Le projet en deux mots
INSTODRES expérimente le soutien de la tension caténaire au moyen de batteries électrochimiques. Il vise à concevoir un système technique intégré permettant de valider sur le terrain le principe de soutien tension caténaire, à partir d’un prototype de laboratoire.
Contexte
Le réseau de traction ferroviaire 1500V français présente localement des insuffisances d’alimentation électrique qui occasionnent le ralentissement des trains (causés par une baisse du niveau de tension caténaire). Une alternative à la construction de nouvelles sous-stations ferroviaires consiste à soutenir la tension caténaire au moyen de batteries électrochimiques capables de fournir un apport de puissance au moment du passage des trains. L’enjeu consiste à expérimenter cette solution sur un site démonstrateur SNCF.
Les verrous à lever sont d’ordre technique : valider l’interaction de l’ensemble batteries-convertisseur haut rendement à isolation galvanique intégré en container avec le réseau de traction ferroviaire 1500V. L’état de l’art scientifique se résume à un prototype de convertisseur développé par le laboratoire Laplace.
A la date de début du projet, aucun dispositif de stockage d’énergie électrique n’avait été mis en œuvre sur le réseau ferré Français 1500V et il n’existait pas de produit industriel dédié.
Objectifs
L’objectif général du projet est de concevoir un système technique intégré permettant de valider sur le terrain le principe de soutien tension caténaire, à partir d’un prototype de laboratoire.
L’association du convertisseur avec une batterie d’une part, et le réseau de traction 1500V d’autre part est l’enjeu technique majeur. L’intégration multitechnique du convertisseur en container sera la condition préalable à l’expérimentation en conditions réelles.
Le but final, une fois le système opérationnel en interaction avec la caténaire, est d’évaluer l’intérêt pour la SNCF de cette solution spécifique de renforcement local d’alimentation électrique, sur les plans technique et économique (en comparaison avec la construction d’une nouvelle sous-station).
L’innovation repose sur la propriété d’isolation galvanique associée à un haut niveau de rendement.
L’isolation galvanique entre la batterie et le réseau de traction conditionne aujourd’hui l’acceptabilité par le gestionnaire du réseau électrique de traction ferroviaire de l’installation de batteries électrochimiques (verrou sécuritaire).
Déroulement
Le convertisseur prototype développé par le Laplace est d’abord intégré sur la plateforme de puissance SCLE et raccordé entre un réseau 1500Vdc et des batteries. Ensuite une campagne d’essais valide le fonctionnement du convertisseur dans des conditions proches de celles du terrain. Une fois au point, ce système doit être intégré en container.
Bénéficiant des travaux réalisés dans le cadre du projet RACCOR-D, c’est un convertisseur refroidi par air, dans un format pré-industriel, qui sera intégré en container, pour être associé de façon stable et sécuritaire à des batteries et à la caténaire.
L’intégration système est initiée à partir de la brique élémentaire de conversion, au niveau châssis convertisseur, puis au niveau container. Un processus multitechnique coordonne les développements électrique, mécanique, thermique pour aboutir à un système intégré cohérent, adapté à l’application, conforme aux normes identifiées.
En parallèle, le contrôle-commande permettant le pilotage des différents sous-systèmes est développé.
La recette usine validée, le système intégré est installé sur le site d’expérimentation SNCF (sous-station ferroviaire de Lézignan-Corbières, dans l’Aude). Raccordé à la caténaire 1500Vdc, l’application de soutien tension caténaire est mise au point et validée.
En parallèle, un outil de simulation est développé par le Laplace pour dimensionner les systèmes à mettre en œuvre selon les sites.
L’étape finale consiste à évaluer le fonctionnement du système sur la durée, afin de permettre à SNCF d’évaluer la pertinence de répliquer cette solution sur d’autres sites, et à SCLE d’industrialiser le système pour cibler d’autres gestionnaires de réseaux de traction ferroviaires européens.
Synthèse des résultats
Le convertisseur est intégré en châssis et fait l’objet d’essais en laboratoire de puissance. L’association du convertisseur avec les batteries et avec la source 1500Vdc a été validée. Le contrôle-commande est en cours de développement, à savoir les automatismes (lois de commande, fonctions de sécurité, interface avec SNCF) et l’interface homme machine. Le container est fabriqué (batteries, refroidissement, protection incendie) et prêt à intégrer le châssis convertisseur pour permettre la recette usine du système intégré. Les travaux d’installation sur le site SNCF expérimental sont prévus au premier trimestre 2025.
Application et valorisation
L’outil de modélisation élaboré dans le lot n°5 par le laboratoire LAPLACE est opérationnel. Il permet d’ores et déjà d’appliquer par simulation la fonction de soutien tension caténaire par batteries aux tronçons de réseau de traction identifiés par SNCF comme sujets à ces problématiques d’alimentation. Le train jaune (Occitanie) fait l’objet d’une étude de dimensionnement. Il est prévu d’étudier d’autres sites (Mâcon). Le fait de disposer d’un site SNCF expérimental et de l’outil de dimensionnement permettra de développer cette application, en France puis en Europe. Un échange régulier entre le consortium et SNCF prépare la suite du projet INSTODRES.
Coordinateur
- SCLE SFE (31)
Localisation
- Site industriel : SCLE SFE, 25 chemin de Paléficat Toulouse (31)
- Site d’expérimentation : Sous-station SNCF de Lézignan-Corbières (11)
Détails du projet
- Durée : 48 mois
- Mois/Année de démarrage : Novembre 2021
Montant total projet
- 1 100 000 €
Aide projet
- 300 000 €
