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
Présentation des partenaires du projet CONIFER Organismes de recherche : o o L2EP : Laboratoire d Electrotechnique et d Electronique de Puissance de Lille (HEI AMPT ECLille). 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 Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 2
CONIFER - Problématique énergétique actuelle Les aspects à considérer Augmentation du coût de l'énergie Impact sur l'environnement Raréfaction des sources d'énergie Inadéquation entre la production et la consommation Augmentation de la consommation énergétique Limitation des moyens de production existants à l échelle nationale Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 3
CONIFER - Les pistes de recherche 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 Augmentation de l'autonomie en cas de coupure Optimisation de la gestion énergétique du réseau de distribution Fiabilisation de l'approvisionnement énergétique Exploitation des nouveaux moyens de production et stockage Limitation de l impact sur l environnement avec les énergies Renouvelables Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 4
CONIFER - 2 niveaux d études 1/ À l échelle des Installations Fixes de Traction Electrique Hybride (IFTEH) À l échelle des IFTEH Définir l architecture de l IFTEH À l échelle d un réseau ferroviaire Définir l architecture du réseau électrique ferroviaire intelligent «Superviser» les IFTEH et le réseau de manière intelligente et robuste Dimensionner l IFTEH Dimensionner le réseau électrique ferroviaire à base d IFTEH Gestion non limitée par le dimensionnement Nouvelle architecture de réseau ferroviaire intelligente et fiable composée d IFTEH Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 5
Architecture des IFTEH Choix d architectures 1500 V DC et 25 kv AC 15 cas identifiés architecture générique Bus DC/AC Feeder IFTEH B Smart grid ferroviaire par feeder Smartgrid réseau EnR IFTEH A RTE ou ERDF G Source prévisible/ petite hydraulique Stockage Smart grid ferroviaire par caténaire DC ou AC Freinage (S) Traction (C) Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 6
Architecture des IFTEH Critères de choix d architecture Contraintes techniques imposées par les réseaux (RTE, ERDF, RFF, ) Hiérarchie des services à valoriser Bus DC Fiabilité et disponibilité des éléments Feeder IFTEH B Possibilités à réaliser les objectifs DC DC AC DC EnR Smartgrid ferroviaire par feeder DC AC G Source prévisible/ petite hydraulique RTE > 20 kv DC AC ou DC Stockage énergie/puissance IFTEH A AC DC Réseau 25kV/50Hz AC Freinage (S) Traction (C) Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 7
Services et acteurs 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) : 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 Réglage de fréquence Réglage de tension Gestion des congestions Lissage de charge Réductions de pertes dues au transport Réseau d alimentation Report d injection Garantie de la production Lissage de fluctuations à court-terme Energies renouvelables Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 8
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. Récupération d énergie/réseau ferroviaire Lithium-ion/Pennsylvanie/USA /2011 Récupération d énergie/réseau ferroviaire Volant d inertie/350kw-3000vdc/espagne /2011 Sodium-soufre 1 MW / 7,2 h Charleston, WV, U.S.A., 2006 Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 9
Conception et gestion énergétique des IFTEH Méthodologie de pré-dimensionnement des IFTEH Choix des objectifs? Objectifs Contraintes Moyens d action Réduire la facture énergétique Augmenter l efficacité énergétique Augmenter la production d énergie électrique renouvelable en vue de la réduction de l impact carbone Robustesse/ fiabilité du système d alimentation électrique Coût d investissement Coût de l énergie électrique Modes de tarification Pénalités Réversibilité du système d alimentation Intermittence des EnR Coût d investissement Charge variable Coût de la fiabilisation Continuité d alimentation Dynamique des systèmes Puissance souscrite Utilisation des systèmes de stockage d énergie Technologie des systèmes Architecture d IFTEH Récupération de l énergie de freinage Puissance installée Surface PV Nombre d éoliennes Surdimensionnement de l installation Diversifier le moyens d alimentation Disposer d une réserve d énergie Services pour l alimentation en Charge variable Réglage de tension et de fréquence au énergie électrique (réseau amont) Intermittence d EnR moyen des systèmes de Raccordement réseau production/stockage Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Délestage/report Décembre 2012 de charge 10
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. Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 11
CONIFER - 2 niveaux d études 2/ À l échelle d un réseau ferroviaire À l échelle des IFTEH Définir l architecture de l IFTEH À l échelle d un réseau ferroviaire Définir l architecture du réseau électrique ferroviaire intelligent «Superviser» les IFTEH et le réseau de manière intelligente et robuste Dimensionner l IFTEH Dimensionner le réseau électrique ferroviaire à base d IFTEH Gestion non limitée par le dimensionnement Nouvelle architecture de réseau ferroviaire intelligente et fiable composée d IFTEH Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 12
Architecture d un Réseau Ferroviaire composé d IFTEH Exemple de smart grid pour le réseau 25kV-50 Hz 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) Tâche 3 1: Stockage 2: Production décentralisée intermittente 3: Bus DC 4: Convertisseur DC/AC 5: Production décentralisée prévisible 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 Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 13
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 Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 14
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) Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 15
Merci pour votre attention Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 16
Merci pour votre attention Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012 17
Présentation des partenaires du projet CONIFER Organismes de recherche : o o Entreprises : o o L2EP : Laboratoire d Electrotechnique et d Electronique de Puissance de Lille (HEI AMPT ECLille). G2ELAB : Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble (Université Joseph Fourrier Grenoble) SERMA Ingénierie 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 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 Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012