UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS MASTER UNIVERSITARIO EN TRANSPORTE, TERRITORIO Y URBANISMO ESTUDIO Y OPTIMIZACIÓN DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LA CONDUCCIÓN DE TRENES METROPOLITANOS DE LA CIUDAD DE VALENCIA CURSO 2014 / 2015 ALUMNO: IGNACIO VILLALBA SANCHIS TUTOR: RICARDO INSA FRANCO VALENCIA, SEPTIEMBRE DE 2015 Estudio y optimización de la eficiencia energética en la conducción de trenes metropolitanos de la ciudad de Valencia Trabajo Final de Máster en Transportes, Territorio y Urbanismo - Ignacio Villalba Sanchis 2 Estudio y optimización de la eficiencia energética en la conducción de trenes metropolitanos de la ciudad de Valencia Resumen El diseño de marchas y la conducción de trenes metropolitanos se ha realizado generalmente sin tener en cuenta criterios energéticos, pese al gran potencial de ahorro que existe. Considerando la situación económica actual y junto con el aumento del precio de la energía, los operadores metropolitanos están cada vez más presionados, por lo que son necesarias nuevas medidas y mejoras que permitan proporcionar un servicio eficaz, rápido y seguro con el menor uso de energía posible. La operación de trenes tiene un impacto muy importante en cuanto a la energía consumida en las redes metropolitanas por lo que interesa analizar estrategias para minimizar dicho consumo. Así pues, en el presente trabajo se ha desarrollado un modelo que permite analizar con precisión la energía consumida durante la circulación de un vehículo entre dos estaciones, bajo una conducción manual. Para construir el modelo se han considerado las ecuaciones que representan y controlan el comportamiento del vehículo y se han implementado en un simulador. Una vez creado, el modelo se ha utilizado en la red de Metrovalencia, con el objetivo de validar la precisión del mismo y evaluar la capacidad de representar el comportamiento real. Gracias a los datos obtenidos a través de una campaña de medida ha sido posible comprobar la precisión del modelo en cuanto al consumo, tiempos de recorrido y perfiles de velocidad. De esta forma se ha podido validar la herramienta de simulación y aplicarla para estudiar y optimizar el consumo. Tras la validación, el modelo se ha aplicado en diferentes escenarios para reducir el consumo, manteniendo los actuales tiempos de recorrido y con el ajuste de ciertos parámetros. Los resultados muestran que manteniendo los actuales tiempos de recorrido y bajo las restricciones operativas consideradas, es posible reducir el consumo considerablemente. Así pues, el estudio proporciona una herramienta de ayuda para determinar las futuras acciones encaminadas a reducir el consumo en la red de metro de Valencia con unos costes mínimos. Trabajo Final de Máster en Transportes, Territorio y Urbanismo - Ignacio Villalba Sanchis 3 Estudio y optimización de la eficiencia energética en la conducción de trenes metropolitanos de la ciudad de Valencia Abstract The speed profiles design on suburban railway networks has generally performed without energy criteria, despite the important range of energy savings. Considering the actual financial crisis and the price of energy, metro operators are under intense pressure to reduce costs, so they are necessary new strategies in order to provide a better, fast and safe railway without more energy requirements. Traffic operation has a significant impact on energy consumption in metro lines and thus it is important to analyze strategies to minimize it. In this work a model was developed accurately to analyze the energy consumption of metropolitan trains during its normal service between two stations. The equations considered represent the behavior of a single vehicle and were implemented in a simulator. A real line of the Valencia Underground has been considered obtaining energy values in order to validate its accuracy. According to the data obtained, the model has been validated in terms of consumption, journey times and velocity profiles, which allows its use for the potential energy savings. After validation, the model has been applied into different scenarios in order to reduce the energy consumption, maintaining current travel times and setting certain parameters. The results show that under the operating restrictions considered, the consumption can be reduced considerably. Therefore, the study provide future upgrading actions for energy saving in the Valencia metro network with a reduced economic impact. Trabajo Final de Máster en Transportes, Territorio y Urbanismo - Ignacio Villalba Sanchis 4 Estudio y optimización de la eficiencia energética en la conducción de trenes metropolitanos de la ciudad de Valencia Resum El disseny de marxes i la conducció de trens metropolitans s'ha realitzat generalment sense tindre en compte criteris energètics, a pesar del gran potencial d'estalvi que existeix. Considerant la actual situació econòmica i junt amb l'augment del preu de l'energia, els operadors metropolitans estan cada volta més pressionats, sent per tant necessàries mesures i millores que permeten proporcionar un servici eficaç, ràpid i segur amb el menor ús d'energia possible. L’operació de trens té un impacte molt important en l’energia consumida en les xarxes metropolitanes, afavorint l’estudi d’estratègies per a minimitzar aquest consum. Baix aquestes condicions, en el present treball s'ha desenvolupat un model que permet analitzar amb precisió l'energia consumida durant la circulació d'un vehicle entre dos estacions, davall una conducció manual. Per a construir el model s'han considerat les equacions que representen i controlen el comportament del vehicle i s'han implementat en un simulador. Una vegada creat, el model s'ha utilitzat en la xarxa de Metrovalencia amb l'objectiu de validar la precisió del mateix i avaluar la capacitat de representar el comportament real. Gràcies a les dades obtingudes mitjançant una campanya de mesura ha sigut possible comprovar la precisió del model pel que fa al consum, temps de recorregut i perfils de velocitat. D’aquesta forma s’ha pogut validar la ferramenta i aplicar-la per a estudiar i optimitzar el consum. Una volta realitzada la validació, el model s'ha aplicat en diferents casos per a tractar de reduir el consum, mantenint els actuals temps de recorregut i reajustant alguns paràmetres. Els resultats mostren que mantenint els actuals temps de recorregut i davall les restriccions operatives considerades, és possible reduir el consum considerablement. D’aquesta forma el model plantejat proporciona una ferramenta d'ajuda per a determinar les futures accions destinades a reduir el consum energètic de la xarxa de Metrovalencia amb unes mínimes inversions. Trabajo Final de Máster en Transportes, Territorio y Urbanismo - Ignacio Villalba Sanchis 5 Estudio y optimización de la eficiencia energética en la conducción de trenes metropolitanos de la ciudad de Valencia Agradecimientos En primer lugar quería agradecer la paciencia y ayuda por parte de mi tutor, Ricardo Insa, por haberme dado la oportunidad de aprender sobre todos los aspectos que conciernen a los ferrocarriles bajo una aproximación con rigor y criterio. Gracias a su colaboración ha sido posible llevar a cabo todo este trabajo que de otra forma nunca hubiera sido posible realizar. Gracias a Victoria, por su comprensión, su ayuda, su paciencia, por su confianza en mí y por subir al mismo tren en el que me embarqué hace tiempo, sin un destino fijo pero con la certeza de viajar juntos, gracias por estar a mi lado. A toda mi familia y en especial a mis padres, por su esfuerzo y confianza, pues por ellos he conseguido. También quiero agradecer la paciencia, incluso en los viajes y en mis momentos más extravagantes, que tienen mis compañeros, especialmente Pablo I y el resto de compañeros que alguna vez ha compartido tiempo en el departamento como Pablo II, Carla, Rafa, Rosa, Michela, Juan Diego, Javi. A los compañeros de almuerzo, pues sirve de pausa donde recargamos pilas con las siempre bienvenidas tartas. También quisiera destacar la ayuda recibida por parte de Andrés, tanto por su colaboración, por su tiempo y su conocimiento, pues de su dedicación resulta parte del éxito de este trabajo. No quería olvidarme de dar las gracias a Sebastián, por su ayuda y valiosa información aportada. Para finalizar, cabe destacar pues que el presente trabajo ha sido posible gracias al convenio de colaboración firmado entre la Universitat Politècnica de València y Ferrocarrils de la Generalitat Valenciana (FGV) realizado el 7 de mayo de 2014 y a la financiación obtenida por el Ministerio de Economía y Competitividad, a través del proyecto “Estrategias para el diseño y la explotación energéticamente eficiente de infraestructuras ferroviarias y tranviarias” (Ref. TRA2011-26602). Trabajo Final de Máster en Transportes, Territorio y Urbanismo - Ignacio Villalba Sanchis 6 Estudio y optimización de la eficiencia energética en la conducción de trenes metropolitanos de la ciudad de Valencia Índice 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................. 13 1.1. ANTECEDENTES .............................................................................................................................................. 15 1.2. OBJETIVOS ....................................................................................................................................................... 16 1.3. METODOLOGÍA ...............................................................................................................................................