Almacenar la energía de los trenes

La energía no se destruye, pero sí puede malgastarse. Es lo que sucede actualmente con los vagones de cercanías y del suburbano. Hasta ahora, ya que el proyecto Ferro_SA2VE, liderado por ADIF y en el que colabora el Metro de Madrid, quiere conseguir que cada frenada de un tren se convierta en potencia para el arranque de otro, mejorando las condiciones eléctricas de la catenaria.

Imaginemos el montón de aceleraciones y frenados que los trenes de cercanías o del metro realizan diariamente. Gastan energía para iniciar su recorrido, pero, al frenar, ésta se suele liberar de nuevo a la catenaria. En ocasiones, esa energía no se aprovecha y las subestaciones eléctricas de las estaciones viven continuos picos y caídas de tensión. ¿Se podría hacer más eficiente este ir y venir de electricidad? Pues sí. Y hasta se podría rentabilizar.
Desde el año 2006, el Ministerio de Ciencia e Innovación, dentro del Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica (I+D+i 2008-20011), dedica cinco millones de euros en total en ver el modo de almacenar toda esa electricidad perdida en forma de energía cinética (del movimiento) para así reutilizarla. El proyecto se conoce por el nombre de SA2VE (Sistemas de Almacenamiento Avanzado de Energía) y no sólo se destina al estudio de lo ferroviario, sino que hay otros subproyectos relacionados entre los que se encuentra el gestionar la energía eléctrica en edificios o la de los grandes equipos informáticos.
El proyecto supone todo un esfuerzo interdisciplinar. Nada menos que 14 compañías participan en él, con el liderazgo de la empresa pública Administrador de Infraestructuras Ferroviarias (ADIF), el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat) y la Universidad de Sevilla, además de la colaboración de Metro de Madrid, Elytt Energy, GreenPower, Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (Cedex) y Tekniker.
En el caso del trabajo realizado en torno a los ferrocarriles, Ferro_SA2VE, «el objetivo es instalar un mecanismo de almacenamiento en la subestación ferroviaria con el propósito de limitar las oscilaciones de tensión que se produce en las catenarias (de cercanías y metro, básicamente), mejorando con ello tanto la seguridad como la eficiencia energética del sistema ferroviario», tal y como explica Marcos Lafoz Pastor, investigador de la Unidad de Aceleradores y Energía del Ciemat –entidad que coordina técnicamente el proyecto–.
Ya hay un laboratorio de ensayos con equipos definitivos en el Cedex. En la segunda mitad de este año se instalará el primer sistema real definitivo en la subestación de Cerro Negro, en Madrid, que gestiona la Dirección de Innovación Tecnológica de ADIF. «Será entonces cuando podamos evaluar el coste final del equipo, el ahorro energético y sus posibilidades de industrialización y comercialización», confirma Juan Manuel Carrasco Solís, profesor de la Universidad de Sevilla y coordinador de la participación en el proyecto de esta institución, centrada sobre todo en el sistema eléctrico de conexión a la red.

Retos logrados
Se puede almacenar energía de distintas formas con una batería. En el caso de los ferrocarriles, hay varios retos a superar, según relata el experto del Ciemat. «Por ejemplo, las grandes necesidades de potencia, ya que no valdría una batería como las que tenemos en el coche o un condensador convencional. Además, el tren se suministra de energía a través de las catenarias o líneas eléctricas que solemos ver encima de los vagones, lo cual favorece la colocación de un sistema estático; es decir, en tierra, en vez de "a bordo". Esta incorporación resulta una solución más segura y que no ocupa espacio en el tren, ni añade peso adicional en el mismo».
Este mecanismo de almacenamiento se basa en un gran volante de inercia (con forma cilíndrica) que, al recibir la potencia procedente del frenado del tren, empieza a girar. Así se obtiene energía cinética. Este volante puede llegar hasta las 6.600 revoluciones por minuto y su tamaño es único en el mundo: pesa unas seis toneladas, mide cerca de un metro de altura por un metro de diámetro y es capaz de generar 0,4 megawatios (MW) de potencia eléctrica.
Para una subestación media que se encargue del Metro de Madrid, por ejemplo, habría que instalar unos cuatro volantes de inercia como éste si se quiere asegurar que todos los trenes reciben energía cuando la necesiten. Sin embargo, el dimensionado del sistema de almacenamiento depende mucho del número de trenes de la línea, las distancias entre subestaciones contiguas y las potencias manejadas en las mismas. En principio, la energía no iría a la red, sino directamente a cada uno de los ferrocarriles. De esta parte se encarga un sistema de control autónomo que «sabe» cuándo el volante tiene que absorber la potencia de frenado de cada tren y recargarse o cuándo debe suministrársela para ayudarle en su aceleración posterior.
Por motivos de seguridad, el volante tiene que estar enterrado en un foso dentro de la subestación. Estos dispositivos estarían conectados a las catenarias en distintos puntos de la línea, por lo que serían prácticamente invisibles para los usuarios. La parte eléctrica irá concretamente en unos armarios de 1,80 por dos metros y el sistema se controlaría y monitorizaría de forma remota desde el centro de observación ferroviaria.
Aunque sistemas similares se han integrado en el Metro de Nueva York o en el de Londres, el español es de unas proporciones hasta ahora nunca vistas y presume de «tecnología cien por cien nacional», puntualiza Carrasco. «Uno de los objetivos de este proyecto para su posterior comercialización ha sido el de no utilizar una tecnología demasiado costosa que encareciese el resultado final, favoreciendo con ello la viabilidad económica de esta iniciativa», asegura Marcos Lafoz. Porque la solución tiene sus complicaciones, como ruidos, vibraciones y rozamientos que frenarían el volante de inercia. Para esto último se han buscado remedios de lo más ingenioso. El volante de inercia no mantiene la energía cinética, es decir, no gira infinitamente. ¿Por qué? Pues porque hay un rozamiento en los rodamientos que lo sostienen y una fricción con el aire. Llegaría un momento que se pararía... y adiós al invento. Así que han «protegido» este volante en una «carcasa» con una presión atmosférica casi de vacío –de unos 10 milibares– y han colocado unos imanes que atraen al metálico volante para que quede girando casi suspendido dentro de su alojamiento.
El volante de inercia es una solución que no daña el medio ambiente y la energía almacenada es conocida en todo momento mediante una simple medición de la velocidad. El proyecto Ferro_SA2VE tiene una segunda etapa donde se probará, también en ferrocarriles, la tecnología de almacenamiento mediante los llamados «ultracondensadores», similares a baterías, pero con capacidad para recargarse de hasta millones de veces, también muy interesante para emplearse en el área del transporte.
Superados los retos, ADIF ejecutará en breve los trabajos para la primera prueba real en la subestación de pruebas mencionada. Quizá, en el futuro, el metro y los cercanías puedan hasta vender su electricidad. Los expertos del Ciemat y de la Universidad de Sevilla no lo descartan.