Veicoli filoviari dotati di marcia autonoma a batterie

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1 Workshop Trasporti urbani alimentati a batterie: modalità di ricarica ed aspetti energetici 24 novembre 2017 Veicoli filoviari dotati di marcia autonoma a batterie Maurizio Bottari Amministratore Delegato Kiepe Electric Italia 1

2 Group Locations worldwide Knorr-Bremse è presente in 30 paesi in tutto il mondo con più di 100 sedi di cui 80 comprendono stabilimenti di produzione THE AMERICAS EUROPE/AFRICA/MIDDLE EAST ASIA / PACIFIC Argentina Brazil Canada Mexico USA Austria Belgium Czech Republic Germany France Hungary Italy Macedonia Netherlands Poland Romania Russia Spain Sweden Switzerland Turkey United Kingdom South Africa Australia China India Japan Kazakhstan South Korea Singapore 3

3 Connected Systems Customer Orientation - Connected Systems to enhance the Value of Customers Windscreen Wiper and Wash Systems Entrance Systems Internal Doors Power Electrics Climate Management Electrical Systems and Integration Brake Systems -Traction Control and Management -Auxiliary Converters Systems -HVAC/Cooling Systems Auxiliary Power Supply Modernization & Support 4

4 Kiepe Electric GmbH - Il sito produttivo di Düsseldorf

5 Sistemi Elettrici per filobus e bus elettrici Cassone apparecchiature sul tetto DGG Unità modulare di controllo I nostri prodotti Equipaggiamenti di trazione (Inverter, Resistori di frenatura, Rivelatore di dispersion, Motori di trazione) per veicoli da 12m, 18m e 24m Sistemi di controllo (Modular Control Unit) Caricabatterie, Alimentatori per i servizi ausiliari, HVAC Accumulo di energia (Super Cap, Batterie) Sistemi per la gestione della energia: Power generation (Fuel Cell, Unità Diesel-Generatore, Gruppi batterie) Prese di corrente trolley, Pantografi, Trasferimento di energia a connettore o induttivo Software per la gestione dell energia, Gestione dati veicolari, Diagnostica, Gruppo prese di corrente OSA 500 6

6 Kiepe: 110 anni di storia e 66 anni di equipaggiamenti elettrici Filobus dal 1950 San Francisco USA 2016 Aachen Germany 1950 Parma 2012 Milano

7 Moderni sistemi elettrici Austria: Canada: Ecuador: France: Greece: Germany: Italy: Latvia: Norway: Linz, Salzburg Vancouver Quito Limoges, Lyon Athens Esslingen, Eberswalde, Solingen Avellino, Bari, Bologna, Cagliari, Genova, La Spezia, Lecce, Milano, Modena, Parma, Rimini, Pescara, Verona Riga Bergen Saudi Arabia: Riyadh Switzerland: Turkey: USA: Venezuela: Referenze filobus (estratto) Bern, Biel, Fribourg, Geneva, Lausanne, Lucerne, Montreux, Neuchâtel, Schaffhausen, St. Gallen, Winterthur, Zurich Malatya Dayton, Philadelphia, San Francisco, Seattle Mérida 8

8 Moderni sistemi elettrici Referenze veicoli ibridi (estratto) Netherlands: Enschede, Groningen Luxembourg: Luxembourg Germany: Poland: Dortmund, Dresden, Düsseldorf, Ennepetal, Hagen, Leipzig, Hagen, Leipzig, Lübeck, Wuppertal, Hamburg Co. Solaris 9

9 Moderni sistemi elettrici Referenze veicoli Fuel-Cell e batterie Netherlands: Amsterdam (Fuel Cell) Austria: Polonia: Germania: Italia: Klagenfurt (connector) Krakow, Co. Solaris (connector) Berlin, Braunschweig (inductive) Hamburg, Hürth/Cologne (Fuel Cell) Düsseldorf (connector) Frauenhofer IVI (pantograph) Cagliari (batterie) 10

10 Moderni sistemi elettrici Sistemi elettrici per veicoli su ferro Germany Great Britain Austria Poland Portugal Spain Bielefeld, Bonn, Braunschweig, Bremen, Chemnitz, Dortmund, Düsseldorf, Halberstadt, Hannover, Jena, Karlsruhe, Kassel, Cologne, Krefeld, Leipzig, Rostock, Schwerin, Saarbrücken, Wuppertal Croydon, Edinburgh, Manchester Gmunden, Graz, Vienna Danzig, Krakow, Posen Porto Leon, Mallorca, Valencia Üstra Hannover WSW Wuppertal mobiel Bielefeld VBK Karlsruhe VMS Chemnitz Metro do Porto Netherlands Province Gelderland Connexxion Protos Edingburgh Trams Serbia Belgrade Sweden Gothenburg USA Houston 11

11 Il futuro delle batterie Costi di produzione di un automobile elettrica 4% 10% 13% 14% 19 % Altro Telaio Carrozzeria Trasmissione Componentistica Nei prossimi anni il mercato delle batterie potrebbe raggiungere i 120 miliardi di dollari Tasso di crescita annuo del numero di veicoli elettrici: 94% dal 2005 al % BATTERIE 12

12 Il futuro delle batterie Lo sviluppo delle tecnologie dal 1990 a oggi Una batteria da 24 kwh pesa: Batterie al piombo: 30 Wh/kg Pb, 800 kg Batterie al Nickel-Cadmio: 50 Wh/kg Batterie agli Idruri metallici 75 Wh/kg Batterie al Litio ferro Fosfato: 110 Wh/kg Batterie agli ioni di litio: 180 Wh/kg NiCd, 480 kg NiMh, 320 kg LiFePO4, 220 kg LPo, 130 kg Obiettivo nei prossimi 5 anni: 500 Wh/kg 48 kg Benzina: Wh/kg 13

13 Il futuro delle batterie Lo sviluppo delle tecnologie nei prossimi anni TECNOLOGIA Densità volumetrica di energia Batterie al silicio Batterie al carburo di silicio Batterie con elettrolita solido al solfuro di litio e anodo di grafite Batterie al litio-aria con anodo metallico 250 Wh/litro 400 Wh/litro 700 Wh/litro 800 Wh/litro Batterie con anodo di silicio 1100 Wh/litro 14

14 Dollari USA Tecnologie per veicoli elettrici Kiepe Electric Il futuro delle batterie Andamento dei prezzi delle batterie per kwh 1200 Dollari per kwh

15 Il trasferimento di energia elettrica sul veicolo Tre parametri importanti Energia elettrica trasferita = Corrente x Tensione x Tempo [I V t] [W h] 1) Corrente [Ampere] limitata da - Calore - Superficie di contatto 2) Tensione [Volt] limitata da - Livelli di isolamento nel veicolo Saldatrice ad arco: Ampere Volt 3) Tempo L unico parametro su cui poter agire è il tempo (se ne abbiamo) 16

16 Di quanta energia abbiamo bisogno Veicolo da 12 metri: 1,5 kwh/km Veicolo da 18 metri: 2,2 kwh/km Climatizzazione e riscaldamento Profilo orografico della linea Ausiliari ed altri dispositivi installati a bordo Congestionamento del traffico Stile di guida dell autista Tutto questo influisce fortemente sul fabbisogno di energia rispetto alla sola energia di trazione 17

17 Il trasferimento di energia dall infrastruttura al veicolo Confronto fra gasolio e batterie Capacità di accumulo Gasolio: Wh/kg (12 kwh/kg x 40% eff.) Batterie LTO: 90 Wh/kg (150 Wh/kg x 0,6 per raffreddamento) Velocità di trasferimento Gasolio: kw (130 l/min x 60min x 10 kw/l x 40% eff.) Batterie LTO: 300 kw 18

18 Come ricaricare l energia consumata Considerazioni sulla flotta di veicoli Consumo medio di energia in 18 ore Potenza [MW] Esempio per una percorrenza di 250 km/giorno Consumo di energia: 250 km x 2,5 kwh/km = 625 kwh / bus Per una flotta di 100 veicoli kwh 62,5 MW Energy 1h 3,5 MW 100 bus articolati 18 hrs Tempo [h] 19

19 Come ricaricare l energia consumata Ricarica notturna Ricarica notturna in 3 ore P [MW] 21 MW Per ricaricare la flotta servono: kwh / 3h = 21 MW Centrale Berlino - Marzahn: 36 MW potenza 169 m Energia 1h 100 bus articolati 4 3 hrs Tempo[h] Caricare la flotta in 3 ore richiede un altissima potenza! 20

20 Come ricaricare l energia consumata Ricarica notturna Ricarica notturna ottimizzata P [MW] Ottimizzazione su 4,5h 14 MW Per 100 bus articolati 14 MW e per una flotta di 300 bus articolati: 14 MW x 3 = 42 MW Energia 1h 100 bus articolati Tempo [h] 21

21 Come ricaricare l energia consumata Ricarica alle fermate P [MW] La ricarica avviene durante l utilizzo dei veicoli per circa il 50% del tempo Energy kwh / 9h = 7 MW 100 bus articolati 1h 9 hrs Tempo [h] 22

22 Il trasferimento di energia dall infrastruttura al veicolo. Ricarica flash alle fermate Tempo di fermata di 15 secondi Energia trasferita durante la fermata: 400 kw x 15 sec. = 1,66 kwh 1,66 kwh di gasolio equivalgono a 0,3 litri Con 1.66 kwh possiamo percorrere circa 750 m (2 kwh/km) Esempio: Linea: 15 km Consumo di energia: 15 km x 2 kwh/km = 30 kwh Tempo di ricarica (con 250 kw) = 7,2 minuti Indisponibilità del veicolo sottocarica = 12% 0,16 l Kölsch 23

23 Come ricaricare l energia consumata Tecnologia In Motion Charging (IMC ) P [MW] Esempio per un esercizio giornaliero: 250 km x 2,5 kwh/km = 625 kwh 625 kwh x 100 buses = kwh kwh / 18h = 3,4 MW Energy 1h 100 bus articolati 18 hrs Time [h] 24

24 Come ricaricare l energia consumata Confronto fra le modalità di ricarica P [MW] Notturna Condizione IMC 14 MW 19% 7 MW 37% 3,4 MW 75% 25

25 Tecnologia IMC In Motion Charging dal Filobus alla tecnologia IMC Vantaggi: < 50% tratti con linea aerea Costi infrastruttura più bassi Minor impatto visivo Tecnologia affidabile con batterie ad alta efficienza 26

26 In Motion Charging (IMC ) dal filobus alla IMC 2015 Esslingen (4) 2016 Cagliari (4) 2014/2016 Seattle ( ) 2014/2015 San Francisco (60) 2014 Lucerne (9) 2016 (4+17) 2013/2014 Geneva (33) 2015 Dayton (2) 2005 Vancouver (262) 2012 Zürich (35) 27

27 Sezioni di carica (c-roads) per IMC Criteri generali Sezioni Wireless 30% a 60% della linea* 30% a 60% del tempo* ca 4km per sezione (max 15km) * Dipende da velocità, lunghezza veicolo etc. Sezioni di carica Ricarica nei: Tratti lenti Capilinea Consumo di energia: Salite, ausilliari No infrastruttura: Rettilinei 28

28 Come ricaricare l energia consumata Ricarica al capolinea (Cagliari Poetto) CTM Cagliari Stazione da 60 kw e tegoli 29

29 Come ricaricare l energia consumata Ricarica alle fermate 30

30 Come ricaricare l energia consumata Ricarica induttiva alle fermate Bombardier Primove 31

31 Trasferimento di energia elettrica Confronto ricarica statica vs. ricarica in movimento (IMC) Ricarica statica - Durante un tempo limitato - Con potenza limitata - 100% dell energia (trazione, ausiliari, clima ) Nessun esercizio durante la carica In Motion Charging (IMC) - Durante 9h - 18h del tempo di esercizio - Alimentatore raffreddato ad aria (a piena potenza durante il movimento) * - 50% dell energia** (per 50% wireless) Durante il normale esercizio passeggeri * In Motion Charging possibile fino a 525 kw continui ** Il resto va direttamente al motore bypassando le batterie filo di contatto carbone Il trasferimento di energia dal filo di rame al veicolo, attraverso il carbone di contatto, è utilizzato per tram, locomotive e treni AV. 32

32 Gruppi di autonomia per veicoli filoviari La tecnologia IMC In Motion Charging Il veicolo dispone di un gruppo di autonomia a batterie Le batterie vengono ricaricate durante il moto del veicolo La corrente di carica viene gestita dal software Viene massimizzata la porzione di linea senza rete aerea Le prestazioni del veicolo rimangono inalterate La capacità di trasporto rimane inalterata Il software può essere adattato per seguire gli sviluppi della tecnologia delle batterie Il tempo di attacco e stacco dalla linea di contatto è mantenuto all interno del normale tempo di fermata 33

33 Un esempio di Elettro-mobilità con IMC Trasformazione di una linea diesel in linea parzialmente IMC La linea aerea esistente viene utilizzata per caricare le batterie delle linee 2 e 3 Oggi Diesel bus linea 1 Linea filoviaria con rete aerea Diesel bus linea 3 Diesel bus linea 2 Linee parallele: viene sfruttata la linea aerea esistente Domani Diesel bus linea 1 Tratto della linea IMC per la ricarica Tratto IMC senza linea aerea Tratto IMC senza linea aerea 34

34 Ammodernamento con tecnologia IMC Sostituzione del generatore Diesel con batterie e caricabatterie VBZ (Zurich) Batterie in consegna: Losanna Carica batterie 35

35 Tecnologie per veicoli elettrici Kiepe Electric Il filobus da 24 metri per la città di Linz in tecnologia IMC In Motion Charging 36

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37 Grazie per la cortese attenzione Veicoli filoviari dotati di marcia autonoma a batterie Maurizio Bottari Amministratore Delegato Kiepe Electric Italia maurizio.bottari@kiepe.knorr-bremse.com 38

38 Disclaimer The presentation contains forward-looking statements that are based on current estimates and assumptions made by the management of Kiepe Electric to the best of its knowledge. Such forward-looking statements are subject to risks and uncertainties, the non-occurrence or occurrence of which could cause a material difference in future results including changes in political, business, economic and competitive conditions, regulatory reforms, effects of future judicial decisions, foreign exchange rate fluctuations and the availability of financing. Neither Kiepe Electric nor any of its affiliates, advisors or representatives shall have any liability whatsoever (in negligence or otherwise) for any loss arising from any use of this presentation or its content or otherwise arising in connection with this document. Kiepe Electric does not undertake any responsibility to update the forward-looking statements contained in this presentation. The information provided in this presentation does not represent an offer or invitation for the purchase of the stock of Kiepe Electric GmbH or other companies, nor should it be considered as a call to purchase or otherwise trade stocks directly or indirectly.