Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias.

El Sistema que la invención propone permite aprovechar la energía generada durante las maniobras de frenado de un tren para la puesta en marcha de otro, sincronizando ambas maniobras. Para ello, se ha previsto que la catenaria se particiones en distintos tramos (3) que alimentan a los distintos trenes, tramos que se relacionen entre sí y con la red de suministro eléctrico a través de cableados de potencia (6), con interposición de respectivos interruptores controlados (4). A lo largo del recorrido de los trenes se establecen sensores de posición (5) para los mismos, de manera que a través de un sistema de control informatizado (1), se conecta eléctricamente a través de los interruptores controlados (4) un tramo de una catenaria (3) en la que un tren está realizando una maniobra de frenado con otro tramo de catenaria (3) en el que un tren necesita energía, con el objetivo de conseguir que la energía generada en las maniobras de frenado del primer tren pueda ser aprovechada para la propulsión del segundo, pudiéndose conseguir unos ahorros de energía de hasta el 50 y el 70%

Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema que ha sido especialmente concebido para optimizar el consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias.

El objeto de la invención es proporcionar un sistema mediante el que se consiga una sincronización entre las maniobras de aceleración y frenado de los trenes en las diferentes partes de la red, (fundamentalmente asociadas a las maniobras de parada y arranque de los trenes), aprovechando como generador eléctricos el sistema de frenado de los propios trenes, lo que permite reducir sensiblemente el aporte de energía por parte de la red de distribución eléctrica y optimizar el consumo merced a la citada sincronización.

Antecedentes de la invención

Como es sabido, los trenes pueden incorporar varios sistemas de frenado, como son frenos convencionales, frenos magnéticos y los propios motores eléctricos. En lo que se refiere a estos dos últimos, cuando el tren está frenando, dichos dispositivos pueden actuar como generadores de energía, cuando se oponen al desplazamiento del tren, de manera que a través de los mismos, se puede reconvertir en energía eléctrica la energía perdida por el tren al frenar.

Aunque son bien conocidos los sistemas que reinyectan dicha energía hacia la red de distribución, esta resulta con frecuencia desaprovechada, dado que, en ese preciso instante pudiera no ser necesario su consumo, lo que repercute negativamente en el rendimiento del sistema.

Descripción de la invención

El sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, permitiendo optimizar los consumos de energía eléctrica, de manera que la energía generada en las maniobras de frenado de un tren pueda ser aprovechada para el arranque de otro, llevando a cabo una sincronización automática entre ambos trenes.

Para ello, y de forma más concreta, se ha previsto la realización de una partición de la catenaria en diferentes tramos aislados eléctricamente entre sí, y la disposición de una red interna de conmutación de potencia que permita conectar selectivamente unos tramos con otros, por medio de una serie de interruptores gobernados a través de un sistema de control informatizado, mediante los cuales puede derivarse la energía disponible en un tramo de catenaria en el que se produce la frenada de un tren hacia otro tramo de catenaria en el que por el contrario se requiera energía en ese momento para impulsar otro tren.

El sistema de control puede ser programado para que la derivación de la energía se lleve a cabo entre tramos de catenarias que estén lo más cerca posible, en función de la circulación o no de trenes a lo largo de las mismas, de manera que las pérdidas de distribución a lo largo de la red interna sean mínimas. En cualquier caso, el sistema es escalable pudiéndose inyectar la potencia generada en las maniobras de frenado de un tren en el tramo de catenaria que se desee, por muy lejana que se encuentre, siempre que ambos tramos puedan ser interconectados mediante la red interna de conmutación de potencia.

El sistema de control, que tiene conocimiento en todo momento de la localización de los trenes mediante de una red de sensores de posicionamiento, intentará lograr la máxima coincidencia entre los momentos en que un tren requiere energía y los momentos en que otro tren la suministra, mediante un control permanente de la velocidad de los mismos, retrasando o acelerando los trenes cuando sea necesario, de manera que se optimice el objetivo de minimizar el aporte externo de energía, dentro de los límites impuestos por los parámetros de seguridad y calidad del servicio.

Los interruptores controlados de forma remota a través del sistema de control podrán materializarse en interruptores electromecánicos, por ser ésta una tecnología asentada que optimizaría los costes a corto plazo, o bien materializarse en interruptores de estado sólido, más rápidos y fiables, con un mayor rendimiento, y que a la larga supondrían un ahorro debido a su alta fiabilidad y vida útil.

Mediante el citado sistema se conseguirá una sincronización en el desplazamiento de múltiples trenes que reducirá sensiblemente el consumo energético, consiguiéndose una optimización desde el punto de vista energético.

El sistema de control será programado y supervisado por uno o varios operadores humanos, de manera que la optimización sólo se llevará a cabo en la medida en que no se vulneren los requisitos de calidad de servicio y seguridad definidos por los mismos. Asimismo se dispondrá de sistemas suplementarios de seguridad, materializados en frenos convencionales, que permitan hacer frente a emergencias, tanto de forma automática como manual.

Dado que la mayor parte de la energía consumida en redes ferroviarias con arranques y paradas frecuentes -como es el caso de las redes metropolitanas-, se consume en los arranques, se conseguirían de esta forma unos ahorros energéticos que podrían llegar al 50-70% de la energía consumida.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra un diagrama esquemático de la estructura del sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias metropolitanos que la invención propone.

La figura 2.- Muestra un diagrama detallado de la estructura física de la red de catenarias y de cableado de potencia que participan en la invención.

La figura 3.- Muestra, finalmente, un diagrama correspondiente a la estructura lógica del sistema.

Realización preferente de la invención

A la vista de las figuras reseñadas puede observarse como en la invención que se preconiza participa un sistema de control (1) informatizado, destinado a controlar la red de potencia (2) a través de la sincronización entre las maniobras de frenado y aceleración de los diferentes trenes que circulan por las distintas vías alimentados eléctricamente a través de respectivas catenarias (3), que estarán alimentadas eléctricamente, como es convencional, pero con la particularidad de que las catenarias se dividirán en tramos que estarán relacionados con las diferentes líneas a través de respectivos cableados de potencia (6), los cuales permanecerán normalmente en circuito abierto a través de interruptores (4), controlados de forma remota a través del sistema de control (1), interruptores (4) que, como anteriormente se ha dicho podrán materializarse indistintamente en interruptores electromecánicos o bien en interruptores de estado sólido.

De esta forma, y mediante la interposición de una serie de sensores (5) que determinan el posicionamiento de los trenes en las vías, y a través de los cuales podrá inferirse el estado del sistema en cada instante de tiempo, podrá sincronizarse, en la medida de lo posible, la frenada de un tren con el arranque de otro, este último situado lo más cerca posible del anterior, de modo que mediante la actuación sobre determinados interruptores (4), la energía que se genera en las maniobras de frenado de uno de los trenes pueda ser reconducida y aprovechada a través del cableado de potencia (6) para la puesta en marcha de otro tren. El sistema de control podrá retrasar o adelantar la salida o la llegada de los trenes, así como modificar su velocidad de crucero, para conseguir dicho sincronismo óptimo.

El sistema de control informatizado (1) incorporará una interfaz (8) hombre-máquina, de manera que estará en todo momento gestionado y supervisado por operadores humanos (7) encargados de imponer y verificar los limites de la optimización, ya que ante el ahorro de energía premiará el aseguramiento de la calidad de servicio, y ante esta, prevalecerá a su vez la seguridad, pudiéndose no obstante generar unos ahorros de energía del orden del 50-70%.

Así pues, y tal y como se puede observar en las figuras 3 y 1, el sistema de control (1) informatizado tratará de conseguir en cada momento...

1. Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias de trenes alimentados eléctricamente a través de catenarias conectadas a una red de suministro eléctrico, caracterizado porque dichas catenarias se particionan eléctricamente en una serie de tramos (3) que se relacionan entre sí y con la red de suministro eléctrico a través una red de conmutación de potencia constituida por un conjunto de cableados de potencia (6), interconectados mediante interruptores controlados (4), habiéndose previsto que a lo largo del recorrido de los trenes se instalen sensores de posición (5) para los mismos, que ofrezcan información sobre la localización de los trenes a un sistema de control informatizado (1), de manera que este sistema de control pueda conectar dinámicamente a través de los interruptores controlados (4) cada tramo de catenaria (3) en la que un tren está realizando una maniobra de frenado con cada tramo de catenaria (3) en el que otro tren requiere energía en ese preciso momento.

2. Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el sistema de control informatizado, basándose en el conocimiento continuo del estado del sistema que le ofrecen los sensores de posición, y limitándose por los requisitos de calidad de servicio y de seguridad, regula constantemente la velocidad de los trenes de manera que se produzca la máxima coincidencia posible entre intervalos de tiempo en los que se produce energía por acción de una frenada en un tramo de catenaria, e intervalos de tiempo en que se requiere energía en otro segundo tramo de catenaria que resulta accesible eléctricamente al primero a través de la red de conmutación de potencia a la que se refiere la reivindicación 1.

3. Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el sistema de control informatizado (1) incorpora una interfaz de hombre-máquina (8) que permite la supervisión de dicho sistema de control a través de uno o más operadores humanos (7).

4. Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias, según reivindicación 1ª, caracterizado porque los interruptores controlados (4) se materializan en interruptores electromecánicos.

5. Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias, según reivindicación 1ª, caracterizado porque los interruptores controlados (4) se materializan en interruptores de estado sólido.