Séminaire mi parcours Stock-e 2010
CONIFER
Conception et Outils iNnovants pour un réseau électrique Intelligent appliqué au FERroviaire
Présentateurs: Benoit Robyns, L2EP, [email protected]
Jean Chabas, SNCF, [email protected]
Coordinateur du projet: Lionel Taunay, SNCF, [email protected]
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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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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