Smart HPT : un excellent moyen d'économiser du carburant et de réduire les émissions

Par David Eldredge, William Schoonmaker et Kiron Vegas

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Présentation

Pour atteindre des niveaux d'efficacité énergétique plus élevés et réduire les émissions de gaz à effet de serre, le contrôle de la puissance par tonne (HPT) est essentiel

Voici pourquoi : les exigences en matière de puissance varient en fonction de la composition du train, du terrain et d'autres conditions d'exploitation. Lorsque les chemins de fer construisent des trains, ils doivent s'assurer que la puissance des locomotives est suffisante pour franchir la pente la plus raide (pente dominante) de l'itinéraire. Ce qui se produit généralement, cependant, c'est que la note dominante n'est qu'un petit segment d'un voyage complet. Ainsi, afin de répondre aux besoins des conditions les plus critiques, une puissance excédentaire est dépensée pendant le reste du voyage. Et cette puissance excédentaire entraîne une augmentation de la consommation de carburant et des émissions associées.

La clé pour résoudre ce problème est d'optimiser la puissance par tonne.

Puissance par tonne : une introduction

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Le rapport entre la puissance de la locomotive et le poids du train est égal à la puissance par tonne. Plus précisément, il est calculé en additionnant la puissance de toutes les locomotives du train et en la divisant par le poids (en tonnes) du train.

Le ratio HPT qui en résulte est important car il s'agit d'une métrique utilisée pour indiquer la quantité de puissance nécessaire pour un train donné. Selon la quantité de marchandises qu'il transporte, par exemple, un train peut avoir 75 voitures et un autre 100 voitures. Ainsi, l'utilisation du HPT, ou puissance par tonne, comme métrique permet de normaliser la puissance utilisée pour tous les trains sur cet itinéraire. Ce faisant, il réduit le nombre de locomotives utilisées pendant n'importe quel segment du trajet.

Alors, comment les chemins de fer parviennent-ils à atteindre un HPT spécifique ?

Défis

La gestion de la puissance par tonne est un défi. En voici une illustration :

• Disons que nous avons le train parfait : deux locomotives de 4 000 CV chacune et 8 000 tonnes traînantes. Pour cet exemple, ma règle ferroviaire est de rouler à 0,5 HPT. Cela impliquerait donc d'isoler manuellement une locomotive. Maintenant, faisons en sorte que cela ressemble davantage au monde réel : une voiture de plus apparaît. Alors maintenant, mon train fait 8 100 tonnes. Comme la règle d'exploitation est de 0,5 HPT et que le seul interrupteur dont vous disposez est d'allumer ou d'éteindre une locomotive, ce train passe de 0,49 HPT à 1,0 HPT. Vous finissez donc par devoir conduire deux locomotives pendant tout le trajet.

À cela s'ajoute la tâche difficile que représente le contrôle manuel du HPT. Il est difficile pour les humains de déterminer la quantité d'énergie dont ils ont besoin par rapport à celle dont ils n'ont pas besoin à chaque étape du voyage. Qu'il s'agisse de la longueur du train, des restrictions de vitesse, du terrain et des conditions météorologiques, le processus demande beaucoup d'efforts manuels et mentaux. De plus, des tactiques telles que la limitation de l'encoche ou l'arrêt de certaines locomotives exigent la conformité de l'équipage et lui rappellent de le faire. Et tout cela dans le contexte d'un environnement en constante évolution. Résultat : des trains surpuissants et une inefficacité.

Alors, comment les chemins de fer peuvent-ils relever ces défis et tirer parti des avantages d'une puissance par tonne optimisée ? La réponse est l'automatisation grâce à Smart HPT.

HPT intelligent

Le Smart HPT optimise les performances du train pour un objectif donné de puissance par tonne.

La base de Smart HPT repose sur le régulateur de vitesse Trip Optimizer. Comme Trip Optimizer dispose de données sur la composition et le poids des trains et comprend le terrain et la topologie de la voie, Smart HPT peut déterminer exactement la puissance requise à chaque point du trajet. Résultat : les chemins de fer permettent d'économiser du carburant et de réduire les émissions sans affecter la vitesse, et ce de manière automatique.

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Smart HPT comprend trois fonctionnalités :

1. Planificateur intelligent : évite la puissance excessive en limitant le HPT du train en modifiant le plan Trip Optimizer afin qu'il corresponde à la limite HPT demandée par la compagnie de chemin de fer pour le train et l'itinéraire. Cette puissante fonctionnalité automatise la limitation du HPT en fonction de l'emplacement du train. Cela empêche un train surpuissant.
2. Ralentissement automatique : détecte la puissance excessive et fait tourner automatiquement au ralenti les unités qui suivent sans ajuster la vitesse du train. Cette caractéristique reconnaît que les moteurs de locomotive sont plus efficaces lorsqu'ils fonctionnent à des régimes plus élevés. Il est donc préférable d'avoir une locomotive dans l'encoche 5, par exemple, que d'en avoir trois dans l'encoche 2. Chaque fois que le ralenti automatique permet de maintenir la vitesse prévue par le plan Trip Optimizer avec la puissance d'une seule locomotive, il fait tourner au ralenti les unités qui suivent et fonctionne avec uniquement l'unité principale en ligne.
3. Contrôle du réseau : isole automatiquement les locomotives en tête à l'aide d'un contrôle intra-composé. Les unités isolées suivront ensuite les règles de fermeture spécifiques à leur chemin de fer. Cette fonction permet à l'unité principale de commander à l'unité de suivi de s'isoler, sans que personne ne revienne en arrière et n'actionne physiquement les commutateurs. Cela représente une économie de carburant supplémentaire car la locomotive isolée est alors gérée par Auto Engine Start Stop (AESS). Ainsi, il peut s'arrêter complètement et économiser du carburant en ne fonctionnant pas du tout.

De plus, Smart HPT peut déterminer si une locomotive ne fonctionne pas aux vitesses prévues et s'ajuste automatiquement en conséquence, rétablissant ainsi la puissance pour éviter les décrochages et respecter l'horaire.

Conclusion

Le Smart HPT élimine les conjectures et la planification mentale liées au contrôle de la puissance par tonne, sans ralentir le train. Le résultat :

• Économies de carburant et réduction des émissions : 5 à 10 % (5 % certifiés EPA)
• Meilleure maniabilité des trains

À propos des auteurs :

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Dave Eldredge est le responsable de la gamme de produits Trip Optimizer chez Wabtec. Il est responsable du développement et de la commercialisation de solutions de gestion de l'énergie de pointe. Dave possède plus de 17 ans d'expérience dans le domaine de l'électronique numérique.

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William Schoonmaker est chef de produit chez Wabtec. William a plus de 25 ans d'expérience dans le développement et la mise en œuvre de produits pour le contrôle des trains de marchandises, dont plus de 10 ans de travail sur Trip Optimizer.

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Kiron Viegas est chef de produit chez Wabtec. Kiron a occupé pendant plus de 25 ans des postes d'ingénierie et de gestion de produits dans le secteur des technologies et est passionné par la résolution des problèmes de durabilité et d'automatisation dans les opérations de transport ferroviaire de marchandises.