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I treni? Rendiamoli sempre più green

Giovedì 21 febbraio, un workshop al Museo Nazionale Ferroviario di Pietrarsa racconta i primi risultati di «MyRailsS»: questo progetto di ricerca europeo, coordinato dall’INRIM, si avvale della «scienza delle misure» per ridurre il consumo di energia elettrica da parte di treni e metropolitane 

 

Dallo scorso dicembre, in Piemonte, circola un locomotore della serie E464. È la «041» del Gruppo e, in apparenza, sembra come tutte le altre. Ma non lo è.

A bordo dell’E464.041, infatti, è ospitato un complesso sistema di sensori che permette di misurare quanta energia elettrica viene dissipata dai convogli cui, di volta in volta, si trova a trainare. La E464 è in missione per conto di MyRailS, acronimo di «Metrology for Smart Energy Management in Electric Railway Systems», il progetto di ricerca nato per promuovere il risparmio energetico a bordo di treni e metropolitane, in cui risultati verranno presentati Giovedì 21 febbraio, dalle 9.00 alle 16.00, nella scenografica cornice delle ex Officine Borboniche, oggi Museo Nazionale Ferroviario di Pietrarsa, affacciata sul mare di Napoli-Portici.

Il workshop «Electrical Measurements for Energy Management in Railway Systems (EMRailS 2019)», organizzato dall’Università degli Studi della Campania «Luigi Vanvitelli», dall’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) e dal Collegio Ingegneri Ferroviari Italiani (CIFI), rappresenta quindi un’occasione di incontro tra il mondo della ricerca, e quello ferroviario, per discutere e definire insieme le attività di ricerca più idonee da intraprendere per soddisfare le esigenze delle aziende e dei gestori delle infrastrutture ferroviarie. Ma che cos’è, più in dettaglio, il progetto MyRailS?

Analisi di un progetto

MyRailS è strutturato nella forma del Consorzio: un Consorzio attivo da ormai diciotto mesi al quale partecipano sedici partner europei. Il tutto è coordinato dall’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM). Gli obiettivi di MyRailS non si esauriscono nell’individuazione del risparmio energetico: gli altri risultati attesi dall’attività del Consorzio sono nella riduzione delle emissioni di anidride carbonica, la contabilizzazione dei reali consumi di energia, l’interoperabilità tra sistemi ferroviari di paesi diversi e la liberalizzazione del mercato.

A finanziare tutto questo provvede EURAMET, l’associazione degli istituti metrologici europei, e il programma europeo per la ricerca e l’innovazione Horizon 2020: MyRailS può quindi contare su un budget di 2,5 milioni di euro, e sulla collaborazione degli istituti di metrologia di Repubblica Ceca (CMI), Francia (LNE), Svizzera (METAS), Regno Unito (NPL), Olanda (VSL) e Spagna (LCOE-FFI).

L’attività di ricerca è inoltre condotta dall’Università degli Studi della Campania, dalla University of Strathclyde del Regno Unito, dall’Universidad Pontificia Comillas di Madrid e dal Centro francese di ricerca Railenium. Non mancano i partner industriali come il Gruppo Ferrovie dello Stato Italiane, attraverso il gestore dell’infrastruttura nazionale Rete Ferroviaria Italiana e Trenitalia, Hitachi Rail Italy di Napoli, il gestore della metropolitana di Madrid (MM) e l’azienda svizzera Analysis, Simulation, Test and Measurement SAGL (ASTM).

Obiettivo: riciclare l’energia con le sottostazioni reversibili.

Com’è possibile, per i treni e le metropolitane, risparmiare energia? D’istinto potremmo pensare al recupero di quella che si produce durante le frenate. Quando un convoglio frena, può infatti produrre energia elettrica, che una volta reimmessa in linea può essere assorbita solo da un altro treno di passaggio in quel momento. E se l’altro treno non passa? In questo caso l’eccesso di energia viene convertito in calore da apposite resistenze, chiamate reostati. Quando però l’altro treno non passa, l’energia viene dispersa. È possibile evitare questo spreco? Per il coordinatore del Progetto, Domenico Giordano dell’INRIM, la risposta è positiva, e sta nelle cosiddette sottostazioni reversibili. “si tratta di innovativi punti di alimentazione che permettono all’energia di fluire non solo dalla rete elettrica al treno, come accade ora, ma anche dal treno alla rete elettrica. L’energia può essere così recuperata e tornare al suo gestore”. Fin qui, tutto bene: ma sul piano finanziario, ne vale la pena? È davvero conveniente rivoluzionare l’attuale infrastruttura?
Dalla scienza delle misure – o metrologia – che deve elaborare procedure e sistemi per valutare in maniera precisa e affidabile quanta energia viene attualmente dissipata e, installando le sottostazioni reversibili, quanta energia si può riciclare, ci arriva una valutazione inoppugnabile.

Il locomotore attivo sulle linee ferroviarie piemontesi sta appunto registrando i dati relativi alla tensione, e alla corrente, per capire quanta energia viene scambiata con la linea e quanta, invece, viene dissipata», racconta Daniele Gallo dell’Università della Campania. “Non è stato semplice individuare, a bordo dell’E464, uno spazio adeguato per gli strumenti di misura: i sensori non devono infatti interferire con la sicurezza e la continuità del servizio, né interagire con il sistema di gestione e controllo del treno. Però ci siamo riusciti: e ora, abbiamo terabyte di dati!”.

Da una prima analisi è emerso che sulla tratta da Bardonecchia a Torino, in discesa, a fronte di un consumo dedicato alla trazione di circa 600 kWh, 300 vengono recuperati in fase di frenatura e utilizzati da altri convogli di passaggio, mentre circa 180 vengono dissipati sotto forma di calore per mezzo dei reostati. In termini percentuali, va quindi perduta una quota pari al 60% dell’energia recuperata. Se anche questi 180 kWh venissero riciclati lungo la tratta citata, il treno recupererebbe l’80% dell’energia che gli è stata erogata per il funzionamento e in pratica consumerebbe, per fare un esempio pratico, l’equivalente di 200 forni elettrici per uso domestico, attivi alla massima potenza per un’ora.

Gli stessi sensori usati sulla locomotiva E464-041 saranno montati sulla metropolitana di Madrid e forniranno un quadro dei consumi attuali, prima dell’installazione delle nuove sottostazioni reversibili, prevista per la fine dell’anno», prosegue Gallo: «il passo successivo sarà misurare quanta energia può essere recuperata, una volta che le sottostazioni saranno entrate in servizio. Avremo allora tutti i dati per una disamina costi-benefici derivante dall’utilizzo di queste nuove tecnologie”.

Al momento si calcola che in determinate condizioni il sistema ferroviario/metropolitano potrebbe diminuire i consumi energetici del 20%, risparmiando all’ambiente l’emissione di due milioni di tonnellate di anidride carbonica nell’atmosfera.

Velocità ideale: e la tensione, pure

Un’altra strategia efficace per limitare i consumi di energia, per treni e metropolitane, consiste nel minimizzare la dissipazione di energia. E questo è possibile definendo l’ecodriving, ovvero impostando il profilo di velocità che treni e metropolitane devono adottare: anche questa linea di attività rientra nel progetto MyRailS. In termini concreti, attraverso ripetute e accurate misurazioni si cerca di identificare quella che può essere anche definita come la «marcia più economica», tenendo conto che la tensione elettrica, sulle linee ferroviarie, può essere paragonata alla pressione dell’acqua in un condominio: quando è alta, tutti gli inquilini possono farsi la doccia nello stesso tempo, e quando è bassa, chi abita all’ultimo piano rimane all’asciutto. Il gestore della linea ferroviaria tende di solito a mantenere la tensione a un livello elevato per garantire la continuità del servizio, per poter erogare energia a tutti i treni anche in condizioni di traffico intenso. Questa scelta determina però un eccessivo dispendio di energia ogni volta che un treno «solitario», come spiegato prima, effettua una frenata.

Il progetto MyRailS fornirà gli strumenti per capire se e come intervenire sulle infrastrutture per gestire in maniera efficiente la tensione e, soprattutto, pagare il giusto al titolare della rete elettrica. La Comunità Europea ha richiesto che la fatturazione del costo dell’energia utilizzata dai treni non avvenga più a forfait, come si è fatto finora, ma in base al consumo reale. Diventa allora fondamentale affidare il calcolo dei consumi a strumenti di misura affidabili e certificati.

MyRailS propone nuovi sistemi di taratura dei contatori di energia per applicazioni ferroviarie», commenta Domenico Giordano: «questi sistemi, attestando in maniera imparziale le prestazioni dei misuratori, forniranno le necessarie garanzie a fornitori e utenti. Oltre ad assicurare una corretta contabilizzazione, l’impiego a livello europeo dei medesimi strumenti di verifica garantirà la compatibilità tra treni e reti ferroviarie appartenenti a paesi diversi. Tutto questo muove verso l’interoperabilità del sistema ferroviario nel nostro continente”.

Verso il mercato libero

Emerge da tutto questo, e dall’aver voluto prendere dimestichezza con prodotti e argomenti certamente non consueti, che i sistemi di misura precisi e affidabili, validati dalle massime autorità in materia di misurazioni (ovvero gli istituti metrologici), rappresentano una comune salvaguardia per i nuovi soggetti che si affacciano oggi sul mercato ferroviario.

L’Unione Europea, malgrado le resistenze di alcuni Paesi (tra cui si è sempre distinta, purtroppo, l’Italia) ha sempre portato avanti una logica di apertura alla liberalizzazione dei servizi, e al mercato degli stessi: per questo da Bruxelles si sta incentivando la presenza di più gestori in campo. Gestori che abbiano ognuno una funzione distinta, da chi fornisce la linea ferroviaria a chi eroga l’energia, a chi provvede ai mezzi di trasporto. Tale molteplicità di attori richiede, in caso di controversie, un giudizio imparziale e insindacabile che individui con sicurezza le responsabilità. E questo è un ulteriore contributo che la metrologia è in grado di offrire. 

[ Alessandro Ferri ]