JOSEP ARIÑO I Servei d’ Infarestructures BUS
Es difícil en 3 cuartillas explicar el desarrollo del proceso de electrificación de una línea de bus; básicamente debido a lo dilatado en el tiempo y lo novedoso del proceso, desde el año 2013 en que entró el primer autobús eléctrico, hasta el momento, en que la apuesta por el autobús eléctrico es clara y decidida, no obstante, se intentará realizar de la manera lo más clara posible, poniendo de relieve los motivos por los cuales se tomaron las diferentes decisiones hasta el momento.
Vista de la EREA de la cochera del TRIANGULO FERROVIARIO
La electrificación de la línea H-16 empieza con la entrada del primer autobús eléctrico en la flota de TMB en el año 2013, siendo este un autobús K9 del fabricante B&D con una capacidad de almacenamiento las 324 kWh mediante batería tipo Litio ferro fosfato (LiFeCoPO4). Las características principales del mismo fueron: recarga eléctrica conductiva tipo OVER NIGHT CHARGING, tipo 3 UNE-EN IEC-61851-1 modo3 en AC a 400 V (mediante dos conectores). Los resultados al respecto fueron satisfactorios, no obstante, se detectó que con líneas de servicio con tiempos superiores a 15 horas (en verano con 13 horas), la capacidad de energía de las baterías no era suficiente.
Posteriormente en el año 2015, TMB entra en el proyecto de la Comisión Europea/ UITP: ZeEUS (Zero Emissions European Urban. Nov 2013 finalización abril 2018 Bus), que como objetivo tenía: dar visibilidad y potenciar el uso los autobuses eléctricos; en el cual se realizaron dos TEST:
El TEST A: realizado con dos autobuses del fabricante IRIZAR, cuyas características eran: autobuses urbanos de 12 m de longitud, con un almacenamiento de baterías de 352 kWh (Baterías tipo ZEBRA), carga conductiva en DC (con sistema de comunicación propio del fabricante) tipo OVER NIGHT CHARGING (Carga en cochera durante la noche), operando en líneas significativas de la red de TMB (por ejemplo, la línea 34), operadas con vehículos de 12m. Los cargadores fueron de 100 kW de potencia nominal en DC, del fabricante JEMA. En este sentido se llegó a la misma conclusión que con el autobús de B&D, en cuanto a la capacidad de almacenaje de baterías.
El TEST B: realizado con dos autobuses del fabricante Solaris de 18 m, con una capacidad de 140 kWh, con baterías de Li-ion, carga conductiva en DC tipo OPPORTUNITY CHARGING (conexión mediante pantógrafo en el vehículo) y campana de conexión en la infraestructura según UNE-EN IEC-61851-1 modo 4 en DC y protocolo de comunicación ISO 15118 / DIN 70121, también llamado CSS. Al tener que contar con una infraestructura de carga en la línea, allí ya se tuvo que elegir la línea en la cual debería realizarse el TEST, y fue donde se seleccionó la línea H-16, pues dicha línea cumplía con las características propuestas (Línea servida por vehículos articulados, tiempo de servicio 17 horas, recorrido superior a los 11 km y frecuencia de paso 7 minutos).
Posteriormente, TMB participa también en el proyecto de la comisión europea / UITP (ELIPTIC: Electrification of Public Transport in Cities. Junio 2015 a mayo 2018), que como objetivo tiene el desarrollo de las infraestructuras en la movilidad eléctrica. Con respecto a las Instalaciones de recarga eléctrica, como ya se ha referido anteriormente, se seleccionó la línea H-16 para comprobar esta nueva forma de recarga eléctrica y operación de la línea.
En una 1ª fase se realizó la EREA de la calle (estación de Recarga Eléctrica de Autobuses) y de la cochera. Concretamente la de la calle, fue localizada en uno de los extremos de la L-16, en la calle Cisell, y la de la cochera en el depósito del Triángulo Ferroviario. En ambas instalaciones participó activamente la empresa distribuidora ENDESA, que a través del proyecto ZeEUS se encargó de la realización de ambas actuaciones (la infraestructura de la calle y de los dos cargadores de la cochera). En líneas generales se trata de la alimentación mediante suministro eléctrico trifásico a 25 kV, a un Centro de Transformación enterrado de 25 kV/400 V en AC de 1000 kVA, que a su vez alimenta al cargador (PRE Punto de recarga eléctrico) de la calle en superficie. Se seleccionó el fabricante polaco EKOENERGETYKA (potencia nominal de 400 kW en DC). Para los cargadores de la cochera fue la empresa CIRCONTROL (potencia nominal de 50 kW). Destacar que el suministro eléctrico se realizó a través de la red de distribución eléctrica de ENDESA. Se empezó a operar en estos equipamientos a finales del año 2016. Destacar asimismo, la gestión con el Ayuntamiento de Barcelona para obtener los diferentes permisos, dado lo novedoso del proceso en cuestión. Señalar que para la realización de este proyecto se firmó un Convenio a tres bandas, Ayuntamiento, ENDESA y TMB. En su momento fue la primera instalación en suelo urbano, en estas condiciones, de Europa.
En el año 2017 una vez cuantificados los resultados de las pruebas realizadas, se llegó a la siguiente conclusión: que con la exigencia de un tiempo de línea de servicio de 17 horas, un intervalo entre buses de 7 minutos, un recorrido superior a los 11 km, y con la utilización de vehículos de 18 m de longitud; era necesaria una capacidad de almacenaje energético en las baterías no inferior a los 800 kWh, con lo cual se hacía inviable dar servicio con un sistema de recarga OVER NIGHT, optándose por el sistema OPPORTUNITY CHARGING. Con ello quedó definido el sistema de carga y operación de la Línea H-16.
En una 2ª fase se concretó la EREA (Estación de Recarga Eléctrica de Autobuses) del otro extremo de la línea, concretamente en la Av. Maristany. Esta infraestructura se realizó con las directrices acordadas en el proyecto ELIPTIC, que como característica esencial requerida fue que el suministro eléctrico proviniera de la red del METRO (FCMB). El reto para TMB, fue que esta era la primera vez que realizaba una instalación de estas características, también en el medio urbano, y que la red de Metro por primera vez suministraba energía a los autobuses. Destacar que también ha sido pionera en Europa. Como características técnicas principales destacar que el suministro eléctrico proviene de la Subcentral eléctrica de FCMB de Llacuna, y mediante cable trifásico de 25 kV, a través del túnel de la línea 3 de metro y casi 350 m de cableado por zanja por la calle, alimentan un Centro de Transformación enterrado trifásico 25kV/400 V en AC, con una potencia nominal de 1000 kVA, que a su vez alimenta al cargador (PRE) de 500 kW en DC de potencia nominal del fabricante EKOENERGETIKA. Esta estación se puso en marcha durante el mes de julio de 2018. Como en el caso anterior la parte administrativa, para conseguir los correspondientes permisos con el Ayuntamiento fue también muy novedosa, pues en esta ocasión la función de promotor del proyecto era responsabilidad de TMB. La construcción de esta infraestructura fue adjudicada a COMSA y ENDESA (suministro de los cargadores), siendo el proyecto y la dirección de Obra de EVIM3.
EREA Av. Maristany
En una 3ª fase, se realizó la adquisición de una primera parte de los autobuses que equiparían esta línea y la EREA del depósito para poder suministrar energía a estos buses.
Los vehículos seleccionados fueron: 3 autobuses de 18 m de longitud de la marca SOLARIS de baterías Li-ion 146 Kwh de capacidad, y 4 autobuses de 18 m de longitud de la marca IRIZAR, con baterías Li-ion de 150 kWh de energía de almacenamiento. Todos los autobuses con conexionado mediante pantógrafo, y sobre todo recarga según UNE-EN IEC-61851-1 modo 4 en DC, e ISO 15118 / DIN 70121 ext. TMB.
Diagrama de bloques instalación eléctrica L-H16
Con respecto a la Infraestructura, en esta tercera fase se realizó la EREA de la cochera para estos siete autobuses, partiendo como en el caso de la estación de Maristany, del suministro eléctrico de la red de Metro, conectada a la subcentral existente en el Triángulo Ferroviario. Cabe destacar que el Triángulo Ferroviario alberga en dos plantas diferentes, los talleres de Metro de las líneas 4 y 2, y la cochera de autobuses del Centro Operativo de Negocio de Triángulo Ferroviario. En el aparcamiento de autobuses se dispuso el Centro de Transformación, dotado con dos transformadores de 1.600 kVA cada uno 25 kV/400 v en AC, con una potencia total instalada de 3.2 MVA. Este Centro de trasformación alimenta 7 cargadores de 50 kW de potencia nominal en DC de la marca EKOENERGETIKA, distribuidos en isletas de 4 cargadores que alimentan cada uno a una plaza de aparcamiento de autobuses. Asimismo está realizada la preinstalación y las isletas para un total de 24 cargadores de las mismas características. Una de las funcionalidades del sistema es que cada uno de los transformadores suministra electricidad a 6 circuitos de cargadores, pudiéndose cambiar el transformador del que dependen mediante equipo de conmutación.
Pantalla visualización SCADA instalación eléctrica de baja tensión cargadores Cochera Triángulo Ferroviario
En una 4ª fase, se está implementando un segundo cargador (PRE) de 500 kW de potencia nominal en DC por cada EREA en la calle. Está previsto que estén operativos en mayo de este año. Además del complemento en la cochera de Triángulo Ferroviario con 23 nuevos cargadores de 50 KW en DC. Todo ello motivado por la adquisición de 23 nuevos autobuses de 18 m que complementarán la L-16 (13 unidades CAF SOLARIS y 9 IRIZAR), además de empezar a equipar la siguiente línea eléctrica de estas características de TMB. Esta fase, tanto en cuanto a la infraestructura como a los autobuses, estará operativa a principios del año 2021. Finalmente la L-16 contará con 24 unidades para dar servicio.
Informe Tipo recarga eléctrica
Uno de los aspectos claves en el proceso de electrificación de una línea eléctrica es el control y la supervisión de todos los procesos, basándose en los siguientes puntos:
Las comunicaciones entre el cargador y el vehículo se realiza, como ya se ha referido mediante el protocolo CSS ISO 15118 / DIN 70121 ext. TMB.
Las comunicaciones entre el cargador y el Centro de Control se realiza mediante el protocolo de comunicación OCPP 1.5. Ext. TMB. En estos momentos se están realizando los estudios de implantación a la versión 1.6.
Toda la supervisión y control de estas instalaciones se está realizado mediante el SCADA de Wonderware - Schneider.
Destacar en este apartado el concepto de inter operatividad del sistema, que permite con los protocolos de comunicación detallados en los puntos anteriores, el poder tener dos fabricantes de autobuses diferentes, con una firma independiente de cargadores, cosa que hasta el momento se ha hecho difícil, ya que todavía no existe una normalización que abarque al vehículo industrial, no obstante en este sentido, el proyecto de la Comisión Europea/UITP ASSURED, tiene como objetivo la inter operatividad entre los cargadores y los autobuses de diferentes suministradores.
Esquema de comunicaciones y control de la Línea H-16
Como conclusión señalar que las instalaciones basadas en la sistemática de carga OPPORTUNITY CHARGING como es la L-H16:
Permiten disponer de una autonomía prácticamente ilimitada para los autobuses, especialmente para unidades de gran capacidad como los vehículos de 18 o 24 metros.
Las estaciones basadas en las cocheras, requieren de una menor potencia instalada y de un considerable menor tiempo de carga en la misma, lo cual baja la inversión al poder dedicar un cargador para varios autobuses, todo ello mediante una gestión de carga dinámica.
Las estaciones basadas en la calle, pueden permitir la recarga de otras líneas de autobuses y sobre todo en la franja horaria nocturna, puede aprovecharse para la líneas de otras compañías o camiones de recogida de basura.
El coste de la infraestructura de recarga de este tipo de instalación en su conjunto, representa aproximadamente entre un 30 % y un 35 % de la inversión del material móvil integrante de la misma.
Necesita una gestión operativa de la línea diferente a la de los autobuses tradicionales, ya que es crítico el paso de los autobuses por las EREA correspondientes.
La existencia de la Infraestructura en la calle, aunque tecnológicamente no es complicada, su gestión es totalmente diferente por lo que supone un gran reto en una empresa tradicional de autobuses.
Los próximos años serán muy intensos para la tecnología de los autobuses eléctricos, ya que la nueva legislación europea 2009/33 “Clean Vehicles”, obligará a disponer de autobuses cero emisiones, autobuses limpios, en nuestros sistema de transporte, limitando la existencia de autobuses con propulsión Diesel.