Estudio y optimización de la eficiencia energética en la conducción de trenes metropolitanos de la ciudad de Valencia

Abstract

[ES] El diseño de marchas y la conducción de trenes metropolitanos se ha realizado generalmente sin tener en cuenta criterios energéticos, pese al gran potencial de ahorro que existe. Considerando la situación económica actual y junto con el aumento del precio de la energía, los operadores metropolitanos están cada vez más presionados, por lo que son necesarias nuevas medidas y mejoras que permitan proporcionar un servicio eficaz, rápido y seguro con el menor uso de energía posible.

La operación de trenes tiene un impacto muy importante en cuanto a la energía consumida en las redes metropolitanas por lo que interesa analizar estrategias para minimizar dicho consumo. Así pues, en el presente trabajo se ha desarrollado un modelo que permite analizar con precisión la energía consumida durante la circulación de un vehículo entre dos estaciones, bajo una conducción manual. Para construir el modelo se han considerado las ecuaciones que representan y controlan el comportamiento del vehículo y se han implementado en un simulador.

Una vez creado, el modelo se ha utilizado en la red de Metrovalencia, con el objetivo de validar la precisión del mismo y evaluar la capacidad de representar el comportamiento real. Gracias a los datos obtenidos a través de una campaña de medida ha sido posible comprobar la precisión del modelo en cuanto al consumo, tiempos de recorrido y perfiles de velocidad. De esta forma se ha podido validar la herramienta de simulación y aplicarla para estudiar y optimizar el consumo.

Tras la validación, el modelo se ha aplicado en diferentes escenarios para reducir el consumo, manteniendo los actuales tiempos de recorrido y con el ajuste de ciertos parámetros. Los resultados muestran que manteniendo los actuales tiempos de recorrido y bajo las restricciones operativas consideradas, es posible reducir el consumo considerablemente. Así pues, el estudio proporciona una herramienta de ayuda para determinar las futuras acciones encaminadas a reducir el consumo en la red de metro de Valencia con unos costes mínimos.

[CA] El disseny de marxes i la conducció de trens metropolitans s'ha realitzat generalment sense tindre en compte criteris energètics, a pesar del gran potencial d'estalvi que existeix. Considerant la actual situació econòmica i junt amb l'augment del preu de l'energia, els operadors metropolitans estan cada volta més pressionats, sent per tant necessàries mesures i millores que permeten proporcionar un servici eficaç, ràpid i segur amb el menor ús d'energia possible.

L’operació de trens té un impacte molt important en l’energia consumida en les xarxes metropolitanes, afavorint l’estudi d’estratègies per a minimitzar aquest consum. Baix aquestes condicions, en el present treball s'ha desenvolupat un model que permet analitzar amb precisió l'energia consumida durant la circulació d'un vehicle entre dos estacions, davall una conducció manual. Per a construir el model s'han considerat les equacions que representen i controlen el comportament del vehicle i s'han implementat en un simulador.

Una vegada creat, el model s'ha utilitzat en la xarxa de Metrovalencia amb l'objectiu de validar la precisió del mateix i avaluar la capacitat de representar el comportament real. Gràcies a les dades obtingudes mitjançant una campanya de mesura ha sigut possible comprovar la precisió del model pel que fa al consum, temps de recorregut i perfils de velocitat. D’aquesta forma s’ha pogut validar la ferramenta i aplicar-la per a estudiar i optimitzar el consum.

Una volta realitzada la validació, el model s'ha aplicat en diferents casos per a tractar de reduir el consum, mantenint els actuals temps de recorregut i reajustant alguns paràmetres. Els resultats mostren que mantenint els actuals temps de recorregut i davall les restriccions operatives considerades, és possible reduir el consum considerablement. D’aquesta forma el model plantejat proporciona una ferramenta d'ajuda per a determinar les futures accions destinades a reduir el consum energètic de la xarxa de Metrovalencia amb unes mínimes inversions.

[EN] The speed profiles design on suburban railway networks has generally performed without energy criteria, despite the important range of energy savings. Considering the actual financial crisis and the price of energy, metro operators are under intense pressure to reduce costs, so they are necessary new strategies in order to provide a better, fast and safe railway without more energy requirements.

Traffic operation has a significant impact on energy consumption in metro lines and thus it is important to analyze strategies to minimize it. In this work a model was developed accurately to analyze the energy consumption of metropolitan trains during its normal service between two stations. The equations considered represent the behavior of a single vehicle and were implemented in a simulator.

A real line of the Valencia Underground has been considered obtaining energy values in order to validate its accuracy. According to the data obtained, the model has been validated in terms of consumption, journey times and velocity profiles, which allows its use for the potential energy savings.

After validation, the model has been applied into different scenarios in order to reduce the energy consumption, maintaining current travel times and setting certain parameters. The results show that under the operating restrictions considered, the consumption can be reduced considerably. Therefore, the study provide future upgrading actions for energy saving in the Valencia metro network with a reduced economic impact.