Electric road system for BHDV: corridor-level application of the catenary system

This thesis investigates the electrical sizing of a 750 V DC Electric Road System (ERS) for heavy-duty battery electric vehicles along the Bologna–Florence mountain pass using a corridor-driven approach. After comparing three charging technologies and vehicle constraints, the study quantifies vehicle power demand and regenerative capability and evaluates the feasibility of compensating battery energy consumption through overhead contact line (OHCL) electrification. Two battery sizing scenarios are analysed. A reduced battery capacity (157 kWh) max- imizes payload but requires corridor-specific electrification, shifting the energy supply burden to the infrastructure. A high-capacity battery (540 kWh) simplifies deployment and enables implementation in grid areas more accessible to distribution system opera- tors. For both scenarios, the electrified length, traction power substation (TPSS) rating, and corridor power density are determined. Peak demand reaches approximately 65 MW, corresponding to power densities up to 3.5 MW/km. A DC power flow model developed in MATLAB computes line currents, voltage profiles, and Joule losses under saturated traffic conditions. Assuming periodic interconnections between feeder, messenger wire, and contact line, TPSS spacing and conductor cross- sections are sized to comply with IEC 60850 voltage limits. Results highlight the trade- off between onboard energy storage and infrastructure investment, providing quantitative guidelines for preliminary ERS feasibility assessment and grid integration.

La presente tesi analizza il dimensionamento elettrico di un Electric Road System (ERS) in corrente continua a 750 V per veicoli pesanti elettrici a batteria lungo la Variante di Valico Bologna–Firenze, considerando l’intera tratta "corridoio". Dopo aver confrontato tre diverse tecnologie di ricarica e i vincoli imposti dei veicoli, lo studio quantifica la richiesta di potenza e la capacità di rigenerazione lungo il tracciato, valutando la fattibilità tecnica della compensazione del consumo energetico tramite linea aerea di contatto (OHCL). Vengono analizzati due scenari di dimensionamento della batteria. Una capacità ridotta (157 kWh) massimizza il payload ma richiede l’elettrificazione del corridoio in cui la potenza viene prelevata, aumentando la complessità di realizzazione dell’infrastruttura. Una batteria ad alta capacità (540 kWh) semplifica l’implementazione e consente l’integrazione in aree di rete più accessibili per i distributori. Per entrambi gli scenari vengono deter- minati lunghezza del tratto elettrificato, taglia delle sottostazioni (TPSS) e densità di potenza, con un assorbimento a corridoio pieno di circa 65 MW (fino a 3.5 MW/km). Un modello di power flow in corrente continua sviluppato in MATLAB consente di calco- lare correnti, profili di tensione e perdite per effetto Joule in condizioni di traffico saturo. Il dimensionamento di TPSS e conduttori è impostato sul rispetto della norma IEC 60850, fornendo indicazioni quantitative per un pre-dimensionamento di fattibilità e integrazione in rete