Conception systémique d'une locomotive hybride autonome. Application à la locomotive hybride de démonstration et d'investigations en énergétique LHyDIE développée par la SNCF

THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par l'Institut National Polytechnique Toulouse
Discipline ou spécialité : Génie Electrique


Présentée et soutenue par Cossi Rockys AKLI
Le 27 juin 2008

Titre : Conception systémique d'une locomotive hybride autonome.

Application à la locomotive hybride de démonstration
et d'investigations en énergétique LHyDIE
développée par la SNCF


JURY
M. Alain Bouscayrol Prof. L2EP Lille Rapporteur
M. Nicolas Retière Prof. G2ELab Grenoble Rapporteur
M. Alain Jeunesse SNCF Examinateur
M. Gérard Coquery DR INRETS Examinateur
M. Marc Debruyne ALSTOM Examinateur
M. Xavier Roboam DR CNRS-LAPLACE Directeur de thèse
M. Bruno Sareni MDC LAPLACE Codirecteur


Ecole doctorale : GEET
Unité de recherche : LAPLACE
Directeur(s) de Thèse : Xavier Roboam, Bruno Sareni


Résumé



consist?our:Tcrit?resrainsvHybridesermetEconomesetenBatterieEnergietetunrespaussiectueuxcompdetl'enStovironnemend?lest)etlacomotivSNCFhetou-lehoixlaboireoratoireetLAPLAenCEgestions'actuellemeniHybridationntiellet?-leresseneautv?l'arclasyst?meconception,secondeaprobl?meusimdimensionndimensionnelemulticrit?re.etnstat?gieettecture?laladur?egestionstod'?nergieco?td'unetermesloth?secomotivloedehV?hiculeybridePLAautonomejebaptis?eeLHYDIEcadre(LoOptimisationcomotivnegranHybridenousdepr?senD?maonsletlarationlaetLHYDIE.d'Ind'?tudevreprendreesti-unegationdeenbas?eEnerg?tique).d?leLa?lod'optimisationcomotivoutilesimhtsybrideinh?renestdimensions,constitu?elad'ungestiongroupl'arceLesdieselsoncoupoml?ollution,?viedestsaccumkuetlaLesteurshoixNi-Cdstrat?gieetdedestsupsurerconedensateurs.enUneMotspremi?reSyst?miquephaseybrided'?tudevselon?nerg?tiqueunekappro?nerg?tiquecLoheybridedeSupeconceptiond?lisations?quenulticrit?retielle?ivadepularit?ermis,ariable,?apartironsd'unet?arcvhitecturelid?pr?hitecture,d?nie,dimensionnemendeetsyngestionth?tiserdeuloneestrat?gieUnedephasegestionad'??nergielepuisselonded?marcdimensionenerconceptionlesultan?e,?l?mensurtsmodesyst?miquelacoupl?louncomtilotivme.CetDanspcettd'eectuereultan?menphasedi?rend'?tude,cnousparam?triquesatvauxonsmaismis?enstr?videncedelavn?cess?ithi-?syst?me."principauxd'utiliservis?sletbconsonmationmopd?lelaaudebdesonosanmomen(detc",agec'est-?-direparticulier)delemettresyst?me.endimensionsbconneenad?quationdemdeoissusd?lescetteetsonphasedirectemendeexploit?sconception.laNouscomotivaLHYDIE,vtonscoursainsiconstruction.pr?sencl?st?eplusieurs(Plate-formnivheauxTHEEdeferromoiaired?lisation,Gestioncthacunc?tanagetGestionassofr?quenci?pro?comotivunehphaseudedpercondensateursMission.Groupculi?re.DieselAMopartirDansdemcesmoconceptionparti-Abstract



simrainsyHybrideseEcdesignolifentomlidated.esmoenevEnergieofet:respaccumectueuxlodeol'enultaneousvironnemenoptimisationt)dealingprotargetedject,systemSNCFexploitedandinLAPLA(PLACEtlabmoorasizingtorydenedareoftogetherainwingvbasedolvaedtowithosingotherzing,partnerscinburn,thefordesign,cthemanagemenenergythemanagemenyptiandhthetractionsizingfrequencyofloaercapacitorsheneybridtlothecomotiveevso-calledsecondLHYDIEstudy(LosistscomotivofecessHybride"si-deapproacD?monstrationaetcoupledd'In-ultivol.estigationalloencEnerg?tique).aThisshtybridsystemloissues.comotivareeollutedin(integratesdevices)aDe-dieselingeneratorandcoupledarewithadaptedNi-CdloaccumrotulatorsactuallyandfasupMotsercapacitors.SystemicBasedvonaaenergy"sequenstoragetialenergydesignhapproacehframew",generatorstartinghitecture,fromrgamanagemenpre-denedandarcofhitecture,LHYDIEthecomotivrstarestepanddealsawithAthestepsynthisthesiscofntinherevisionenergythemanagemenprotfollostrategyafollomwdesignedh"bonysystemicthedellingsys-withtemmsizing.criteriaDuringtothisThisrstolstudywsstep,ultaneouslythehonecessitpyrametersofwith"usingi-themanagemenrighandtenmoardelhitectureforMainthecriteriarighfueltpgoal"emissions,iscycleputparticularforwstorageardand:cost.mosigndelshoicesandtermsdesignsizingstepsenergyaretsetdirectlyinandaonccLHYDIEordacomotivnpce.otSeveeralbuiltgranSNCFu-claritlities.ycl?slevpelste-formeofybridmoehicledellingrailwareythenTHEEpropmanagemenosedPLAfollothewingbasedthemanagemendeofsignybridstage.comotivourorkmulatorscriteriasupTthedieselmission.Indels,dellingarcFultiromoptimisationthesedrivingmoAvant-propos
eMonsieurann?esourourtoujoursLesvtral'encadremenv?auxquidearecinehercl'honneurhetrepr?senconant?spdanscompr?hensionceourm?moirededeau-del?th?seherconail,tscien?t?veectu?saccept?aud'indusCenJeunesse,treded'Ing?nieriem'aduvMat?rieldondedanlaourSNCFa(CIM)rdsaueManserssousetlaedirectionpass?esMoam,rLAPLAAlaind'encadrerJeunesseconseilsetsaaugrandeslabceoratoireetLAPLAvCEnousdesaTrieloulouseMonsieur(siteaudedul'ENSEEIHT)SNCFsousconancelaendirectioncedepMrtecXailvierpRobcesoath?se,metettdepreuvMr?BrunosurtoutSareni.graJeQu'ilremercietra-toutm?moireparticuli?remengrattmon:?MonsieurpAlaincesBouscalayrol,vierProfesseurde?CNRSl'Univpersit?oirdestraSciencesouretvis?sTertinenecguhnologiesetdhe?LilletraetailMonsieurpNicolasaReti?re,oirProfdeesfaireseurde?pr?sencel'InstituttPaolytecerti.hniqueAlaindeIng?nieurGrenobleCenpd'Ing?nierieourMat?rielalavpoirlarappqu'ilort?manifest?ecemetratvtraailail,etourptourhniquelestcritiquesm'aconstructivourvuesen?mises.tMonsieurtroisG?rarddeCopquel'?couteryla,donDireciltfaiteuermondegarecethercphesa?ndl'Institutsimplicit?.Ntrouvational?devReccehercl'expressionhemasuritudelesdeTamiti?ranspj'esportsretseleuroursuivraS?curit?,depann?esour?aSNCF.vXaoirRobaccept?Directeurderecpr?sheiderauceCEjuryour.vMonsieuraccept?MarcceDebruynev,pIng?nieurcescahezetALSTOMpTts,ranspriorteurptiqueoursesl'inqualit?st?r?tumaps.ort?m'onvi(2HEnergy),Acadrevouranort?t-propeauxosoir,MonsieurTBrunoremercierSareni,?ge.Ma?treMondepconf?rencesBorisaertutLAPLAenCEdupbureauourusicauxsonEmiliesoutienourvusscienettiqueetricvheheletinpleinMessieursd'inr?d?rictelligence,clapmesourersonnelsetaladispvonibilit?MesetasaetgrandeursgenEpiphanetillesse.soutienMonsieurilsMauricence.Fsonadel,nDirecteuretApdjoinimmensetMarcduBOBLET,LAPLAtevinCE(HELION),pChristopheourCAILLARDm'aAstier,vetoirhardeauaccueillir?pdansqu'ilsauort?esseinbreusesdulelabLAPLAoratoirelesLAPLAptableCE.fa-MonsieurauMohammedoratoire.Hosni,raDirecteurtdudCenptreoird'Ing?nierieblaguesdugo?tsMat?riel'aded'unlaoncleSNCFsapourouretm'adonvtoirmonaccueillicompagneaupsesaincompr?hensdeMessonts?quipMone.JacquelineMonsieurleurThierryetCaYmi,esIng?nieurDumesnilauS?bastienCenMictrePland'Ing?nierie,duGiezekMat?rielAladeMaurel,laNSNCFAugustinp(SOPRANO).ourSt?phaneaHubvPiquetoirFprisRicleptempslesdeonsesm'expliqueriresleonfonctionnemenappt?desnommoquestions.teuoutrspthermiques.duTCE,ousparticulierlessecr?tairespartenairescomduquiprotjetcilit?PLAvieTHEE,seinMarinalabThiounnJe(IR-ASC/SNCF),oudEricisLe?galemenMoal:(CIM-ZPC2/SNCF),coll?guesBeno?tuMorelE139(CIM-MTD/SNCourF),vYsuppannicmeskridiculesEVmesAINm(SNCF),dRicillehardetLallemand,autreJuMonlietD?guenonteetKauv,femmeBpogdalennancierVleulturescufamilial(INRETS),tThierrym'onHuet,pMicdepuisheladolesceBetuel,MaFEditha-tagner,ridourELsoutien,Amsspatience(SOCOFER),saAiond.r?bMilewski,parenG?rardMarcMMa?t?utagnerlMmeleCabannerour(ERdis-CTEEL),onibilit?Joleurcelyng?n?rosit?.Bejeau,vousJeded?dieascenm?moiren?lermaConfuciusmamanavailquietaezsouerttrdeseultanetud'ann?estrdeques?parationaimezetvous?'aurlapm?moire?deavailmonund?funjourtvotrpvie."?re."ChoisissezTable des matières
.....T.ableybridablesdes.gures.xv.Liste.des.tableaux.xxi.A21cronymesdexxiii.Intro.ductiondeg?n?rale.1.1du?tat.de1.3.2l'a.rt,.contexte.dudep.rojetheset22cah.ie1.4.2r.des.cha.rges.deferroviairel'?tude.5.1.1.In.tro17duction........enje.......Briques.....20.......c.treprises...ier.......tiques.....Conclusion.........app.mission.tro........5La1.2.?tat.de.l'art.deConl'hjetybridation.ferro.viair.e........jectifs...............18.hnologiques...........Le..6.1.2.1.P.ourquoi.h.ybriderCahierunetengintiquesferro.viaire.?..Ca.c.?tude...........hes.treprises.........24..6.1.2.2.JR-EA.ST.et.son.h.ybridation.au2Lchi-ionotionnapplication.2.1...................27.des..........7.1.2.3.Lo.comotiv1.3.1estextehproybrides.Green.Goats.de.RailP.o.w.er..............17.Ob.et.ux..9.1.2.4.Les.Citadis.de.Rott.e.rda.m.et.de.Nice....1.3.3.tec.h.....................1.3.4.consortium.partenaires..11.1.2.5.Le.Mitrac.Energy.S.a.v.er.de.Bom1.4bardierdes.harges.d?marc.scien.en.............1.4.1.h.des.harges.cette..11.1.2.6.G?n?ration.et.sto.c.k.age.de.l'?nergie22enD?marcferroscienviaireen.....................1.512.1.2.7.Conclusion................................26.Nouvelle.ro.e.la.de.:.au.27.In.duction............16.1.3.Pr?sen.tation.du.pro.jet.PLA.THEE........2.2.dynamique.trains.............................27.