Optimización de horarios en líneas metropolitanas para mejorar el uso de la energía regenerada en los frenados

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. Con el objetivo de aumentar la energía transferida en los frenados y reducir el consumo de tracción en subestaciones se ha desarrollado un modelo de optimización para diseñar horarios en líneas metropolitanas que trata de sincronizar arranques y frenados, considerando múltiples restricciones técnicas y operativas. También se ha desarrollado un modelo simulación del sistema de electrificación mediante flujo de cargas para evaluar la calidad y el aprovechamiento de cada sincronización arranque-freno, y cuyos resultados se incorporan al modelo de optimización de horarios. Una vez validados los modelos, se han aplicado al diseño del horario comercial 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 en Metro de Madrid, 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. La Línea 3 de Metro de Madrid está alimentada con una tensión de 1500 V, por lo que las pérdidas en resistencias serán menores que en otras líneas de metro alimentadas a 750 V, y tiene continuidad eléctrica, esto es, todas las estaciones están conectadas eléctricamente, lo que implica que inicialmente muchos procesos de arranque y freno ya están sincronizados, por lo que el ahorro del 3 se ha conseguido fundamentalmente mejorando la calidad de las sincronizaciones ya existentes con la información proporcionada por el modelo eléctrico. 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).