Robert PERIOT

Les performances de la fonction destockage dnergie en ferroviaire

TRANSPORT

Robert PERIOT25/03/2010

Les performances de la fonction destockage dnergie en ferroviaire

Les performances relles de la fonction stockage - 24/03/2010P 2

Agenda

1 Le stockage : pourquoi faire ?

2 Les solutions disponibles

3 Les performances

4 En conclusion

Le stockage : pourquoi faire ? Page 3

Page 20

Page 23

Page 38

Les performances relles de la fonction stockage - 24/03/2010P 3

Les performances relles de la fonction stockage 24/03/2010- P 4

Architectureclassique

nergie consomme en traction

nergie s/stationnergie autres vhicules

Amlioration du bilan nergtique

nergie consomme en traction nergie gnre en freinage

Restitution au rseauPertes au rhostat

Amlioration du bilan nergtique

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Utilisation dun stockagednergie embarqu.

nergie consomme en traction

Sous station

RcuprationStockage local

Amlioration du bilan nergtique

nergie consomme en traction nergie gnre en freinage

Restitution au rseau

Pertes au rhostatRecharge stockage

Amlioration du bilan nergtique

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Amlioration du bilannergtique

Avec stockage : Prheo = 0

Rcupration des nergies de freinage

Sans stockage : Prheo = 300 kW

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crtage du courant catnaire

Lissage des consommations

Sans stockage :I ligne max = 1000A

crtage du courant catnaire

Lissage des consommations

Avec stockage :I ligne max = 700A

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Lissage des consommations

Avec stockage

Filtrage de la tension ligne

Lissage des consommations

Sans stockage

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Une application : le dmonstrateur STEEM

7.9 km

17 stations

Citadis 402

Une application : le dmonstrateur STEEM

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Une application : le dmonstrateur STEEM

3 driving mode :Only by catenary. (TMS actual tram)By catenary with ESS support : ECO mode.Without catenary, only ESS :AUTONOMY mode.

HV scheme on STEEM Demonstrator750 V DC

DJC

COFFREONDULEUR 1

LF

PF

Fus.

LF

LFFus.

LF

LFFus.

LF

COFFREONDULEUR 2

COFFREONDULEUR 3

COFFRESATEE

Selfsdentr

e

Une application : le dmonstrateur STEEM

HV scheme on STEEM DemonstratorCOFFREONDULEUR 1

Rh1

M11M12

Rh2

Rsistancecrteur

COFFREONDULEUR 2

COFFREONDULEUR 3

M21M22

M31M32

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Suppression de la catnaire

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Tramway de Bordeaux

Place Pey-Berland: Citadis devant lacathedrale de Bordeaux - Photo La CUB

Bordeaux Citadis sur le Pont de PierreBordeaux Citadis sur le Pont de Pierre PhotoLa CUB

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Une application : le tramway de Nice :batteriesUne application : le tramway de Nice : Autonomie partielle avec

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Une application : le tramway de Varsovie :batteries

INSTYTUT ELEKTROTECHNIKIZak?ad Trakcji ElektrycznejUl. Mieczys?awa Po?aryskiego 2804-703 WARSZAWA

Une application : le tramway de Varsovie : Autonomie longue distance avec

Les performances relles de la fonction stockage 24/03/2010- P 15

Hybridation dengins Diesel

Hybride parallle sur autorails lgers Hybride srie sur trains rgionaux

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Locomotive de manuvre hybride ou bimode

Traction inverter

Ni Cd battery

RectifierAuxiliariesinverter

Diesel engine Generator

G

24Vdc

24V battery charger

Locomotive de manuvre hybride ou bimode

Traction motors

Traction inverter

gearbox axles with gearboxes

Compressor

M2

M1

C

24Vdc Auxiliaries

24Vbattery

24V battery charger

m fan motors

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Application : Locomotive de manuvreApplication : Locomotive de manuvre

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Autonomie des locomotives de fret

Finir les missions sans catnaire

Autonomie des locomotives de fret

Pour viter :

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Un exemple : le cas du tramway

Un inter station typique

Un exemple : le cas du tramway

Une ligne typique

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Les technologies

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Technologies que lon peut associer11

0 l

men

ts

110

lm

ents

110

lm

ents

+

396 kg

Technologies que lon peut associer

24 x

900

0 F

+ 750 V

416 kg

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Un diagramme trs connu

Volants

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Exemple destimation de la dure de vie

100

1000

10000

100000

1000000

10 20 30 40 50 60

Nom

bre

de c

ycle

s

Dure de vie en fonction de la profondeur de dcharge

Batteries : capacit nominale et capacit utilePour une application sans catnaire il faut compter 120 000 cycles / an

Exemple destimation de la dure de vie

Nombre de cycles :

27 cycles / jour

360 jours / an

5 ans = 48 600 cycles

Profondeur de dchargeacceptable dans ce cas :

20 %

60 70 80 90 100Profondeur de dcharge (%)

Dure de vie en fonction de la profondeur de dcharge

30C

50C

Pour une application sans catnaire il faut compter 120 000 cycles / an

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La batterie et ses auxiliaires

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La batterie et ses auxiliaires

Coffre Batterie

Coffre Chargeur

CoffreAppareillages

La batterie et ses auxiliaires

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Le volant et ses auxiliaires

Chassis

Appareillagecontinu

Arorfrigrant

Module desurveillance

Pompe

nergie : 4.0 kWh

Puissance moyenne : 200 kW

Puissance crte : 325 kW

Masse : 1300 kg

Hauteur : 510 mm

Vitesse max : 22000 rpm

Le volant et ses auxiliaires

Pilotage

Appareillagealternatif

Onduleur

Inductance

Moteur/gnrateurModule de

surveillance

2300 mm

1400 mm510 mm

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C = 208 FU = 360 VW utile = 2,81 KWhP soc 0 = 625 KWP soc 1 = 1250 KW

M = 1540 KgV = 1,6 m3

Temps recharge = 10,8 s

Une application typique

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Le super condensateur et ses auxiliairesLe super condensateur et ses auxiliaires

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Un peu de mcanique

M =1350kg

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Le bilan de masse pour les 3 principales technologiesLe bilan de masse pour les 3 principales technologies

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Poids de lnergie

Batteries SupercapsSupercaps Volants

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Poids de la puissance

Batteries SupercapsSupercaps Volants

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Cot de lnergie

Batteries SupercapsSupercaps Volants

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Cot de la puissance

Batteries SupercapsSupercaps Volants

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Un bilan qui montre que les performances dpendentprincipalement de lapplicationUn bilan qui montre que les performances dpendentprincipalement de lapplication

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Conclusion

Chaque technologie de stockage intervient dans le bilan de masse et de cotpar le biais de proprits ou de servitudes rarement mises en avant :? Pour les batteries

Surdimensionnement en nergie et en puissance pour la tenue en cyclageLimitation de la puissance pour la dure de vie

Ncessit de matrise la temprature Aspects scurit , feu/fume

? Pour les super capacits Ncessit dlectronique de puissance associe

? Pour les volants Confinement pour cause de scurit Ncessit de suspension Ncessit dlectronique de puissance associe

? Pour tous Ncessit dune installation mcanique pour la tenue en environnement

ferroviaire Tout ceci fait que les performances intrinsques des diffrentes technologies

sont largement dpendantes de lapplication

Chaque technologie de stockage intervient dans le bilan de masse et de cotpar le biais de proprits ou de servitudes rarement mises en avant :

Surdimensionnement en nergie et en puissance pour la tenue en cyclageLimitation de la puissance pour la dure de vieNcessit de matrise la temprature

Ncessit dlectronique de puissance associe

Confinement pour cause de scurit

Ncessit dlectronique de puissance associe

Ncessit dune installation mcanique pour la tenue en environnement

Tout ceci fait que les performances intrinsques des diffrentes technologiessont largement dpendantes de lapplication

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