Les systèmes de stockage d'énergie sur les grues offrent des solutions durables pour les terminaux intermodaux

L'industrie intermodale est constamment à la recherche de nouvelles solutions pour rendre ses opérations plus durables. Pour les exploitants de terminaux, il est essentiel d'atteindre leurs objectifs en matière de développement durable tout en améliorant leurs performances et leur rentabilité. Grâce à de nouvelles approches, il est possible d'obtenir une alimentation électrique complète pour les équipements de manutention des conteneurs, y compris dans des cas exceptionnels où cela n'était pas possible auparavant.

L'INSTALLATION INTERMODALE DE NORFOLK SOUTHERN À AUSTELL

Norfolk Southern Corporation est l'un des plus grands transporteurs ferroviaires des États-Unis, avec de nombreux terminaux sur la côte Est. L'un de ces terminaux intermodaux est situé à Austell, juste à côté d'Atlanta, en Géorgie. Ce terminal fait l'objet d'une transition majeure : il passe d'une exploitation sur roues uniquement à une combinaison d'une exploitation sur roues et d'une exploitation avec empilage au sol. Ainsi, une partie du terminal sera exploitée par six portiques sur pneus Kuenz Freerider, qui sont non seulement capables de charger et de décharger des camions et des trains, mais aussi de manipuler une pile de conteneurs. Grâce à cette transition, l'espace du terminal sera utilisé plus efficacement, ce qui permettra de plus que doubler sa capacité intermodale internationale.

Les Freeriders de Kuenz sont dotés d'un portique bien connu avec une structure exceptionnellement rigide et aérodynamique. De plus, un système de levage innovant et rigide avec un système de micro-mouvement directement sur le chariot et un palonnier rotatif améliore la productivité des grues. Des systèmes d'assistance supplémentaires, tels qu'un système anti-collision et des caméras, complètent les caractéristiques de la grue. Cependant, l'un des aspects les plus importants dans le choix de la meilleure solution RTG pour un terminal est absent de cette liste - l'alimentation électrique.

SYSTÉMATIQUEMENT À LA SOLUTION LA PLUS APPROPRIÉE

Dans le fonctionnement actuel, les RTG sont principalement alimentés par des groupes électrogènes diesel. Le principal problème d'un RTG alimenté par un groupe électrogène diesel conventionnel est que la taille du moteur diesel est déterminée par la demande de puissance de pointe, qui ne se produit que dans des situations très spécifiques. Cela signifie que la puissance de sortie électrique du groupe électrogène doit être supérieure à 400 kilowatts. Cependant, pendant la majeure partie du temps d'exploitation, le groupe électrogène est immensément surdimensionné, ce qui entraîne une consommation de carburant et des émissions très élevées. En outre, le groupe électrogène de grande capacité pose des problèmes supplémentaires en raison des niveaux de bruit élevés et des efforts de maintenance qu'il nécessite.

La considération suivante, évidente, concerne la combinaison d'un groupe électrogène diesel plus petit et d'une batterie lithium-ion comme système de stockage d'énergie - également connue sous le nom de solution hybride diesel-électrique. Les avantages sont multiples. Dans ce cas, le groupe électrogène diesel n'est utilisé que pour charger la batterie. La puissance requise est donc beaucoup plus faible (120 kilowatts de puissance électrique) et la demande de puissance est constante.

En outre, le moteur diesel ne fonctionne qu'entre 50 et 70 % du temps d'exploitation. La batterie n'est pas seulement chargée par le groupe électrogène, mais aussi par la récupération et la réutilisation de l'énergie provenant du freinage et de la réduction des charges. Cette caractéristique accroît encore les économies de carburant, qui atteignent au total jusqu'à 60 %. La réduction de la consommation de carburant se traduit par une diminution des émissions. Par rapport au groupe électrogène de grande capacité mentionné ci-dessus, cette solution hybride aurait permis une réduction annuelle des émissions de carbone de plus de 1 000 tonnes pour six grues. Si l'on tient compte de tous les aspects, y compris l'effort de maintenance, la période d'amortissement pour l'ajout de la solution hybride diesel-électrique se situe généralement entre deux et trois ans. Cependant, l'hybride diesel-électrique n'est souvent qu'une considération intermédiaire. Pour Austell également, l'objectif réel était de parvenir à un fonctionnement sans émissions avec des RTG entièrement électriques alimentés par des enrouleurs de câbles. Outre l'énorme réduction des coûts d'exploitation, il y a aussi l'avantage d'une connexion physique au réseau terminal par l'intermédiaire de la fibre optique dans le câble.

La fibre optique est la solution la meilleure et la plus fiable pour la communication entre les grues et le réseau terminal, en particulier pour établir la possibilité d'une mise à niveau vers une opération à distance à un stade ultérieur. En règle générale, il est préférable d'utiliser un enrouleur de câble avec une alimentation moyenne tension d'un niveau de tension de 15 kilovolts, par exemple. L'alimentation des grues en moyenne tension présente l'avantage de pouvoir distribuer des niveaux de puissance élevés aux grues tout en conservant une section de câble relativement petite et donc légère et rentable. Néanmoins, pour de nombreuses installations intermodales, il peut être très difficile de mettre en place un réseau électrique à moyenne tension, ce qui entraînerait souvent des coûts d'infrastructure excessifs. C'était également le cas pour l'installation d'Austell. Les grues devaient donc être alimentées par une alimentation basse tension de 480 volts, avec une puissance maximale de 100 kilowatts. D'autre part, la demande de pointe de chaque grue est plus de quatre fois supérieure.

C'est pourquoi Kuenz a eu l'idée d'installer un système de stockage d'énergie sur chaque grue.

LES AVANTAGES GÉNÉRALISÉS DE LA SOLUTION HYBRIDE TOUT ÉLECTRIQUE

Une batterie lithium-ion est utilisée comme système de stockage d'énergie. Elle est chargée d'une part par le courant de quai et d'autre part par la récupération et la réutilisation de l'énergie provenant du freinage et de l'abaissement des charges. Ainsi, toute l'énergie récupérée est directement réutilisée sur la grue et la demande de l'alimentation à quai est maintenue à un niveau constant de 100 kilowatts. Le système de stockage d'énergie permet de répondre aux demandes de pointe des entraînements. Par rapport aux RTG conventionnels, les émissions de carbone des moteurs diesel sont entièrement éliminées, ce qui se traduit par une réduction énorme de plus de 2 100 tonnes de CO2 pour six grues par an. En outre, les coûts d'exploitation sont considérablement réduits. D'une part, parce qu'il n'y a pas de coûts pour le carburant diesel, et d'autre part parce qu'il y a beaucoup moins d'efforts de maintenance et de temps d'arrêt. En outre, le niveau de bruit est considérablement réduit et le système de batterie fournit de l'énergie lorsque les grues sont déconnectées du courant de quai.
Par exemple, lorsque les grues changent de voie ou se rendent sur un site de maintenance. Autrement, un autre petit groupe électrogène ou une petite batterie serait nécessaire pour fournir l'énergie nécessaire à ces manœuvres.

AUTRES APPLICATIONS ET OPTIONS

Pour les RTG entièrement électriques, il existe deux solutions principales pour l'alimentation électrique à quai : les systèmes à enrouleur de câble et les systèmes à rail conducteur (également appelés systèmes à barre omnibus). Pour ce dernier, un système hybride entièrement électrique peut également être réalisé. Dans ce cas, la demande d'énergie plus faible et constante permet de réduire les coûts du système de rail conducteur lui-même.

S'il est prévu que les changements de bloc ou de voie doivent être exécutés très souvent, il existe des solutions automatisées appropriées pour les deux systèmes d'alimentation électrique. Le RTG se déconnecte et se connecte alors automatiquement à l'alimentation électrique terrestre avant et après le changement de bloc.

TROIS RAISONS ESSENTIELLES DE METTRE EN PLACE DES SYSTÈMES DE STOCKAGE D'ÉNERGIE SUR LES GRUES À CONTENEURS

Toutes ces raisons s'appliquent non seulement aux RTG, mais aussi aux portiques sur rails (RMG), ce qui constitue une nouvelle approche dans l'industrie.

- Abaisser le niveau de tension :
L'application au terminal d'Austell montre que les systèmes de stockage d'énergie permettent d'alimenter les grues en basse tension avec un niveau de puissance de seulement 100 kilowatts. Outre l'avantage d'éviter des coûts d'infrastructure excessifs pour une alimentation à moyenne tension, l'alimentation à basse tension peut offrir des avantages supplémentaires dans d'autres cas d'utilisation.

Si la redondance est indispensable, le réseau basse tension peut être secouru par un ou plusieurs groupes électrogènes stationnaires.
En outre, les travaux d'entretien des équipements moyenne tension nécessitent un personnel spécialement formé, ce qui n'est pas le cas pour la basse tension.

- L'écrêtement des pointes :
L'objectif de l'écrêtement des pointes est de minimiser, voire d'éviter les pointes de puissance.
La réduction des pics de puissance concernant les RTG à Austell est déjà décrite ci-dessus. Mais un système de stockage de l'énergie permet également de réduire considérablement les demandes de pointe pour les grands GRT et donc de réduire les frais de demande de pointe ainsi que les coûts d'exploitation qui en découlent.

Par exemple, les pointes de puissance à court terme des grands RMG, qui sont supérieures à 900 kilowatts, peuvent être réduites de 50 %. Les redevances liées à la demande sont généralement calculées sur la base du niveau de puissance moyen dans un intervalle de 15 minutes. Ces niveaux de puissance moyens peuvent être réduits de 30 à 40 %.

- Garder l'énergie sur la grue :
Pour les terminaux dotés d'un réseau électrique stable et de plusieurs grues, l'énergie issue de la récupération est généralement utilisée directement par d'autres grues ou d'autres systèmes du terminal, tels que l'éclairage ou les racks de réfrigération. La demande globale d'énergie reste alors proche d'un niveau constant.

Cependant, pour les terminaux disposant de peu de grues et où la récupération sur le réseau n'est pas faisable ou pas rentable, un système de stockage d'énergie sur la grue est également avantageux. Ainsi, l'énergie régénérée par les entraînements est stockée dans la batterie et les dépenses énergétiques globales sont réduites.

En règle générale, jusqu'à 30 % de l'énergie peut être stockée et réutilisée. C'est un aspect important, surtout à une époque où les coûts de l'énergie augmentent.

À PROPOS DE L'AUTEUR :
Philipp Gmeiner est responsable de la gestion des produits pour les grues à conteneurs chez Kuenz. Auparavant, il a travaillé pendant plusieurs années en tant qu'ingénieur mécanique principal chez Kuenz et a une expérience en ingénierie des ventes et en gestion de projet pour les véhicules commerciaux. Il a étudié à l'Université de technologie de Vienne et à l'Institut royal de technologie KTH de Stockholm et est titulaire d'une maîtrise en ingénierie mécanique et en gestion.

"Avec l'aide de Kuenz, nous installons six nouvelles grues entièrement électriques à notre terminal intermodal d'Austell " , a déclaré Brad Carper, directeur des opérations de terminal de Norfolk Southern. "Ces grues électriques permettent non seulement d'augmenter la capacité, mais elles sont également plus fiables et réduisent nos émissions de carbone. Grâce à cette fiabilité accrue, nos clients bénéficieront d'une meilleure expérience. En fin de compte, cette technologie permettra à Norfolk Southern de libérer la puissance de sa franchise intermodale et de se développer dans l'avenir.

Rédigé pour : Article technique dans Port Technology International - numéro 130