Analyse des systèmes de véhicules électriques à pile à combustible fonctionnant à l’hydrogène : Optimisation d’itinéraire, consommation de carburant, rendement du groupe motopropulseur, et analyse de la faisabilité économique et analyse prédictive techno-économique

Lors de ce projet, une analyse du système des véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) (autobus de transport en commun) sera menée. Afin de pouvoir assurer la neutralité des procédures de recherches et de comptabilité, des requérants indépendants des tierces parties travaillant sur des modules spécifiques sont engagés dans ce projet.

La « Ontario Society of Professional Engineers (OSPE) » sera le principal requérant pour les modules 1, 2, 6, et7; les parties intéressées du secteur universitaire et de la recherche (Université York, Centennial College et Canadian Nuclear Laboratories) seront les principaux requérants du module (module 3) ; le consortium CRITUC sera le principal requérant du module 4 ; et la Newmarket-Tay Power Distribution (NMTPD) sera le principal requérant du module 5.

Dans le cadre du module 1, l’OSPE confie ses propres capacités internes de modélation au consortium pour étudier l’optimisation d’itinéraire, le rendement du groupe motopropulseur et pour mener une analyse de la faisabilité économique ainsi qu’une analyse prédictive techno-économique. L’OSPE surveillera le travail du consortium dans le cadre du module 2, dans lequel le consortium fera la gestion de programme et une analyse empirique sur place des données des véhicules sur la route et de leurs systèmes de reprise de carburant. Dans le cadre du module 3, les requérants du secteur universitaire conduiront une analyse détaillée à l’égard de la conception et de l’intégration des systèmes à hydrogène avec les opérations des autobus du transport en commun et évalueront les codes et les normes existants pour des applications moyennes et robustes, estimeront  l’optimisation des techniques de réduction des coûts de H2 pour des sociétés de transport en commun et étudieront également l’importance croissante de l’hydrogène comme ressource de stockage intégrée d’énergie et de reprise de carburant. Dans le cadre du module 4, le CRITUC étudiera le potentiel de la propulsion alternative, spécifiquement l’hydrogène, dans le secteur du rail pour informer Transport Canada des occasions potentielles d’innovation et d’élimination d’émissions qui existent. Dans le cadre du module 5, le NMTPD tente de comprendre les mérites et les démérites potentiels de l’utilisation de l’électricité comme outil direct de propulsion et de son utilisation pour alimenter les chargeurs (overhead) des autobus munis d’une batterie électrique et comme outil indirect pour produire de l’hydrogène avec de l’eau, non seulement pour propulser des autobus, mais qui peut également servir de mode de stockage de l’énergie. Dansle cadre du module 6, l’OSPE confie au consortium la responsabilité d’entreprendre une étude à l’échelle nationale qui porte sur la représentation des femmes dans STEM et pour analyser le rôle et le niveau de la participation que les femmes ont comme chefs dans le secteur de l’innovation technologique et du transport. Dans le module 7, l’OSPE entrevoie que le consortium se servira de ses connaissances approfondies, de son expertise et de ses excellentes habilités de diffusion de la connaissance pour la conception et la mise en œuvre de multiples modules et cours de formation professionnel qui favoriseront l’avancement des connaissances professionnelles et des aptitudes dans les domaines de la technologie, de l’innovation, du transport et de la gestion, entre d’autres.

Les principaux résultats prévus à l’égard de ce projet (170056b) sont les suivants :

  • Mandat de projet et analyse de rentabilisation 170056b
  • Un algorithme de modélisation pour autobus électrique à pile à combustible complètement développé (FCEB)
  • Une analyse exhaustive complète de la documentation des innovations et des principales découvertes de la FCEB et principaux globaux des réunions consortium-menées de développement de projet
  • Une demande de financement du gouvernement fédéral ou provincial pour financer une démonstration à grande échelle ainsi que et le déploiement des FCEB (autobus à pile à combustible)
  • La formation de personnel très qualifié dans de multiple champs d’expertise (HQP)
  • Rapport d’analyse des données recueillies lors des déploiements de véhicules routiers
  • Rapport d’analyse comparative des conclusions à l’égard des résultats de modélisation validés d’après les données recueillies
  • Un rapport détaillé, d’après des résultats d’analyses, de la représentation des femmes  au sein de STEM (Science Technology Engineering and Math) et dans le secteur de la technologie, de l’innovation et du transport
  • De multiple modules de perfectionnement professionnel intégrés avec l’unité de formation continue (UFC)

Le module 1 concerne le premier pilier (Pillar One) des « piliers de l’innovation » du CRITUC : « Faibles émissions et zéro émission. » La réalisation d’une démonstration et d’une intégration efficace des FCEB de pointe, des sociétés de transport en commun et des flottes en général, nécessite un accès à la modélisation prédictive robuste. Le module 1 incorpore les paramètres essentiels et auxiliaires de moteur motopropulseur du véhicule et les caractéristiques techniques pour produire des résultats de modélisation très précises qui calculent  les besoins énergétiques pour chaque FCEB, par itinéraire,  par  passager, et par kilomètre de service ; l’outil de modélisation TRIPSIM© calcule également l’état spécifique de la charge du (SOC) du FCEB, la dégradation de la batterie, et de la charge auxiliaire à mesure qu’elle assure son service quotidien. Le TRiPSIM © offre également aux partenaires des sociétés de transport la capacité d’estimer le coût de l’électricité avec précision, le temps de marche/temps d’arrêt du FCEB et l’économie de CO2E de chaque itinéraire parcouru. L’outil de modélisation est validé régulièrement par chaque partenaire de fabrication du projet pour assurer que l’équipe de recherche du consortium procède à l’intégration des données les plus à jour et que l’équipe de recherche n’émet aucune hypothèse erronée à l’égard de la conception de l’unité ou du rendement. Ces choix de conception seront à nouveau validés par les données en temps réel.

Le module 2 fait état des piliers un et deux se rapportant aux « piliers de l’innovation » du CRITUC : « Faibles émissions et zéro émission » et « les mégadonnées de la mobilité ».  Ce module est axé sur la collecte de données des enregistreurs automatiques installés dans les FCEB (autobus électriques à piles à combustible). Les enregistreurs fourniront des points de données diffusés en temps réel sous forme de données brutes qui peuvent être évaluées afin de déterminer le rendement d’opération des FCEB qui caractérise une partie de l’essai de démonstration et d’intégration du véhicule électrique à piles à hydrogène : Phase I. En outre, le module établit un cadre national de gestion de programme pour l’essai sur route ; un cadre qui pourra être répété ailleurs au fil du temps afin d’assurer le partage efficace et significatif des sources de données les plus pertinentes et les plus importantes dans l’ensemble des déploiements de véhicules électriques (e-véhicule) et tant au sein qu’entre les flottes publiques (et potentiellement les flottes privées de véhicules commerciaux lourds à l’avenir). Les principales tâches associées à la partie « Gestion de programme » de ce module sont de : i) compléter une charte de comité directeur du projet et une structure de gouvernance ; ii) définir les rôles et les responsabilités de chaque partenaire ; iii) instaurer un cadre de TI (traitement de l’information) et de partage de données dans le but de partager les résultats exclusifs des analyses de l’essai de manière sécuritaire ; iv) instaurer un registre du risque ; v) recueillir et analyser les données des caractéristiques de fonctionnement des FCEB (autobus électriques à pile à combustible) en temps réel. Ce module sera axé sur le développement d’une nouvelle plateforme de partage d’analyse de données dans le nuage afin que les FEO (fabricant d’équipement d’origine) et les systèmes de transport en commun puissent partager l’analyse de données et le rapport d’erreurs en temps réel, provenant des véhicules et des unités de recharge qui circulent sur la route. L’utilisation efficace de cette collecte de données et outil de partage soutiendra la transition du Canada vers l’électrification de l’ensemble des véhicules robustes, des camions et des autocars à l’avenir. Les données recueillies serviront à valider les sorties de modélisation du module 1 et à effectuer une analyse comparative sur les valeurs prédictives vs les valeurs réelles.

Le module 3 est axé sur les multiples piliers d’innovation du CRITUC, incluant le pilier un : « Faibles émissions et zéro émission », et le pilier deux : « Mégadonnées à l’égard de la mobilité ». Le module 3 est composé de plusieurs équipes et projets indépendants provenant du secteur de la recherche universitaire ; chacun d’entre eux soutien un aspect de l’optimisation ou de l’intégration du FCEB (autobus électrique à pile à combustible) que les partenaires des FEO (fabricants d’équipement d’origine) et les sociétés de transport en commun identifient comme étant essentiel au projet. Les équipes de recherche liées à ces établissements évalueront différents aspects du déploiement et de l’infrastructure du FCEB identifiés par les partenaires (du consortium) comme étant essentiels à l’innovation à long terme. Ceux-ci comprennent :

  • L’analyse des besoins et des écarts : Les normes canadiennes pour les véhicules à pile à combustible robustes, l’alimentation et le stockage et un examen des outils pour traverser, de manière efficace, les formalités et les politiques administratives dans le but de rendre l’intégration de la technologie de l’hydrogène réalisable au Canada.
  • L’optimisation des techniques de réduction des coûts de H2 qui rendraient la technologie de l’hydrogène plus attrayante aux sociétés de transport en commun de l’Ontario qui souhaiteraient emprunter cette voie.
  • La production distribuée d’hydrogène : la stratégie d’intégration qui pourrait formuller un argument économique en faveur de la mise en œuvre des programmes de fragmentation de l’hydrogène en Ontario pour soutenir la création d’une occasion plus robuste favorisant l’innovation.

Les modules 4 et 5 concernent le pilier « faibles émissions et zéro émission », l’objet des ces modules étant d’introduire l’innovation technologique fondée sur la propulsion à faible émission de carbone aux secteurs du rail et des flottes de transport en commun. De plus, calculer la valeur possible de fournir de l’électricité comme combustible afin de produire de l’hydrogène pour alimenter les autobus à pile à hydrogène par le biais d’un électrolyseur, s’il était établi dans la région qui est desservie par Newmarket-Tay Power Distribution ; c’est l’un des principaux aspects à l’étude dans ce module.

Les modules 6 et 7 sont apparentés au travail qui s’effectue dans le cadre du pilier « faibles émissions et zéro émission » dans son effort quantitatif et qualitatif à l’égard de l’importance du rôle des femmes dirigeantes et de l’amélioration du potentiel de transmission du savoir par le biais de la mise en œuvre du module de cours fondé sur le PDU (unité d’élaboration de procédés).

Partenaires du projet :

Secteur de l'industrie :

Ontario Society of Professional Engineers (OSPE) Ballard Power Systems Inc. Hydrogenics Enbridge Gas Distribution Inc. Carlsun 7GFUEL BC Hydro New Flyer Industries York Region Rapid Transit Corporation (YRRTC) Belleville Transit Durham Region Transit Grand River Transit Kingston Transit London Transit Woodstock Transit St. Catherine’s Transit Commission Milton Transit MiWay York Region Transit Burlington Transit Newmarket-Tay Power Distribution Capital Area Transit Committee

Milieu universitaire :

Canadian Nuclear Laboratories (CNL) St. Clair College York University Centennial College Red River College