes auxiliaires.
Logique CO₂ corrigée
Dans ce modèle V1.2, le réacteur plasma H₂ en boucle fermée n'est pas traité comme un moteur à combustion. Il est modélisé comme un processus fermé ou semi-fermé utilisant de l'eau purifiée et un support de gaz inerte. Par conséquent, les émissions directes de CO₂ du réacteur sont définies à zéro dans la simulation conceptuelle.
Les valeurs résiduelles de CO₂ font référence à la référence conventionnelle du navire, à l'utilisation de carburant de secours ou à l'énergie fossile résiduelle toujours nécessaire après les contributions des piles à combustible, des turbines, des PV et des batteries.
V1.2 Couche de simulation
Ce que le nouveau simulateur évalue
Le simulateur V1.2 estime l'interaction entre la production d'hydrogène en boucle fermée, la récupération de chaleur, la génération par turbine, l'électricité de la pile à combustible, les batteries et la demande de propulsion.
Production d'hydrogène
Estime la production d'hydrogène à partir de la couche plasma-H₂ en utilisant des hypothèses sur l'eau, l'énergie, le cycle de service, le gaz inerte et la conversion.
Électricité de turbine
Calcule l'électricité récupérée de la chaleur en utilisant des hypothèses d'efficacité de turbine ORC ou vapeur.
Sortie de pile à combustible
Convertit l’hydrogène en énergie électrique utilisable pour le bus DC/électrique du navire.
Tampon de batterie
Évalue la capacité de la batterie, l'état de charge utilisable, l'écrêtage des pics et la stabilité de l'énergie.
Propulsion électrique
Compare l'énergie électrique disponible avec la demande de propulsion et auxiliaire.
Émissions résiduelles
Sépare le CO₂ de référence du navire, le CO₂ évité, le CO₂ net résiduel et le CO₂ direct du réacteur.
Ouvrir le simulateur V1.2 ->Limites scientifiques et portée de la sécurité
Ce système est un modèle de recherche et de simulation. Il n'est pas présenté comme un système de propulsion marine certifié ni comme une conception prête pour l'industrie.
- Le système ne prétend pas à l'énergie libre et n'assume pas de récupération d'énergie sans coût physique.
- Le réacteur plasma en boucle fermée avec H₂ nécessite une validation en laboratoire de son efficacité, de sa durabilité, de la pureté du gaz et de la sécurité.
- Le stockage d'hydrogène, la régulation de la pression, la ventilation, la détection de fuites et les systèmes de sécurité incendie sont des exigences critiques pour la marine.
- La récupération ORC ou par turbine à vapeur dépend de la disponibilité réelle de la chaleur, du niveau de température, de l'efficacité de la turbine et des contraintes d'intégration marine.
- La propulsion électrique nécessite de l'électronique de puissance, de la redondance, une revue de classification et une approbation réglementaire.
- Le simulateur soutient la discussion d'ingénierie ; il ne remplace pas les essais en laboratoire ni la certification marine.
Explorez le modèle hybride électrique marin V1.2
Ouvrir le simulateur public pour tester les hypothèses de boucle fermée plasma-H₂, le courant de pile à combustible, la récupération ORC/turbine à vapeur, le tamponnement de batterie, la demande de propulsion électrique et la logique CO₂ corrigée.