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Introducción

El consumo energético es una de las partidas más relevantes del Presupuesto de Explotación. Este gasto, en el año 2012, tuvo la siguiente distribución:

Tracción

67%

Línea

27%

Depósitos

5%

Edificios

1%

El presente estudio incluye una serie de acciones encaminadas a reducir el gasto energético desde cuatro ópticas distintas: • Tracción: optimización del consumo de tracción y aumento de la regeneración. • Iluminación: aumentar la eficiencia energética. • Distribución: gestión eficiente de los suministros en baja tensión. • Confort: racionalización de los criterios de climatización y ventilación.

Antecedentes del Estudio

El Área de Ingeniería y Proyectos de I+D+i ha identificado las oportunidades de ahorro que se describen a continuación como resultado de un proceso combinado incluyendo aspectos teóricos y prácticos aplicados a las características del Material Móvil, las Instalaciones y los equipos existentes en la red de Metro de Madrid. Los estudios realizados han incluido los siguientes aspectos: • Evaluación de las situaciones actuales y determinación de la línea básica para los estudios. • Identificación de las áreas de mejora y principios tecnológicos subyacentes. • Verificación de las capacidades tecnológicas de los sistemas existentes y estado de funcionamiento. • Realización de estudios de simulación sw de diversos sistemas (material móvil, balances energéticos de líneas, etc.). • Auditorías de instalaciones y equipos embarcados. • Realización de mediciones reales en aquellos sistemas (unidades de tren, instalaciones) que lo permitan para verificar los resultados teóricos. • Análisis de los resultados obtenidos de experiencias anteriores y extrapolación de resultados. Dichos estudios han tenido asimismo en cuenta aspectos de consumo energético de la compañía e identificación de grandes consumidores, modelo de explotación actual de la red (horario de explotación y servicio de trenes prestado), así como las capacidades técnicas de los equipos actuales y las evoluciones tecnológicas existentes.

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Todo ello asegurando el mínimo impacto al viajero de Metro de Madrid.

Acción 01

Optimización del Modelo de Propulsión del Material Móvil

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Ámbito Las curvas de tracción del Material Móvil (curvas características) son diseñadas para definir el régimen cinemático del mismo (espacio, velocidad y aceleración en función del tiempo). La energía consumida asociada a cada curva característica puede ser corregida modificando dicho régimen cinemático mediante la definición de nuevas curvas de esfuerzo tracción/freno. Descripción de la acción

Situación actual

Situación propuesta

Modificación de las curvas características del Material Móvil para reducir el consumo energético asociado. Los parámetros a modificar son los siguientes: • Reducción del tiempo de potencia constante. • Modificación de la aceleración.

Inversión necesaria: 0 € (medios propios)

Acción 02

Implantación de marchas económicas en conducción automática

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Ámbito El sistema de conducción automática del Material Móvil (ATO), determina el perfil de velocidades que desarrolla una unidad tren entre dos estaciones, en base a parámetros de tiempo, velocidad, distancia, perfil y prestaciones de los trenes. Existen diversas marchas de conducción que determinan el tiempo de recorrido y la conducción entre estaciones. Las diversas marchas (tendida y económicas) gestionan el consumo energético mediante el ajuste de la deceleración y de las velocidades de deriva y remotor (punto donde se vuelve a aplicar tracción en un proceso de deriva).

Descripción de la acción 100,0

80,0

V e lo cid a d (km /h )

Diseño del modelo de marchas económicas para la operación eficiente de las líneas en hora valle, maximizando el ahorro energético mediante la aplicación de órdenes de deriva, velocidad de remotor y parábolas de freno reducidas, gestionando tiempos de recorrido y tiempos de parada en estación.

Marcha nominal

Gráfico de Marcha

60,0

40,0

20,0

0,0

Espacio (m)

Marcha económica

Inversión necesaria: 0 € (medios propios)

Acción 03

Desconexión de subestaciones eléctricas en hora valle

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Ámbito Las subestaciones eléctricas proporcionan energía al sistema de transporte de Metro de Madrid, tanto a la tracción de trenes como a otros servicios y sistemas existentes, mientras que los trenes disponen de la capacidad de devolver energía durante la fase de frenado (freno regenerativo) en la que los motores actúan como generadores, devolviendo a la catenaria la energía cinética acumulada. Para devolver la energía, la tensión de regeneración del tren debe superar la tensión de catenaria, por lo que ésta deberá ser lo más baja posible dentro de los márgenes de normativa. Dada la arquitectura de interconexión de subestaciones eléctricas en Metro de Madrid, será posible bajar la tensión de catenaria mediante la desconexión de alguna subestación eléctrica. Descripción de la acción Desconexión de determinadas subestaciones eléctricas en hora valle, en función de la tabla de trenes y las demandas de energía. Si se desconecta una subestación en hora valle, el tramo afectado es alimentado por las subestaciones colaterales generándose una bajada de tensión, siendo ésta más acusada en las proximidades de la subestación desconectada. Esta acción requiere la ejecución de maniobras (apagado/encendido) en la operativa diaria del Puesto de Mando.

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Ámbito Para el óptimo aprovechamiento de la energía regenerada, la tensión en catenaria no debe ser elevada. Los transformadores de tracción son los encargados de reducir la tensión de entrada en la subestación a un valor tal que, una vez rectificado y convertido a corriente continua, permita alimentar a la catenaria a la tensión adecuada. Los transformadores instalados en las subestaciones están equipados con tomas de regulación, que permiten cambiar la relación de transformación y ajustar el valor de tensión de salida al valor deseado, con un margen de regulación de ±5% respecto a la tensión nominal.

Descripción de la acción Reducir la tensión nominal de salida de las subestaciones de tracción actuando sobre las tomas de regulación de sus transformadores, incrementando así la capacidad de regeneración del Material Móvil. Se produce un nuevo reparto de cargas en la línea, generando una transferencia de energía hacia las subestaciones cercanas a las que se aplica la medida.

Inversión necesaria: 0 € (medios propios)

Acción 05

Cross-bonding

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Ámbito La energía eléctrica que demanda el Material Móvil fluye desde las subestaciones eléctricas, siendo transportada por la catenaria hasta el tren retornando por los carriles. Con la instalación de compensaciones, se consigue un mejor aprovechamiento de la energía al disminuir la caída de tensión. Descripción de la acción Maximizar la regeneración en el Material Móvil mediante la reducción de los caminos eléctricos tanto en la catenaria (compensación de positivo) como en el carril (compensación de negativo) entre ambas vías, para encontrar posibles consumidores (trenes y/o subestaciones reversibles), con la consiguiente reducción de pérdidas por caídas de tensión. Con ello se obtienen los siguientes efectos: -

Aumento de la sección efectiva de la línea, reduciendo la resistencia de la misma.

-

Mayor aprovechamiento de la energía devuelta durante el proceso de frenado del tren, al aumentar el número de caminos posibles hacia potenciales consumidores.

compensación de positivo

Acción 06

Eliminación de imanes de vía

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Ámbito La línea aérea está dividida en sectores de tracción separados de sus colaterales mediante elementos denominados aisladores de sección, los cuales pueden ser de dos tipos: aisladores de sección con zona neutra y sin zona neutra. Para mejorar la captación de energía, al paso de la unidad de tren por un aislador de sección sin zona neutra, existen elementos en la vía denominados imanes de vía que inhiben la tracción/frenado regenerativo del Material Móvil. Los imanes suelen encontrarse en las entradas a las estaciones, momento en el que se produce el frenado, por lo que se impide el correcto aprovechamiento de la totalidad de la energía de frenado regenerativo del Material Móvil.

Descripción de la acción

Aislador de sección

Incrementar la ventana de tiempo en la que un tren puede regenerar energía en su proceso de frenado, mediante la modificación de los aisladores de sección y la retirada de los imanes correspondientes. Esta acción requiere modificaciones en los elementos de la línea aérea y la retirada de equipos en la plataforma de vía.

Imán de vía Inversión necesaria: 0€ (medios propios)

Acción 07

Instalación de 30 subestaciones reversibles en régimen de outsourcing

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Ámbito Todo el Material Móvil de Metro de Madrid dispone de la capacidad de devolver energía durante la fase de frenado (freno regenerativo). Esa energía, cuando no es necesaria para la tracción de los trenes próximos, se disipa en forma de calor.

Descripción de la acción Aprovechar la energía que se pierde en forma de calor, mediante su inyección en la red de distribución interna de 15 kV, pudiendo ser utilizada por unidades lejanas, otras subestaciones u otras instalaciones que se alimenten de la red de distribución interna (escaleras mecánicas, ascensores, sistemas de ventilación, etc.).

Red interna de distribución de 15 KV

Balance de energía

Instalación actual

Nuevo Convertidor

AC

El sistema se conecta en paralelo con la subestación actual sin provocar ninguna afección ante su fallo.

D C CATENARIA

Se propone un modelo de outsourcing integral (suministro, instalación y mantenimiento), con una Empresa de Servicios Energéticos (ESE), según Directiva UE 2006/32 para treinta (30) subestaciones siendo cubierto el coste con el ahorro generado. Al término del período de arrendamiento, la subestación pasa a propiedad de Metro de Madrid.

Aceleración

Situación propuesta: Subestaciones reversibles

Inversión necesaria: 0 € *

Frenado

Acción 08

Implantación de alumbrado LED en toda la red en régimen de outsourcing

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Ámbito La iluminación de las estaciones, depósitos y oficinas de Metro de Madrid constituye una partida importante del consumo eléctrico. Actualmente, hay más de 330.000 tubos fluorescentes instalados con un número de horas de funcionamiento anuales de más de 17.000. Descripción de la acción Sustitución de las luminarias actuales por nuevas tecnologías de iluminación (LED, Inducción y/o Fluorescencia de Alto Rendimiento) que proporcionan ahorros energéticos superiores al 50% (sobre iluminación de bajo consumo) y hasta un 90% (sobre iluminaciones tradicionales incandescentes) manteniendo la misma luminosidad, respuesta rápida de encendido, apagado o cambio en la emisión de luz. Se propone un modelo de outsourcing integral con una Empresa de Servicios Energéticos (ESE), según Directiva UE 2006/32 (suministro, instalación, puesta en servicio y mantenimiento), siendo cubierto el coste con el ahorro generado. El gasto es fijo anualmente siendo la diferencia entre el ahorro generado y el pago, reducción de gasto anual.

Inversión necesaria: 0 € *

Acción 09

Implantación de alumbrado LED en el Material Móvil en régimen de renting

Ámbito La iluminación en los recintos de viajeros del Material Móvil se realiza mediante tubos flourescentes. La actual flota de coches de Material Móvil destinados al servicio de viajeros es de más de 2.000 coches, con un consumo eléctrico anual de 12,8 GWh.

Descripción de la acción Sustitución de las luminarias fluorescentes actuales por otras con tecnología LED que proporcionan un 50% de ahorro energético y una mayor vida útil disminuyendo las tareas de mantenimiento asociadas, el acopio de material y la consecuente reducción de mano de obra. Se propone un modelo de renting, siendo cubierto el coste con el ahorro generado.

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Acción 10

Optimización del uso de alimentación eléctrica de emergencia

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Ámbito La alimentación en baja tensión en las estaciones de la red de Metro de Madrid se obtiene tras realizar la transformación a partir de la alimentación en alta tensión, o desde una alimentación exterior de emergencia (contratada directamente en baja tensión con otro régimen tarifario). En las estaciones más recientes, la alimentación se realiza desde el cuadro general de baja tensión de Metro de Madrid, por lo que la conmutación a la alimentación de emergencia se realiza excepcionalmente, en caso de fallo de la alimentación principal. En las estaciones más antiguas, existen equipos alimentados permanentemente desde la alimentación exterior de emergencia, siendo el precio del kWh contratado en baja tensión alrededor de un 40% más elevado que el contratado en alta tensión. Descripción de la acción Reformar el sistema de distribución de baja tensión de las estaciones más antiguas para realizar el consumo a partir de la energía contratada en alta tensión.

Red 15 K.V.

Red 15 K.V.

Alimentación exterior de socorro T1

T1

T2

T2

Además, se adecuará la potencia contratada en baja tensión del suministro de socorro en las estaciones a la realmente requerida, reduciendo el coste del término fijo de potencia actualmente abonado. Estas acciones se ejecutarán conjuntamente con la normalización y puesta en conformidad de las instalaciones más antiguas.

Servicios esenciales

Alimentación exterior de socorro

Alimentaciones B.T.

Alimentaciones B.T. Servicios esenciales

Acción 11

Optimización de la climatización en el Material Móvil

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Ámbito Los procesos de climatización del recinto de viajeros del Material Móvil contemplan los modos de funcionamiento de calefacción, ventilación y aire acondicionado. El modo habitual de funcionamiento se establece mediante una curva de confort en la cual se consideran diversas variables como son la temperatura exterior o la temperatura del recinto de viajeros, entre otras. Descripción de la acción Optimizar el funcionamiento de los equipos de climatización, minimizando el consumo energético mediante la modificación de las curvas de enfriamiento dentro de unos rangos prefijados en función del periodo invierno/verano. En la época de verano se aumentará la temperatura de confort, de forma que, manteniendo un nivel térmico aceptable, se produzca un ahorro de consumo relevante. En la época de invierno, se disminuirá la temperatura para conseguir efectos análogos.

Acción 12

Optimización de la ventilación de túnel

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Ámbito Los sistemas de ventilación tienen por objeto el control térmico y la salubridad del aire en estaciones. Actualmente, los sistemas de ventilación funcionan según 2 periodos estacionales: invierno y verano, con hitos horarios predefinidos. Estos periodos definidos por fechas del calendario, no contemplan las variaciones térmicas que pueden producirse tanto a nivel diario como estacional. Descripción de la acción

ESTRATEGIA DE VENTILACIÓN DE TÚNELES Y ESTACIONES ESTADO ACTUAL MEDIANTE HITOS - PERIODO VERANO -

ESTRATEGIA DE VENTILACIÓN DE TÚNELES

Aprovechamiento del salto térmico entre el exterior y el interior de la red, de las tarifas eléctricas más económicas y de la acumulación geotérmica del terreno.

2 ventiladores pozo alta velocidad

- PERIODO VERANO

RESERVADO PARA EMERGENCIAS

1 ó 2 ventiladores a baja velocidad Ventiladores pozo parados con autoventilación Horario: Periodo:

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01

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ESTRATEGIA DE VENTILACIÓN DE ESTACIONES

Además se establecerá una estrategia que permita ventilar cuando el salto térmico entre interior y exterior sea máximo y/o cuando el coste energético sea menor. Estos dos factores pueden ser compatibles dado que el mayor salto térmico suele producirse en horario nocturno.

13 14 DÍA

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20 21 TARDE

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- PERIODO VERANO

Ventiladores a baja o alta velocidad Ventiladores andenes parados Horario: Periodo:

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ESTRATEGIA DE VENTILACIÓN DE TÚNELES Y ESTACIONES A IMPLANTAR EN SISTEMA DE CONTROL CENTRALIZADO - PERIODO VERANO -

El sistema discriminará 3 periodos climáticos: invierno / entretiempo / verano. En función de dichos periodos, el sistema de ventilación entrará en funcionamiento potenciando el funcionamiento nocturno (periodo en el que se produce mayor diferencia térmica entre el ambiente interior y el exterior y que a nivel de coste energético es más económico).

ESTRATEGIA DE VENTILACIÓN DE TÚNELES - PERIODO VERANO 2 ventiladores pozo alta velocidad

RESERVADO PARA EMERGENCIAS

2 ventiladores pozo baja velocidad 1 ventilador pozo baja velocidad Ventiladores pozo parados con autoventilación Horario: Periodo:

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ESTRATEGIA DE VENTILACIÓN DE ESTACIONES - PERIODO VERANO Ventiladores andenes alta velocidad Ventiladores andenes baja velocidad Ventiladores andenes parados Horario: Periodo:

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Instalaciones de Geotermia en Túneles Ferroviarios

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La incorporación de instalaciones geotérmicas de climatización, contribuyen a mejorar la eficiencia energética y alcanzar la Excelencia Medioambiental. Ventajas: Mejora de la eficiencia energética de la instalación, en relación a una convencional, debido al aumento del rendimiento (mayores COP/EER). En determinados periodos permite utilizar el terreno como fuente energética gratuita por intercambio (calor y frío directo). Disminución de la emisión de CO2 (como consecuencia de las anteriores medidas). Nulo impacto medioambiental (térmico, acústico y visual). Facilidad para ejecutar la obra civil en el momento de la construcción.

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Instalaciones de Geotermia en Túneles Ferroviarios

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Instalaciones de Geotermia en Túneles Ferroviarios

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