Unidad eléctrica múltiple de batería

Una unidad múltiple eléctrica de batería (BEMU) , un vagón eléctrico de batería o un vagón acumulador es una unidad múltiple o vagón accionado eléctricamente cuya energía se deriva de baterías recargables que impulsan los motores de tracción .

Las principales ventajas de estos vehículos es que no utilizan combustibles fósiles como el carbón o el gasóleo , no emiten gases de escape y no requieren que el ferrocarril tenga infraestructura costosa como raíles terrestres eléctricos o catenaria aérea . ^{[ cita requerida ]} En el lado negativo está el peso de las baterías, que aumenta el peso del vehículo, afectando la autonomía antes de la recarga de entre 300 y 600 kilómetros (186 y 373 mi). Actualmente, las unidades eléctricas de batería tienen un precio de compra y costos de funcionamiento más altos que los vagones de gasolina o diésel. Se requieren una o más estaciones de carga a lo largo de las rutas que operan, a menos que la operación sea en una mezcla de vías electrificadas y no electrificadas, y las baterías se carguen desde la vía electrificada. ^{[ cita requerida ]}

La tecnología de las baterías ha mejorado mucho en los últimos 20 años, ampliando el alcance del uso de los trenes de batería, alejándose de las aplicaciones de nicho limitadas. Vivarail en el Reino Unido afirma que sus trenes tienen una autonomía de 100 millas (160 km) solo con energía de batería, con un tiempo de carga de 10 minutos. ^[1] Este tipo de rangos y tiempos de recarga de batería amplían enormemente el alcance del uso de baterías o trenes eléctricos de batería. A pesar de un mayor precio, en ciertas líneas ferroviarias los trenes de batería son económicamente viables ya que se elimina el alto costo y el mantenimiento de la electrificación de toda la línea. Anteriormente, incorporar líneas no electrificadas poco utilizadas a una red electrificada significaba extender una infraestructura eléctrica costosa, lo que hacía inviables muchas extensiones. Los trenes eléctricos de batería modernos tienen la capacidad de operar en ambos tipos de vías. Varias redes de metro en todo el mundo han extendido líneas de metro electrificadas utilizando tecnología eléctrica de batería, y varias redes están considerando la opción.

Desde marzo de 2014, en Japón se han puesto en funcionamiento trenes de pasajeros con baterías en varias líneas. Austria tiene trenes con catenaria y baterías que empezaron a funcionar en 2019. ^[2] En enero y febrero de 2015, Gran Bretaña probó con éxito trenes híbridos de pasajeros con catenaria y baterías de litio que permiten el pago de tarifas. ^[3]

Según un análisis de 2019 de VDE eV , en una línea que funciona con una frecuencia mayor a aproximadamente cada 24 a 30 minutos, la BEMU es más cara que electrificar la línea y operar EMU estándar ; para líneas que funcionan con una frecuencia menor a este umbral, la BEMU es más barata. ^[4]

Los experimentos con vagones de acumuladores, como se los llamó originalmente, se llevaron a cabo alrededor de 1890 en Bélgica, Francia, Alemania e Italia. La implementación completa de trenes de batería se llevó a cabo con diversos grados de éxito. En los EE. UU., se utilizaron vagones del tipo Edison-Beach , con baterías de níquel-hierro, a partir de 1911. En Nueva Zelanda, un vagón de ferrocarril Edison eléctrico a batería con un alcance de 160 km (99 mi) funcionó de 1926 a 1934 en la línea Little River Branch de 34 km (21 mi) de longitud . La batería de níquel-zinc de Drumm se utilizó en cuatro conjuntos de 2 vagones entre 1932 y 1946 en la línea Harcourt Street en Irlanda . British Railways utilizó baterías de plomo-ácido en un BEMU de British Rail de 1958 a 1966 en la línea de Aberdeen a Ballater de 38 millas de longitud en Escocia . El BEMU fue un éxito, pero se desmanteló cuando se cerró la línea. Se ha restaurado un BEMU que funciona como tren de maniobras hasta que se construyan las instalaciones adecuadas para cargar las baterías. En Alemania, entre 1955 y 1995, los ferrocarriles Deutsche Bahn utilizaron con éxito 232 vagones DB Clase ETA 150 que utilizaban baterías de plomo-ácido .

Varios fabricantes de tranvías ofrecen tranvías a batería que combinan la batería de tracción con un supercondensador que se cargará en cada parada. La principal motivación para el uso de tranvías alimentados por batería es evitar la instalación de un sistema de electrificación ferroviaria . El uso de una carga de refuerzo en cada parada permite reducir el tamaño de la batería de tracción necesaria. Se espera que esta tecnología se traslade a los trenes completos.

Los tranvías Urbos 3 de CAF fueron encargados para el MetroCentro de Sevilla con el sistema Acumulador de Carga Rápida , que utiliza cables aéreos cortos en cada parada para su recarga. Los tranvías de Sevilla están en funcionamiento desde la Semana Santa de 2011. ^[5]

Los tranvías de tres coches de Siemens se utilizarán para la Ciudad Educativa de Doha , la capital de Qatar . ^{[6] [7]} La ​​red se inauguró en 2010. ^[8] No se instalaron cables aéreos , ya que los 10 tranvías Avenio estarán alimentados por el sistema Siemens Sitras HES ( Hybrid Energy Storage ), una combinación de un supercondensador y una batería de tracción que se cargan en cada parada a través de un riel conductor aéreo . ^{[7] [9] [10]}

Desde noviembre de 2008, un tranvía Combino con cuatro vagones equipados con el sistema Sitras HES circula regularmente entre Almada y Seixal (Portugal). Es capaz de recorrer distancias de hasta 2.500 metros sin cables aéreos. ^{[11] [12]}

En China se han inaugurado varios tranvías sin catenaria que se recargan en las paradas y terminales de tranvía. La línea de tranvía Huai'an de 20,3 km (12,6 mi) en China, inaugurada en febrero de 2016, no tiene catenaria y utiliza tranvías alimentados por baterías suministrados por CRRC Zhuzhou que se recargan en las paradas de tranvía. ^[13]

El servicio de tren de Byron Bay en Byron Bay , Nueva Gales del Sur , opera con un vagón de ferrocarril de clase 600. Anteriormente, el vagón funcionaba con diésel y estuvo en funcionamiento desde 1949 hasta 1994. Se le quitaron los equipos diésel y se le instalaron motores de tracción eléctrica, que se convirtieron en energía solar mediante un conjunto de baterías para almacenar la energía solar generada por los paneles del techo de los vagones . El tren solar comenzó a funcionar en una sección de línea que antes estaba en desuso a través de Byron Bay en 2017. Se cree que es el primer tren del mundo que funciona con energía solar. ^{[14] [15]}

Los tranvías CAF Urbos 3 propulsados ​​por supercondensadores funcionan en la red de trenes ligeros de Newcastle y se recargan en cada parada. Las redes de trenes ligeros de Canberra y Parramatta también tienen previsto introducir vehículos CAF Urbos 3 propulsados ​​por batería en sus redes. Funcionarán con energía de batería en determinadas partes de sus redes. ^[16]

Los Ferrocarriles Federales de Austria han adquirido 189 trenes Siemens Desiro ML entre 2013 y 2020. Uno de estos trenes se convirtió en una unidad múltiple eléctrica de batería y se denominó CityJet Eco . La versión eléctrica de batería del tren Siemens está equipada para funcionar con baterías y cables aéreos, con una autonomía de solo batería de 80 km (50 mi) y alcanzando una velocidad máxima de 100 km/h (62 mph) en modo batería. Los trenes se probarán en líneas ferroviarias regionales y suburbanas en vías electrificadas y no electrificadas. Los servicios de prueba comenzaron en septiembre de 2019 en la línea Kamp Valley entre Horn y St. Pölten . ^{[2] [17]}

En 1912, la empresa United Railways of Havana  [de] encargó un vagón de batería a Thomas Edison y Ralph H. Beach. ^[18]

A partir de finales de 2020, los trenes de batería Stadler FLIRT Akku se probarán en dos líneas: la línea de 25 km (16 mi) de Helsingør a Hillerød en el norte de Sjælland y la línea de 18 km (11 mi) de Lemvig en el noroeste de Julland. ^[19] Los trenes estarán operativos en 2024. ^[20]

En enero de 2021, Bombardier firmó un nuevo contrato para modernizar e introducir una preserie de cinco trenes AGC operados por batería para 2023, en colaboración con SNCF y cinco regiones francesas , entre ellas Auvernia-Ródano-Alpes , Hauts-de-France , Nouvelle-Aquitaine , Occitania y Provenza-Alpes-Costa Azul . Los 5 trenes AGC se modificarán para que funcionen con batería para ayudar a descarbonizar el transporte ferroviario francés. La idea es convertir trenes autopropulsados ​​de alta capacidad de modo dual ( catenaria y diésel) en AGC de modo dual alimentados por batería. Este proyecto ofrece una prueba de concepto y un camino a seguir para eliminar los trenes diésel para 2035, un objetivo establecido por el gobierno francés y SNCF . ^[21]

En el año 1887 los Ferrocarriles Reales del Estado de Baviera pusieron en servicio los primeros vagones acumuladores alemanes .

Antes de la Segunda Guerra Mundial, se utilizaron las clases ETA 177 a 180. Después de la Segunda Guerra Mundial, se utilizaron las clases ETA 176 (posteriormente 517) y, finalmente, las clases ETA 150 (posteriormente 515) . Estas últimas se utilizaron hasta 1995, tras lo cual se modernizaron y se convirtieron en las ETA de Nokia , se pintaron de gris claro y verde y se utilizaron en el llamado ferrocarril Nokia (número de horario RB 46), actualmente el Glückauf-Bahn de Gelsenkirchen vía Wanne-Eickel a Bochum .

En julio de 2019, la autoridad ferroviaria de Schleswig-Holstein, NAH.SH, adjudicó a Stadler un pedido de 600 millones de euros para 55 trenes de unidades múltiples Flirt Akku alimentados por batería , junto con mantenimiento durante 30 años. Los trenes, que ofrecen una autonomía de 150 km (93 mi) con batería, comenzarán a entrar en servicio en 2022 y reemplazarán a los DMU en rutas no electrificadas. ^[22]

Las cinco rutas de Offenburg a Freudenstadt/Hornberg, Offenburg a Bad Griesbach, Offenburg a Achern, Achern a Ottenhöfen y Biberach (Baden) a Oberharmersbach-Riersbach comenzaron a operar a partir de abril de 2024 en vías electrificadas y no electrificadas, con trenes de catenaria Siemens Mireo Plus B de 120 plazas alimentados por batería. Con solo el funcionamiento por batería, los trenes tienen una autonomía de 80 kilómetros (50 millas). ^{[23] [24]}

El nuevo ferrocarril de la cueva de Athos en Abjasia en el país de Georgia tiene tres unidades múltiples eléctricas de batería de potencia concentrada de vía estrecha construidas por las Plantas de Maquinaria Ferroviaria de Riga en Letonia . Dos trenes Ep «Turísticos» se construyeron en 1975 y luego se modernizaron en 2005 y 2009, y el nuevo tren Ep-563 se construyó en 2014. ^[25] Desde 2014, este ha sido el único tren en uso. El primer tren Ep tiene su base en la estación de Anakopea para duplicar el tren Ep 563 en caso de mal funcionamiento. Otro tren Ep tiene su base en el depósito. ^[25] Cada tren consta de 6 vagones, incluido 1 vagón motor con cabina de conductor, motores y equipo de potencia y 5 vagones remolque para pasajeros (4 vagones intermedios y 1 vagón de observación en el extremo). ^[26] Ambos modelos pueden funcionar con un tercer carril con 300 V CC o con baterías de 240 V CC que se utilizan para secciones cortas no electrificadas en cambios sin tercer carril y también en estaciones de pasajeros donde el tercer carril no tiene voltaje por razones de seguridad. ^[27]

Entre 1932 y 1949, dos trenes eléctricos a batería funcionaron con éxito entre Dublín y Bray. En 1939 se construyeron y pusieron en servicio otros dos trenes, que también estuvieron en funcionamiento hasta 1949. Las baterías de los trenes se cargaban en cada terminal mediante un colector elevado. El tren podía alcanzar los 105 km/h, aunque las velocidades de servicio normalmente estaban limitadas a 66 km/h. ^[28]

En 2019, Iarnród Éireann anunció que compraría 250 vagones nuevos, con opción a un máximo de 600, durante un período de 10 años, para su uso en la red DART . El pedido constará de unidades múltiples eléctricas y unidades múltiples eléctricas de batería. ^{[29] [30] [31] [32]}

El tren N700S incorporó baterías de respaldo en junio de 2020. Las baterías alimentan el tren a velocidad reducida hasta la estación más cercana cuando se producen cortes de energía. El tren opera en la línea Tokaido Shinkansen entre Tokio y Shin-Osaka, y en la línea Sanyo Shinkansen entre Shin-Osaka y Hakata. ^[33]

En Japón, JR East probó un vagón eléctrico de batería " NE Train Smart Denchi-kun " de 2009. Este vehículo es capaz de funcionar con cables aéreos de 1500 V CC o con energía de batería únicamente a una distancia de hasta 50 km de una fuente de alimentación aérea. ^[34] Las baterías se cargan a través del pantógrafo, ya sea cuando funcionan con una fuente de alimentación aérea o en una instalación de recarga especialmente construida. ^{[34] [35]}

A partir de marzo de 2014, una unidad múltiple eléctrica de batería de dos automóviles, la serie EV-E301 con capacidad de alimentación por batería y cable aéreo de 1500 V CC, entró en servicio rentable en la línea Karasuyama no electrificada de 20 km (12 millas) de longitud . ^[36]

Desde el 4 de marzo de 2017, los trenes eléctricos de batería han sustituido por completo a los trenes diésel en esta ruta. Hay cuatro trenes de dos vagones en funcionamiento, cada uno equipado con una batería de iones de litio de 190 kWh. ^[37]

Los trenes recargan sus baterías en la estación de Karasuyama (el final de la línea) a través de sus pantógrafos , utilizando una barra conductora rígida colocada donde estarían los cables aéreos, conectados a la red eléctrica local. En el otro extremo, en Hōshakuji , la línea Karasuyama se une a la línea principal electrificada de Tohoku . Los trenes luego continúan por la línea principal electrificada de Tohoku hasta Utsunomiya , donde los pasajeros pueden cambiar a trenes de alta velocidad Shinkansen .

En abril de 2016, JR Kyushu inició la operación de prueba de un tren BEMU de dos vagones de la serie BEC819 , apodado "DENCHA", en parte de la línea principal de Chikuhō , con un servicio rentable programado para octubre del mismo año, y seis trenes más planificados para ser introducidos en la línea en la primavera de 2017. ^[38] También puede ser alimentado a través de una línea eléctrica de CA aérea. Los trenes eléctricos de batería de la serie BEC819 comenzaron a funcionar en los servicios directos de la línea Fukuhoku Yutaka en octubre de 2016, que está electrificada a 20 kV 60 Hz CA y la línea principal de Chikuhō no electrificada, conocida como la "línea Wakamatsu", entre Orio y Wakamatsu. ^[39]

La capacidad de la batería es de 360  ​​kWh (480  CV⋅h ).

En 2019, se introdujeron un total de 11 nuevos trenes BEC819 en la línea Kashii , reemplazando todas las unidades múltiples diésel que operaban anteriormente en esa línea. ^{[40] [41] [42]} Esto elevó el número total de trenes BEC819 en servicio comercial a 18.

En marzo de 2017 se introdujo en la línea Oga no electrificada de 26,6 km (16,5 mi) de longitud en la prefectura de Akita un nuevo tren BEMU de dos vagones de la serie EV-E801. Comparte algunas características con los trenes BEC819: utiliza una batería de 360 ​​kWh y se recarga desde una fuente de alimentación aérea de 20 kV 50 Hz CA en lugar de una fuente de alimentación aérea de 1500 V CC utilizada por los trenes EV-E301 anteriores. ^[43]

En 2022, la Administración de Transporte por Carretera (ATD), que organiza los servicios de transporte de pasajeros en Letonia, anunció una licitación para la construcción y entrega de 9 trenes BEMU, con opción a 7 más, hasta finales de 2026. Stadler, CAF y Škoda Transportation habían solicitado entregas de BEMU en la primera parte de la licitación. ^[44] Siete de estos trenes se utilizarán en las líneas ferroviarias no electrificadas más transitadas, Riga-Bolderāja y Riga-Sigulda, y los otros dos se utilizarán en rutas no electrificadas como Riga-Dobele y Riga-Jēkabpils. Estos trenes reemplazarán a los trenes DR1A que operan actualmente en estas rutas, mientras que el operador aún debe decidirse mediante una futura licitación.

Históricamente, se han utilizado varios trenes eléctricos de batería en los ferrocarriles británicos. El BEMU de British Rail quedó fuera de servicio porque la línea de Aberdeen a Ballater en Escocia se cerró en 1966. Los trenes se han renovado y están listos para su reutilización en el Royal Deeside Railway . ^[45] La British Rail Class 419 , un Motor Luggage Van (MLV), estuvo en funcionamiento desde 1959 hasta 2004, que podía funcionar con baterías o con un tercer raíl , y se utilizaba para secciones cortas no electrificadas en los muelles.

El Reino Unido tiene casi dos tercios, el 58%, de la red ferroviaria de 20.000 millas (32.000 km) en vías no electrificadas, que consumen 103 millones de galones (469 millones de litros) de diésel cada año. Mark Carne de Network Rail , responsable de las vías de la red ferroviaria británica, declaró en marzo de 2017: "La idea de que es necesario electrificar una ruta completa ya no es necesariamente el caso. Creo que donde tenemos trenes híbridos, eso abre muchas oportunidades interesantes para la electrificación parcial". Carne también afirmó: "la tecnología estaba avanzando a tal ritmo que se podía lograr una mejor confiabilidad sin la construcción de cables aéreos antiestéticos". Añadió que los avances en baterías son tales que pronto podría ser rentable cambiar los motores diésel por baterías o dispositivos híbridos, ahorrando así el enorme coste de instalar líneas eléctricas sobre cada sección de la vía. ^[46]

Empresas como Hitachi , Vivarail y Bombardier, con sede en el Reino Unido , se han comprometido a producir o están produciendo trenes eléctricos a batería. Estos trenes serán unidades nuevas o la conversión de unidades existentes, para cumplir con los objetivos de la introducción de trenes a batería por parte de Network Rail. ^{[47] [48]}

En enero de 2015, se inició una prueba de un mes de un único Electrostar Clase 379 equipado con baterías de litio en las operaciones de pasajeros de la línea Mayflower en Essex. El tren viajó hasta 60 millas (97 km) con la energía almacenada en las baterías, recargándolas también a través de los cables aéreos cuando estaba en secciones electrificadas de la línea, en las estaciones y mediante la regeneración de la energía de frenado . ^[49] Network Rail se refiere a este modelo prototipo y sus posibles descendientes futuros como Unidades Múltiples Eléctricas Propulsadas Independientes (IPEMU). ^[50]

Un mes después de la prueba en marzo de 2015, Network Rail propuso la introducción de trenes a batería para su consideración en la línea Borderlands , operada con diésel y de quince estaciones de 43 km (27 millas) de longitud de Wrexham a Bidston . ^[51] [1] El objetivo es fusionar la línea con la línea Merseyrail Wirral de tercer carril eléctrico que se extiende hasta la sección subterránea del centro de la ciudad de Liverpool , convirtiendo a Wrexham en una de las terminales de la línea. La línea funciona con trenes diésel y no puede avanzar hacia los túneles y estaciones subterráneas de Birkenhead y Liverpool Merseyrail de tercer carril eléctrico. Si se introducen trenes a batería capaces de operar en los túneles, la línea Borderlands se incorporará a la línea Wirral y se convertirá en una línea de metro urbano entre Liverpool y Wrexham.

Los trenes diésel de la lenta línea Borderlands terminan en la estación de tren de Bidston en Birkenhead, y los pasajeros tienen que cambiar de tren a la red eléctrica de Merseyrail para continuar hasta el centro de Liverpool. Network Rail propuso utilizar material rodante alimentado por baterías y con recogida por el tercer carril sin electrificar completamente la línea, lo que ofrece un método más económico de incorporar la línea a la línea Wirral. Los trenes solo terminarán en Wrexham, mientras que en el extremo de Liverpool de la línea los trenes seguirán el circuito de los túneles subterráneos electrificados del centro de la ciudad de Liverpool con trece paradas en la estación. A medida que el tren avanza por la línea electrificada en bucle desde Bidston y de regreso, las baterías del tren se cargan.

La Autoridad Combinada de la Región de la Ciudad de Liverpool anunció en julio de 2021 que las pruebas de una versión BEMU (IPEMU, unidad múltiple eléctrica de potencia independiente) de su nueva Clase 777 en la red Merseyrail habían demostrado que eran capaces de viajar hasta 20 millas (32 km) sin carga. ^[52] La versión eléctrica de batería de la Clase 777 permitiría la posibilidad de servicios Merseyrail desde Liverpool a Skelmersdale , Wrexham , Warrington y Runcorn , sin electrificación completa de la línea. Las pruebas de Stadler lograron 135 km de alcance. ^[53]

En octubre de 2023, las unidades múltiples eléctricas de batería híbrida entraron en servicio regular en Merseyrail desde la estación de metro Liverpool Central hasta la estación de intercambio Headbolt Lane . En el tramo de vía de Kirkby a Headbolt Lane, los trenes funcionan únicamente con energía de baterías de a bordo. ^[54]

Vivarail ha producido el tren Clase 230 , que es una conversión de los trenes D-Stock redundantes del metro de Londres . La segunda unidad de demostración, la 230002 de dos coches, ha sido equipada con energía de batería en contraste con la energía diésel-eléctrica de la unidad de demostración 230001 anterior. Vivarail ha desarrollado un cargador rápido que proporciona una autonomía de 100 millas (160 km) con un tiempo de recarga de 10 minutos. ^[1] La energía es proporcionada por dos baterías de iones de litio por coche, lo que da como resultado cuatro por tren, que proporcionan 106  kWh (142  hp⋅h ), con una vida útil esperada de siete años para las baterías. ^[55]

En 2017, se estaba considerando la posibilidad de utilizar trenes a batería Vivarail en la red Valley Lines en el sur de Gales. Los trenes funcionarían con baterías y podrían recargarse mediante una red OHLE de 25 kV . ^[56]

El vagón de batería Edison-Beach fue desarrollado por Thomas Edison y Ralph H. Beach. Este último dirigió la Railway Storage Battery Car Company y la Electric Car & Locomotive Corp. [ ^57] El vagón n.º 105 del ferrocarril de Alaska era un vagón Edison-Beach, ^[58] y algunos ejemplares funcionaron en el ferrocarril Central Vermont que circulaba entre Millers Falls, Northfield y West Townshend. ^[59] Una característica notable de los vagones Edison-Beach era el sistema de tracción Beach. Cada rueda estaba montada sobre cojinetes de bolas en un eje muerto y era impulsada por un motor de tracción individual a través de engranajes . ^{[60] [61]}

En agosto de 2023, Caltrain ejerció una orden de opción con Stadler, su fabricante de material rodante, que incluía un único tren BEMU de cuatro vagones. Este tren prestará servicio en las estaciones más al sur de la línea una vez que se haya completado la electrificación de las estaciones central y norte . Se espera que la demostración exitosa de la tecnología BEMU en la línea de Caltrain brinde información sobre la viabilidad de otras posibles implementaciones de BEMU en los Estados Unidos. ^[62]

En febrero de 2024, Metra anunció un pedido de 16 trenes Stadler FLIRT Akku para su uso en la línea Beverly Branch del distrito de Rock Island . Se espera que el nuevo material rodante aumente significativamente la frecuencia en la línea, que tiene estaciones muy espaciadas. ^[63]