Figura 2.8: Modello del controllo del chopper
2.2
Modello del nodo ferroviario
Il modello del nodo ferroviario nel suo complesso `e stato realizzato metten- do insieme le singole linee che lo compongono. Sostanzialmente si `e proceduto, in prima battuta, alla realizzazione delle singole linee, pertanto sono state ricre- ate ognuna delle quattro linee, rispettivamente: la Piacenza-Bologna-Rimini, la Pistoia-Bologna-Prato, la Verona-Bologna e la Padova-Bologna.
Dunque per ogni singola linea si `e proceduto alla realizzazione di pi`u modelli sul quale si sono svolte le simulazioni preliminari in pi`u configurazioni di sistema di accumulo:
2.2 Modello del nodo ferroviario 19
Figura 2.9: Modello della singola linea con batteria senza convertitore
2.2 Modello del nodo ferroviario 20
Dopodich`e, dato che da un punto di vista elettrico, la connessione principale che mette insieme tutte e quatto le linee avviene all’altezza della stazione di Santa Viola, che come precedentemente descritto, si pone a 3240 m dalla stazione di Bologna e, difatti, `e la sottostazione elettrica pi`u vicina al capolinea di Bologna Centrale. In virt`u di queste constatazioni la scelta del posizionamento del sistema di accumulo `e ricaduto proprio in loco a tale sottostazione, sfruttando la sua posizione baricentrica rispetto al nodo e le sue connessioni elettriche con tutte le linee.
In figura 2.11 si mostra il modello completo nodo ferroviario di Bologna Centrale con un singolo treno per linea, il cui numero pu`o essere chiaramente ampliato a seconda delle necessit`a, inoltre ogni treno pu`o essere attivato o disattivato a piacimento secondo il contesto di simulazione che si vuole riprodurre.
2.2 Mo dello del no do ferro viario 21
Capitolo 3
Simulazioni
In questo capitolo saranno presentati i risultati delle simulazioni effettuate, discutendo tali dati al fine di esplicare le problematiche ed i vantaggi delle soluzioni adottate nel contesto del nodo ferroviario.
Innanzitutto va chiarito il primo punto fondamentale che riguarda il profilo di decelerazione adottata poich´e per un contesto di comfort, nel pieno rispetto dei limiti ammissibili, `e stato scelto un profilo a decelerazione pressoch´e costante con valori di accelerazione di -0,5 m/s2 per tutti i treni in arrivo al nodo. Si `e poi
proceduto a verificare che i convogli seguissero il profilo di velocit`a di riferimento designato attraverso simulazioni preliminari:
23
Figura 3.1: Profilo di velocit`a di un treno ad Alta Velocit`a in ingresso al nodo
24
Figura 3.3: Profilo di velocit`a di un treno Regionale in ingresso al nodo
Sempre per quanto riguarda la verifica del modello, si `e proceduto ad osservare che effettivamente, coprendo lo spazio percorso, i treni arrivassero al capolinea di Bologna Centrale in assenza di anomalie delle grandezze principali monitorate, ovvero tensioni e correnti.
Nell’ottica di individuare la frequenza degli arrivi dei singoli treni e degli arrivi contemporanei di pi`u treni `e stato consultato il tabellone degli orari dei treni in arrivo alla stazione. Da questo sono stati registrati gli eventi in modo tale da avere una panoramica completa su quale treno arrivasse, da dove e valutare le contemporaneit`a. Viene pertanto riportato nella seguente tabella la sintesi del tale lavoro di ricognizione, ricordo che in precedenza si sono distindi i treni ad Alta Velocit`a a seconda della loro provenienza poich´e i treni provenienti da Prato e da Piacenza dovranno attraversare i Punti di Origine Catenaria (POC) situati in prossimit`a delle sottostazioni di S. Ruffillo (in arrivo da Prato) e di Lavino (in arrivo da Piacenza) ad una velocit`a limitata di 120 km/h, per cui si ha:
25
Categoria treno Frequenza giornaliera Alta Velocit`a 36
Alta Velocit`a (POC) 129
InterCity 69
Regionale 270
Tabella 3.1: Frequenze degli arrivi di tutti i treni del nodo ferroviario
Per un totale di 504 treni. Inoltre `e possibile suddividere ulteriormente i treni andando a vedere quali di questi sono coinvolti in arrivi contemporanei, consideran- do una contemporaneit`a esatta ovvero un arrivo nel solito istante. Si `e preso in considerazione solamente la contemporaneit`a esatta di arrivo poich´e in tutti gli altri casi abbiamo uno scarto di almeno 2 minuti tra l’arrivo di un treno e l’altro, pertanto considerando i tempi di frenatura dei convogli analizzati `e stata ipotiz- zata una non interazione tra le frenate di treni con arrivi distanziati di un tempo pari o superiore a 2 minuti, si analizza quindi la numerosit`a di treni che arrivano singolarmente e non nelle tabelle 3.2 e 3.3:
Categoria treno Frequenza giornaliera Alta Velocit`a 13
Alta Velocit`a (POC) 73
InterCity 48
Regionale 187
Tabella 3.2: Frequenze degli arrivi dei treni non coinvolti in contemporaneit`a
Mentre il resto dei convogli transitanti nel nodo effettuano arrivi in contempo- raneit`a con altri treni, nelle combinazioni (e con frequenza) descritte dalla tabel- la 3.3.
26
Tipologia della contemporaneit`a Frequenza giornaliera
R+R 16 R+IC 8 R+AV 7 R+AVpoc 28 IC+IC 4 IC+AVpoc 2 AV+AVpoc 13 R+R+R 3 R+R+IC 2 R+R+AV 1 R+R+AVpoc 1 R+IC+AVpoc 2 R+AV+AVpoc 1
R+AVpoc+AVpoc 4
IC+AV+AVpoc 1
Tabella 3.3: Tipologie e frequenze delle contemporaneit`a
In sintesi si hanno un totale di arrivi di treni non coinvolti in contemporaneit`a pari a 321, mentre gli eventi di arrivi contemporanei sono nel complesso 93, per un totale di 414 eventi.
Questo numero risulta essere molto importante poich´e `e pari al numero di cicli giornaliero che la batteria, nel sistema di accumulo, dovr`a effettuare.
Per quanto riguarda l’operativit`a e la linea seguita per il lancio delle simulazioni, si `e proceduto a svolgere in maniera preliminare simulazioni per modelli separati ovvero su singole linee al fine di verificare il modello e iniziare a capire come le quote parti dell’energia cinetica venissero a ripartirsi tra i vari componenti del convoglio.
3.1 Scelta del sistema di accumulo 27
3.1
Scelta del sistema di accumulo
Per quanto riguarda il sistema di accumulo `e stata scelta una batteria sulla base delle simulazioni effettuate sui casi pi`u critici. Sono stati osservati princi- palmente due parametri quali l’oscillazione percentuale della carica della batteria (delta SOC%), di modo tale che rimanesse entro range contenuti, e la corrente di carica la quale risulta nel caso peggiore essere circa tre volte la corrente nominale di cella. Pertanto `e stato scelto il seguente sistema di accumulo:
Capacit`a nominale di cella 350 Ah Tensione minima di cella 3,3 V Tensione massima di cella 4,1 V Corrente massima di cella 3.500 A Numero celle in serie 1.000 Numero celle in parallelo 1 Rendimento riferito a 300 A 95%
Tabella 3.4: Caratteristiche del sistema di accumulo
Tale batteria `e stata scelta grazie a un procedimento iterativo di simulazione nel quale si `e osservato il delta SOC percentuale al fine di garantire una vita utile della batteria che soddisfacesse l’ottimizzazione economica preposta. Dunque la scelta `e ricaduta su una batteria da 1.295 kWh (=350 Ah · 3,7 V · 1.000) etichettata sul mercato come High Power - High Energy.