Un veicolo che transita sul modulo attiva un generatore elettromeccanico e l’energia elettrica viene resa fruibile mediante un convertitore elettronico che ne permette la connessione alla rete elettrica per alimentare caselli autostradali e stazioni di servizio.
La soluzione è stata sviluppata da Movyon, centro di eccellenza per la ricerca e l’innovazione del Gruppo Autostrade per l’Italia e leader nello sviluppo e nell’integrazione di soluzioni avanzate di Intelligent Transport Systems e monitoraggio delle infrastrutture.
I primi test sono stati avviati da Autostrade per l’Italia con Movyon in A1 nell’area di servizio di Arno Est e proseguiranno anche con la sperimentazione in una pista di esazione (www.movyon.com).
Una delle sfide più significative al giorno d’oggi consiste nella necessità di individuare delle fonti energetiche alternative, efficienti e poco impattanti, che possano aiutare a ridurre sempre di più il consumo da fonti fossili ed abbattere le emissioni di CO2.
Più in dettaglio, le fonti energetiche alternative hanno il vantaggio di catturare e convertire energia altrimenti persa in energia sfruttabile, per generare energia elettrica. Spesso, si pensa solo a fonti indotte da fenomeni atmosferici (e.g. radiazione solare, vento ecc). È possibile, però, che l’energia possa essere recuperata anche da fonti non propriamente naturali, quali il traffico.
Diversi sono gli studi mirati a raggiungere tale obiettivo, con particolare focus al recupero dell’energia cinetica. Le auto, infatti, quando approcciano ad una zona di rallentamento, si trovano con un esubero di energia cinetica che obbliga il conducente ad azionare il dispositivo frenante. Tale energia in eccesso viene di conseguenza convertita in calore (dissipato sui freni) e gas di scarico.
Questa stessa quantità di energia potrebbe essere “catturata” da un dispositivo di recupero, in grado di convertirla in energia elettrica. Diversi esempi sfruttano delle strutture basate su materiali piezoelettrici, con realizzazione di geometrie (ad esempio a “cilindro” o a “piatto”) atte ad ottimizzare lo sfruttamento in ambito stradale.
Altre tipologie di dispositivi, come quello in esame, sfruttano recuperatori di energia basati su azionamenti di tipo meccanico.
Obiettivi del progetto
Il progetto di sperimentazione “KEHV” ha come obiettivo lo sviluppo e l’installazione di una piattaforma capace di trasformare in energia elettrica l’energia cinetica dovuta al passaggio di flussi veicolari. Tale tecnologia mira a recuperare l’energia cinetica dei veicoli in decelerazione che andrebbe altrimenti dissipata in calore ai freni.
Per tale ragione, l’applicabilità di tale tecnologia viene valutata in due principali contesti autostradali, quello della pista di esazione dotata di sistema di telepedaggio e quello della rampa di accesso alle aree di servizio.
L’attività si propone quindi di sviluppare un sistema integrato con i principali sistemi di gestione e monitoraggio dell’infrastruttura autostradale che possa produrre energia in situazioni operative complementari a quelle tipiche delle tecnologie del fotovoltaico.
Descrizione tecnica
Il recupero di energia avviene mediante l’utilizzo dell’impianto Lybra, realizzato dalla Startup 20energy Srl, che si presenta come un “tappeto” a filo asfalto, la cui l’installazione avviene senza variazioni di quota nelle zone di decelerazione, come mostrato nelle Figure 1 e 2 sopra.
Quando un veicolo transita su Lybra, il suo peso ne comprime la superficie aumentando l’attrito dovuto al rotolamento della ruota e rallentando il veicolo. Durante questo processo, la compressione attiva un generatore all’interno del modulo che trasforma l’energia assorbita dalla struttura in energia elettrica.
L’energia prodotta viene poi stabilizzata da un sistema di gestione e controllo contenuto nel modulo e trasferita ad un inverter fotovoltaico standard, col fine di consentirne l’uso per autoconsumo su posto.
I risultati attesi
Si stima che un impianto installato in una area di decelerazione percorsa mediamente da 9.000 veicoli al giorno è potenzialmente in grado di produrre fino a 30.000 kWh all’anno (30 MWh/anno), in condizioni di traffico ordinario.
Il punto di consegna elettrico viene fornito a valle di un inverter e collegato direttamente al POD dell’utilizzatore finale. Pertanto, l’energia prodotta può essere utilizzata dalle utenze collegate alla stessa cabina di distribuzione. Pensiamo ad esempio all’area di servizio.
In questo caso, l’energia prodotta dall’impianto viene utilizzata per alimentare l’illuminazione, la cartellonistica pubblicitaria e può essere anche utilizzata per alimentare in parte le stazioni di ricarica dei veicoli elettrici. Analogamente, nel caso della stazione di esazione, l’energia generata può essere utilizzata dall’impianto del casello (casse, sbarre, ecc.).
Vantaggi energetici e ambientali
Se consideriamo un impianto in grado di produrre 30 MWh/anno di energia elettrica, possiamo stimare che questo consenta una riduzione di circa 11 t di CO2eq/anno. Tale valore risulta di grande impatto, soprattutto se si considera la possibilità di installare i moduli in diversi punti strategici della rete autostradale.
Per capire meglio l’entità dei 30 MWh/anno, inoltre, è possibile considerare che tale valore è equivalente al consumo annuo di energia elettrica di un condominio di 40 persone (10 famiglie). Ulteriore confronto, più vicino al settore autostradale, può essere fatto considerando che una barriera autostradale quale quella di Firenze Ovest consuma circa 60 MWh/anno di energia elettrica. Pertanto, installando solo due impianti KEHV, sarebbe possibile azzerare completamente il fabbisogno energetico da rete di quella barriera.
Un vantaggio del KEHV è sicuramente la maggiore continuità e prevedibilità della fonte di energia “traffico” rispetto alla fonte solare. Di fatto, un impianto fotovoltaico produce solo durante le ore diurne, con variabilità legate al meteo, e il suo profilo di generazione non combacia con quello dei consumi elettrici.
Al contrario, KEHV produce durante tutta la giornata, dato che il suo profilo di produzione dipende solo dal traffico, rivelandosi di fatto uno strumento complementare rispetto al fotovoltaico.
Ulteriore vantaggio di KEHV, consiste nel fatto che l’impianto non erode spazio del territorio, poiché necessita solo di una riqualificazione di una strada già esistente, visto che è installato allo stesso livello dell’asfalto e non provoca alcun impatto ambientale né visivo.
KEHV: Obiettivi della sperimentazione
Ad oggi la sperimentazione è partita sulla rete di Autostrade per l’Italia in A1 nell’area di servizio di Arno Est e proseguirà nei prossimi mesi anche con dei test in una pista di esazione.
L’obiettivo di Autostrade per l’Italia è realizzare una piattaforma, integrata con i principali sistemi di gestione e monitoraggio dell’infrastruttura autostradale, che possa produrre energia pulita oltre a quella tipica del fotovoltaico.
Oltre all’implementazione del sistema di recupero dell’energia cinetica, il team R&D di Movyon a sviluppato un modello previsionale della produzione da KEHV, in grado di stimare la producibilità di un eventuale impianto per ogni AdS e stazione/barriera.
Il modello permette inoltre di ottimizzare le installazioni, andando a incrociare i profili di consumo energetico (di AdS e stazioni) con i profili di traffico attesi, in modo da massimizzare la percentuale di energia prodotta che viene utilizzata direttamente in autoconsumo.
KEHV potrà essere integrato nei sistemi di gestione ottimizzata dell’energia che sono attualmente in fase di sviluppo nel team R&D di Movyon. Tali sistemi permetteranno di ottimizzare i flussi di potenza nelle Aree di Servizio autostradale, in modo da massimizzare l’autoconsumo di energia elettrica da fonti rinnovabili (KEHV, fotovoltaico e micro-eolico) al fine di ridurre la carbon footprint e contestualmente aumentare la resilienza energetica dell’infrastruttura autostradale.
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