Séminaire mi parcours Stock-e 2010

CONIFER

Conception et Outils iNnovants pour un réseau électrique Intelligent appliqué au FERroviaire

Présentateurs: Benoit Robyns, L2EP, benoit.robyns@hei.fr

Jean Chabas, SNCF, jean.chabas@sncf.fr

Coordinateur du projet: Lionel Taunay, SNCF, lionel.taunay@sncf.fr

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Présentation des partenaires du projet CONIFER

Organismes de recherche :

o L2EP : Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille (HEI – AMPT – ECLille).

o G2ELAB : Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble (Université Joseph Fourrier Grenoble)

Entreprises :

o SERMA Ingénierie

o SNCF : Direction de l’Ingénierie et Direction de l’Innovation et de la Recherche

Coordinateur : SNCF

Date de démarrage : 01/03/2011 Date de fin : 29/08/2014

Budget: 2 013 K€

Subvention ANR: 907 K€

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CONIFER - Problématique énergétique actuelle

Les aspects à considérer

Inadéquation entre la production et la consommation

Augmentation de la consommation énergétique

Limitation des moyens de production existants à

l’échelle nationale

Augmentation du coût de l'énergie

Impact sur l'environnement Raréfaction des sources

d'énergie

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Un concept : Réseau Intelligent de Distribution d’Énergie Électrique Ferroviaire

Intégrant des Moyens de Productions et de Stockages

Exploitation optimale des lois économique du marché de

l’énergie

Optimisation de la gestion énergétique du réseau de

distribution

Exploitation des nouveaux moyens de production et

stockage

Fiabilisation de l'approvisionnement

énergétique

Augmentation de l'autonomie en cas de coupure

Limitation de l’impact sur l’environnement avec les énergies Renouvelables

CONIFER - Les pistes de recherche

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À l’échelle d’un réseau ferroviaire

Définir l’architecture du réseau électrique

ferroviaire intelligent

Dimensionner le réseau électrique ferroviaire à

base d’IFTEH

À l’échelle des IFTEH

Définir l’architecture de l’IFTEH

Dimensionner l’IFTEH

« Superviser » les IFTEH et le réseau de manière intelligente et robuste

Nouvelle architecture de réseau ferroviaire intelligente et fiable composée d’IFTEH

Gestion non limitée par le dimensionnement

1/ À l’échelle des Installations Fixes de Traction Electrique Hybride (IFTEH)

CONIFER - 2 niveaux d’études

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Architecture des IFTEH

Bus DC/AC

RTE ou ERDF

DC ou AC

G

Stockage

EnR

Source prévisible/ petite hydraulique

Feeder IFTEH B

IFTEH A

Smart grid ferroviaire par feeder

Smart grid ferroviaire par caténaire

Smartgrid réseau

Freinage (S) Traction (C)

Choix d’architectures 1500 V DC et 25 kV AC → 15 cas identifiés → architecture générique

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Architecture des IFTEH

Bus DC

RTE > 20 kV

Réseau 25kV/50Hz AC

AC DC

DC DC

G AC

DC

Stockage énergie/puissance DC

Source prévisible/ petite hydraulique

DC AC

Feeder IFTEH B

IFTEH A

Smartgrid ferroviaire par feeder

EnR

Freinage (S) Traction (C)

AC ou DC

Critères de choix d’architecture → Contraintes techniques imposées par les réseaux (RTE, ERDF, RFF,…) → Hiérarchie des services à valoriser → Fiabilité et disponibilité des éléments → Possibilités à réaliser les objectifs

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Services et acteurs

• Réglage de fréquence

• Réglage de tension

• Gestion des congestions

• Lissage de charge

• Réductions de pertes dues au

transport

Réseau d’ alimentation

• Lissage de transit de pointe • Réglage de tension local fin et

dynamique de la tension • Renvoi de la tension en local • Compensation du réactif

(contrainte RTE) • Qualité de l’énergie électrique

interne • Qualité de l’énergie soutirée à RTE • Récupération d’énergie

Infrastructure ferroviaire et transporteur

• Report d’injection

• Garantie de la production

• Lissage de fluctuations à

court-terme

Energies renouvelables

Le choix des caractéristiques en énergie, puissance et dynamique des systèmes de stockage sera fonction des services qui pourront être fournis et valorisés aux différents acteurs. Exemple de services et d’acteurs (non exhaustif) :

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Technologies de stockage

Forte évolution du contexte technologique durant la décennie écoulée.

o Entrée sur le marché de plusieurs nouvelles filières performantes.

o Effort important de démonstration et premières applications commerciales.

Sodium-soufre 1 MW / 7,2 h Charleston, WV, U.S.A., 2006

Récupération d’énergie/Réseau ferroviaire Lithium-ion/Pennsylvanie/USA /2011

Récupération d’énergie/Réseau ferroviaire Volant d’inertie/350kW-3000Vdc/Espagne /2011

Conception et gestion énergétique des IFTEH

Méthodologie de pré-dimensionnement des IFTEH

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Objectifs Contraintes Moyens d’action

• Réduire la facture énergétique • Coût d’investissement

• Coût de l’énergie

électrique

• Modes de tarification

• Pénalités

• Puissance souscrite

• Utilisation des systèmes de stockage

d’énergie

• Augmenter l’efficacité

énergétique

• Réversibilité du système

d’alimentation

• Technologie des systèmes

• Architecture d’IFTEH

• Récupération de l’énergie de freinage

• Augmenter la production

d’énergie électrique renouvelable

en vue de la réduction de l’impact

carbone

• Intermittence des EnR

• Coût d’investissement

• Puissance installée

• Surface PV

• Nombre d’éoliennes

• Robustesse/ fiabilité du système

d’alimentation électrique

• Charge variable

• Coût de la fiabilisation

• Continuité

d’alimentation

• Dynamique des

systèmes

• Surdimensionnement de l’installation

• Diversifier le moyens d’alimentation

• Disposer d’une réserve d’énergie

• Services pour l’alimentation en

énergie électrique (réseau amont)

• Charge variable

• Intermittence d’EnR

• Raccordement réseau

• Réglage de tension et de fréquence au

moyen des systèmes de

production/stockage

• Délestage/report de charge

Choix des objectifs?

Conception et gestion énergétique des IFTEH

Méthodologie de pré-dimensionnement optimale des IFTEH

Problématique complexe: de nombreuses entrées peuvent être très

variables et difficilement prévisibles (sources EnR, marché,…).

Le temps considéré dans l’étude doit intégrer la saisonnalité des sources et charges (1 année).

Les méthodes développées doivent être multi-objectifs et dynamiques.

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À l’échelle d’un réseau ferroviaire

Définir l’architecture du réseau électrique

ferroviaire intelligent

Dimensionner le réseau électrique ferroviaire à

base d’IFTEH

À l’échelle des IFTEH

Définir l’architecture de l’IFTEH

Dimensionner l’IFTEH

« Superviser » les IFTEH et le réseau de manière intelligente et robuste

Nouvelle architecture de réseau ferroviaire intelligente et fiable composée d’IFTEH

Gestion non limitée par le dimensionnement

2/ À l’échelle d’un réseau ferroviaire

CONIFER - 2 niveaux d’études

Architecture d’un Réseau Ferroviaire composé d’IFTEH

Exemple de smart grid pour le réseau 25kV-50 Hz

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1: Stockage 2: Production décentralisée intermittente

3: Bus DC 4: Convertisseur DC/AC

5: Production décentralisée prévisible

Tâche 3

6: Train 7: RTE

8: Caténaire 9: FACTS de type compensateur

10 : FACTS de type liaison HVDC back to back 11: Autotransformateur

12: Poste autotransformateur

Critères de choix : L’efficacité énergétique de l’architecture L’« intelligence » de l’architecture : nombre de degrés de contrôle,

souplesse des liens Les contraintes de coût et techniques (qualité, protection, fiabilité)

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Conception et gestion d’un réseau ferroviaire composé d’IFTEH

Modélisation et pré-dimensionnement optimal d’un réseau ferroviaire

Modélisation énergétique et résolution non-linéaire avec prise en compte du déplacement des trains

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Conception et gestion énergétique des IFTEH et des réseaux ferroviaires intelligents

À venir

Gestion énergétique

Couplage gestion/dimensionnement

Expérimentation en laboratoire

Industrialisation (outils)

Etude technico-économique (marché)

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Merci pour votre attention

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Merci pour votre attention

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partenaire Budget (€) Aide (€) Personnel permanant

(homme.mois)

SNCF 961 930 288 579 40,5

HEI 330 805 165 403 12,6

AMPT 45 760 45 760 4

EC Lille 92 040 92 040 12,6

UJF 199 888 199 888 11

SERMA 383 421 115 026 29

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Présentation des partenaires du projet CONIFER

Organismes de recherche :

o L2EP : Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille (HEI – AMPT – ECLille).

o G2ELAB : Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble (Université Joseph Fourrier Grenoble)

Entreprises :

o SERMA Ingénierie

o SNCF : Direction de l’Ingénierie et Direction de l’Innovation et de la Recherche

Coordinateur : SNCF

Date de démarrage : 01/03/2011 Date de fin : 29/08/2014