Enjeux de l électrification des transports urbains Colloque sur l électrification des transports au Québec Mai 2010

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1 Enjeux de l électrification des transports urbains Colloque sur l électrification des transports au Québec Jacques Drouin, ing. Spécialiste principal Gestion des produits

2 Réseaux de transport urbain Enjeux et électrification Aux quatre coints de la planète, de Montréal à Shanghai ou de Moscou à Santiago, toutes les têtes se tournent vers les transports pour offrir une solution aux problèmes environnementaux qui sont au cœur des préoccupations de tous et chacun. De la diminution de la dépendance aux énergies fossiles en passant par la réduction des émissions polluantes, les enjeux sont à la fois pressants, complexes et déterminants. Dans ce contexte, l électrification des transports en milieu urbain et péri-urbain devient un outil incontournable dans la panoplie de stratégies qui s offrent aux preneurs de décision. Mais est-ce vraiment si facile? Y a-t-il un modèle qui s impose? Les choix de technologie se multiplient. Les économies s essoufflent. Les décisions ne relèvent plus d une seule entité, mais d un ensemble de visions qui interagissent entre elles. Et si l électrification des transports semble d emblée la voie à prendre, que nous réserve cette technologie, ses variantes? Est-ce une solution à long terme? Et à quels coûts?

3 Réseaux de transport urbain Enjeux et électrification Contexte global Électrification urbaine Technologies courantes et futures

4 Réseaux de transport urbain Problèmes mondiaux Les mentalités Électrifier pour changer la donne CONGESTION URBAINE PROBLÈME MONDIAL Montréal Ho Chi Minh (Saigon)

5 Réseaux de transport urbain Les choix de mobilité Les choix de mobilité urbaine dans le rail Le rail en ville Le métro léger Le tramway Le train léger Montréal Vancouver Bruxelles Minneapolis Le train de banlieue Le métro Paris Montréal

6 Réseaux de transport urbain Enjeux et électrification Contexte global Électrification urbaine Technologies courantes et futures

7 Pourquoi électrifier Plus de mobilité, plus de rapidité, plus de fluidité, plus d efficacité, moins de GES Électrifier pour: Maximiser la capacité Maximiser la vitesse Économiser l énergie Minimiser le bruit Aider l environnement Plus efficace Plus dynamique Plus économe Plus agréable Plus responsable La forte demande en mobilité, un sous-produit de la concentration urbaine et sociale, demande l électrification

8 Réseaux de transport urbain Les nouvelles technologies Prendre le virage technologique L éco-technologie, j achète Fossile Électrique Infrastructures Matériel roulant Infrastructures Matériel roulant Coûts initiaux Moins cher Moins cher Plus cher Plus cher Coûts opération - Plus cher - Moins cher Coûts entretien Moins cher Plus cher Plus cher Moins cher Récupération énergie Efficacité énergétique Conduite automatique Conduite en mode économie Non Non Oui Oui - Non Oui Oui - Non - Oui - Non - Oui

9 Réseaux de transport urbain Les nouvelles technologies Les modes urbains du rail A) La mobilité urbaine sur rail est, en milieu urbain dense, largement électrifié. Trams Métros Déjà largement électrifiés Défi? B) La mobilité péri-urbaine sur rail est en voie d électrification Trains régionaux Trains de banlieue Partiellement ou pas électrifés Défi? Améliorer l efficacité. Diminuer les coûts Améliorer l intégration urbaine Améliorer l offre en wagons automoteurs électriques Électrifier les lignes

10 Électrifier, oui mais comment? Je veux des options Transport urbain Transport péri-urbain Caténaire 3 ième rail Autre Métro OUI OUI NON Métro de surface OUI OUI Tramways OUI NON Train léger OUI NON Train léger OUI OUI Train régional Moteur induction Batteries, Induction, contact Batteries, Induction, contact Moteur induction OUI OUI NON

11 Réseaux de transport urbain Enjeux et électrification Contexte global Électrification urbaine Technologies courantes et futures

12 Électrifier, oui mais comment? Je veux des options Deux choix principaux s offrent aux véhicules de transport urbain Stocker l énergie sur le véhicule Réservoir de carburant Batterie Supercaps Roues d inertie Alimenter en continu le véhicule en énergie Caténaire 3 ième rail Induction Moteurs linéaires

13 Transporter son énergie - Batteries Je veux des options Transporter son énergie Batteries. Dans le rail, cela reste un défi. Ère de la batterie au plomb Ère de la batterie au Nickel - Cadmium Ère de la batterie au Lithium ion Ère de la batterie au Lithium polymère

14 Transporter son énergie - Batteries Je veux des options Rouler sans caténaire et sans coûts d infrastructures. La batterie? Peutêtre, mais La densité d énergie demeure faible par rapport aux énergies fossiles Diésel : 33 Mjoules/kg Batterie Li-ion: 0.46 Mjoules/kg Les temps de recharge s améliorent mais demeurent lents La durée de vie s améliore, mais reste un défi industriel Une énergie stockée sur le véhicule n est pas ce qu il y a de plus efficace

15 Transporter son énergie - Batteries Le rail, mêmes défis, mais Mais est-ce que le défi du rail est différent? Passagers Poids véhicule Poids véhicule/ passager Voiture hybride 5 1,254 kg 250 kg/pass Tramway Bruxelles 178 (debout+assis) 39,200 kg 220 kg/pass Strictement du point de vue énergétique, le rail étant plus économe, il devrait être plus facile de trouver des solutions. Mais ce sont les volumes de l industrie automobile qui supportent le développement des batteries

16 Transporter son énergie - Batteries Mais le rail n est pas en reste. Et si on installait des Supercaps? Je veux plus que des batteries Fiable Recharge très rapide d énergie Énergie disponible rapidement Durable

17 Transporter son énergie - Batteries Normal Freinage Acceleration

18 Transporter son énergie Supercaps Je veux des options Récupération d énergie de freinage Réinjection de l énergie à l accélération Économie d énergie jusqu à 30%

19 Transporter son énergie - Batteries Je veux des options La combinaison batterie Supercaps est-elle la solution? Temps de recharge Batterie Supercaps Combinaison Lent Rapide OK Durée de vie Mauvaise Bonne OK Capacité de courte durée Faible Forte OK Autonomie Moyenne Faible Pas encore suffisant Malgré les progrès, on ne peut pas encore laisser rouler un tramway en traffic urbain sur batteries en espérant qu il soit autonome pendant des heures.

20 Stratégie Je veux des véhicules électriques performants Une stratégie court et moyen terme reposerait donc sur trois éléments Recharge ponctuelle rapide Combinaison batteries- Supercaps Réduction de consommation

21 Transporter son énergie - Batteries Je veux des options Recharge ponctuelle rapide.? + C est le principe des tapis de recharge Points de recharge rapide par induction On pourrait imaginer une recharge rapide des Supercaps, couplés à des batteries, lorsqu un tramway est en station ou sur une section de la ligne.

22 Transporter son énergie Super Supercaps? Batteries/Supercaps OU Supercaps seulement Wh/kg 1, Batteries Supercaps ,000 10,000 W/kg Si la technologie des batteries s améliore, celle des Supercaps aussi. On pourrait alors imaginer, le cas échéant, ne pas avoir besoin de batteries, mais seulement de Supercaps pour une ligne de tramway en voie exclusive qui incluerait une recharge ponctuelle par induction.

23 Solution épurée - Supercaps Je veux ce qu il y a de meilleur Solution épurée Économe Invisible, sans caténaire À coûts d infrastructure diminués Indépendante du mauvais temps À entretien facile Points de recharge rapide par induction en station

24 Économiser l énergie la modélisation Je veux des économies d énergie Mais où peuton encore chercher les économies? Modélisation des paramètres opérationnels d une ligne pour permettre d économiser l énergie en optimisant les infrastructures: Performance de la flotte Profils de vitesse Disposition des équipements d infrastructure électrique Effet des économiseurs d énergie embarqués ou sur la voie Horaires des trains

25 Économiser l énergie La conduite intelligente Je veux des économies d énergie Mais où peuton encore chercher les économies? Outils intelligents d assistance à la conduite: Assistance au conducteur quant à l accélération adéquate (économie d énergie) Calculs en temps réel des paramètres de conduite selon la position et les efforts. Outils de formation à la conduite 15% de réduction de consommation potentielle

26 Économiser l énergie la climatisation Je veux des économies d énergie Mais où peuton encore chercher les économies? Conception intelligente des systèmes de climatisation: Jusqu à 30% de l énergie consommée par un véhicule sert à la climatisation Utilisation d une entrée d air frais variable Utilisation d une pompe thermique Récupération des pertes thermiques de la motorisation pour chauffer le véhicule

27 Économiser l énergie la motorisation Je veux des économies d énergie Mais où peuton encore chercher les économies? Utilisation de moteurs à aimants permanents: Très efficace Permet une regénération d énergie au freinage améliorée Permet le freinage sans friction jusqu à vitesse zéro On peut même entrevoir l élimination de freinage classique (freins à disques). Coûts d entretien réduits.

28 Réseaux de transport urbain