Un tren híbrido es una locomotora , vagón o tren que utiliza un sistema de almacenamiento de energía recargable (RESS) a bordo, colocado entre la fuente de energía (a menudo un motor diésel ) y el sistema de transmisión de tracción conectado a las ruedas. Dado que la mayoría de las locomotoras diésel son diésel -eléctricas, tienen todos los componentes de una transmisión híbrida en serie excepto la batería de almacenamiento, lo que hace que esta sea una perspectiva relativamente sencilla.
La energía excedente de la fuente de energía, o la energía derivada del frenado regenerativo , carga el sistema de almacenamiento. Durante la aceleración, la energía almacenada se dirige al sistema de transmisión, impulsando la disponible en la fuente de energía principal. En los diseños existentes, el sistema de almacenamiento puede ser baterías de tracción eléctrica o un volante de inercia . La fuente de energía es diésel , gas licuado de petróleo o hidrógeno (para celdas de combustible ) y la transmisión es mecánica directa , eléctrica o hidrostática . [ cita requerida ]
Las locomotoras diésel-eléctricas pueden tener la mayor parte de lo que necesitan para el frenado regenerativo, ya que es posible que ya utilicen el frenado dinámico . Este utiliza los motores de tracción como generadores para convertir gran parte de la energía cinética del tren en energía eléctrica, pero sin una forma de almacenar la electricidad generada, simplemente se convierte en calor con grandes bancos de resistencias en el techo y se vierte a la atmósfera con la ayuda de ventiladores de refrigeración.
El uso de un sistema de almacenamiento significa que un tren que no sea totalmente eléctrico puede utilizar el frenado regenerativo (en lugar del meramente dinámico) e incluso apagar la fuente de energía principal mientras está en ralentí o detenido. La reducción del consumo de energía proporciona beneficios ambientales y ahorros económicos. [1] Una versión a menor escala del concepto se encuentra en los automóviles híbridos, como el Chevrolet Volt .
El Patton Motor Car, fabricado por Patton Motor Company , era un sistema híbrido gas-eléctrico, aunque el término híbrido aún no se utilizaba. William H. Patton presentó una solicitud de patente el 25 de febrero de 1889; los dibujos de su solicitud de patente se parecen a descripciones posteriores de su primer prototipo. [2] Patton construyó un tranvía que estuvo en servicio experimental en Pullman, Illinois en 1891 y una pequeña locomotora Patton se vendió a una empresa de tranvías en Cedar Falls, Iowa en 1897. Esta última utilizaba un motor de gasolina de 2 cilindros y 25 hp para impulsar un generador de 220 voltios que servía para cargar la batería de plomo-ácido de 100 celdas de 200 amperios hora en paralelo con los motores de tracción. El motor funcionaba a velocidad constante, con un generador de bobinado en derivación que también servía como motor de arranque eléctrico. Se utilizó un controlador convencional en serie-paralelo para los dos motores de tracción de 35 hp que impulsaban las ruedas de la locomotora. [3] [4] [5]
El término "tren de tracción mixta" empezó a utilizarse a principios del siglo XX. El sistema Pieper se aplicó a los vagones ferroviarios belgas (tranvías vecinales ) y franceses ( Compagnie des Chemins de Fer de Grande Banlieue ) ya en 1911. [6] [7]
El sistema Thomas, fabricado por Thomas Transmission Ltd. de Inglaterra, que es similar en diseño a la parte mecánica del Hybrid Synergy Drive , se utilizó en el Reino Unido y se probó en Nueva Zelanda en un vagón de ferrocarril de clase NZR RM . [8]
En 1986, el fabricante de locomotoras checoslovaco ČKD construyó un prototipo de locomotora de maniobras híbrida denominada DA 600. La locomotora estaba propulsada por un motor diésel de 190 kW y cuatro motores eléctricos , con una potencia total máxima de 360 kW alimentados por baterías. Las baterías se recargaban mientras el motor diésel estaba en marcha, mediante frenado regenerativo o con energía eléctrica externa. [9]
Después de realizar pruebas en el circuito de pruebas de Velim y de realizar algunos ajustes menores, la locomotora fue cedida al depósito de trenes de Olomouc, donde funcionó con éxito durante diez años. La economía socialista checoslovaca no logró iniciar la producción en serie, principalmente por la falta de capacidades adecuadas para la fabricación de baterías. [10]
En mayo de 2003, JR East inició pruebas de funcionamiento utilizando un vagón ferroviario KiYa E991 "NE Train" ("New Energy Train") , para probar el rendimiento del sistema en regiones frías.
El diseño tenía dos celdas de combustible de 65 kilovatios y seis tanques de hidrógeno debajo del piso, con una batería de iones de litio en el techo. El tren de prueba era capaz de alcanzar los 100 kilómetros por hora (60 mph) con una autonomía de 50 a 100 kilómetros (31 a 62 mi) entre recargas de hidrógeno. Se estaba investigando el uso de frenado regenerativo para recargar las baterías del tren de prueba, con la intención de aumentar aún más la autonomía. JR había declarado que esperaba introducir el tren en el servicio local programado durante el verano de 2007. [11] La tecnología probada en este tren se incorporó a los vagones diésel/batería KiHa E200 que entraron en servicio en 2007.
La primera locomotora de maniobras JR Freight Class HD300 fue entregada por Toshiba el 30 de marzo de 2010. [12] La nueva locomotora utiliza baterías de iones de litio y está diseñada para reducir las emisiones de escape al menos entre un 30% y un 40% y los niveles de ruido al menos en 10 dB en comparación con las locomotoras diésel Clase DE10 existentes. [13] [14]
Sinara Transport Machines está desarrollando la TEM9H, una versión híbrida de sus locomotoras de maniobras diésel de la serie TEM9 , en su planta de locomotoras Lyudinovsky . Se trata de una locomotora de cuatro ejes y 1.200 caballos de potencia con baterías de iones de litio , supercondensadores y motores de corriente alterna . Está previsto que entre en producción a principios de 2013. [15]
Durante dos años funcionó un servicio dominical en la línea secundaria de Stourbridge Town , utilizando un sistema de almacenamiento de energía basado en volantes de inercia construido por Parry People Movers . En 2008, se ordenó un par de vagones de la clase 139 de British Rail para proporcionar servicio completo en la línea secundaria a partir de 2009.
Durante 2007, un vagón motor Clase 43 modificado circuló en el Great Central Railway y luego como parte del Network Rail New Measurement Train (un tren de registro de vías de 200 kilómetros por hora). El sistema desarrollado por Hitachi utilizó un sistema de accionamiento diésel-eléctrico asistido por batería; la esperanza era que demostrara una reducción de las emisiones de hasta el 50 por ciento y una reducción de los costos de consumo de combustible del 20 por ciento. [16] La locomotora modificada, llamada Hayabusa , estuvo unida de forma semipermanente a un vagón de pasajeros convertido que contenía el banco de baterías durante el período de prueba.
Desde 2015, Vivarail ha reconvertido algunas de las antiguas unidades D78 del metro de Londres para servicios rurales, bajo el nombre de D-Train . Algunas de estas unidades reconvertidas de la clase 230 emplean propulsión híbrida diésel-eléctrica en serie.
En 2022, Chiltern puso en servicio comercial un Clase 168 cuya transmisión hidráulica diésel había sido modernizada con un motor híbrido diésel. [17]
En 2004, Railpower Technologies , una empresa canadiense, comenzó a realizar pruebas piloto en Estados Unidos con las locomotoras de maniobras Green Goat . Las pruebas dieron lugar a pedidos de Union Pacific y Canadian Pacific Railways, a partir de principios de 2005. Se espera que estos trenes híbridos diésel-eléctricos reduzcan las emisiones hasta en un 90 por ciento y disminuyan el consumo de combustible hasta en un 60 por ciento, en comparación con las locomotoras diésel convencionales. Las locomotoras "Green Goat" estaban destinadas a ser utilizadas en patios de maniobras. [18] [19] [20]
General Electric (GE) exhibió su locomotora híbrida [21] en la Union Station de Los Ángeles el 24 de mayo de 2007. [22] La locomotora utilizaba frenado regenerativo y un banco de baterías de alta capacidad que GE estaba construyendo para lograr ahorros de combustible y alcanzar estándares de emisiones más altos que las locomotoras diésel comunes anteriores. Se esperaba que se uniera a la línea actual de locomotoras Evolution Series de GE [23] a partir de mayo de 2007 [actualizar].
A finales de 2008, la ciudad de Savannah (Georgia) probó el funcionamiento de un tranvía Melbourne de clase W en servicio como híbrido alimentado con biodiésel y con almacenamiento de batería a bordo. El servicio regular del tranvía de River Street comenzó el 11 de febrero de 2009. [24] [25]
Los trenes híbridos Hitachi comenzaron a construirse en julio de 2019. Estarán disponibles en toda Grecia a partir de 2022.
Entre 2021 y 2022, las regiones francesas de Centro-Valle del Loira , Occitania , Nueva Aquitania y Gran Este , en colaboración con SNCF y Alstom , iniciarán pruebas con un automotor híbrido Regiolis (diésel/batería), antes de iniciar el servicio regular en 2023. [26] [27] [28] [29]
Progress Rail entregó dos locomotoras híbridas EMD GT38H a Brasil alrededor de octubre de 2023, lo que las convierte en las dos primeras en el servicio de transporte de mercancías brasileño. [30]
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