Análisis de las alternativas para el aprovechamiento de la energía producida por el frenado regenerativo de los trenes de la Línea 1 del Metro de Lima y Callao

Abstract

Los trenes de la Línea 1 del Metro de Lima y Callao son trenes eléctricos alimentados en Voltaje DC que utilizan el frenado regenerativo para desacelerar, inyectando esta energía eléctrica a la catenaria y que otros trenes la pueda utilizar durante el mismo momento. Sin embargo, se requiere que un tren esté frenando y otro acelerando para que este fenómeno se presente y se aproveche eficazmente, caso contrario, esta energía es desperdiciada siendo disipada en forma de calor sin su posible aprovechamiento. Para aumentar la cantidad de energía reutilizada, en la presente investigación se han descrito las posibles alternativas a implementar como la devolución de energía la red, mediante subestaciones reversibles o sistemas de almacenamiento de energía dentro o fuera del tren, mediante baterías, supercapacitores o ruedas de inercia, con el objetivo de reducir el consumo de la red de alimentación de la Línea 1. Asociaciones como la UIC estiman que el potencial aprovechable de esta energía cinética puede llegar a ser de hasta un 33% mediante la aplicación eficiente de alguna tecnología. Varias aplicaciones en Europa, Asia y América han demostrado que la instalación de este tipo de tecnologías reduce significativamente la energía consumida de la red, logrando así un ahorro energético y económico que resultan beneficiando positivamente la empresa operaria y al medio ambiente. En la presente tesis se ha recopilado y comparado una serie de aplicaciones de este tipo de tecnologías alrededor del mundo, así como las características técnicas y operacionales relevantes del tren de la Línea 1 con el fin de delimitar y presentar cuál de estas alternativas es la óptima a ser implementada en su infraestructura, para poder así presentarla ante la empresa Operaria y su futura aplicación.

The Line 1 of the Lima and Callao Metro Network trains are powered by electric DC voltage and use regenerative braking to decelerate, injecting this electrical energy into the catenary so that other trains can use it at the same time. However, it is required that one train is braking, and another is accelerating for this phenomenon to occur and for this energy be used effectively, otherwise, it is wasted being dissipated in the form of heat without its possible use. To increase this amount of reused energy, the present research has described possible alternatives to implement such as the return of energy to the grid through reversible substations, or energy storage systems inside or outside the train, using batteries, supercapacitors, or wheels of inertia, to reduce the consumption of the Line 1 power network. Associations such as the UIC estimate that the usable potential of this kinetic energy can be up to 33% through the efficient application of some of the technologies described. Several applications in Europe, Asia and America have shown that the installation of this type of technology significantly reduces the energy consumed by the network, thus achieving energy and economic savings that are positively benefiting the operating company. In this thesis, a series of applications of these types of technologies around the world have been compiled and compared, as well as the relevant technical and operational characteristics of the Line 1 train in order to define and present which of these alternatives is the most optimal for be implemented in its infrastructure, in order to present it to the operation company and its future application.