Sistema Accumulo innovativo

Attività - Studio delle strategie di controllo per la gestione di sistemi di accumulo a supercondensatori e criteri di dimensionamento. Stato dell’arte - Le tecniche di controllo degli azionamenti di trazione sono destinate ad assolvere due compiti di fondamentale importanza. Esse devono, innanzitutto, provvedere al governo della trazione, convertendo in opportuni segnali elettrici di comando del convertitore di potenza i comandi di accelerazione, decelerazione e frenata prodotti dal conducente. È, altresì, essenziale che tutte le operazioni siano eseguite in modo da assicurare il massimo rendimento di conversione energetica del veicolo e la maggior durata dei componenti e apparati elettrici, elettrochimici ed elettronici. Il funzionamento intrinseco dei convogli per il trasporto pubblico e privato prevede accelerazioni, fasi di mantenimento della velocità di crociera, frenature e periodi di sosta. Questo implica che i veicoli ad alimentazione elettrica assorbano dalla linea di contatto una corrente non costante. I maggiori assorbimenti si hanno durante le fasi di accelerazione, mentre si possono avere anche fasi di rigenerazione verso rete durante le fasi di frenatura. Questo si traduce nel fatto che la potenza assorbita dalla linea di contatto ha un valore quadratico medio notevolmente maggiore del valore medio, con conseguente incremento delle perdite per effetto Joule sulla rete e dei costi associati all’impegno di potenza. La rigenerazione in rete, inoltre, è strettamente subordinata alla richiesta di un picco di potenza da parte di un altro convoglio nello stesso intervallo di tempo. È stato ampiamente dimostrato nella letteratura tecnica che l’impiego dei supercondensatori a bordo dei veicoli permette di poter immagazzinare l’energia cinetica in fase di decelerazione del veicolo in tempi dell’ordine dei secondi con rendimenti di carica-scarica molto elevati (0.95 - 0.98 fino a metà della tensione nominale), quindi in grado di migliorare il rendimento del recupero di energia elettrica nonostante la capacità dei supercondensatori sia piuttosto limitata. Tale caratteristica dei supercondensatori è dovuta al processo di accumulo che avviene per natura prevalentemente elettrostatica e comporta quindi ridotte resistenze interne delle celle. Inoltre l’impiego a bordo di un sistema di accumulo con le suddette caratteristiche permette di limitare i picchi di assorbimento della corrente dalla linea di contatto utilizzando l’energia di frenatura durante le successive fasi di accelerazione, con conseguente riduzione delle perdite in linea ed in sottostazione oltre che una stabilizzazione del livello di tensione della catenaria. Tali vantaggi hanno impatto immediato in termini di riduzione dei costi economici di infrastruttura della rete di alimentazione e distribuzione dell’energia (dimensionamento della catenaria e delle sottostazioni, aumento delle distanze tra le sottostazioni), aumento delle prestazioni del servizio di trasporto in termini di incremento della velocità media commerciale ed impiego di maggiori veicoli sulle linee esistenti. Infine riduzione drastica del costo della potenza impegnata oltre che quella energetica. Le tecniche di controllo degli azionamenti di trazione devono, dunque, anche provvedere a una opportuna ripartizione degli assorbimenti e della restituzione di energia tra la rete e i supercondensatori. È, allora, necessario utilizzare sistemi integrati per il controllo coordinato dell’azionamento di trazione e dei dispositivi di elettronica di potenza, che presiedono agli scambi energetici tra il carico e le sorgenti di alimentazione. Un’appropriata strategia di controllo deve rendere il più possibile costante la corrente erogata dalla linea di contatto attraverso il supporto dei supercondensatori ed a ripristinare lo stato di carica di questi ultimi non appena la corrente richiesta è inferiore alla massima corrente di linea ritenuta accettabile. Un elemento di interesse per il controllo dei flussi di potenza dell’azionamento è il livello medio di carica dei supercondensatori per il ciclo di riferimento in funzione della velocità del convoglio. Minore infatti è l’energia immagazzinata nei supercondensatori ad elevata velocità, maggiori sono i margini per un recupero di energia in frenatura.