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 desde segmentos alimentados individualmente 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 urbanos.
Los sistemas de suministro de energía a nivel del suelo datan de los inicios de los tranvías eléctricos , y algunos de los primeros sistemas de este tipo utilizaban la recolección de corriente a través de 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 automóviles eléctricos . Con la mayor eficiencia y densidad energética 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 la estación para autobuses y trenes.
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Los sistemas de recolección de corriente por conductos se implementaron ya en 1881 con el Tranvía Gross-Lichterfelde . [3] : Apéndice I El sistema se compone principalmente de un canal o conducto, excavado debajo de la calzada; el conducto se coloca entre los rieles de rodadura, de la misma manera que el cable para los teleféricos , [4] o debajo de uno de los rieles; un automóvil está conectado a un "arado" que corre a través del conducto y entrega energía desde dos rieles eléctricos a los lados del conducto al motor eléctrico del automóvil. [5] Los arados se conectaban y desconectaban manualmente de los automóviles cuando cambiaban de línea ferroviaria. [4]
Cleveland abrió una línea de conductos en 1885. [1] Las compañías de tranvías de Budapest probaron un sistema de colector de corriente de conductos en 1887. Las líneas aéreas se encontraron con la oposición del público por razones estéticas, por lo que el contratista Siemens-Halske implementó un conducto de hormigón debajo de uno de los raíles del tranvía, con una abertura estrecha que permitía insertar un "arado" y hacer contacto eléctrico con cables sujetos por aisladores a cada lado del conducto. El sistema se utilizó en varias ciudades de Europa y Estados Unidos, donde se lo conocía como el "Sistema de Budapest". [5] [6] Washington, DC instaló su primer sistema de recolección de corriente de 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 obstruirse con barro y suciedad. El sistema cayó en desgracia en pocos años debido al costo de excavar el conducto, y generalmente se reemplazó con líneas aéreas. [5]
Los sistemas de contacto con 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 desde pernos colocados en la carretera a intervalos, que se conectaban a los carros que viajaban con zapatas de contacto o esquís de contacto . Los pernos eran cilindros con sus partes superiores alineadas con la superficie de la carretera. Debajo había un mecanismo de interruptor que establecía una conexión eléctrica con la parte superior del perno cuando un automóvil con un potente 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 usaban brazos pivotantes, que tendían a atascarse en la posición electrificada. Sistemas similares fueron utilizados por Thomson-Houston en Mónaco entre 1898 y 1903, y por František Křižík en Praga, en el Puente del Rey Carlos, entre 1903 y 1908. [3] : 109–116 Los sistemas de contacto de pernos tuvieron una vida útil 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 planteaban problemas de mantenimiento y de seguridad vial. Los sistemas de conductos de Burdeos y Washington fueron los últimos en funcionamiento hasta que se desmantelaron en 1958 [7] y 1962, [2] respectivamente. Durante décadas, estos sistemas no se volvieron a introducir 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 fiables ni seguros para el uso comercial. [9]
El primer sistema de suministro de energía a nivel del suelo desarrollado según estándares de seguridad modernos fue 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 sistemas de suministro de energía a nivel del suelo. [10]
A finales de la década de 2010, los avances tecnológicos hicieron que las fuentes de alimentación a nivel del suelo tuvieran una confiabilidad y viabilidad económica cada vez mayores. [11]
Las carreteras eléctricas alimentan y cargan vehículos eléctricos mientras se conduce. Suecia ha probado sistemas de carreteras eléctricas que cargan las baterías de camiones y automóviles eléctricos , y entre los sistemas probados se encuentran dos sistemas de suministro de energía a nivel del suelo probados desde 2017, el riel en carretera de Elways-Evias y el riel en carretera de Elonroad. [12] Posteriormente, Elonroad desarrolló un sistema de riel en carretera para uso en autopistas 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 . Se planea que el sistema de riel en carretera suministre hasta 800 kW por vehículo que se desplace sobre un segmento motorizado del riel, y se estima que el sistema es el más rentable entre los cuatro sistemas probados. Se espera que los nuevos sistemas sean seguros, ya que los segmentos del riel se alimentan solo cuando un vehículo se desplaza sobre ellos. [14] Los rieles se han probado sumergidos en agua salada y se descubrió que son seguros para los peatones. [15]
El codirector de uno de los grupos de trabajo del Ministerio de Ecología francés sobre sistemas de carreteras eléctricas afirmó que los ERS basados en rieles son los más ventajosos, aunque la tecnología ferroviaria específica aún no se ha estandarizado. Francia planea invertir entre 30 y 40 mil millones de euros para 2035 en un sistema de carreteras eléctricas que se extenderá por 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. La primera carretera pública francesa con un sistema de carreteras eléctricas está prevista para 2024 utilizando un sistema de suministro de energía a nivel del suelo derivado de Alstom APS. [17] Está previsto que la segunda, con tecnología desarrollada por Elonroad, se someta a pruebas de laboratorio para detectar efectos de derrape en motocicletas antes de desplegarse 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 carreteras eléctricas con suministro de energía a nivel del suelo. [18] [19] La Comisión Europea publicó en 2021 una solicitud de regulación y estandarización de los sistemas de carreteras eléctricas. [20] Poco después, un grupo de trabajo del Ministerio de Ecología francés recomendó adoptar 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 de carretera eléctrica ferroviaria (ERS) se ha publicado a finales de 2022. [22] La norma, Norma Técnica CENELEC 50717, especifica lo siguiente: un voltaje ERS de 750 voltios; una zapata de contacto capaz de soportar el impacto de grava y desechos similares de la carretera a la velocidad máxima de operación; un enlace débil que rompe el colector de corriente en los puntos de fijación estructural si la fuerza es mayor que la máxima especificada por el fabricante del vehículo; monitoreo automático de la presencia de infraestructura ERS; acoplamiento y desacoplamiento automáticos; una señal de presencia que puede ser analógica o digital, y comunicación bidireccional estándar opcional; facilidad de inspección y reemplazo de las partes desgastadas del contacto deslizante; y pruebas estándar, marcados, mantenimiento y condiciones ambientales operativas. [23] La norma 50717 no abarca, pero especifica para fines normativos , tres arquitecturas para la infraestructura ERS: Arquitectura tipo A con dos rieles conductores paralelos a nivel de superficie, uno positivo y otro negativo; Arquitectura tipo B con una única vía a nivel de la 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 uno negativo por debajo del nivel de la superficie en canales de 1,5 cm de ancho, y uno o más carriles conectados a tierra a nivel de la superficie. [23]
Está previsto que a finales de 2024 se publiquen las siguientes normas, que abarcan la "interoperabilidad total" y una "solución unificada e interoperable" para el suministro de energía a nivel del suelo, detallando "especificaciones completas para la comunicación y el suministro de energía a través de rieles conductores integrados en la carretera" [24] [25], tal como se especifica en la norma técnica propuesta prTS 50740 de conformidad con la Directiva 2023/1804 de la Unión Europea. [26] [27]
El primer sistema de suministro de energía a nivel del suelo moderno que se desarrolló fue el sistema Ansaldo Stream. STREAM es un acrónimo que significa " Sistema di TR asporto E lettrico ad A ttrazione M agnetica", que significa "Sistema de Transporte Eléctrico por Atracción Magnética". El sistema utiliza un canal en la carretera hecho de material compuesto de fibra de vidrio aislante que contiene una tira de cobre flexible; un vehículo que pasa sobre el canal con una zapata de contacto magnético especial eleva el conductor a la superficie, lo que permite que la energía fluya hacia el vehículo. Los segmentos de la tira se alimentan solo 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 se desmanteló en 2012. [29]
El sistema APS de Alstom utiliza un tercer raíl colocado entre los raíles de rodadura, dividido eléctricamente en segmentos de 11 metros. Estos segmentos se encienden o apagan automáticamente por control de radio en función de si pasa un tranvía sobre ellos, eliminando así cualquier riesgo para otros usuarios de la carretera. El tranvía tiene dos zapatas colectoras, y dos segmentos de raíl están activos en un momento dado, para evitar la interrupción de la energía al pasar entre segmentos. El APS fue desarrollado por Innorail, una subsidiaria de Spie Enertrans , pero fue vendido a Alstom cuando Spie fue adquirida por Amec . Fue creado originalmente para el tranvía de Burdeos , que se construyó a partir de 2000 e inauguró en 2003, convirtiéndose en el primer sistema de suministro de energía comercial moderno a nivel del suelo. Desde 2011, la tecnología se ha utilizado en varias otras ciudades de todo el mundo. [30] [31]
El gobierno francés no informa de ningún accidente de electrocución o 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] El sistema ha sido probado para la seguridad cuando la carretera es despejada por quitanieves , bajo exposición a nieve, hielo, sal y salmuera saturada , [35] y para la seguridad contra derrapes y adherencia a la carretera para vehículos, incluidas las motocicletas. [36] Alstom probará su sistema de carreteras eléctricas (ERS) en la carretera pública RN205 [37] en la región de Rhône-Alpes entre 2024 y 2027. [17] Se espera que el sistema suministre 500kW de energía para camiones pesados eléctricos, así como energía para vehículos utilitarios de carretera y automóviles eléctricos . [36]
Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles (CAF) probó su sistema Acumulador de Carga Rápida (ACR) en 2007 en Sevilla . El sistema es capaz de cargar desde tiras en el suelo o desde cables aéreos. Secciones del tranvía de Sevilla MetroCentro alrededor de la Catedral de Sevilla fueron reconvertidas al sistema de suministro de energía a nivel del suelo del ACR. La primera instalación comercial del ACR fue a bordo de los tranvías Urbos suministrados a MetroCentro en 2011, lo que permitió la eliminación permanente de las líneas aéreas alrededor de la catedral. [38]
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 catenarias en el centro histórico de la ciudad. [39] [40]
El ACR se incluyó en el tren ligero de Newcastle en Australia y en el nuevo sistema de tranvía de Luxemburgo . [41] [42]
El sistema de suministro de energía a nivel del suelo Ansaldo TramWave, derivado de Ansaldo Stream y desarrollado por la empresa italiana Ansaldo STS (que luego se convirtió en Hitachi Rail STS), entró con éxito en la 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 completamente bajo que adopta la tecnología de suministro de energía a nivel del suelo. [43] Más tarde, en 2017, se inauguró la línea Western Suburb en Beijing con la misma tecnología de Ansaldo. [44] La tecnología ha sido licenciada a CRRC Dalian y todas las tecnologías se transfirieron a China. [45] En 2019, la ciudad de Zhuhai evaluó si desmantelar la línea de tranvía, después de 3 años de operación. A partir de 2024, CRRC Dalian se opone al desmantelamiento y propone reiniciar la operación. [46] [47]
