Proyecto ElecRail Proyecto EnerTrans

Transcripción

1 Foro de la empresas ferroviarias por la sostenibilidad I+D+i EN EFICIENCIA ENERGÁTIVA Y EMISIONES EN EL FERROCARRIL I+D+i en la eficiencia energética y emisiones del ferrocarril en España Proyecto ElecRail Proyecto EnerTrans Alberto García Álvarez Investigador, Fundación de los Ferrocarriles Españoles albertogarcia@ffe.es Valencia, 9 de julio de 2007

2 La especialización de la FFE en los estudios de eficiencia energética Liderazgo de los proyectos EnerTrans y ElecRail. Clases de eficiencia energética en el ferrocarril en el Curso General de Transportes Terrestres (2 horas), Master de sistemas ferroviarios ICAI (10 horas) y asignatura Economía y explotación del transporte (2 horas) Organización de Jornadas sobre eficiencia energética en el ferrocarril Publicación de libros y artículos sobre el tema.

3 Foro de la empresas ferroviarias por la sostenibilidad I+D+i EN EFICIENCIA ENERGÁTIVA Y EMISIONES EN EL FERROCARRIL Proyecto ElecRail (en trámite) A desarrollar en

4 Objetivos Analizar de forma teórica, simular, comprobar experimentalmente, y valorar económicamente acciones para reducir el consumo de energía en el ferrocarril eléctrico: materiales ligeros, impacto de la aerodinámica del tren, cogeneración a la red, acumulación de la energía regenerada y diseño eficiente de horarios y conducción de los trenes. Se analizarán las interrelaciones entre las acciones, y se profundizará en el estudio detallado de las menos investigadas, partiendo de una revisión de los resultados obtenidos en proyectos de investigación pasados y en curso sobre eficiencia energética. Incluye el desarrollo de modelos de simulación parametrizables para el análisis de estrategias de reducción de consumos por diseño eficiente de horarios ferroviarios y conducción de trenes específicos para líneas de alta velocidad y metros. Los resultados de la simulación serán ensayados en dos casos reales, en Metro y en un una línea de alta velocidad. También se desarrollarán modelos eléctricos de simulación parametrizables que permitan evaluar el impacto que tendría el uso de diferentes tecnologías y criterios de diseño.

5 Antecedentes Conducción económica en AVE Proyecto Enertrans Proyecto de investigación IIT-Metro de Madrid Reducción de costes de operación mediante el uso eficiente del frenado regenerativo. Este proyecto se está realizando en los años 2007 y 2008, y cuenta con una subvención del Programa de Fomento de la Investigación Técnica ( ) del Ministerio de Educación y Ciencia.

6 Datos Consumo (neto medido en la entrada de las subestaciones): GWh en 2005 (1,8 M t CO 2 ). Proyectado (crecimiento tráfico) a 2010, daría a un consumo del orden GWh (2,5 M t CO 2 ). Energía disipada por el freno de los trenes sería de GWh, de los que se aprovecharía el 38% (864 GWh): 773 GWh para alimentar otros trenes y 61 GWh en devolución a la red pública (alta velocidad).

7 Datos Se estima que las medidas de actuación sobre el vehículo podrían reducir el consumo a unos GWh y la energía disipada en el freno de los trenes a GWh. De esta energía disipada en el freno, se estima que podría pasarse del aprovechamiento actual del 38% hasta un 85% de aprovechamiento con un rendimiento del 85%, por lo que se estima que se aprovecharían GWh. Por ello, las dos actuaciones podrían suponer una reducción del consumo anual del orden 773 GWh (0,4 M de t de CO 2 ). De ellos, 142 GWh vendrían de actuaciones sobre el vehículo y otros 631 GWh por aprovechamiento de energía del frenado.

8 Participantes en el proyecto Fundación de los Ferrocarriles Españoles (entidad solicitante); Instituto de Investigación Tecnológica (IIT) de la Universidad Pontificia Comillas (ICAI); Facultad de CC. Matemáticas de la Universidad- Complutense de Madrid; Administrador de Infraestructuras Ferroviarias (Adif); Renfe-Operadora (Alta Velocidad; Cercanías; y Dirección de Calidad y Desarrollo Sostenible); Ferrocarrils de la Generalitat de Catalunya; Metro de Madrid, S.A.; Transports Metropolitans de Barcelona (Metro de Barcelona); Dtren; Patentes Talgo; CAF; Dimetronic; Técnica electrónica de automatismo y medida (Team, S.A.), y M. Torres, Diseños Industriales, S.A. Con el compromiso y apoyo del Foro de las Empresas Ferroviarias por la Sostenibilidad

9 El apoyo del Foro

10 Flujos de energía tracción eléctrica Pérdidas red: -Tensión electrific. -Distancia entre sub. - Sección conductores Rendim. Locomotora: -Tipo motor -Control -Tamaño motor -Rend. transformador Forma y tamaño Masa Á M B I T O G E S T I Ó N E N E R G Í A D E L F R E N O Energía aprovechada por marcha en deriva. >Tiempo >consumo Energía freno regenerativo aprovechada instantáneamente en auxiliares Energía freno regenerativo acumulada en vehículo y aprovechada R E D Energía perdida en el transporte y transformación de energía Energía perdida en la cadena de tracción V E H Í C U L O Energía para vencer la resistencia aerodinámica al avance Energía para vencer la resistencia mecánica al avance Energía para serv.auxiliares Energía potencial y cinética acumulada (energía gestionable con freno) Trazado de vía y nº paradas Freno reostático Energía aprov.si hay almacen. Freno embarcado reostático Energía que Energía que puede puede ser E.P. si no hay: ser otro aprovechada tren acelerando, si aprovechada o devol. a red, se o puede acumlac. devolver en tierra a si hay freno la red pública regenerativo Freno reostático Energía perdida en freno neumático (irrecuperable) Acumulador estático Acumulador embarcado Energía enviada a la red para ser aprovechada por otro tren Freno reostático

11 Objetivos El objetivo principal del proyecto es analizar de forma sistemática todas y cada una de las formas de reducir el consumo de energía eléctrica (y por ello, costes y emisiones) en el ferrocarril de tracción eléctrica. Un objetivo complementario es crear un grupo de trabajo con un núcleo estable que pueda avanzar en el futuro en nuevas líneas de investigación en el consumo energético de la tracción eléctrica.

12 Foro de la empresas ferroviarias por la sostenibilidad I+D+i EN EFICIENCIA ENERGÁTIVA Y EMISIONES EN EL FERROCARRIL Eficiencia energética y emisiones del ferrocarril Proyecto EnerTrans Alberto García Álvarez Investigador, Fundación de los Ferrocarriles Españoles albertogarcia@ffe.es Valencia, 9 de julio de 2007

13 Qué es EnerTrans? Proyecto de investigación sobre el consumo de energía en el transporte, incluyendo todos los modos, que desarrollan ocho entidades de diverso tipo, Que cuenta con una subvención del CEDEX, Ministerio de Fomento. Número de proyecto: PT IASM.

14 Objetivos del proyecto Desarrollo de un modelo de cálculo y predicción de los consumos energéticos y emisiones del sistema de transporte. Para valorar la sensibilidad de los consumos a las decisiones de inversión en infraestructura y de política de transporte. Para la ayuda a la toma de decisiones sobre problemas concretos de transporte Para hacer posible la transmisión intermodal de los avances en materia de eficiencia energética Para homogeneizar el tratamiento y los resultados de todos los modos de transporte Llevar a cabo acciones de difusión de resultados.

15 Entidades participantes en el proyecto Fundación Agustín de Betancourt

16 Aspectos metodológicos materiales Todos los modos de transporte son estudiados bajo una misma metodología: Automóvil, camión, autobús; Ferrocarril; Marítimo; Aéreo; Tubería No se plantea por agregación modal, sino por estudio conjunto: Todos los temas en los que no hay diferencias tecnológicas, se estudian transversalmente Los temas con diferencias tecnológicas se estudian separadamente, pero con una metodología común El modelo final es integrado de todos los modos Se plantea con un enfoque ingenieril ( de abajo a arriba ), y no econométrico ( de arriba abajo ) Se parte del análisis de la función de consumo Los datos reales se emplean para el ajuste de la función

17 Actividades a desarrollar Estado del arte Análisis de estadísticas existentes Esquema general de los usos de la energía Flujos energéticos del petróleo y la electricidad Estandarización de consumos Análisis de las diferencias de recorrido por longitud de caminos y operación Consumo: Construcción y explotación de infraestructuras y vehículos Movimiento de vehículos Servicios auxiliares Desarrollo, ajuste e implantación del modelo

18 Usos de la energía en el transporte

19 Flujos energéticos para los vehículos Energía primaria Energía final Construcción de infraestructuras Construcción de vehículos Energía útil Pérdidas Movimientos de vehículos - Resistencia al avance - Cinética y potencial no aprovechada Auxiliares de los vehículos - Técnicos - Comerciales Auxiliares de la infraestructura Terminales, y otros usos Medidor entrada sistema Medidor entrada vehículo Medidor salida vehículo Energía para el movimiento en llantas, rueda, ala o hélice Energía para servicios auxiliares Pérdidas en extracción, generación y transporte Pérdidas en el transporte, transformación y aprovisionamiento Pérdidas en el vehículo

20 Esquema general de los flujos de energía en el transporte Energía primaria Energía renovable Energía no renovable (pozo, mina, yacimiento) Pérdidas en extracción, transporte a central, etc. Pérdidas en transporte hasta central de generación Pérdidas en la generación de electricidad Pérdidas en transporte y transformación hasta subestación usuario Entrada subestación usuario Pérdidas en transporte y transformación hasta el vehículo Pérdidas en el vehículo (rendimiento motor y transmisión) Central generación eléctrica A.C. Vehículo D.C. y A.C. Vehículos motor eléctrico Aprov. freno regenerativo Refinería Vehículos motor principal comb. Interna alt. o turbina gas Energía útil para servicios auxiliares Vehículo Energía útil para el movimiento del vehiculo Pérdidas en extracción, transporte a refinería, etc. Pérdidas en el refino y en la producción del combustible Pérdidas en transporte hasta depósitos usuario Entrada depósitos usuario Pérdidas en transporte hasta el vehículo Pérdidas en el vehículo (rendimiento motor y transmisión)

21 Función de consumo (parcial) Foro de las empresas ferroviarias por la sostenibilidad ( ( ) ( )) t s 2 t 2 s C V max + C σ v [( T f 1) T l ) + ] s ( ) t t s t A + B V max + + ( C s c M )+ E = 1 T Energía para vencer resistencia al avance en recta Energía cinética disipada en reducción de velocidad Energía para vencer resistencia al avance en curva Energía para vencer resistencia al avance durante deceleración Energía potencial disipada en Freno en pendientes Los valores de los coeficientes varían según el modo de transporte e incluso para un modo de transporte según el tipo de vehículo, pudiendo ser 0.

22 La estandarización El proceso de estandarización ofrecerá resultados de consumos específicos en tres pasos: Consumo por unidad de capacidad potencial Consumo por unidad de capacidad efectiva Consumo por unidad de transporte Este desglose de debe a que: Según el tipo de problema a resolver, se empleará uno u otro La responsabilidad de las diferencias está ubicada en descisores diferentes.

23 La cuestión de las diferencias trayectoria/desplazamiento En el proyecto se estudia la relación entre las distancias reales recorridas por cada modo de transporte, ya que la comparación de consumos hay que hacerla entre origen y el destino del viajero y de la mercancía, con independencia del recorrido. Se observan relaciones de 1 a 1,3 como muy normales entre diferentes modos de transporte.

24 Foro de la empresas ferroviarias por la sostenibilidad I+D+i EN EFICIENCIA ENERGÁTIVA Y EMISIONES EN EL FERROCARRIL I+D+i en eficiencia energética y emisiones del ferrocarril Proyecto EnerTrans Proyecto ElecRail Alberto García Álvarez Investigador, Fundación de los Ferrocarriles Españoles albertogarcia@ffe.es Valencia, 9 de julio de 2007

25 Foro de la empresas ferroviarias por la sostenibilidad I+D+i EN EFICIENCIA ENERGÁTIVA Y EMISIONES EN EL FERROCARRIL Gracias por su atención Proyecto EnerTran Proyecto ElecRail Para cualquier duda: albertogarcia@ffe.es enertrans@ffe.es