La energía eléctrica de las baterías circula por los rieles

La locomotora FLXdrive, que se estrenó en una ceremonia el pasado octubre, lució la icónica decoración rosa de Roy Hill. (Foto: Wabtec Corporation)

A fines de octubre de 2023, el proveedor de soluciones de transporte Wabtec y su cliente de lanzamiento Roy Hill, una empresa minera de hierro con sede en Australia, celebraron el debut de la locomotora FLXdrive, una unidad modelo de producción que Wabtec describió como la "primera locomotora de transporte pesado del mundo alimentada por batería al 100 % para servicio de línea principal".

El debut fue la culminación de más de una década de I+D, iniciada en una época en la que la tecnología y la densidad de las baterías eran mucho más limitadas. Rogerio Mendonca, presidente de Equipos de Carga de Wabtec, calificó el primer proyecto de la compañía como «más un proyecto piloto científico que cualquier otra cosa».

Rogerio Mendonca, presidente, Equipos de Carga, Wabtec

El FLXdrive realmente se puso en marcha en 2021 con una locomotora piloto desarrollada en colaboración con BNSF, que recorrió más de 21.000 kilómetros. "Fue un piloto muy exitoso en muchos aspectos", dijo Mendonca. "Esa locomotora tenía aproximadamente 2,4 MWh de potencia. De hecho, fue la primera vez que teníamos una locomotora eléctrica de batería de tamaño completo para transporte pesado en servicio real en un ferrocarril de mercancías..."

“En ese momento, nos dimos cuenta de que probablemente estábamos listos para un producto comercial a mayor escala basado en tecnología de baterías”.

Solución escalable

Wabtec se ha asociado con varios clientes, entre ellos Roy Hill, para el desarrollo conjunto de la locomotora de transporte pesado FLXdrive. Estas colaboraciones, junto con los rápidos avances en la tecnología de baterías, han influido en aspectos como el diseño de las baterías, la cantidad óptima de energía a bordo, los sistemas de seguridad y más.

Como resultado, el modelo de producción, si bien presenta similitudes físicas con la locomotora piloto, dista mucho de dicha versión. "[En 2021], teníamos esta locomotora de 2,4 MWh y la que estamos entregando a Roy Hill tiene 7 MWh de potencia. Por lo tanto, [tiene] la misma estructura física, el mismo tamaño de locomotora, pero la tecnología nos ha permitido alcanzar niveles mucho más altos de densidad de potencia, que es una de las variables críticas", dijo Mendonca.

La locomotora FLXdrive cuenta con una arquitectura de batería modular y escalable, diseñada para integrarse en múltiples vehículos y entornos ferroviarios, incluyendo locomotoras de transporte pesado, de patio, regionales, de cercanías, híbridas y especiales. La capacidad máxima de la batería varía desde 1,5 hasta 8,5 MWh, según la configuración y la aplicación.

La versión para transporte pesado se basa en la premisa de una locomotora diésel-eléctrica, explicó Mendonca, pero utiliza baterías de iones de litio refrigeradas por líquido en lugar de un motor diésel. Un conjunto completo de baterías proporciona la potencia requerida: un total de 72 baterías en el caso de la locomotora que Roy Hill planea utilizar en la región de Pilbara, con una intensa actividad minera en Australia Occidental.

La locomotora FLXdrive cuenta con una arquitectura de batería modular y escalable, diseñada para integrarse en múltiples vehículos y entornos ferroviarios. (Foto: Wabtec Corporation)

“Ese conjunto de baterías es un sistema complejo que no solo incluye las celdas, sino también todos los sistemas de seguridad y control”, dijo Mendonca, incluyendo un sistema patentado de gestión térmica. “Al ensamblar tantas baterías, queremos asegurarnos de que lo hacemos de forma segura y fiable. Y esto incluye una serie de accesorios y sistemas para refrigerarlo, gestionarlo y garantizar que todo el sistema funcione de forma estable”.

Aunque puede funcionar de forma independiente, la locomotora de transporte pesado FLXdrive se diseñó para operar en una configuración híbrida, reemplazando una de las unidades diésel-eléctricas en, por ejemplo, una cadena de tres locomotoras. El sistema de gestión energética de Wabtec se utiliza para optimizar la energía dentro de dicha configuración.

“Determina, por ejemplo, cuándo se usará la batería y cuándo se cargará, y cuál es el funcionamiento óptimo entre los dos motores [diésel] y la locomotora que funciona con batería”, explicó Mendonca. “Diría que probablemente uno de los aspectos más fascinantes de la tecnología es la capacidad de gestionar la distribución de la energía en todo el conjunto, no solo para optimizar el combustible, sino también las emisiones”.

Carga cuesta abajo

Las unidades FLXdrive ofrecen carga estática y carga rápida de CC opcional mediante un pantógrafo estacionario. Se prevé incorporar capacidades de carga móvil opcionales en el futuro. El FLXdrive para transporte pesado también es capaz de realizar carga regenerativa de frenos durante la misión.

“Diría que esa función es uno de los aspectos más relevantes para el ahorro de emisiones y combustible de esa locomotora y simplifica toda la operación” al eliminar en gran medida la necesidad de carga estática, comentó Mendonca. “Es una función de la aplicación, ya que la topografía define en gran medida la capacidad de estas locomotoras para generar recarga para la batería.

Roy Hill planea integrar las locomotoras eléctricas de batería en su flota actual como parte de una flota híbrida. (Foto: Wabtec Corporation)

Tenemos clientes que operan en un entorno minero donde normalmente se va de una mina en la cima de una montaña a un puerto... En lugares como esos, estas locomotoras se recargan muchas veces solo mediante el sistema de frenos. Por lo tanto, con una configuración híbrida, podría llegarse a un punto en el que no sea necesario cargar externamente estas locomotoras eléctricas de batería. Podrán recargarse durante toda la ruta.

Además, el sistema de baterías incorpora el FLX Optimizer, un sistema de control de crucero inteligente para trenes eléctricos basado en el Trip Optimizer para locomotoras diésel de Wabtec. «Es un sistema que gestiona el funcionamiento de la locomotora y determina los puntos de frenado y aceleración, y ayuda a lograr lo que llamamos la ruta óptima», explicó Mendonca. «¿Cuál es la mejor manera de llevar un tren del punto A al punto B? Este sistema ayuda a calcular, basándose en la velocidad, los puntos de parada y la elevación, dónde están los puntos correctos para la aceleración y el frenado».

El FLXdrive también se beneficia enormemente de este sistema para optimizar la carga y la descarga. Esto mejora no solo el funcionamiento en sí, sino también la vida útil de las baterías, manteniendo un funcionamiento óptimo en ese aspecto.

Menores costes y emisiones

Esta tecnología será crucial para ofrecer el rendimiento que esperan clientes como Roy Hill. La empresa minera opera actualmente cuatro locomotoras diésel-eléctricas Wabtec ES44Aci Evolution Series que arrastran trenes de mineral de 240 vagones en una ruta de circuito cerrado que va desde su mina, por su propia vía férrea, hasta sus instalaciones portuarias y viceversa. La empresa envía más de 63 millones de toneladas de mineral a productores de acero al año.

“Cuentan con la ventaja de contar con activos sumamente confiables y con un alto nivel de disponibilidad. Esto es crucial para ellos, ya que básicamente operan la 'banda transportadora' que transporta el mineral desde la mina hasta el puerto y regresa”, dijo Mendonca.

Dada la ruta y las operaciones ferroviarias de la empresa, se espera que los trenes híbridos que incorporan la locomotora FLXdrive proporcionen una reducción porcentual de dos dígitos en los costos de combustible, así como en las emisiones por tren.

Podcast: Aplicaciones y ventajas de la locomotora eléctrica a batería de Wabtec Rogerio Mendonca de Wabtec destaca los beneficios y aplicaciones de la locomotora eléctrica a batería FLXdrive de la empresa.

“La razón fundamental por la que se desarrollaron las locomotoras de batería es ayudar a nuestros clientes con sus planes de descarbonización, ya sea con tres motores diésel y una batería, o con dos baterías [y] reduciendo proporcionalmente las emisiones, hasta un tren completo de baterías”, declaró Mendonca. “Ese fue el concepto original: crear un producto capaz de operar en transporte pesado con cero emisiones. Y creo que el camino es muy prometedor”.

Roy Hill planea integrar las locomotoras eléctricas de batería en su flota actual, a la vez que continúa desarrollando su tecnología diésel para aumentar su eficiencia de combustible y su fiabilidad. "La combinación de batería y diésel sin duda les ayudará a alcanzar un nivel óptimo de eficiencia de combustible y capacidad de transporte, todas las variables más importantes para una gran minera como Roy Hill", afirmó Mendonca.

Añadió: «Las locomotoras diésel-eléctricas siguen siendo una parte fundamental de nuestra cartera, una parte fundamental de las operaciones de todos nuestros clientes a nivel mundial, y seguirán siéndolo durante un tiempo. La tecnología diésel ha evolucionado muy rápidamente en los últimos años en términos de consumo de combustible y, no solo en las emisiones de CO2, sino también en las emisiones de partículas de las tecnologías Tier 4. Por lo tanto, existe una tecnología diésel-eléctrica muy sólida en el mercado que se combinará con baterías y promoverá gradualmente esa transición».

Desarrollo continuo

La locomotora FLXdrive, que se entregará en Australia Occidental a finales de 2024, se está construyendo en las instalaciones de fabricación de Wabtec en Erie, Pensilvania. «Como es la primera, la estamos construyendo cerca de donde se encuentra nuestra ingeniería», declaró Mendonca. «En el futuro, esperamos que se construyan en nuestras fábricas de todo el mundo».

El desarrollo del producto continuará incluso después de que la locomotora entre en funcionamiento en la mina Roy Hill en Pilbara, Australia. (Foto: Wabtec Corporation)

El desarrollo del producto continuará incluso después de que la locomotora entre en funcionamiento. "Cuando estas locomotoras comiencen a operar en Australia, estaremos allí con Roy Hill y las operaremos juntos. Seguiremos aprendiendo y aportando información al proceso de construcción y diseño", declaró Mendonca.

“Este ha sido un proceso de aprendizaje interesante para la industria en general”, añadió, “y tenemos la suerte de contar con socios como Roy Hill que aceleran ese aprendizaje junto con nosotros”.

La tecnología que rodea a las baterías (no solo en términos de densidad y ciclo de vida de la batería sino también en los controles) seguirá evolucionando rápidamente e impulsará aún más avances en el diseño, predijo Mendonca.

Desde nuestro proyecto piloto de hace tres años hasta las locomotoras que construimos hoy, ya vemos un desarrollo significativo. Y creo que la industria en general cree que el ritmo de mejora continuará —dijo—. Es muy prometedor. Y sin duda esperamos con ilusión los próximos años de desarrollo de la tecnología.