Planeringsverktyg för energibesparande lastningsstrategi av kombigodståg

Transkript

1 Projekt , huvudfinansierat av Energimyndigheten. Samarbete mellan KTH, WSP/IVL, Jernhusen, Hogia m fl. Mats Berg, KTH och Sebastian Bäckström, IVL Svenska Miljöinstitutet Energimyndighetens programkonferens för energieffektivisering inom transportområdet november 2013

2 Projektets målsättning Utveckla och implementera ett IT-verktyg för att skapa energioptimerade kombigodståg genom lägre luftmotstånd Målsättningen med projektet är att efter implementering av den energioptimerande lastningsmetoden uppnå halva den effektiviseringspotential som identifierats, vilket motsvarar 15 GWh/år

3 Kombigodstågs heterogena lastsammansättning och tomma positioner inne i tåget ger extra luftmotstånd och därmed extra energiåtgång Exempel på luckor i lastningen:

4 Varför är tågen inte redan energioptimerade? Låga incitament att spara el vid tågkörning schablonavgift och sällan mätning av elförbrukning i loken Terminaloperatören optimerar sin egen verksamhet truckkörning har inte i uppdrag att sätta samman tågen energi-smart Bristfälliga uppgifter om hur inkommande lastbärare ser ut försvårar terminalens planering av hur tåget ska lastas Manuell hantering krävs för att anpassa vagnarnas hållare för olika typer av containers/lastbilsflak. Detta vill truckförare undvika, dels för att man måste lämna hytten men även för att mekaniken kan kärva pga rost och is Delning av tåg och förändrad färdriktning under omlopp försvårar planeringen

5 Projektupplägg Steg 1: Utredning av lastningsprocessen på en terminal Steg 2: Utveckling av planeringsverktyg Steg 3: Utökning av befintlig databas för svenska spårnätet i kalkylverktyg för analys av energioptimerad tågdrift Steg 4: Implementering

6 Steg 1: Lastning av kombitåg på Nässjö Kombiterminal Terminalstudie kl 18:00-23:00 Hela lastprocessen dokumenterad, truckarnas rörelser loggade med GPS-logger (1 Hz), informationsflödet noterat Slutsatser: Terminalen utför lastningen med snabbhet som enda målparameter (utöver säkerhet, varsam hantering vid lyft etc.), dvs man gör det som går snabbast utifrån ordningen i vilken lasterna anländer med bil samt aktuell vagnskonfiguration Ingen hänsyn tas till tågets luftmotstånd, men personalen är medveten om nackdelen med t ex tomma luckor i tåget. Information om lastens kommer via mail till terminalen i förväg dvs lastplanering skulle kunna ske utifrån förhandsinfo

7 Terminalstudie, Nässjö Lastning av 22 vagnars tåg till Umeå/Luleå Last 540 ton brutto tågvikt 990 ton 29 enheter lastades (16 st 20-fot växelflak, 13 st semi-trailers) 2 st reach-stackers körde 5,4+5,9 = 11,3 km 390 meter truck-körning per lastad enhet Vagn nummer 10 planerades gå i tåget utan last Vagn 10 lämnades tom vid tågets avgång En enhet kom att flyttas mellan två vagnar pga fel initial placering

8 Terminalstudie, Nässjö Vad kunde de gjort istället? 1. Planerat att fylla vagn 10 och lämna vagn 22 tom 2. Flyttat lasten från vagn 22 till vagn 10 när tåget var färdiglastat 3. Placerat en tom lastbärare på vagn 10 Med planering hade 1 och 3 inte krävt extra körsträcka Omflyttning (2) hade ökat totala truck-körsträckan med 3,5%

9 LOK LOK LOK Planeringsverktyg för energibesparande Terminalstudie, Nässjö Tågets höjdprofil Som tåget avgick: Omlastning av en enhet (vagn 10 -> vagn 22):

10 Steg 2: Utveckling av planeringsverktyg Strömningsmekaniska beräkningar för olika höjdprofiler för tåg Förenklade samband för luftmotstånd, C D Implementering i Artemis Rail (vilket ger möjlighet att beräkna ett kombigodstågs luftmotstånd utifrån dess höjdprofil)

11 Exempel: Nässjö-fallet Som tåget avgick (vagn 10 tom) C D = Cl = 8,14

12 Exempel: Nässjö-fallet Flyttat gods från vagn 10 till vagn 22 C D = Cl = 7,93 (3% minskning)

13 För att beräkna hur mycket el som kan sparas vid dragning av tåg om det lastas energismart behövs en energiberäkningsmodell som tar hänsyn till flera parametrar, bl a Tågets aerodynamik Tågets vikt Tågets hastighets- och accelerationsmönster (körprofil) I EU-projektet Artemis utvecklades en förenklad Excelkalkylator för tågs energianvändning Med komplettering/utveckling kan den användas för enkel energianalys av kombitåg i Sverige

14 Utveckling av Artemis som skett i projektet: SIMULATION OF ENERGY CONSUMPTION AND EMISSIONS FROM RAILWAY TRAFFIC Parameter Symbol Value Unit Estimated default Country Denmark DK Run Train Type Freight Vehicle Railcar Traction Electric Utveckling av en sub-modell för luftmotståndsberäkning för godtycklig profil på ett kombitåg Year 2012 Total weight 990,0 Tons - Air resistance coeff. cl Rolling resistance coeff. cr 0,002 - Default Tractive eff. - 80% - - Frontal area Anorm 10 m 2 Default Average Gradient dh 0 m Default Show All Sheets Inmatning av ny mätdata för kombitågs körmönster på svenska järnvägslinjer Constants Value Unit Density of air ρ 1,23 kg/m 3 1,23 Constant of gravitation g 9,82 m/s 2 9,82 Fuel average calorific value h 42700,00 kj/kg 42700,00 Tunnel parameters Value Unit Authors Tiago Cordeiro Erik Lindgreen Tunnel distance 0 km Spencer C. Sorenson February 2005 Open space distance 46 km Technical University of Denmark Mechanical Engineering February 2012 Adding a calculation module for the Cl coefficient Version WSP Sweden and The Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm Department of Rail Vehicles Programming is made by Johan Öberg at MiW Konsult AB

15 Steg 3: Utökning av befintlig databas och kalkylverktyg för energioptimerad tågdrift GPS-mätning av längsgående rörelsemönster (acceleration och hastighet) för kombigodståg på olika svenska järnvägslinjer Mätning genomförd: Göteborg-Luleå och Göteborg-Värnamo Körmönstret inmatat i databas för Artemis Rail Simulering av energibesparingar för olika tåg och järnvägslinjer i Artemis Rail Verifiering mot KTH programvara STEC (planeras)

16 Exempel på luftmotstånds- och energiberäkning med Artemis Rail: 11 containrar fraktas Storvik-Bräcke Lastning 1: C D = Cl = 3,8 LOK

17 Lastning 2: C D = Cl = 1,5 (ca 60% minskning) LOK Energibesparing med lastning 2: ca 25% Mer realistisk potential vid bara enstaka luckor ca 2-4%

18 Steg 4: Implementering Vi har inte lyckats få till något större intresse att implementera energioptimerad lastning av kombitåg Tågoperatörer måste bli mer pådrivande ytterligare informationsinsats riktad mot svenska tågoperatörer behövs Obligatorisk elmätare skulle skapa drivkraft Implementering på terminaler kräver ökad efterfrågan från tågoperatör-speditör-varuägare kedjan.

19 Projektets huvudresultat Vidareutvecklad version av Artemis Rail med möjlighet att - beräkna tågs luftmotstånd utifrån höjdprofil - optimera lastbärares placering Vidareutvecklad version av Artemis Rail med möjlighet att beräkna energiförbrukningen för kombigodståg i Sverige Utveckling av GPS-baserad metod för att bestämma tågs körprofil och körcykler på olika järnvägslinjer Utveckling av datorsystem för omvandling av GPS-data till körprofil för hel bansektion Studier av lastningsprocessen på kombiterminaler

20 Tack till: Energimyndigheten Trafikverket Jernhusen Green Cargo Maersk Transab operatör av Nässjö kombiterminal

21 Inspirationen kom från USA Och där går arbetet vidare MÄTNING AV AERODYNAMISK PROFIL NÄR TÅG LÄMNAR TERMINAL ÅTERKOPPLING TILL TERMINALOPERTÖREN UTVECKLING AV TEKNIK FÖR ATT MINSKA LUFTMOTSTÅND, t.ex. arrowedge