La salvaguardia dell’ambiente passa anche da una riduzione del consumo energetico da parte di treni e metropolitane. Risparmio di energia e diminuzione delle emissioni di CO2 nell’atmosfera sono i grandi obiettivi di MyRailS, il progetto di ricerca europeo, coordinato dall’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM), che ha scelto EXPO Ferroviaria 2019 per presentare i risultati dei suoi primi due anni di lavoro.
Dopo il workshop tenutosi lo scorso 21 febbraio a Napoli, al Museo Nazionale Ferroviario di Pietrarsa, il confronto con gli stakeholder continua quindi per MyRailS, il cui nome per esteso è “Metrology for Smart Energy Management in Electric Railway Systems”. Una gestione “smart” dell’energia è infatti la chiave per rendere più efficiente il trasporto su treno e metropolitana e diminuire i consumi. La metrologia, cioè la scienza delle misure, offre il proprio contributo sviluppando tecniche e procedure per migliorare le misurazioni di energia e qualità della potenza e strumenti per quantificare l’impatto derivante dall’installazione di sistemi di recupero dell’energia.
Verso trasporti a basso impatto ambientale
“Gli ambiziosi traguardi di riduzione dell’anidride carbonica nell’atmosfera, fissati dall’Europa per il 2050, non possono non coinvolgere i trasporti, responsabili per il 28% delle emissioni di CO2”, spiega Domenico Giordano dell’INRIM, coordinatore del progetto che annovera partner scientifici e industriali da tutta l’Europa. “La transizione verso trasporti a basso impatto ambientale passa per l’elettrificazione di questi ultimi. Conoscere quanto consuma un mezzo di trasporto o, in altri termini, quale impatto ha sull’ambiente diviene sempre più importante per studiare sistemi più efficienti”, continua il ricercatore.
La locomotiva al servizio della scienza
Non bisogna dimenticare che, oltre ad assorbire energia in fase di trazione, i treni sono in grado di produrne in fase di frenatura. Misurare sia l’energia consumata, sia l’energia prodotta significa dare un valore preciso all’attuale efficienza del sistema ferroviario e porre le basi per interventi mirati a una migliore gestione dell’energia.
“È quanto ha fatto MyRailS negli ultimi mesi con un setup sperimentale installato sulla locomotiva E464-041, in servizio sulle linee regionali piemontesi. Dalle analisi condotte risulta che nel tratto da Bardonecchia a Torino, a fronte di un consumo dovuto alla trazione del convoglio di circa 600 kWh, 300 vengono recuperati in fase di frenatura, utilizzati da altri treni di passaggio, mentre circa 180 sono dissipati sotto forma di calore per mezzo dei reostati di frenatura” racconta Giordano.
Il recupero dell’energia dissipata è possibile tramite tecnologie innovative e non ancora diffuse in ambito ferroviario. Si tratta delle sottostazioni reversibili, punti di alimentazione che permettono un flusso di energia bidirezionale, cioè non solo dalla rete ferroviaria al treno, come avviene ora, ma anche in senso opposto.
L’installazione di queste sottostazioni, così come quella di supercondensatori per immagazzinare l’energia, richiede però un investimento notevole.
Ne vale la pena?
“L’esperimento condotto sulla locomotiva E 464-041 dimostra che, in alcune tratte, come il percorso in discesa da Bardonecchia a Torino, lo sforzo economico di adeguare l’infrastruttura sarebbe conveniente: il consumo del trenorisulterebbe infatti quasi completamente compensato dalla produzione di energia durante le fasi di frenatura; il setup sperimentale sarà ora trasferito sulla metropolitana di Madrid per compiere altre misurazioni, che saranno condotto prima e dopo l’installazione di sottostazioni reversibili per una valutazione completa costi-benefici”, risponde Domenico Giordano.
Chi utilizza paga
Una contabilizzazione precisa e affidabile dei consumi è ormai indispensabile anche a causa dei principi “user pays” e “polluter pays” (“chi utilizza paga” e “chi inquina paga”), che l’Europa intende applicare nel prossimo futuro. I nuovi treni devono quindi essere in grado di fornire l’indicazione dei propri consumi.
MyRailS si preoccupa allora di garantire l’affidabilità dei misuratori del consumo di energia presenti nel sistema ferroviario a partire dal momento in cui vengono installati. Sono inoltre necessarie norme comuni per verificarne le capacità di misura: se per i contatori di casa ogni paese può infatti stabilire le proprie regole, un misuratore a bordo di un treno, che circola per l’Europa, va tarato secondo criteri che accertino il suo livello di precisione o meglio, come dicono i metrologi, il suo grado di accuratezza in maniera inoppugnabile. MyRailS contribuisce anche al processo di elaborazione di standard condivisi.
La garanzia di una misura affidabile
MyRailS ha sviluppato due sistemi per verificare le capacità metrologiche dei misuratori di energia: uno per la corrente alternata e l’altro per la corrente continua. In entrambi i casi i sistemi sono in grado di riprodurre in laboratorio i segnali di tensione e corrente che sono realmente applicati al pantografo di una locomotiva, simulando la potenza scambiata tra il treno e il sistema di alimentazione.
Mediante il confronto con misuratori di energia più precisi, che costituiscono il riferimento, è possibile verificare la correttezza della misura effettuata dall’oggetto in prova. Con i sistemi proposti da MyRailS la taratura – che deve essere periodica – può anche essere effettuata direttamente a bordo del veicolo.
Interoperabilità ferroviaria a livello europeo
La garanzia di misure precise e affidabili è anche funzionale alla costituzione di uno spazio ferroviario comune di cui l’Europa sta ponendo le basi attraverso l’emanazione di regolamenti noti come Quarto Pacchetto Ferroviario. Un altro obiettivo di MyRailS è infatti l’interoperabilità ferroviaria, ovvero la possibilità di far circolare liberamente i treni di ogni paese in ciascuno degli stati dell’Unione Europea.
Durata, partner e finanziatori del progetto
Il progetto MyRailS, iniziato il 1° settembre 2017, ha durata triennale e vanta un ampio consorzio di partner provenienti dal mondo della ricerca e dell’industria. Collaborano infatti con l’INRIM gli istituti di metrologia di Repubblica Ceca (CMI), Spagna (LCOE-FFI), Francia(LNE), Svizzera (METAS), Regno Unito (NPL) e Olanda (VSL), l’Università degli Studi della Campania, la University of Strathclyde del Regno Unito, l’Universidad Pontificia Comillas di Madrid e il centro francese di ricerca Railenium.
Fondamentale è la partecipazione dei partner industriali del settore ferroviario come il Gruppo Ferrovie dello Stato Italiane – attraverso Rete Ferroviaria Italiana, il gestore dell’infrastruttura nazionale, 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).
Il progetto è finanziato da EURAMET, l’associazione degli istituti metrologici europei, tramite il programma EMPIR(European Metrology Programme for Innovation and Research), e da Horizon 2020, il programma europeo per la ricerca e l’innovazione.
