Elaborazione ed analisi dei dati da “Rilevamento Treno”

I dati di “Rilevamento Treno”, acquisiti durante la sessione di misure, hanno lo scopo di rilevare istanti e corrispondenti posizioni in esercizio, per ogni treno che viene posto in servizio sulla linea. I dati di “Rilevamento Treno” forniscono, in forma tabellare, il numero di treno che effettua il servizio, l’orario di arrivo e l’orario di partenza in ogni fermata. Gli intervalli tra tali orari permettono di valutare il tempo impiegato a percorrere la singola tratta, che separa due fermate adiacenti ed il tempo di sosta. L’analisi di tali dati, sebbene evidenzi la registrazione di tutte le corse effettuale dai treni in linea, ha fatto emergere alcune difficoltà di elaborazione dovute a lacune nelle registrazioni, che in particolare rendono incerta la valutazione del numero di treni istante per istante presenti in linea.

Tali incongruenze sono visibili dell’orario grafico in Figura 48 relativo all’intervallo di tempo nel quale sono state effettuati i rilievi in linea a bordo del treno n.6.

Figura 48 Orario grafico derivato dai dati estratti dal monitoraggio di “rilevamenti treno” sulla Metro A per la giornata del 19-10- 2016.

L’orario grafico è utile per poter sviluppare considerazioni circa la possibilità di incrementare il recupero di energia proveniente dai treni in frenatura. L’analisi è basata sulla estrazione di un campione rappresentativo dell’andamento effettivo dei treni in un intervallo di 15 minuti (dalle ore 7:00 alle ore 7:15) in un tratto di linea alimentato da un’unica SSE, posta in prossimità della fermata Cipro. Tale tratto di linea comprende quattro fermate (Baldo degli Ubaldi, Valle Aurelia, Cipro e Ottaviano - Figura 49). Per questa analisi, si è considerato un andamento del diagramma del moto di tipo triangolare con la marcia suddivisa tra due fermate adiacenti in una fase di accelerazione e in una fase di frenatura di pari estensione temporale. In base a tale ipotesi semplificativa, sono stati elaborati

52 quattro diagrammi orari per intervalli temporali di 10 secondi che riportano la presenza di treni nelle seguenti condizioni:

 treni che sono in accelerazione;  treni che sono in frenatura;

 treni in frenatura in presenza di treni in accelerazione;  treni in frenatura in assenza di treni in accelerazione.

Questa considerazione può fornire, seppure in maniera approssimata, un indirizzo qualitativo e quantitativo sulla possibilità di rendere efficace il processo di recupero e riutilizzo dell’energia prodotta per frenatura dal treno. Considerando l’estratto del diagramma orario rilevato di Figura 49, si individuano, per ogni intervallo di tempo pari a 10 secondi, gli intervalli con i treni nelle fasi sopra descritte, come riportato in ordinata negli istogrammi che seguono.

Figura 49 Estratto dall'orario grafico nella tratta Baldo degli Ubaldi – Ottaviano tra le 7:00 e le 7:15. I pallini evidenziano gli istanti di inizio e fine del moto e il punto mediano, transizione convenzionale tra accelerazione e frenatura.

Dall’esame del diagramma si è rilevato che, negli istanti di 10 secondi considerati:  il numero di treni in accelerazione sono 99;

 il numero di treni in frenatura sono 102;

 il numero di treni in frenatura in presenza di treni in accelerazione sono 53;  il numero di treni in frenatura in assenza di treni in accelerazione sono 49. È possibile allora definire tre tipi di indicatori:

 un indicatore generale di energia prodotta rispetto a quella consumata (I(E0)): il calcolo è

esprimibile come rapporto tra la somma di tutti i treni in frenatura e la somma di tutti i treni in accelerazione;

 un indicatore dell’energia prodotta in frenatura e recuperabile per trazione (I(E0) / I(ET)): il

calcolo è esprimibile come rapporto tra l’indicatore generale di energia prodotta rispetto a quella consumata (I(E0)) e un indicatore definito dal rapporto tra la somma di tutti i treni in

53  un indicatore della energia prodotta in frenatura e non recuperabile per trazione (I(E0) / I(EP))

esprimibile come rapporto tra l’indicatore generale di energia prodotta rispetto a quella consumata (I(E0)) e un indicatore definito dal rapporto tra la somma di tutti i treni in frenatura

in assenza di treni in accelerazione (I(EP)). Questo indicatore fornisce una informazione sulla

possibilità di recuperare energia prodotta in frenatura, non tra treno e treno, ma mediante metodologie e dispositivi diversi, quali ad esempio accumulatori di energia installati a bordo treno oppure nelle SSE.

Le considerazioni sulla possibilità di recupero dell’energia prodotta in frenatura possono essere indagate verificando le potenzialità di una variazione temporale del diagramma orario dei treni in esercizio. In modo del tutto generale tale verifica è attuabile modificando ad esempio la traccia oraria di un unico treno. Tale procedura è stata posta in essere modificando (anticipando e posticipando) la traccia oraria del treno 22 (corsa n.2), in verde nei grafici, di ±10 secondi e di ±20 secondi ponendo come base le tracce orarie derivate dal diagramma orario fornito da Atac (Figura 50, Figura 55, Figura 60, Figura 65 e Figura 70)

Per ogni scenario gli istogrammi mostrano il numero totale di treni in accelerazione (Figura 51, Figura 56, Figura 61, Figura 66 e Figura 71, che nell’intervallo spazio-tempo di riferimento sono costantemente 99), il numero totale di treni in frenatura (Figura 52, Figura 57, Figura 62 Figura 67 e Figura 72, che sono costantemente 102), il numero di treni in frenatura in presenza di treni in accelerazione (Figura 53, Figura 58, Figura 63, Figura 68 e Figura 73) e il numero di treni in frenatura in assenza di treni in accelerazione (Figura 54, Figura 59, Figura 64, Figura 69 e Figura 74), questi ultimi variabili in base alle condizioni di anticipo o di posticipo della traccia oraria rispetto alla situazione originale.

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Figura 51 Numero di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario rilevato.

Figura 52 Numero di treni in frenatura in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario rilevato.

Figura 53 Numero di treni in frenatura in presenza di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario rilevato.

Figura 54 Numero di treni in frenatura in assenza di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario rilevato.

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Figura 55 Estratto del diagramma orario di durata 15 minuti tra Baldo degli Ubaldi ed Ottaviano. Il treno 22 originale è in grigio mentre il nuovo treno 22 anticipato di 10 secondi è evidenziato in verde.

Figura 56 Numero di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario con offset di -10 secondi.

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Figura 58 Numero di treni in frenatura in presenza di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario con offset di -10 secondi.

Figura 59 Numero di treni in frenatura in assenza di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi – Scenario con offset di -10 secondi.

Figura 60 Estratto del diagramma orario di durata 15 minuti tra Baldo degli Ubaldi ed Ottaviano. Il treno 22 originale è in grigio mentre il nuovo treno 22 anticipato di 20 secondi è evidenziato in verde.

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Figura 61 Numero di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario con offset di -20 secondi.

Figura 62 Numero di treni in frenatura in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario con offset di -20 secondi.

Figura 63 Numero di treni in frenatura in presenza di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario con offset di -20 secondi.

Figura 64 Numero di treni in frenatura in assenza di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi – Scenario con offset di -20 secondi.

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Figura 65 Estratto del diagramma orario di durata 15 minuti tra Baldo degli Ubaldi ed Ottaviano. Il treno 22 originale è in grigio mentre il nuovo treno 22 posticipato di 10 secondi è evidenziato in verde.

Figura 66 Numero di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario con offset di +10 secondi.

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Figura 68 Numero di treni in frenatura in presenza di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario con offset di +10 secondi.

Figura 69 Numero di treni in frenatura in assenza di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi – Scenario con offset di +10 secondi.

Figura 70 Estratto del diagramma orario di durata 15 minuti tra Baldo degli Ubaldi ed Ottaviano. Il treno 22 originale è in grigio mentre il nuovo treno 22 posticipato di 20 secondi è evidenziato in verde.

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Figura 71 Numero di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario con offset di +20 secondi.

Figura 72 Numero di treni in frenatura in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario con offset di +20 secondi.

Figura 73 Numero di treni in frenatura in presenza di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi - Scenario con offset di +20 secondi.

Figura 74 Numero di treni in frenatura in assenza di treni in accelerazione in un intervallo di tempo di 10 secondi – Scenario con offset di +20 secondi.

61 Il riepilogo degli effetti di una variazione temporale della traccia oraria (anticipo e posticipo) del treno 22, corsa 2 è riportato nella Tabella 11 e in riferimento agli indicatori temporali di recupero dell’energia prodotta in frenatura possono essere dedotte interessanti considerazioni in merito al problema in studio.

Tabella 11 Riepilogo sulle eventualità temporali di recupero di energia: elaborazioni sulla base dei dati estratti dal diagramma orario e per offset di ±20, ±10 secondi del treno 22, sull’orario originale rilevato.

Figura 75 Andamento degli indici illustrati in Tabella 11.

A parità di treni in accelerazione (99) e di treni in frenatura (102), un anticipo della traccia del treno 22 (-10 secondi oppure -20) conduce ad una diminuzione del numero di treni in frenatura in presenza di treni in accelerazione e quindi dell’indice (I(E0) / I(ET)) temporale di recupero tra treno e treno (da

0.54 a 0.52).

Un posticipo della traccia del medesimo treno (+10 secondi o +20 secondi) produce un aumento del numero di treni in frenatura in presenza di treni in accelerazione e parimenti un incremento dell’indice

Δt

Istanti con treni in fase di accelerazione

FA

Istanti con treni in fase di frenatura FF I(E0)= FA/FF FA contemporaneamente a FF (FCT) I(ET)= FCT/FF I(E0)/I(ET) FA non contemporanamente a FF (FNC) I(EP)= FNC/FF I(E0)/I(EP) -20 99 102 0.97 51 0.50 0.52 51 0.50 0.52 -10 99 102 0.97 52 0.51 0.53 50 0.49 0.51 0 99 102 0.97 53 0.52 0.54 49 0.48 0.49 10 99 102 0.97 56 0.55 0.57 46 0.45 0.46 20 99 102 0.97 59 0.58 0.60 43 0.42 0.43

62 temporale di recupero dell’energia tra treno e treno (I(E0) / I(ET)), che aumenta da 0.54 a 0.60 (pari a

circa il 10%).

Tale effetto si nota anche dal grafico (traccia in rosso), che all’aumentare del posticipo temporale della traccia del treno 22, presenta un incremento.

Considerazioni opposte si deducono se si analizza l’indice di recupero Treno-SSE (I(E0) / I(EP)): al

crescere della eventualità di recupero dell’energia tra treno e treno, viene meno la possibilità che l’energia rigenerata in frenatura e immessa in linea possa essere inviata su eventuali dispositivi di accumulazione o di reimmissione in linea primaria posti nelle SSE.

Una modalità per poter recuperare l’energia rigenerata può essere quella di rinviarla sulla rete esterna attraverso l’utilizzo di SSE reversibili.

Si sono sviluppate tecniche di commutazione attraverso l’utilizzo di componenti quali i tiristori IGBT che permettono lo scambio di energia in modo continuo, come negli inverter per il controllo del motore di trazione, nelle due modalità alternata-continua e continua-alternata. In questo caso la stessa apparecchiatura, raddrizzatore-inverter può essere utilizzata nella trasformazione dell’energia alternata in continua e viceversa.