Desde comienzos del siglo pasado, las grandes capitales del mundo han apostado al transporte ferroviario para mejorar el desarrollo logístico del transporte de mercancía, así como de movilización de personas. Los múltiples sistemas ferroviarios (ligero, de alta velocidad, carga, interurbano, etc.) han optimizado el comercio mundial y mejorado la calidad de vida de millones de personas, permitiéndoles desplazarse dentro de regiones y ciudades en poco tiempo respecto a lo posible en transporte particular u otro medio de transporte. Panamá ha contado con sistemas ferroviarios desde antes del periodo republicano y recientemente ha incursionado en el desarrollo de líneas de metro (desde el 2014). Asimismo, se tiene trazada la “Red Maestra” que involucra nueve líneas de metro y dos posibles metro cables, que permitirán interconectar los distritos más habitados de la Provincia de Panamá y Panamá Oeste. Un proyecto de dicha envergadura exige un suministro de energía notable, tal como puede apreciarse en las dos líneas actuales del Metro de Panamá que requieren un alto presupuesto solamente para sufragar el consumo energético. Grandes cantidades de flujo de energía exigen altos estándares de eficiencia y de optimización y, específicamente, en sistemas eléctricos tan dispersos, desequilibrados y variables como éstos. Considerando la naturaleza electromecánica de los trenes, al frenar éste inyecta un flujo de potencia (frenado regenerativo) a la catenaria que, si no es aprovechado por otro tren en aceleración, debe disiparse mediante resistencias (freno reostático) para mantener la calidad de suministro y evitar posibles actuaciones de las protecciones. Desde comienzos del milenio, varios sistemas ferroviarios han aplicado métodos para reducir dicho desperdicio de energía como sincronización de la marcha de los trenes, sistemas de almacenamiento y subestaciones reversibles. Basado en esto, esta investigación propone evaluar la instalación de sistemas de almacenamiento en la línea 1 y analizar el impacto sobre la reducción de picos de corriente, huecos de tensión y consumo energético. En la literatura, muchos autores han conseguido ahorros energéticos y reducción de potencia hasta de un 50%, además de reducir la banda de tensiones en la catenaria y reducir la dependencia del suministro local. Para dicha evaluación, se realizó un modelo general en Matlab para estimar y corroborar las bondades de baterías y supercapacitores en donde se aprecia una reducción casi total del aporte de energía de la red y una estabilización de la tensión y corriente. Seguidamente, se simuló electrodinámicamente la línea del metro para inspeccionar la variación de los parámetros y cuantificar la energía regenerada para obtener un punto de partida y estudiar el acople de tecnologías de almacenamiento a ésta. Finalmente, con el recurso estimado y la tecnología instalada, se realizó una exploración del aprovechamiento que implica un predimensionamiento de las posibles aplicaciones como son: estaciones de recarga rápida de vehículos eléctricos, plantas generadoras de hidrógeno verde (estaciones electrolizadoras) para diversos usos y suministro auxiliar a consumidores críticos como hospitales, que además se le suministraría oxígeno resultante de la electrólisis. Los resultados de estudio del desempeño de los dispositivos de almacenamiento, baterías y supercapacitores, sí demuestran la capacidad de reducir fluctuaciones de tensión y picos de potencias, así como reducir el aporte energético por parte. Sin embargo, la simulación electrodinámica establece, ante distintas condiciones de operación, que la Línea 1 del Metro no presenta fluctuaciones de tensión considerables (banda del 1% del nominal), además de presentar una regeneración nominal de 8%, así haciendo poco provechosa la implementación de dispositivos de almacenamiento y evitando su acople al sistema en estudio. Respecto al aprovechamiento de la energía del frenado regenerativo, se obtuvo una regeneración nominal estimado de 8 MWh/día, suficiente para abastecer 152 vehículos eléctricos, conseguir más de 2000 L de hidrógeno líquido y abastecer del 37% al 320% del consumo eléctrico de edificaciones universitarias de la Universidad Tecnológica de Panamá. Considerando estos resultados, se proyecta la interacción de la red ferroviaria con otras actividades comerciales y/o industriales que representen más beneficio práctico y colabore con los planes nacionales de eficiencia energética y movilidad eléctrica.
Desde comienzos del siglo pasado, las grandes capitales del mundo han apostado al transporte ferroviario para mejorar el desarrollo logístico del transporte de mercancía, así como de movilización de personas. Los múltiples sistemas ferroviarios (ligero, de alta velocidad, carga, interurbano, etc.) han optimizado el comercio mundial y mejorado la calidad de vida de millones de personas, permitiéndoles desplazarse dentro de regiones y ciudades en poco tiempo respecto a lo posible en transporte particular u otro medio de transporte. Panamá ha contado con sistemas ferroviarios desde antes del periodo republicano y recientemente ha incursionado en el desarrollo de líneas de metro (desde el 2014). Asimismo, se tiene trazada la “Red Maestra” que involucra nueve líneas de metro y dos posibles metro cables, que permitirán interconectar los distritos más habitados de la Provincia de Panamá y Panamá Oeste. Un proyecto de dicha envergadura exige un suministro de energía notable, tal como puede apreciarse en las dos líneas actuales del Metro de Panamá que requieren un alto presupuesto solamente para sufragar el consumo energético. Grandes cantidades de flujo de energía exigen altos estándares de eficiencia y de optimización y, específicamente, en sistemas eléctricos tan dispersos, desequilibrados y variables como éstos. Considerando la naturaleza electromecánica de los trenes, al frenar éste inyecta un flujo de potencia (frenado regenerativo) a la catenaria que, si no es aprovechado por otro tren en aceleración, debe disiparse mediante resistencias (freno reostático) para mantener la calidad de suministro y evitar posibles actuaciones de las protecciones. Desde comienzos del milenio, varios sistemas ferroviarios han aplicado métodos para reducir dicho desperdicio de energía como sincronización de la marcha de los trenes, sistemas de almacenamiento y subestaciones reversibles. Basado en esto, esta investigación propone evaluar la instalación de sistemas de almacenamiento en la línea 1 y analizar el impacto sobre la reducción de picos de corriente, huecos de tensión y consumo energético. En la literatura, muchos autores han conseguido ahorros energéticos y reducción de potencia hasta de un 50%, además de reducir la banda de tensiones en la catenaria y reducir la dependencia del suministro local. Para dicha evaluación, se realizó un modelo general en Matlab para estimar y corroborar las bondades de baterías y supercapacitores en donde se aprecia una reducción casi total del aporte de energía de la red y una estabilización de la tensión y corriente. Seguidamente, se simuló electrodinámicamente la línea del metro para inspeccionar la variación de los parámetros y cuantificar la energía regenerada para obtener un punto de partida y estudiar el acople de tecnologías de almacenamiento a ésta. Finalmente, con el recurso estimado y la tecnología instalada, se realizó una exploración del aprovechamiento que implica un predimensionamiento de las posibles aplicaciones como son: estaciones de recarga rápida de vehículos eléctricos, plantas generadoras de hidrógeno verde (estaciones electrolizadoras) para diversos usos y suministro auxiliar a consumidores críticos como hospitales, que además se le suministraría oxígeno resultante de la electrólisis. Los resultados de estudio del desempeño de los dispositivos de almacenamiento, baterías y supercapacitores, sí demuestran la capacidad de reducir fluctuaciones de tensión y picos de potencias, así como reducir el aporte energético por parte. Sin embargo, la simulación electrodinámica establece, ante distintas condiciones de operación, que la Línea 1 del Metro no presenta fluctuaciones de tensión considerables (banda del 1% del nominal), además de presentar una regeneración nominal de 8%, así haciendo poco provechosa la implementación de dispositivos de almacenamiento y evitando su acople al sistema en estudio. Respecto al aprovechamiento de la energía del frenado regenerativo, se obtuvo una regeneración nominal estimado de 8 MWh/día, suficiente para abastecer 152 vehículos eléctricos, conseguir más de 2000 L de hidrógeno líquido y abastecer del 37% al 320% del consumo eléctrico de edificaciones universitarias de la Universidad Tecnológica de Panamá. Considerando estos resultados, se proyecta la interacción de la red ferroviaria con otras actividades comerciales y/o industriales que representen más beneficio práctico y colabore con los planes nacionales de eficiencia energética y movilidad eléctrica. Read More
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