EL TREN DE ALTA VELOCIDAD NO ES UN DEPREDADOR DE ENERGIA
←
→
Transcripción del contenido de la página
Si su navegador no muestra la página correctamente, lea el contenido de la página a continuación
TRANSPORTES
EL TREN DE ALTA VELOCIDAD NO
ES UN DEPREDADOR DE ENERGIA
No se puede afirmar, sin faltar a la
verdad técnica, que el tren de alta Alberto García Álvarez
velocidad sea un “depredador de Fundación de los Ferrocarriles Españoles
energía”, como argumento para de- Ingeniero Industrial del ICAI, Doctor en
fender la mejora del ferrocarril con- Ciencias Económicas y Empresariales,
vencional frente a la alternativa de Licenciado en Derecho
la construcción de nuevas líneas de
alta velocidad. En este artículo se
trata de mostrar cómo el consumo
energético del tren de alta veloci- • Por las dos razones anteriores, sideraciones energéticas como las ci-
dad no es muy diferente al del tren en rutas de alta densidad de tráfico tadas; o, al menos, no puede hacerse
convencional mejorado, y además potencial, el tren de alta velocidad de forma generalizada.
que la reducción diferencial de contribuye a aumentar la sostenibili-
tiempo de viaje permite la capta- dad del sistema de transporte más Una primera aproximación con
ción de clientes de otros modos me- que el tren convencional mejorado. datos
nos eficientes lo que produce una Hay que afirmar, antes de seguir Para disponer de una primera aproxi-
mejora global del sistema de trans- adelante, que ello no significa que se mación al tema veremos algunas ra-
porte. Todo ello, después de dejar deba abandonar la red de ferrocarril tios que se pueden calcular de forma
sentando que no hay verdades abso- convencional. Al contrario, la mejora muy simple a partir de documentos
lutas o de validez universal y que, de la red ferroviaria convencional, publicados (1).
por lo tanto, hay que analizar cada siendo siempre una necesidad para la Así, para el año 2002 y en Renfe,
caso concreto. eficiencia del sistema de transporte, si se compara el tráfico (medido en
es un instrumento imprescindible pa- viajeros.km) de cada tipo de tren de
ra complementar la nueva red de alta viajeros, con la energía consumida
Es frecuente, cuando se trata de velocidad (ofrece mayor capilaridad y (empleando la equivalencia de 1 litro
decidir sobre la planificación de la ex- capacidad de conexión, libera capaci- de gasóleo =10 kWh), nos encontra-
pansión del ferrocarril, oir afirmacio- dad para trenes de mercancías, etc.). mos con que se precisan, por térmi-
nes como éstas: “construir nuevas lí- Incluso para aumentar la sostenibili- no medio 101 Wh para transportar un
neas de alta velocidad en lugar de dad energética debería replantarse la viajero a lo largo de un kilómetro. Pri-
mejorar el ferrocarril convencional, conveniencia de volver a dar uso a mera sorpresa: Los trenes gestiona-
va contra la sostenibilidad energética ciertos corredores abandonados por dos por la Unidad de Negocio de Alta
y ambiental del transporte”, o “a par- el ferrocarril. Lo que se postula en Velocidad (AVE y Talgo 200) con una
tir de un cierto nivel no interesa au- este artículo es que la decisión entre velocidad media 159,99 km/h, consu-
mentar la velocidad porque el consu- una u otra opción (cuando sean ex- men 73,39 Wh/v.km, es decir, menos
mo de electricidad crece en propor- cluyentes) no puede hacerse por con- que la media. Y, en contra de lo que
ción al cuadrado de la misma”.
Pues bien, se espera mostrar en
este artículo que:
• El consumo de energía del tren
de alta velocidad no es muy diferente
del consumo tren convencional; in-
cluso puede ser menor.
• El aumento de la velocidad me-
dia del tren, en casi todos los casos,
permite aumentar la competitividad
del este modo de transporte, captado Tabla 1. Comparación de consumos específicos de diversos tipos de trenes y
viajeros de otros modos menos efi- relación con sus velocidades medias
cientes y por ello, incrementando la FUENTE: Elaboración propia sobre datos de la Memoria medioambiental de
eficiencia del sistema de transporte. Renfe 2003 e Informe anual Renfe 2002.
DYNA JUNIO 2005 33
TRANSPORTES
pudiera pensarse a priori, estos tre-
nes (que son los más rápidos) son
justamente los que menos consumen
por viajero-km transportado, muy por
debajo del consumo de 130,33
Wh/vkm de Cercanías (a 53,29 km/h),
de 93,04 Wh/vkm de Regionales (a
71,21 km/h) y de 82,25 Wh/v.km de
Grandes Líneas (a 89,29 km/h). Y los
trenes de alta velocidad son los que
menos energía consumen, tanto si la
comparación se realiza (como hemos
hecho) por viajero kilómetro (V-km),
como si se hace por plaza kilómetro
(p-km) o si se analiza por tonelada-
kilómetro (t-km).
Si se compara el consumo medio
por tren kilómetro (19 kWh/km) de
un tren de Cercanías formado por
dos unidades 447 que pesa 320 t y
que circula a una velocidad media de
53 km/h, con el consumo medio del FUENTE: Elaboración propia sobre datos tren Talgo serie 102 entre Madrid y
AVE que pesa 393 t (15,59 kWh/ Lleida (LAV1) y tren Arco de 252+7 coches entre Alicante y Barcelona.
tren.km) se observa que al AVE, aún Tabla 2. Desglose comparado del consumo de energía de un tren de alta
pesando más y circulando tres veces velocidad y de un tren convencional mejorado
más rápido, consume menos que un
tren de Cercanías. Cierto es que estos datos son me- menos, poner en cuarentena las afir-
Si se prefiere establecer una com- dios, y, en cada caso, los resultados maciones “populares” recogidas al
paración entre trenes con un servicio se ven afectados por numerosos fac- comienzo del artículo y entrar en una
más homogéneo y con características
técnicas casi iguales, se puede com-
parar el AVE en la línea de Madrid a El tren en alta velocidad no tiene un
Sevilla con los trenes Euromed en el
corredor Mediterráneo (con la misma
consumo muy diferente (frecuentemente
masa, pero con una velocidad media es menor) que el tren rápido en líneas
de 196 km/h los primeros y de 128
km/h los segundos). Se observa en-
convencionales mejoradas.
tonces que el consumo de los AVE es
de 15,59 kWh/km, frente a 11,46 de tores tales como las paradas, índices reflexión más técnica cualitativa (aun-
los Euromed ; es decir una velocidad de utilización de los trenes, limitacio- que apoyada en un ejemplo numéri-
media un 53% superior sólo supone nes de velocidad, etc.. Aún así, pare- co).
un consumo un 36% más elevado. cen son suficientes como para, al
Mejora del tren convencional vs.
tren de alta velocidad
Como hemos expuesto, el debate
más frecuente se concreta en la alter-
nativa de mejorar las líneas existentes
para velocidades del orden de 200-
220 km/h, o construir nuevas líneas
de alta velocidad para 300 km/h o
más. Por ello, se hará una exposición
de cada uno de los factores que inci-
den en la diferencia de consumo
energético en uno y otro caso.
Para que la comparación resulte
más comprensible, se acompaña con
datos numéricos de un caso ejemplo
1.- Tren Arco en el Corredor Mediterráneo (Foto: J.M.Luna /Vía Libre) real en el que se comparan los con-
34 JUNIO 2005 DYNA
TRANSPORTES
Figura 1. Desglose y comparación
del consumo de energía de un tren
convencional en línea mejorada y
otro de alta velocidad.
FUENTE: Elaboración propia sobre
datos de tren Arco de 252+7 coches
entre Alicante y Barcelona(Corredor
Mediterráneo) y tren Talgo serie 102
entre Madrid y Lleida (LAV1)
rencias que existen entre ellos son
representativas de las que hay entre
los trenes de altas prestaciones y los
de alta velocidad.
En estas condiciones, el tren con-
vencional mejorado (lo llamaremos
sumos de trenes y líneas representa- de Alicante a Barcelona se ha consi- Arco LCM en sucesivo) tarda 175 mi-
tivos de los casos que se desea con- derado la misma distancia (como la nutos (sin márgenes y sin contar los
traponer. Así, la referencia será un distancia real de Alicante a Barcelona tiempos de parada) en recorrer los
tren a 200 km/h sobre una línea clási- es de 523 km se “encoge” la línea 442 en su línea, a una velocidad me-
ca mejorada (en concreto se ha to-
mado la línea de Alicante a Barcelona
del Corredor Mediterráneo), estando Aunque la velocidad hace aumentar el
el tren formado por una locomotora
eléctrica de la serie 252 y 7 coches ti-
consumo por la resistencia
po Arco. Como alternativa, se toma la aerodinámica, se reduce la energía
ruta de Madrid a Lleida en la línea de
alta velocidad pasando por Zaragoza
disipada en el freno y la requerida por
y con un tren Talgo de alta velocidad los servicios auxiliares
(popularmente llamado Pato , serie
102 de Renfe). hasta alcanzar la longitud virtual de- dia de 151 km/h. El tren de alta velo-
Para homogenizar la compara- seada, pero se mantiene el perfil me- cidad (lo llamaremos Pato LAV en
ción, se supone que en ambos casos dio de rasantes, de curvas y de velo- adelante) que circula a una máxima
los trenes tienen tres paradas comer- cidades autorizadas). de 300 km/h, tarda 114 minutos en
ciales en su recorrido. Para la línea Los trenes que se emplean para la cubrir la misma distancia (es decir,
de Madrid a Lleida se ha tomado la comparación son, en fin, de capaci- su velocidad media es de 232 km/h).
distancia real (442 km) y para la línea dad y confort semejantes y las dife- El consumo de energía del tren
Arco LCM en 442 km es de 7.728
kWh (en llantas) que se convierten en
9.412 kWh en la salida de la central
generadora de electricidad (sumando
pérdidas y restando el aprovecha-
miento del freno regenerativo). El
consumo del Pato en la LAV (a 300
km/h) con la misma distancia recorri-
da (442 km) en la salida de la central
es de 7.934 kWh, es decir, un 16%
menos que el del Arco en LCM a 200
km/h.
Nos encontramos ante una para-
doja, pues el saber popular nos dice
que “como el consumo de energía
aumenta con el cuadrado de la velo-
cidad”, este consumo debería haber-
se multiplicado por 2,25 (ya que la
2.- Tren Talgo serie 102 (Pato) en la línea de alta velocidad de Madrid a velocidad máxima se ha multiplicado
Lleida (Foto Miguel Ángel Patier /Renfe) por 1,5), y resulta que, no sólo no se
DYNA JUNIO 2005 35
TRANSPORTES
La electrificación en 25 kV en alterna, mm/m frente a -20 mm/m), las velo-
cidades autorizadas son mucho ma-
empleada en alta velocidad, supone yores en las pendientes de alta velo-
menores pérdidas y la posibilidad de cidad, lo que obliga a usar menos el
freno para retener el tren, por lo que
devolver a la red la energía generada en la energía disipada en el freno es
el frenado prácticamente la misma (-31 kWh).
Todo ello hace que el consumo en
ha duplicado, sino que se ha reduci- consumo por hora en el Pato es ma- llantas del Pato LAV sea inferior al
do. yor, pues su potencia es más elevada Arco LCM (-556 kWh en este caso),
Lo cierto es que una parte del y la energía necesaria para la ventila- pero la diferencia se hace mayor aún
consumo es proporcional al cuadrado ción de los motores es mayor. en barras la central de generación de
de la velocidad, otra parte a la veloci- La reducción más importante, sin electricidad por tres razones:
dad, algunos consumos son indepen- embargo, se produce por el hecho de - Las pérdidas óhmicas y de
dientes de la velocidad y los hay que que las líneas de alta velocidad re- transformación son mayores en el
hasta disminuyen al crecer la veloci- quieren un trazado más recto y el nú- Arco LCM , tanto en valor absoluto
dad. Por otra parte, el peso relativo mero de puntos en que se reduce la (por el mayor el consumo en llantas)
de los consumos varía fuertemente velocidad es menor, por lo que tren como relativo (el rendimiento del tren
con el perfil de la línea, y sobre todo, disipa menos energía al frenar para es algo menor).
con el perfil de velocidades máximas. cumplimentar estas restricciones. En - Las pérdidas entre la central ge-
Finalmente, las características del el caso, pese a que los dos trenes tie- neradora de energía eléctrica y el
material rodante inciden fuertemente nen las mismas paradas comerciales, pantógrafo, son menores en el Pato
en el consumo (2). el menor consumo por este concepto LAV, pues el tren de alta velocidad
Lo primero que podemos obser- del Pato LAV frente al Arco LCM es funciona a 25 kV y el Arco a 3 kV.
var si se compara el desglose detalla- de 1.898 kWh (-64%), de los que 261 - El freno regenerativo puede de-
do de los consumos es que los que son imputables a la menor masa volver en alta velocidad la energía a la
se relacionan con la velocidad (que (tanto masas en translación como red pública, lo que no ocurre en las lí-
son los debidos a la resistencia aero- masas rotativas), y el resto a un perfil neas convencionales electrificadas en
dinámica a cielo abierto y en túnel y más homogéneo de velocidades. En corriente continua en las que la ener-
resistencia a la entrada de aire) efec- concreto, en este caso el sumatorio gía que no es aprovechada por otro
tivamente son mayores en el “Pato de las semidiferencias de los cuadra- tren, tiene que disiparse en resisten-
LAV” , en concreto en un 71% dos de velocidades en los escalones cias (freno reostático) pues no puede
(+1.881 kWh). decrecientes es de 0,014 kWh/t.km ser devuelta a la red. En las líneas
Los consumos derivados de re- en la LCM y de 0,004 kWh/t-km en la electrificadas en alterna (caso de
sistencias mecánicas son menores en LAV 2. las de alta velocidad) la energía
el Pato LAV por efecto del menor nú- En lo que se refiere a la energía no aprovechada en los servicios auxi-
mero de curvas (y por ser éstas de disipada por el freno en la bajadas, la liares del propio tren o en otros
mayor radio) y de tener el tren menor cantidad es prácticamente la misma, trenes es devuelta a la red pública,
masa. En el caso ejemplo, la disminu- pues aunque en la línea de alta veloci- donde es empleada por otros consu-
ción del consumo por la menor resis- dad hay mayores pendientes (-25 midores.
tencia mecánica es de 161 kWh
(–30,5%). Figura 2. Incidencia en
El consumo de los servicios auxi- el consumo del tipo de
liares (aire acondicionado, ilumina- línea, del material
ción, ventilación, etc) no se incre- empleado y del
menta con la velocidad; sino, al re- sistema de
vés, se reduce al aumentar la electrificación
velocidad media, pues estos consu- FUENTE: Elaboración
mos se producen por tiempo. En el propia sobre datos
caso ejemplo, al reducirse el tiempo tren Talgo serie 102
de viaje un 35 % el consumo de es- entre Madrid y Lleida
tos servicios disminuye un 29 %, re- (LAV1) y tren Arco de
duciéndose en 348 kWh. La diferen- 252+7 coches entre
cia de porcentaje obedece a que el Alicante y Barcelona.
2 Cierto es, sin embargo, que la potencia que se precisa instalar en las subestaciones sí que aumenta de forma impor-
tante, pues las puntas de demanda son más altas, si bien el consumo de energía no se incrementa en proporción a las
puntas.
36 JUNIO 2005 DYNA
TRANSPORTES
Pero es que, además, hay dos ra-
zones adicionales para afirmar que la
construcción de una línea de alta ve-
locidad, en lugar de la mejora de una
línea existente, contribuye (siempre
que haya suficiente densidad de tráfi-
co) a mejorar la eficiencia energética
del sistema de transporte:
Por una parte, el tiempo de viaje
es menor, por lo que se producirá
una transferencia de otros modos de
trasporte menos eficientes (por ejem-
plo del avión) hacia el tren de alta ve-
locidad, transferencia que se produci-
Figura 3. Reparto modal tren-avión en función del tiempo de viaje del tren rá en menor proporción que al tren
e incidencia de la alta velocidad vs. ferrocarril convencional mejorado de velocidad alta.
FUENTE: García Álvarez, A., 2004, y López Pita, A., 2001. Además, puede comprobarse fá-
cilmente que los costes de explota-
La principal conclusión que puede efecto sobre el consumo del hecho ción del tren de alta velocidad son, en
deducirse del razonamiento y del ca- de que una línea para 300 km/h ten- general, menores que los del tren de
so ejemplo presentado es que el con- drá normalmente una longitud menor velocidad alta, (básicamente por la
sumo de energía de un tren de alta que una línea para 200 km/h entre los menor necesidad de recursos que se
velocidad en una línea de muy alta mismos puntos. Esta diferencia de consumen por tiempo, especialmente
velocidad no es necesariamente ma- longitud puede evaluarse entre el 2,5 material rodante y personal operati-
yor (incluso puede ser menor) que el y el 10% o incluso más, por lo que vo). Por ello, el coste es menor y el
de un tren a una velocidad alta (200 cabe esperar una reducción adicional precio del billete puede también ser
km/h) en una línea convencional me- del consumo (a igualdad de los de- menor, por lo que se produce una
jorada. Desde luego, el diferencial ab- más factores) de la misma propor- transferencia adicional de tráfico des-
soluto y relativo y su signo dependen ción. Así, por ejemplo, la distancia de el avión y desde el coche particu-
de muy numerosos factores, por lo por la línea de alta velocidad frente a lar. Lógicamente esta transferencia
que no es posible establecer a priori la convencional entre Córdoba y Sevi- no se produce si el operador decide
una afirmación rotunda. Tan sólo se lla es menor en un 2,3%, entre retener el diferencial de coste para
puede afirmar con cierta certeza que Madrid y Ciudad Real en un 2,8%, mejorar su margen.
el consumo no es muy diferente. entre Madrid-Atocha y Zaragoza Deli- Aunque no es el objeto primordial
Como puede desprenderse del ra- cias un 8,9%; entre Madrid y Vallado- de este articulo, se pueden aplicar da-
zonamiento expuesto, en el diferen- lid (por Segovia) en un 23%. tos del ejemplo para ilustrar estos im-
cial del consumo intervienen diversos Contribución de la alta velocidad portantes efectos colaterales sobre la
factores tales como el diferente perfil a la eficiencia energética del sistema eficiencia del sistema de transporte:
de velocidades de la línea, las diferen- de transporte Si imaginamos una ruta de 523
cias de masa y aerodinámica entre Ya se ha demostrado que el ferro- km (como la de Alicante a Barcelona)
los trenes de alta velocidad y los con- carril de alta velocidad no es, en ab- en la que hay suficiente densidad de
vencionales, los diferentes sistema de soluto, un “depredador de energía” tráfico y aeropuertos en ambos extre-
electrificación, etc. Por ofrecer una en comparación con el ferrocarril mos, podemos comparar los tiempos
idea de la incidencia de cada uno de convencional mejorado: no consume, de viaje en tres escenarios (siempre
estos factores, puede decirse que en para el mismo transporte, una canti- con tres paradas de dos minutos ca-
el caso ejemplo, la diferencia total del dad significativamente mayor de da una y un margen de tiempo del
consumo en barras de la central pue- energía. 5% sobre el tiempo mínimo):
de descomponerse así:
- Efecto de la menor masa y me-
jor aerodinámica del tren: -839 kWh.
- Efecto de la velocidad: -+1.786
kWh.
- Efecto de la diferente tensión de
electrificación y regeneración: -2.425
kWh.
Debe observarse que no se ha
considerado en las cifras anteriores el 3.- Tren AVE en las proximidades de Zaragoza (Foto: Juan Miguel Sastre)
DYNA JUNIO 2005 37
TRANSPORTES
- Ferrocarril convencional a velo- 4.- Locomotora
cidades máximas de 160 km/h: 335 eléctrica serie 252 en la
min (5h 35 min). línea de alta velocidad
- Ferrocarril convencional mejora- de Madrid a Barcelona
do, con trazado de línea para 200 (Foto: Jesús Ugena)
km/h (como el de Alicante a Barcelo-
na) y con tren apto para tal velocidad:
223 min (3 h 42 min).
- Ferrocarril de alta velocidad (con
un trazado como el de Madrid a Llei-
da) y tren para 300 km/h: 147 min (2
h 27 min). xiliares (por el menor
Pues bien, si se suponen estos tiempo de viaje) y disi-
tiempos de viaje sobre la curva que pará menos energía en
representa la participación modal tardan 147 minutos (y si la rotación el frenado en los puntos de reducción
tren-avión en las principales rutas eu- mínima es de 45 minutos y la fre- de velocidad y en las pendientes.
ropeas, puede observarse que pasar cuencia de 30 minutos), hacen falta • Además, en el tren de alta velo-
de la línea sin mejorar a la línea mejo- 14 trenes en línea para hacer el servi- cidad se producen menos consumos
rada ya permite al tren acceder a cuo- cio. Si el tiempo de viaje es el que co- adicionales por cuanto los trenes de
tas de mercado próximas a la mitad rresponde a la velocidad máxima de alta velocidad suelen tener menos
masa por plaza y mejores condicio-
nes aerodinámicas, y las líneas de al-
Las líneas de alta velocidad son entre y 3 ta velocidad suelen estar electrifica-
das en alterna (los que significa me-
y un 10% más cortas que las líneas nores pérdidas y también la
convencionales, lo que representa una posibilidad de devolver energía a la
red).
reducción equivalente del gasto • Adicionalmente, las líneas de al-
energético ta velocidad tienen un trazado más
recto, lo que supone reducciones del
recorrido de entre el 3 y el 10% entre
del total tren+avión. De hecho, en la 200 km/h (223 minutos) y con la los mismos puntos y menor resisten-
ruta Barcelona Alicante es del 50 % misma rotación y frecuencia, el nú- cia al avance en las curvas.
(del 9/02 al 8/03). mero de trenes se eleva a 18 (un • Por otra parte, el menor tiempo
Sin embargo, una mayor reduc- 28% más), mientras que no hay mo- de viaje de un tren a alta velocidad
ción del tiempo de viaje permite a la tivos para pensar que el precio de ca- frente a un tren convencional mejora-
cuota “trepar” por la parte más elásti- da tren (para una tecnología semejan- do supone que el tren puede captar
ca de respecto al tiempo y puede su- te, la misma fecha de compra y de un porcentaje importante de viajeros
poner que, con un tiempo de viaje de idéntica capacidad) suba mas allá de del avión, lo que produce un reparto
unos 150 min, la cuota del tren se si- un 7-8% por la mayor potencia nece- modal más eficiente energéticamente.
túe en el 85% frente al avión (más saria.
semejante a la de Madrid a Sevilla o a REFERENCIAS:
la de Tokio a Osaka, con distancias Resumen (1) “Memoria Medioambiental de
semejantes). El tren puede, por lo En síntesis puede concluirse lo si- Renfe 2003”, “Informe anual de Ren-
tanto, arrebatar al avión casi 2/3 de guiente: fe 2002”.
sus viajeros actuales sólo por la re- • No se puede afirmar que el con- (2) Un análisis detallado de las
ducción adicional del tiempo de viaje sumo de energía del tren de alta velo- fuerzas que inciden en el movimiento
que supone pasar a la alta velocidad. cidad (a 300 km/h) sea esencialmente del tren y de sus variaciones puede
Este trasvase de tráfico supone una diferente del tren convencional mejo- verse en: García Álvarez, A., “Diná-
reducción del consumo de energía rado (circulando a velocidades máxi- mica de los trenes en alta velocidad”.
del sistema de transporte en su con- mas del orden de 200 km/h), siempre (3) La descripción de la incidencia
junto, pues el consumo unitario del para características homogéneas del del tiempo de viaje en el reparto mo-
tren de alta velocidad es muy inferior servicio. dal tren avión puede verse en García
al del avión. • El tren de alta velocidad frente al Álvarez, A. (2004) “Explotación eco-
En lo que se refiere a la reducción convencional mejorado tenderá a te- nómica y regulación de transporte” y
de costes que aporta la alta veloci- ner un mayor consumo para vencer en López Pita, A. (2001) “El ferroca-
dad, baste apuntar que en una ruta de la resistencia aerodinámica, pero rril y el avión en el sistema de trans-
los 523 km analizados, si los trenes consumirá menos para servicios au- porte europeo”, ediciones UPC.
38 JUNIO 2005 DYNA
También puede leer
