La mobilité électrique dans les transports publics

Processus de rechargement optimisés

L’utilisation de bus électriques dans les transports publics implique des exigences particulières en matière d’infrastructure de rechargement, de planification des parcours et d’exploitation. Le projet de recherche Mendel établit les bases d’une infrastructure de rechargement optimale et définit les exigences au niveau de la planification et d’exploitation pour l’entreprise de transport.

Le projet de recherche MENDEL

INIT a commencé début 2016 le travail de recherche du projet MENDEL en collabora­tion avec ses partenaires AVT STOYE GmbH, l’institut de systèmes de transport du Centre allemand pour l’aéronautique et l’astronautique, l’institut Fraunhofer pour les flux matériels et la logistique, GEVAS, une société de développement de systèmes et technologies automatisation pour le transport individuel et public, et l’institut pour l’automatisation et la communica­tion (ifak) et les partenaires associés BS|NETZ Braunschweiger Netz GmbH ainsi que Braunschweiger Verkehrs-GmbH.

Le projet, soutenu par le ministère fédéral de l’Économie, doit concilier les intérêts des fournisseurs d’énergie et ceux des entre­prises de transport.

L’objectif est d’établir les bases d’une infrastructure de rechargement rentable qui répond aux exigences particulières des bus électriques dans les transports publics. Les objectifs fondamentaux du projet MENDEL sont les suivants:

Objectif 1 : minimisation des coûts d’investissement

L’utilisation optimale des réseaux électriques basse tension existants doit permettre d’éviter l’aménagement d’autres stations de transformation pour l’alimentation des points de rechargement. De manière générale, le nombre de stations de rechargement doit rester limité. C’est pourquoi l’infrastructure déjà existante doit être utilisée le plus efficacement possible.

Objectif 2 : minimisation des coûts de fonctionnement

Les processus de rechargement doivent être planifiés de telle manière à ce que la consommation d’énergie de pointe, détermi­nante pour le prix de l’énergie, soit mini­misée grâce à une répartition spatiale et temporelle des processus de recharge­ment. Cela contribue également à la baisse des coûts de fonctionnement fixes pour l’infrastructure de rechargement, qui se reflètent dans le prix de production dépen­dant de la consommation.

Les coûts de fonctionnement variables pour l’exploitation de la flotte électrique doivent également être réduits avec la minimisation de la consommation énergétique des bus et une planification optimale des parcours.

Différents sous-objectifs visent à atteindre ces deux objectifs principaux. Ils com­prennent des aspects stratégiques globaux pour une planification optimale de l’utili­sation des véhicules associée à une planifi­cation optimale de l’infrastructure, des aspects tactiques pour une gestion optimale des charges et des aspects opérationnels pour une stratégie de conduite optimale (conduite plus économe en ressources) :

Sous-objectif 1 : planification optimale de l’utilisation des véhicules (au niveau stratégique)

Lors de la planification des parcours et services, les processus de rechargement nécessaires doivent être considérés comme une variable supplémentaire. Il s’agit de résoudre le conflit d’objectifs entre des par­cours efficaces et une charge de pointe minimale du réseau électrique grâce à des algorithmes d’optimisation. La charge de pointe du réseau électrique résulte de la somme de la puissance nécessaire à tous les bus en charge simultanément. La puis­sance nécessaire pour chaque bus résulte du chargement initial de la batterie, du besoin énergétique pour atteindre la pro­chaine station de rechargement et du temps de rechargement.

En plus des temps de charge prévus, des marges de temps doivent également être prises en compte dans les parcours afin de compenser les faibles retards causés par un éventuel rechargement intermédiaire. Ils peuvent p. ex. être nécessaires lorsqu’un processus de rechargement n’a pas pu être réalisé comme prévu à la station planifiée. Il est également indispensable de prendre en compte les marges énergétiques, en d’autres termes, pouvoir parer aux fluctua­tions de la capacité de charge sur l’en­semble du réseau de rechargement dans la mesure où un bus qui n’est pas rechargé avec la puissance maximale doit quand même pouvoir atteindre la station de rechargement suivante. Plus les marges prévues sont importantes, plus le nombre de bus utilisés par la société de transport pour remplir la feuille de route est élevé.

Sous-objectif 2 : planification optimale de l’infrastructure (au niveau stratégique)

Plus le nombre de stations de rechargement aménagées est important, plus les besoins de charge sont répartis et plus la charge de pointe baisse sur l’ensemble du réseau électrique. Les coûts de fonction­nement pour les transports publics peuvent ainsi être réduits. Il convient également de limiter le nombre de sta­tions de rechargement afin de minimiser les coûts d’investissement et de fonction­nement pour l’exploitant du réseau éner­gétique. Le nombre de stations de rechar­gement se réflète diamétralement sur le nombre de bus nécessaires pour le respect de l’horaire. Il faudra en effet prévoir plus de marges décrites dans le sous-objectif 1 si le nombre de stations de rechargement est peu élevé.

L’objectif de la planification de l’infras­tructure est d’établir une répartition spa­tiale optimale des stations de recharge­ment afin de garantir l’efficacité globale. Il s’agit de résoudre les conflits d’objectifs grâce à des algorithmes d’optimisation, mais également grâce à des considérations stratégiques.

Sous-objectif 3 : gestion optimale des charges (au niveau tactique)

Des technologies d’information et de communication doivent être mises en place afin de pouvoir pallier aux déviations opérationnelles concernant les recharge­ments prévisionnels qui ne sont pas com­pensées par les marges prévues, ou les fluctuations dans l’offre de services. Concrètement, des services intelligents doivent être développés pour optimiser les processus de rechargement au niveau de la gestion des charges. L’état de charge actuel des bus, leurs besoins énergétiques prévisionnels et l’offre de services maxi­male disponible aux stations de recharge­ment doivent également être pris en compte, tout comme l’objectif principal concernant la puissance de charge mini­male globale. Si nécessaire, ces services imposent des instructions de conduite opérationnelles, comme p.ex. un temps de stationnement à une station de rechar­gement prolongé.

Sous-objectif 4 : stratégie de conduite optimale (au niveau opérationnel)

Un besoin énergétique réduit des bus a généralement un effet bénéfique sur la réalisation des objectifs principaux du projet. Éviter les arrêts fréquents, qui occasionnent des démarrages intenses d’un point de vue énergétique, permet de dégager un potentiel d’économie impor­tant. Les feux de signalisation dans le trafic urbain représentent la cause la plus fréquente de cette consommation énergé­tique à éviter. L’utilisation de systèmes de gestion du trafic, qui reçoivent des infor­mations en temps réel du SAEIV sur l’état opérationnel actuel et en tiennent compte, permet d’éviter les feux.

Contact

Dirk Weißer

Director Research and Product Strategy
INIT GmbH
Allemagne