Progrès dans la technologie des batteries pour les systèmes de stockage d'énergie marine

Préface

Alors que le monde s'oriente vers des solutions énergétiques plus vertes, les batteries au lithium suscitent un intérêt croissant. Si les véhicules électriques sont sous les feux des projecteurs depuis plus d'une décennie, le potentiel des systèmes de stockage d'énergie électrique en milieu marin a été négligé. Cependant, on observe une forte augmentation des recherches visant à optimiser l'utilisation et les protocoles de charge des batteries au lithium pour différentes applications nautiques. Les batteries lithium-ion phosphate à décharge profonde sont particulièrement intéressantes en raison de leur haute densité énergétique, de leur bonne stabilité chimique et de leur longue durée de vie, répondant ainsi aux exigences rigoureuses des systèmes de propulsion marine.

Avec l'essor des installations de stockage d'énergie par batteries lithium-ion, la mise en œuvre de réglementations visant à garantir la sécurité se renforce également. La norme ISO/TS 23625, qui porte sur le choix, l'installation et la sécurité des batteries, en est un exemple. Il est essentiel de souligner que la sécurité est primordiale lors de l'utilisation de batteries lithium-ion, notamment en ce qui concerne les risques d'incendie.

systèmes de stockage d'énergie marine

Les systèmes de stockage d'énergie marine gagnent en popularité dans le secteur maritime, à mesure que le monde s'oriente vers un avenir plus durable et respectueux de l'environnement. Comme leur nom l'indique, ces systèmes sont conçus pour stocker l'énergie en milieu marin et peuvent servir à diverses fins, de la propulsion des navires et des bateaux à l'alimentation de secours en cas d'urgence.

Le système de stockage d'énergie marine le plus courant est la batterie lithium-ion, en raison de sa haute densité énergétique, de sa fiabilité et de sa sécurité. Les batteries lithium-ion peuvent également être conçues sur mesure pour répondre aux besoins énergétiques spécifiques des différentes applications marines.

L'un des principaux avantages des systèmes de stockage d'énergie marine réside dans leur capacité à remplacer les générateurs diesel. Grâce à l'utilisation de batteries lithium-ion, ces systèmes offrent une source d'énergie fiable et durable pour diverses applications, notamment l'alimentation auxiliaire, l'éclairage et d'autres besoins électriques à bord d'un navire. De plus, les systèmes de stockage d'énergie marine peuvent également alimenter des systèmes de propulsion électrique, ce qui en fait une alternative viable aux moteurs diesel classiques. Ils sont particulièrement adaptés aux petits navires opérant dans une zone relativement restreinte.

De manière générale, les systèmes de stockage d'énergie marine constituent un élément clé de la transition vers un avenir plus durable et plus respectueux de l'environnement dans l'industrie maritime.

Avantages des batteries au lithium

L'un des avantages les plus évidents des batteries lithium-ion par rapport aux groupes électrogènes diesel réside dans l'absence d'émissions toxiques et de gaz à effet de serre. Rechargées grâce à des sources d'énergie propres comme l'énergie solaire ou éolienne, ces batteries peuvent fournir une énergie 100 % propre. Leur maintenance est également moins coûteuse, car elles comportent moins de composants. Enfin, leur fonctionnement est beaucoup plus silencieux, ce qui les rend idéales pour les stations-service à proximité de zones résidentielles ou habitées.

Les batteries lithium-ion ne sont pas les seules utilisables. En effet, les systèmes de batteries marines se divisent en batteries primaires (non rechargeables) et batteries secondaires (rechargeables en continu). Ces dernières sont plus avantageuses économiquement pour une utilisation à long terme, même en tenant compte de la dégradation de leur capacité. Initialement utilisées, les batteries au plomb ont donné naissance aux batteries lithium-ion, considérées comme une technologie émergente. Cependant, les recherches ont démontré qu'elles offrent une densité énergétique supérieure et une durée de vie prolongée, ce qui les rend particulièrement adaptées aux applications longue distance, aux fortes charges et aux exigences de vitesse élevées.

Malgré ces avantages, les chercheurs ne se reposent pas sur leurs lauriers. Au fil des ans, de nombreuses études et conceptions ont porté sur l'amélioration des performances des batteries lithium-ion pour optimiser leur utilisation en milieu marin. Ces travaux incluent de nouveaux mélanges chimiques pour les électrodes et des électrolytes modifiés afin de prévenir les risques d'incendie et d'emballement thermique.

Sélection de la batterie au lithium

Plusieurs caractéristiques sont à prendre en compte lors du choix de batteries lithium pour un système de stockage d'énergie marine. La capacité est un critère essentiel : elle détermine la quantité d'énergie stockée et, par conséquent, la puissance utile avant recharge. Il s'agit d'un paramètre de conception fondamental pour les applications de propulsion, car la capacité détermine l'autonomie du bateau. En milieu marin, où l'espace est souvent limité, il est important de choisir une batterie à haute densité énergétique. Plus compactes et légères, ces batteries sont particulièrement importantes sur les bateaux où l'espace et le poids sont des facteurs critiques.

La tension et l'intensité nominales sont également des spécifications importantes à prendre en compte lors du choix de batteries lithium pour les systèmes de stockage d'énergie marine. Ces spécifications déterminent la vitesse de charge et de décharge de la batterie, un facteur crucial pour les applications où la demande en énergie peut varier rapidement.

Il est important de choisir une batterie conçue spécifiquement pour un usage marin. Les environnements marins sont hostiles, avec une exposition à l'eau salée, à l'humidité et à des températures extrêmes. Les batteries au lithium conçues pour un usage marin sont généralement étanches et résistantes à la corrosion, et offrent également d'autres caractéristiques telles que la résistance aux vibrations et aux chocs, afin de garantir un fonctionnement fiable même dans des conditions difficiles.

La sécurité incendie est également cruciale. Dans les applications marines, l'espace disponible pour le stockage des batteries est limité et toute propagation d'incendie pourrait entraîner des dégagements de fumées toxiques et des dommages importants. Des mesures d'installation permettent de limiter la propagation du feu. RoyPow, une entreprise chinoise spécialisée dans la fabrication de batteries lithium-ion, en est un exemple : des micro-extincteurs intégrés sont placés dans le châssis du pack de batteries. Ces extincteurs sont activés soit par un signal électrique, soit par la combustion du circuit thermique. Ceci active un générateur d'aérosol qui décompose chimiquement le fluide de refroidissement par une réaction d'oxydoréduction et le diffuse pour éteindre rapidement l'incendie avant qu'il ne se propage. Cette méthode est idéale pour les interventions rapides et parfaitement adaptée aux espaces restreints, comme celui des batteries lithium pour le stockage d'énergie en milieu marin.

Sécurité et exigences

L'utilisation de batteries lithium-ion pour applications marines est en pleine expansion, mais la sécurité doit être une priorité absolue afin de garantir une conception et une installation correctes. Les batteries lithium-ion sont vulnérables à l'emballement thermique et aux risques d'incendie si elles ne sont pas manipulées correctement, notamment dans l'environnement marin hostile, exposé à l'eau salée et à une forte humidité. Pour répondre à ces préoccupations, des normes et réglementations ISO ont été établies. Parmi celles-ci, la norme ISO/TS 23625 fournit des lignes directrices pour la sélection et l'installation des batteries lithium-ion dans les applications marines. Cette norme spécifie les exigences relatives à la conception, l'installation, la maintenance et la surveillance des batteries afin de garantir leur durabilité et leur fonctionnement sûr. Par ailleurs, la norme ISO 19848-1 fournit des recommandations sur les essais et les performances des batteries, y compris les batteries lithium-ion, dans les applications marines.

La norme ISO 26262 joue également un rôle important dans la sécurité fonctionnelle des systèmes électriques et électroniques embarqués à bord des navires et autres véhicules. Elle impose notamment que le système de gestion de batterie (BMS) soit conçu pour avertir l'opérateur par des signaux visuels ou sonores en cas de faible charge, parmi d'autres exigences de sécurité. Bien que l'adhésion aux normes ISO soit volontaire, le respect de ces recommandations favorise la sécurité, l'efficacité et la longévité des systèmes de batteries.

Résumé

Les batteries lithium-ion s'imposent rapidement comme une solution de stockage d'énergie privilégiée pour les applications marines grâce à leur haute densité énergétique et leur longue durée de vie, même dans des conditions difficiles. Polyvalentes, elles peuvent être utilisées dans de nombreuses applications marines, de l'alimentation des bateaux électriques à l'alimentation de secours des systèmes de navigation. Par ailleurs, le développement continu de nouveaux systèmes de batteries élargit le champ des applications possibles, notamment à l'exploration des grands fonds marins et à d'autres environnements complexes. L'adoption des batteries lithium-ion dans l'industrie maritime devrait réduire les émissions de gaz à effet de serre et révolutionner la logistique et le transport.