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SNCF : Le programme Smart grid de SNCF

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Dernière mise à jour de la page : 23/09/2014

SNCF est particulièrement dépendante de la ressource énergétique : l’alimentation de la traction ferroviaire constitue 90 % de la facture énergétique, le reste concerne l’exploitation des bâtiments comme les gares et les centres techniques de maintenance. 80 % de cette énergie est d’origine électrique ce qui fait de SNCF le premier consommateur d’électricité en France avec une consommation annuelle de 7 TWh, soit 1,5 % de la consommation nationale.

Dans ce contexte, SNCF s’est fixé 2 objectifs ambitieux à savoir :

  • réduire sa consommation d’énergie de 20 % d’ici 2020 ;
  • accroître la part des énergies renouvelables dans ses approvisionnements énergétiques.

Ces objectifs s’inscrivent également dans une perspective d’accroissement des consommations énergétiques lié à la croissance du trafic ferroviaire, notamment de type TER, et à l’ouverture de nouvelles lignes électriques à grande vitesse.

Pour répondre à ces enjeux, et de par son emprise locale sur tout le territoire, un des leviers que SNCF a décidé de mettre en œuvre est de s’appuyer sur un programme de recherche et d’innovation dans le domaine de l’énergie sur la thématique des Smart grids. L’innovation dans le domaine des Smart grids doit permettre de gérer de façon plus intelligente les différents réseaux électriques interconnectés entre eux en France :

  • le réseau public de transport, qui est propriété de RTE et dont la tension est comprise entre 400 kV et 63 kV ;
  • les réseaux publics de distribution exploités à des tensions inférieures ou égales à 20 ou 15 kV, qui sont la propriété des collectivités territoriales et qui sont gérés par différents gestionnaires de réseau dont le principal est ERDF ;
  • le réseau ferroviaire maillé à l’échelle du territoire qui se raccorde directement aux réseaux de transport ou de distribution en fonction de deux types de besoins d’alimentation en énergie : l’énergie de traction consommée par les trains (alimentée principalement par deux types d’électrification en France : en courant alternatif 25 kV à 50 Hz et en courant continu1 500 V) et l’énergie des bâtiments nécessaire à l’exploitation et la maintenance du système ferroviaire (gare, bureau, atelier de maintenance du matériel roulant et de l’infrastructure).

Le programme Smart grids de SNCF répond aux enjeux suivants :

  • économiques à travers la maîtrise de la consommation et de la facture d’électricité du transport ferroviaire ;
  • sociétaux à travers la garantie d’approvisionnement énergétique d’un système ferroviaire durable dont le trafic est en constante augmentation ;
  • environnementaux de par l’amélioration de l’empreinte environnementale de la consommation d’énergie du système ferroviaire et, en particulier, la réduction des émissions de gaz à effet de serre.

La réponse technologique à ces enjeux repose sur une meilleure interconnexion des réseaux électriques de transport, de distribution et ferroviaires grâce à l’introduction de nouveaux convertisseurs de puissances, de systèmes locaux de production d’électricité de sources renouvelables et des systèmes de stockage d’énergie. On parle alors de hub énergétique ferroviaire. Il constitue la déclinaison du Smart grid à l’échelle du système ferroviaire.

La finalité est de piloter les différents flux énergétiques entrant et sortant du hub énergétique ferroviaire: l’énergie de traction et de freinage ferroviaires, les différents consommateurs situés à proximité, la production et le stockage locaux d’énergie et les approvisionnements énergétiques du réseau de transport ou de distribution. Ainsi, tout en respectant les contraintes de chacun des acteurs interconnectés, ce pilotage permet d’optimiser :

  • l’état des réseaux électriques de transport, de distribution et ferroviaire grâce au stockage ;
  • le coût de l’énergie pour l’ensemble des consommateurs ;
  • la réduction des pertes en lignes des réseaux électriques de par la proximité des consommateurs et de moyens de production d’énergie ;
  • l’efficience du système ferroviaire en valorisant l’énergie de freinage.

En raison de la complexité et du nombre de flux énergétiques interconnectés au niveau du hub énergétique ferroviaire, le développement de ces futurs réseaux ferroviaires nécessite de lever des verrous scientifiques. Le premier repose sur le dimensionnement optimal du hub énergétique ferroviaire du point de vue technico-économique. Le second est lié au développement du système de pilotage énergétique ferroviaire intelligent.

Ainsi, le programme de recherche et d’innovation de SNCF sur la thématique des Smart grids vise à trouver des solutions et méthodes innovantes à ces deux problématiques. Le cadre applicatif du hub énergétique ferroviaire est alors décliné sur les deux types de besoins énergétiques de la SNCF ce qui définit deux périmètres d’étude des Smart grids :

  • hub énergétique ferroviaire au niveau de l’alimentation électrique des trains ;
  • hub énergétique ferroviaire au niveau des gares.

Présentation du hub énergétique ferroviaire pour l’alimentation électrique des trains

La figure ci-dessous illustre le hub énergétique au niveau du système d’électrification ferroviaire en courant alternatif 25 kV à 50 Hz et en courant continu1 500 V. Le hub énergétique pour l’alimentation électrique des trains a pour objectif de permettre le développement des services des différents acteurs connectés au hub :

  • fonctions/services à valeur « réseau ferroviaire » avec une contribution au réglage dynamique de la tension caténaire, à la qualité de l’électricité (notamment au niveau des harmoniques), au lissage de la charge, à l’effacement des pointes de consommation ;
  • fonctions/services à valeur « production d’énergies renouvelables » avec un lissage des variations de la production et une garantie de production d’énergie non carbonée ;
  • fonctions/services à valeur « réseau d’alimentation en électricité » avec un lissage de la charge, une maîtrise de la demande en énergie, une contribution à l’équilibrage et à la gestion du réseau de transport et/ou de distribution d’électricité.

Initiée depuis 2011, cette activité est développée dans le cadre du projet collaboratif CONIFER avec 6 partenaires : SNCF, le laboratoire L2EP (HEI, AMPT, EC Lille), le laboratoire G2ELAB et la société SERMA spécialisée dans les services et l’ingénierie technologique. Le projet est cofinancé par l’Agence nationale de la recherche (ANR).



Pour en savoir plus :

Description du projet CONIFER

Présentation de la gare hub énergétique ferroviaire

En ce qui concerne la gare hub énergétique, le programme est décliné en deux volets :

  • volet 1 : fournir des améliorations à court terme de la performance énergétique des gares. Ce travail est développé au travers du site pilote de la gare de Versailles Chantier ;
  • volet 2 : établir des travaux de recherche et de prospection pour définir l’architecture et une offre de services énergétiques dans le périmètre de la gare.

À ce stade, l’architecture retenue est décrite sur la figure ci-dessous. L’offre de services énergétiques identifiée repose sur les services suivants :

  • efficacité énergétique du système ferroviaire : l’objectif est de récupérer l’énergie de freinage liée à l’arrêt en gare ;
  • mobilité électrique : dans le contexte actuel de transport multimodal, la finalité est d’alimenter une flotte de véhicules électriques pour soutenir le développement de cette filière de transport respectueuse de l’environnement. Les véhicules électriques peuvent être de natures différentes et complémentaires : tramway, vélo, voiture, métro, bus, camion ;
  • agrégation énergétique : l’objectif est d’agréger les flexibilités des consommations du quartier (de la gare et des autres consommateurs du quartier) afin de faciliter le développement de services fondés sur une modulation de la consommation. En particulier, les capacités d’effacement, qui seront valorisables sur le mécanisme de capacité (cf. loi NOME) contribueront à la sécurité d’approvisionnement en France. Cette rémunération financière permettra à la SNCF d’investir dans les moyens de production énergétiques locaux ;
  • production énergétique locale grâce aux énergies de sources renouvelables : de par sa surface, la gare offre un fort potentiel d’installation de moyens de production. Ce potentiel étant supérieur à la consommation énergétique de la gare, l’excédent de la production peutêtre consommé par les bâtiments et les habitations situés à proximité de la gare.

Pour développer ces services, un projet collaboratif a débuté en 2013et associe 13 partenaires : SNCF, Embix, ERDF, Fondaterra, GDFSuez, Versailles Grand Parc, AREP (bureau d’études), BouyguesÉnergies&Services, Steria, Keolis, Alstom, Icade (promoteur immobilier), Renault.

Pour en savoir plus :

Description du projet VersaillesSmartGare

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