Introducción de sistemas de almacenamiento de energía a la red de Metro Santiago

Abstract

Al evaluar el desempeño eléctrico que tiene un tren a lo largo de una línea ferroviaria, es posible observar que se producen picos de potencia eléctrica durante la aceleración. Estos picos se producen durante un corto periodo de tiempo, sin embargo, repercuten directamente en los pagos por el suministro eléctrico. Este problema se ha solucionado de diferentes formas, entre las cuales se encuentran la optimización de las bitácoras de trenes y la introducción de sistemas de almacenamiento de energía. Este último método se ha ido posicionando en los últimos años debido a los decrecientes precios de los sistemas de almacenamiento. Dado el contexto anterior, en el presente estudio se estudiará la factibilidad técnica y económica de introducir sistemas de almacenamiento de energía en la línea 4 del metro de Santiago. La utilización de estos tienen como objetivo disminuir los costos asociados al pago por potencia, energía eléctrica y emisiones de gases de efecto invernadero. Además, se busca dotar a la línea de metro de un respaldo de energía, el cual pueda asistir al suministro eléctrico en contingencias. Este estudio se realiza en el marco del Proyecto FONDEF IT15 I 10085, el cual está a cargo del Centro de Energía y el Centro de Modelamiento Matemático. La metodología utilizada consiste en realizar simulaciones de la dinámica de un tren, para luego utilizar estos resultados en la cuantificación del recorte de potencia para diferentes tipos de tecnologías. Después, esta información es utilizada en conjunto con las características de la línea y los trenes, simulando el desempeño eléctrico de los diferentes escenarios durante un año. Finalmente, utilizando el costo de los sistemas de almacenamiento de energía, los costos del suministro eléctrico y los costos asociados a la emisión de gases de efecto invernadero, se realiza una evaluación económica social, midiendo la rentabilidad y el valor actual neto de los proyectos. Producto de la evaluación de los tipos de tecnologías de almacenamiento de energía, se selecciona el litio-titanato (LTO) y níquel-metal hidruro (Ni-MH) para el estudio, disponiendo los módulos de almacenamiento de energía a bordo de los trenes. En promedio se obtiene que el tamaño del sistema de almacenamiento de energía por tren es de 180 [kWH], con una potencia de carga/descarga máxima de 2423.3 [kW]. El estudio arroja que la incorporación de sistemas de almacenamiento de energía permiten una reducción en promedio del 29.4% de la potencia máxima desarrollada por la línea, y por consecuencia, una reducción del consumo promedio de energía eléctrica en un 30.2%. De este modo, se consiguen ahorros en el uso del suministro eléctrico, y en los costos asociados a los gases de efecto invernadero. Finalmente al evaluar económicamente los proyectos en un horizonte de 10 años, se obtiene que todos ellos son socialmente rentables, obteniendo valores actuales netos desde los 7.9 hasta los 12.9 MMUSD.