Diseño de horarios ferroviarios para maximizar el aprovechamiento de energía procedente de sistemas de frenado regenerativo

Abstract

En este artículo se aborda un problema de diseño de horarios para explotaciones metropolitanas con el objetivo de maximizar el aprovechamiento de la energía proveniente de los sistemas de frenado regenerativo. Actualmente, la mayor parte de los trenes están equipados con sistemas de freno regenerativo, recuperando una energía que se emplea en primer lugar para alimentar los equipos auxiliares del propio tren. El resto de energía se consume en las resistencias de frenado, salvo que se transfiera a otro tren que se encuentre traccionando en el mismo sector eléctrico o que se disponga de subestaciones reversibles. Para mejorar la transferencia de energía y reducir el consumo de tracción se ha realizado un proyecto de investigación financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia en colaboración entre la Universidad Pontificia Comillas y Metro de Madrid. En este proyecto se ha desarrollado un modelo de optimización para diseñar horarios considerando múltiples restricciones. Se ha desarrollado también un modelo de flujo de cargas eléctricas para calcular la calidad de cada sincronización (es preferible aprovechar la energía de frenado de un tren en una estación cercana para minimizar las pérdidas en resistencias de la línea). Una vez validados los modelos, se ha diseñado un horario comercial para los trenes que circulan en Línea 3 de Metro de Madrid entre las 10 de la noche y las 2 de la madrugada. Este horario sincronizado se implantó en modo de pruebas durante una semana y se midió un ahorro en el consumo energético en subestaciones del 3 respecto del horario sin sincronizar. Estos resultados se obtuvieron optimizando la salida de los trenes de las estaciones con un margen de tan sólo un minuto respecto del horario en servicio, para respetar el horario publicado a los viajeros. Con los datos medidos se pudo comprobar también que la correlación entre el ahorro conseguido en cada subestación y el incremento de sincronizaciones entre procesos de arranque y frenado en las estaciones alimentadas por la subestación es muy significativa (R2 = 75).