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La voie vers l'optimisation du carburant dans le transport ferroviaire de marchandises
Exploiter la puissance des solutions numériques
par David Eldredge, Adam Franco, Joseph Nazareth, William Schoonmaker et Kiron Viegas
Présentation
Le carburant joue un rôle majeur dans les opérations ferroviaires, représentant en moyenne 15 à 20 % des dépenses d'exploitation et 90 % des émissions de gaz à effet de serre. Ainsi, lorsque les chemins de fer consomment moins de carburant, c'est gagnant-gagnant pour le chemin de fer et pour l'environnement : coûts d'exploitation réduits et émissions de carbone réduites.
Aujourd'hui, le rail est le mode de transport de marchandises le plus économe en énergie et le plus rentable. L'efficacité augmente dans l'ensemble du secteur depuis des décennies. En 1980, les trains américains de classe 1 ont transporté en moyenne une tonne de marchandises à 235 miles par gallon de carburant. Aujourd'hui, cette distance a plus que doublé pour atteindre 489 miles sur un seul gallon 1.
Alors, quelle est la prochaine étape ? Comment les chemins de fer font-ils passer à la vitesse supérieure en matière d'optimisation des carburants ? Comment chaque train peut-il être le plus efficace possible ? La réponse réside dans les facteurs qui influent sur l'utilisation du carburant.
Impacts sur le carburant
Chaque mission comporte de nombreuses variables qui ont un impact sur l'efficacité énergétique :
- Niveaux et courbure de la voie
- Variation entre conducteurs
- Restrictions de vitesse et conditions de signalisation
- Puissance excessive
- Freinage agressif
- Entretien de la voie
- Rencontres et passes
- Météo
Et tout cela dans le contexte d'un environnement en constante évolution. Pour obtenir des résultats de développement durable de niveau supérieur, le défi consiste non seulement à gérer les variables qui ont un impact sur la consommation de carburant, mais aussi à le faire de manière cohérente et à grande échelle.
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Une approche en trois étapes
La voie vers l'optimisation et l'automatisation des carburants
La technologie numérique permet de relever ces défis et de libérer tout le potentiel d'un transport de marchandises efficace et durable. Grâce aux données, à la physique, aux algorithmes et à l'apprentissage automatique, Wabtec peut rendre les locomotives plus intelligentes, les trains plus efficaces et les réseaux plus fluides.
Pour aider les chemins de fer à tirer parti des avantages de l'optimisation du carburant grâce à des solutions numériques, Wabtec a développé un cadre qui permet une approche par étapes séquentielles. Chaque phase est alignée chronologiquement sur les facteurs qui influent sur l'utilisation du carburant avec des objectifs tactiques clairs. L'un des principaux avantages est que les chemins de fer peuvent intervenir à tout moment et apporter des améliorations progressives immédiates, en minimisant les risques et en garantissant un retour sur investissement. À terme, les chemins de fer peuvent utiliser ce cadre pour définir une stratégie visant à atteindre les plus hauts niveaux d'optimisation et d'automatisation des carburants.
Améliorez la gestion des trains
La voie vers l'optimisation du carburant commence ici :
1) Alimentation distribuée
Pour répondre à la demande de trains plus longs et plus lourds, et pour assurer une manutention efficace des trains, des systèmes d'alimentation distribuée avancés permettent de contrôler à distance les locomotives séparément de la locomotive de tête. Le système d'alimentation distribuée LOCOTROL® de Wabtec est un système de commande et de communication éprouvé qui permet une répartition coordonnée de la puissance de freinage et de traction entre les locomotives de tête et les locomotives distantes, pour un meilleur rendement énergétique, une capacité de transport accrue et des coûts d'exploitation réduits.
2) Régulateur de vitesse
Gestion de l'énergie du régulateur de vitesse : Trip Optimizer™ est la base de l'optimisation du carburant. Trip Optimizer permet aux conducteurs d'optimiser l'utilisation du carburant en contrôlant automatiquement la vitesse de la locomotive en temps réel, réduisant ainsi la variabilité du conducteur et augmentant la cohérence. Trip Optimizer prend en compte le terrain, la composition des trains, les restrictions de vitesse et les conditions d'exploitation pour calculer un profil de vitesse optimal. Il contrôle automatiquement l'accélérateur de la locomotive et les freins dynamiques afin de réduire la consommation de carburant et d'assurer une conduite efficace des trains. Trip Optimizer s'intègre à Distributed Power pour améliorer encore la maniabilité des trains sur les trains plus longs et plus lourds.
Optimisation des trains intelligents et du réseau
Ajoute de l'intelligence et de l'intégration pour réaliser des économies de carburant supplémentaires :
1) Puissance intelligente par tonne (Smart HPT)
La puissance excédentaire entraîne une réduction du rendement énergétique et une augmentation des émissions de gaz à effet de serre. Traditionnellement, le processus de détermination de la puissance par tonne était un processus manuel, ce qui entraînait de grandes variations du rendement énergétique d'un train à l'autre. De plus, il n'y avait aucun moyen de contrôler la puissance ou d'isoler les moteurs lorsqu'un train avait plus de locomotives qu'il n'en avait besoin pour un segment donné de son itinéraire. Trip Optimizer Smart HPT optimise les performances des trains en réduisant automatiquement la puissance par tonne du train sans affecter la vitesse, ce qui permet de réaliser des économies de carburant supplémentaires.
2) Intégration au réseau
La planification efficace des laissez-passer est l'un des moyens de gérer les temps morts sur la ligne, d'économiser du carburant et d'améliorer la prévisibilité du train. Le défi consiste à déterminer le profil de vitesse et le plan de conformité qui optimisent simultanément les performances et les économies de carburant sur tous les trains du réseau. La combinaison de Trip Optimizer et de Movement Planner permet de gérer le rythme, qui redistribue et optimise le temps passé sur la ligne. Les chemins de fer qui assurent la circulation des trains sur le réseau réalisent des économies de carburant supplémentaires en réduisant la consommation de carburant en cours de route.
Automatisation
Permet de conduire et d'arrêter les trains avec plus de précision, ce qui permet de réaliser des économies de carburant plus importantes en plus d'un meilleur respect des horaires :
1) Réglage automatique des signaux PTC/ATP
La possibilité de créer un plan de trajet en fonction des signaux PTC et des mises à jour des restrictions permet de réaliser des économies de carburant supplémentaires. L'interface Trip Optimizer avec PTC/ATP augmentera les opportunités de kilométrage automatique, permettant ainsi de réaliser de nouvelles économies de carburant. Trip Optimizer avec interface PTC s'adapte automatiquement aux changements du réseau en temps réel en fonction des mises à jour du signal et des restrictions de vitesse. Régulant la vitesse jusqu'aux limites PTC/ATP, Trip Optimizer reste activé plus longtemps en mode Auto, ce qui permet de réaliser des économies de carburant plus importantes.
2) Commande automatique des freins à air
L'augmentation de l'enveloppe pendant laquelle Trip Optimizer fonctionne permet de réaliser des économies de carburant accrues. Trip Optimizer permet d'économiser plus de carburant lorsqu'il peut être utilisé en mode automatique pendant une plus grande partie du trajet. L'objectif de Trip Optimizer Auto Air Brake Control est d'augmenter le nombre de kilomètres parcourus en mode Auto en :
- Ajouter le démarrage et l'arrêt à l'enveloppe de fonctionnement
- Permettre à Trip Optimizer d'appliquer les freins à air selon les besoins pour contrôler la vitesse du train
- Autoriser Trip Optimizer à rester en mode automatique sur les signaux d'approche
3) Miles 100 % automatiques
L'extension de la période pendant laquelle Trip Optimizer fonctionne à 100 % des Auto Miles permet d'optimiser l'efficacité énergétique.
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Réunir tout cela
Le document Path to Fuel Optimization and Automation de Wabtec présente le cadre permettant d'atteindre une efficacité énergétique maximale grâce à des solutions numériques. Construit sur une architecture de système modulaire, il permet l'intégration progressive de solutions améliorées de contrôle et d'automatisation des trains. Cela permet aux clients d'augmenter progressivement les économies de carburant afin d'atteindre au mieux leurs objectifs environnementaux opérationnels et de durabilité. (Figure 4)
Conclusion
Que vous soyez à vos débuts ou que vous recherchiez des gains d'efficacité supplémentaires, Wabtec propose un portefeuille inégalé de produits numériques qui fournissent des résultats d'efficacité énergétique importants.
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Figure 4 : Parcours vers l'optimisation et l'automatisation du carburant
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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Adam Franco est le chef de produit numérique senior pour LOCOTROL, l'alimentation distribuée et le contrôle à distance chez Wabtec. Il se concentre actuellement sur l'amélioration de l'efficacité opérationnelle et de la consommation de carburant grâce à la télécommande et au contrôle des drones.
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Joseph Nazareth est le responsable de la gamme de produits LOCOTROL chez Wabtec. Joe est passionné par le développement de solutions de contrôle à distance qui améliorent la productivité et l'efficacité des opérations des trains de marchandises et possède plus de 20 ans d'expérience dans ce domaine.
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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.