Optimisation de la consommation d énergie électrique de traction

UNIVERSITE SIDI MOHAMMED BEN ABDELLAH FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES FES

DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE

LICENCE SCIENCES ET TECHNIQUES Génie Electrique

RAPPORT DE FIN D’ETUDES

Intitulé :

Réalisé Par : NHARI Fatima Zahrae

Encadré par :

P

. ERRAHIMI Fatima (FST FES) Mrs : KARCHAOUI Said et BOUIZRI Ibrahim (Entreprise)

Soutenu le 07 Juin 2017 devant le jury

Pr. ESSBAI (FST FES)

Pr. LAHBABI (FST FES)

Pr. ERRAHIMI (FST FES)

Optimisation de la consommation

d’énergie électrique de traction

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Avant-propos

Dans le cadre de ma 3ème année à la faculté des sciences et techniques Fès, j’ai eu l’opportunité d’effectuer un stage de fin d’étude au sein de l’entreprise ONCF Maroc d’une période de deux mois.

Il est évident qu’un stage apporte un complément nécessaire à l’enseignement théorique acquis durant les années de formation. Le stagiaire doit acquérir des nouvelles notions et renforcer ses connaissances, ce qui va lui permettre de se rapprocher du monde professionnels.

Ce stage de formation m’a permis de relier mes connaissances théoriques à la pratique des cas concrets, et d’acquérir un savoir, un savoir-faire et un savoir être.

Grace à ce stage, j’ai pu vivre de plus près les entrains et les vitalités d’une expérience au sein d’une entreprise industrielle. Surtout que cette firme détient le monopole du transport ferroviaire des personnes et de la marchandise au Maroc.

Cette expérience de stage intervient dans ma formation comme étape riche en connaissances professionnelles et une période valorisante et encourageante pour mon avenir.

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Remerciement

Après DIEU

 Je tiens à présenter mes sincères remerciements à monsieur le directeur d’avoir accepté ma candidature. Et je tiens à remercier aussi chaleureusement Mrs KERCHAOUI Said et BOUIZRI Ibrahim, de leurs accueil, aide et encouragement durant toute la période de stage. Mes remerciements vont aussi à tout le personnel que j’ai contacté durant mon stage au sein de L’ONCF, auprès desquelles j’ai trouvé l’accueil chaleureux, l’aide, l’amabilité et l’assistance dont j’ai besoin.

 Mon vif remerciement va particulièrement à madame ERRAHIMI mon encadrante à l’a FST pour ses remarques et ses conseils très constructifs.

 Je ne laisserai pas cette occasion passer sans présenter ma profonde gratitude à tous les enseignants de la faculté des sciences et

techniques Fès et tout le corps professoral de la filière génie électrique pour leur disponibilité, aide, leurs précieux conseils et pour l’intérêt qu’ils portent à ma formation.

 Ma gratitude est également adressée à tous mes professeurs qui ont accepté de faire partie du jury.

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Dédicace

Je dédie ce travail à :

 Ma famille et plus particulièrement, à mes chers parents, qui font l’impossible pour m’aider au niveau matériel et morale dans mon parcours de formation, avec leurs

précieux conseils, ainsi que leur encouragement continu.

C’est grâce à dieu et à eux, que je vois le jour et la lumière, et à mon frère pour son encouragement et sa bonté.

 Mes amis pour les moments forts agréables que nous avons passés ensembles.

 Mes professeurs qui ont déployé tous les efforts pour notre bonne formation.

 Mes collègues et mes encadrants de stage qui ont

contribué à ma formation professionnelle tout en espérant

élargir l’éventail de mes connaissances pour le bien de la

société et du milieu qui m’entoure.

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Sommaire

Sommaire

Introduction………8

Chapitre I : Présentation générale de l’entreprise ONCF……….……….9

1. Profil de l’ONCF………..10

2. Historique de l’ONCF………..11

3. Organigramme………. 12

4. Chiffres clés……….13

5. Produits et Services ………....14

6. Activités et Missions………..……….14

Chapitre II : Analyse du système d’alimentation ferroviaire………..16

1. Définition de la sous station………. .………17

2. Présentation et analyse du système d’alimentation ferroviaire……….18

2.1 Poste extérieure 60KV………...18

2.2 Poste intérieur 3KV……….….18

2.3 Poste extérieure 3KV………..…18

3. Equipements d’une sous station...19

3.1 Arrivée de l’ONE 60KV………..19

3.2 Deux sectionneurs tripolaires 60KV………19

3.3 Parafoudre 60KV……….20

3.4 Sectionneur de parafoudre………..20

3.5 Sectionneur général 60KV………20

3.6 Jeux de barres………..20

3.7 Disjoncteur de protection groupe………..21

3.8 Combinés de mesure TC-TT……….21

3.9 Transformateur des auxiliaires………21

3.10 Transformateur principale de puissance………21

3.11 Disjoncteur tripolaire 60KV du GR 610………22

3.12 Sous station mobile………..22

3.13 Redresseur 3MW / 3.3V / 910A………22

3.14 Self de lissage………23

3.15 Shunt résonnant……….23

3.16 Disjoncteur 3KV ultrarapide………..24

3.17 Sectionneur 3KV DC……….24

3.18 Départ feeder………..25

4. Caténaire……….25

5. Circuit de traction……….26

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Liste des abréviations

s/st : sous-station H.P : heure pointe H.C : heure creuse H.pl : heure pleine

Chapitre III : Analyse de la consommation et mode de facturation………..27

1. Mode de facturation………28

1.1 Calcule de la puissance souscrite………..………28

1.2 Mesure de l’énergie livrée à la s/st ONCF………29

1.3 Condition et tarifs de vente………..29

1.3.1 Redevance de consommation………...30

1.3.2 Redevance de puissance………30

1.3.3 Dépassement de la puissance souscrite……….30

1.3.4 Majoration pour facteur de puissance inférieur à 0.8……….30

2. Analyse de la consommation………31

2.1 Évolution de la consommation des sous station………31

2.1.1 Récapitulation de consommation………..31

2.1.2 Evolution de la consommation totale en 2016……….32

2.1.3 Consommation suivant les postes horaires………32

Conclusion………..33

Chapitre IV : Solutions proposées pour optimiser l’énergie consommée………..34

1. Réduction des pertes d’énergie ………35

1.1 Perte au niveau de la caténaire………..35

1.2 Perte au niveau de la sous-station………36

1.3 Moyen de réduction des pertes………37

2. Récupération d’énergie de freinage………..38

2.2 Systèmes de stockage embarqués ………..39

2.3 Systèmes de stockage fixes………39

2.4 Systèmes fixes avec renvoi vers le réseau………40

2.5 Systèmes de stockage proposés pour ses applications ……….41

3. Eco-conduite………..42

4. Optimisation du mode de facturation……….43

4.1 Optimisation des redevances totales de la puissance souscrite………..43

4.2 Optimisation des redevances de consommation………45

5. Autres fournisseurs d’énergie ……….45

Conclusion………..48

Conclusion général………49

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HT : haute tension

ONCF : office nationale des chemins de fer

DRICN : direction régional infrastructure et circulation nord DRICC : direction régional infrastructure et circulation centre DRICS : direction régional infrastructure et circulation sud LGV : ligne à grande vitesse

ONEE : office nationale d’électricité et d’eau potable DDL : détection défaut de ligne

EDL : essai de ligne

TC : transformateur de courant TT : transformateur de tension

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Introduction

“Désormais, la plus haute, la plus belle performance que devra réaliser l’Humanité sera de répondre à ses besoins vitaux avec les moyens les plus simples et les plus sains”.

Cette citation de Pierre Rabhii illustre parfaitement les enjeux fondamentaux du siècle ainsi que les défi s à relever dans le domaine de l’optimisation pour assurer un développement durable.

Le phénomène d’urbanisation croissante qui a eu lieu au XXe siècle et plus largement l’augmentation de la population mondiale a mis en exergue une problématique de réchauffement climatique, ainsi qu’un enjeu de raréfaction des sources d’énergie fossiles. Dans ce contexte, la notion d’efficacité énergétique a vu le jour pour définir le besoin de diminuer la consommation de systèmes énergétiques tout en

garantissant la fourniture de services identiques. Appliqué aux transports urbains, ce concept impose de déterminer des solutions pour réduire le coût énergétique du transport des passagers.

La croissance du trafic ferroviaire prévue dans les années à venir doit faire face à la consommation croissante d’énergie qui y est liée. Ce contexte oblige donc les acteurs du transport ferroviaire et de l’énergie à rechercher et proposer des solutions techniques permettant de répondre à cette future demande de transport tout en maitrisant à la fois la consommation et la facture énergétique.

C’est dans ce cadre que s’inscrit mon rapport, il s’agit de proposer des solutions qui permettant l’optimisation de la consommation d’énergie électrique de traction.

Ce rapport est scindé en quatre chapitres :

Le premier chapitre est consacré à la présentation générale de l’entreprise ONCF.

Le deuxième chapitre dresse un panorama des principaux éléments constitutifs d’une sous-station.

Le troisième est dédié à l’analyse de mode de facturation adapté par l’office et aussi à l’analyse de la consommation. Cet état de l’art permet d’identifier les axes d’études à suivre pour parvenir à réaliser les objectifs de ce sujet.

Après avoir présenté le cahier des charges relatif à l’optimisation des paramètres d’exploitation, le quatrième chapitre s’intéresse à l’optimisation des paramètres les plus influents sur l’évolution de la consommation énergétique de traction. Des solutions permettant la réduction de la consommation d’énergie électrique de traction seront ensuite proposées.

Le rapport s’achèvera par une conclusion générale.

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Chapitre I :

Présentation générale de l’entreprise ONCF

Le premier chapitre de ce rapport a pour but de situer le sujet d’étude dans son environnement organisationnel et contextuel. Il est consacré à la

présentation de l’organisme d’accueil, et aussi aux différents axes représentatifs de l’entreprise ONCF Maroc.

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1. Profil de l’ONCF

L’ONCF est un établissement Semi-public Marocain chargé de l’exploitation du réseau ferroviaire du pays, placé sous la tutelle du ministère du Transport. Cette entreprise ferroviaire publique a un

caractère industriel et commercial doté de la personnalité civile et de l’autonomie financière.

Trois compagnies concessionnaires françaises se partageaient, à l’époque, l’exploitation du chemin de fer marocain : C.F.M (compagnie du chemin de fer du Maroc) sur le réseau de Marrakech à Oujda, le T.F (compagnie franco- espagnol du chemin de fer de Tanger à Fès) concernant la ligne du même nom et la C.M.O (compagnie du chemin de fer du Maroc oriental) pour la ligne Oujda-Bouarfa.

Lorsque le Maroc accède à l’indépendance, il hérite alors d’un réseau relativement moderne et en bon état. L’état procède en 1963 à la nationalisation de ces 3 compagnies et a institué par Dahir du 05 aout 1963 l’Office Nationale des Chemins de Fer Marocain (ONCFM).

Sur la scène internationale, l’O.N.C.F est membre de l’Union internationale des chemins de fer (U.I.C), et de l’Union arabe des chemins de fer (U.A.C.F), et du Comité du transport ferroviaire maghrébin (C.T.F.M).

Ligne double voie avec vitesse maximale 200Km/h.

Ligne fret.

Ligne classique voie simple.

Ligne classique double voie.

Figure 1 : le réseau ferroviaire au Maroc.

2. Historique de l’ONCF

1916 : Construction des premières lignes à voie de 0,60 m.

1923 : Construction des voies à écartement normal par 3 compagnies concessionnaires privées qui se partagèrent le trafic ferroviaire, en exploitant chacune la partie du réseau qui lui était concédée.

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- CFM : Compagnie des Chemins de Fer du Maroc qui exploitait la ligne du Sud à partir de Sidi Kacem et la ligne Fès Oujda.

- CMO : Compagnie des Chemins de Fer du Maroc Oriental qui exploitait la ligne Bouarfa Oujda.

- TF : la compagnie Franco Espagnole du Chemin de fer de Tanger Fès qui exploitait l’axe Tanger Fès.

1995 : Réorganisation et assainissement de l’Office.

2002 : l’ONCF a revu son organisation interne. Cette dernière est passée d’une organisation fonctionnelle (par fonction) à une organisation orientée clients et segmentée par unité d’affaires.

2004 : Signature de l’avenant au contrat-programme État-ONCF 2002-2005 pour l’intégration des projets ferroviaires du nouveau port Tanger Méditerranée et la liaison ferroviaire Taourit-Nador.

2005 : Inauguration de la nouvelle gare Oasis à Casablanca. Lancement des travaux de la connexion ferroviaire reliant Tanger au nouveau port D’Oued Ramel et du raccordement de la ville de Taourit à Nador.

2007 : Inauguration du doublement de la voie entre Meknès et Fès par Sa Majesté Le Roi et mise en circulation des premières rames à deux niveaux.

2009 : Inauguration par Sa majesté Mohammed VI de la mise en service de la liaison Ferroviaire

Tanger-Med et du projet de la ligne Taourirt-Nador. Inauguration de 5 nouvelles gares voyageuses : Gare de Khouribga, de Sale Ville, de Mohammedia, de Fès, de Safi et Gare d’El Youssoufia.

2010 : Lancement des travaux de télécommandes des sous station.

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3. Organigramme global

Figure 2 : L’organigramme global du groupe ONCF.

Figure 3 : Organigramme de pôle infrastructure et circulation.

Ce pôle est chargé des activités d’infrastructure et de circulation dans la continuité par rapport à l’existant tout en veillant à garantir la disponibilité, la sécurité et la qualité de l’infrastructure ferroviaire.

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Le Service Maintenance de la caténaire et de la sous station est chargé de :

- Élaborer et mettre à jour le référentiel de maintenance et le mettre à disposition opérationnels ;

- Vérifier la formation des collaborateurs ;

- Vérifier et consolider et proposer les budgets d’exploitation et réhabilitation et renouvellement des installations caténaires et sous stations ;

- Gérer et optimiser les stocks (matériaux, matériel pièces de rechanges…) ;

- Rationaliser (Affectation, programmation ….) l’utilisation des engins et moyens pour la réalisation des travaux de la Maintenance ;

- Contrôler la sécurité et la qualité de la réalisation des travaux de maintenance, de réhabilitation et de renouvellement ;

- Contrôler l’état général des installations caténaire et sous stations ; - Assurer l’assistance technique et l’expertises ;

- Coordonner la mise en service des nouvelles installations et installations modifiées (réalisation des essais, élaboration et publication des documents…) ;

4. Chiffres clés

En dix ans l’ONCF est parvenu à doubler le nombre de ses voyageurs. Ce résultat était attendu : il conforte les choix stratégiques d’une entreprise dynamique, inscrite dans une démarche d’amélioration continue. Ce faisant, l’ONCF marque aussi l’accélération de sa croissance et l’amplification de la satisfaction de ses clients. L’Office s’inscrit ainsi dans le développement d’une mobilité durable et partagée par tous.

A fin 2015, le volume de marchandises transportées atteint 31,7 millions de tonnes, générant ainsi un chiffre d’affaires de 1 950 millions de dirhams, soit une progression par rapport aux prévisions budgétaires de 5 % en produits de trafics et 10 % en volumes. Les secteurs d’activité les plus concernés par ces bons résultats étant ceux de l’automobile, de l’agriculture et des hydrocarbures.

Figure 4 : développement du transport des voyageurs et de marchandises

5. Produits et Services

Dans sa stratégie basée sur le confort et le bienêtre du client, l’ONCF propose une multitude de produits :

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- Carte CHABAB : destiné aux jeunes âgée entre 12 et 26 ans, avec une réduction de 25%, quelque soit le train, la classe et l’horaire. 6 mois (249Dhs), 1 an (399Dhs).

- Carte CHABAB ETUDIANT : destiné aux étudiants moins de 26ans. Le prix 149Dhs.

Pour les voyageurs tourisme, l’ONCF faisant en sorte que le voyage en train soit un moment privilégié de leur escapade. Parmi les produits dans cette catégorie :

- Carte PAIL PASS : les bénéficiaires sont les touristes étrangers sans limitation d’âges.

- Carte WEEK END : adaptée pour les voyages de fin des semaines. Le prix 99Dhs/an.

6. Activités et Missions

L’ONCF en tant qu’opérateur économique incontournable mène des actions rigoureuses sur les plans commercial, organisationnel et technique en vue d’accroître ses activités et de consolider sa position dans le marché national des transports.

 Sur le plan commercial

Concernant l’activité voyageurs, il s’agit d’offrir aux clients des produits compétitifs répondant à leurs aspirations, et ce par la diversification des prestations ferroviaires et par l’amélioration de la qualité sur les plans vitesse, confort, sécurité, trafics. .. Dans ce sens l’élaboration de plans de transport mieux adaptés aux besoins des usagers du train constituent des axes stratégiques importants.

Pour ce qui est du trafic international, de part la position géostratégique privilégiée du royaume du Maroc, la promotion du transport ferroviaire aussi bien avec les pays

maghrébins qu’avec l’Europe constituera à l’avenir une opportunité de taille, en tant que puissant vecteur de développement capable d’assurer une intégration rapide et efficace du tissu économique national.

 Sur le plan organisationnel

Outre que la refonte de son cadre juridico institutionnel, l’ONCF procède à la mise en œuvre de mesures organisationnelles et de méthodes de gestion modernes visant l’efficacité, l’économie et l’optimisation des moyens de production. Les actions menées dans ce cadre consistent entre autres en :

- La valorisation de ressources humaines et la rationalisation des effectifs avec refonte du cadre de travail.

- L’amélioration de l’image de marque de l’ONCF en associant son nom à la compétence, à la qualité, à la sécurité et à l’efficacité.

- L’adoption d’une culture d’entreprise fondée sur l’esprit de rentabilité et le principe de recherche de gisement de progrès pour la satisfaction du client.

- Le renforcement des canaux et circuits de communication internes et externes.

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 Sur le plan technique

Soucieux d’améliorer l’état et la capacité de son appareil de production, l’ONCF entreprend des opérations de mise à niveau de grande envergure. Les principales composantes du programme d’investissement de l’Office pour la période 2010-2015 sont :

- Réseau plates formes logistique.

- Modernisation installation sécurité.

- LGV Kenitra Tanger.

- Triplement Casa-Kenitra.

- Doublement Settat-Marrakech.

- Electrification axe du Nord.

- Poursuite de la modernisation des gares.

Conclusion

Mon stage s’est déroulé dans la direction régionale infrastructure et circulation nord (DRICN), service maintenance et protection de la sous station. L’objectif de ce service est essentiellement axé sur le contrôle, la sécurité et la qualité de la réalisation des travaux de maintenance. Les principales activités concernent le dimensionnement, la protection des sous-stations ainsi que leurs suivis. Dans ce cadre, j’ai été chargée dans un premier temps de savoir le

fonctionnement des sous-stations, ainsi que ses compositions qui seront présentés dans le chapitre suivant.

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Chapitre II :

Analyse du système

d’alimentation ferroviaire

Le contexte actuel pousse les acteurs du système d’électrification ferroviaire à chercher des nouvelles solutions énergétiques permettant d’assurer la future demande croissante de transport. Ce chapitre a pour but de présenter et analyser le système d’alimentation électrique ferroviaire actuel et de décrire le principe de fonctionnement de chaque composant de ce dernier. Partant d’une distribution d’énergie à haute tension (réseau HT), passant par les sous-stations qui effectuent une transformation (abaissement de la tension, conversion de courant) pour distribuer ensuite le courant, via le caténaire et le pantographe, jusqu’aux engins moteurs.

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1.

Définition de la sous station

Sur une ligne de chemin de fer électrifiée, les trains captent l'énergie électrique entre une ligne de contact et les rails. Ce système est alimenté en énergie par des sous-stations de traction réparties le long de la ligne. Généralement, les sous-stations sont raccordées à un réseau électrique alternatif à haute tension (figure 5). Leur fonction est de convertir cette tension dans le système de tension utilisé par l'électrification.

Figure 5 : ligne de chemin de fer

La sous station est défini comme étant un poste abritant un ensemble d’équipements électriques, ayant pour rôle la transformation, le redressement et la distribution du courant à la

caténaire. Elle est située sur une ligne de chemin de fer électrifiée. Elle permet l'alimentation en énergie électrique d'une section de cette ligne. En général une ligne comporte plusieurs sous-stations de

traction, ce qui permet la marche des trains qui captent l'énergie électrique entre une ligne de contact et les rails de roulement. Elles sont généralement raccordées à un réseau électrique alternatif à haute tension. Leur fonction est d'abaisser cette tension à une valeur utilisable par les engins moteurs et, dans certains cas, de modifier la fréquence de la tension ou de la convertir en tension continue.

Généralement la sous station est équipé d’un (ou deux) groupe(s) de traction d’une puissance unitaire de 3000 KW, ce qui permet d’alimenter l’ensemble des lignes caténaires de la gare et les sections encadrant sous une tension de 3300V à pleine charge.

L’ONCF possède un réseau des sous-stations qui se repartie selon 3 directions majeurs : - Direction régionale maintenance des sous-stations nord (DRICN).

- Direction régionale maintenance des sous-stations centre (DRICC).

- Direction régionale maintenance des sous-stations sud (DRICS).

Qui se compose de :

- 50 sous-stations électriques fixes dont une mobile et 5 postes de sectionnement, dont la puissance totale est de 127MW ;

- 2 centrales de télécommande qui ont pour but de commander les sous-stations à distance (généralement celles qui ne sont pas contrôlé par des chefs de postes).

2.

Présentation et analyse du système d’alimentation ferroviaire

2.1 Poste extérieure 60KV :

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Ce poste comprend: (figure 6)

- Les sectionneurs tripolaires d’arrivée 60kv ONEE à rupture brusque.

- Les combinées de comptage et mesure.

- Les parafoudres 60 kV et leur sectionneur tripolaire d’isolement.

- Le sectionneur tripolaire général 60kv d’isolement de la sous station.

- Les jeux de barres 60kv et sectionneur d’isolement de la sous station mobile.

- Le transformateur des auxiliaires et son sectionneur tripolaire d’isolement.

- Le sectionneur tripolaire 60kv d’isolement du GR.

- 03 Transformateurs de courant (de protection).

- Le disjoncteur tripolaire 60kv du GR.

- Le transformateur de puissance.

2.2 Poste intérieur 3KV : Ce poste comprend :(figure 6)

- Cellule redresseur à diodes, leur convertisseur de mesure de tension et leur Sectionneur.

- La self de lissage.

- Le shunt résonnant et son sectionneur d’isolement.

- Cellule 3KV de départ comprenant:

 Un Détecteur de court-circuit DDL.

 Un Dispositif de mesure de différence de tension (comparateur de tension).

 Un système de test de ligne (EDL).

 Un Sectionneur Bipolaire d’isolement.

 Un Disjoncteur 3kv ultra rapide.

 Un Convertisseur statique de mesure de courant transitant dans le disjoncteur.

- Le relais de masse 3kv. - Le relais de retour de courant.

- Le sectionneur d’isolement 3kv du GR.

2.3 Poste extérieure 3KV:

Ce poste comprend :(figure 6)

- Un portique de départ 3kv vers les lignes caténaires sur lequel sont installés les sectionneurs A et les sectionneurs C.

- Sur le toit du bâtiment au droit de chaque traversée de sortie de départ feeder 3KV un Parafoudre 4kv pour chaque feeder.

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Figure 6 : schéma unifilaire de circuit de puissance 3.

Equipements d’une sous station

3.1 Arrivée ONEE 60KV

Figure 7 : arrivée ONEE 3.2 Deux sectionneurs tripolaires 60KV

Figure 8 : sectionneur 60KV L’ONEE assure la distribution d’électricité

HT aux sous-stations de l’ONCF, à condition que chaque sous-station doive être

alimentée par 60 KV à l’exception de celle de Rabat/Agdal et Ksar Lakbir 20 KV.

Les sectionneurs (figure 8) sont des appareilles électromécaniques permettant de séparer, de façon mécanique, un circuit électrique et son alimentation, tout en assurant physiquement une distance de sectionnement satisfaisante électriquement. L'objectif de sectionneur est de :

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- Éliminer une partie du réseau en dysfonctionnement pour pouvoir en utiliser les autres parties.

- N'a pas de pouvoir de coupure, ni de fermeture, par rapport au disjoncteur.

Ces sectionneurs sont à commande manuels et verrouillables par cadenas de sécurité en position «fermée » ou « ouvert » muni d’un boîtier de signalisation de position. Ces

sectionneurs sont conçus pour une installation à l’extérieur.

Ces deux sectionneurs sont utilisés pour l’isolement du jeu de barres d’alimentation éventuelle d’une sous station mobile, et la séparation du transformateur auxiliaire avec l’alimentation 60kV.

3.3 Parafoudre 60KV

Figure 9 : parafoudre 60KV 3.4 Sectionneur de parafoudre

Ce sectionneur permet la mise en /hors service du parafoudre.

3.5 Sectionneur général 60KV

Le sectionner général à pour rôle d’isoler tout le matériels alimenter par la tension 60 kVa.

3.6 Jeux de barres 60KV

Un jeu de barre (figure 10) désigne un conducteur de cuivre ou d'aluminium qui conduit de l'électricité. Le terme officiel est la barre omnibus, mais il n'est guère employé.

Elle est alimentée par une tension de 60kv par l’intermédiaire du Sectionneur général 60kv et plusieurs circuits électriques y sont reliés en des points séparés (Transformateur des auxiliaires, Combinés de mesure TC-TT, Transformateur principal de puissance et la sous station mobile).

Figure 10 : jeux de barres 3.7 Disjoncteur de protection groupe Un parafoudre 60 KV (figure 9) est un

dispositif de protection qui a comme rôle de dévier vers le puits de terre l'énergie du au surcharge atmosphérique générer dans les arrivés ONEE.

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Le disjoncteur de protection 72.5kV (figure 11) a pour rôle la protection du groupe transformateur – redresseur et des sectionneurs d’isolement. Il est de type extérieur à coupure SF6 ou à huile à

commande mécanique par ressorts équipé d’un moteur de réarmement pour les trois pôles.

3.8 Combinés de mesure TC-TT

Figure 12 : combiné de mesure 3.9 Transformateur des auxiliaires

Le transformateur des auxiliaires est désigné à alimenter les équipements de la sous station en tension auxiliaire (commande et signalisation). C’est un transformateur abaisseur de tension 60KV/ (400V/280V).

3.10 Transformateur principale de puissance

Le transformateur a pour fonction de convertir l’énergie 60kVac en 1280Vac (figure 13). Il est équipé de 2 thermostats de température et d’un relais de protection Buccholz. Un transformateur est un appareil fiable constitué d’un primaire étoile et deux secondaire un étoile et l’autre triangle, ses

enroulements primaires et secondaires sont placés autour d'un noyau magnétique. Le tout se trouve dans une cuve métallique remplie d'un réfrigérant. Le réfrigérant sert, d'une part, à éliminer la chaleur générée par les propres pertes du transformateur et, d'autre part, comme isolation des enroulements pour réduire un maximum les distances d’isolement. Un transformateur de traction est normalement refroidi avec de l'huile minérale. L'huile minérale a un point de combustion à 170 C°. Étant donné que le réfrigérant se dilate ou se contracte selon la température ou la charge du transformateur, la dilatation doit pouvoir être compensée.

Le disjoncteur est également équipé d’un réarmement manuel par manivelle. La commande de fermeture s’effectue à travers d’une bobine à émission. La commande de d’ouverture s’effectue à travers d’une bobine à émission. La commande de d’ouverture asservie aux protections de la sous-station s’effectue à travers d’une bobine à manque de tension.

Figure 11 : disjoncteur de protection GR

Les transformateurs combinés de

mesure de courant et de tension extérieurs (figure 12) sont destinés pour alimenter le comptage ONEE. Un relais de contrôle de tension 60 KV est raccordé au secondaire du transformateur de tension mesurant son image.

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Les transformateurs de traction sont toujours équipés d'un vase d'expansion. Sur ce vase se trouve une barrière d'huile comprenant des grains de gel de silice pour empêcher la pénétration d'impuretés et d'humidité. Les grains de gel de silice sont normalement de couleur bleue et deviennent roses en cas de saturation. Le rendement d'un transformateur est très élevé : ordre de grandeur de 98 à 99 %. Les pertes sont dues aux pertes à vide (pertes de fer) et aux pertes de cuivre... Les transformateurs de traction ont une tension de court-circuit élevée pour limiter le courant de court-circuit dans le réseau 3 kV.

Figure 13 : transformateur principale de puissance 3.11 Disjoncteur tripolaire 60KV du GR 610

C’est un disjoncteur à base de gaz SF6, il est constitué principalement de 3 pôles, d'une commande mécanique et d'un châssis support.

3.12 Sous station mobile

La sous station mobile est utilisée lorsque la sous station fixe présente un problème, elle est installée sur deux wagons, cet ensemble remplace intégralement une installation sous station traditionnelle. Elle est alimentée par une arrivée ONE 60 kV et fournit une tension de 3000 VCC sur 5 départs. Le premier wagon est un plateau, supportant le transformateur, le redresseur et les disjoncteurs associés. Le deuxième wagon est fermé. Ce dernier contient toute la partie basse tension : Armoires d'automatismes, services auxiliaires.

3.13 Redresseur de 3MW / 3.3V / 910A

Le redresseur de puissance a pour fonction la production de l’énergie continue 3.3kV. Le redresseur est constitué de :

- Deux ponts de Graetz connectés en série. Ils comprennent au total 24 diodes protégées chacune par un fusible.

- Les percuteurs de signalisation fusion fusible seront isolés par des transformateurs d’isolement galvanique de 15KV.

- Un circuit RC alternatif de protection protégé par des fusibles est installé sur chaque secondaire du transformateur principal.

- Un circuit RC continu de protection protégé par des fusibles est installé sur chaque pont du redresseur.

- Un relais de retour courant connecter sur un shunt 3000A.

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- Un thermostat d’alarme température (1er seuil) Deux chaînes de mesure I et U Un relais de masse.

3.14 Self de lissage

Installée en série sur le circuit de puissance. Appelée aussi bobine d’amortissement, elle a pour rôle d’amortir les ondulations du courant redressée (figure 14).

C’est une self sans fer ayant une section suffisante étudiée pour supporter l’intensité débité par le groupe redresseur sans échauffement.

Figure 14 : groupe redresseur / self de lissage 3.15 Shunt résonnant

Figure 15 : shunt résonnant

3.16 Disjoncteur 3KV ultrarapide Le circuit résonnant 600hz et 1200hz a pour fonction de filtrer les harmoniques générés par les équipements de traction.

L’ensemble de shunt est protégé par deux fusibles ultrarapides de 100A et 200A.

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Figure 16 : disjoncteur 3KV

Figure 17 : pièces principales du disjoncteur 3.17 Sectionneur 3KV DC

Le sectionneur 3KV est prévu pour isoler la barre omnibus du group .Il ne doit jamais être manœuvré en charge. Il doit correspondre aux conditions de sécurité prescrites par Les normes, notamment pour la coupure pleinement apparente et de la séparation des contacts.

3.18 Départ feeder

Le feeder est une cellule constitué d’un disjoncteur et un sectionneur (figure 18).

Le disjoncteur ultrarapide (figure 16) est conçu pour la protection des départs feeder et la protection de la ligne aérienne de contact. Le disjoncteur est équipé d’un dispositif de maximum de courant et est associé à un relais de protection numérique de défaut de ligne DDL, d’un platine essai de ligne EDL et d’une chaîne de mesure I et U.

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Figure 18 : schéma électrique d’un départ feeder

4 Caténaire

La caténaire est l'élément principal pour la traction électrique, Dérivée d'un mot latin qui signifie chaînette. Désigne un mode de suspension du fil de contact. En pratique, s'applique à l'ensemble des fils, câbles et toutes pièces diverses sous tension distribuant le courant aux engins moteurs.

Les lignes aériennes de traction électrique appelées « lignes de contact » ou « caténaires

» ont deux fonctions :

- Transporter depuis les sous stations d’alimentation jusqu’aux pantographes des engins moteurs, l’énergie nécessaire à la traction des trains.

- Assurer le glissement régulier des pantographes sans choc.

Figure 19 : fil caténaire

5 Circuit de traction

Le courant électrique nécessaire au moteurs de traction électrique est transporté jusqu’au point d’utilisation par les lignes caténaires. Ainsi Le retour du courant au pôle négatif est assuré par les rails, des connexions assurant la continuité au niveau des joints de rails et les artères de retour au sous station

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L’ensemble sous station, caténaire, locomotive, rail et artères de retour constitue ce qu’on appelle le circuit de traction.

Figure 20 : circuit de traction

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Chapitre III :

Analyse de la consommation et mode de facturation

Ce chapitre dresse l’analyse des factures de type Haute Tension général et définit quelques notions de base dans la facture. La maitrise des facteurs énergétique permet d’identifier les paramètres à modifier pour réduire les couts. L’analyse du profil de consommation annuelle de l’énergie électrique sera aussi traitée afin de déterminer les facteurs permettant de diminuer la consommation de l’énergie électrique de traction.

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1.

Mode de facturation

La facturation moyenne couvre l'ensemble des opérations effectuées, en vue de l'établissement des factures MT correspondantes à une période mensuelle de

consommation d'électricité. La facture est basée sur le relevé mensuel des compteurs numériques. Ces compteurs sont programmés pour mémoriser les index anciens et nouveaux.

1.1 calcule de la puissance souscrite

A la fin de chaque mois, la puissance appelée à prendre en compte dans la facturation mensuelle est définie de la façon suivante :

a) On effectuera la moyenne arithmétique des cinq puissances actives maximales appelées par la sous station ONCF.

b) On divisera cette valeur moyenne par le facteur de puissance du mois pour avoir la puissance apparente moyenne (en KVA).

c) La à facturer est égale à multipliée par le coefficient d’abattement fixé d’un commun accord à 0.84 pour l’ensemble des sous station ONCF.

Le facteur de puissance moyen mensuel sera déterminé à partir de l’énergie réactive et l’énergie active consommées dans le mois :

ONEE facturera à ONCF une redevance mensuelle de comptage égale à 700DH-TTC

actualisable chaque années en fonction du coût moyen d’un compteur approvisionné par les services de distribution ONE du 1ére janvier au 31 décembre de l’année N par rapport à celui de l’année N-1.

La formule d’actualisation de la redevance de comptage est :

: Redevance de comptage pour l’année n.

: Coût moyen d’un comptage approvisionné par les services de distribution ONE du 1/1 jau 31/12.

R = TVA (7%) + location de comptage = 700DH 1.2 Mesure de l’énergie livrée à la sous station ONCF

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L’énergie électrique livrée au poste 60KV de la sous-station ONCF est mesurée à la tension 60KV par l’intermédiaire de trois combinés de mesure fournis et installés par ONCF et à ses frais. Il appartient à ONCF de disposer d’un jeu de combinés de mesure de rechange.

Les appareils de mesure comprendront :

Deux compteurs numériques, l’un appelé « Normal » l’autre appelé « Secoure», triphasés quatre fils, de précision multi tarif avec émetteurs d’impulsions, serviront à décompter l’énergie active et réactive consommées ainsi que la puissance appelée.

Toutefois, et dans l’attente de l’installation de ce deuxième compteur numérique dit

« Secoure », le secours sera assurée par le compteur électromécanique triphasé.

Ces compteurs qui se contrôlent mutuellement, servent également à la répartition en H.P, H.pl et en H.C, l’énergie électrique active consommée.

1.3 Condition et tarifs de vente

Le tarif de base de l’énergie vendue sera composé des deux éléments ci-après : - Une redevance annuelle par KVA appliquée à la puissance , dite « redevance de

puissance ».

- Une redevance par KWH consommé dite « redevance de consommation » variable selon que la consommation a lieu en ‘’H.P’’, en ‘’H.pl’’ ou en ‘’H.C’’.

Les valeurs des redevances du tarif HT général sont les suivantes : - Redevance de puissance souscrite : 433.42 DH/KVA/AN – hors taxes.

- Redevance de consommation :

- En H.P 1.19693 DH/KWh - hors taxes.

- En H.pl 0.85404 DH/KWh - hors taxes.

- En H.C 0.62553 DH/KWh - hors taxes.

- Le coefficient de distance et de transformation est pris égal à 1.

Les postes horaires sont réparties comme suit :

Postes horaires Hiver Du 01/10 au 31/03 Eté Du 01/04 au 30/09 Heures de pointes (H.P) 17h à 22h 18 h à 23h Heures pleines (H.pl) 07h à 17h 07 h à 18h Heures creuses (H.C) 22h à 07h 23 h à 07h

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1.3.1 Redevance de consommation

La redevance de consommation est facturée mensuellement comme suit :

RC = (Prix H.P * Cons H.P) + (Prix H.pl * Cons H.pl) + (Prix H.C * Cons H.C)

1.3.2 Redevance de puissance

La redevance de puissance (RP) est facturée mensuellement en fonction de la puissance souscrite selon la formule suivante :

: Prime fixe annuelle. : Puissance souscrite.

1.3.3 Dépassement de puissance souscrite

La puissance appelée par la sous station ne doit pas dépasser la puissance souscrite, au cas de dépassement de cette puissance l'ONCF paye une pénalité. Si, durant un mois d’année, la puissance maximale appelée ( ) dépasse la valeur de la puissance souscrite ( ), la

différence positive des deux puissances nous donne la redevance dite de dépassement de puissance souscrite (RDPS) déterminée comme suit :

RDPS= 1,5 x / 12 x

1.3.4 Majoration pour facteur de puissance inférieur à 0.8

Si au cours d’un mois de facturation, la quantité d’énergie réactive consommée par la sous station est telle que le facteur de puissance moyen mensuel correspondant est inférieur à 0.80, le montant total des redevances dues par la s/st au titre de sa consommation

mensuelle (Redevances de puissance souscrite, Redevance éventuelle de dépassement de puissance et redevances de consommation) sera majoré de 2% pour chaque centième d’insuffisance du facteur de puissance constaté.

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Figure 21 : facture ONEE 2.

Analyse de la consommation

2.1 Évolution de la consommation des sous stations 2.1.1 Récapitulation de consommation

La consommation des 8 sous-stations de la DRICN : MSAADA, SIDI KACEM, SIDI MBAREK, AIN KERMA, OUARZIGHA, SBAA AIOUN, AIN TAOUJDATE et FES a évolué depuis 2010 jusqu’à 2016 comme montre le graphe suivant :

Tableau 2 : consommation des s/st dans les années passées

Figure 22 : suivie de consommation des 8 s/st Année CONS –TOTAL (KWh) MONT HT (DH)

2010 36 459 020 34 282 743,46

2011 38 917 576 36 517 876,53

2012 38 061 030 35 860 958,60

2013 37 523 326 35 489 662,73

2014 38 244 120 36 242 859,70

2015 38 661 684 37 168 558,98

2016 39 474 041 39 864 532,03

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D’après le graphe on peut constater que la consommation augmente année après autre, en parallèle le taux de facturation aussi, c’est pour cette raison qu’il faut adopter un plan de réduction de la

consommation d’énergie.

2.1.2 Evolution de la consommation totale en 2016

s/st JANVIER FEVRIER MARS AVRIL MAI JUIN JUIELLET AOUT SEPTEMBRE OCTOBRE MSAADA 57653 57811 66869 43237 34342 21500 51614 45440 47404 45040 SIDI KACEM 537508 512643 562964 471361 422942 272705 372095 355043 402876 438608 S.M.RDOM 76357 80439 89169 94393 70088 49477 92868 90253 119110 155270 AIN KERMA 384942 349234 338904 353868 392696 292238 391446 411756 355673 339050 OUARZIGHA 880335 789843 795188 814312 895151 902264 1239870 1318354 1141059 980765 SEBAA

AIOUNE

263275 247599 254337 253168 240270 175075 247770 272056 238815 227612

AIN TAOUJDATE

674498 633020 663864 678398 647730 505500 697149 674373 683705 659379

FES 466106 422111 454357 479792 471021 369431 497736 518030 475380 505220 TOTAUX 3330674 3098536 3329236 3188529 3174240 2588190 3590548 3685305 3464022 3350944

Tableau 3 : consommation totale des s/st en 2016

Figure 23 : consommation en 2016

L’analyse de graphe permet de déduire que la consommation augmente pendant les mois de juillet et août. Du faite que le nombre de voyages augmente et le nombre de train qui tracte aussi.

2.1.3 consommation suivant les postes horaires

s/st Consommation en H.P Consommation en H.pl Consommation en H.C

MSAADA 64118 233027 173765

SIDI KACEM 806420 2280238 1252087

S.M.RDOM 169322 2280238 1252087

AIN KERMA 693978 2075507 840322

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OUARZIGHA 2272188 2075507 2027822

SEBAA AIOUNE 460420 1372007 587550

AIN TAOUJDATE 1184324 3572007 1783874

FES 781437 2480586 1397161

Totaux 6432207 17921379 8337218

Tableau 4 : évolution de la consommation suivant les postes horaires

Figure 24 : consommation en H.P, en H.pl, et en H.C

Le taux d’exploitation de la puissance dans les H.pl et le plus élevée par rapport aux H.C et H.P, aussi que pour le taux de consommation on remarque un changement au niveau de ces dernières.

Donc une mauvaise gestion des H.C et H.pl. C’est pourquoi qu’il faut décaler le départ des trains au H.C et H.pl puisque le tarif de ses deux derniers est le moins cher afin d’optimiser les tarifs de facturation.

Conclusion

La quantité d’énergie électrique consommée est affectée pas différents facteurs. Plus précisément la puissance souscrite appelée par la sous-station et la mauvaise planification de circulation des trains dans les tranches horaires induisent une augmentation de la quantité d’énergie consommée.

Ainsi à la puissance souscrite il faut chercher une puissance souscrite optimale de sorte que les coûts diminuent.

Pour la planification des trains dans les tranches horaires, les tarifs d’achat d’énergie pendant les heures creuses et pointes sont inférieurs par rapport à celles de pleines. On peut consommer la même énergie avec un coût différent en modifiant les heures de départ des trains, en décalant les voyages des heures pleines vers celles creuses, mais à condition que ce décalage n’influence pas sur la circulation et l’organisation des voyages.

L’objectif de chapitre suivant est l’étude de différents moyens qui permet de réduire les pics de consommation et aussi d’améliorer l'efficacité énergétique.

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Chapitre IV :

Solutions proposées pour optimiser l’énergie

consommée

L’objectif de ce chapitre est de dresser les solutions majeures proposées pour réduire la consommation d’énergie électrique de traction : réduction des pertes d’énergie, récupération d’énergie de freinage, éco-conduite, optimisation de mode de facturation et l’élaboration du contrat d’achat d’énergie éolienne, permettant aux entreprises d’identifier les gisements d’économie d’énergie et de mettre en œuvre rapidement des actions de maîtrise des

consommations d’énergie rentable économiquement.

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1.

Réduction des pertes d’énergie

Lors de son transport entre le point de production et le point de livraison, l’électricité connaît des pertes dont le volume dépend de la valeur du courant, de la distance de transport et des caractéristiques du réseau. On parle alors de pertes en ligne. Même si elles sont invisibles, les pertes d’électricité sont bien réelles et impossibles à éviter, mais on peut chercher à les réduire.

Les pertes d’électricité peuvent avoir quatre origines différentes:

- 78% des pertes proviennent de la déperdition d’énergie qui s’opère dès qu’un courant circule dans le matériau conducteur des liaisons. Le transport de l’électricité fait chauffer le câble et génère des pertes d’énergie. On appelle cette dissipation de chaleur l’effet joule.

- Les conditions climatiques impactent également le volume des pertes dont 8% sont liées à une décharge électrique entre l’air et le conducteur.

- Environ 11% des pertes sont liées au passage du courant dans les postes de transformation de niveau de tension (sous-station).

- Enfin, le fonctionnement des sous- stations eux-mêmes nécessite la consommation d’une part d’énergie. Cette autoconsommation représente environ 3% du volume concerné.

Il y a plusieurs facteurs qui influencent le volume des pertes en ligne. Par exemple:

- Le volume de pertes dépend de l’intensité transitant sur les installations, et donc de la consommation. Plus la consommation est élevée et plus les pertes sont

importantes.

- L’optimisation du chemin parcouru par l’électricité a aussi son importance.

Emprunter le chemin le plus court permet de réduire les pertes.

- Des alternatives technologiques sont identifiées et étudiées. Elles permettent de réduire les pertes par le choix de matériaux moins générateurs de pertes.

1.1Perte au niveau de la caténaire

Lorsqu’on fait passer du courant dans un câble conducteur, les électrons libres (charges électriques) circulent en se frayant un chemin parmi les atomes des matériaux qui composent les fils, et heurtent ces atomes, qui se mettent à vibrer. Sous l’effet des chocs, une partie de l’énergie électrique se transforme en chaleur. C’est pour cette raison que les appareils électriques chauffent au bout d’un certain temps d’utilisation, ou qu’une surintensité peut déclencher un incendie.

Tous les matériaux offrent une résistance au courant : plus la résistance est grande, plus les électrons ont de mal à circuler et dégagent de la chaleur. Les métaux, par contre, sont bons conducteurs du courant en général : la résistance est faible, et si l’effet Joule se produit, il reste invisible. La résistance d’un réseau R peut se décomposer de la manière suivant :

Où :

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- est la résistance par mètre de ligne installée exprimée en Ohm par mètre ⁄ par exemple.

- est la longueur de ligne installée dans le réseau.

- est la section du câble.

Donc pour diminuer la résistance, on peut agir sur trois facteurs : la résistivité des matériaux utilisés pour fabriquer les câbles de transport, la longueur et la section de ces câbles (la résistance diminue avec l’augmentation de la section).

1.2 Perte au niveau de la sous station

Les pertes d’énergie sont de deux types: les pertes techniques et les pertes non-techniques. Les pertes non-techniques proviennent de consommations d’énergie non enregistrées. Ces pertes résultent de vols d’énergie ou d’erreurs de comptage. Les pertes techniques ont, elles aussi, des origines diverses. Elles peuvent provenir de pertes en ligne mais aussi de pertes liées à la transformation haute tension

(HT)/basse tension (BT). Ces pertes apparaissent dans les transformateurs HT/BT et proviennent de pertes joule et de “pertes fer”. Les “pertes fer” dépendent de la tension et de la fréquence d’alimentation, des matériaux utilisés et sont décomposées en pertes par courants de Foucault et pertes par hystérésis.

Figure 25 : schéma des pertes

Figure 26 : Répartition des flux d’énergie dans une ligne de train Les pertes énergétiques sont de plusieurs types :

Les pertes d’acheminement : pertes dans les sous-stations et pour la distribution de l’énergie sur la ligne de train.

Les pertes auxiliaires : pertes liées au fonctionnement des systèmes auxiliaires.

Les pertes de résistance à l’avancement : il s’agit de l’énergie dépensée pour vaincre les forces de frottement mécanique et aérodynamique.

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Les pertes de la chaine de traction : ce sont les pertes liées à la conversion de l’énergie électrique issue du réseau de traction en énergie mécanique nécessaire à la traction.

Les pertes par freinage : il s’agit de l’énergie cinétique qui n’a pas pu être restituée sur le réseau et a dû être dissipée par dissipation mécanique ou rhéostatique.

Le flux : correspond à la quantité d’énergie récupérée lors des phases de freinage électrique.

L’énergie utile correspond à la quantité d’énergie nécessaire à la traction. Il s’agit de l’énergie qui doit être injectée sur la ligne électrique pour assurer l’avancement des trains.

Les pertes sont celles que l’on cherche à minimiser, en synchronisant les phases de freinage et d’accélération des trains pour favoriser la réutilisation de l’énergie issue du freinage. Ainsi, en moyenne 23% de l’énergie cinétique de traction peut être théoriquement récupérée.

1.3Moyen de réduction des pertes

Il y a essentiellement deux moyens pour diminuer les pertes sur le réseau de distribution: l’un est économique, l’autre est technique. Sur le plan technique, l’ONCF peut investir pour:

- Diminuer ρ: en agissant sur la résistance au mètre (nature de l’alliage utilisé,

diamètre du câble...). Cette solution ne peut être considérée que pour les nouvelles installations et s’avère trop onéreuse pour des lignes installées;

- Modifier les paliers dans les transformateurs: cela permettrait de diminuer les

“pertes fer" des transformateurs;

- Optimiser le réseau: c’est la seule solution pour les ouvrages existants; elle consiste à équilibrer les volumes de charge dans les transformateurs ou à Optimisation

d’utilisation des groupes tout en préservant la sécurité du réseau;

- Investir en recherche et développement: développement de compteurs intelligents qui permettent une meilleure anticipation et une meilleure gestion de la

consommation d’électricité.

- Augmentation de la section des enroulements.

- Augmentation du nombre des postes de sectionnement permet de diminuer la résistance des lignes caténaire.

2.

Récupération d’énergie de freinage

Un freinage génère jusqu’à 400kW (moyenne), cette énergie est principalement dissipée dans l’atmosphère par effet Joule.

Les technologies de récupération d’énergie de freinage sont récemment devenues un nouveau marché pour le secteur des transports publics et l’industrie investit dans la recherche et développement.

Les véhicules ferrés fonctionnent grâce à un moteur électrique alimenté par des sous-stations placées le long des voies. L’électricité est transmise par une caténaire au travers du pantographe. Les véhicules ferrés les plus récents peuvent freiner électriquement en utilisant les techniques de freinage par récupération. Dans ce cas, le moteur électrique peut fonctionner comme un générateur qui récupère l’énergie cinétique du véhicule et la convertit en électricité.

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Figure 27 : concept du freinage par récupération sur un réseau ferré

Dans ces véhicules, tandis qu’une petite fraction de cette énergie cinétique peut être réutilisée pour faire fonctionner les équipements auxiliaires du véhicule (appareils de chauffage et de climatisation, écrans, etc.), l’énergie restante peut être renvoyée sur le réseau et donc récupérée seulement si un véhicule accélère à proximité. Dans ce cas, le véhicule qui accélère profite de ce transfert d’énergie.

Sinon, la tension du réseau augmente du fait de l’excédent d’énergie et celle-ci doit être absorbée par les résistances de freinage. Ce principe est illustré par la figure ci-dessus.

Ces transferts d’énergie entre les véhicules reposent sur des paramètres tels que la densité du trafic, les distances entre les stations ou la pente. Sur un réseau de train, ces transferts représentent généralement 20 à 30 % de la consommation totale.

Cependant, dans de nombreuses situations, l’énergie ne peut pas être récupérée sur le réseau car aucun véhicule n’accélère exactement au moment du freinage d’un autre. Pour éviter ces pertes d’énergie et réduire la consommation d’énergie globale, plusieurs systèmes ont été développés.

Les systèmes de récupération de l’énergie de freinage peuvent être classés selon trois familles : 2.1 Systèmes de stockage embarqués

Les applications de stockage embarquées sont constituées de systèmes de stockage d’énergie (ESS), généralement situés sur le toit du véhicule, chaque système ayant un fonctionnement indépendant.

Lorsque l’énergie récupérée ne peut pas être utilisée par un autre véhicule à proximité, elle est directement transmise au système de stockage placé sur le véhicule. Elle alimente ensuite le véhicule lorsqu’il accélère ou ses équipements auxiliaires (chauffage, climatisation, éclairage, etc.). Sous-station réversible Accélération sous-station réversible.

Figure 28 : concept d’un système de récupération d’énergie embarqué sur le train 2.2 Systèmes de stockage fixes

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Les applications de stockage fixes (au bord des voies) sont constituées d’un ou plusieurs systèmes de stockage d’énergie (Energy Storage System-ESS) situés le long des voies. Elles peuvent récupérer l’énergie des véhicules qui freinent et alimenter ceux qui accélèrent.

Figure 29 : concept d’un système de récupération d’énergie fixe placé le long des rails Parmi les avantage ce système:

- Économie de l’énergie grâce à la récupération au freinage et la réinjection à la traction.

- Charge et décharge très rapides.

- Stabilisation de la tension du réseau électrique pour se prémunir de l’arrêt éventuel du système de transport.

- Fonctionnement indépendant du réseau d’alimentation public haute-tension.

- Fonctionnement indépendant de la production de l’énergie traction des sous- stations.

- Durée de vie de 30 ans pour le module et de 10 à 15 ans pour les super-capacités selon la sollicitation (1million de cycles environ).

Données :

- Energie moyenne récupérée = 120 kWh/ESS soit 350 kWh par jour.

- Quantité d’énergie récupérée = 130.000 kWh/an - Economie = 8 à 12% par s/st équipée d’un module ESS.

- 10 tonnes de CO2 économisées chaque année.

2.3 Systèmes fixes avec renvoie vers le réseau

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La principale différence avec les systèmes précédents réside dans le fait que les applications avec « renvoi vers le réseau » ne stockent pas l’énergie récupérée. À la place, elle est renvoyée sur le réseau électrique principal pour être utilisée par d’autres consommateurs ou éventuellement revendue aux distributeurs d’énergie.

Figure 30 : concept d’une sous-station réversible (onduleur) renvoyant l’électricité récupérée vers le réseau

L’onduleur de réinjection est installé en parallèle du redresseur. Ils possèdent l’avantage de pouvoir convertir l’énergie de freinage et la restituer immédiatement.

Parmi les avantage ce système:

- Stabilisation de la tension sur le réseau

- une récupération de 90 % de l’énergie totale de freinage

- Économie de l’énergie jusqu’à 15% grâce à la conversion en énergie alternative et la restitution dans une boucle privative.

- Limitation de la chute de tension.

- Stabilisation de la tension dans la Ligne de Contact de par la capacité à fournir de l’énergie sur les appels de puissance importants.

2.4 Systèmes de stockage préposés pour ses applications

Les applications précédemment décrites peuvent s’appuyer sur différentes technologies : - Une batterie stocke l’énergie par réaction électrochimique. Il existe des batteries de

toutes les tailles et de toutes les puissances nominales.

- Un supercondensateur est un appareil de stockage électrochimique dans lequel l’énergie est stockée sous forme d’une concentration d’électrons sur la surface d’un matériau, sans réaction chimique. Il comble le fossé entre les condensateurs traditionnels et les batte- ries et peut fournir au moins dix fois plus d’énergie que la plupart des batteries de taille équivalente.