SEVIT : volant d inertie pour application ferroviaire SPIRES Ornans Chatelaillon-Plage, 18-09-2007, Benali Boualem Confidentiel Chatelaillon-Plage, / Propriété d ALSTOM 18-09-2007, Transport Benali Boualem Confidentiel / Propriété d ALSTOM Transport
Programme Présentation projet SEVIT Problématiques et enjeux Etat de l art volant d inertie
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.
Partenaires Laboratoires : pilotage & coordination études, développement, réalisations machine électrique, convertisseur intégration puissance dynamique et matériaux rotor PME composites et protection balistique
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) 20 200 1 10 10 95 Puissance spécifique (W/kg) 5 20 1000-3000 2000 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) 10-15 ans Elevée (>20ans) Maturité industrielle Oui Oui (petits accus) Non (gros accus) Non
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
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
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
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
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
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
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 11000-22000 rpm
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 6000-12000 rpm
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 14000-28000 rpm
Enceinte de confinement
Machine-convertisseur
Merci pour votre attention Q / R