Trafikverket operates about 12000 Switches and crossings (SnCs) of which 6800 are equipped with an electrical heating system of 10−30kW power to keep SnCs functional throughout the winters by keeping them free of Snow/Ice. The energy consumption is approximately 200−130GWh/year costing approximately 10−15 million Euros annually. Electricity demand is continuously rising in Sweden and if coupled with unpredictable events can highly impact the grid energy mix and electricity prices which can lead to a higher operating carbon footprint & expenses. This master thesis work is developed through a couple of research programs to investigate the power usage in wayside objects. Currently, work is in progress to make the wayside objects ‘smart’ so that they can operate fully autonomously with two objectives to reduce the overall power consumption and obtain it from local energy resources. Mathematical modeling of unsteady close contact melting of rectangular Ice/Snow blocks of different volumes on the horizontal surfaces has been solved using numerical methods to calculate the melting time and power requirement. A parametric study has been done for various sizes, and initial & hot surface temperatures. Further, using ANSYS Fluent, CFD simulations have been performed to calculate the heat transfer rate from the Rail body for various combinations of heat source & ambient temperature, and wind speeds. These results shall help to devise a control strategy for the dynamic power supply which can help to optimize the power consumption. Finally, evaluating the renewable resources potential; ground source heat pumps using borehole U-pipes appear to be the best option which can drastically reduce the electricity requirement for the optimized heating power requirement. Most of Sweden has granite bedrock which is one of the reasons for the successful deployment of heat pumps. It’s definitely worth expanding its usage in other sectors as well like Railways. / Trafikverket driver cirka 12 000 spårväxlar och spårkorsningar varav 6 800 är utrustade med ett elektriskt värmesystem på 10 - 30kW effekt för att hålla växlar och korsningar funktionella under hela vintrarna genom att hålla dem fria från snö/is. Energiförbrukningen är cirka 200-130 GW h/år och kostar cirka 10-15 miljoner euro per år. Efterfrågan på el ökar kontinuerligt i Sverige och kan i kombination med oförutsägbara händelser i hög grad påverka nätets energimix och elpris vilket i sin tur kan leda till ett högre koldioxidavtryck och högre driftskostnader. Detta examensarbete utvecklades genom ett par forskningsprogram med fokus på strömförbrukningen i järnvägssystemet. Just nu pågår ett arbete med att göra järnvägssystemet "smart" så att det kan fungera helt automatiskt med två mål: att minska den totala energiförbrukningen och få den från lokala energiresurser. Kontaktsmältning av rektangulärt is/snö-block av olika volymer på horisontella ytor har lösts med hjälp av numeriska metoder för att beräkna smälttid och effektbehov. En parametrisk studie har gjorts för olika storlekar och initiala och varma yttemperaturer. Vidare, med hjälp av ANSYS Fluent, har CFD-simuleringar utförts för att beräkna värmeöverföringshastighet från järnvägsspåret för olika kombinationer av värmekälla och omgivning temperatur och vindhastigheter. Dessa resultat ska bidra till att utforma en styrstrategi för den dynamiska strömförsörjningen som kan bidra till att optimera strömförbrukningen. Slutligen, för att utvärdera potentialen för förnybara resurser, verkar bergvärmepumpar som använder borrhåls U-rör vara det bästa alternativet som drastiskt kan minska elbehovet för det optimerade värmeeffektbehovet. Större delen av Sverige har berggrund av granit vilket är en av anledningarna till den framgångsrika utbyggnaden av värmepumpar. Det är definitivt värt att utöka användningen i andra sektorer också som järnvägar.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-317504 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Kapoor, Sidharth |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2022:453 |
Page generated in 0.0027 seconds