Smart HPT: un modo geniale per risparmiare carburante e ridurre le emissioni

Di David Eldredge, William Schoonmaker e Kiron Vegas

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Introduzione

Nel percorso verso livelli più elevati di efficienza del carburante e minori emissioni di gas serra, il controllo della potenza per tonnellata (HPT) è essenziale

Ecco perché: i requisiti di potenza variano in base alla composizione del treno, al terreno e ad altre condizioni operative. Quando le ferrovie costruiscono treni, devono assicurarsi di avere una potenza locomotiva sufficiente per superare il grado più ripido (grado dominante) del percorso. Ciò che accade in genere, tuttavia, è che il grado dominante è solo un piccolo segmento di un intero viaggio. Quindi, nel tentativo di soddisfare le esigenze della condizione più critica, si consuma un eccesso di potenza durante il resto del viaggio. E quell'eccesso di potenza si traduce in un maggiore consumo di carburante e nelle emissioni associate.

La chiave per risolvere questo problema è l'ottimizzazione della potenza per tonnellata.

Potenza per tonnellata: un primer

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Il rapporto tra la potenza della locomotiva e il peso del treno è di potenza per tonnellata. Nello specifico, viene calcolato sommando la potenza di tutte le locomotive del treno e dividendo per il peso (in tonnellate) del treno.

Il rapporto HPT risultante è importante perché è una metrica utilizzata per indicare quanta potenza è necessaria per un determinato treno. A seconda della quantità di carico trasportata, ad esempio, un treno può avere 75 vagoni e un altro treno può avere 100 vagoni. Quindi, l'uso dell'HPT, o potenza per tonnellata, come metrica aiuta a normalizzare la potenza utilizzata per tutti i treni su quella tratta. In tal modo, riduce il numero di locomotive utilizzate durante qualsiasi segmento del viaggio.

Quindi, come fanno le ferrovie a raggiungere uno specifico HPT?

Sfide

La gestione della potenza per tonnellata è impegnativa. Ecco un esempio:

• Supponiamo di avere il treno perfetto: due locomotive da 4.000 CV ciascuna e 8.000 tonnellate in coda. Per questo esempio, la mia regola ferroviaria è di funzionare a 0,5 HPT. Quindi, ciò significherebbe isolare manualmente una locomotiva. Ora, facciamo in modo che assomigli di più al mondo reale: arriva un'altra macchina. Quindi ora il mio treno pesa 8.100 tonnellate. Poiché la regola operativa è 0,5 HPT e l'unico interruttore che hai è accendere o spegnere una locomotiva, quel treno va da 0,49 HPT a 1,0 HPT. Quindi, finisci per dover far funzionare due locomotive per l'intero viaggio.

A ciò si aggiunge il difficile compito di controllare manualmente l'HPT. È difficile per gli umani capire di quanta energia hanno bisogno rispetto a quanta non ne hanno bisogno in ogni segmento del viaggio. Considerando la lunghezza del treno, i limiti di velocità, il terreno e le condizioni meteorologiche, il processo richiede molti sforzi manuali e mentali. Inoltre, tattiche come limitare la tacca o spegnere alcune locomotive richiedono la conformità dell'equipaggio e che quest'ultimo si ricordi di farlo. E tutto questo sullo sfondo di un ambiente in costante cambiamento. Il risultato: treni troppo potenti e inefficienza.

Quindi, in che modo le ferrovie risolvono queste sfide e sfruttano i vantaggi di una potenza ottimizzata per tonnellata? La risposta è l'automazione tramite Smart HPT.

Smart HPT

Smart HPT ottimizza le prestazioni del treno per un determinato obiettivo di potenza per tonnellata.

La base di Smart HPT si basa sul cruise control Trip Optimizer. Poiché Trip Optimizer dispone di dati sulla composizione e sui pesi dei treni e comprende il terreno e la topologia del binario, Smart HPT è in grado di determinare esattamente la potenza necessaria in ogni punto del percorso. Il risultato: le ferrovie risparmiano carburante e riducono le emissioni senza influire sulla velocità, automaticamente.

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Smart HPT è composto da tre funzionalità:

1. Smart Planner: evita l'eccessiva potenza limitando l'HPT del treno modificando il piano Trip Optimizer in modo che corrisponda al limite HPT richiesto dalla ferrovia per il treno e il percorso. Questa potente funzionalità automatizza la limitazione dell'HPT in base alla posizione del treno. Impedisce un treno troppo potente.
2. Auto Idle: identifica la potenza eccessiva e spegne automaticamente le unità in coda senza regolare la velocità del treno. Questa funzione riconosce che i motori delle locomotive sono più efficienti quando funzionano a regimi più elevati, quindi è meglio avere una locomotiva nella tacca 5, ad esempio, che averne tre nella tacca 2. Ogni volta che il sistema di inattività automatico rileva che la velocità del piano Trip Optimizer può essere mantenuta con una sola potenza di locomotiva, spegne le unità trainanti e funziona con solo l'unità principale in funzione.
3. Controllo di rete: isola automaticamente le locomotive in testa utilizzando il controllo intraconsistente. Le unità isolate seguiranno quindi le regole di chiusura specifiche per le ferrovie. Questa funzione consente all'unità principale di comandare all'unità posteriore di isolarsi, senza che qualcuno torni indietro e azioni fisicamente gli interruttori. Si tratta di un ulteriore risparmio di carburante, in quanto la locomotiva isolata viene gestita dall'Auto Engine Start Stop (AESS). Quindi, può spegnersi completamente e fa risparmiare carburante non funzionando affatto.

Inoltre, Smart HPT è in grado di determinare se una locomotiva non funziona alla velocità prevista e si autoregola di conseguenza, ripristinando la corrente per evitare stalli e rispettare gli orari.

Conclusione

Smart HPT elimina le congetture e la pianificazione mentale del controllo della potenza per tonnellata, senza rallentare il treno. Il risultato:

• Risparmio di carburante e riduzione delle emissioni: 5-10% (5% certificato EPA)
• Migliore manovrabilità dei treni

Informazioni sugli autori:

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Dave Eldredge è il leader della linea di prodotti di Wabtec per Trip Optimizer. È responsabile dello sviluppo e della commercializzazione di soluzioni di gestione dell'energia leader del settore. Dave ha oltre 17 anni di esperienza nell'elettronica digitale.

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William Schoonmaker è Product Manager di Wabtec. William ha oltre 25 anni di esperienza nello sviluppo e nell'implementazione di prodotti per il controllo dei treni merci, tra cui oltre 10 anni di lavoro su Trip Optimizer.

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Kiron Viegas è Product Manager presso Wabtec. Kiron ha lavorato per oltre 25 anni in ruoli di ingegneria e gestione dei prodotti nel settore tecnologico ed è appassionato di risolvere le sfide di sostenibilità e automazione nelle operazioni ferroviarie di trasporto merci.