Volant D'inertie Pour Treuil électrique

[Invité Jean-Marc DEYCARD]

Comment faire pour éviter les batteries lors de l’utilisation du treuil électrique ?

 

 

Notre club, le Vol à Voile Yonnais s’intéresse au treuil comme moyen de lancement de ses planeurs, et notamment dans sa version à moteur électrique, l’ESW-2B élaboré par la société DRIVE-TRON. Cet engin nous a semblé idéal dans le domaine spécifique du treuillage, au niveau de sa simplicité et puissance, sa facilité d’utilisation, son peu d’entretien et son coût acceptable.

Le treuillage d’un planeur nécessite de l’énergie potentielle, dont le stockage initial est assuré, pour l’ESW-2B, soit par des batteries tampon au plomb, soit par l’intermédiaire du réseau EDF triphasé 380 V. Les 50 batteries de l’ESW-2B, servant au stockage d’énergie, présentent un certain nombre d’inconvénients :

 

• Leur remisage est une source d’émanations de vapeurs d’acide capables de ronger les métaux environnants, d’où la nécessité d’un local approprié, ventilé, tempéré et répondant à certaines normes.

• La durée de vie des 50 batteries est-elle uniforme et que fait-on si l’anarchie s’y installe en cours de saison ?

• Les nombreuses connexions électriques nécessitent des soins spécifiques.

• La puissance latente impose des manipulations précautionneuses.

• Ecologiquement, la fabrication et la destruction des batteries au plomb/acide sont discutables.

• Ces batteries nécessitent des renouvellements périodiques, d’où un coût non négligeable.

 

Nous pensons qu’il existe une alternative crédible à l’utilisation de batteries pour stocker et lisser la puissance nécessaire au treuillage d’un planeur : il s’agit du volant d’inertie entraînant un générateur capable de remplacer les batteries.

Le treuillage d’un planeur moderne nécessite une énergie importante (200kW), mais pendant une durée brève (moins d’une minute) : la rotation d’un volant d’inertie nous semble capable de restituer partiellement son énergie accumulée sous cette forme. L’énergie nécessaire à la mise en condition du volant d’inertie, bien que lissée, peut être fournie :

 

• Par un moteur électrique de puissance modeste (20 kW) alimenté par :

 le réseau basse tension d’EDF en triphasé

 peut-être dans quelques années par des cellules photovoltaïques

 un groupe électrogène à moteur thermique

• Directement et mécaniquement par un moteur thermique (diesel ou à gaz)

 

En résumé, nous pensons que la solution la plus convenable pour alimenter en énergie le treuil ESW-2B sans batteries serait :

 

 Un volant d’inertie, accumulateur d’énergie, mû par un moteur électrique pouvant être alimenté simplement par le réseau domestique basse tension d’EDF.

 Cette énergie accumulée est transmise au treuil via un générateur électrique.

 

 

Les avantages de cette solution seraient les suivants :

• Pas de batteries au plomb pour stocker l’énergie.

• Pas de coût de remplacement périodique des batteries.

• La puissance modeste du moteur électrique nécessaire pour entraîner le volant d’inertie permet un simple raccordement au réseau EDF domestique : on peut donc envisager un réseau électrique conduisant le courant aux deux extrémités de la piste.

• Le poids probable du volant d’inertie et son générateur (environ 2 tonnes) sont à peine supérieurs à celui de 50 batteries au plomb.

• Le système complet de ce treuil est écologiquement le plus favorable.

• Le volant d’inertie, en tant que stockeur d’énergie, n’a rien de novateur et est largement utilisé depuis des décennies dans de nombreuses applications nécessitant une forte énergie dans un temps court.

 

Nous pensons donc que l’étude d’un générateur de puissance suffisante, entraîné par un volant d’inertie, et capable d’alimenter le treuil DRIVE-TRON de type ESW-2B sans batteries mérite d’être entreprise. Par cette idée, nous espérons susciter des vocations chez un concepteur/constructeur.

 

Daniel POTTIER. Jean-Marc DEYCARD.

email : Jmdeycard@aol.com

[Etienne]

Salut

hum hum

vous direz merci au Philou Montacutain pour l'idée. Ca fait un certain nombre d'année que ça lui trotte dans la tête.

 

Sinon pour la faisabilité, j'avais refait le calcul, c'est jouable. Je ne développe pas plus le système entre le volant d'inertie et le tambour du cable. Philou le détaillera si il le désire, c'est limite si il a pas les plans en tête avec la cotation fonctionnelle.

Etienne Boutreux

Montaigu

[evilash25]

Et il ferait quelle masse ce volant?

[JdeM]

Les constructeurs japonais et américains de voitures semblent vouloir aller de l'avant avec la technologie hybride (thermique-électrique). Ça laisse à penser qu'avant longtemps, il y aura des solutions à prix abordable provenant du milieu automobile, tant du côté systèmes de contrôle que des accumulateurs.

[Etienne]

Et il ferait quelle masse ce volant?

Salut

ça dépend de la place dont tu disposes, mais lourd, évidement, c'est le principe!

C'est facile à calculer avec les formules d'énergie cinétique de rotation et d'inetie d'un volant en rotation. Ensuite c'est juste une question de coefs de sécurité calculés finement pour avoir suffisament d'énergie stockée sans avoir besoin d'atteindre des vitesses phénoménales.

L'équilibrage dynamque est une nécessité absolue!!! On peut pas se permettre de jouer au con avec autant d'énergie.

BV

Etienne

Modifié le 22 janvier 2006 par Etienne

[jouanarp]

1er point : quelques réponses a vos préoccupations

 

 

Le concepteur de ce treuil : Jurgen Volk , a travaillé plus de dix ans avant de pouvoir mettre en fabrication industrielle ce type de treuil .

 

En effet , le treuillage d’un planeur n’est pas aussi simple qu’on pourrait le croire .

En Allemagne , les treuils sont validés en sortie d’usine et chaque année par un Prûffer qui certifie que ce matériel est utilisable en toute sécurité et efficacité.

 

Jurgen VOLK s’est servi d’un treuil Tost pour fabriquer le premier prototype afin de valider la faisabilité de ce principe, ensuite le numéro de série 1 à été réalisé et il a du faire de nombreuses modifications avant d’obtenir un résultat suffisant et surtout fiable pour l’avenir.

 

Maintenant la série est lancée en production (une vingtaine à ce jour)

 

Les gros points positifs du treuil ESW2-B est qu’il est fabriqué entièrement a partir de pièces standards (excepté les bobines en aluminium), ce qui permet d’être le treuil le moins cher du marché .

 

La mission de la commission treuil est de proposer une alternative pour le lancement des planeurs en effet cela permet de réduire les coûts, la consommation de carburant et les nuisances sonores.

 

Ceci avec un treuil électrique ou bien thermique.

 

Il est vrai qu’actuellement le treuil électrique prend une très grande place dans les nouveaux équipements.

 

Mais pourquoi en Allemagne, des clubs vendent leur treuil thermique pour le remplacer par un treuil électrique ? Il faut savoir que tous les treuils électriques achetés en Allemagne ne sont pas du tout subventionnés.

Pour encore baisser les coûts de décollage, pour limiter au minimum la maintenance sur les treuils et pour la simplicité et le confort de l’utilisation .

 

Au niveau de l’entretien périodique d’un treuil électrique nous commençons a avoir un peu de recul , en effet nous entamons notre troisième saison avec ce treuil et je suis également dans une liste de diffusion de tous les propriétaires de treuil ESW-2B.

 

Je peux donc vous donner une estimation du coût de maintenance de ce treuil

 

Le treuil de saint-Florentin a actuellement plus de 6500 treuillées depuis sa mise en service et nous n’avons rien dépensé hormis le remplacement des câbles .

 

Pour l‘estimation du remplacement des batteries, elles doivent être remplacées après 7 ans d’utilisation le prix unitaire de ce type de batterie est de 60 €, il faut donc compter sur un budget de 3000 € tous les sept ans, donc toutes les 22500 treuillées ce qui correspond à un coût de 0,13 € par décollage.

En effet ces batteries sont des batteries standard automobile, mais elles sont utilisées dans des conditions idéales comparativement à leur utilisation originelle (courant d’utilisation 10 fois moins important que durant le démarrage d’une voiture et charge très bien régulée en tension et en courant)

Je suis moi-même très étonné de ne trouver aucune corrosion au niveau des bornes de ces dernières et de n’avoir jamais besoin de rajouter de l’eau distillée.

 

Pour ce qui est du recyclage de ces batteries, nous sommes en relation avec la société Fulmen.

Au niveau des dangers électriques incombant à une tension latente importante ,le fabriquant à mis au point une procédure de désaccouplement de celles-ci évitant tout risque d’électrocution, l’armoire électrique de commande est fermée a clef et un sceau d’inviolabilité est en place .

 

En ce qui concerne les nombreuses connections électriques , il faut quand même savoir que la société Drive-tron fabrique plus de 1000 convertisseurs de fréquence chaque année et l’application est pour des ponts roulants et machines utilisées dans des conditions extrêmes ( empoussièrement, humidité ,vapeurs .)

 

Le remisage des batteries n’est pas une source d’émanation de vapeurs car ces batteries ne sont en charge que pendant l’utilisation en piste.

Le risque d’incendie lors du remisage dans un hangar est tout a fait plausible, mais moins qu’une batterie de remorqueur contenant lui-même 180 litres d’AVGAS…

 

2nd point : Vos propositions.

 

Il est vrai que dans la principe, je vous donne entièrement raison : il y a d’autres moyens pour accumuler de l’énergie que des batteries.

 

Le volant d’inertie est, comme vous l’écrivez connu depuis plusieurs décennies , mais le gros défaut de ce principe est qu’il n’est pas encore appliqué dans le domaine « grand public »

 

Il faudrait donc concevoir entièrement un système adapté à notre utilisation ce qui représente un coût d’étude important et donc difficile à répartir sur une petite série.

 

De plus combien faut il de temps pour lancer le volant d’inertie avant le premier décollage de la journée ?

 

Quel est le coût d’un volant d’inertie ?

 

 

Pascal

[janusman]

He les gens de La Roche, avant de réinventer l'eau tiède venez voir et essayer le treuil électrique, à Ploërmel par exemple !

[Tristram Gräbener]

Bonjour,

 

Je déterre ce sujet par pure curiosité.

Vouloir transmettre l'énergie directement du volant d'inertie au cable me semble compliqué pour tous les soucis de régulation. En plus fabriquer soit-même un volant d'inertie n'est surement pas si simple, ne serait-ce que pour des frottements et équilibrage.

 

Par contre il existe depuis peu une nouvelle génération de volants d'inertie avec des matériaux composites (qui peuvent tourner plus vite, donc plus d'énergie pour le même poids), sous vide et suspendus avec des électroaimants (donc pratiquement aucune auto-décharge).

 

Le créneau c'est surtout pour des onduleur (temps de réaction beaucoup plus rapide, moins d'entretien, etc.).

 

Un exemple commercial : http://www.socomec.com/caracteristiques-fl...logie_1_fr.html

 

La puissance et l'énergie me semblent coller pour le treuillage (environ 30secs à 100kW), mais je ne suis pas du tout expert.

 

C'est plus léger que les batteries, et le vendeur affirme que ça dure 20 ans.

 

Après j'ai aucune idée du prix, à quel point c'est vraiment fiable, ni si c'est facile à monter à la place des batteries.

[rimaroc]

il reste toujours le bon vieux condensateur qu'on peut charger lentement avec un faible courant puis vider très rapidement...

ok il faudra plusieurs...

[Etienne]

Un exemple commercial : http://www.socomec.com/caracteristiques-fl...logie_1_fr.html

 

Salut

c'est LA solution pour que les treuils électriques deviennent réellement propres!!!

Plus besoin de batterie =

* maintenance quasi nulle

* fini les risques dus aux acides et émanations dangereuses.

 

Très intéressant

 

Bons vols

Etienne

[Yateri]

C'est marrant que tu déterres le sujet pour parler de la "FlyWheel" de Socomec, j'ai justement appelé un technicien de chez eux il y a trois jours pour remplacer l'onduleur de notre salle de serveurs. Il m'a donné leur catalogue et je suis tombé sur ce système de stockage d'énergie. Avec une unité on arrive encore à 80kW au bout de 40 secondes. Reste à voir le prix !

[Tristram Gräbener]

Si tu es en contact avec leurs techniciens, peut-être qu'ils peuvent te soufler un ordre de grandeur de prix

 

À noter que ces volants d'inertie sont utilisés (encore au stade expérimental) sur les tramways afin de pouvoir récupérer plus d'énergie au freinage (actuellement ils sont limités car les sous-stations ne peuvent pas trop encaisser).

 

Pour les condensateurs, leur problème est leur densité d'énergie très faible. Dans une tonne de condensateurs on stocke moins d'énergie que dans une tonne de batterie (sans compter les couts )

[Stéphane]

Un peu hors sujet, mais...

 

Ça me rappelle que ma bonne ville de Gand a utilisé durant un certain temps des autobus mûs uniquement par un volant d'inertie. Voir l'article Gyrobus ici. Il a fallu les abandonner à cause des problèmes croissants de la circulation, les arrêts intempestifs trop fréquents entre les arrêts pour "recharge" épuisant l'énergie accumulée trop rapidement.

[jouanarp]

Le problème des treuils de planeur est qu'il s'en construit moins de 10 par an sur tout le globe .

 

Le marché est donc très très petit et les industriels souhaitant s'investir dans cette fab se comptent sur les doigts de la main .

 

Au jour d'aujourd'hui , on compte 1 fab aux us ( Roman) , 1 fab en GB ( Skylaunch) , 2 en Allemagne ( Tost et Integrale) , Herkule , Perrin, Egger et MEL ont arrêté.

 

Si en plus sur les 10 fabriqués par an on les dissocie dans trois grande catégories ( Diesels, essence/GLP et Electrique )

on se retrouve à une ou deux unités par an .

Donc les bureaux d'études se font un peu tirer l'oreille pour plancher sur de nouveaux projets , car l'amortissement des heures d'études et d'essai se fera sur une poignée de treuil.

 

La solution, et je pense que cela a toujours été le cas , est de prendre des éléments industriels et automobiles éprouvés et de les adapter sur le treuil comme cal a été le cas avec par exemple Tost ou Skylaunch avec moteurs et boites américaines ou encore mieux comme Intégrale avec directement un 4*4 RAM transformé en 2*4 et utilisant le pont arrière pour le treuillage.

 

Je pense donc que les nouvelles autos hybrides puissantes comme par exemple Lexus pourraient être une solution .

 

Mais je en pense pas que les systèmes a volant d'inertie soient pour aujourd'hui , peut être après demain.

 

La science avance , mais concevoir un treuil n'est pas de la recherche fondamentale .

 

Pascal

[Tristram Gräbener]

C'est pour ça que j'ai déterré le sujet avec un produit industriel prêt à l'emploi comme remplacement des batteries sur un treuil électrique existant. Il n'y aurait aucune modification à faire sur le treuil, juste sur l'alimentation électrique. Il n'y a pas de recherche à faire. Il faut juste connecter des produits existants déjà sur le marché.

 

Par contre je ne pense pas que les moteurs hybrides soient vraiment une réponse. Le but des hybrides est de récupérer de l'énergie au freinage. Un treuil n'a aucune source d'énergie qu'il pourait récupérer.

[J.Noel]

Un treuil n'a aucune source d'énergie qu'il pourait récupérer.

 

 

Pourtant, je freine bien le tambour en fin de récupération du câble et les tambours sont freinés quand nous retirons les câbles!!!

 

Jacques Noel

[Yateri]

Un treuil n'a aucune source d'énergie qu'il pourait récupérer.

 

 

Pourtant, je freine bien le tambour en fin de récupération du câble et les tambours sont freinés quand nous retirons les câbles!!!

 

Jacques Noel

 

Le tambour n'est pas freiné pendant la récupération des câbles, au contraire. Il n'est freiné que quelques secondes lorsque les parachutes arrivent au sol, avant l'arrêt complet. Ou alors on a pas la même technique

 

Et dans l'autre sens, lorsqu'ils sont déroulés par la voiture, ça serait un comble de brancher une génératrice sur les tambours, le véhicule tracteur en prendrait pour son grade. On a déjà du mal parfois à tirer avec l'herbe grasse et 1200m de câble acier...

 

Fred

[jouanarp]

Yateri, sur ton Herkule H4 , si tu regardes bien , tu vas trouver un système de freinage automatique qui évite l'emballement des bobines

 

Pascal

 

 

Un treuil n'a aucune source d'énergie qu'il pourait récupérer.

 

 

Pourtant, je freine bien le tambour en fin de récupération du câble et les tambours sont freinés quand nous retirons les câbles!!!

 

Jacques Noel

 

Le tambour n'est pas freiné pendant la récupération des câbles, au contraire. Il n'est freiné que quelques secondes lorsque les parachutes arrivent au sol, avant l'arrêt complet. Ou alors on a pas la même technique

 

Et dans l'autre sens, lorsqu'ils sont déroulés par la voiture, ça serait un comble de brancher une génératrice sur les tambours, le véhicule tracteur en prendrait pour son grade. On a déjà du mal parfois à tirer avec l'herbe grasse et 1200m de câble acier...

 

Fred

[Yateri]

Merci, c'est moi le responsable de ce treuil D'ailleurs c'est un HT4, il a un subit rétrofit Turbo

 

Je maintiens qu'au rembobinage des câbles, il n'y a aucune restitution d'énergie, sauf à la fin pour arrêter les parachutes.

 

Lors du déroulage non plus, contrairement aux apparences on est pas en restitution d'énergie. On en consomme bien, seulement c'est plus le sous-système "treuil" qui consomme, mais le système "treuil+véhicule tracteur".

 

C'est comme si, pour reprendre l'exemple du tram, vous vous disiez qu'après tout la motrice étant en tête du convoi, autant mettre un générateur sur les roues arrières qui tournent à vide...

 

Après en pratique on est obligé de freiner légèrement, parce que la vitesse du tracteur n'est pas constante et que le câble n'attend qu'une chose c'est de faire sa choucroute à la moindre perte de vitesse. Mais en théorie on pourrait laisser le rouleau tourner librement pour consommer le moins possible dans la voiture qui tire.

 

Évidement, à la fin quand il faut s'arrêter, il faut freiner, donc on pourrait y récupérer de l'énergie. Mais ça représente quoi ? Le calcul est facile à faire, masse du rouleau vide, vitesse de rotation, temps d'arrêt, pertes... bref, trois cacahuètes.

 

Fred

Modifié le 16 juin 2010 par Yateri

[J.Noel]

Pourtant, je freine bien le tambour en fin de récupération du câble

 

 

 

Il faut bien lire : " en fin de récupération de câble"!

 

Que la tension des câbles soit obtenue par des freins ou par une génératrice ( qui freine ), ne me choque pas du tout, du moment qu'il n'y a pas emballement des tambours!

 

Personnellement, je préfèrerai qu'il y ait production d'énergie récupérable ( électricité dans le cas d'une génératrice ) plutôt que de chaleur qui chauffe l'atmosphère! A moins bien sûr que celà puisse générer un thermique pour le planeur suivant!!!

 

Mais n'est ce pas trop compliquer le treuil en apparaillage accesssoire?

 

 

Jacques Noel

Modifié le 17 juin 2010 par J.Noel

[Tristram Gräbener]

Allez, quelques ordres de grandeur pour enterrrer ces histoires d'énergie (c'est la période du bac, si un élève en terminale S passe par ici )

 

Pour lancer un planeur de 500kg à 500m d'altitude à 70km/h, il faut comme énergie:

Ep = mgh = 500 * 10 * 500 = 2.5 × 10^6 Joules d'énergie potentielle

Ec = mv² = 500 * 20^2 = 0.4 × 10^6 Joules d'énergie cinétique

Soit une énergie totale de 2.9 × 10^6 Joules.

 

Un lancement consomme environ 1kWh, soit 3.6×10^6J. Si on prend en compte les pertes liées au rendement des batteries et du moteur (80% en gros), on peut dire que pratiquement toute l'énergie du lancement est dans le planeur. L'énergie dans le tambour et dans le cable est totalement négligeable (et encore il faudrait avoir les frottements avec l'air)

 

Bref, vouloir récupérer cette énergie là, n'a pas trop de sens.

 

Si on voulait vraiment récupérer un peu d'énergie, il faudrait faire atterir les planeurs avec un crochet comme sur les portes-avions :lol:

[Robert Ehrlich]

Ec = mv² = 500 * 20^2 = 0.4 × 10^6 Joules d'énergie cinétique

L'énergie cinétique, c'est mv²/2, donc la moitié de ce que tu dis, ce qui la rend encore plus négligeable comparée à l'énergie potentielle.

[Tristram Gräbener]

Ah oui, zut :lol: Merci de m'avoir corrigé. C'est que ça date l'époque où je faisais de la physique

[rimaroc]

3,6.10^6 J dépensé pour 2,7.10^6 J obtenu c'est même un exellent rendement (70% environ) comparé à nos automobiles ou autres machines (et en plus on est à plus de 70km/h au largage...).

[Etienne]

C'est marrant que tu déterres le sujet pour parler de la "FlyWheel" de Socomec, j'ai justement appelé un technicien de chez eux il y a trois jours pour remplacer l'onduleur de notre salle de serveurs. Il m'a donné leur catalogue et je suis tombé sur ce système de stockage d'énergie. Avec une unité on arrive encore à 80kW au bout de 40 secondes. Reste à voir le prix !

 

Salut

Par curiosité : as-tu eu une fourchette de prix pour ce genre de système???

 

Bons vols

Etienne