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Suministro eléctrico a nivel del suelo

Tranvía de Sevilla equipado con suministro eléctrico a nivel del suelo CAF ACR, 2019 El suministro de energía a nivel del suelo , también conocido como captación de corriente su...

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Tranvía de Sevilla equipado con suministro eléctrico a nivel del suelo CAF ACR, 2019

El suministro de energía a nivel del suelo , también conocido como captación de corriente superficial o, en francés, alimentation par le sol ("alimentación a través del suelo"), es un concepto y un conjunto de tecnologías que permiten a los vehículos eléctricos obtener energía eléctrica a nivel del suelo en lugar de las líneas aéreas más comunes .

Los sistemas de suministro eléctrico a nivel del suelo se remontan a los inicios de los tranvías eléctricos . A menudo se implementaban donde el público expresaba un deseo estético de evitar las líneas aéreas. Algunos de los primeros sistemas utilizaban la captación de corriente mediante conductos . Los sistemas del siglo XXI, como Alstom APS , Ansaldo Tramwave , CAF ACR y Elways , se desarrollaron según los estándares modernos de seguridad y fiabilidad, y añadieron la capacidad de suministrar energía a autobuses, camiones y automóviles eléctricos .

Algunos sistemas de suministro eléctrico a nivel del suelo utilizan condensadores y baterías eficientes y de alta densidad energética para alimentar partes de un sistema de transporte eléctrico; por ejemplo, permiten que los autobuses y trenes carguen sus baterías durante las paradas en las estaciones.

Sistemas primitivos

Conducto para la recolección de corriente entre los rieles de los tranvías en Washington, DC , 1939. Instalado por primera vez en 1895, [ 1 ] permaneció en funcionamiento hasta 1962. [ 2 ]
Restos de la vía del tranvía en la rampa de acceso al antiguo paso subterráneo de tranvías de Kingsway en Londres, 2011, con plantas creciendo en el conducto.

Los sistemas de captación de corriente por conductos se implementaron ya en 1881 con el tranvía de Gross-Lichterfelde . [ 3 ] : Apéndice I El sistema se compone principalmente de un canal, o conducto, excavado bajo la calzada; el conducto se coloca entre los raíles, de forma muy similar al cable de los teleféricos , [ 4 ] o debajo de uno de los raíles; un vagón está conectado a un "arado" que recorre el conducto y suministra energía desde dos raíles eléctricos situados a los lados del conducto al motor eléctrico del vagón. [ 5 ] Los arados se acoplaban y desacoplaban manualmente de los vagones al cambiar de vía. [ 4 ]

Cleveland inauguró una línea de conductos en 1885. [ 1 ] Las compañías de tranvías de Budapest probaron un sistema de colector de corriente de conductos en 1887. Las líneas aéreas se encontraron con la oposición pública por razones estéticas, por lo que el contratista Siemens-Halske implementó un conducto de hormigón debajo de uno de los rieles del tranvía, con una abertura estrecha que permitía insertar un "arado" y hacer contacto eléctrico con los cables sostenidos por aisladores a cada lado del conducto. El sistema se utilizó en varias ciudades de Europa y Estados Unidos, donde se le conoció como el "Sistema de Budapest". [ 5 ] [ 6 ] Washington, D.C. instaló su primer sistema de recolección de corriente de conductos en 1895. Para 1899, todas las líneas del centro se habían convertido al sistema de conductos, que permaneció en funcionamiento hasta 1962. [ 1 ] El sistema era generalmente seguro, pero tendía a obstruirse con lodo y suciedad. El sistema cayó en desuso en pocos años debido al costo de excavar el conducto, y generalmente fue reemplazado por líneas aéreas. [ 5 ]

Los sistemas de contacto por pernos se implementaron entre 1899 y 1921. Los sistemas de los inventores Dolter y Diatto se utilizaron en Tours, París y varias ciudades de Inglaterra. La energía se suministraba mediante pernos colocados a intervalos en la calzada, que se conectaban a los vagones en circulación mediante patines o esquís de contacto . Los pernos eran cilindros con la parte superior al ras de la superficie de la calzada. Debajo había un mecanismo de interruptor que establecía una conexión eléctrica con la parte superior del perno cuando un vagón con un potente electroimán en su parte inferior pasaba sobre él. Los interruptores Diatto contenían mercurio, que a menudo se filtraba o se adhería a la pared del cilindro y mantenía la parte superior expuesta electrificada. Los interruptores Dolter utilizaban brazos pivotantes, que tendían a atascarse en la posición electrificada. Sistemas similares fueron operados por Thomson-Houston en Mónaco de 1898 a 1903, y por František Křižík en Praga en el Puente Rey Carlos de 1903 a 1908. [ 3 ] : 109–116 Los sistemas de contacto de pernos tuvieron una vida corta debido a problemas de seguridad. [ 7 ]

Los sistemas de recolección de corriente por conductos se utilizaron en varias ciudades importantes, incluidas Mónaco, Dresde, Praga, Tours, Washington y Londres, [ 3 ] : 44 pero planteaban problemas de mantenimiento y de seguridad vial. Los sistemas de conductos de Burdeos y Washington fueron los últimos en funcionamiento hasta su desmantelamiento en 1958 [ 7 ] y 1962, [ 2 ] respectivamente. Durante décadas, estos sistemas no se reintrodujeron porque no cumplían con las normas de seguridad modernas. [ 7 ]

Sistemas modernos

Tranvía de Burdeos equipado con fuente de alimentación a nivel del suelo Alstom APS, 2006.

Entre los años 1970 y 1990 se desarrollaron varios sistemas de suministro eléctrico a nivel del suelo, [ 8 ] pero no eran lo suficientemente fiables ni seguros para su uso comercial. [ 9 ]

El primer sistema de suministro eléctrico a nivel del suelo desarrollado según los estándares de seguridad modernos fue el Ansaldo Stream , [ 7 ] aunque un sistema competidor, el Alstom APS , fue el primero en implementarse comercialmente en 2003. Este éxito condujo a una proliferación de implementaciones comerciales de sistemas de suministro eléctrico a nivel del suelo. [ 10 ]

Los avances tecnológicos de finales de la década de 2010 propiciaron una mayor fiabilidad y viabilidad económica de los sistemas de alimentación a nivel del suelo. [ 11 ]

Sistemas de carreteras eléctricas

Suecia

Camión eléctrico circulando por una vía pública con suministro eléctrico a nivel del suelo de Elways-Evias, cerca del aeropuerto de Estocolmo Arlanda , 2019.

Las carreteras eléctricas alimentan y cargan vehículos eléctricos mientras circulan. Suecia ha probado sistemas de carreteras eléctricas que cargan las baterías de camiones y coches eléctricos , y entre los sistemas probados se encuentran dos sistemas de suministro de energía a nivel del suelo probados desde 2017: el sistema de rieles en la carretera de Elways-Evias y el sistema de rieles en la carretera de Elonroad. [ 12 ] Posteriormente, Elonroad desarrolló un sistema de rieles en la carretera para su uso en autopistas a velocidades de hasta 130 kilómetros por hora (81 mph) . [ 13 ] Se comprobó que los sistemas eran más económicos que el sistema de línea aérea probado y el sistema de carga inductiva dinámica . Se prevé que el sistema de rieles en la carretera proporcione hasta 800 kW por vehículo que circule por un segmento de riel alimentado, y se estima que el sistema es el más rentable de los cuatro sistemas probados. Se espera que los nuevos sistemas sean seguros, ya que los segmentos del riel se alimentan solo cuando un vehículo circula por ellos. [ 14 ] Los rieles se han probado sumergidos en agua salada y se ha comprobado que son seguros para los peatones. [ 15 ]  

Francia

El codirector de uno de los grupos de trabajo del Ministerio de Ecología francés sobre sistemas de carreteras eléctricas afirmó que los ERS basados ​​en ferrocarril son los más ventajosos, aunque la tecnología ferroviaria específica aún no se ha estandarizado. Francia planea invertir entre 30 y 40 mil millones de euros para 2035 en un sistema de carreteras eléctricas que abarcará 8.800 kilómetros. Las tecnologías de suministro de energía a nivel del suelo se consideran las candidatas más probables para las carreteras eléctricas. [ 16 ] En 2023 se anunciaron dos proyectos para la evaluación de tecnologías de carreteras eléctricas. La primera carretera pública francesa con un sistema de carretera eléctrica está prevista para abrirse en 2024 utilizando un sistema de suministro de energía a nivel del suelo derivado de Alstom APS . [ 17 ] El segundo, con tecnología desarrollada por Elonroad, está programado para someterse a pruebas de laboratorio sobre los efectos de deslizamiento en motocicletas antes de su despliegue a lo largo de dos kilómetros en la autopista A10 al sur de París. [ 13 ]

Normalización

Alstom , Elonroad y otras empresas comenzaron en 2020 a elaborar un estándar para el suministro eléctrico a nivel del suelo en carreteras. [ 18 ] [ 19 ] La Comisión Europea publicó en 2021 una solicitud de regulación y estandarización de los sistemas de carreteras eléctricas. [ 20 ] Poco después, un grupo de trabajo del Ministerio de Ecología francés recomendó la adopción de un estándar europeo para carreteras eléctricas, formulado con Suecia, Alemania, Italia, los Países Bajos, España, Polonia y otros. [ 21 ]

Una norma para equipos eléctricos a bordo para un vehículo alimentado por un sistema de carretera eléctrica sobre raíles (ERS) fue aprobada y publicada a finales de 2022. [ 22 ] La norma, Norma Técnica CENELEC 50717, especifica lo siguiente: un voltaje ERS de 750 voltios; una zapata de contacto capaz de soportar el impacto de grava y escombros de carretera similares a la velocidad máxima de operación; un enlace débil que rompe el colector de corriente en los puntos de fijación estructurales si la fuerza es mayor que la máxima especificada por el fabricante del vehículo; monitoreo automático de la presencia de infraestructura ERS; acoplamiento y desacoplamiento automáticos; una señal de presencia que puede ser analógica o digital, y comunicación bidireccional estándar opcional; facilidad de inspección y reemplazo de las piezas de desgaste del contacto deslizante; y pruebas estándar, marcado, mantenimiento y condiciones del entorno operativo. [ 23 ] La norma 50717 no abarca, pero especifica para fines normativos , tres arquitecturas para infraestructura ERS: Arquitectura tipo A con dos rieles conductores paralelos a nivel de superficie, uno positivo y uno negativo; Arquitectura de tipo B con una única vía a nivel de superficie o elevada con segmentos cortos donde cada dos segmentos en serie constan de un segmento positivo y uno negativo; y arquitectura de tipo C con tres rieles conductores paralelos, uno positivo y uno negativo por debajo del nivel de superficie en  canales de 1,5 cm de ancho, y uno o más rieles conectados a tierra a nivel de superficie. [ 23 ]

En la norma técnica CENELEC 50740 se especifica un estándar completo de alimentación y comunicación para una solución unificada e interoperable para el suministro de energía a nivel del suelo mediante raíles integrados para vehículos de carretera [ 24 ] [ 25 ] de conformidad con la directiva de la Unión Europea 2023/1804 [ 26 ] [ 27 ]. La norma fue aprobada en 2025. [ 28 ]

Implementaciones modernas

Arroyo Ansaldo

El primer sistema moderno de suministro de energía a nivel del suelo desarrollado fue el sistema Ansaldo Stream . STREAM es un acrónimo que significa " Sistema di TR asporto E lettrico ad Attrazione Magnetica " , que significa "Sistema de Transporte Eléctrico por Atracción Magnética". El sistema utiliza un canal en la carretera hecho de un material compuesto aislante de fibra de vidrio que contiene una tira flexible de cobre; un vehículo que pasa sobre el canal con un zapato de contacto magnético especial eleva el conductor a la superficie, permitiendo que la energía fluya hacia el vehículo. Los segmentos de la tira se alimentan solo cuando un vehículo pasa sobre ellos. El sistema se desarrolló en 1994 [ 29 ] y se probó en una línea de tranvía pública en 1998, [ 7 ] que finalmente se desmanteló en 2012. [ 30 ]

Sistema de protección activa Alstom

Tren ligero en el edificio Queen Victoria, Sídney, en 2019. Los vehículos y los peatones pueden circular con seguridad por el raíl electrificado porque los segmentos solo reciben energía cuando hay un vehículo compatible que los cubre.

El sistema Alstom APS utiliza un tercer carril situado entre los raíles de rodadura, dividido eléctricamente en segmentos de 11 metros. Estos segmentos se activan automáticamente por control remoto solo cuando pasa un tranvía, evitando así cualquier riesgo para los demás usuarios de la vía. El tranvía dispone de dos patines colectores, y dos segmentos de raíl están activos simultáneamente para evitar la interrupción del suministro eléctrico al pasar entre ellos.

APS fue desarrollado por Innorail, una filial de Spie Enertrans adquirida por Alstom . Fue creado para el tranvía de Burdeos , construido entre 2000 y 2003. Desde 2011, otras ciudades han utilizado la tecnología. [ 31 ] [ 32 ] El gobierno francés no reporta electrocuciones ni accidentes de electrificación en ningún tranvía de Francia entre 2003 y 2022. [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]

Alstom está modificando el sistema APS para su uso en vehículos eléctricos de carretera, como autobuses, camiones, vehículos utilitarios y automóviles. Se espera que el sistema suministre 500 kW a vehículos que se mueven a hasta 90 kilómetros por hora (56 mph) . [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] A partir de 2024, el sistema había sido probado para comprobar su seguridad cuando la carretera está despejada por quitanieves , bajo exposición a nieve, hielo, sal y salmuera saturada , [ 39 ] y para comprobar la seguridad de deslizamiento y adherencia a la carretera para vehículos, incluidas las motocicletas. [ 38 ] En 2023, Alstom dijo que probaría el sistema en la carretera pública RN205 en la región de Ródano-Alpes entre 2024 y 2027. [ 17 ] [ 40 ] 

CAF ACR

Tranvía CAF ACR, Luxemburgo , 2021. El tranvía se alimenta entre estaciones mediante supercondensadores que se cargan desde las dos tiras metálicas situadas entre los raíles en las paradas de las estaciones.

Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles (CAF) probó su sistema Acumulador de Carga Rápida (ACR) en 2007 en Sevilla . El sistema es capaz de cargarse desde tiras en el suelo o desde cables aéreos. Se adaptaron tramos del tranvía del MetroCentro de Sevilla alrededor de la Catedral de Sevilla al sistema de alimentación eléctrica a nivel del suelo del ACR. La primera instalación comercial del ACR se realizó a bordo de los tranvías Urbos suministrados al MetroCentro en 2011, lo que permitió la eliminación definitiva de las líneas aéreas alrededor de la catedral. [ 41 ]

La línea 1 del Tranvía de Zaragoza también utiliza ACR desde que se completó su segunda fase de construcción en 2013. El uso de ACR evitó la instalación de catenarias en el centro histórico de la ciudad. [ 42 ] [ 43 ]

ACR se incluyó en el tren ligero de Newcastle en Australia y en el nuevo sistema de tranvías de Luxemburgo . [ 44 ] [ 45 ]

Onda de tranvía Ansaldo

Derivado de Ansaldo Stream y desarrollado por la empresa italiana Ansaldo STS (que más tarde se convirtió en Hitachi Rail STS), el sistema de alimentación eléctrica a nivel del suelo Ansaldo TramWave entró con éxito en aplicación comercial en 2017, con la apertura de la primera fase de la Línea 1 del tranvía de Zhuhai en China. El tranvía es el primer sistema de tranvía de piso bajo que adopta la tecnología de alimentación eléctrica a nivel del suelo. [ 46 ] Más tarde, en 2017, se inauguró la Línea del Suburbio Oeste en Beijing con la misma tecnología de Ansaldo. [ 47 ] La tecnología ha sido licenciada a CRRC Dalian y todas las tecnologías fueron transferidas a China. [ 48 ] En 2019, la ciudad de Zhuhai evaluó si desmantelar la línea de tranvía, después de 3 años de operación. A partir de 2024, CRRC Dalian se opone al desmantelamiento, proponiendo reiniciar la operación. [ 49 ] [ 50 ]

Referencias

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