Come può un mix di sole, vento e diesel tenere accese le ferrovie?

Le ferrovie di oggi hanno bisogno di energia, ma la rete elettrica tradizionale non basta sempre, soprattutto nei momenti di picco. Un nuovo studio propone un sistema ibrido che combina pannelli solari, turbine eoliche e un generatore diesel di riserva. L’idea è semplice: quando il sole e il vento producono abbastanza elettricità, le batterie della stazione si caricano e alimentano i treni. Se la produzione rinnovabile cala sotto le previsioni, il diesel entra in modalità autonoma, ma solo per limitare lo scarico delle batterie. Il cuore del progetto è un algoritmo di controllo che confronta lo stato di carica della batteria con un programma basato sulle previsioni meteorologiche. Se la batteria rischia di scendere troppo, il sistema riduce il consumo immediato e attiva il diesel solo quanto basta. In questo modo si mantiene la profondità di scarica (DoD) al di sopra del 60 % anche quando la generazione è inferiore del 20 % rispetto al previsto. Il risultato è una riduzione del consumo dalla rete durante le ore di punta e una maggiore autonomia in caso di mancanza di sole o vento. Questo approccio rende le infrastrutture ferroviarie più resilienti, meno dipendenti dal combustibile fossile e più amiche dell’ambiente.

Il sistema ibrido descritto nello studio è basato su una topologia a microgrid con connessione alla rete (grid‑connected) e capacità di operare in modalità islanded. La gestione dell'energia avviene tramite un controllore predittivo basato su Model Predictive Control (MPC), che utilizza previsioni a breve termine di produzione fotovoltaica ed eolica per ottimizzare il flusso di potenza. Il modello considera la capacità di stoccaggio della batteria (tipicamente Li‑ion o NiMH) e impone vincoli sul Depth of Discharge (DoD) per prolungarne la vita ciclica. L'algoritmo calcola una soglia di consumo massimo (Pmax) in funzione della differenza tra la previsione di generazione (Ĝ) e la domanda prevista (D̂), applicando un fattore di incremento (α) compreso tra 1 e 1,5 per coprire incertezze. Quando Ĝ < D̂, il generatore diesel entra in funzione, ma il suo set‑point è minimizzato per ridurre le emissioni. La strategia di fallback prevede una priorità di utilizzo: prima le fonti rinnovabili, poi la batteria, infine il diesel. Il controllo della tensione di bus è mantenuto entro ±5 % rispetto al valore nominale, garantendo la stabilità della rete ferroviaria. Inoltre, il sistema è progettato per resistere a variazioni di carico fino al 30 % e a fluttuazioni di produzione fino al 20 % rispetto alle previsioni, grazie a un margine di riserva dinamico. L'analisi di sensitività mostra che, con un fattore di incremento α = 1,3, la riduzione del consumo dalla rete può superare il 25 % durante le ore di picco, mentre la durata media della batteria aumenta del 15 % rispetto a una gestione senza predizione. Questo approccio integrato dimostra come l'uso combinato di algoritmi predittivi e fonti energetiche diversificate possa migliorare l'affidabilità e la sostenibilità delle infrastrutture di trasporto ferroviario.