La Città Elettrica
Sommaire
LIFE CYCLE COST D’UN SYSTÈME DE BUS À FIL BIMODALE À BATTERIE DE TRACTION COMPARÉ DU POINT DE VUE ÉCONOMIQUE AU SYSTÈME DE BUS TRADITIONNEL
Depuis Mars 2005, est en service à Rome la ligne 90 de bus à fil avec des caractéristiques fortement innovatrices comme: manque de ligne de contacte dans le parcours de pénétration du centre ville (1,6 km), alimentation du moteur de traction par batterie au nickel et hydrures métalliques rechargée durant la marche en modalité traditionnelle. Sans tenir compte des coûts indirectes par pollution, etc., le thème de l’évaluation économique des coûts directes d’installation et fonctionnement, par rapport à la modalité de bus traditionnelle, peut dériver uniquement de la comparaison entre les respectifs Life Cycle Cost.
LIFE CYCLE COST D’UN SYSTÈME DE BUS À FIL BIMODALE À BATTERIE DE TRACTION COMPARÉ DU POINT DE VUE ÉCONOMIQUE AU SYSTÈME DE BUS TRADITIONNEL
Depuis Mars 2005, est en service à Rome la ligne 90 de bus à fil avec des caractéristiques fortement innovatrices comme: manque de ligne de contacte dans le parcours de pénétration du centre ville (1,6 km), alimentation du moteur de traction par batterie au nickel et hydrures métalliques rechargée durant la marche en modalité traditionnelle. Sans tenir compte des coûts indirectes par pollution, etc., le thème de l’évaluation économique des coûts directes d’installation et fonctionnement, par rapport à la modalité de bus traditionnelle, peut dériver uniquement de la comparaison entre les respectifs Life Cycle Cost.
Summary
LIFE CYCLE COST OF A BIMODAL TROLLEYBUS SYSTEM WITH TRACTION BATTERIES IN COMPARISON TO TRADITIONAL BUS
The new trolley-bus line n. 90 is being operated in Rome since March 2005 with highly innovative characteristics such as: lack of contact line in the line section penetrating the city centre (km 1,6), traction engine fed by a nichel and metallic hydride battery that is charged during vehicle traditional run. The economical evaluation of operation and installation direct costs of this transport solution, with respect to the traditional bus, can be done by comparing the relevant life cycle costs, without taking into account pollution indirect costs.
LIFE CYCLE COST OF A BIMODAL TROLLEYBUS SYSTEM WITH TRACTION BATTERIES IN COMPARISON TO TRADITIONAL BUS
The new trolley-bus line n. 90 is being operated in Rome since March 2005 with highly innovative characteristics such as: lack of contact line in the line section penetrating the city centre (km 1,6), traction engine fed by a nichel and metallic hydride battery that is charged during vehicle traditional run. The economical evaluation of operation and installation direct costs of this transport solution, with respect to the traditional bus, can be done by comparing the relevant life cycle costs, without taking into account pollution indirect costs.
Zusammenfassun
LCC EINES TROLLEYBUSYSTEMS, DESSEN ENERGIESPEISUNG VON EINER OBERLEITUNG ODER VON AKKUMMNLETOREN ENTLANG DER LINIE ERFOLGT. OKONOMISCHER VERGLEICH MIT EINEM TRADITIONELLEN BUSSYSTEM
Seit März 2005 ist im Betrieb in Rom eine Trolleybuslinie, deren Merkmalen sehr innovatorisch sich aufweisen. Die Energiespeisung erfolgt durch Nickel - und Metallischen idridenakkus im Teil der Linie (1,6 km), der im Stadtzentrum sich befindet. Der Rest der Linie ist mit einer normalen Oberleitungausgerustet. Neben eine kurze Systems Beschreibung und Funktionsweise, es werden Betriebs - und Unterhaltungskosten vorgestellt, die mit denen einer traditionellen Buslinie vergleicht warden.
LCC EINES TROLLEYBUSYSTEMS, DESSEN ENERGIESPEISUNG VON EINER OBERLEITUNG ODER VON AKKUMMNLETOREN ENTLANG DER LINIE ERFOLGT. OKONOMISCHER VERGLEICH MIT EINEM TRADITIONELLEN BUSSYSTEM
Seit März 2005 ist im Betrieb in Rom eine Trolleybuslinie, deren Merkmalen sehr innovatorisch sich aufweisen. Die Energiespeisung erfolgt durch Nickel - und Metallischen idridenakkus im Teil der Linie (1,6 km), der im Stadtzentrum sich befindet. Der Rest der Linie ist mit einer normalen Oberleitungausgerustet. Neben eine kurze Systems Beschreibung und Funktionsweise, es werden Betriebs - und Unterhaltungskosten vorgestellt, die mit denen einer traditionellen Buslinie vergleicht warden.
SOMMARIO - Dal marzo 2005, è in esercizio a Roma la linea filoviaria n°90 express, avente la caratteristica fortemente innovativa costituita dalla mancanza della linea di contatto nella tratta di penetrazione nel centro della città (km 1,6), essendo i motori elettrici di trazione dei filobus alimentati con una batteria al nichel e idruri metallici, ricaricata durante la marcia in modalità tradizionale sotto linea bifilare.
Non tenendo conto dei costi indiretti per le diverse forme di inquinamento ambientale generate dai tradizionali bus a gasolio (particolato atmosferico e rumori) il tema della valutazione circa la convenienza economica che scaturisce dai soli costi diretti di installazione ed esercizio, può derivare unicamente dal confronto tra i rispettivi LCC (Life Cycle Cost)
Non tenendo conto dei costi indiretti per le diverse forme di inquinamento ambientale generate dai tradizionali bus a gasolio (particolato atmosferico e rumori) il tema della valutazione circa la convenienza economica che scaturisce dai soli costi diretti di installazione ed esercizio, può derivare unicamente dal confronto tra i rispettivi LCC (Life Cycle Cost)
1. Life cycle testing delle batterie Ni- M(OH)
Ogni batteria Ni - M(OH) ha vita più o meno lunga a seconda della profondità del processo di carica e scarica a cui viene ciclicamente impegnata. Dal report tecnico inerente le batterie per veicoli elettrici pubblicato dallo Electric Power Research Institute U.S.A. (ed.2004), si ha notizia dei test di banco effettuati su batterie Ni - M(OH) ciclicamente caricate e scaricate con flussi di energia mantenuti al di sotto della loro capacità nominale, allo scopo di verificare l’influenza delle strategie di carica e scarica sulla durata di vita delle batterie stesse.
Ad esempio alcuni packs di batterie sono stati impegnati regolando i cicli con scarica contenuta al 20% della loro capacità nominale e poi ricaricati fino all’80% della stessa capacità, mentre altri packs sono stati impegnati sulla base di cicli pari al 40% della capacità e poi ricaricati fino al 60%.
I risultati dei test dimostrarono le elevatissime performances delle batterie Ni -M(OH) in fatto di cicli eseguibili fino a rottura attuando una specifica regolazione della loro carica e scarica, tanto che i risultati raggiunti eclissarono l'opinione precedentemente maturata sui veicoli elettrici leggeri, per i quali la vita normalmente attribuita alle batterie era di soli circa 1.750 cicli.
Dai test risulta che la totalità dell’energia fornita dalla batteria per tutto il tempo della sua vita (spesso misurata in kW/h totali) si incrementa non linearmente con il decrescere della profondità del ciclo di carica e scarica richiesto dalle condizioni di esercizio. Infatti, le tecniche che comportano più basse scariche rispetto alla capacità nominale della batteria comportano per essa meno stress elettrochimico, con il risultato pratico di migliorare il suo ciclo di vita.
Il grafico di fig. 1, elaborato sulla base dei test di cui si è fatto cenno, mostra questa relazione per le batterie Ni-M(OH) (per confronto sono pure indicate le caratteristiche di due tipologie di batterie piombo - acido). Mentre il DOD (Depth of Discharge) diminuisce, gli incrementi non lineari del ciclo di vita portano a significativi incrementi dell’energia totale erogata dalla batteria nel corso della sua vita.
In definitiva l’effetto pratico è quello di estendere notevolmente la vita della batteria quando le condizioni di esercizio consentano il controllo del SOC (State of Charge).
Ogni batteria Ni - M(OH) ha vita più o meno lunga a seconda della profondità del processo di carica e scarica a cui viene ciclicamente impegnata. Dal report tecnico inerente le batterie per veicoli elettrici pubblicato dallo Electric Power Research Institute U.S.A. (ed.2004), si ha notizia dei test di banco effettuati su batterie Ni - M(OH) ciclicamente caricate e scaricate con flussi di energia mantenuti al di sotto della loro capacità nominale, allo scopo di verificare l’influenza delle strategie di carica e scarica sulla durata di vita delle batterie stesse.
Ad esempio alcuni packs di batterie sono stati impegnati regolando i cicli con scarica contenuta al 20% della loro capacità nominale e poi ricaricati fino all’80% della stessa capacità, mentre altri packs sono stati impegnati sulla base di cicli pari al 40% della capacità e poi ricaricati fino al 60%.
I risultati dei test dimostrarono le elevatissime performances delle batterie Ni -M(OH) in fatto di cicli eseguibili fino a rottura attuando una specifica regolazione della loro carica e scarica, tanto che i risultati raggiunti eclissarono l'opinione precedentemente maturata sui veicoli elettrici leggeri, per i quali la vita normalmente attribuita alle batterie era di soli circa 1.750 cicli.
Dai test risulta che la totalità dell’energia fornita dalla batteria per tutto il tempo della sua vita (spesso misurata in kW/h totali) si incrementa non linearmente con il decrescere della profondità del ciclo di carica e scarica richiesto dalle condizioni di esercizio. Infatti, le tecniche che comportano più basse scariche rispetto alla capacità nominale della batteria comportano per essa meno stress elettrochimico, con il risultato pratico di migliorare il suo ciclo di vita.
Il grafico di fig. 1, elaborato sulla base dei test di cui si è fatto cenno, mostra questa relazione per le batterie Ni-M(OH) (per confronto sono pure indicate le caratteristiche di due tipologie di batterie piombo - acido). Mentre il DOD (Depth of Discharge) diminuisce, gli incrementi non lineari del ciclo di vita portano a significativi incrementi dell’energia totale erogata dalla batteria nel corso della sua vita.
In definitiva l’effetto pratico è quello di estendere notevolmente la vita della batteria quando le condizioni di esercizio consentano il controllo del SOC (State of Charge).
Fig. 1 - Numero dei cicli di vita della batteria in funzione della loro profondità di scarica.
Da tali considerazioni si evince che per il migliore dimensionamento delle batterie di cui dotare i veicoli impiegati su una linea data, ai fini della loro massima durata e minimo life cycle cost di sistema, è innanzi tutto necessario conoscere il consumo specifico di energia richiesto dai veicoli stessi, correlato al profilo plano-altimetrico della linea ed alle caratteristiche di marcia in termini di stop and go.
Per l’elaborazione delle considerazioni che seguono si è presa come base l’esperienza fatta con i filobus bimodali impiegati sulla linea filoviaria 90, ricavando gli elementi tecnici ed economici necessari per il calcolo del LCC del sistema filoviario di cui trattasi; sulla base del calcolo dei rispettivi LCC sarà poi eseguito il confronto tra le diverse modalità equivalenti sotto il profilo trasportistico (filobus tradizionale, filobus bimodale, autobus tradizionale a gasolio).
Per l’elaborazione delle considerazioni che seguono si è presa come base l’esperienza fatta con i filobus bimodali impiegati sulla linea filoviaria 90, ricavando gli elementi tecnici ed economici necessari per il calcolo del LCC del sistema filoviario di cui trattasi; sulla base del calcolo dei rispettivi LCC sarà poi eseguito il confronto tra le diverse modalità equivalenti sotto il profilo trasportistico (filobus tradizionale, filobus bimodale, autobus tradizionale a gasolio).
2. Descrizione della linea filoviaria 90
- Lunghezza di giro della linea 22,2 km, di cui: tratta con marcia sotto rete aerea 19,0 km, tratta con marcia su batteria 3,2 km;
- N°6 Sottostazioni elettriche aventi tensione di alimentazione 750 V;
- N°1 Deposito.
Schematicamente la linea può essere rappresentata come in fig. 2 e fig.3.
- N°6 Sottostazioni elettriche aventi tensione di alimentazione 750 V;
- N°1 Deposito.
Schematicamente la linea può essere rappresentata come in fig. 2 e fig.3.
Fig. 2 - Schema linea filobus 90 express.
Fig. 3 - Profilo altimetrico linea filobus 90 express
Renzo Emili
Il filobus utilizzato è un veicolo snodato avente lunghezza 18 m. Il veicolo è bimodale potendo percorrere tratte di percorso in assenza della linea elettrica aerea. Le fonti di energia utilizzate sono la stessa linea aerea (750 Vcc) e le batterie di trazione situate a bordo (480 Vcc). Per contenere l’estensione del processo di carica e scarica delle batterie di trazione secondo parametri predefiniti lo stesso processo è controllato da uno specifico software di gestione che, in modalità batteria, provvede anche ad escludere gli impianti di climatizzazione mantenendo in funzione la sola ventilazione.
Le caratteristiche del veicolo sono:
-Lunghezza 18.000 mm;
-Larghezza 2.550 mm;
-Peso a vuoto 20.100 kg;
-Peso a pieno carico 30.000 kg;
-Passeggeri (seduti) 139 (46);
-Pendenza massima superabile 12% (9% in batteria).
Le caratteristiche del veicolo sono:
-Lunghezza 18.000 mm;
-Larghezza 2.550 mm;
-Peso a vuoto 20.100 kg;
-Peso a pieno carico 30.000 kg;
-Passeggeri (seduti) 139 (46);
-Pendenza massima superabile 12% (9% in batteria).
3. Il veicolo
Fig. 4 - Schema a blocchi del filobus.
4. Caratteristiche principali delle batterie di trazione e strategie di controllo del SOC
-Tipologia: Nichel Metallo Idruro (Ni-MH);
-Peso: 840 kg;
-Tensione nominale: 480 Vcc;
-Capacità nominale : 80 Ah;
-Energia nominale: 38,4 kWh;
-Resistenza interna: Ri=0,18 Ohm
Fig.5-Rapporto tra SOCB e SOCd sulla base della relazione 4.1.
Come già detto per tale tipologia di batterie i life cycle laboratory bench tests, con SOC contenuto tra 80% ed il 20% della capacità nominale, hanno dimostrato un notevole aumento del numero dei cicli di carica e scarica effettuabili rispetto a quelli possibili con un SOC interamente esteso tra il 100% ed il 0% della capacità.
Di conseguenza occorre cercare di assicurare il più possibile tale condizione ed anzi migliorarla. Per tale motivo il software di gestione delle batterie di trazione di cui sono dotati i filoveicoli della linea 90 gestisce il processo secondo la relazione:
4.1 SOCd = (2 * SOCB ) - 60%
Dove SOCd è lo stato di carica visto dal conducente sul cruscotto di bordo e SOCB è lo stato di carica reale della batteria (fig. 5). In questo modo il conducente è allertato per carica apparente pari allo 0% quando la batteria in realtà è stata scaricata al limite del 30%. Mentre quando le batterie sono realmente allo stato di carica dell’80%, il conducente “vede” il 100%.
Considerando i valori nominali, l’energia teorica immagazzinata nelle batterie di trazione, secondo questo software di gestione, ammonterebbe a:
4.2 EBteorica = VB (V) * IB(Ah)·* SOCB(%) [kWh]
Sulla base dei valori nominali sopra esposti, risulterà:
4.3 EBteorica (100%)= 480*80 [kWh] = 38,4 [kWh]
Limitando il SOC della batteria all’80% l’energia teoricamente utilizzabile risulterà:
4.4 EBteorica (80%) = 480 * 80 * 0,8 [kWh] = 30,72 [kWh]
Volendo favorire le ragioni di preservazione della durata della batteria, contenendo lo stato di carica all’80% della capacità nominale e lo stato di scarica non oltre il 30%, ne consegue che l’energia effettivamente disponibile è:
4.5 EBdisponibile = 480 * 80 * 0,5 [kWh] = 19,20 [kWh]
Di conseguenza occorre cercare di assicurare il più possibile tale condizione ed anzi migliorarla. Per tale motivo il software di gestione delle batterie di trazione di cui sono dotati i filoveicoli della linea 90 gestisce il processo secondo la relazione:
4.1 SOCd = (2 * SOCB ) - 60%
Dove SOCd è lo stato di carica visto dal conducente sul cruscotto di bordo e SOCB è lo stato di carica reale della batteria (fig. 5). In questo modo il conducente è allertato per carica apparente pari allo 0% quando la batteria in realtà è stata scaricata al limite del 30%. Mentre quando le batterie sono realmente allo stato di carica dell’80%, il conducente “vede” il 100%.
Considerando i valori nominali, l’energia teorica immagazzinata nelle batterie di trazione, secondo questo software di gestione, ammonterebbe a:
4.2 EBteorica = VB (V) * IB(Ah)·* SOCB(%) [kWh]
Sulla base dei valori nominali sopra esposti, risulterà:
4.3 EBteorica (100%)= 480*80 [kWh] = 38,4 [kWh]
Limitando il SOC della batteria all’80% l’energia teoricamente utilizzabile risulterà:
4.4 EBteorica (80%) = 480 * 80 * 0,8 [kWh] = 30,72 [kWh]
Volendo favorire le ragioni di preservazione della durata della batteria, contenendo lo stato di carica all’80% della capacità nominale e lo stato di scarica non oltre il 30%, ne consegue che l’energia effettivamente disponibile è:
4.5 EBdisponibile = 480 * 80 * 0,5 [kWh] = 19,20 [kWh]
5. Il processo di carica e scarica della batteria di trazione del filobus 90 express durante il percorso di giro e suo bilancio energetico
Fig. 6 - Andamento del SOCd in funzione della progressione del percorso di giro, con partenza da P.zza dei Cinquecento e ritorno (registrazione dati SOCd effettuata al cruscotto del conducente)
In fig. 6 è rappresentato in tratto in colore nero l’andamento del processo di carica e scarica della batteria durante l’intero percorso di giro, pari a di 22,2 km, come ottenuto dallo scarico dati della memoria di bordo di un filobus (registrazione dati SOCd effettuata al cruscotto del conducente), con un passo di campionamento di 2 m, e veicolo marciante mediamente con i 2/3 del carico (massa complessiva di circa 27.600 kg), in orario cosiddetto di “punta” (tra le ore 7,00 e le 9,00).
Nello stesso grafico di fig. 6 è inoltre rappresentata (in colore verde) la registrazione della tensione all’ingresso dell’inverter di trazione in modo da mettere in relazione gli eventi collegati alla variazione della tensione ai morsetti d’ingresso dello stesso inverter con il percorso di giro, rappresentato sulle ascisse in distanze chilometriche, rispetto al punto di riferimento “km zero” assunto in corrispondenza del capolinea in Piazza dei Cinquecento.
Per ogni lunghezza di giro, il percorso effettuato con marcia in modalità batteria è 3,2 km, quello effettuato in modalità rete è 19 km.
Come detto nel grafico all’ascissa 0 km è situato il capolinea in Piazza dei Cinquecento, da tale punto il veicolo marcerà in direzione esterna verso l’altro capolinea di Largo Labia muovendosi in modalità batteria fino all’ascissa 1,6 km in via Nomentana, dove è situato l’organo di riaggancio delle aste di captazione alla linea di contatto (fig.7). In tale punto la tensione all’inverter di trazione è commutata dal valore di 480V in uscita dalla batteria al valore di 750 V della linea di contatto. Pertanto da tale punto il filobus si muove in modo tradizionale utilizzando l’energia captata dalla linea di contatto.
Nello stesso grafico di fig. 6 è inoltre rappresentata (in colore verde) la registrazione della tensione all’ingresso dell’inverter di trazione in modo da mettere in relazione gli eventi collegati alla variazione della tensione ai morsetti d’ingresso dello stesso inverter con il percorso di giro, rappresentato sulle ascisse in distanze chilometriche, rispetto al punto di riferimento “km zero” assunto in corrispondenza del capolinea in Piazza dei Cinquecento.
Per ogni lunghezza di giro, il percorso effettuato con marcia in modalità batteria è 3,2 km, quello effettuato in modalità rete è 19 km.
Come detto nel grafico all’ascissa 0 km è situato il capolinea in Piazza dei Cinquecento, da tale punto il veicolo marcerà in direzione esterna verso l’altro capolinea di Largo Labia muovendosi in modalità batteria fino all’ascissa 1,6 km in via Nomentana, dove è situato l’organo di riaggancio delle aste di captazione alla linea di contatto (fig.7). In tale punto la tensione all’inverter di trazione è commutata dal valore di 480V in uscita dalla batteria al valore di 750 V della linea di contatto. Pertanto da tale punto il filobus si muove in modo tradizionale utilizzando l’energia captata dalla linea di contatto.
Fig.7-Tegolino per l’aggancio automatico delle aste di captazione alla linea di contatto.
Da detto punto inizia anche il processo di ricarica della batteria di trazione che, nel caso esaminato, termina in corrispondenza dell’ascissa 7 km. In corrispondenza dell’ascissa 11,1 km è situato il capolinea di Largo Labia.
Da Largo Labia riprendendo la marcia nel verso opposto, in corrispondenza dell’ascissa 20,6 km termina la marcia sotto linea di contatto ed inizia di nuovo la marcia in modalità batteria verso il capolinea di Piazza dei Cinquecento (confrontare con lo schema di fig.2). In questo citato punto ovviamente la tensione all’ingresso dell’inverter di trazione passa dal valore di 750 V della linea di contatto al valore di 480V erogato dalla batteria.
In corrispondenza delle ascisse 2 km e 20,2 km si osserva l’effetto del transito delle aste di captazione sulla zona “neutra” situata all’altezza di Via Nomentana di intersezione del sistema filoviario con quello tranviario (confrontare con grafico di fig.6, dove si osserva l’oscillazione a zero della tensione all’ingresso dell’inverter di trazione).
Come si può notare (fig.6), quando il filobus si sgancia dalla rete in corrispondenza del punto di sezionamento “Porta Pia”, in direzione Stazione Termini corrispondente alla progressiva di giro km 20,6, il SOCd km 20,6 vale 100% (cui corrisponde un SOCB km 20,6 dell’80%, confrontare con fig.5). Come già detto da questo punto per la marcia del veicolo sono utilizzate le sole batterie di trazione.
L’energia utilizzata in questa fase dal veicolo è rilevata dalla strumentazione di bordo mediante la misura della corrente erogata dalla batteria: IBk= ITk + IAUXk, essendo Itk la corrente erogata all’inverter nell’intervallo di campionamento e IAUXk la corrente erogata ai servizi ausiliari nello stesso intervallo.
Supponendo in prima approssimazione costante la tensione della batteria nel corso del processo di scarica fino alla progressiva di giro km 1,6, lo stato di scarica della batteria, dovuto alla sola energia uscente dalla stessa batteria è rappresentato nel grafico di fig. 6 dal valore del SOCd, che scende a circa il 72%.
Come è rilevabile dalla registrazione rappresentata in fig. 6, per le necessità del motore di trazione, durante la marcia in batteria risulta scaricato il 28% del SOCd, ossia, vedi grafico di fig. 5, il 14% del SOCB.
Come anche si osserva nel grafico di fig. 6 all’atto dell’aggancio delle aste di captazione in corrispondenza del sezionamento Porta Pia il processo di ricarica delle batterie riprende invece da un valore di SOCd pari al 60% (a cui corrisponde un SOCB km 1,6 = al 60% come mostrato nel grafico di fig. 5). Ciò è dovuto all'energia Edj, richiesta dai processi dissipativi all'interno della batteria durante la scarica. Di conseguenza l'effettivo stato di carica della batteria dopo aver percorsi i 3,2 km risulterà dalla relazione:
SOCB km 20,6 - SOCB km 1,6 = 80% - 60% = 20%
Pertanto, il fabbisogno energetico complessivo che ha dovuto erogare la batteria nel percorso di 3,2 km risulterà il seguente:
EB 3,2 km = 38,4 * 0,20 = 7,68 kWh
Di conseguenza, Il fabbisogno specifico per km necessario per la marcia del veicolo in modalità batteria nel caso esaminato è risultato pari a 2,4 kWh / km.
6. Conclusione
L’estensione della raccolta dei dati e le osservazioni dei consumi medi di energia per un anno solare e per l’intero parco circolante, estese sia alla tratta con marcia su batteria che a quella con marcia sotto bifilare, ha evidenziato un consumo medio di energia che, per i calcoli relativi al computo del LCC del sistema filoviario in questione, può essere assunto mediamente pari a:
2,2 kWh/km.
Da Largo Labia riprendendo la marcia nel verso opposto, in corrispondenza dell’ascissa 20,6 km termina la marcia sotto linea di contatto ed inizia di nuovo la marcia in modalità batteria verso il capolinea di Piazza dei Cinquecento (confrontare con lo schema di fig.2). In questo citato punto ovviamente la tensione all’ingresso dell’inverter di trazione passa dal valore di 750 V della linea di contatto al valore di 480V erogato dalla batteria.
In corrispondenza delle ascisse 2 km e 20,2 km si osserva l’effetto del transito delle aste di captazione sulla zona “neutra” situata all’altezza di Via Nomentana di intersezione del sistema filoviario con quello tranviario (confrontare con grafico di fig.6, dove si osserva l’oscillazione a zero della tensione all’ingresso dell’inverter di trazione).
Come si può notare (fig.6), quando il filobus si sgancia dalla rete in corrispondenza del punto di sezionamento “Porta Pia”, in direzione Stazione Termini corrispondente alla progressiva di giro km 20,6, il SOCd km 20,6 vale 100% (cui corrisponde un SOCB km 20,6 dell’80%, confrontare con fig.5). Come già detto da questo punto per la marcia del veicolo sono utilizzate le sole batterie di trazione.
L’energia utilizzata in questa fase dal veicolo è rilevata dalla strumentazione di bordo mediante la misura della corrente erogata dalla batteria: IBk= ITk + IAUXk, essendo Itk la corrente erogata all’inverter nell’intervallo di campionamento e IAUXk la corrente erogata ai servizi ausiliari nello stesso intervallo.
Supponendo in prima approssimazione costante la tensione della batteria nel corso del processo di scarica fino alla progressiva di giro km 1,6, lo stato di scarica della batteria, dovuto alla sola energia uscente dalla stessa batteria è rappresentato nel grafico di fig. 6 dal valore del SOCd, che scende a circa il 72%.
Come è rilevabile dalla registrazione rappresentata in fig. 6, per le necessità del motore di trazione, durante la marcia in batteria risulta scaricato il 28% del SOCd, ossia, vedi grafico di fig. 5, il 14% del SOCB.
Come anche si osserva nel grafico di fig. 6 all’atto dell’aggancio delle aste di captazione in corrispondenza del sezionamento Porta Pia il processo di ricarica delle batterie riprende invece da un valore di SOCd pari al 60% (a cui corrisponde un SOCB km 1,6 = al 60% come mostrato nel grafico di fig. 5). Ciò è dovuto all'energia Edj, richiesta dai processi dissipativi all'interno della batteria durante la scarica. Di conseguenza l'effettivo stato di carica della batteria dopo aver percorsi i 3,2 km risulterà dalla relazione:
SOCB km 20,6 - SOCB km 1,6 = 80% - 60% = 20%
Pertanto, il fabbisogno energetico complessivo che ha dovuto erogare la batteria nel percorso di 3,2 km risulterà il seguente:
EB 3,2 km = 38,4 * 0,20 = 7,68 kWh
Di conseguenza, Il fabbisogno specifico per km necessario per la marcia del veicolo in modalità batteria nel caso esaminato è risultato pari a 2,4 kWh / km.
6. Conclusione
L’estensione della raccolta dei dati e le osservazioni dei consumi medi di energia per un anno solare e per l’intero parco circolante, estese sia alla tratta con marcia su batteria che a quella con marcia sotto bifilare, ha evidenziato un consumo medio di energia che, per i calcoli relativi al computo del LCC del sistema filoviario in questione, può essere assunto mediamente pari a:
2,2 kWh/km.
