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Il percorso verso l'ottimizzazione del carburante nel trasporto ferroviario merci
Sfruttare la potenza delle soluzioni digitali
di David Eldredge, Adam Franco, Joseph Nazareth, William Schoonmaker e Kiron Viegas
Introduzione
Il carburante è un fattore importante nelle operazioni ferroviarie e comprende, in media, il 15-20% delle spese operative e il 90% delle emissioni di gas a effetto serra. Quindi, quando le ferrovie consumano meno carburante, è un vantaggio per le ferrovie e per l'ambiente: minori costi operativi e minori emissioni di carbonio.
Oggi, la ferrovia è la modalità più efficiente dal punto di vista energetico ed economico per spostare le merci. Le efficienze sono in crescita in tutto il settore da decenni. Nel 1980, i treni statunitensi di classe 1 trasportavano in media una tonnellata di merci per 235 miglia per gallone di carburante. Oggi, quella distanza è più che raddoppiata a 489 miglia con un solo gallone 1.
Allora, qual è il prossimo passo? In che modo le ferrovie portano l'ottimizzazione del carburante al livello successivo? Come può ogni treno essere il più efficiente? La risposta sta nei fattori che influiscono sull'utilizzo del carburante.
Impatti sul carburante
Ogni missione ha una serie di variabili che influiscono sull'efficienza del carburante:
- pendenza e curvatura della pista
- Variazione da pilota a pilota
- Restrizioni di velocità e condizioni del segnale
- Potenza eccessiva
- Frenata aggressiva
- Manutenzione del percorso
- Si incontra e passa
- Meteo
E tutto questo sullo sfondo di un ambiente in continua evoluzione. La sfida per ottenere risultati di sostenibilità di livello superiore non è solo gestire le variabili che influiscono sul consumo di carburante, ma farlo in modo coerente e su larga scala.
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Un approccio in tre fasi
Il percorso verso l'ottimizzazione e l'automazione del carburante
La tecnologia digitale è il fattore che consente di risolvere queste sfide e sbloccare tutto il potenziale del trasporto ferroviario merci efficiente e sostenibile. Attraverso dati, fisica, algoritmi e apprendimento automatico, Wabtec può rendere le locomotive più intelligenti, i treni più efficienti e le reti più fluide.
Per aiutare le ferrovie a realizzare i vantaggi dell'ottimizzazione del carburante attraverso soluzioni digitali, Wabtec ha sviluppato un framework che consente un approccio graduale con fasi sequenziali. Ogni fase si allinea cronologicamente ai fattori che influiscono sull'utilizzo del carburante con chiari obiettivi tattici. Un vantaggio fondamentale è che le ferrovie possono intervenire in qualsiasi fase e apportare miglioramenti incrementali immediati, riducendo al minimo i rischi e garantendo il ritorno sull'investimento. In definitiva, le ferrovie possono utilizzare questo framework per definire una strategia per raggiungere i massimi livelli di ottimizzazione e automazione del carburante.
Migliora la gestione dei treni
Il percorso verso l'ottimizzazione del carburante inizia qui:
1) Potenza distribuita
Per soddisfare la domanda di treni più lunghi e pesanti e garantire una gestione efficiente dei treni, i sistemi avanzati di alimentazione distribuita consentono il controllo remoto delle locomotive separate dalla locomotiva principale. Il sistema di alimentazione distribuita LOCOTROL® di Wabtec è un sistema di controllo e comunicazione collaudato che consente una distribuzione coordinata della potenza di frenata e trazione tra locomotive principali e remote, per una migliore efficienza del carburante, una maggiore capacità di trasporto e una riduzione dei costi operativi.
2) Cruise Control
Cruise Control Energy Management: Trip Optimizer™ è la base dell'ottimizzazione del carburante. Trip Optimizer consente ai conducenti di ottenere un utilizzo ottimale del carburante controllando automaticamente la velocità della locomotiva in tempo reale, riducendo la variabilità del conducente e aumentando la coerenza. Trip Optimizer tiene conto del terreno, della composizione del treno, delle limitazioni di velocità e delle condizioni operative per calcolare un profilo di velocità ottimale. Controlla automaticamente l'acceleratore della locomotiva e i freni dinamici per ridurre il consumo di carburante e garantire una gestione efficiente del treno. Trip Optimizer si integra con Distributed Power per migliorare ulteriormente la manovrabilità dei treni su treni più lunghi e pesanti.
Ottimizzazione Smart Train e rete
Aggiunge intelligenza e integrazione per incrementare i risparmi di carburante:
1) Potenza intelligente per tonnellata (Smart HPT)
L'eccesso di potenza comporta una riduzione dell'efficienza del carburante e un aumento delle emissioni di gas serra. Tradizionalmente, il processo per determinare la potenza per tonnellata è stato un processo manuale, con conseguenti ampie variazioni nell'efficienza del carburante tra i diversi treni. Inoltre, non era possibile controllare la potenza o isolare i motori quando un treno aveva più locomotive del necessario per un determinato segmento del percorso. Trip Optimizer Smart HPT ottimizza le prestazioni del treno riducendo automaticamente la potenza per tonnellata di treno senza influire sulla velocità, con un conseguente risparmio incrementale di carburante.
2) Integrazione di rete
Una pianificazione efficace dei permessi di transito è uno dei modi per gestire la lentezza della linea, risparmiare carburante e migliorare la prevedibilità del treno. La sfida consiste nel determinare il profilo di velocità e il piano di consegna, che ottimizza contemporaneamente le prestazioni e il risparmio di carburante su tutti i treni della rete. La combinazione di Trip Optimizer e Movement Planner consente il Pacing, che ridistribuisce e ottimizza il tempo di attesa sulla linea. Le ferrovie che utilizzano i treni lungo la rete consentono di ottenere risparmi incrementali di carburante grazie alla riduzione del consumo di carburante lungo il percorso.
Automazione
Consente una guida e una fermata del treno più accurate, con conseguente maggiore risparmio di carburante oltre a una migliore aderenza agli orari:
1) Regolazione automatica per segnali PTC/ATP
La possibilità di creare un piano di viaggio basato sui segnali PTC e sugli aggiornamenti delle restrizioni offre ulteriori risparmi di carburante. Trip Optimizer interfacciato con PTC/ATP aumenterà le opportunità offerte da Auto Mile, consentendo maggiori risparmi di carburante. Trip Optimizer con interfaccia PTC si adatta automaticamente alle modifiche della rete in tempo reale in base agli aggiornamenti del segnale e delle limitazioni di velocità. Regolando la velocità in base ai limiti PTC/ATP, Trip Optimizer rimane attivo in modalità Auto più a lungo, con conseguente maggiore risparmio di carburante.
2) Controllo automatico del freno pneumatico
L'aumento dell'inviluppo durante il quale Trip Optimizer opera comporta un maggiore risparmio di carburante. Trip Optimizer consente di risparmiare più carburante quando può essere utilizzato in modalità automatica per una parte maggiore del viaggio. L'obiettivo di Trip Optimizer Auto Air Brake Control è aumentare il numero di miglia percorse in modalità Auto mediante:
- Aggiungendo l'avvio e l'arresto all'area operativa
- Consentire a Trip Optimizer di azionare i freni ad aria compressa in base alle necessità per controllare la velocità del treno
- Consentire a Trip Optimizer di rimanere in modalità automatica sui segnali di avvicinamento
3) Miglia automatiche al 100%
L'estensione dell'intervallo di funzionamento di Trip Optimizer al 100% delle miglia automatiche consente la massima efficienza in termini di consumo di carburante.
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Mettendo tutto insieme
Path to Fuel Optimization and Automation di Wabtec mostra il quadro per ottenere la massima efficienza del carburante attraverso soluzioni digitali. Basato su un'architettura di sistema modulare, consente l'integrazione graduale di soluzioni avanzate di controllo e automazione dei treni. Ciò consente ai clienti di aumentare in modo incrementale i risparmi di carburante per raggiungere al meglio i loro obiettivi ambientali operativi e di sostenibilità. (Figura 4)
Conclusione
Che siate agli inizi o che stiate cercando ulteriori efficienze, Wabtec dispone di un portafoglio senza precedenti di prodotti digitali che offrono risultati di efficienza del carburante che contano.
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Figura 4: Percorso verso l'ottimizzazione e l'automazione del carburante
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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Adam Franco è Senior Digital Product Manager per LOCOTROL, Distributed Power e Remote Control presso Wabtec. Attualmente si concentra sulla fornitura di un livello più elevato di efficienza operativa ed efficienza del carburante attraverso il controllo remoto e il controllo dei droni.
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Joseph Nazareth è il leader della linea di prodotti LOCOTROL di Wabtec. Joe è appassionato di sviluppare soluzioni di controllo remoto che migliorino la produttività e l'efficienza delle operazioni dei treni merci e ha oltre 20 anni di esperienza nel farlo.
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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.