Energía: Integración de sistemas energéticos sostenibles

agosto 4, 2023

En esta oportunidad continuamos con la serie de artículos sobre La Estación del Futuro, en este caso analizaremos el cuarto capítulo: Energía. Integración de Sistemas Energéticos Sostenibles.

Contexto actual sobre el abastecimiento energético de la infraestructura ferroviaria

Actualmente el suministro energético para infraestructura ferroviaria presenta una demanda necesaria de energías más sostenibles y eficientes, siendo esto motivado por el cambio climático y la seguridad energética, lo que ha llevado a un mayor enfoque en la electrificación a través de fuentes de energía renovables para el transporte ferroviario.

El transporte ferroviario sin duda se posiciona como el transporte del futuro, ya que reduce las emisiones de CO₂ por km y persona, esto gracias a que el sistema de tracción por energía eléctrica es el medio de alimentación de unidades de transporte más limpio y sostenible que existe en la actualidad.

La tendencia que siguen en la actualidad algunos operadores ferroviarios incluye como fuente principal la eléctrica, sin embargo, también están comenzando a apostar por energías renovables como la eólica, la solar y la hidroeléctrica, destacando que pueden utilizarse mediante conexión directa a la red o mediante generación in situ.

El documento menciona que adicionalmente otros operadores están explorando el uso de trenes híbridos y pilas de combustible de hidrógeno como alternativa a locomotoras diésel lo que podría significar una reducción de emisiones y ahorro de energía.

Consumidores en la Estación

Existen puntos de consumo de energía eléctrica en las estaciones ferroviarias, dentro de los cuales se encuentran los siguientes:

  • Iluminación: algo muy necesario en una estación para garantizar seguridad y confort a los viajeros. Esto incluye, entre otras, la iluminación superior, la iluminación de la señalización y los andenes.
  • Calefacción, ventilación y aire acondicionado: Las estaciones de ferrocarril necesitan mantener un clima interior adecuado para los pasajeros y el personal. En situaciones climáticas extremas esto considera un importante consumo de energía.
  • Escaleras mecánicas y ascensores: Las grandes estaciones de ferrocarril suelen tener varios niveles por lo que se hace necesario contar con escaleras mecánicas y ascensores. Este gasto de energía aumenta cuando hay un alto flujo de pasajeros en las horas punta.
  • Sistemas de información y venta de billetes: Estos sistemas son necesarios para gestionar el flujo de pasajeros en la estación y brindarles información, lo que incluye máquinas expendedoras de billetes, pantallas digitales, sistemas de megafonía y cámaras de CCTV.

Todos estos elementos y su porcentaje de consumo de energía eléctrica pueden variar dependiendo del tamaño de la estación, la cantidad de trenes que pasa por ellas, y por su puesto el nivel de medidas de eficiencia energética aplicadas.

Este documento nos indica que los mayores consumidores de energía en una estación suelen ser los sistemas de iluminación y climatización, así como también el sistema de escaleras mecánicas y ascensores.

Algunas estaciones de ferrocarril han optado por implementar medidas de eficiencia energética como la iluminación LED y los sistemas de automatización de edificios, para reducir el consumo de electricidad. Estas medidas pueden ser una buena alternativa para reducir el porcentaje de energía eléctrica en las estaciones.

Análisis específico de energías renovables e instalaciones autosuficientes

Los avances tecnológicos representan la mejor vía técnica y económica para incorporar distintas fuentes de energía sin un uso directo de combustibles fósiles, tanto para aportar energía eléctrica como térmica.

El uso de energías renovables va en aumento abriendo camino a la sostenibilidad de la industria ferroviaria.

Algunos ejemplos de energías renovables que han dado buenos resultados al implementarlas en estaciones son: Energía solar, eólica, geotérmica, hidroeléctrica, cubiertas verdes y almacenamiento de energía.

Por otra parte, este documento menciona sistemas y tecnologías que permiten a las estaciones generar su propia energía (instalaciones autosuficientes), y entre los ejemplos concretos de estos sistemas se encuentran: sistemas combinados de calor y electricidad, sistemas de microrredes, sistemas de conversión de residuos de energías, sistemas geotérmicos y sistemas de recogida de agua de lluvia.

Tanto el uso de energías renovables como las instalaciones autosuficientes pueden reducir el consumo de energía significativamente, sin embargo, esto está sujeto a la ubicación de la estación, sus necesidades energéticas y los recursos disponibles.

Recuperación y almacenamiento de energía en la infraestructura

Esta opción contempla el uso de la energía de frenado del material rodante, y lleva varias décadas de perfeccionamiento tecnológico. Consiste en aprovechar la energía cinética que se genera durante el frenado para ser usada en forma de energía eléctrica aprovechable en la aceleración de otros trenes o bien, ser devuelta a la red.

Esta forma de aprovechar la energía surge como respuesta a la necesidad de estabilizar la corriente continua de catenaria, reducir el pico de demanda y consumo energético.

Luego de años de uso se ha comprobado que además mantiene de una mejor manera el material rodante, puesto que ayuda a reducir el desgaste y fatiga de los sistemas de freno de tren.

En la actualidad este sistema es aprovechado también como suministro energético de la estación, mediante sistemas de almacenamiento de energía, lo que es una gran opción frente a posibles interrupciones del suministro eléctrico, caídas de tensión, etc.

La tecnología actualmente permite alcanzar varios MW de potencia, aportando los siguientes beneficios:

  • A través de la recuperación de energía, el coste energético queda reducido.
  • Reducción de los picos de demanda de energía y las consecuentes penalizaciones.
  • Reducción del coste en infraestructura para mantener el nivel de tensión.
  • Aportar autonomía y digitalización a la subestación de tracción, generando múltiples beneficios a la red local, así como ventajas económicas para el operador ferroviario.
  • Es compatible con sistemas de tracción existentes y no afecta en absoluto a la operación de los trenes ni a su cadena de tracción.
  • Permite funcionar de forma independiente al suministro de la compañía eléctrica.

La evolución tecnológica de la electrónica de potencia, así como de la optimización de los sistemas eléctricos permiten:

  • Fácil instalación.
  • Arquitectura modular, permitiendo la escalabilidad del sistema de acuerdo con las necesidades que puedan surgir en cada uno de los escenarios que los usos de la estación demanden.
  • Bajo mantenimiento (predictivo casi en su totalidad) y amplios ciclos de vida.
  • Accesos remotos con altos niveles de seguridad y fácilmente implementables a los sistemas de gestión de la estación.
  • Disponen de herramientas de simulación y optimización del sistema.
  • Adicionalmente, son capaces de regular frecuencia y funcionar como sistemas de tracción.

El frenado regenerativo ya es altamente usado en coches eléctrico e híbridos, y mantiene una creciente incorporación en los sistemas de transporte ferroviario, algunos ejemplos de sistemas ferroviarios que lo utilizan son: RFI Italia, PKP Polonia, Metro de Londres, Metro de Nueva York, Metro de París, Metro de Tokyo, entre otros.

Transformación digital

En la estación del futuro la conectividad es algo primordial, y es la IA la encargada de la optimización de recursos y la eficiencia. La utilización de tecnologías en las protecciones eléctricas hace un uso eficiente de los recursos de mantenimiento, reducciones de consumo eléctrico y optimización de la explotación.

Al tener las protecciones eléctricas como puntos de medidas, tanto variables eléctricas como valores de uso, eventos con fecha y hora, hace posible mejorar el mantenimiento remoto y local.

Flexibilidad energética

Desde 2002, la Unión Europea promueve su preocupación por el cambio climático y la necesaria descarbonización progresiva del sector energético, como una forma de mitigar los efectos adversos a mediano y largo plazo.

La implantación de nuevas políticas supone que el mercado se aproxime poco a poco a un escenario 100% eléctrico, lo que plantea retos tecnológicos cada vez más ambiciosos.

La energía eléctrica debe ser balanceada en tiempo real con el ajuste de los centros de generación (hidroeléctricas, carbón, gas, entre otras), que producen la energía que es distribuida continuamente por toda la geografía, de no ser así, se producirían cortes del suministro.

Hasta ahora, los operadores de red gestionan la energía comunicándose con dichas centrales y controlando las interconexiones con otros países prácticamente en tiempo real. Gracias a la mejora de los modelos matemáticos de predicción de demanda, esta gestión se hace actualmente de una forma óptima con la colaboración del mercado eléctrico, y cabe destacar que España es uno de los países con menor tasa de incidencias de la Unión Europea.

No obstante, el despliegue masivo de instalaciones de autoconsumo plantea retos a los operadores eléctricos, distribuidoras y empresas tecnológicas, quienes trabajan para diseñar enfoques que permitan una flexibilidad energética.

La flexibilidad energética o respuesta activa de la demanda es la capacidad de modificar la demanda de un edificio o instalación a partir de las señales/informaciones proporcionadas por el mercado (como, por ejemplo, precios) o por su agregador independiente. Actualmente, la flexibilidad energética está basada principalmente en el control de la producción renovable (a través de convertidores de potencia multinivel), baterías eléctricas o equipos que se pueden conectar y desconectar sin ocasionar molestias a los usuarios.

Es en este escenario donde las estaciones ferroviarias tienen la oportunidad de integrarse y contribuir en estos nuevos sistemas de gestión energética.

Por una parte, las estaciones de medianas y grandes poblaciones suelen ser consumidores de gran potencia y por lo general están conectadas a redes de media tensión.

A su vez, disponen de instalaciones (climatización, iluminación, etc.) para operar diferentes servicios, desde la propia gestión de pasajeros hasta su función como centros comerciales, lo ideal es que permanezca la tendencia a la evolución natural de estos edificios y sus instalaciones, mediante la implantación de energías renovables y otras estrategias propias del ámbito ferroviario como el aprovechamiento de la energía de frenada de los trenes a su llegada a las estaciones.

Conclusiones y comentarios

Como hemos visto en otros artículos de La Estación del Futuro, las estaciones tienden a enfocarse en la experiencia del usuario, la cual se verá favorecida con la ayuda de diversas tecnologías como robótica, inteligencia artificial, gemelos digitales y sensores IoT.

Toda esta nueva tecnología, si bien es cierto, se utiliza con el objetivo de mejorar el sistema ferroviario, pero también supone un aumento en el consumo de energía, por lo cual es un tema que hay que poner en la balanza.

No se puede pensar en una mejora en los servicios de un sistema ferroviario sin considerar los ámbitos energético y económico, ya que no se trata simplemente de mejorar el sistema, sino que debe ir de la mano con una conciencia medioambiental que permita un crecimiento sostenible que como consecuencia implica una reducción de costes de operación.

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