Centro Interuniversitario di Ricerca Trasporti Università degli Studi di Genova. Riccardo Genova

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1 Centro Interuniversitario di Ricerca Trasporti Università degli Studi di Genova Stato dell arte e innovazione nel settore filoviario nel moderno contesto dei sistemi a grande capacità di trasporto Fabio Ballini i Riccardo Genova

2 Sommario TPL in Italia e sostenibilità ambientale Efficienza i energetica Vetture ibride Vetture filoviarie Sistemi ad alta capacità di trasporto Confronto tra i sistemi di trasporto Dispositivi di accumulo energetico

3 Il trasporto pubblico in Italia: servizi su gomma I dati di seguito riportati (fonti Conto Nazionale Trasporti, pubblicato dal Ministero dei Trasporti nel 2007 e ASSTRA) evidenziano la dimensione del settore del TPL su gomma, riferito ai servizi urbani, suburbani ed extraurbani veicoli di cui per servizi i urbani posti offerti per chilometro passeggeri trasportati per chilometro

4 Il trasporto pubblico in Italia: il settore su ferro Il materiale rotabile tranviario ammonta a circa 1000 unità, comprese quelli in fornitura per Firenze e considerando le vetture di Padova con rotaia centrale; i convogli per le reti metropolitane (Catania, Genova, Milano, Napoli, Roma e Torino) sono 1010 Vanno poi considerati i numerosi rotabili impiegati in ambito ferroviario

5 I veicoli ecologici - I Se riferiti ai veicoli urbani, la percentuale, in Italia, di mezzi a propulsione elettrica è ancora bassa 2,5% elettrici a batteria 1,5% a trazione ibrida 3% filobus

6 I veicoli ecologici - II ma il dato è ancora più esiguo se correlato ai servizi svolti ed ai passeggeri trasportati. Ad eccezione dei sistemi filoviari eserciti con veicoli da 12 e 18 metri, autobus elettrici ed ibridi presentano: medio o basso numero di posti offerti profili di missione limitati nello spazio e nel tempo È quindi necessario intervenire su questi fattori: maggiore È quindi necessario intervenire su questi fattori: maggiore capacità di trasporto ed elevato raggio di azione

7 Efficienza energetica veicoli Confronto di efficienza dei veicoli urbani (dai siti di produzione energetica alla ruota): Veicolo tradizionale MCI: η= 28 % Veicolo elettrico a batteria: η= 32% Filobus e tram: η= 38% Veicolo ibrido (serie o parallelo) con produzione energia elettrica a bordo: η= 40,5% Veicolo a fuel cell: η= 43%

8 Veicoli a propulsione ibrida id Nel veicolo ibrido la sorgente primaria di energia brucia un combustibile (idrocarburi, i idrogeno) trasformandolo direttamente in energia meccanica oppure azionando un generatore elettrico La sorgente ausiliaria è reversibile (può anche accumulare energia, ad esempio dalla frenatura) e contribuisce a fornire energia elettrica da utilizzarsi per la propulsione Le due sorgenti hanno una energia nominale immagazzinata e una potenza nominale I rapporti tra i valori di potenza e energia delle due sorgenti definiscono il grado di ibridizzazione Esistono differenti tipologie Ibrido Serie Ibrido Parallelo l Ibrido Plug-in

9 Veicoli ibridi idi serie La sorgente primaria produce energia elettrica e garantisce l accumulo di energia nella sorgente ausiliaria. L energia elettrica complessiva è utilizzata da un azionamento elettrico di trazione. Esistono tre possibili sorgenti primarie: Gruppo MCI+generatore elettrico; Microturbina; cella a combustibile a idrogeno (fuel cell); Il flusso energetico percorre in serie: sorgente primaria, sorgente ausiliaria, azionamento elettrico (inverter+motore), trasmissione, ruote. Le sorgente ausiliaria è solitamente una o l insieme delle seguenti: Accumulatore elettrochimico (batterie) Capacità (Supercapacitors)

10 Veicolo a propulsione ibrida id serie e plug-in Sorgente primaria i G 3~ ~ ~ ~ AC DC DC AC ~ ~ ~ M 3~ G Generatore Turbina Accumulo Batterie Sorgente ausiliaria Capacitors

11 Ibrido Parallelo Vantaggi: Costi in linea con l attuale produzione Componenti elettrici (azionamento e motore elettrico) dimensionati per potenze ridotte Svantaggi: Prestazioni ridotte con solo MCI Prestazioni ridotte con solo MCI Autonomia in solo elettrico ridotta o assente

12 Schema di un veicolo ibrido parallelo Sorgente primaria Motore a Combustione Interna Frizione Cambio G Accumulo Batterie DC AC ~ ~ ~ M 3~ Capacitors Sorgente ausiliaria

13 Vetture filoviarie Si tratta tt di vetture non più con motori a collettore in corrente continua e regolazione reostatica (a) o con chopper (b), ma moderni veicoli con azionamenti ad inverter e motore asincrono trifase (c) (a) (c) (b)

14 Caratteristiche delle vetture filoviarie (I) Veicoli con doppio isolamento Tensione nominale 750 V (600 V per le vetture impiegate su impianti non moderni) Necessità di sostituzione frequente dei pattini in grafite Possibilità di prevedere la marcia autonoma (di emergenza o di esercizio) e il recupero energetico Impiego possibile di sistemi di ausilio alla guida

15 Caratteristiche delle vetture filoviarie (II) Modena (12 metri) Generatore diesel 110 kw (Euro 5) Motore elettrico 210 kw Rimini (18 metri) Generatore diesel 110 kw (Euro 4) Motore elettrico 240 kw I veicoli da 18 metri di Genova sono equipaggiati di un motore diesel che sviluppa 175 kw per consentire a tutti gli effetti l uso bimodale del mezzo

16 Modalità operative di un veicolo (I) Guida libera Il conducente ha il completo controllo della traiettoria (vetture automobilistiche tradizionali) Guida assistita Il conducente pur avendo il controllo della traiettoria viene assistito da sistemi ottici o magnetici nelle manovre di accosto alle fermate e nella percorrenza di tratte particolari (ad esempio strette gallerie) Prestazioni: massima velocità: circa 70 km/h massimo errore in marcia: circa 5 cm massimo errore di accosto: circa 5 cm Guida vincolata La traiettoria tt i del veicolo è obbligata da apposite vie di corsa (ad esempio rotaie)

17 Modalità operative di un veicolo (II) Sede promiscua In questo caso il veicolo deve corrispondere ai requisiti richiesti per la circolazione stradale secondo quanto previsto dal Codice della Strada (vettura tradizionale, filoviaria o tranviaria) Sede riservata Il veicolo percorre una sede dedicata con regimi di circolazione e sistemi di segnalamento prestabiliti

18 Il contesto di sviluppo dei sistemi urbani e suburbani (I) Aumento esponenziale della mobilità nelle aree vaste Riorganizzazione urbanistica delle grandi e medie città L integrazione ione modale assume un ruolo determinante Nice

19 Il contesto di sviluppo dei sistemi su ferro urbani e suburbani (II) Maggior comfort di marcia Riduzione dell impatto dell infrastruttura (visivo ed acustico) Corretto inserimento nel contesto urbanistico della città

20 Veicoli su gomma a grande capacità Si tratta di autobus o filobus a tre casse o di motrici con rimorchio lunghi 25 metri già circolanti in diverse città europee lunghezza metri lunghezza 24,664 metri larghezza 2,55 metri passeggeri totali 182 passeggeri seduti 61

21 Sistemi a confronto (I) Veicoli Capacità di trasporto (pass/ora per direzione) Bus/Filobus 12 m Bus/Filobus 18 m Bus/Filobus 24 m Tram Metropolitana Sistema Costi infrastruttura (k /km) Busvia Filovia Tranvia Metropolitana

22 Sistemi a confronto (II) Metropolitana Metropolitana Tranvia veloce Tranvia leggera (metrotranvia) Filovia protetta Vetture 24 m Portata potenziale [pass/h-dir] Distanziamento [min] Capacità convoglio [pass] Distanza media tra stazioni [m] Incarrozzamento a livello sì sì eventuale eventuale Velocità commerciale [km/h] Lunghezza max convoglio [m] Pianificazione, intermodalità e soluzioni tecnologiche per la mobilità sostenibile nei centri urbani Energethica 4 Salone dell energia rinnovabile e sostenibile Genova Fiera del mare 06/03/

23 Sistemi a confronto (III)

24 Sistemi a confronto (IV)

25 Il caso di Pescara Lo sviluppo del tracciato completo: 8,17 km 500 metri nel centro di Pescara, in sede promiscua con il traffico privato; 4,8 km circa in sede riservata sulla Strada Parco ; 2,9 km circa (nel comune di Montesilvano), in parte in sede riservata sulla prosecuzione della Strada Parco ed in parte in sede promiscua fino al capolinea di Porto Allegro. La ferrovia elettrica Pescara Montesilvano Penne fu aperta nel 1929 e chiusa all esercizio nel Lunga 36 km, di cui 30 km in sede propria, p presentava uno scartamento di 950 mm e un alimentazione a 2600 V corrente continua

26 Sistemi di accumulo Potenza specifica [W/kg] Energia specifica [Wh/kg] Numero di cicli Piombo NiCd NiMH LiIon NaNiCl (Zebra) Fly - wheel Condensatore 800 2,

27 Supercaps Un sistema standard può prevedere 6 moduli, tensione nominale di 780 V e capacità totale di circa 10 F Condensatore Capacità: 3000 F Tensione: 2,7 V Modulo Capacità: 63 F Tensione: 130 V Corrente massima: 750 A (48 elementi) Forte applicabilità anche nel settore tranviario

28 CENTRO INTERUNIVERSITARIO DI RICERCA TRASPORTI DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA ELETTRICA Università degli Studi di Genova Via all Opera Pia Genova Tel Fax Fabio Ballini fabio.ballini@unige.itballini@unige it Riccardo Genova genova@die.unige.it