Implementation of Bemu (Battery Electric Multiple Unit) on Pavia case study

European Commission has approved the Green Deal to reduce greenhouse emissions by about 55 % by 2030 compared to 1990 levels. Rail transport is a sector involved, where one solution for reducing environmental impact is the use of battery-powered rolling stock (BEMU) for regional service. Such rolling stock are already in service in some European countries. In Italy this technology is not yet used due to 3 kV DC traction system, for which the TSI ENE limits current absorption at train standstill. As a result, battery charging times are not compatible with the constraints of railway service. This work has two objectives. Firstly, a technical feasibility study is carried out for the introduction of BEMU on three hybrid lines in Pavia area, where nowadays the service is provided with diesel or diesel-electric rolling stock. Secondly, a new power supply system is proposed to allow battery charge in a time coherent with the features of the actual railway service. The feasibility study is performed by developing a model to compute the energy requirements of the rolling stock on the three lines under analysis. This makes it possible to size the battery required by the rolling stock to provide the service, and to simulate the SoC profile during running, in order to quantify the energy that must be charged at terminus station. Knowing then the charging power required to meet the dwell times, the study continues with the design of a power supply system that allows to exceed current limit imposed by TSI ENE. This system is developed with a focus on Pavia station, as it is critical both for BEMU charging times and for traffic volume. At the end of the discussion, a preliminary analysis is proposed to evaluate the economic sustainability of this project.

La Commissione Europea ha approvato il Green Deal per la riduzione delle emissioni di gas serra del 55% circa entro il 2030 rispetto ai livelli del 1990. Il trasporto ferroviario è un settore coinvolto, nel quale una soluzione per ridurre l’impatto ambientale è l’utilizzo di materiali rotabili a batteria (BEMU) per il servizio regionale. Tali rotabili sono già in servizio in alcuni stati europei. In Italia tale tecnologia non è ancora utilizzata a causa del sistema di trazione a 3 kV CC, per il quale la STI ENE limita fortemente gli assorbimenti di corrente a treno fermo. Di conseguenza i tempi di ricarica della batteria non sono compatibili con i vincoli del servizio ferroviario. Questo lavoro si pone due obiettivi. In primo luogo, si effettua lo studio di fattibilità tecnica per l’introduzione del BEMU su tre linee ibride nell’area di Pavia, attualmente percorse da materiali rotabili diesel o diesel-elettrici. In secondo luogo, si propone un nuovo sistema di alimentazione che consente la ricarica della batteria in tempi compatibili con l’attuale esercizio ferroviario. Lo studio di fattibilità è condotto attraverso lo sviluppo di un modello per il calcolo del fabbisogno energetico del materiale rotabile sulle tre linee in analisi. Questo consente di dimensionare la batteria necessaria al convoglio per effettuare il servizio e di simulare il profilo di SoC durante la marcia, così da quantificare l’energia da ricaricare a termine corsa. Nota quindi la potenza di ricarica necessaria per rispettare i tempi di ribattuta, lo studio prosegue con il dimensionamento di un sistema di alimentazione che consenta di superare gli attuali limiti imposti dalla STI ENE. Tale sistema è sviluppato con riferimento alla stazione di Pavia, in quanto critica sia per i tempi di ricarica del BEMU sia per il volume di traffico. Al termine della trattazione, si propone un’analisi preliminare in merito alla sostenibilità economica di tale progetto.