Ing. Lorenzo FLACCOMIO NARDI DEI Trenitalia Direzione Tecnica Ingegneria Rotabili e Tecnologie di Base. Firenze, 16 Novembre 2018

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1 Il ruolo di Firenze nell evoluzione della Trazione Elettrica ferroviaria italiana in corrente continua SVILUPPI E SCENARI FUTURI: TRENI A IDROGENO E PROSPETTIVE Ing. Lorenzo FLACCOMIO NARDI DEI Trenitalia Direzione Tecnica Ingegneria Rotabili e Tecnologie di Base Firenze, 16 Novembre 2018

2 INDICE Sostenibilità del trasporto ferroviario 3 Treni ibridi e treni ad Idrogeno 7 Nuove tecnologie (SIC) 18 2

3 Sostenibilità del trasporto ferroviario Fonte ecopassenger.org 3

4 Sostenibilità del trasporto ferroviario Elevato Commitment di Trenitalia per la ulteriore riduzione dei consumi: 1. Progetto Efficient Driving 2 Smart Parking riduzione dei consumi durante le soste del treno 3 Maccanismi di incentivazionedello Stato Italianoper efficienzadel trasporto per passeggero trasportato(certificati bianchi ETR1000). 4 Attento monitoraggio dei valori dei consumi nelle varie configurazioni di esercizio ed azioni conseguenti: Cruscotti energia EMS installati su nuove flotte e ristrutturate 4

5 Aspetti sociali -Intensificazione degli eventi climatici estremi.le strategie politiche pongono sempre maggiore attenzione all ambiente. -Ricerca per la riduzione dei consumi e emissione gas serra, particolato, ecc. -L atteggiamento della società rispetto a energie non rinnovabili e rumore sta diventando più restrittivo; -Le evoluzioni tecnologiche supportano maggiormente la sostenibilità del trasporto. -Regolamenti legati ad emissione di rumore intensificati a partire dal 2001; MOLTI ASPETTI URGENTI CONCORRONO QUINDI ALLA RICERCA DI NUOVI SISTEMI DI TRAZIONE 5

6 Aspetti economici : incremento dei costi per carburanti fossili 6

7 Risposte -Treni Ibridi Diesel / Batterie -Treni a batterie -Treni a Idrogeno -Treni a trazione elettrica con nuove tecnologie ( SiC) 7

8 Focus treni a idrogeno I treni a idrogeno sono mezzi dotati di motori elettrici la cui energia per la trazione e per gli ausiliari viene generata sul treno da apposite celle a combustibile alimentate da idrogeno compresso stoccato a bordo. -Energia di trazione primaria fornita da Celle a Idrogeno( fuel cell) -Sistema intermedio di energia fornito da batterie a ioni di lidio. per avere maggiore accelerazione recuperare energia in fase di frenatura 8

9 Principo di funzionamento fuell cell 9

10 Architettura treno a idrogeno 10

11 Risposta dei costruttori 11

12 Case study Case 1 Case 2 Numero treni Km percorsi Consumo specifico 0,24kg/km 0,24kg/km Consumo giornaliero 1440kg 3950kg /700 bar pressione serbatoi, - Capacità di rifornimento 7,2 kg/minute - < 15 minuti per 600 /800 km 12

13 Detrattori e sostenitori nel settore automotive Sistema di trazione alta-effficienza fuel cell Zero emissioni Eficienza end to end Stoccaggio Punti di rifornimento Normativa per serbatoi?? 13

14 Principali interrogativi efficienza «end to end» Efficienza intera catena: - Produzione - CompressioneH2, - Trasporto H2 - Stoccaggio in stazioni -Costo combustibile e dell intera catena 14

15 Approvvigionamento quali scenari? La scommessa sul largo utilizzo del treno a idrogeno è legata al nodo dell approvvigionamento energeticoe del trasporto del gas alle stazioni ferroviarie. Autonomia di un treno a idrogeno circa 600/800km 15

16 Sistemi ibridi a batterie Treni alimentanti da sole batterie ( autonomia 80km) La configurazione ibrida permette di effettuare servizi su linee non elettrificate (attualmente effettuate con alimentazione a gasolio) e di gestire situazioni di temporanea indisponibilità della modalità elettrica su linee elettrificate.. Trenitalia ha numerosi progetti per lo studio e sviluppo di treni ibridi e a batteria che sono stati inseriti nel Piano di sostenibilità

17 Carburo di Silicio -SIC Il carburo di silicio, è un materiale composto da silicio e carbonio legati insieme per formare un materiale ceramico. Viene ottenuto generalmente per sintesi, ma esiste anche in natura sotto forma di rarissimo minerale (moissanite). Numerose applicazioni, industria bellica (proiettili, giubbotti antiproiettile), utensili da taglio, ecc. 17

18 Caratteristiche componenti SIC 18

19 Caratteristiche componenti SIC 19

20 Caratteristiche componenti SIC Tensioni di breakdown 10 volte più elevate Ridotta «ON Resistence» con conseguenti minori perdite in conduzione 20

21 Funzionamento ad alte temperature Elettroni in banda di conduzione alle alte temperature per componenti al Silicio, erroneo funzionamento. Carburo di silicio è un semiconduttore WBG ( Wide Band Gap) Le cariche non transitano in banda di conduzione 21

22 Comportamento componenti SIC 22

23 Caratteristiche componenti SIC 23

24 Vantaggi componenti SIC. 24

25 Caratteristiche SIC 25

26 Caratteristiche nei convertitori di trazione ferroviari 26

27 Caratteristiche SIC Anche i temi critici sembrano essere superati: Disponibilità: parecchi produttori di semiconduttori si sono dedicati alla produzione in-house di wafer SiC. Inizialmente il mercato è stato assorbito dall industria fotovoltaica. Affidabilità: Nell ultimo quinquennio i produttori hanno investito notevoli risorse per implementare processi di collaudo e identificazione di componenti difettosi. Costo: Il carburo di silicio è un materiale molto più costoso rispetto al silicio. Il costo unitario dei Mosfet SiCè più alto rispetto a quello di Igbto Mosfet in silicio e tale divario è destinato a rimanere. se si confronta il costo totale del sistema, l alternativa rappresentata dai dispositivi Sic è valida soprattutto per applicazioni di potenza visti i vantaggi sopraindicati. 27

28 Risposta dei costruttori 28

29 Risposta dei costruttori 29

30 Grazie

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