Conception, modélisation et simulation d'un bateau de pêche électrique à émission zéro

Foroughi, Iman (2023). Conception, modélisation et simulation d'un bateau de pêche électrique à émission zéro. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 143 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Dans cette thèse, on s'efforce de concevoir un système de propulsion entièrement électrique pour un bateau de pêche qui fonctionne en eau douce (comme une rivière) et qui n'a pas besoin d'utiliser de carburant. Le bateau étudié est un catamaran et mesure 23 pieds de long par 8 pieds de large. Une vitesse de 8 nœuds est considérée pour le bateau lorsqu'il se déplace vers le lieu de pêche et également entre les rivières, et la durée de l'activité quotidienne du bateau est de 8 heures. La consommation d'énergie pour chaque voyage est de 17.3 kWh. Le modèle présenté est tout à fait général, mais les résultats peuvent être utilisés pour n'importe quel bateau dont la taille se situe dans la fourchette du modèle étudié. Un panneau solaire photovoltaïque, un moteur à courant continu, des batteries lithium-ion, un équipement de protection, un contrôleur MPPT et un contrôleur d'accélérateur sont tous proposés comme éléments du système d'alimentation. Les systèmes de batteries peuvent fournir de l'électricité jusqu'à 20 kWh. L'énergie électrique produite par le panneau solaire est stockée dans une banque de batteries pour être utilisée par l'équipement électrique à l'intérieur du bateau. Un modèle 3D d'un toit rigide en aluminium est conçu pour monter les panneaux solaires sur le toit du bateau. Le toit rigide (créé avec Solidworks) a été examiné dans différentes conditions, notamment en ce qui concerne le vent et le poids, à l'aide d'Ansys Workbench. Tous les tests ont révélé un énorme facteur de sécurité. Les bons calculs sont effectués pour déterminer où placer les objets lourds tels que les batteries, les moteurs et les panneaux solaires et s'assurer que le bateau reste stable. Ensuite, un modèle 3D d'un bateau équipé du toit rigide conçu et d'autres équipements est présenté. Le système de bateau alimenté par batterie proposé a été simulé par SIMULINK, puis la conception a été évaluée. Lorsque les pêcheurs appuient sur l'accélérateur du bateau électrique développé, le système de propulsion électrique conçu peut immédiatement produire un couple adéquat, alors que les bateaux similaires équipés de moteurs à combustion mettent souvent plus de temps à atteindre cette puissance. La tension de charge continue est maintenue quel que soit le changement de la valeur de l'irradiation. Chaque fois que le pourcentage de charge de la batterie est inférieur à 55 %, les panneaux sont connectés à la batterie par l'intermédiaire du circuit de commutation et la batterie est ainsi chargée. Les résultats de la conception proposée montrent qu'elle maintient la vitesse et la stabilité par rapport à d'autres conceptions issues de recherches antérieures qui posaient des problèmes de continuité et de stabilité de l'alimentation en raison des variations des conditions météorologiques, telles que l'irradiation solaire. Les résultats montrent qu'un moteur à carburant traditionnel peut être remplacé par un moteur électrique sans perte de puissance et avec seulement de légers changements dans le poids du système de propulsion. -- Mot(s) clé(s) en français : Bateau zéro émission, banc de batteries, propulsion électrique, module PV, énergie renouvelable, énergie solaire. --
ABSTRACT : In this thesis, an effort is made to design an all-electric propulsion system for a fishing boat that works in freshwater (like a river) and does not have to use fuel. The boat under study is a catamaran and measures 23 feet long by 8 feet wide. A speed of 8 kn is considered for the boat when moving to the fishing place and also between rivers, and the duration of the boat operations is 8 hours. Energy consumption for each trip is 17.3 kWh. The model shown is completely general, but the results can be used for any boat whose size is within the range of the model studied. A solar PV panel, a DC motor, lithium-ion batteries, protection equipment, an MPPT controller, and a throttle controller are all suggested as parts of the power system. The battery systems can sustain energy up to 20 kWh. The resulting electrical power from the solar panel is stored in a battery bank for use by electrical equipment inside the boat. A 3D model of an aluminium hardtop is designed to mount the solar panels on the boat's roof. The designed hardtop (created with Solidworks) has been examined under different conditions, including wind and weight, using Ansys Workbench. In all tests, a huge safety factor was reported. The right calculations are done to figure out where to put heavy objects like batteries, motors, and solar panels and make sure the boat stays stable. Next, a 3D model of the boat equipped with the designed hardtop and other equipment is presented. The proposed battery-powered boat system has been simulated by SIMULINK, and the design is then evaluated. When fishermen push the throttle on the developed electric boat, the designed electric propulsion system can immediately produce proper torque, while similar boats with combustion engines often take longer to reach this horsepower. The continuous charging voltage is maintained regardless of the change in the value of the irradiance. Whenever the battery charge percentage reaches less than 55%, the panels are connected to the battery through the switching circuit, and the battery is consequently charged. The results of the proposed design show that it maintains speed and stability compared to other ones from previous research that had issues with power continuity and stability due to variations in weather conditions, such as solar irradiation. The results show that a traditional fuel engine can be replaced with an electric motor without losing power and with only slight changes in the weight of the propulsion system. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Battery bank, Electric propulsion, PV module, Renewable energy, Solar energy, Zero emission boat.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Ilinca, Adrian
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Issa, Mohamad
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en ingénierie en vue de l'obtention du grade de maître en sciences appliquées (M. Sc. A.).
Mots-clés :	Bateaux de pêche; Propulsion électrique; Piles électriques; Batteries solaires; Panneaux solaires; Modèles mathématiques; Simulation par ordinateur; Zéro emission.
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	09 nov. 2023 16:46
Dernière modification :	09 nov. 2023 16:46
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/2627

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