La energía que mueve cada año a millones de personas es Metro de Madrid. Desde que en 1919 echara a andar el primer tren de Metro de Madrid, la historia de este medio de transporte ha ido unida a la de la energía. En la década de los años 20 del siglo pasado, los impulsores de Metro idearon la forma de ser autosuficientes para no sufrir los problemas de suministro eléctrico que afectaban a la ciudad. Cien años después, los ingenieros de Metro persiguen un objetivo que no dista mucho del de sus antecesores: idear sistemas que le permitan reducir su consumo energético y obtener el máximo de energía con recursos propios.
La máxima de que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma, encuentra un ejemplo elocuente en el Metro madrileño. Si para un ingeniero la energía es la capacidad de ‘hacer funcionar las cosas’, para un metrero, la energía es la capacidad de ‘mover’ el mundo. Y lo es, además, en sentido literal: para Metro, la energía es la capacidad de mover trenes y personas en un flujo diario que pone en marcha una región como Madrid.
La energía eléctrica siempre tuvo un papel clave en el éxito de la compañía
Metro de Madrid nació en 1919 siendo ya un medio que utilizaba la energía eléctrica para moverse. Y, precisamente, la energía eléctrica desempeñó un papel clave en el éxito de la compañía. No es casualidad que el germen de Metro naciera precisamente en la Exposición Universal de Electricidad, que tuvo lugar en Estados Unidos en 1904. Miguel Otamendi y Antonio González Echarte, dos de los ingenieros fundadores de Metro de Madrid junto a Carlos Mendoza, habían acudido a San Luis como delegados del Gobierno español. Estando allí, se les presentó la ocasión de asistir a la inauguración del Metro neoyorquino, lo que sin duda les inspiraría en la construcción del primer ferrocarril metropolitano español. La historia de Metro de Madrid y la energía es una historia de éxito.
Pero también es la historia del afán del suburbano madrileño por reducir su dependencia de la energía, para convertir este medio de transporte en lo más sostenible y eficiente posible. Los ingenieros de Metro diseñaron en sus primeros años de vida un sistema que les permitiera ser autónomos energéticamente y no sufrir los problemas de suministro eléctrico que afectaban a Madrid como consecuencia de las sequías.
El sistema de electrificación hace posible el transporte de la energía desde los centros de tracción a los trenes
En la actualidad, el esfuerzo sigue estando dirigido a esa ansiada autonomía mientras se diseñan medidas para reducir el consumo energético a través de la innovación. Para Metro de Madrid, la gran meta a alcanzar en el siglo XXI es lograr un uso sostenible de la energía. Ya no solo hay que mover el mundo y sus trenes, sino hacerlo de forma responsable para garantizar el futuro de todos.
Nave de Motores de Pacífico
El 17 de octubre de 1919, Alfonso XIII inauguró en la estación de Cuatro Caminos el primer tramo de lo que hoy es Metro de Madrid. La línea Norte-Sur de la Compañía del Metropolitano Alfonso XIII, como se denominaba entonces, tenía una longitud de cuatro kilómetros y contaba con ocho estaciones: Sol, Red de San Luis (actual Gran Vía), Tribunal, Bilbao, Chamberí (actualmente cerrada), Iglesia, Ríos Rosas y Cuatro Caminos. La apertura al público tuvo lugar el 31 de octubre, con 56.200 usuarios en esa primera jornada.
El ferrocarril metropolitano se volvió imprescindible para una ciudad que aumentaba su población cada día. Pronto se empezó a pensar en ampliaciones que llevaran la red de Metro a otros puntos de la ciudad. La línea 1 se extendió primero hasta Atocha y más tarde hasta Vallecas, mientras el proyecto de la línea 2 empezaba a ser una realidad. Sin embargo, la mayor parte de la energía que abastecía Madrid en la época procedía del agua, de la hidroelectricidad. Y las sequías que afectaban a la región en los primeros años de la puesta en marcha de Metro empezaron a generar problemas de suministro eléctrico que dificultaban el servicio diario de trenes y ponían en riesgo la ampliación del trazado.
Para resolver esta situación, la compañía comenzó a construir en 1922 una central térmica generadora de electricidad entre las calles Valderribas y Sánchez Barcaiztegui, en los terrenos del entonces Ensanche de Pacífico. Aunque ya contaban con un parque de baterías que aseguraba el funcionamiento del servicio de Metro por una hora, se buscaba que esta central pudiera proporcionar energía a la red de su propiedad en caso de fallo prolongado del sistema del suministro eléctrico, para evitar las restricciones y poder garantizar la calidad y seguridad del servicio de trenes. La central, ubicada en un edificio diseñado para tal fin por Antonio Palacios, se componía de tres motores diésel de 1.500 caballos de potencia cada uno.
Iba acompañada de una subestación eléctrica que transformaba la corriente alterna a 15.000 voltios producida por la central o suministrada por las hidroeléctricas en corriente continua a 600 voltios, que era la utilizada en la tracción de los trenes. Esta subestación de Pacífico sería la primera de las diseñadas por Antonio Palacios, junto a las de Quevedo y Salamanca.
La gran meta a alcanzar en el siglo XXI: lograr un uso sostenible de la energía
La construcción terminó en marzo de 1923 y ya en noviembre de ese año, debido al fuerte estiaje, entraron en servicio las tres máquinas. La inauguración oficial, con presencia de los Reyes, tuvo que esperar hasta el 14 de junio de 1924 y coincidió con la puesta en marcha de la línea 2 de Sol a Ventas.
Metro había logrado su autonomía. La central, hoy denominada Nave de Motores de Pacífico, cumplió su objetivo de generar su propia electricidad y no perjudicar la regularidad del servicio de trenes en épocas de sequía o de avería, como ocurrió en 1925, 1931, 1932, 1945 o 1946. Y, durante la Guerra Civil, llegó a proporcionar energía eléctrica a la ciudad.
Con el paso del tiempo, las compañías eléctricas ganaron en fiabilidad y fueron capaces de asegurar un suministro cada vez más regular, con lo que la central de Pacífico quedó obsoleta y dejó de generar energía en los años 50. En 1972, la central, que llegó a ser la de mayor potencia instalada en España, dejó de producir energía para Metro y su cierre definitivo llegó en 1987, tras una larga relación no solo con el Metro, sino también con la ciudad de Madrid. La Nave de Motores de Pacífico fue restaurada en 2008 para devolver a este espacio su aspecto original, tanto exterior como interior. Desde entonces, forma parte de los Museos de Metro de Madrid y está a disposición del público a través de visitas guiadas o libres.
El recorrido de la energía en Metro
Quien haya viajado en Metro sabe de la importancia que la energía tiene en su funcionamiento. Desde los trenes hasta el alumbrado, las señales, los ascensores o los torniquetes… la energía eléctrica es fundamental para el funcionamiento del servicio diario de Metro. Pero, ¿cómo llega y se distribuye esa energía en Metro?
El primer eslabón fundamental en esa ruta es la subestación eléctrica. La red de Metro cuenta con estos grandes equipos que permiten transformar el nivel de tensión recibido desde la red general al nivel de tensión apropiada para la tracción de las diferentes líneas. El suburbano madrileño cuenta con 121 subestaciones en toda la red que convierten la energía en alta tensión suministrada por las compañías a la utilizada por los trenes de Metro.
A través de esta gran red de subestaciones eléctricas, que además han sido conectadas entre sí para actuar en caso de posibles fallos, Metro recibe de las compañías de suministro la corriente eléctrica a 15 kilovoltios de corriente alterna y la transforma y rectifica a las características que precisa el tipo de electrificación que debe alimentar. En el caso de los trenes, a una tensión de tracción de 600, 750 o 1.500 voltios en corriente continua. En el caso de los servicios auxiliares de las estaciones, se envía a sus cuartos de transformación una toma de 15 kilovoltios para obtener una tensión de 230 a 400 voltios en corriente alterna.
A partir de ahí, un entramado de elementos distribuye la corriente de tracción procedente de la subestación eléctrica hasta los trenes. Es el sistema de electrificación, que hace posible el transporte de la energía desde los centros de tracción a los trenes. En un dibujo sencillo de este esquema, la electricidad iría por los cables de alimentación hasta el túnel para alimentar los feeders, que son los que transportan la energía hasta la línea aérea de contacto o catenaria. De la catenaria la electricidad llega al tren, que la capta por el pantógrafo a través del hilo de contacto.
La catenaria rígida, patentada por Metro, goza de un gran prestigio internacional
Precisamente la catenaria, que debe su nombre a la curva que describe el cable al ser suspendido por sus extremos, es una de las piezas esenciales de cualquier sistema ferroviario, el equivalente a las arterias humanas. El modelo tradicional, con un hilo de contacto flexible de cobre, recibe el nombre de catenaria flexible o convencional; en oposición a la catenaria rígida, que utiliza un perfil de aluminio en cuya parte inferior se fija el hilo de contacto.
Y de esta historia sobre el recorrido de la energía nace otra gran innovación en Metro: su propia catenaria rígida, una joya patentada y exportada a multitud de países. Para llegar a ella, hay que ahondar un poco en su historia. Hasta 1973, Metro utilizaba en su red la catenaria tipo tranviaria. En 1974, en concreto en el tramo de línea 7 entre Las Musas-Pueblo Nuevo, se instala la primera catenaria convencional. Ya en los años 80, con la llegada de los trenes de la serie 5.000, surgió la necesidad de rediseñar este elemento debido al incremento de incidencias por enganches entre pantógrafo y catenaria. Metro empezó a investigar nuevos diseños y ajustes de las catenarias y sus elementos y a finales de los años 90, apostó por la catenaria rígida tipo Delachaux, que permitía mejorar la fiabilidad y disminuir el mantenimiento.
Pero la cosa no quedó ahí y los ingenieros de Metro estudiaron nuevas soluciones para salvar los problemas que generaba este modelo de catenaria rígida cuando los trenes superaban los 70 kilómetros por hora. Fruto de esa investigación, Metro de Madrid diseñó en 2003 una catenaria rígida, única en el mercado y patentada por la propia compañía, capaz de soportar velocidades superiores a los 110 kilómetros hora. Esta catenaria, que se instaló por primera vez en 2005 en línea 3, cuenta con un perfil propio ‘tipo MetroMadrid’ que aporta sencillez, robustez y un mejor mantenimiento. Su altura es de 150 milímetros y el vano de distancia entre cada uno es de 12 metros frente a la altura de 110 milímetros y el vano de 10 metros de la catenaria tipo Delachaux. La catenaria rígida diseñada y patentada por Metro goza de un gran prestigio internacional y es comercializada a través de multinacionales de electrificación.
Innovación para ahorrar
Si la Nave de Motores de Pacífico y la catenaria rígida, diseñada y patentada por Metro, fueron ejemplo de innovación y grandes hitos para su época, no lo es menos el conjunto de medidas implantadas en los últimos años por el suburbano madrileño para hacer más eficiente su consumo energético.
La mayoría de estas medidas surgen del desarrollo del Plan de Ahorro Energético, puesto en marcha a partir de 2012, ante la convicción por parte de Metro de Madrid de que era necesario optimizar y reducir de manera significativa los consumos energéticos. Este plan ha logrado en los últimos diez años una disminución del consumo de energía del 24 por ciento.
En 10 años se ha disminuido el consumo de energía en un 24 por ciento
Diseñado y desarrollado íntegramente con medios propios de Metro de Madrid, el Plan incluye medidas centradas en tres ámbitos globales de actuación: la iluminación, la tracción y el confort.
Se apostó por una iluminación más eficiente mediante la sustitución de todas las luminarias por nuevas tecnologías de iluminación (LED, inducción y/o fluorescencia de alto rendimiento), y se lograron ahorros energéticos superiores al 50 por ciento sin perjudicar la luminosidad. Esta medida, que puede parecer sencilla, supone un gran ahorro teniendo en cuenta que Metro dispone de más de 330.000 tubos luminosos instalados en las estaciones y 48.970 tubos en los trenes, con más de 17.000 horas de funcionamiento anuales.
Recuperación de energía
Uno de los ahorros energéticos más significativos es el que permite reducir los consumos de tracción, asociado a la circulación de trenes. Así, se aprovecha la energía que producen los trenes al frenar, ya que los sistemas de frenado regenerativo permiten aprovechar esa energía sobrante y devolverla a otros trenes que circulen en zonas cercanas.
Metro de Madrid llevó esta idea un paso más allá a través de la instalación de celdas reversibles, unos equipos eléctricos que permiten reutilizar la energía ya no solo para los trenes, sino también para los servicios auxiliares de estaciones: desde máquinas expendedoras a luminarias, escaleras mecánicas o ventiladores. La recuperación de energía de frenado de los trenes no solo ha reducido el consumo eléctrico de los trenes de Metro por debajo de 2 kWh/coche·km, sino que al mismo tiempo ha evitado que se incremente la temperatura ambiente en túneles y estaciones, lo que mejora a su vez el confort y reduce los recursos destinados a bajar la temperatura a través de la ventilación y la climatización.
Uno de los ahorros energéticos más significativos: reducir los consumos de tracción
Los cuatro equipos de celdas reversibles que Metro tiene instalados en las subestación eléctrica de La Peseta (línea 11), Hospital de Móstoles (línea 12), La Moraleja (línea 10B) y Barrio del Puerto (línea 7B) pronto serán más. Ya está en desarrollo el de la estación de Aeropuerto T1-T2-T3 y se preparan otros seis adicionales en las líneas 2, 3, 7,10 y 12. La idea es que este sistema, que el año pasado ha permitido recuperar la energía equivalente a unos 500 hogares, se extienda de manera progresiva al resto de la red.
Gestor Inteligente de Ventilación
En los últimos tiempos, Metro ha apostado por sistemas de inteligencia artificial aplicados a las tecnologías. Es el caso del Gestor Inteligente de Ventilación, un sistema que utiliza algoritmos de colonia de abejas artificiales para lograr la mayor eficiencia energética de los equipos de ventilación, manteniendo el máximo confort para los clientes. Con este sistema, cada ventilador se controla de forma individualizada y cada ocho horas decide la mejor programación, equilibrando los parámetros de calidad del aire con el coste energético. En dos años, el sistema ha supuesto un ahorro energético de 4 GWh acumulados.
Además, Metro estudia implementar un Modelo Analítico de Predicción Energético (MAPE) para desarrollar una herramienta de simulación parametrizable basada en modelos de predicción del consumo eléctrico, predicción de condiciones ambientales (calor/temperatura) y principales variables (tabla de trenes y afluencia viajeros) para modelar el sistema eléctrico de Servicios Auxiliares (SSA) y buscar puntos de optimización energética.
Hacia el autoconsumo
El futuro energético de Metro de Madrid pasa por lograr que la energía utilizada sea siempre limpia y conseguir la máxima electricidad con recursos propios, reduciendo las dependencias externas y siendo eficientes energéticamente.
El objetivo es ambicioso: alcanzar la autonomía de Metro de Madrid, tal y como ocurrió en sus primeros años de vida. Con la vista puesta en este objetivo, hay dos líneas de actuación básicas: aprovechar las fuentes de recursos y energía ya existente en las infraestructuras del suburbano para que no se pierdan; y utilizar la inteligencia artificial para reducir el consumo, generar ahorro y disminuir la emisión de CO2 mientras se mejora el confort en las instalaciones.
Placas fotovoltaicas y geotermia
Entre los proyectos se incluye la futura implantación de placas fotovoltaicas en las cubiertas de los depósitos de Metro gracias al aprovechamiento de las amplias superficies de cubierta en los que instalar dichos equipos. El proyecto arrancará con los depósitos de Cuatro Vientos, Loranca y Fuencarral, con una superficie disponible para cada uno de ellos de unos 15.000 metros cuadrados utilizables para este fin.
De acuerdo con los primeros análisis, la energía fotovoltaica que se podría llegar a general cada año en cada uno de estos depósitos sería de unos 2,6 GWh/año, lo que supondría el equivalente al consumo anual de 2.500 hogares entre los tres depósitos. Como el consumo actual en estos depósitos es muy inferior a esa cifra, la energía generada debería inyectarse a la red de alta tensión mediante la instalación de un centro de transformación que permita que esa energía fotovoltaica pueda ser aprovechada en algún punto de la red de Metro.
Metro estudia implementar un Modelo Analítico de Predicción Energético
En el camino hacia el autoabastecimiento, Metro también explora cómo transformar el potencial del subsuelo en energía limpia y renovable. La estación de Pacífico fue la primera capaz de generar su propia energía gracias a un sistema de intercambio energético basado en la geotermia, que permite obtener calor y frío de la tierra. El sistema funciona a través de un intercambiador de calor terrestre, formado por un bucle cerrado con 32 tubos introducidos a una profundidad de unos 150 metros. Unas bombas de calor geotérmico ceden calor al suelo cuando funcionan como refrigeración y absorben calor del suelo mientras funcionan como calefacción.
En la misma línea se incluye el aprovechamiento del agua de escorrentía por parte de Metro. Un agua que, procedente del subsuelo, se filtra a través de los paramentos de los túneles y es canalizada por los sistemas de drenaje de Metro y bombeada para su evacuación. La idea es aprovechar la capacidad refrigerante de este recurso durante su tránsito por el interior de la red para mejorar las condiciones térmicas en los andenes y conseguir un importante ahorro energético en los sistemas de climatización. Pura física: con cada 10 metros cúbicos de agua a una temperatura inferior a 20 grados centígrados es posible reducir entre 5 y 7 grados la temperatura del aire necesario para ventilar una estación durante una hora.
El proyecto se va a poner en marcha, de manera piloto, en los andenes de línea 9 de Avenida de América, aprovechando las obras de accesibilidad que se van a lleva a cabo en dicha estación. Una vez confirmada su efectividad, se estudiará trasladar la idea a otras estaciones que cuenten con agua suficiente y un pozo de bombeo cercano al andén.
Todas estas iniciativas son una muestra del esfuerzo tecnológico y de innovación que realiza Metro de Madrid en busca de la autosuficiencia energética. Garantizar la sostenibilidad y el futuro de los ferrocarriles metropolitanos es una obligación para las ciudades, por lo que la eficiencia energética no es solo una obligación social y medioambiental, sino también desde el punto de vista de la gestión.
Las posibilidades tanto de Metro como de la energía son muchas, solo hay que ir a por ellas de la mano del talento y la investigación.
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