Optimization of a hydrogen fuel cell/battery/supercapacitor system for a port application, integrating usage constraints and societal-environmental aspects
Optimisation d’un système pile à hydrogène / batteries / supercondensateurs pour une application portuaire, intégrant les contraintes d’usage et les aspects sociétaux–environnementaux
Résumé
This thesis deals with the optimization of powertrains for port applications, integrating eco-design criteria. The study focuses on powertrains comprising Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) systems, lithium-ion batteries and Electronic Double Layer Capacitor (EDLC) supercapacitors.After an in-depth analysis of energy components from societal, environmental and techno-economic angles, semi-empirical modeling of these components is presented. Several powertrain configurations are studied, ranging from 100% battery solutions to hybrid configurations with a PEMFC system, as well as triple hybridization solutions incorporating supercapacitors.Simulations of these powertrains, based on driving cycles from GAUSSIN's port tractors, enable us to compare the different configurations according to a number of criteria: technical, economic, environmental and societal.The results show that the triple hybridization solution with Lithium Titanate Oxide (LTO) or Lithium Iron Phosphate (LFP) battery packs offers the best compromise between performance, cost and reduced environmental impact, although certain configurations may be preferable depending on the specific priorities of the players involved. The prospects of this thesis include model improvements, in-depth reflection on sustainability and on emissions generated throughout the vehicle's life cycle.
Cette thèse porte sur l'optimisation des chaînes de traction pour une application portuaire, en intégrant des critères d'éco-conception. L'étude se concentre sur des chaînes de traction comprenant des systèmes de type Pile à Combustible à Membranes Échangeuses de Protons (PEMFC), des batteries lithium-ion et des supercondensateurs de type Condensateur Électronique à Double Couche (EDLC).Après une analyse approfondie des composants énergétiques sous les angles sociétal, environnemental et technico-économique, la modélisation semi-empirique de ces composants est présentée. Plusieurs configurations de chaînes de traction sont étudiées, allant des solutions 100% batteries à des configurations hybrides avec un système PEMFC, ainsi qu'à des solutions de triple hybridation intégrant des supercondensateurs.Les simulations de ces chaînes de traction, réalisées à partir des cycles de conduite issus des tracteurs portuaires de la société GAUSSIN, permettent de comparer les différentes configurations selon plusieurs critères : techniques, économiques, environnementaux et sociétaux.Les résultats montrent que la solution de triple hybridation avec des packs batteries Lithium Titanate d’Oxyde (LTO) ou Lithium Fer Phosphate (LFP) offre le meilleur compromis entre performance, coût et réduction de l'impact environnemental, bien que certaines configurations puissent être préférables en fonction des priorités spécifiques des acteurs. Les perspectives de cette thèse incluent l'amélioration des modèles, une réflexion approfondie sur la durabilité et sur les émissions générées tout au long du cycle de vie du véhicule.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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