El proyecto Sea Harbour Operation with Renewable Energies (SHORE) estudia la optimización del transporte marítimo con el objetivo de mejorar la eficiencia operativa y reducir las emisiones contaminantes mediante la implementación de tecnologías que permitan una mejor integración de las energías renovables y el sistema de almacenamiento en la red eléctrica/microrredes utilizadas en los puertos y buques.

Alrededor del 90% del comercio mundial se realiza mediante transporte marítimo, mientras que en Chile esta cifra asciende al 96%. Además, la demanda de energía para el transporte marítimo, incluidos los puertos, ha aumentado un 2,6 % anual desde 2016, y se espera que aumente hasta un 90 % en 2050, en comparación con 2008. Dado que los barcos utilizan combustibles fósiles como fuente de energía primaria, el transporte marítimo aporta alrededor del 2,89 % de las emisiones de efecto invernadero, aproximadamente el 15 % de las emisiones mundiales de NOx(óxidos de nitrógeno) y del 5 al 8 % de las emisiones mundiales de SOx (óxidos de azufre). De estas emisiones, el 70% se realizan en un radio de 400 km desde la costa, contaminando así las zonas costeras. Para reducir las emisiones de los barcos, se ha adoptado un enfoque de barcos more-electric. Los barcos moreelectric tienen como objetivo reemplazar las cargas impulsadas por sistemas mecánicos, como los propulsores convencionales, con cargas eléctricas, por ejemplo, propulsores alimentados eléctricamente, reduciendo así el peso total del barco. Los barcos more-electric también permiten una mejor integración de las energías renovables en el barco. Asimismo, los barcos más pequeños, como los transbordadores, se están convirtiendo en transbordadores híbridos y eléctricos, lo que reduce o elimina la necesidad de combustibles fósiles.

Las embarcaciones convencionales continúan utilizando sus generadores diésel para satisfacer sus necesidades eléctricas en los puertos, y los puertos marítimos solo brindan servicios logísticos, como carga/descarga. Una solución es suministrar electricidad a los barcos desde los puertos y apagar sus motores. Este proceso se llama cold ironing y proporciona a los barcos electricidad para iluminación, calefacción, refrigeración y otras cargas auxiliares. La investigación en puertos se ha concentrado en las conexiones en tierra para grandes barcos, como cruceros y buques de carga, y estaciones de carga para transbordadores híbridos y eléctricos.
Para llevar a cabo servicios logísticos intensivos en energía, como carga/descarga de mercancías, los puertos normalmente operan comprando energía de la red eléctrica. Dado que la electricidad se produce principalmente a partir de combustibles fósiles, un aumento en los servicios portuarios, como la implementación de estaciones de carga eléctrica de transbordadores eléctricos y cold ironing, requerirá un mayor consumo de energía. Para reducir las emisiones portuarias, SHORE propone la electrificación portuaria mediante microrredes que incluyan fuentes de energía renovable. La electrificación del puerto también permite un mayor nivel de automatización, mejora la eficiencia y permite la implementación de estrategias de reducción de picos para reducir los costos de energía. Sin embargo, debido a la variabilidad e intermitencia de los recursos renovables, se debe considerar el almacenamiento de energía para garantizar un suministro de energía que cumpla con el requisito de calidad.

El almacenamiento de energía ayuda a mantener la estabilidad de la red, especialmente durante cortes de energía, como la conexión de barcos para operaciones de cold ironing o estaciones de carga, que serán necesarias si se implementan transbordadores eléctricos. Además, la capacidad de almacenamiento permite reducir los picos, reduciendo así los costes operativos del puerto. El almacenamiento de energía puede ser sistemas de baterías tradicionales, alternativas más nuevas como el almacenamiento de hidrógeno o las unidades de almacenamiento disponibles en los transbordadores eléctricos, que pueden utilizarse para suministrar energía o detener su carga durante cortes de energía. Sin embargo, independientemente del almacenamiento utilizado, es necesario estudiar el diseño de convertidores de potencia y Sistemas de Almacenamiento de Energía (ESS), que permitan llevar a cabo las funciones antes mencionadas. Por lo tanto, para optimizar las operaciones portuarias y reducir las emisiones de , este proyecto propone tres líneas de investigación. líneas:

Línea 1 Operaciones de Buques: Esta línea estudia la electrificación de los barcos, lo que implica la utilización de un sistema de alta potencia, cuya calidad de energía necesita ser analizada. En esta propuesta se estudiarán los casos de tecnologías more-electric en grandes buques y la implementación de transbordadores híbridos y eléctricos, y se analizarán y diseñarán los accionamientos de las máquinas.

Línea 2 Conexión Barco-Puerto: Esta línea estudia la conexión eléctrica requerida entre barcos y puertos. Con este objetivo, se analiza la implementación de estaciones de carga bidireccionales para transbordadores eléctricos que tienen altos requerimientos de potencia en un corto período de tiempo. Asimismo, también se estudiará la conexión buque-puerto para implementar tecnologías de cold ironing. Se considerarán los requisitos de diseño del convertidor y el impacto de la carga en la microrred eléctrica.

Línea 3 Operaciones Portuarias: Esta línea estudia la integración de fuentes de energía renovables en el sistema eléctrico portuario. Para ello, se propone la implementación de una microrred local que utilice las energías renovables disponibles en la ubicación geográfica. Se considerarán la estabilidad de la microrred, la respuesta a la demanda de carga, el reparto de energía, el recorte de picos y la integración de ESS, como baterías o basados en hidrógeno. Nótese que en Magallanes se implementará una planta productora de hidrógeno verde, por lo que en esta zona geográfica es más probable implementar ESS basados en él.

Estas tres líneas se integrarán considerando la participación de los barcos en la respuesta de la demanda del lado de la microrred portuaria, considerando la implementación de un convertidor bidireccional para las estaciones de carga. Entonces, los objetivos del proyecto SHORE son:
Objetivo 1: Modelar y controlar el sistema eléctrico de un barco more-electric, híbrido y totalmente eléctrico.
Objetivo 2: Diseño y control de una interfaz de conversión de potencia AC/DC basada en convertidores multinivel para la implementación portuaria y control de planchado en frío de buques.
Objetivo 3: Diseño y control de una interfaz de conversión de energía DC/DC para la implementación portuaria y control de carga de todas las baterías eléctricas del buque.
Objetivo 4: Dimensionamiento de almacenamiento y energías renovables para microrredes portuarias considerando las condiciones geográficas portuarias de Chile.
Objetivo 5: Implementación de estrategias de gestión de demanda para el sistema buque-puerto.
Objetivo 6: Formación de nuevos expertos en la optimización de las operaciones portuarias

Para lograr los objetivos antes mencionados, el proyecto SHORE estará alojado en tres universidades, la UCH la UMAG y la Universidad Andrés Bello y su equipo será una red multidisciplinaria de profesores,
investigadores y estudiantes de electricidad (electrónica de potencia, control, e interacciones electromecánicas) e ingeniería mecánica. Adicionalmente, el proyecto contará con un antropólogo participando en la difusión del proyecto y transferencia de resultados a la industria. Además, el proyecto cuenta con el apoyo de 6 universidades internacionales que tienen experiencia trabajando con puertos, barcos y convertidores. Además, el proyecto cuenta con el apoyo de 2 empresas que trabajan en la instalación de energías renovables y tienen puertos ubicados en Punta Arenas. Esto permitirá el uso de datos reales y la difusión de los resultados del proyecto.

Las soluciones propuestas en este proyecto serán difundidas tanto en el sector académico como en el industrial, con el desarrollo de 3 seminarios; 2 de ellos contarán con la participación de investigadores internacionales y otro con la industria. Los resultados técnicos obtenidos serán publicados en al menos 15 revistas de prestigio, creando nuevas conexiones tanto para investigadores como para estudiantes de posgrado. El proyecto SHORE también difundirá sus hallazgos en un sitio web y participará en jornadas de puertas abiertas universitarias. Además, los resultados esperados del proyecto SHORE y 3 configuraciones experimentales que pueden interactuar entre sí, lo que permite la construcción de una configuración integrada de interfaz de barco y puerto.

Por lo tanto, los impactos esperados de las actividades propuestas son: el estudio de los sistemas de energía de los barcos considerando las vibraciones del generador; el desarrollo de dos prototipos de convertidores para la implementación de estaciones de cold ironing y carga de barcos; el dimensionamiento óptimo de microrredes utilizando perfiles reales de consumo de puertos chilenos; estrategias de control para power-sharing en aplicaciones portuarias; la integración de las tecnologías propuestas; la formación de 25 investigadores en problemas portuarios; el desarrollo de la colaboración internacional e industrial; y la difusión de los resultados.