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Réseaux ferroviaires intelligents

For the business and trade press
Berlijn, 25.09.2014

La part des sources d'énergie renouvelable n'augmente pas uniquement dans les réseaux électriques publics, elle progresse également dans les réseaux ferroviaires. La transition énergétique entamée par l'Allemagne a pour objectif de passer d'environ 80 % d'énergie produite par des centrales conventionnelles à minimum 80 % d'énergie issue de sources renouvelables d'ici 2020. La Deutsche Bahn prévoit également de couvrir plus d'un tiers de ses besoins annuels en énergie pour le réseau ferroviaire, qui s'élèvent à douze milliards de kilowatts-heure, avec des sources renouvelables d'ici 2020. La part actuelle est d'environ 20 %. Tout comme les objectifs de la transition énergétique ne pourront être réalisés qu'en utilisant des smart grids, les réseaux de traction devront également devenir plus intelligents pour que la part des sources d'énergie renouvelable et les objectifs environnementaux puissent être atteints. Siemens parle d’« électrification ferroviaire intelligente » ou « smart rail electrification » pour désigner cette technologie et propose dans son portefeuille actuel tous les produits, systèmes et solutions nécessaires.

Par le passé, le réseau de traction – qui est alimenté principalement par de grosses centrales électriques – avait pour seule fonction d'alimenter les véhicules ferroviaires en électricité. La gestion du trafic sur les lignes ferroviaires a pu être mise en œuvre grâce à l'automatisation et à des systèmes de signalisation et de commande en grande partie indépendants du réseau de traction.

Aujourd'hui, les sources d'énergie renouvelable jouent un rôle de plus en plus prépondérant dans l'alimentation du réseau de traction, ce qui et pose de nouveaux défis pour le système. Comme pour le réseau électrique public, un nombre croissant de technologies de l'information et de la communication et d'éléments de réseau intelligents sont installés sur le réseau de traction, afin d'assurer sa stabilité et de lisser les fluctuations inhérentes aux sources d'énergie renouvelable.

À l'avenir, la tâche consistera à optimiser le flux d'énergie dans les réseaux de traction par le biais d'éléments de contrôle distribués en réseau, connectés à un système de gestion maître. Ce dernier recevra toutes les données utiles en provenance du réseau public intelligent (smart grid), du réseau de traction, du système d'automatisation ferroviaire et des véhicules eux-mêmes. Il traitera toutes ces données et contribuera ainsi à une interaction respectueuse de l’environnement et éco-énergétique de l'ensemble des systèmes techniques individuels au sein du réseau ferroviaire.

Solutions pour l'alimentation de traction du futur

L'optimisation d'un système d'alimentation de traction se concentre sur les points suivants :

  • Garantir la fiabilité de l'alimentation,

  • Garder la maîtrise des besoins en énergie et en électricité,

  • Améliorer la gestion opérationnelle. La généralisation de la mise en réseau et des communications ouvre de nouvelles opportunités dans ce domaine en ce qui concerne l'alimentation de traction, les véhicules et l'exploitation.

Les exploitants seront confrontés à des exigences particulières lors de la mise en œuvre de ces mesures d'optimisation. Ils pourront être amenés à déterminer le nombre optimal de points de raccordement au réseau public, et à réduire la puissance de crête et la consommation d'énergie de leur réseau de traction.

Pour y parvenir, différentes approches sont envisageables :

  • L'exploitant d'un réseau de traction peut, par exemple, réduire le nombre de points de raccordement au réseau public en adoptant des mesures pour stabiliser la tension. Cela a également pour effet de réduire les coûts d'investissement.

  • Il est également possible d'optimiser les points de raccordement au réseau public en améliorant la qualité de puissance.

  • L'exploitant peut également réduire la puissance de crête d'émission d'un réseau électrique de traction, par exemple en optimisant le tableau horaire, en récupérant l'énergie de freinage ou en installant plus de systèmes de stockage de l'énergie.

  • Pour réduire la consommation d'énergie, l'exploitant peut choisir une tension supérieure pour le transport de l'électricité, utiliser sur le réseau l'énergie récupérée au freinage et veiller à optimiser le rendement énergétique de l’exploitation des trains.

En ce qui concerne le réseau de traction du futur, la Business Unit Rail Electrification de Siemens dispose déjà des solutions techniques appropriées pour le trafic grandes lignes, ainsi que pour le trafic régional et urbain.

Si, par exemple, pour le trafic grandes lignes, l'objectif est de réduire le nombre de points de raccordement en stabilisant la tension sur le réseau, Siemens peut proposer aux opérateurs ferroviaires des solutions de compensation de puissance réactive, parmi d'autres options. Cette technologie, également disponible sous forme de systèmes mobiles, assure la compensation de puissance réactive nécessaire pour augmenter la qualité de puissance et la stabilité du réseau. Des systèmes d'autotransformateurs sont également disponibles pour accroître la stabilité de la tension. Une double alimentation avec équilibreurs actifs peut également être mise en œuvre. Un équilibreur actif permet d'éviter les asymétries lors de la connexion de charges monophasées au réseau public triphasé. Opter pour un autre système de contrôle du véhicule en termes de déphasage (cos Phi) constitue une autre manière de stabiliser la tension. Siemens propose les deux types de solutions : équilibreurs actifs et convertisseurs de fréquence pour améliorer la qualité de puissance.

Afin de réduire la puissance de crête d'émission du réseau de traction, les experts Siemens aident les opérateurs ferroviaires à optimiser leurs tableaux horaires par le biais de technologies d'automatisation ferroviaire de pointe et d'architectures d'automatisation modernes. Grâce aux convertisseurs de fréquence, l'énergie du freinage est réinjectée efficacement sur le réseau. Siemens fournit des systèmes fixes pour le stockage temporaire de l'énergie électrique sur la base du courant direct. Une tension supérieure pour le transport de l'énergie de traction contribue à une réduction de la consommation d'énergie au sein du réseau. Enfin, un style de conduite axé sur l'anticipation peut contribuer à un meilleur rendement énergétique de l'exploitation des trains et à une réduction de la consommation sur le réseau. Siemens propose ainsi des formations spécifiques pour les conducteurs de trains.

Siemens peut également offrir aux exploitants de systèmes de transport ferroviaire urbains et régionaux des solutions adaptées au réseau électrique ferroviaire du futur, basées notamment sur la technologie CC. Par exemple, la tension peut être stabilisée à l'aide de redresseurs commandés, ainsi que de systèmes de stockage de l'énergie mobiles et fixes. Le portefeuille Siemens inclut des convertisseurs continu-alternatif et des redresseurs à diodes à 24 impulsions pour améliorer la qualité de puissance. Dans une mesure encore plus importante que pour les réseaux de grandes lignes, les concepts d'automatisation ferroviaire sont extrêmement utiles aux opérateurs de réseaux de transports urbains pour optimiser les tableaux horaires de leurs nombreux cycles de service.

Les convertisseurs sont utilisés pour réinjecter l'énergie de freinage dans le réseau. Des systèmes de stockage de l'énergie fixes et mobiles réduisent la puissance de crête dans les réseaux de transport urbains. L'augmentation de la tension de traction dans les réseaux de transport urbains constitue une autre mesure possible pour réduire la consommation d'énergie du réseau, et Siemens peut fournir la technologie de transmission requise. L'entreprise propose également des véhicules ferroviaires automatiques sans conducteur pour les réseaux de transport en commun, afin de réduire la consommation d'énergie. La gamme de produits inclut des systèmes de stockage de l'énergie fixes et mobiles pour la réutilisation de l'énergie de freinage. Il est ainsi possible de diminuer encore la consommation d'énergie au sein du réseau – conformément au concept de réseau de traction du futur, exploité de la manière la plus écologique et la plus éco-énergétique possible.