Jak inteligentne systemy sterowania mogą zmniejszyć zużycie energii w transporcie publicznym?
Aby móc jak najszybciej rozwinąć transport publiczny, potrzebne są koncepcje, które pozwolą wykorzystać dostępne możliwości – przede wszystkim infrastrukturę, ale także dostępną energię.
Jednym z obiecujących podejść jest rozwój inteligentnych systemów sterowania, które skutecznie łączą zarządzanie operacyjne i kontrolę sieci trakcyjnych. Podróż pociągiem chroni klimat. Jest to kolejny powód, dla którego transport publiczny powinien być dalej rozwijany. Dotychczas opracowane scenariusze ekspansji uwzględniały przede wszystkim przepustowość kolei. Koncepcje te opierają się zatem głównie na założeniu, że czynnikiem ograniczającym jest brak tras kolejowych.
Energooszczędne profile prędkości
Jeśli na tory ma wyjechać więcej pociągów, muszą one jeździć częściej. Jednak przemysł, badania i firmy transportowe od dawna wiedzą, że istnieje jeszcze jeden czynnik, bez którego ekspansja nie byłaby możliwa: energia. Transport kolejowy zawsze był jednym z największych konsumentów energii elektrycznej w Niemczech: przemysł potrzebuje około jedenastu miliardów kilowatogodzin rocznie.
Koncepcje oszczędzania energii istnieją już od wielu lat – dla lepszej ochrony klimatu i ze względu na koszty. Opierają się one głównie na świadomości, że zużycie energii można znacznie zmniejszyć dzięki energooszczędnym profilom prędkości.
Pierwszy etap rozwoju
Koncepcje te uwzględniają jedynie potencjał oszczędności energii poszczególnych pojazdów. Przykładowo, kierowcy otrzymują zalecenia dotyczące prędkości za pośrednictwem systemów wspomagania kierowcy, zwłaszcza w przypadku ruszania i hamowania. Jednak to podejście i wprowadzone później systemy zachęt nie przyniosły oczekiwanych rezultatów. Maszyniści zbyt rzadko i niewystarczająco konsekwentnie stosują się do zaleceń.
Następny etap ekspansji
Nie bierze już pod uwagę tylko pojedynczego pojazdu, ale kilka pojazdów i szerszą trasę, na przykład wolniejszy pociąg jadący z przodu lub czerwony sygnał. Ponadto system automatyczny, taki jak automatyczny system obsługi pociągu (ATO), przejmuje kontrolę jazdy w zakresie kontroli prędkości, a także uruchamiania i hamowania.
Na przykład reguluje przyspieszenie pociągu, a tym samym fazy maksymalnej prędkości, a także fazy, w których pojazd porusza się z nieco mniejszą prędkością na dłuższym dystansie. Kontroluje również fazy wybiegu i szeroko wykorzystuje możliwości, w których pociągi nie zużywają energii. Ten system sterowania określa najlepszy profil energetyczny dla określonych czasów przyjazdu i odjazdu wszystkich pociągów.
Unikanie szczytów obciążenia
Jednak energia elektryczna wymagana do obecnie planowanych wyższych czasów cyklu nie może być zaoszczędzona przy użyciu tych rozwiązań. Przepustowość istniejących sieci elektrycznych nie jest wystarczająca, zwłaszcza podczas szczytowych obciążeń. Nie zmieni się to w perspektywie średnioterminowej. W związku z tym firmy przemysłowe, badawcze i transportowe pracują obecnie nad systemami sterowania, które łączą całe zarządzanie operacyjne z kontrolą sieci trakcyjnych. Koncentrują się one między innymi na wymaganej energii wyjściowej.
Wynika to z faktu, że jest ono szczególnie wysokie, a zatem również szczególnie drogie. Obciążenia szczytowe mają zatem znaczący wpływ na cenę energii elektrycznej, którą muszą płacić firmy. Z tego powodu opracowywane są formuły matematyczne, które można wykorzystać do zmniejszenia liczby jednoczesnych odjazdów, biorąc pod uwagę wszystkie inne czynniki wpływające.
Synchronizacja przylotów i odlotów
Nacisk kładziony jest również na synchronizację przyjazdów i odjazdów, tak aby energia uwalniana podczas procesu hamowania pociągu wjeżdżającego na stację mogła być bezpośrednio przekazywana z powrotem do sieci energetycznej i wykorzystywana do przyspieszania odjeżdżającego pociągu. W tym celu pociągi muszą hamować i ruszać dokładnie w tym samym czasie. Jeśli firmy transportowe połączą zoptymalizowaną energetycznie eksploatację pociągów, ograniczą równoczesne odjazdy w całej sieci i zawsze będą synchronizować przyjeżdżające i odjeżdżające pociągi tak, aby energia hamowania była wykorzystywana do przyspieszania, będą mogły nie tylko rozszerzyć swoje usługi, ale także jednocześnie zaoszczędzić koszty energii.
Aktualne projekty badawcze i perspektywy
Obecne projekty badawcze sugerują również, że firmy transportowe mogą zaoszczędzić znaczne ilości energii i ogromne koszty, po prostu dostosowując rozkłady jazdy w ciągu kilku sekund – a zatem niezauważalnie dla pasażerów – oraz wykorzystując systemy wspomagania kierowcy do sterowania pociągami w czasie rzeczywistym. Wymaga to opracowania algorytmów, na podstawie których systemy sterowania mogą również szybko i niezawodnie reagować na zakłócenia w codziennych operacjach. Faktem jest, że do tej pory kontrola prądu trakcyjnego i zarządzanie operacyjne odbywały się w dwóch odrębnych światach – a zatem również w odrębnych centrach sterowania.
Jednak w przyszłości konieczne będzie, aby niezależne organizacyjnie obszary w firmie transportowej rozwijały się razem i tworzyły całościowy system, łącząc istniejące dane i wykorzystując sztuczną inteligencję.
W tym kontekście Peak Mobility planuje opracować inteligentny system sterowania, który optymalnie koordynuje i kontroluje zarządzanie operacyjne oraz sterowanie całą infrastrukturą elektryczną. Producent może czerpać z wypróbowanych i przetestowanych rozwiązań dla wszystkich podobszarów – systemów transportu publicznego, sterowania sieciami trakcyjnymi i sztucznej inteligencji – i stworzy cenne synergie dla klientów w przyszłości.
Harmonizacja operacji i efektywność energetyczna
Rozszerzenie usług transportu publicznego można osiągnąć tylko dzięki inteligentnym systemom, które przyjmują całościową perspektywę i kontrolują operacyjne i energetyczne warunki ramowe. Eksperci zgadzają się, że ważne będzie wykorzystanie pozostałych stopni swobody podczas tworzenia rozkładów jazdy w celu zrównoważenia obciążenia sieci trakcyjnej i uwzględnienia wszystkich aspektów operacji w czasie rzeczywistym, oprócz koncepcji oszczędzania energii.
