El suministro de energía a nivel del suelo , también conocido como recolección de corriente superficial o, en francés, alimentation par le sol ("alimentación a través del suelo"), es un concepto y un grupo de tecnologías mediante el cual los vehículos eléctricos recolectan energía eléctrica a nivel del suelo a partir de fuentes de alimentación individuales. segmentos en lugar de las líneas aéreas más comunes . El suministro de energía a nivel del suelo se desarrolló por razones estéticas, para evitar la presencia de líneas aéreas en los centros de las ciudades.
Los sistemas de suministro de energía a nivel del suelo se remontan al comienzo de los tranvías eléctricos , y algunos de los primeros sistemas de este tipo utilizaban recolección de corriente por conductos. Desde principios del siglo XXI, se han introducido sistemas como Alstom APS, Ansaldo Tramwave, CAF ACR y Elways que utilizan tecnología moderna para eliminar algunos límites y peligros de los sistemas más antiguos y para suministrar energía a autobuses, camiones, y coches eléctricos . Con la mayor eficiencia y densidad de energía de los sistemas alimentados por condensadores y baterías, los sistemas de suministro de energía a nivel del suelo se utilizan en porciones más pequeñas de la línea para cargar baterías, por ejemplo, durante las paradas de autobuses y trenes en las estaciones.
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Los sistemas de recogida 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 debajo de la carretera; el conducto se coloca entre los rieles, de la misma manera que el cable de los teleféricos , [4] o debajo de uno de los rieles; un automóvil está conectado a un "arado" que recorre el conducto y suministra energía desde dos rieles eléctricos a los lados del conducto al motor eléctrico del automóvil. [5] Los arados se fijaban y separaban manualmente de los vagones cuando cambiaban de línea ferroviaria. [4]
Cleveland abrió una línea de conducción en 1885. [1] Las empresas de tranvías de Budapest probaron un sistema colector de corriente por conducción en 1887. Las líneas aéreas encontraron oposición pública por razones estéticas, por lo que el contratista Siemens-Halske implementó una conducción de hormigón debajo de uno de los tranvías. rieles, con una abertura estrecha que permitía insertar un "arado" y hacer contacto eléctrico con cables sostenidos por aisladores a cada lado del conducto. El sistema se utilizó en varias ciudades de Europa y Estados Unidos, donde se lo conoció como el "Sistema Budapest". [5] [6] Washington, DC instaló su primer sistema de recolección de corriente por conductos en 1895. En 1899, todas las líneas del centro de la ciudad se convirtieron al sistema de conductos, que permaneció en funcionamiento hasta 1962. [1] El sistema era generalmente seguro, pero tendía a quedar obstruido por el barro y la suciedad. El sistema cayó en desgracia a los pocos años debido al costo de excavar el conducto y, en general, fue reemplazado por líneas aéreas. [5]
Los sistemas de contacto de 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 carretera, que se conectaban a los coches en movimiento con zapatos de contacto o esquís de contacto . Los montantes eran cilindros con la parte superior a ras de la superficie de la carretera. Debajo había un mecanismo de interruptor que hacía una conexión eléctrica con la parte superior del perno cuando un automóvil con un fuerte electroimán en su parte inferior pasaba sobre él. Los interruptores Diatto contenían mercurio, que a menudo se filtraba o se adhería al costado del cilindro y mantenía electrificada la parte superior expuesta. Los interruptores Dolter utilizaban brazos pivotantes, que tendían a atascarse en la posición electrificada. Thomson-Houston operó sistemas similares en Mónaco de 1898 a 1903, y František Křižík en Praga en el Puente Rey Carlos de 1903 a 1908. [3] : 109–116 Los sistemas de contacto de perno 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 plantearon problemas de mantenimiento y seguridad vial. Los sistemas de conductos de Burdeos y Washington siguieron siendo los últimos en funcionamiento hasta que fueron desmantelados en 1958 [7] y 1962, [2] respectivamente. Durante décadas, estos sistemas no se reintrodujeron porque no cumplían con los estándares de seguridad modernos. [7]
Entre los años 1970 y 1990 se desarrollaron varios sistemas de suministro de energía a nivel del suelo, [8] pero no eran lo suficientemente confiables ni seguros para uso comercial. [9]
El primer sistema de suministro de energía a nivel del suelo desarrollado según los estándares de seguridad modernos fue el Ansaldo Stream, [7] aunque un sistema competidor, Alstom APS, fue el primero en implementarse comercialmente en 2003. Este éxito condujo a una proliferación de implementaciones comerciales de suministro de energía a nivel del suelo. -sistemas de suministro de energía de nivel. [10]
A finales de la década de 2010, los avances en la tecnología llevaron a que los suministros de energía a nivel del suelo experimentaran una mayor confiabilidad y viabilidad económica. [11]
Las carreteras eléctricas alimentan y cargan los vehículos eléctricos mientras conducen. 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 ferrocarril de carretera de Elways-Evias y el ferrocarril de carretera de Elonroad. [12] Más tarde, Elonroad desarrolló un sistema ferroviario en carretera para uso en carreteras a velocidades de hasta 130 kilómetros por hora (81 mph). [13] Se descubrió que los sistemas eran más económicos que el sistema de línea aérea probado y el sistema de carga inductiva dinámica . Está previsto que el sistema ferroviario de carretera entregue hasta 800 kW por vehículo que viaje sobre un segmento motorizado del ferrocarril, y se estima que el sistema es el más rentable entre los cuatro sistemas probados. Se espera que los nuevos sistemas sean seguros y que los segmentos del riel solo reciban energía cuando un vehículo pase sobre ellos. [14] Los rieles se probaron mientras estaban sumergidos en agua salada y se descubrió que eran seguros para los peatones. [15]
El codirector de uno de los grupos de trabajo del Ministerio de Ecología de Francia 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 30.000 y 40.000 millones de euros hasta 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] Se han anunciado dos proyectos para la evaluación de tecnologías de carreteras eléctricas en 2023. Está previsto que la primera vía pública francesa con un sistema de carreteras eléctricas se abra 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, se someterá a pruebas de laboratorio para detectar los efectos de deslizamiento de las motocicletas antes de ser desplegado a lo largo de dos kilómetros de la autopista A10 al sur de París. [13]
Alstom , Elonroad y otras empresas comenzaron en 2020 a redactar una norma para el suministro de energía eléctrica a nivel del suelo. [18] [19] La Comisión Europea publicó en 2021 una solicitud de regulación y estandarización de los sistemas viarios eléctricos. [20] Poco después, un grupo de trabajo del Ministerio de Ecología francés recomendó la adopción de una norma europea para carreteras eléctricas formulada con Suecia, Alemania, Italia, Países Bajos, España, Polonia y otros. [21]
La primera norma para equipos eléctricos a bordo de un vehículo propulsado por un sistema ferroviario eléctrico de carretera (ERS) se publicó a finales de 2022. [22] La norma, Norma Técnica CENELEC 50717, especifica lo siguiente: una tensión ERS de 750 voltios; una zapata de contacto capaz de resistir el impacto de grava y desechos similares del camino a la velocidad máxima de operación; un eslabón débil que rompe el colector de corriente en los puntos de fijación estructural si la fuerza es mayor que el máximo especificado por el fabricante del vehículo; monitoreo automático de la presencia de infraestructura ERS; activación y desactivación automática; señal de presencia que puede ser analógica o digital, y comunicación bidireccional estándar opcional; facilidad de inspección y sustitución de las piezas de desgaste del contacto deslizante; y pruebas estándar, marcas, mantenimiento y condiciones ambientales operativas. [23] El estándar 50717 no abarca, pero especifica a efectos normativos , tres arquitecturas para la infraestructura ERS: arquitectura tipo A con dos carriles conductores paralelos a nivel de superficie, uno positivo y otro negativo; Arquitectura 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 Tipo C con tres carriles conductores paralelos, uno positivo y otro negativo bajo el nivel de la superficie en canales de 1,5 cm de ancho, y uno o más carriles puestos a tierra a nivel de la superficie. [23]
Está previsto que a finales de 2024 se publiquen los siguientes estándares, que abarcan "plena interoperabilidad" y una "solución unificada e interoperable" para el suministro de energía a nivel del suelo, y detallan "especificaciones completas para la comunicación y el suministro de energía a través de rieles conductores integrados en la carretera". [24] [25] como se especifica en la norma técnica propuesta prTS 50740 de acuerdo con la directiva de la Unión Europea 2023/1804. [26] [27]
El primer sistema moderno de suministro de energía a nivel del suelo que se desarrollará es el sistema Ansaldo Stream. STREAM es un acrónimo que significa " Sistema di TR asporto E lettrico ad Attrazione M agnetica", que significa "Sistema de Transporte Eléctrico por Atracción Magnética". El sistema utiliza un canal en la carretera hecho de material compuesto aislante de fibra de vidrio que contiene una tira de cobre flexible; un vehículo que pasa sobre el canal con una zapata de contacto magnética especial eleva el conductor a la superficie, permitiendo que la energía fluya hacia el vehículo. Los segmentos de la franja se alimentan sólo cuando un vehículo pasa sobre ellos. El sistema se desarrolló en 1994 [28] y se probó en una línea de tranvía pública en 1998, [7] que finalmente fue desmantelada en 2012. [29]
Alstom APS utiliza un tercer carril situado entre los carriles de rodadura, dividido eléctricamente en segmentos de 11 metros. Estos tramos se encienden o apagan automáticamente mediante radiocontrol en función del paso de un tranvía por encima de ellos, eliminando así cualquier riesgo para el resto de usuarios de la vía. El tranvía dispone de dos zapatas colectoras, y dos tramos de carril están activos en cada momento, para evitar la interrupción de la energía al pasar entre tramos. APS fue desarrollado por Innorail, una subsidiaria de Spie Enertrans, pero fue vendido a Alstom cuando Amec adquirió Spie . Fue creado originalmente para el tranvía de Burdeos , que se construyó a partir de 2000 y se inauguró en 2003, convirtiéndose en el primer sistema comercial moderno de suministro de energía a nivel del suelo. Desde 2011, la tecnología se ha utilizado en otras ciudades del mundo. [30] [31]
El gobierno francés no informa de electrocuciones ni accidentes de electrificación en ningún tranvía de Francia desde 2003 [32] hasta el 31 de diciembre de 2020. [32] [33]
Alstom desarrolló aún más el sistema APS para su uso con autobuses y otros vehículos. [34] Se ha probado la compatibilidad del sistema con quitanieves y su seguridad bajo exposición a nieve, hielo, sal y salmuera saturada . [35] Alstom probará su sistema de carreteras eléctricas en una vía pública de la región de Ródano-Alpes entre 2024 y 2027. [17]
Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles (CAF) probó en 2007 en Sevilla su sistema de suministro eléctrico a nivel del suelo Acumulador de Carga Rápida (ACR) . Los tramos del tranvía MetroCentro de Sevilla alrededor de la Catedral de Sevilla se reconvirtieron al sistema de suministro de energía a nivel del suelo ACR. La primera instalación comercial de ACR fue a bordo de tranvías Urbos suministrados a MetroCentro en 2011, lo que permitió la eliminación permanente de las líneas aéreas alrededor de la catedral. [36]
La Línea 1 del Tranvía de Zaragoza también utiliza ACR desde que finalizó su segunda fase de construcción en 2013. El uso de ACR evitó la instalación de líneas aéreas en el centro histórico de la ciudad. [37] [38]
ACR se incluyó en el tren ligero de Newcastle en Australia y en el nuevo sistema de tranvía de Luxemburgo . [39] [40]
Derivado de Ansaldo Stream y desarrollado por la empresa italiana Ansaldo STS (que más tarde se convirtió en Hitachi Rail STS), el sistema de suministro de energía a nivel del suelo Ansaldo TramWave entró con éxito en su 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 tecnología de suministro de energía a nivel del suelo. [41] Más tarde, en 2017, se inauguró Western Suburb Line en Beijing con la misma tecnología de Ansaldo. [42] La tecnología ha sido licenciada a CRRC Dalian y todas las tecnologías fueron transferidas a China. [43]
