Il ruolo di Firenze nell’evoluzione della Trazione Elettrica ferroviariaitaliana 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

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INDICE

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Sostenibilità del trasporto ferroviario 301

Treni ibridi e treni ad Idrogeno 702

Nuove tecnologie (SIC) 1803

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Sostenibilità del trasporto ferroviario

Fonte ecopassenger.org

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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 incentivazione dello Stato Italiano per efficienza del

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

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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

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Aspetti economici : incremento dei costi per carburanti

fossili

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Risposte

-Treni Ibridi – Diesel / Batterie

-Treni a batterie

-Treni a Idrogeno

-Treni a trazione elettrica con nuove tecnologie ( SiC)

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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

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Principo di funzionamento fuell cell

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Architettura treno a idrogeno

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Risposta dei costruttori

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Case study

- 350 /700 bar pressione serbatoi,

- Capacità di rifornimento 7,2 kg/minute

- < 15 minuti per 600 / 800 km

Case 1 Case 2

Numero treni 10 20

Km percorsi 600 800

Consumo specifico 0,24kg/km 0,24kg/km

Consumo giornaliero 1440kg 3950kg

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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

? ?

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Principali interrogativi – efficienza «end to end»

Efficienza intera catena:

- Produzione

- CompressioneH2,

- Trasporto H2

- Stoccaggio in stazioni

-Costo combustibile e dell’intera catena

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Approvvigionamento – quali scenari?

La scommessa sul largo utilizzo del treno a idrogeno è legata al nodo

dell’approvvigionamento energetico e del trasporto del gas alle

stazioni ferroviarie.

Autonomia di un treno a idrogeno circa 600/800km

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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 2019-2023.

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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.

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Caratteristiche componenti SIC

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Caratteristiche componenti SIC

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Caratteristiche componenti SIC

Ridotta «ON Resistence» con conseguenti minori

perdite in conduzione

Tensioni di breakdown 10 volte più elevate

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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

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Comportamento componenti SIC

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Caratteristiche componenti SIC

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Vantaggi componenti SIC

.

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Caratteristiche SIC

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Caratteristiche nei convertitori di trazione ferroviari

27

Caratteristiche SICAnche 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 SiC è più alto

rispetto a quello di Igbt o 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.

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Risposta dei costruttori

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Risposta dei costruttori

Grazie