OHL ŽS, S.p.A.
Z20 – divisione Tecnologia
Světlá 5
614 00 BRNO
Repubblica Ceca
tel: +420 541 574 401
fax: +420 545 577 544
Stazione di rinforzo energetico EPOS1
Descrizione del progetto
BRNO 06/2011
Elaborato da:
Ing. Petr Till
1
DATI IDENTIFICATI DEL PRODUTTORE
1.1 Ragione sociale
Progettista, produttore :
Sede:
C.F. :
Partita I.V.A.:
Tel./fax :
e-mail :
OHL ŽS, S.p.A. – Z20, divisione Tecnologia
Burešova 938/17, Brno-centro, cap: 660 02
Iscritto al Registro delle imprese tenuto
presso il Tribunale Regionale di Brno, sezione B, inserto 695
46342796
CZ 4634 2796
541 574 001 / 545 577 544
[email protected]
Contitolare del progetto:
Plzeňské městské dopravní podniky, a.s.
(Aziende civiche di trasporto di Pilsen , S.p.A.)
Sede:
Amministratore:
C.F.:
Partita I.V.A.:
Tel./fax :
Plzeň, Denisovo nábřeží č.p. 920/12, PSČ 303 23
Iscrizione al Registro delle imprese tenuto presso il Tribunale
Regionale di Brno, sezione B, inserto 710
Petr Štrunc, Presidente del C.d.A.
25220683
CZ 25220683
378 031 120 / 377 320 493
1.2 Contatti
Ing. Petr Till, MBA – responsabile tecnico
OHL ŽS, S.p.A. Stabilimento n. 20 – divisione Tecnologie
via Světlá 5, 614 00 Brno
tel.:
+420 541 574 401
mob.:
+420 724 256 602
fax:
+420 545 577 544
e-mail:
[email protected]
Supporto linguistico e coordinamento sul mercato italiano:
Pegasus - Czech Consortium of Railway Suppliers
Karlova 42 - CZ - 11000 Prague 1- Czech Republic
tel. +420 226 066 619 fax +420 226 066 666
[email protected]
2
1.3 Definizione e descrizione del progetto
Per stazione di rinforzo energetico "EPOS1" s'intende un impianto in grado di permettere un
maggiore carico energetico su un tratto di linea aerea d'alimentazione filoviaria o tranviaria
con insufficiente alimentazione, parzialmente grazie al trasferimento di energia da linee
aeree d'alimentazione incrocianti o limitrofe, e parzialmente sfruttando l'energia recuperata
durante la frenatura dei mezzi di trasporto, la quale è temporaneamente immagazzinata
nelle batterie supercapacitatorie.
Ai sensi delle leggi ed emendamenti in vigore in Repubblica Ceca si tratta di un "impianto
tecnico delimitato".
L'impianto è installato in un quadro in zinco alluminio destinato a semplice posa, delle
dimensioni di 1850x1000x2152 mm (lung. x alt. x larg.), situato su un pannello di fondazione
senza collegamento fisso al terreno. La stazione è progettata per essere collocata in aree
all'aperto quanto più vicino possibile alla linea, è concepita per funzionare senza
asservimento di personale dedicato, è collegata ad una postazione di controllo e comando.
La stazione non richiede alcun collegamento ad altre reti al di fuori che alla rete aerea
d'alimentazione. L'impianto è conforme a tutte le richieste normative e legislative relative alla
sicurezza d'esercizio della trazione elettrica.
Fig. 1: vista esterna della stazione EPOS1
3
2
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DEL PROGETTO
2.1 Caratteristica del progetto
2.1.1. Introduzione generica
Grazie ad un costante incremento della popolazione mondiale, ad un aumento delle
esigenze poste sulla mobilità e ad un approccio sempre più responsabile nei confronti della
protezione dell'ambiente, si manifestano simultaneamente maggiori oneri per l'esercizio dei
mezzi di trasporto pubblico locale. Uno dei criteri importanti diventa anche l'efficacia
d'esercizio di questo tipo di trasporto pubblico, durante la valutazione d'efficacia d'esercizio
una parte non trascurabile dei costi sono senza dubbio anche gli oneri per l'energia elettrica.
La soluzione tecnica sotto riportata, ha come scopo la diminuzione di questi costi ed allo
stesso tempo il miglioramento dei parametri della linea aerea d'alimentazione.
Per raggiungere detti scopi è possibile focalizzare in sostanza sulla soluzione di due
problemi principali, ovverosia:
a) diminuzione delle perdite nel conduttore dei cavi d'alimentazione,
b) un più efficace sfruttamento dell'energia recuperata, generata dei mezzi di trasporto
moderni in frenatura.
Ad A) In genere è possibile raggiungere una diminuzione delle perdite nel conduttore
d'alimentazione, aumentando la sezione o cambiando i materiali dei cavi d'alimentazione.
Questa soluzione in pratica è rappresentata dall'installazione integrativa di un cavo parallelo
(spesso avente una sezione di 500mm2), oppure sostituendo i materiali passando
dall'alluminio al rame. Entrambe queste soluzioni sono però finanziariamente onerose, ed in
alcuni casi in pratica difficilmente realizzabili (problematiche per la posa del cavo in zone
urbane con alta densità d'abitazioni).
Un ulteriore possibile metodo per diminuire le perdite è di modificare la
configurazione della rete d'alimentazione da un tratto incrociante o eventualmente limitrofo.
Questo principio acquisisce maggiore rilievo anche perché il valore di perdite sui cavi cresce
con la radice quadrata di corrente. La possibilità di coprire i picchi di corrente da un tratto
energeticamente meno impegnato può quindi far risparmiare rilevanti mezzi finanziari, il
presente progetto è dedicato alla definizione di questa soluzione.
Ad B) In base a delle misurazioni sui tram e sui filobus è stato rilevato che fino al 40%
di corrente addotta viene dissipata nei reostati di frenatura, attualmente vengono immessi in
esercizio veicoli con sistemi d'azionamento in grado di recuperare energia in marcia
generatrice (frenatura) verso la linea aerea d'alimentazione, ma lo sfruttamento di questa
energia è reso possibile solo fino al momento in cui il veicolo in accelerazione si trova in una
zona elettricamente vicina, alimentata dalla stessa sottostazione. In caso opposto detta energia
è nuovamente dissipata nei reostati o eventualmente svanisce sotto forma di perdita nei cavi.
Una delle possibilità di come risolvere questo problema è installare un impianto, questo o sul
veicolo o a terra collegato alla trazione, in grado di poter accumulare energia e ritornarla al
sistema quando necessario. Per tale scopo è possibile di regola utilizzare tre principi
d'impianto:
1)
basati su giroscopi – questo sistema è comunque caratterizzato da un forte livello di
proprio consumo e da requisiti di manutenzione molto impegnativi,
4
2)
3)
immagazzinanti energia negli accumulatori – il carattere dinamico dell'energia
recuperata non è comunque adatto a questo sistema,
con accumulazione di energia nei supercapacitatori (EAS) – questa soluzione è di
seguito riportata nella presente specifica di progetto.
2.1.2. Specificazione dello scopo di progetto
Principio di funzionamento della „Stazione di rinforzo energetico EPOS1“:
La stazione di rinforzo energetico EPOS1 è composta in sostanza da quattro parti
principali:
A) Parte per riversare l'energia tra i tratti – questa parte è composta da 4 blocchi di
convertitori di potenza, ognuno avente corrente nominale di 100 A a 750 V DC. In tutto
questi convertitori possono trasferire tra due tratti fino a 300 A in una direzione e 100 A in
direzione opposta, mantenendo intatto un livello d'isolamento pari a 3,6 kV contro terra e
tra i tratti alimentati.
B) Parte per l'accumulo di energia – questa parte è composta da un chopper di caricamento e
scaricamento delle batterie con le celle supercapacitatorie. Questo blocco ha sopratutto il
compito di migliorare l'efficacia di sfruttamento dell'energia recuperata. Dopo essere stata
pienamente ricaricata, questa parte può rifornire un tratto avente un peggiore livello
d'alimentazione con una corrente di 50 A per un periodo minimo di 30 sec.
C) Sistemi per cautelare il proprio consumo della stazione – questa parte assicura tutte le
tensioni ausiliarie, necessarie per l'esercizio della stazione EPOS1 direttamente dalla linea
aerea d'alimentazione.
D) Sistema di comando con la possibilità d'impostazione parametri a distanza e supervisione
– questo sistema comanda l'esercizio della stazione EPOS1, in base ai parametri impostati.
L'utente è collegato mediante una comunicazione senza fili GPRS.
5
Fig. 2 : Collegamento a blocchi della stazione EPOS1 –
1. Filtro d'ingresso, 2. Invertitore, 3. VF trasformatore, 4. Rettificatore, 5. Chopper
caricamento/scaricamento, 6. Batteria a supercapacitatori, 7. Convertitore DC, 8. Convertitore
24 V DC/230 V AC, 9. Sistema di comando
Ad A) Principio della funzione „riversamento d'energia tra i tratti“:
L'utilizzo di questo principio è dei migliori, in caso di vicinanza fisica di due tratti, di
cui uno è alimentato o eventualmente sforzato sostanzialmente di più rispetto all'altro.
Riversando energia tra i tratti (nella maggior parte dei casi quindi con un rifornimento
energetico al tratto con peggiore alimentazione) quindi raggiungiamo dei risparmi non
indifferenti tra i tratti sulle perdite dei cavi d'alimentazione, permettiamo un migliore transito
sulla linea ovverosia la possibilità di esercitare mezzi di trasporto energeticamente più
impegnativi. Non per ultimo si offre al tratto limitrofo la possibilità di adottare l'energia
recuperata che comunemente andrebbe dissipata nei reostati.
6
Fig. 3: schema d'adatta configurazione d'alimentazione per il riversamento d'energia
tra i tratti
Ad B) Principio della funzione "accumulo d'energia" :
L'energia elettrica è fatta arrivare al veicolo dalla linea aerea d'alimentazione 750V DC.
La resistenza RV rappresenta una resistenza della conduzione in ingresso. La potenza di
trazione è uguale alla potenza elettrica addotta e diminuita delle perdite nell'azionamento del
veicolo. Durante la frenatura l'energia cinetica si trasforma in elettrica e viene rimessa nella
conduzione ed in seguito nel sistema d'accumulazione, Nel supercapacitatore è depositata
quest'energia diminuita delle perdite. L'energia accumulata è poi a disposizione durante un
carico della rete d'alimentazione con veicolo in avvio alla marcia.
7
akumulační cyklus
nabíjení
vybíjení
v
v
F
F
EA
P
P
t
EB
PBmax
akcelerace
jízda
brždění
stání
jízdní cyklus
Umax
Umin
0
UA
IA
Fig. 4: decorso dei cicli d'esercizio e d'accumulo
Durante la progettazione dell'impianto è necessario considerare una certa riserva di
potenza, siccome per nessun sistema energetico d'accumulo d'energia non è possibile sfruttare
il 100% dell'energia immagazzinata (gli impianti giroscopici possono essere sfruttati al 50%,
gli impianti supercapacitatori al 70%).
Dal grafico sopra raffigurato è possibile rintracciare che mediante una semplice
modifica dell'impostazione è possibile cambiare la caratteristica di funzionamento
dell'impianto. Ad esempio durante il suo sfruttamento primariamente con lo scopo di
aumentare la potenza della rete in un dato punto d'alimentazione è adatto impostare l'inizio del
ciclo d'alimentazione ad una tensione più bassa e mantenere in questo modo l'impianto in uno
stato di predisposizione ad emettere energia. Durante un cambiamento della configurazione
d'alimentazione (per esempio dopo un prolungamento della linea, edificazione d'ulteriore
SSE, durante un cambiamento della densità d'esercizio, ecc.) è sufficiente modificare
l'impostazione ed esercitare l'impianto in regime "classico" con la preferenza per un massimo
sfruttamento dell'energia recuperata.
Ad C) Sistemi per cautelare il consumo proprio della stazione EPOS1 :
La stazione elettrica EPOS1 è stata progettata per essere energeticamente
indipendente, automatica e non asservita in loco. Oltre al collegamento alla linea aerea
d'alimentazione quindi questa stazione non necessita d'alcun collegamento ad altre reti.
8
La tecnologia della rete è concepita per essere in "auto accensione", non contiene
alcuna batteria, il funzionamento dopo una perdita di tensione si rinnova automaticamente
dopo qualche secondo dal rinnovo dell'alimentazione.
Con lo scopo di assicurare la tensione ausiliaria nella stazione EPOS1 sono installate
due fonti di 660 V DC / 24 V DC, 100A (ogni fonte per una sezione di linea), per necessità di
manutenzione poi è installata una fonte 24 V DC / 230 V AC.
Ad D) Sistema di comando della stazione EPOS1 :
Così come sopra indicato, la stazione EPOS1 è progettata per non essere direttamente
asservita. Tutti i comandi del suo esercizio così come la supervisione sono verificati da un
sistema locale di comando.
Per il comando della stazione EPOS1 è stato scelto il sistema AMIT ADiS. ADiS è un
sistema PLC modulare flessibile con un potente microprocessore ed ampie capacità di
comunicazione. La misurazione è realizzata mediante dei loop di corrente collegati a delle
schede analogiche separate del sistema ADiS. Per acquisire le informazioni sugli stati e sul
blocco sono adottate delle schede V/V, collegate con la tecnologia attraverso un relais
divisore. Il sistema di comando adempie le seguenti funzioni:
Comando dell'esercizio della stazione EPOS1 secondo i parametri impostati – comando
della ricarica / scaricamento dei supercapacitatori in dipendenza alle esigenze della rete
collegata (sfruttamento dell'energia recuperata per la ricarica, copertura dei picchi a
breve tempo nella rete …), „riversamento“ d'energia ecc.,
Blocco della stazione in caso di stati d'avaria,
Monitoring di dettaglio della stazione EPOS1,
Valutazione dei risparmi energetici acquisiti dall'esercizio della stazione EPOS1,
Comunicazione verso la postazione di monitoring mediante trasmissione GPRS přenosů.
I motivi più ricorrenti per l'impiego della stazione
- insufficiente portata d'alimentazione sul tratto di linea aerea
- rilevanti perdite sulla condotta d'alimentazione
I più soventi motivi dello stato sopra indicato:
- edificazione integrativa della linea
- incremento della densità di traffico
- impiego in esercizio di mezzi con maggiore consumo energetico
- guasto di uno dei cavi d'alimentazione
- necessità di rinforzare l'alimentazione nel periodo di ricostruzione della SSE, esecuzione dei
lavori di manutenzione ecc. (versione mobile)
2.2 Mísura d'innovazione del progetto
2.2.1
Caratteristica tecnica dello stato attuale del progetto
In alcune città in Repubblica Ceca, esercitanti il TPL in trazione elettrica non è stato
finora adottato un sistema d'accumulo energetico e nemmeno un sistema di riversamento
dell'energia tra i tratti alimentati. I problemi coi tratti di linea insufficientemente alimentati
9
vengono di regola risolti mediante delle procedure standard, ovverosia limitando l'esercizio o
eventualmente il tipo di mezzi di trasporto, ecc. L'energia recuperata nascente durante la
frenatura dei veicoli elettrici viene comunemente restituita alla rete di trazione e nel caso in
cui in una zona elettricamente vicina, alimentata dalla stessa sottostazione, non si prospetta la
possibilità di un adeguato consumo d'energia, questa viene dissipata nei reostati dei veicoli.
Negli altri stati europei si è a conoscenza dell'utilizzo di sistemi in grado di sfruttare
puramente il sistema d'accumulo energetico. In merito allo sviluppo o impiego di un sistema
per riversare l'energia tra i tratti di linea non si è ancora a conoscenza.
2.2.2
Caratteristica del nuovo stato tecnico
Impiegando il nuovo impianto tecnologico rappresentato dalla stazione di rinforzo
energetico EPOS1 si offre una nuova possibilità, per risolvere le situazioni problematiche in
caso di un tratto che denoti un'insufficiente alimentazione. L'installazione di quest'impianto in
confronto alla posa di un ulteriore cavo d'alimentazione o persino all'edificazione di una
nuova SSE può fare risparmiare non solo dei notevoli mezzi finanziari, ma anche notevoli
finanze per l'esercizio (diminuzione delle perdite + un migliore sfruttamento dell'energia
recuperata). Un altro fatto degno di nota, durante l'installazione di questa tecnologia, è inoltre
la velocità e semplicità di collegamento ed installazione, il ché può essere molto interessante
nel caso in cui fosse necessario risolvere degli stati d'avaria nei centri di maggiori città.
2.2.3
Comparazione della soluzione proposta con gli standard comunemente
accessibili sul mercato
In confronto ad un sistema standard d'alimentazione della trazione elettrica nell'ambito
del TPL in Rep. Ceca si presenta una soluzione sotto forma di risparmio d'energia elettrica (ed
un calo delle emissioni CO2), una diminuzione dei tempi di trasporto, un incremento del ciclo
di vita delle utenze collegate. Tutti questi effetti poi agiscono positivamente sull'aumento
d'efficacia del trasporto pubblico locale ed un aumento dell'efficienza dell'esercizio di mezzi
di trasporto ed un aumento d'interesse nei confronti di questo tipo di trasporto in genere.
2.2.4
Protezione della proprietà intellettuale
Le parti cruciali di questa tecnologia di nuovo sviluppo sono protette da brevetto
presso l'Ente della proprietà industriale con sede a Praga.
10
3
INFLUSSO SULL'AMBIENTE
3.1 Valutazione dell'influsso sull'ambiente
Detta tecnologia non ricade grazie al proprio carattere tra i prodotti che sono oggetto
di valutazione ai sensi delle leggi n. 100/2001 Raccolta lgs., e 93/2004 Raccolta lgs., e ciò né
in categoria I e né in categoria II. Le emissioni di rumore si aggirano entro i limiti permessi
dalle pertinenti prescrizioni sulla salute pubblica.
La stazione EPOS1 è un impianto ecologico che altera l'ambiente e non genera alcuna
materia dannosa. Durante il proprio ciclo di vita la stazione EPOS1 ha un influsso
assolutamente ed esclusivamente positivo sull'ambiente, manifestato da un risparmio
energetico ed una migliore efficienza dei mezzi di trasporto. Un ulteriore influsso positivo lo
si può vedere nella diminuzione della quantità di loop dei picchi di sovracorrente nella linea
aerea d'alimentazione, in questo modo si ha un minore sforzo sull'isolamento elettrico delle
utenze e quindi un prolungamento del loro ciclo di vita.
Dopo la terminazione del proprio ciclo di vita è possibile procedere ad una piena
liquidazione ecologica dell'impianto, che sarà eseguita a titolo gratuito dai fornitori dei singoli
elementi di cui l'impianto è composto.
4
APPLICAZIONE IN ESERCIZIO DELL'IMPIANTO EPOS1 – PLZEN, VIA
DOMAZLICKA
4.1 Scopo, funzione, capacità e parametri tecnici principali della stazione EPOS1
4.1.1
Scopo d'applicazione della stazione EPOS1 :
Tratto di trazione filoviaria n. 52 – loc. Sokolovna è insufficientemente alimentato,
mediante un solo cavo AYKCY di sezione 500 mm2 della lunghezza di 1.445 m (la posa di un
cavo parallelo è molto impegnativa dal punto di vista realizzativo e dei costi). Il tratto in se
poi ha una lunghezza di 1.220 m ed è composto da conduttori filoviari in rame aventi una
sezione 100 mm2. Il tratto di trazione limitrofa n. 53 non dispone dopo un guasto del cavo
d'alimentazione di alcuna propria alimentazione e viene al momento alimentato attraverso un
sezionatore di linea dal tratto vicino n. 54 (il cavo d'alimentazione n. 53 si trova ormai in uno
stato tecnico molto precario e la sua sostituzione in un distretto civico densamente abitato
sarebbe impegnativa in termini realizzativi) – vedi in dettaglio la figura 3.
Dette realtà in sostanza limitano sostanzialmente l'esercizio filoviario in corso,
particolarmente nel periodo di picco. Per questo motivo non è possibile incrementare in
questa zona la frequenza dei trasporti, particolarmente nei periodi di picco. Per questo motivo
in questo settore non è possibile impiegare mezzi con una maggiore capacità di trasporto. In
seguito poi si manifestano in questo punto soventi black out dell'alimentazione a causa di
sovraccarico, le perdite energetiche sulla linea aerea d'alimentazione risultano essere durante
l'alimentazione di queste sezioni estremamente gravose.
Allo scopo d'eliminare questo fattore limitante nelle immediate vicinanze del tratto
critico è collocata una stazione energetica di rinforzo EPOS1, la quale permette di fornire
energia acquisita:
11
a. dal tratto di linea tranviaria limitrofo, il quale si trova nell'immediata vicinanza ed
è alimentato da quattro cavi paralleli AYKCY 500 mm2 della lunghezza di circa 1.770
m,
b. dall'energia di frenatura depositata nella batteria supercapacitatore.
Il riversamento d'energia ed i vari regimi d'esercizio saranno comandati da un PC
industriale, avente la possibilità di modificare in remoto i parametri da una postazione di
controllo e comando energetico. Il riversamento d'energia è realizzato attraverso dei potenti
convertitori elettronici.
La stazione per il proprio esercizio non richiede nessuna fonte d'energia esterna, il
proprio consumo della stazione è alimentato dalla linea aerea d'alimentazione, l'intero
consumo comunque è sostanzialmente minore rispetto ai risparmi energetici generati
dall'esercizio della stazione stessa.
Presupposti di base per l'edificazione della stazione EPOS1 :
-
-
-
-
tecnologia che non necessita di un collegamento a nessuna altra rete oltre che alla
trazione,
tecnologia che permette di aumentare minimo di 400A il consumo della sezione di linea
52 rispetto allo stato precedente – zona Sokolovna tra la sottostazione di corrente zona
Zátiší e la linea filoviaria n. 12 senza una diminuzione di tensione sotto il limite critico
di 380V, fermo restando che:
- una maggiore parte d'energia sarà fornita dal tratto tranviario limitrofo,
- in una ragionevole misura economica per rinforzare la trazione sarà utilizzata
l'energia recuperata durante la frenatura dei mezzi di trasporto; questa energia sarà
deposta nelle batterie a supercapacitatore,
l'impianto EPOS permette inoltre anche il „riversamento“ dell'energia recuperata verso
le sezioni alimentate dalla sottostazione vicina, e permette quindi un suo migliore
sfruttamento,
la divisione galvanica dei singoli tratti d'alimentazione sul livello d'isolamento stabilito
resta invariata,
la stazione è progettata per essere collocata in ambiente esterno quanto più vicino alla
linea, è concepita per essere asservita in remoto, collegata ad una postazione di comando
e controllo centrale, ed è preallestita per un possibile moltiplicamento fino a quattro
volte della batteria supercapacitatore (in un quadro a se stante),
l'impianto adempie a tutte le esigenze normative e legislative circa la sicurezza
d'esercizio della trazione elettrica.
4.1.2
Parametri tecnici principali della stazione EPOS1 :
-
Parametro di base: nel momento di un consumo critico si attiva una fornitura di 400A,
di cui 350A saranno adotti dal limitrofo tratto di linea e 50A (per un periodo di circa 30
sec.) dalle batterie a supercapacitatore,
-
Ulteriori parametri tecnici:
tensione d'ingresso
(ČSN EN 50 163 ed.2)
Corrente max d'ingresso
tensione d'uscita
500-900V DC, Umax2 =1kV
400A con Un=380V
720V DC+10% / -15%
12
ondulazione tensione d'uscita
< 7%
stabilizzazione tensione d'uscita
< 4%
corrente nom. d'uscita dal convert.
350A / 380V DC
uscita nom. corrente batteria supercap.50A / 15 sec.
rigidità d'isolamento ingresso/uscita 3,6 kV
efficacia
> 90%
influssi esterni
AB4, AC1, AD1, AE1, AF1, AH2
resistenza di corrente a breve tempo 40kA / 1 sec.
prodotto in conformità
ČSN EN 50 328
dimensioni stazione
1850x1000x2152 mm (prof. x larg. x alt.)
protezione
IP 44 / 00
4.1.3
Metodologia di calcolo del risparmio energetico raggiunto EPOS1
Per un calcolo illustrativo dei risparmi energetici generati adottano la stazione EPOS1
ci si è basati sui seguenti parametri di base della trazione:
- tipo di cavi d'alimentazione:
AYKCY 1x500 mm2
- resistenza dei cavi d'alimentazione:
0,06192 Ω/km
- sezione cavo conduttore trazione filoviaria:
100 mm2
- resistenza cavo conduttore trazione filoviaria:
0,18795 Ω/km
- sezione cavo conduttore trazione tranviaria:
150 mm2
- resistenza cavo conduttore trazione tranviaria:
0,12531 Ω/km
- efficacia EPOS1 durante riversamento d'energia: >92%
- tensione sottostazione:
720 V DC
In seguito è possibile calcolare le resistenze dei conduttori filoviari indicato nella fig. 3
nel seguente modo:
- Rk1 = 0,08950 Ω
- Rk2 = 0,05542 Ω
- Rk3 = 0,05449 Ω
- RV1 = 0,02500 Ω
- RV2 = 0,11277 Ω
- RV4 = 0,03885 Ω
a1.
semplice riversamento d'energia:
Allo scopo di spiegare la metodologia di quantificazione dei risparmi generati dal
riversamento di energia bisogna stabilire i seguenti parametri d'esercizio nel tempo t1 :
- sul tratto tranviario consumo ammontante a 300 A, ovverosia Utrazione 1 = 702 V
- sul tratto filoviario esigenza di consumo ammontante a 1000°, ovverosia Utrazione 2 = 518 V
(nelle vicinanze della stazione EPOS1)
In questa costellazione con un alimentazione normale si generano le seguenti perdite:
- tratto filoviario:
P = R*I2 = (Rk1 + RV2)*10002 = 202 kW
- tratto tranviario:
(Rk3 + RV4) * Rk2
P = ( --------------------- + RV1 )*I2 = 0,05977*3002 = 5,4 kW
(Rk3 + RV4) + Rk2
- le perdite totali in regime normale d'alimentazione comportano quindi
13
207,4 kW
Installando la stazione EPOS1 e con „l'ausilio“ al tratto filoviario con una corrente di
300 A, considerando l'efficacia della stazione, i rapporti saranno i seguenti:
- tratto filoviario :
P = R*I2 = (Rk1 + RV2)*7002 = 99,1 kW
- tratto tranviario :
Utrazione 2
Ivýp----------(Rk3 + RV4) * Rk2
Utrazione 1
P = ( --------------------- + RV1 )*(I + --------------------- )2 = 0,05977*5412 = 17,5 kW
(Rk3 + RV4) + Rk2
η
- la perdita totale durante l'alimentazione di questi tratti in questo caso comporta 116,6 kW
- la diminuzione delle perdite quindi in questo caso comporta
90.8 kW
- in base alla dipendenza dei singoli tratti l'immediata diminuzione delle perdite si aggirerà
(con il presupposto di massima corrente verso il tratto filoviario dell'ammontare di 1800 A,
senza la stazione EPOS1 durante questo carico si manifesterebbe un calo di tensione non
ammissibile):
0 – 229 kW
In pratica sarà continuamente registrata la corrente da entrambe i campi d'uscita nelle
SSE, e la corrente "riversata" tra i tratti attraverso la stazione EPOS1. I veri risparmi poi
saranno calcolati in conformità a questi dati.
a2. riversamento della corrente recuperata
Quando durante la frenatura dei mezzi elettrici di trasporto si manifesta la generazione
di maggiore energia, rispetto a quanta gli stessi sono in grado di sfruttare nel dato momento, si
manifesta un eccessivo aumento della tensione ed all'attivazione dei reostati sul veicolo, nei
quali poi l'energia è dissipata.
Se comunque si tratta di un tratto di linea aerea d'alimentazione collegato alla stazione
EPOS1, si attua il riversamento e la „disponibilità“ di quest'energia ancora nel secondo tratto
di linea, al quale la stazione è collegata, ciò fino al livello di 350 A in una direzione, e 100 A
nella direzione opposta. La probabilità di un consumo immediato diretto è quasi raddoppiata.
In pratica il ritaglio di tempo di quest'evento sarà caratterizzato da una maggiore
tensione su uno dei tratti, rispetto a quanto è normalmente possibile. I risparmi totali che
scaturiscono da questo tipo d'esercizio poi saranno calcolati in base al livello di tensione noto,
alla corrente trasmessa dalla stazione EPOS1 e alle correnti dalla sottostazione. L'ammontare
dei risparmi dipende nuovamente dall'ammontare della richiesta energetica, nella fornitura
però non si manifesteranno ulteriormente le perdite sul conduttore d'alimentazione, ma solo
l'efficacia del convertitore (la fonte d'energia nel dato momento di trova in prossimità
dell'utenza).
14
Esempio:
- disponibilità di corrente recuperata non sfruttata sul tratto tranviario pari a:
100 A per 5 sec.
vale a dire Utrazione 1 = 800 V
- richiesta di consumo energetico sul tratto filoviario pari a:
1000A
vale a dire Utrazione
della stazione EPOS1)
2
= 518 V (nelle vicinanze
In questa costellazione con un alimentazione normale si generano le seguenti perdite:
- tratto filoviario:
P = R*I2 = (Rk1 + RV2)*10002 = 202 kW
- tratto tranviario:
P = U*I = 800*100 = 80 kW
(energia dissipata)
- le perdite totali durante l'alimentazione di questo tratti comportano quindi
282 kW
Installando la stazione EPOS1 e con „l'ausilio“ al tratto filoviario dalla corrente
recuperata, considerando l'efficacia della stazione, i rapporti saranno i seguenti:
- tratto filoviario:
P = R*I2 = (Rk1 + RV2)*852,82 = 147 kW
- tratto tranviario:
P=0W
- le perdite totali durante l'alimentazione di questi tratti in questo caso comportano
147 kW
- la diminuzione delle perdite sul conduttore d'alimentazione in questo caso comporta 135 kW
- in base alla dipendenza dei singoli tratti l'immediata diminuzione delle perdite si aggirerà in
un range (particolarmente in tempi attorno ai 5 sec.) :
0 – 222 kW
b1. deposizione dell'energia recuperata:
La caratteristica di deposizione d'energia nei supercapacitatori e la sua conseguente
liberazione nel momento di consumo e la valutazione dei risparmi generati è simile a quanto
indicato nell'art. a2, fermo restando che la batteria a supercapacitatori del tutto carica è in
grado di rifocillare la trazione con 50 A per un periodo minimo di 15 s.
La definizione delle condizioni per il caricamento e lo scaricamento della batteria a
supercapacitore può essere gestita e modificata in qualsivoglia momento attraverso la
postazione di controllo e comando. I criteri di base per stabilire i parametri chiave possono
essere i seguenti:
Preferenza di rinforzare un tratto – la batteria si carica già durante la diminuzione del
consumo sotto il limite critico, per essere poi pronta in qualsiasi istante nella massima
misura possibile ad agire il rinforzo energetico,
Preferenza per utilizzare l'energia recuperata comunemente dissipata nei reostati – la
batteria si scarica durante qualsiasi occasione adatta, in modo da preservare una riserva
per assorbire detta energia,
15
-
Preferenza per minimizzare le perdite sui cavi – la batteria si alimenta sempre durante
una diminuzione del consumo sotto il limite stabilito e si scarica durante la necessità di
coprire dei maggiori consumi, ecc.
4.1.4
Comparazione con la soluzione „classica"
Se attualmente si dovesse manifestare durante l'esercizio di trazione elettrica un
problema con un'insufficiente alimentazione di uno dei tratti di linea (o per i motivi di
inserimento di mezzi di trasporto energeticamente più impegnativi, o per guasti su qualcuno
dei cavi d'alimentazione oppure a causa di una maggiore densità del traffico), è possibile
risolvere detto problema solo con uno dei seguenti modi:
a.
posando un nuovo cavo d'alimentazione – impegnativo in termini di finanze e
organizzazione
b.
installando una stazione di supercapacitatori – investimento costoso, nelle attuali
condizioni in Cechia con ritorno dell'investimento negativa,
c.
installando una stazione giroscopica – fortemente impegnativa in termini di
manutenzione, alto livello di un proprio consumo energetico, investimenti di non
trascurabile rilievo,
d.
edificazione di una SSE minore conteinerizzata nelle vicinanze della linea investimento costoso, necessario avere un punto di collegamento a 22 kV.
Rispetto alle possibilità sopra indicate la soluzione EPOS1 è caratterizzata da:
- un minore costo d'investimento (tranne che per l'art. a)
- la maggiore efficienza possibile – limitazione delle perdite sui cavi, basso livello di proprio
consumo energetico, lungo ciclo di vita, bassi requisiti di asservimento e manutenzione
- sostanzialmente una maggiore semplicità dell'aspetto amministrativo ed organizzativo
(tranne il punto b, che è comparabile)
CONCLUSIONE
Dalle informazioni sopra indicate, è chiaro che esercitando la stazione elettrica di
rinforzo EPOS1 è possibile in alcuni casi risolvere in modo molto efficace i problemi con i
tratti di linea insufficientemente alimentati. In quanto ad una semplice installazione si
presenta anche la possibilità di uno sfruttamento mobile di questo impianto, per esempio in
caso di limitazioni al traffico, lavori di ricostruzione dell'infrastruttura o delle SSE, avarie al
cavo d'alimentazione ecc.
Con riguardo ai costi dell'energia in costante aumento ed a una progressiva
diminuzione dei costi degli elementi elettronici (supercapacitatori, elementi di potenza ed
interruzione, ecc.), e con riguardo ad un miglioramento dei parametri di questi prodotti è
possibile prevedere in futuro una possibile divulgazione di queste tecnologie ed una repentina
diminuzione dei tempi di ammortamento dell'investimento.
16
5
CONTENUTO
1
DATI IDENTIFICATI DEL PRODUTTORE .......................................................................................... 2
2
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DEL PROGETTO ............................................................................ 4
2.1
2.2
3
INFLUSSO SULL'AMBIENTE ............................................................................................................... 11
3.1
4
Caratteristica del progetto .......................................................................................... 4
Mísura d'innovazione del progetto ............................................................................. 9
Valutazione dell'influsso sull'ambiente .................................................................... 11
APPLICAZIONE IN ESERCIZIO DELL'IMPIANTO EPOS1 – PLZEN, VIA DOMAZLICKA ... 11
4.1
Scopo, funzione, capacità e parametri tecnici principali della stazione EPOS1 ...... 11
CONCLUSIONE ................................................................................................................................................. 16
5
CONTENUTO ........................................................................................................................................... 17
17
