SEVIT : volant d inertie pour application ferroviaire. SPIRES Ornans

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1 SEVIT : volant d inertie pour application ferroviaire SPIRES Ornans Chatelaillon-Plage, , Benali Boualem Confidentiel Chatelaillon-Plage, / Propriété d ALSTOM , Transport Benali Boualem Confidentiel / Propriété d ALSTOM Transport

2 Programme Présentation projet SEVIT Problématiques et enjeux Etat de l art volant d inertie

3 Présentation projet SEVIT Stockage d Energie par Volant d Inertie optimisé pour les applications de Transport Ferroviaire Le projet est dédié au système de stockage volant d inertie. Le but étant de développer un produit adapté aux contraintes ferroviaires. Sachant que d autres projets et études se sont intéressés à la démonstration des avantages de ce système par rapport aux technologies de stockage existantes.

4 Partenaires Laboratoires : pilotage & coordination études, développement, réalisations machine électrique, convertisseur intégration puissance dynamique et matériaux rotor PME composites et protection balistique

5 Contexte Les différentes études menées les systèmes de stockage d énergie ont démontré que le volant d inertie est très intéressant pour le transport - forte capacité énergétique - nombre de cycles élevés Equipement Electrochimique Super-condensateurs Volant d inertie Energie Spécifique (Wh/kg) Puissance spécifique (W/kg) Temps de charge 1 5 h 1 30 s > 15s Temps de décharge 0,3 3 h 1 30 s > qlq min. Cyclabilité Faible (2000 max) Elevée (>10 5 ) Elevée (>10 5 ) Durée de vie Faible (5ans) ans Elevée (>20ans) Maturité industrielle Oui Oui (petits accus) Non (gros accus) Non

6 Problématiques Les équipements actuels sont des prototypes qui ne n ont pas aboutit à la maturité industrielle permettant de les utiliser avec : - une optimisation masse/volume - un ratio coût/fonction raisonnable - une conception intégrant les problématiques d industrialisation - une fiabilité et sécurité accrues

7 M/G Volant d inertie : système Energie mécanique : E = ½ J ω 2 Energie Electrique (machine électrique/convertisseur) ~ = = = Les éléments clés : - Les paliers (stabilité / sécurité) - L enceinte de confinement (sécurité) - Electronique de puissance (rendement/compacité) - Machine électrique - Refroidissement Aspect pluridisciplinaire : - système - mécanique grande vitesse, - matériaux, processus - électromagnétisme, machine - électronique (puissance, contrôle, instrumentation) - thermique

8 SPIRES Ornans Méthodologies Développer un volant d inertie dédié aux applications transport ferroviaire (segment visé = Tramway, Autonomie inter-station) Etape 1 : Transfert de technologie volant d inerte CCM (en cours) Leviers optimisation : - onduleur de courant - rationalisation refroidissement - confinement en matériaux composites gain volume / masse augmentation de l énergie stockée

9 Méthodologies Etape 2 : Projet SEVIT 1. Etat de l art : - benchmark des technologies existantes 2. Etudes systèmes - choix machine / électronique / stratégie pilotage - intégrations et optimisations - modes de défaillance & stratégies de sécurité 3. Modèles : - dynamique du rotor - thermique machine/électronique - électromagnétique machine 4. Technologies - Matériaux pour le rotor : process, vieillissement - Matériaux pour le confinement

10 Etat de l art Constituants du volant Le volant : différentes formes et matériaux Les paliers : mécaniques et/ou magnétiques La machine : moteur-générateur réversible, intégré ou sur l axe Enceinte de confinement : atmosphère contrôlée Les éléments de contrôle et de surveillance : capteurs L électronique de puissance et de commande L enceinte de confinement : protection

11 Etat de l art Quelques exemples Magnet Motors (MM) : Allemagne Centre for Concept in Mechatronics (CCM) : Pays-Bas Flywheel Energy System Inc (FESI), Canada Thalès AES : France Beacon Power (BP), USA Stockage d Electricité par Volant d Inertie Lévité (SEVIL), France NASA : USA Regenerative Power and Motion (RPM), USA Vycon, USA Pentadyne, USA

12 CCM (hollande) Applications Disposition Matériaux du volant Palier Moteur/Générateur Energie Vitesse Transports (tramway Citadis de Rotterdam) Vertical Fibre de carbone Mécanique, magnétique passif Aimants permanents 4 kwh rpm

13 Magnet Motor (allemagne) Applications Disposition Matériau du volant Palier Moteur/Générateur Energie stocke Vitesse Usages urbains Trolleybus Bale Projet Lirex Vertical Fibre de carbone Mécanique, magnétique passif Aimants permanents 2kWh rpm

14 Flywheel Energy System (canada) Applications Disposition Matériau du volant Palier Moteur/Générateur Energie stockée Vitesse Usages urbains Vertical Fibre de carbone Mécanique, magnétique passif Aimants permanents 1kWh rpm

15 Enceinte de confinement

16 Machine-convertisseur

17 Merci pour votre attention Q / R

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