Sistemas de recuperación de energía en la red ferroviaria

Abstract

El sector del transporte ferroviario se enfrenta al reto constante de mejorar su eficiencia energética y reducir su impacto medioambiental. Actualmente, en los sistemas de tracción de corriente continua (CC) con subestaciones unidireccionales, la energía generada durante el frenado regenerativo se pierde en forma de calor a través de resistencias reostáticas si no hay otros trenes cercanos que puedan absorberla. Esto supone una pérdida significativa de energía útil.

Dado que los sistemas de almacenamiento físico (como baterías o supercondensadores) presentan importantes limitaciones operativas para esta aplicación, este proyecto propone una alternativa técnica y económicamente viable: el diseño de un equipo de regeneración acoplado en paralelo a la instalación principal.

Esta solución, compuesta por etapas de conversión (CC-CC), inversión (CC-CA) y filtrado, dota de reversibilidad a la subestación sin necesidad de sustituir la infraestructura existente. De este modo, se consigue recuperar la energía del frenado e inyectarla de nuevo en la red de alterna (CA).

Para validar la propuesta, el desarrollo de este proyecto consiste en el desarrollo de las ecuaciones matemáticas a partir de un caso base y se comprueba, mediante simulación, el correcto funcionamiento de los lazos de control y su capacidad de extrapolación a otros contextos operativos.

Finalmente, este proyecto tiene gran escalabilidad debido a su sistema modular y al aprovechamiento de la infraestructura existente. Esto no solo ayuda con la inversion incial, si no también, en caso de fallo de uno de los módulos, se podrá seguir operando en un regimen de menor potencia.

The railway transport sector faces the constant challenge of improving its energy efficiency and reducing its environmental impact. Currently, in direct current (DC) traction systems with unidirectional substations, the energy generated during regenerative braking is lost as heat through rheostatic resistors if there are no other nearby trains that can absorb it. This represents a significant loss of useful energy.

Given that physical energy storage systems (such as batteries or supercapacitors) present significant operational limitations for this application, this project proposes a technically and economically viable alternative: the design of a regeneration system put in parallel to the main installation.

This solution, composed of conversion (DC-DC), inversion (DC-AC), and filtering stages, provides reversibility to the substation without the need to replace the existing infrastructure. In this way, it is possible to recover the braking energy and inject it back into the alternating current (AC) grid.

To validate the proposal, this project involves formulating the mathematical equations based on a base case and verifying, through simulation, the correct operation of the control loops and their capacity to be extrapolated to other operational contexts.

Finally, this project is highly scalable due to its modular system and the utilization of the existing infrastructure, which not only helps with the initial investment but also ensures that, in the event of a module failure, operations can continue at a lower power rating.