tram e trasporto pubblico a Roma

Il sistema Primove

Basta con i pali, i fili, i bifilari: vogliamo solo tombini,
canalette e altri simili dispositivi innovativi!

 

Con l'usuale tam-tam pubblicitario la stampa annuncia l'invenzione del secolo, un veicolo elettrico che riceve l'energia senza fili: il Primove. Ma non è vero, anche il Primove ha bisogno di una alimentazione esterna, sotto forma di linea aerea o sotterranea. Non è quindi senza fili, o wireless come si deve dire oggi, e lo dimostriamo qui di seguito.

Si ricomincia a sentire parlare con insistenza di Primove, il sistema della Bombardier, nota ditta costruttrice di rotabili per il trasporto urbano, in origine austriaca; il Primove è destinato, come al solito, a rivoluzionare il trasporto urbano introducendo nuove e innovative tecnologie per avere trasporti eco-sostenibili con rotabili eco-compatibili ecc. (ci risparmiamo gli altri infiniti eco- che potremmo trovare).

Premettiamo che si tratta di un sistema già annunciatoci a mezzo dei consueti proclami or sono quasi quattro anni fa ed al quale abbiamo accennato parlando del Phileas: in quella prima versione un conduttore lineare annegato nell'asfalto che avrebbe ceduto energia, per induzione, ad un captatore installato sul rotabile; sembra che, anche se tecnicamente assurdo, bene o male il sistema funzionasse, forse in una versione un po' diversa dalla originale, visto che fu installato in via sperimentale su una vettura tramviaria nella città di Augsburg; in realtà doveva funzionare più male che bene, visto che dopo un po' di tempo se ne perse ogni traccia.


L'originario sistema Primove con un conduttore di alimentazione lineare (gennaio 2009) e
in un'altra versione che appare in verità un po' più complicata della prima... (giugno 2012).

Oggi il Primove ci viene ripresentato in una ulteriore versione, data per definitiva tanto che se ne prospetta l'installazione su una linea di autobus a Mannheim nel 2014 e una vasta commercializzazione. Le cose appaiono però radicalmente cambiate: non è più un sistema ad alimentazione continua e senza accumulo di energia sul rotabile, ma un sistema ad alimentazione discontinua, nel quale l'energia fornita da adatte stazioni fisse è accumulata sul rotabile in batterie di condensatori (chiediamo scusa, ci siamo sbagliati: supercapacitori). L'innovazione consiste nel fatto che la carica dei super avviene senza contatto galvanico da una sorgente di alimentazione, ma per induzione elettromagnetica; l'idea è bella, ma l'applicazione un po' meno e vediamone il perchè.

Ecco cosa ci propina al riguardo la stampa, in particolare il Corriere della Sera del 3 giugno 2013.

Particolarità del mezzo, già testato con successo a Mannheim, in Germania, dove nel 2014 entrerà in servizio, è il nuovo sistema «Primove» di cui possono essere dotati autobus di diverse aziende produttrici (testati quelli dell'italiana Rampini, della tedesca Viseon, della svizzera Hess) e che rappresenta lo sbarco di Bombardier nel settore dei pullman elettrici. «Primove» si basa su tre tecnologie d'avanguardia: una batteria ultraleggera (da 1,5 a 3 tonnellate) che occupa poco spazio sull'autobus e che si ricarica tre volte più velocemente di una elettrica tradizionale; un sistema di propulsione e controllo che ottimizza l'efficienza energetica per ridurre le emissioni inquinanti e sonore; e infine un tipo di ricarica per induzione magnetica. A ogni fermata, cioè, scende dall'autobus una piastra magnetica in grado di attingere energia in pochi secondi, con una capacità di 200 kilowattora, da una seconda piastra posizionata sotto l'asfalto lungo il percorso urbano. «In questo modo l'autobus elettrico equipaggiato con il sistema "Primove" si ricarica senza fili, senza cioè doversi collegare a una colonnina, e ancor più rapidamente - ha spiegato a Ginevra Simone Mantero, vice presidente della divisione Services di Bombardier per l'area Sud Europa, Medio Oriente, Nord Africa e America Latina - perché la batteria non si esaurisce mai del tutto. Inoltre i lavori da realizzare per portare in città questa tecnologia sono poco invasivi: il buco da aprire nell'asfalto per posizionare il magnete è largo più o meno come un tombino».

Notiamo anzitutto che nulla ci si dice su come sarebbe alimentato il sistema, dove cioè le "piastre magnetiche" prenderebbero l'energia da trasferire ai condensatori: in realtà vedremo che il silenzio dei vari comunicati su questo punto nasconde la necessità di stabilire una pesante rete di alimentazione sotterranea che, da sola, vanifica tutti i presunti vantaggi del sistema. Sorvoliamo sulla batteria ultraleggera che ha un tempo di carica pari ad un terzo di quello di una "[batteria] elettrica tradizionale" e sul sistema di propulsione che ottimizza ecc. per ridurre le emissioni inquinanti (la cosa non è molto chiara: i rotabili interessati nel sistema sembrerebbero essere a trazione elettrica; visto però che ci si propone solo di ridurre le emissioni, se ne dovrebbe arguire che i rotabili continuerebbero ad inquinare, seppure di meno...).

Il sistema di trasmissione induttiva, come principio di funzionamento, è tutt'altro che nuovo e deriva direttamente dalle leggi dell'induzione elettromagnetica ed è da tempo applicato ad es. alla segnalazione ferroviaria, per trasmettere i criteri di segnalazione dalla linea ai rotabili e viceversa. Ma una cosa è utilizzare il principio per il trasferimento di ridotte quantità di energia come quelle necessarie alla segnalazione, altro è il pretendere di utilizzarlo per una trasmissione di potenza.

Stazioni di ricarica. Lasciando da parte le piastre magnetiche fissa e mobile che non potrebbero in alcun modo trasferire energia (ma che cosa è una piastra magnetica? un piastra di ferro magnetizzata in un certo modo? e che cosa ne facciamo?), una stazione di ricarica dovrebbe consistere in un trasduttore fisso in grado di trasferire energia in forma elettromagnetica ad un ricevitore posto sul rotabile: in parole più semplici si potrebbe trattare di un trasformatore diviso in due parti, il trasduttore fisso sotto la via e il ricevitore o captatore montato sul rotabile, corrispondenti agli usuali primario e secondario del trasformatore; trasduttore e captatore potranno essere o no dotati di nucleo ferromagnetico, a seconda della frequenza di lavoro, ma qui supponiamo di avere il nucleo di ferro, altrimenti le complicazioni sarebbero ancora maggiori. Occorre però fare attenzione: qualora il captatore fosse fisso sul rotabile, l'inevitabile traferro di non trascurabile lunghezza che interromperebbe la continuità del circuito magnetico avrebbe effetti deleteri sul rendimento della trasmissione di energia ed ecco perchè, sembra dopo un'idea iniziale di captatore fisso, gli inventori si siano orientati ad un captatore con una parte che, mediante opportuno servomotore, viene portata a contatto o quasi con il trasduttore, chiudendo il circuito magnetico al momento opportuno.

Si trovano in rete numerosissimi riferimenti all'attuale Primove, tutti ugualmente trionfalistici che non fanno che riportare, con trascurabili variazioni, quanto contenuto nel brano del Corriere della Sera più sopra riprodotto, corredati da meravigliosi disegni che mostrano trasduttore e captatore in forma di due piastre più o meno galleggianti entro la sagoma di un autobus, ma nulla di più. Non è chiaro, in particolare, se il captatore è veramente mobile nel senso che può avvicinarsi al trasduttore, come abbiamo supposto sia da un disegno trovato in rete (e poi misteriosamente scomparso) che dalla frase "...scende dall'autobus una piastra magnetica" riportata nel brano citato (qualcosa che "scende" deve pur muoversi); d'altronde, su un rotabile su gomma, sarebbe difficile, se non impossibile, mantenere il captatore in una posizione fissa tale da avvicinarsi sufficientemente al trasduttore con la sola manovra del rotabile.

Il trasduttore sarebbe contenuto in una cassa delle dimensioni, dicono, di un usuale tombino stradale, una indicazione un po' vaga in verità visto che di tombini ce ne sono di varie dimensioni, posta al di sotto del manto di asfalto: non è detto, ma riteniamo che la superficie sulla quale il captatore entra in contatto debba essere a livello della superficie stradale (altrimenti si ricadrebbe nella presenza del traferro).

Alimentazione delle stazioni. Un dettaglio sul quale tutte le descrizioni, come quella del Corriere prima citata, elegantemente sorvolano (e ne capiremo ben presto il perchè), è il modo di alimentare le stazioni di ricarica, ossia il modo di fornire loro l'energia da trasferire ai rotabili: le stazioni dovranno necessariamente essere collegate ad una rete di distribuzione in grado di fornire la potenza necessaria ai rotabili (anche se da varie parti abbiamo letto che l'energia sarebbe contenuta nelle piastre magnetiche che la trasferirebbero al rotabile, una specie di moto perpetuo...); è facile prevedere che questa rete dovrà fornire energia solo in teoria pari a quella che fornirebbe una equivalente rete aerea di contatto, in pratica molto maggiore per la presenza delle varie trasformazioni di energia che riducono il rendimento globale della trasmissione. Secondo quanto ci raccontano l'alimentazione sarebbe fornita ai trasduttori in corrente continua con un feeder almeno a due fili e necessiterebbe pertanto un congruo numero di sottostazioni di conversione. La carica del condensatore avverrebbe in pochissimi secondi, nel tempo necessario alla salita e discesa dei passeggeri, ma a questo dato crediamo poco; è probabile che siano richiesti almeno 15-20 secondi.

Il problema è invece: come fornire l'energia al condensatore posto sul rotabile? Ovviamente, da una sorgente esterna collegata al feeder di cui sopra. Ma nemmeno questo è semplice: se veramente il condensatore deve essere caricato in qualche secondo, la sorgente dovrà fornire un picco di corrente di intensità semplicemente enorme che nessuna rete di distribuzione sarebbe in grado di dare (provate a proporlo all'ENEL...). Il sistema dovrà quindi prevedere, anche se non ce lo dicono, un secondo super condensatore, questa volta fisso nella stazione di ricarica, che al momento opportuno dovrà passare al condensatore sul rotabile l'energia necessaria in un tempo brevissimo. Il condensatore fisso avrà poi tutto il tempo di ricaricarsi nell'intervallo tra un rotabile e il successivo.

Secondo l'articolo il trasduttore sarebbe in grado di fornire 200 kWh in qualche secondo, discorso poco chiaro (ma sempre, quando sulla stampa si avventurano nel campo minato delle unità di misura finiscono male). I conti però non tornano: supponendo che i "pochi" secondi siano 5, 200 kWh in 5 sec. fanno 200.3600/5=144.000 kW, che dovrebbe essere la potenza di uscita del trasduttore (una bazzecola!).

Il fatto che il condensatore fisso si deve ricaricare nell'intervallo tra due corse determina quindi la massima frequenza delle vetture ammissibile sulla linea; se poi si ha un intoppo per motivi di traffico e più vetture si accodano, che succederà? Ogni vettura dovrà poi pazientemente aspettare che il condensatore fisso si ricarichi? Mah!

Naturalmente, ogni trasduttore dovrà trasferire energia al condensatore sul rotabile al momento opportuno, cioè proprio quando captatore e trasduttore si trovano affacciati a breve distanza: ecco che occorre quindi un sistema col quale il rotabile possa segnalare al trasduttore la sua presenza; la segnalazione si avrebbe a radiofrequenza con un sistema brevettato dalla Primove.


A sinistra l'apparecchiatura fissa; a destra l'apparecchiatura su un rotabile (da http://primove.bombardier.com/application/bus/).

Osservazioni su queste immagini.

Nell'apparecchiatura fissa il trasduttore è denotato Primary Winding, ossia avvolgimento primario, il che conferma la disposizione elettrica che abbiamo supposto ed è alimentato dall'inverter, a sua volta collegato al feeder di alimentazione che proviene dai due posti di carica adiacenti, chiamato chissà perchè Segment Control. Una cosa strana è che l'inverter appare montato in posizione tale da trovarsi sotto il rotabile al passaggio di questo, ciò che appare assolutamente superfluo.

Nell'apparecchiatura sul rotabile Traction Motor, Power Management e Energy Storage sono termini di chiaro significato, mentre Power Receiver System conferma anch'esso le nostre interpretazioni; del tutto enigmatico è invece Segment Control che, se nell'apparecchiatura fissa appare riferirsi al feeder di alimentazione, qui sembra del tutto fuori luogo.

Una ipotesi, forse un po' maligna, è che abbiano introdotto il termine Segment Control per non mettere in evidenza la necessità di stendere un vero e proprio feeder tra le stazioni, ciò che apparirebbe in contrasto con le solite dichiarazioni di semplicità, di funzionamento senza fili, ecc.; del resto, il cavo di alimentazione appare correttamente denotato come Supply Voltage in altra immagine.

Installazione. Qui arriviamo ad un punto veramente critico per il sistema e vedremo subito che la conclamata economia di costruzione è la solita chimera.

Come abbiamo accennato, ci si racconta che il rotabile si ricaricherebbe di energia in corrispondenza di ogni fermata, durante le operazioni di carico e scarico dei viaggiatori. Se così fosse, nessuno, almeno da noi per come sono fatte le nostre reti urbane, potrebbe prendere in considerazione il Primove (ammesso che ci facesse qualche pensiero...). A titolo di esempio, facciamo conto di dover convertire al Primove la nostra linea 90; quante fermate ha la 90? Non lo sappiamo con esattezza ma possiamo valutare questo dato in circa 80 tra andata e ritorno: dovremmo installare sulla linea 80 stazioni di ricarica, ognuna costituita dal tombino di cui sopra e ogni tombino dovrebbe essere collegato ai due tombini adiacenti da un tratto del cavo di alimentazione. Quindi scavo per i tombini e scavo per il cavo di alimentazione, anche se ci raccontano che i lavori di scavo sono limitatissimi, una bazzecola, trenta centimetri al massimo (ricordiamo i venti centimetri dello scavo per il Translohr?) e attenzione, il tombino non può essere semplicemente annegato nell'asfalto (come si pretendeva per i magnetini del Phileas di buona memoria), ma andrà saldamente appoggiato ad una platea di cemento armato per evitare che sotto il passaggio dei mezzi gommati si sposti rendendo incerto il contatto col captatore dei rotabili; il coperchio del tombino è probabile non potrà essere di materiale ferromagnetico come ghisa o ferro, ma dovrà essere in un materiale non magnetico, alluminio o altro, con ulteriori complicazioni. E che succederà quando una fermata andrà arretrata o avanzata di una decina di metri? Nuovo tombino e abbandono del vecchio, taglio e giunto del cavo di alimentazione, ecc.? In realtà, c'è da pensare che la frase dell'articolo non debba essere presa alla lettera: si spera che il Primove abbia una autonomia sufficiente per poter montare i trasduttori a distanze maggiori di quelle presenti tra le fermate, ogni quattro o cinque fermate ad esempio.

Infine, che succederà in ore di scarso traffico, ad esempio di notte? Vedremo il Primove fermarsi disciplinatamente ad ogni fermata, senza l'ombra di un viaggiatore che scenda o salga, pazientemente aspettando la ricarica del supercapacitore?

Un dubbio su un punto importante. Nella figura sopra riportata che riproduce l'apparecchiatura fissa si nota che la piastra che dovrebbe costituire il trasduttore è sempre separata dal dispositivo di alimentazione ad inverter. Ci coglie il sospetto che questa divisione delle funzioni sia anche costruttiva, ossia che per ogni stazione di ricarica sia necessario provvedere due scavi, uno per la piastra e l'altro per l'inverter, ossia, per così dire, due tombini per stazione. Questo dubbio è rafforzato da una ulteriore immagine che riproduciamo qui sotto ed effettivamente appare chiaro che nell'apparecchiatura a terra vi è una netta separazione non solo funzionale, ma anche costruttiva, tra il trasduttore vero e proprio e l'inverter.


Ingrandire l'immagine per leggere le didascalie.

In questa immagine la linea di alimentazione è denotata correttamente con Supply Voltage, ossia tensione di alimentazione, e non Control Segment; anche qui l'inverter è piazzato in modo che il rotabile vi passi sopra, non si capisce per quale motivo.

Per il resto, l'immagine sembra essere stata tracciata solo per confondere il lettore. Infatti il captatore (Power Receiver System) sembra ricevere a distanza un segnale dal trasduttore (Electric Conductor, conduttore elettrico, chissà che c'entra), segnale che dovrebbe costituire la segnalazione (a radiofrequenza) di inserzione dell'alimentazione; senonchè, da come sono mostrati i componenti del sistema, il captatore non può in alcun modo avvicinarsi e sovrapporsi al trasduttore, per cui si dovrebbe concludere che il segnale in questione costituirebbe il vero e proprio trasferimento di energia al rotabile, cosa assurda vista la distanza che intercorre tra i due apparati (Nikola Tesla si rivolterebbe nella tomba, qualcuno avendo realizzato i suoi utopici progetti...). Infine, solo una delle stazioni è alimentata dall'inverter, mentre il trasduttore dell'altra sembra non necessitare di alimentazione.

E' interessante l'inserto che dovrebbe mostrare la costituzione del trasduttore-captatore, realizzato come un trasformatore con nucleo di ferro, montato in due parti, l'una sopra e l'altra sotto le famigerate piastre.

Osservazioni.

  1. Tra piastre magnetiche, tombini affioranti dall'asfalto, segnalazioni rotabile-trasduttore e trasferimento di energia trasduttore-rotabile ci stiamo pericolosamente avvicinando ai vari sistemi a contatti superficiali di inizio secolo; se poi, veramente, piastre e inverter saranno montati separatamente, ci troveremmo di fronte ad un sistema a doppia fila di plot.

  2. Molti articoli sul Primove presenti in rete terminano con la sorprendente affermazione:

    [Il Primove] costa un po' più di usuale filobus, ma costa meno di un tram...

    Questa frase ci risuona in testa, ci sembra di averla già sentita... ecco, era quando ci raccontavano del Phileas. Ma si vogliono ficcare in testa che nè il Phileas, nè il Primove sono tram? E che non si possono confrontare capre e cavoli? Il Primove è un veicolo su gomma e si deve confrontare solo con un autobus elettrico ad alimentazione esterna (o anche con un filobus) e da questo confronto, sia per le caratteristiche che presenta, sia per i costi di installazione che di esercizio esce con la ossa rotte.

*   *   *

Secondo il vice presidente della divisione Services di Bombardier ecc. il Primove si ricarica senza doversi attaccare ad una colonnina...; no, ma deve attaccarsi ad un tombino e forse era più semplice ed economica la soluzione della colonnina; ma siccome quest'ultima nemmeno sembra esserci, restiamo attaccati al bifilare. Da altra parte ci riassumono i vantaggi di questo strepitoso ritrovato:

PRIMOVE is a game-changing technology that enables the wireless charging of electric vehicles (1). Based on automatic inductive power transfer, PRIMOVE liberates e-mobility from the constraints of cables, wires and plugs (2) - making urban transport more flexible and convenient than ever before (3).

(1) Non è vero; la ricarica non è wireless, cioè senza fili; se si riferisce al trasferimento di energia elettrica per induzione elettromagnetica, allora qualsiasi trasmissione di energia a corrente alternata che impieghi un trasformatore è senza fili.
(2) Non è vero; fra le stazioni, per tutta la linea deve aversi un feeder almeno bipolare, aereo o sotterraneo, che, tra l'altro, se come ci dicono è alimentato in corrente continua, deve far capo ad una o più sottostazioni; da questo punto, quindi, esattamente come con il bifilare filoviario.
(3) Non è vero; il sistema non rende più flessibile una rete urbana, ma al contrario, con trasduttori, captatori, inverter e feeders ad oltranza interrati e quindi necessitanti di lavori di scavo, la complica enormemente ed inutilmente; si pensi per esempio allo spostamento di una fermata con posto di ricarica per portarla al di là o al di qua di una traversa. Quanto alla convenienza, è tutta da dimostrare.

Altrove leggiamo invece

Il campo magnetico stradale genera elettricità...

quindi oltre al campo magnetico terreste abbiamo adesso anche quello stradale. Ed ecco altre due primizie:

I sistemi di ricarica magnetica induttiva trasferiscono energia al mezzo da sotto l’asfalto, servendosi dell’aria come mezzo per le onde che la trasportano [fonte].
...sotto l'asfalto, sarà posizionato un magnete della grandezza di un tombino che trasmetterà elettricità ad una batteria posizionata quindici, venti centimetri più in alto [fonte].

Molte note sul sistema che si trovano in rete sembrano scritte da appartenenti alla ben nota setta degli Adoratori del Motore Magnetico ovverossia Energia Gratis per Tutti.

A titolo informativo, citiamo la presenza, nel mondo del trasporto innovativo, di un concorrente del Primove, il Tosa di costruzione ABB, che in luogo delle piastre e dei tombini impiega dei bracci mobili che, dalle pensiline delle fermate, raggiungono l'imperiale delle vetture dove sono montati i dispositivi di ricarica. Il sistema, pur non necessitando di tombini e canalette, è forse ancora peggio del Primove: ce le possiamo immaginare tutte le fermate, ad esempio di via Nomentana, dotate di pensiline con specie di gru sovrapposte che si sporgono, muovendosi, sul tetto del filobus in sosta? Quelli del Tosa sono almeno, in apparenza, più onesti, prevedendo per il tempo di ricarica un valore di 15 secondi, che non sono pochi (pensiamo al solito solitario filobus notturno che si ricarica mentre il conducente si addormenta...).

Nota del giugno 2014. A circa un anno di distanza, il Corriere della Sera ci dà altre notizie sul miracoloso sistema di trazione elettrica:

Al capolinea del tragitto, cioè, una piastra magnetica installata sotto il veicolo scende dall'autobus e attinge energia per induzione da una seconda piastra posizionata sotto l'asfalto. Dal momento che le due piastre non si toccano ma si avvicinano, il trasferimento di energia è possibile anche quando piove o nevica. Durante l'intero percorso a Braunschweig, la batteria consuma in media il 25% della ricarica. Poi, al capolinea, recupera tutta l'energia in circa undici minuti... Nei prossimi mesi, invece, saranno sistemate altre piastre anche in corrispondenza di alcune fermate: qui la batteria è in grado di ricaricarsi un poco anche in trenta secondi...

Bene, quindi l'autobus "attingerà" energia, almeno in un primo momento, al capolinea, dalla solita "piastra magnetica" che, notiamo bene, non tocca l'altra piastra, altrimenti sotto la pioggia l'energia non potrebbe essere attinta... chissà perchè. La ricarica dura undici minuti, altro che i "pochi secondi" precedentemente promessici; mentre, se la ricarica dovesse avvenire un una fermata intermedia, basterebbero 30 secondi per caricare "un poco" la batteria. Boh! Come al solito, nessuno ci dice da dove arriverà l'energia alle piastre magnetiche fisse...


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rev. A1 29/06/18