In the last years, focusing on electric vehicles (EVs) is enhanced by nations due to the environmental reasons and the deficiency of fossil fuels. Meanwhile, supporting the required power of widespread EV charging infrastructures (EVCIs) would surcharge the power grid and cause some problems. Utilizing the inherent energy-saving method in electric railway systems (ERSs) known as regenerative braking energy (RBE) in strategic points, like parking areas close to railway stations or park-and-ride areas can help the grid to avoid overload situations and increase energy efficiency. In this research, a new collaborative charging method is proposed to charge EVs batteries by RBE of trains and taking advantage of batteries energy to auxiliary supply the trains during acceleration mode towards peak shaving purposes. In addition, the hybrid energy storage system (HESS) is also able to provide power to the grid through vehicle to grid (V2G) technology and mitigate the power demand from the grid and increase the efficiency. The optimization of the HESS sizing is performed by considering different driving scenarios and power demands. The results show that the HESS can significantly improve the energy efficiency of the railway system while reducing the overall energy consumption and cost. The simulation results are provided to validate the effectiveness of the proposed method with 24 hours’ train traffic considering the EV population number with different global charging/discharging rates and grid connection limits.

Negli ultimi anni, l'attenzione ai veicoli elettrici (EV) è aumentata dalle nazioni per ragioni ambientali e per la carenza di combustibili fossili. Nel frattempo, supportare la potenza richiesta delle diffuse infrastrutture di ricarica per veicoli elettrici (EVCI) sovraccaricherebbe la rete elettrica e causerebbe alcuni problemi. L'utilizzo del metodo di risparmio energetico intrinseco nei sistemi ferroviari elettrici (ERS) noto come energia di frenata rigenerativa (RBE) in punti strategici, come le aree di parcheggio vicino alle stazioni ferroviarie o le aree park-and-ride può aiutare la rete a evitare situazioni di sovraccarico e aumentare efficienza energetica. In questa ricerca, viene proposto un nuovo metodo di ricarica collaborativo per caricare le batterie dei veicoli elettrici tramite l'RBE dei treni e sfruttare l'energia delle batterie per alimentare i treni durante la modalità di accelerazione verso scopi di peak shaving. Inoltre, il sistema di accumulo di energia ibrido (HESS) è anche in grado di fornire energia alla rete attraverso la tecnologia da veicolo a rete (V2G) e mitigare la domanda di energia dalla rete e aumentare l'efficienza. L'ottimizzazione del dimensionamento HESS viene eseguita considerando diversi scenari di guida e richieste di potenza. I risultati mostrano che l'HESS può migliorare significativamente l'efficienza energetica del sistema ferroviario, riducendo al contempo il consumo energetico ei costi complessivi. I risultati della simulazione vengono forniti per convalidare l'efficacia del metodo proposto con il traffico ferroviario di 24 ore considerando il numero di veicoli elettrici con diverse velocità globali di carica/scarica e limiti di connessione alla rete.

Hybrid energy storage system for recovering regenerative braking energy of railway systems taking advantage of EVs battery

GOLNARGESI, MOSTAFA
2022/2023

Abstract

In the last years, focusing on electric vehicles (EVs) is enhanced by nations due to the environmental reasons and the deficiency of fossil fuels. Meanwhile, supporting the required power of widespread EV charging infrastructures (EVCIs) would surcharge the power grid and cause some problems. Utilizing the inherent energy-saving method in electric railway systems (ERSs) known as regenerative braking energy (RBE) in strategic points, like parking areas close to railway stations or park-and-ride areas can help the grid to avoid overload situations and increase energy efficiency. In this research, a new collaborative charging method is proposed to charge EVs batteries by RBE of trains and taking advantage of batteries energy to auxiliary supply the trains during acceleration mode towards peak shaving purposes. In addition, the hybrid energy storage system (HESS) is also able to provide power to the grid through vehicle to grid (V2G) technology and mitigate the power demand from the grid and increase the efficiency. The optimization of the HESS sizing is performed by considering different driving scenarios and power demands. The results show that the HESS can significantly improve the energy efficiency of the railway system while reducing the overall energy consumption and cost. The simulation results are provided to validate the effectiveness of the proposed method with 24 hours’ train traffic considering the EV population number with different global charging/discharging rates and grid connection limits.
BRENNA, MORRIS
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
4-mag-2023
2022/2023
Negli ultimi anni, l'attenzione ai veicoli elettrici (EV) è aumentata dalle nazioni per ragioni ambientali e per la carenza di combustibili fossili. Nel frattempo, supportare la potenza richiesta delle diffuse infrastrutture di ricarica per veicoli elettrici (EVCI) sovraccaricherebbe la rete elettrica e causerebbe alcuni problemi. L'utilizzo del metodo di risparmio energetico intrinseco nei sistemi ferroviari elettrici (ERS) noto come energia di frenata rigenerativa (RBE) in punti strategici, come le aree di parcheggio vicino alle stazioni ferroviarie o le aree park-and-ride può aiutare la rete a evitare situazioni di sovraccarico e aumentare efficienza energetica. In questa ricerca, viene proposto un nuovo metodo di ricarica collaborativo per caricare le batterie dei veicoli elettrici tramite l'RBE dei treni e sfruttare l'energia delle batterie per alimentare i treni durante la modalità di accelerazione verso scopi di peak shaving. Inoltre, il sistema di accumulo di energia ibrido (HESS) è anche in grado di fornire energia alla rete attraverso la tecnologia da veicolo a rete (V2G) e mitigare la domanda di energia dalla rete e aumentare l'efficienza. L'ottimizzazione del dimensionamento HESS viene eseguita considerando diversi scenari di guida e richieste di potenza. I risultati mostrano che l'HESS può migliorare significativamente l'efficienza energetica del sistema ferroviario, riducendo al contempo il consumo energetico ei costi complessivi. I risultati della simulazione vengono forniti per convalidare l'efficacia del metodo proposto con il traffico ferroviario di 24 ore considerando il numero di veicoli elettrici con diverse velocità globali di carica/scarica e limiti di connessione alla rete.
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