La carga de baterías a escala megavatio (MCS) llega al sector marítimo
La electrificación marítima exige sistemas capaces de transferir varios megavatios durante escalas cortas, manteniendo la seguridad y la operativa portuaria. El Whitepaper: Maritime Automated Charging System, desarrollado en el marco del proyecto HYPOBATT, presenta el concepto M-MCS, que adapta el estándar MCS al entorno marítimo mediante arquitecturas modulares. Las pruebas realizadas en Frisia confirman su viabilidad técnica y refuerzan la necesidad de avanzar hacia soluciones interoperables, escalables y estandarizadas.
La electrificación de los buques plantea un reto distinto al de otros modos de transporte: transferir grandes cantidades de energía durante escalas. El buque permanece en puerto durante periodos relativamente cortos, de apenas unas horas. Esta limitación temporal exige desarrollar sistemas capaces de transferir mucha energía sin comprometer los tiempos operativos. De lo contrario, sería necesario prolongar las escalas o recurrir a soluciones alternativas como el intercambio de baterías.
En este contexto, el proyecto HYPOBATT ha trabajado en el desarrollo y validación de soluciones de carga marítima de alta potencia basadas en el Megawatt Charging System (MCS). Las principales conclusiones técnicas y lecciones aprendidas se han recogido en el Whitepaper Maritime Automated Charging System, elaborado como documento de referencia para industria, puertos y organismos de estandarización. El concepto resultante, denominado Marine Megawatt Charging System (M-MCS), adapta los principios del MCS al entorno marítimo, incorporando los requisitos específicos derivados del movimiento del buque, las condiciones ambientales y la seguridad de la conexión.
La idea no es crear un sistema de carga completamente nuevo, sino aprovechar los principios ya establecidos para MCS —transferencia de potencia, comunicaciones y seguridad— e incorporar únicamente aquellas funciones necesarias para operar de forma segura entre un buque y un muelle. Frente a una instalación terrestre, las diferencias son relevantes. Un buque no permanece completamente inmóvil durante la carga: el oleaje, el viento, las mareas o los cambios de carga pueden provocar desplazamientos respecto al muelle. A ello se suman mayores distancias entre los equipos eléctricos y el punto de conexión, restricciones de espacio en el atraque y un entorno especialmente agresivo debido a la salinidad, la humedad, la lluvia o la exposición solar.
Desde el punto de vista eléctrico, M-MCS está concebido para integrarse con las redes de media tensión de los puertos. Entre las posibles fuentes de alimentación se incluyen configuraciones OPS de 6,6/11 kV AC y 50/60 Hz. La energía se convierte posteriormente a corriente continua, trabajando en un rango aproximado de 500 a 1.500 V DC. El sistema puede construirse de forma modular, incorporando diferentes equipos de conversión en paralelo para adaptar la potencia a las necesidades de cada buque y alcanzar varios megavatios.
Esta modularidad es especialmente relevante en buques totalmente eléctricos, que pueden disponer de dos Battery Energy Storage Systems (BESS) independientes para mantener la redundancia de sus sistemas energéticos. La arquitectura M-MCS puede reproducir esta separación mediante dos circuitos de carga independientes, de forma que ambos BESS puedan cargarse sin perder su aislamiento eléctrico. Como arquitectura de referencia, se contemplan conexiones de hasta 3 MW por circuito, permitiendo alcanzar hasta 6 MW mediante 2 × 3 MW.
Cuando se manejan estas potencias, la seguridad forma parte de la secuencia de carga. La transferencia de energía solo puede iniciarse después de verificar la comunicación entre el buque y la infraestructura, la correcta conexión y los diferentes enclavamientos de seguridad. Durante la carga se supervisan parámetros como el aislamiento eléctrico, la temperatura, la calidad del contacto y las comunicaciones. También debe vigilarse el movimiento del buque. Si este comienza a separarse del muelle de manera inesperada, la transferencia eléctrica debe detenerse antes de que los contactos se separen físicamente. De esta manera se evitan arcos eléctricos, roturas de cables o daños en los equipos.
La conexión puede realizarse de dos formas. La primera es manual, mediante cables y conectores MCS adaptados al entorno marítimo. Sin embargo, a medida que aumentan la potencia y la distancia, también lo hacen el peso, la rigidez y las necesidades de refrigeración de los cables. Por este motivo pueden ser necesarios sistemas de soporte que faciliten su manipulación y reduzcan los esfuerzos sobre el operador. Además, en conexiones correspondientes a MCS Level 3, entre 1,5 y 3 kA, la solución manual requiere refrigeración líquida activa.
La segunda opción es automatizar la conexión mediante un Automated Connection Device (ACD). En este caso, el sistema instalado en tierra se encarga de localizar la posición del buque, alinearse con él, establecer la conexión y compensar sus movimientos durante la carga. Cuando termina la operación, el proceso de desconexión también puede realizarse automáticamente.
Esta automatización permite reducir los tiempos de conexión, gestionar cables y corrientes más elevados y evitar parte de las limitaciones asociadas a la manipulación manual. No obstante, no implica que todos los puertos deban utilizar exactamente el mismo diseño mecánico. Lo importante es estandarizar las interfaces, las comunicaciones, las secuencias de conexión y los requisitos de seguridad. Esta tecnología ya ha sido probada en condiciones marítimas reales en Frisia, un puerto en el norte de Alemania, utilizando un ferry totalmente eléctrico. Sobre el mismo buque se ensayaron tanto conexiones MCS manuales como una solución automatizada. La instalación permitió cargar de forma independiente los dos sistemas de baterías del ferry, manteniendo separados ambos circuitos eléctricos.
Durante la demostración se utilizaron dos sistemas independientes a 995 V y 875 A cada uno, con comunicaciones MCS y T1S-SPE activas. La experiencia demuestra que diferentes soluciones físicas de conexión pueden funcionar sobre una arquitectura eléctrica y de comunicaciones común.
Para los puertos, sin embargo, desplegar estos sistemas supone mucho más que instalar un cargador junto al muelle. Es necesario planificar la capacidad de la red eléctrica, la ubicación de los equipos, la disponibilidad de potencia y la gestión conjunta de los diferentes consumos. Los Energy Management Systems (EMS) pueden coordinar la carga de los buques con otros usuarios eléctricos del puerto y limitar la aparición simultánea de grandes picos de potencia.
Además, la infraestructura puede complementarse con BESS y generación renovable, e incluso compartir parte de los equipos eléctricos con camiones, tractores de terminal u otros vehículos de alta potencia. Aumentar la utilización de estos activos puede ser también determinante para mejorar su viabilidad económica.
El siguiente paso será garantizar la interoperabilidad. Una de las principales conclusiones del Whitepaper es que M-MCS debe desarrollarse como una aplicación marítima del propio MCS, tomando IEC/IEEE 80005-4 como referencia para las conexiones DC en puerto y apoyándose en estándares como IEC 61851 e ISO 15118. El objetivo final es sencillo pero esencial: que un buque pueda conectarse de forma segura a infraestructuras de distintos puertos y fabricantes. Esa interoperabilidad será la base para que la carga marítima a escala megavatio pueda convertirse en una infraestructura portuaria escalable y replicable.