L'industria intermodale è alla costante ricerca di nuove soluzioni per rendere le operazioni più sostenibili. Per gli operatori dei terminal è fondamentale raggiungere gli obiettivi di sostenibilità e, allo stesso tempo, migliorare le prestazioni e l'efficienza dei costi. Grazie a nuovi approcci, è possibile ottenere un'alimentazione completamente elettrica per le attrezzature di movimentazione dei container, anche in casi eccezionali dove prima non era possibile.
LA STRUTTURA INTERMODALE DI NORFOLK SOUTHERN AD AUSTELL
Norfolk Southern Corporation è uno dei maggiori vettori ferroviari degli Stati Uniti, con numerosi terminal sulla costa orientale. Uno di questi terminal intermodali si trova ad Austell, appena fuori Atlanta, in Georgia. In questo terminal avviene un'importante transizione: si passa dal "solo funzionamento su ruote" a una combinazione di "funzionamento su ruote" e "funzionamento di impilamento a terra". Una parte del terminal sarà quindi gestita da sei gru a cavalletto gommate (RTG) Kuenz Freerider, in grado non solo di caricare e scaricare camion e treni, ma anche di gestire una pila di container. Con questa transizione, lo spazio del terminal sarà utilizzato in modo più efficiente e, di conseguenza, il terminal raddoppierà la sua capacità intermodale internazionale.
I Freerider Kuenz presentano il noto design a portale con una struttura eccezionalmente rigida e aerodinamica. Inoltre, un sistema di sollevamento innovativo e rigido con un sistema di micromovimentazione direttamente sul carrello e uno spreader rotante migliora la produttività della gru. Ulteriori sistemi di assistenza, come il sistema anticollisione e le telecamere, completano le caratteristiche della gru. Tuttavia, in questo elenco manca uno degli aspetti più importanti nella scelta della migliore soluzione RTG per un terminal: l'alimentazione elettrica.
SISTEMATICAMENTE ALLA SOLUZIONE PIÙ ADATTA
Nel funzionamento attuale, la fonte di alimentazione degli RTG è costituita principalmente da gruppi elettrogeni diesel. Il problema principale di un RTG alimentato da un gruppo elettrogeno diesel convenzionale è che la dimensione del motore diesel è determinata dalla richiesta di potenza di picco, che si verifica solo in situazioni molto specifiche. Ciò significa che la potenza elettrica in uscita del gruppo elettrogeno deve essere superiore a 400 kilowatt. Tuttavia, per la maggior parte del tempo di funzionamento, il gruppo elettrogeno è enormemente sovradimensionato, il che comporta consumi ed emissioni molto elevati. Oltre a ulteriori problemi dovuti all'elevata rumorosità e agli sforzi di manutenzione dovuti alla grande capacità del gruppo elettrogeno.
La considerazione successiva e ovvia riguarda la combinazione di un gruppo elettrogeno diesel più piccolo e di una batteria agli ioni di litio come sistema di accumulo dell'energia, nota anche come soluzione ibrida diesel-elettrica. I vantaggi sono molteplici. In questo caso, il gruppo elettrogeno diesel viene utilizzato solo per caricare la batteria. Pertanto, la potenza richiesta è molto più bassa (120 kilowatt di potenza elettrica) e la richiesta di energia è costante.
Inoltre, il motore diesel funziona solo per il 50-70% del tempo di funzionamento. La batteria non viene caricata solo dal gruppo elettrogeno, ma anche dal recupero e dal riutilizzo dell'energia prodotta dalla frenata e dalla riduzione dei carichi. Questa caratteristica aumenta ulteriormente i risparmi sul consumo di carburante, tanto che in totale il risparmio raggiunge il 60 percento. La riduzione del consumo di carburante si traduce di conseguenza in una diminuzione delle emissioni. Rispetto al suddetto gruppo elettrogeno di grande capacità, questa soluzione ibrida avrebbe portato a una riduzione annuale delle emissioni di carbonio di oltre 1.000 tonnellate per sei gru. Tenendo conto di tutti gli aspetti, compreso l'impegno di manutenzione, il periodo di ammortamento per l'aggiunta della soluzione ibrida diesel-elettrica è tipicamente compreso tra due e tre anni. Tuttavia, l'ibrido diesel-elettrico è spesso solo una considerazione intermedia. Anche per Austell il vero obiettivo era un'operazione a emissioni zero con RTG completamente elettrici alimentati da avvolgicavi. Oltre all'enorme riduzione dei costi operativi, c'è anche il vantaggio di una connessione fisica alla rete di terminali tramite fibra ottica nel cavo.
Soprattutto per stabilire la possibilità di passare al funzionamento a distanza in una fase successiva, la fibra ottica è la soluzione migliore e più affidabile per la comunicazione tra le gru e la rete di terminali. Di solito, la soluzione migliore è un avvolgicavo con alimentazione a media tensione, ad esempio a 15 kilovolt. L'alimentazione delle gru in media tensione offre il vantaggio di poter distribuire alle gru livelli di potenza elevati, mentre la sezione del cavo può essere mantenuta relativamente piccola e quindi leggera ed economica. Tuttavia, per molte strutture intermodali può essere molto impegnativo attivare una rete elettrica a media tensione, che spesso comporta costi infrastrutturali eccessivi. Questo era anche il caso della struttura di Austell. Il requisito era quindi che le gru fossero alimentate con una rete a bassa tensione da 480 volt e con una potenza massima a terra di 100 kilowatt. D'altra parte, il picco di richiesta di ogni gru è più di quattro volte superiore.
Pertanto, Kuenz ha avuto l'idea di implementare un sistema di accumulo di energia su ogni gru.
I VANTAGGI DIFFUSI DELLA SOLUZIONE IBRIDA COMPLETAMENTE ELETTRICA
Una batteria agli ioni di litio viene utilizzata come sistema di accumulo di energia. Viene caricata da un lato dalla rete elettrica e dall'altro dal recupero e dal riutilizzo dell'energia prodotta dalla frenatura e dall'abbassamento dei carichi. In questo modo, tutta l'energia di recupero viene riutilizzata direttamente sulla gru e il fabbisogno di energia da terra viene mantenuto a un livello costante di 100 kilowatt. I picchi di richiesta degli azionamenti sono forniti dal sistema di accumulo di energia. Rispetto agli RTG convenzionali, le emissioni di anidride carbonica dei motori diesel vengono completamente eliminate, con un'enorme riduzione di oltre 2.100 tonnellate di CO2 per sei gru all'anno. Inoltre, i costi operativi sono enormemente ridotti. Da un lato, perché non ci sono costi per il carburante diesel e, dall'altro, perché gli sforzi di manutenzione e i tempi di inattività sono molto inferiori. Inoltre, il livello di rumorosità è notevolmente ridotto e il sistema di batterie fornisce energia ogni volta che le gru sono scollegate dalla rete elettrica.
Ad esempio, quando le gru cambiano corsia o si dirigono verso un luogo di manutenzione. Altrimenti, sarebbe necessario un altro piccolo gruppo elettrogeno o una piccola batteria per fornire energia per queste manovre.
ULTERIORI APPLICAZIONI E OPZIONI
Per gli RTG a propulsione completamente elettrica esistono due soluzioni principali per l'alimentazione da terra: i sistemi a bobina di cavi e i sistemi a binario conduttore (detti anche sistemi a sbarra). Anche per quest'ultimo è possibile realizzare un sistema ibrido completamente elettrico. In questo caso, la minore e costante richiesta di potenza consente di ridurre i costi del sistema a rotaia conduttrice.
Se si prevede che i cambi di blocco o di corsia debbano essere eseguiti molto spesso, sono disponibili soluzioni automatizzate adatte per entrambi i sistemi di alimentazione. In questo caso, l'RTG si scollega e si collega automaticamente alla rete elettrica terrestre prima e dopo il cambio di blocco.
TRE MOTIVI CHIAVE PER IMPLEMENTARE I SISTEMI DI ACCUMULO DI ENERGIA SULLE GRU PER CONTAINER
Tutti i motivi sono applicabili non solo alle RTG ma anche alle gru a cavalletto montate su rotaia (RMG), un approccio nuovo nel settore.
- Abbassare il livello di tensione:
L'applicazione presso il terminal di Austell dimostra che i sistemi di accumulo di energia consentono di alimentare le gru a bassa tensione e con un livello di potenza di soli 100 kilowatt. Oltre al vantaggio di evitare costi infrastrutturali eccessivi per un'alimentazione a media tensione, l'alimentazione a bassa tensione può offrire ulteriori vantaggi in altri casi d'uso.
Se la ridondanza è essenziale, la rete a bassa tensione può essere supportata da uno o più gruppi elettrogeni fissi.
Inoltre, la manutenzione delle apparecchiature a media tensione richiede personale appositamente formato, cosa che non avviene per la bassa tensione.
- Riduzione dei picchi:
L'obiettivo della riduzione dei picchi è la minimizzazione o addirittura l'evitamento dei picchi di potenza.
La riduzione dei picchi di potenza per gli RTG di Austell è già stata descritta in precedenza. Ma anche per i grandi impianti RMG un sistema di accumulo di energia porta a una riduzione significativa dei picchi di richiesta e quindi può ridurre i cosiddetti costi di picco della domanda e, di conseguenza, i costi operativi.
Ad esempio, i picchi di potenza a breve termine dei grandi impianti RMG, superiori a 900 kilowatt, possono essere ridotti del 50%. I costi della domanda sono solitamente calcolati in base al livello medio di potenza in un intervallo di 15 minuti. Questi livelli medi di potenza possono essere ridotti del 30-40%.
- Mantenere l'energia sulla gru:
Per i terminal con una rete elettrica stabile e gru multiple, l'energia ricavata dal recupero viene di solito utilizzata direttamente da altre gru o da altri sistemi del terminal, come l'illuminazione o le scaffalature per i container. In questo modo, la domanda complessiva di energia si avvicina a un livello costante.
Tuttavia, per i terminal con poche gru e dove il recupero alla rete non è fattibile o non è conveniente, è vantaggioso anche un sistema di accumulo di energia sulla gru. In questo modo, l'energia rigenerata dagli azionamenti viene immagazzinata nella batteria e le spese energetiche complessive vengono ridotte.
In genere, fino al 30% dell'energia può essere immagazzinata e riutilizzata. Soprattutto in tempi di aumento dei costi energetici, questo è un aspetto importante.
SULL'AUTORE:
Philipp Gmeiner è responsabile del Product Management per le gru per container di Kuenz. In precedenza ha lavorato per diversi anni come ingegnere meccanico senior presso Kuenz e ha un background in Sales Engineering e Project Management per veicoli commerciali. Ha studiato presso l'Università di Tecnologia di Vienna e il KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma e ha conseguito un Master in Ingegneria Meccanica e Management.
"Con l'aiuto di Kuenz, stiamo installando sei nuove gru completamente elettriche presso il nostro terminal intermodale di Austell ", ha dichiarato Brad Carper, direttore delle operazioni terminalistiche di Norfolk Southern. "Queste gru elettriche non solo supportano l'espansione della capacità, ma sono anche più affidabili e ridurranno le nostre emissioni di carbonio. Grazie alla maggiore affidabilità, i nostri clienti avranno un'esperienza migliore. In definitiva, questa tecnologia consentirà a Norfolk Southern di liberare la potenza del nostro franchising intermodale e di crescere nel futuro".
Scritto per: Documento tecnico nell'ambito di Port Technology International - numero 130
