Consumos energéticos y emisiones de la alta velocidad ferroviaria

Se suele hablar de la alta velocidad como una «depredadora de energía», pero sus detractores emplean fórmulas que solo sirven para el automóvil, un vehículo muy distinto. Tampoco se suele tener en cuenta la reducción de emisiones ni los ahorros en costes externos. Aquí lo explicamos.

Aumento del consumo con la velocidad

Comparar los consumos ante un aumento de velocidad entre el automóvil -con un gran agarre entre neumático y asfalto- y el tren -donde lo que cuesta realmente es conseguir una velocidad para, después, tener un rozamiento realmente minúsculo- parece algo bastante absurdo pero, puesto que hay muchos que lo hacen, lo reflejaremos.

Según el primer estudio que he encontrado (de una revista de coches, no de una de trenes: no todos somos iguales), el consumo aumenta en un 30% cuando la velocidad lo hace en un 17% (de 120 a 140 km/h).
Esto les lleva a decir que los trenes de alta velocidad (TAV) tienen un «alto consumo energético: cada fracción de incremento de la velocidad provoca una fracción de incremento del consumo energético al cubo«, o «El consumo energético por viajero de los trenes más rápidos es casi tan elevado como el avión«.
Lo que no encuentro son los estudios que apoyen esas teorías. Un poco más abajo (buscar: 7 veces mayor consumo de energía por viajero y km en avión que en TAV) están los que he encontrado sobre el tema.
Bueno, también dicen que: «el ancho de vía más generalizado en el mundo es de 1.435 mm, que históricamente corresponde con la anchura de ejes obligado de los carruajes romanos». Ése es el nivel.

En cambio, en los trenes, hay quien defiende que un aumento de la velocidad máxima, de 300 a 350 km/h, sería beneficioso, puesto que la rebaja de tiempo captaría viajeros del avión, que harían bajar las emisiones y el consumo total del transporte en ese trayecto.
Con una velocidad máxima de 350 km/h (+17% sobre los 300 actuales), el consumo subiría un 19% entre Madrid y Barcelona, el tiempo de viaje se reduciría en un 9,5% (14,5 minutos), lo que provocaría un aumento de la cuota del 7,04%, procedentes del avión, y reduciría las emisiones globales (tren + avión) en un 20%. Si solo se aumentase la velocidad en las bajadas (pendientes), el consumo sería prácticamente el mismo, si no menor.
En cuanto al coste para el viajero, un S-103 pasaría de consumir 12.245 kWh a 14.605 (2.360 más) que, repartimos entre los 312 pasajeros (422 plazas con un aprovechamiento medio del 73,99% en 2017 en Madrid-Barcelona), son 7,56 kWh por viajero que, al precio de Adif para 2021 y 2022 (7,47 céntimos por kWh), son 57 céntimos por viajero, más impuestos.

Hay tan poca resistencia mecánica que normalmente se circula «en deriva» o «a vela» (con el regulador cerrado, es decir: sin consumo de tracción: programas de conducción eficiente AVE Drive y A Toda Vela) durante unos 66 km entre Medinacelli y Calatayud (y si no tiene parada: hasta Zaragoza).

Consumo comparado con los trenes convencionales

Se han realizado numerosos estudios comparando estos consumos pero, seguramente, éste es el que mejor explica la aparente paradoja: Más velocidad, menos consumo. En él se detalla por qué los mismos trenes (S-120 en el primer caso y Talgo 200 con locomotora en el segundo) que circulaban por la línea convencional entre Lleida y Roda de Bará, y entre Córdoba y Antequera, consumían más energía por viajero que cuando lo hicieron por las líneas de alta velocidad (LAV) que sustituyeron dichos tramos (recuerdo: con los mismos trenes).
En ambos casos la distancia recorrida disminuye (tampoco mucho: un 3 y un 6%), pero lo que sí que lo hace es el consumo importado en pantógrafo: un 16 y un 8%, pese al aumento de la velocidad media: un 64 y un 78% y la reducción del tiempo en 20 y 32 minutos. Esto es debido a:

-Menor consumo de auxiliares (iluminación, aire acondicionado y técnicos, que supone hasta el 20 % del consumo) por la menor duración del viaje
-Alimentación eléctrica en corriente alterna y a mayores voltajes (25 kV CA sobre 3 kV CC), lo que también produce la
-Devolución a la red de la energía regenerada durante el frenado (el freno regenerativo consiste en invertir la polaridad de los motores, lo que les convierte en generadores cuando frenan) (entonces no había freno regenerativo, que ahora está empezando, en CC)
-Velocidades más homogéneas, con menores aceleraciones y frenadas (menos limitaciones y paradas)
-Mayor aprovechamiento de las plazas (2018: 36,4% en Cercanías, 27,6% en MD, 63,1% en resto de LD, que incluye Alvia, que sube la media, y 76,1 % en AV-LD)
-Menor resistencia mecánica (rueda/carril) en curva (hay menos, y son más amplias), y
-Menor distancia (generalmente)

Consumo por viajero y km según trenes, AV en España: líneas y trenes
Consumo TAV,, Comparación consumo TAV
Consumo tren convenciona, Comparación consumo TAV
Consumo diversos trenes, El TAV no es un depredador de energía, AG Álvarez

Hemos dicho que el consumo importado en pantógrafo había bajado un 16 y un 8%, pero más importante es el consumo medido “en barras de la central”; es decir, a la salida de la central generadora de electricidad. Las diferencias entre ambos consumos obedecen a dos causas: por una parte, en el transporte y la transformación de la tensión desde la central generadora al pantógrafo se producen pérdidas (lo que hace que el consumo en barras de la central sea mayor que en el pantógrafo); pero además el tren puede devolver energía de frenado a la red, lo que reduce la necesidad de producción de la central. El consumo en barras bajó nada menos que un 40 y un 27%.

Eficiencia en el transporte y en los motores, Ricard Riol Jurado

Procedencia de la energía primaria

Desde 2019 Renfe sólo adquiere (del Adif) electricidad renovable de origen certificado, con emisiones cero de CO2, destinada a la tracción eléctrica. Por eso en 2019 se redujo la Huella de Carbono por cada Unidad Transportada (tan solo generó 5,54 gr. de CO2), en un 88,3 % respecto a la existente en 1990 (47,26 gr.), año base del Protocolo de Kioto.
Renfe era el segundo consumidor final eléctrico de España (tras Alcoa; ahora… ) y el primer consumidor final de energía renovable de España, con un consumo de 2,46 TWh en 2019. Este consumo representa el 2,6% del total de la energía renovable eléctrica generada en nuestro país, ello permitirá la reducción más de 7 millones de toneladas de CO2 desde 2019 hasta 2030.
El Grupo Renfe consumió un total de 3.172 GWh en 2019 (712 de los cuales fueron con tracción diésel, lo que equivale a un 22%). Pero solo el 9,6% de las toneladas brutas.km transportadas por Renfe Viajeros tuvieron tracción diésel.
Adif Alta Velocidad contrató la energía eléctrica para los años 2021 y 2022 por un total de 490 M € (a 7,47 céntimos por kWh). El consumo anual estimado durante 2021 es de 3.157,6 GWh y de 3.401,1 GWh en 2022. Adif AV fue (en 2018) la primera entidad pública empresarial española en incorporar a sus licitaciones de suministro eléctrico criterios de abastecimiento de origen exclusivamente verde.

ICE: el protector climático más rápido de Alemania

La procedencia de la energía eléctrica en España en 2020 tuvo un origen libre de emisiones de CO2 en el 66,9% del total, el 43,6% fue renovable, 22,2% nuclear, 17,8% por ciclo combinado, 10,8% por cogeneración, 2% por carbón, 1,9% de otras y 1,7% por fuel.

Renfe consumos 2015-2019

Consumo comparado por modos

Pese a que los gráficos de Tesla (página 9), digan que la energía necesaria por viajero en tren es mayor que en automóvil de combustión (¡!), su fuente (Transport Energy Data Book) le contradice. En realidad Tesla hace gráficos engañosos (y es que algunos creen que el único sentido del hyperloop de Elon Musk es paralizar la construcción de LAV para vender más coches eléctricos) porque mide la energía por «viaje» y no por km, como en cualquier estudio serio; también es importante que se mida por viajeros.km y no por plazas.km, que no reflejarían la ocupación (los automóviles en ciudad llevan una media inferior a dos personas, pero tienen 5 plazas).

Transport Energy Data Book Consumo por modos (Viajeros en EEUU)

12 veces mayor consumo de energía por viajero y km en automóvil que en tren en ciudad:

Consumo por medios (Barcelona), Ricard Riol Jurado

7 veces mayor consumo de energía por viajero y km en avión que en TAV (y 4 en automóvil):

Consumo por medios (Alemania), Ricard Riol Jurado

Con la misma energía un viajero recorre 170 km en tren, 39 en automóvil o 20 en avión:

Eficiencia y energía por medios, (UIC)

Emisiones de gases de efecto invernadero por modos

Dichas emisiones no solo provocan contaminación atmosférica y el cambio climático, sino que también supondrán -antes o después- un coste económico de entre 30 y 120 € por tonelada que, desde el Protocolo de Kioto (1997), se deberían abonar en forma de impuestos y de «bonos de carbono» o derechos de emisión.
Mientras no se aplique que El que contamine, que pague, seguiremos sin ver reflejadas las emisiones en el precio del billete (ver último bloque).

Coste del CO2 x modos (2012)
Renfe emisiones 2015-2019 (Renfe)

Incluye las emisiones por la construcción de los vehículos:

CO2 por viajero LD, (Proyecto Tren 2020)
CO2 por viajero urbano (Proyecto Tren 2020))

Casi 4 veces más emisiones en automóvil y 6,7 veces más en avión:

Emisiones Madrid-Barcelona por modos
2011 Transport Energy Data Book ( Emisiones Viajeros en EE UU)
2011 Transport Energy Data Book ( Emisiones Mercancías en EE UU)

Costes externos

Congestión, accidentes, cambio climático, contaminación del aire y ruido son los principales costes externos del transporte. Todos los medios los causan en mayor o menor medida; pero los que los que cuestan menos, incluso reducen el total al provocar un cambio modal en el uso del transporte hacia modos menos costosos.
Por ejemplo: el transporte de mercancías en tren tiene unos costes externos (una media de 1,2 céntimos por t y km), pero ahorra costes netos al reducir los provocados por los camiones (4,3 céntimos por t y km) a los que sustituye: 3,1 céntimos por t y km, la diferencia entre ambos.

Costes externos por medio (UIC)

El avión tiene casi 3 veces más costes externos que el tren, y el automóvil 4,5 veces, sobre todo por los accidentes, aunque no han tenido en cuenta la congestión:

Costes externos según modos (Viajeros, incluye avión)

Aquí vemos lo importante que es la congestión (causante de más contaminación, más ruido y más consumo). El automóvil nos cuesta (aunque no se valora) 9 veces más que el TAV y 4,6 veces más que el tren convencional eléctrico. El TAV menos de la mitad que el tren convencional eléctrico y un tercio del coste del tren convencional diésel.

Costes externos por modos (Viajeros), UE

Según Transfesa, los costes externos del camión son 7 veces mayores a los del tren eléctrico, y consume y emite 5 veces más.

Costes externos por modos (Mercancías) , UE

Renfe cuantifica esos costes externos ahorrados (restando -a los causados- los ahorrados por el trasvase desde otros modos) según el Internalisation Measures and Policies for All External Costs of Transport –IMPACT, pero publica los datos con mucho retraso.
En 2019 el transporte de mercancías ahorró 350 M €, el aumento sobre 2017 fue debido al uso de electricidad 100% verde en el 76% de las toneladas brutas transportadas (15.269,4). El ahorro de AV-LD (Ave) es el mayor porque tiene más Viajeros.km que los Cercanías (10.267 MViaj.km por 8.048) y porque un 40% de sus Viajeros.km viene del avión, mientras que los Cercanías tienen a su favor la reducción de la congestión, y un 80% viene del automóvil.

Ahorro por costes externos Renfe

Por contra, el estudio de la AIReF sobre las infraestructuras de transporte (2020) dice que, según la CE, el ahorro en externalidades de los trenes de Cercanías es de 2,47 € por viajero, sin tener en cuenta los km recorridos: da igual 5 que 50 ¡Qué raro! Así que el total ahorrado en 2017 serían 1.031 M € (el doble de lo cuantificado por Renfe). Y eso contando los viajeros en Cercanías según Renfe (434,5 M), porque la AIReF (siempre tan espléndida con los Cercanías) dice que hubo 562,2 M en Renfe sin RAM (el total en España, contando FC autonómicos, fue de 558,4 M según el INE).
En cambio, para la alta velocidad (siempre tan crítica con ella) detalla las externalidades (según Handbook on the external costs of transport), pero no hace la cuenta de la diferencia entre las causadas y las ahorradas (de esta forma «nadie» se ha enterado); así que lo he tenido que calcular usando su informe, donde aparecen todas las cifras.

Costes externos 2018 según AIReF

También es mucho mayor que el estimado por Renfe. La diferencia entre Cercanías y Alta Velocidad es que, mientras que en la primera hace un cálculo que no tiene en cuenta los km, en el segundo su estudio es mucho más pormenorizado que el de Renfe, ya que la AIReF tiene en cuenta la procedencia de los viajeros en cada corredor, y Renfe calcula siempre lo mismo: 50% automóvil, 40% avión y 10% autocar. Quizás también tiene en cuenta el ahorro de tiempo y el aumento de la productividad.

Estos son los cálculos de Renfe sobre el ahorro producido por el cambio modal entre 1992 y 2016 (25 años):

Ahorros por sustitución modal 1992-2016 (Renfe)

Puesto que Adif Alta Velocidad tiene que financiarse en los mercados (y no a través de los Presupuestos Generales del Estado, como las autovías), lo hace a través de la emisión de bonos verdes, que certifican su carácter de infraestructura sostenible. Ha conseguido 2.400 M € desde 07/2017 a 01/2020 siendo galardonada por el OFISO (Observatorio de Financiación Sostenible).

Este cuadro forma parte de la documentación que Adif AV presenta a los inversores interesados en sus bonos verdes.

Ahorro en costes externos por LAV, Emisión bonos verdes 2017 Adif

El importe neto de los fondos obtenidos del primer Green Bond de ADIF-Alta Velocidad, se han aplicado íntegramente a la categoría de Proyectos Verdes Elegibles: “Inversiones relativas a nuevas líneas y extensiones de líneas existentes”, establecida en el Green Bond Framework.

¿Cuánto tardan en compensarse las emisiones por la construcción de una LAV?

Puede parecer que las enormes emisiones provocadas por la construcción de una LAV están infravaloradas en los siguientes gráficos, pero es que hay que tener en cuenta la amortización:

Amortización del inmovilizado material

  • La amortización de la infraestructura ferroviaria de alta velocidad se realiza -con carácter general- de forma creciente, en progresión geométrica del 3% anual, de acuerdo con los siguientes años de vida útil estimada:

Plataforma:

  • Movimiento de tierras 100
  • Obras de fábrica 100
  • Túneles y puentes 100
  • Drenajes 25
  • Cerramientos 50

Superestructura de vía: 30 – 60

Instalaciones eléctricas:

  • Línea aérea de contacto 20
  • Elementos de soporte de catenaria 60
  • Subestaciones eléctricas 60
  • Instalaciones de señalización, seguridad y comunicaciones 25

Edificios y otras construcciones: 50

Material móvil (de mantenimiento): 10 – 20

Amortización del resto del inmovilizado material:

El resto de los bienes de inmovilizado material se amortiza siguiendo el método lineal, de acuerdo con los siguientes años de vida útil estimada:
Edificios y construcciones: 50
Elementos de transporte: 10 – 30
Otras inmovilizaciones materiales: 5 – 40

Emisiones por viajero y km en varios servicios de TAV comparados con el mismo trayecto (Valence-Marsella) en automóvil, y en avión dentro de Europa.

Emisiones por uso y construcción, UIC

Mismo trayecto, otra fuente (SNCF), y mismos resultados:

Emisiones carbono-por-medios, Valence-Marsella

En Francia se toman el tema en serio, y se preocupan por explicarlo. Así, nos detallan que los trabajos de construcción civil de la LGV Rhin-Rhône (140 km, en servicio en 2011) produjeron 0,75 M t CO2 (cuentan hasta el consumo de los ordenadores para diseñar la LAV), y las emisiones de su construcción (y las de operación) se compensarán tras 12 años. La construcción más la operación durante 30 años generarán 1,9 M t (solo el 43% procede de la construcción en ese momento), lo mismo que una ciudad como Dijon (200.000 habitantes) durante un año.

Emisiones construcción LGV Rhin-Rhône

La LGV SEA (Tours-Burdeos, en 2017) compensará las emisiones de su construcción (un 26% inferiores a las previstas inicialmente) después de 9 años de servicio.

Emisiones construcción LGV SEA

La LGV GPSO (Burdeos-Suroeste, no iniciada) compensará las emisiones de su construcción tras 7 años de uso, ya que los procesos son cada vez más cuidadosos.
Las últimas LAV francesas han costado una media de 6.255 t CO2 por km (y 20,55 M € de inversión por km, contando los ramales de acceso, más baratos).

Emisiones de la construcción de LGV

Hay que equilibrar el tablero

Uso del suelo automóvil / TAV, (UIC)
Autovías y autopistas UE
Ingresos y costes por modos, UIC
Emisiones aviación nacional en UE 2017

Los vuelos nacionales están exentos del impuesto sobre hidrocarburos, un ahorro muy importante porque la energía supone el 30% de su coste de explotación. En cambio los usuarios del tren pagan los múltiples cargos relacionados con el sistema eléctrico: el impuesto de electricidad (5,11%), así como los costes de los derechos de emisión de CO2 que paga como electrointensivo; como estos costes se añaden a los de la electricidad, el usuario final paga también la energía sucia ¡Pese a que su consumo eléctrico es 100% renovable de origen certificado!
Los vuelos europeos, además, están exentos del IVA, que sí pagan los trenes internacionales en Alemania, Austria, Bélgica, Croacia, España, Grecia y Países Bajos.
Desde 2017 el tráfico de mercancías con locomotora eléctrica paga un canon adicional al Adif para el mantenimiento de las instalaciones eléctricas, que las diésel no pagan. Además, soporta el impuesto de electricidad y otros recargos en la factura eléctrica, mientras que el diésel no paga el impuesto de hidrocarburos. Los operadores privados alquilan locomotoras diésel porque -además- son más versátiles, así que Renfe las utiliza también en líneas electrificadas para poder competir en precio (la tracción diésel ha pasado del 19% en 2006 al 45,16% en 2018).
Según la CNMC, en 2029 los cánones ferroviarios supondrán en torno al 30% de los costes totales de los operadores de mercancías, frente al 2% actual, porque hasta ahora pagan un canon simbólico y, por normativa europea, deberán pagar por el desgaste causado.
Según Monitor Deloitte, la carga fiscal total anual de un camión en España es la menor de Europa (21.000/22.000 € al año) mientras que en el siguiente, Países Bajos, se eleva un 50% (30.000/31.000) y en Reino Unido es el doble (40.000/41.000 €).

Después debería afrontarse de una vez el principio de “quien contamina paga” y acabar con las subvenciones de las comunidades a los operadoras aéreas de bajo coste para que ocupen «algo» sus aeropuertos.

Ayudas a los operadores aéreos

El diésel tiene los días contados, y los grandes operadores ferroviarios (DB, Renfe, SNFC y Trenitalia), apoyados por sus respectivos gobiernos, ya han pactado la eliminación del gasóleo de sus flotas en 2035 (Inglaterra y Gales en 2040). Ven al hidrógeno como la gran alternativa a corto plazo en zonas de débil tráfico, y a las baterías como solución a largo.

¿Por qué se castiga a los operadores ferroviarios frente al avión? Porque, ahora mismo, se está beneficiando claramente a la aviación frente al tren, y lo primero exigible es que el terreno de juego esté nivelado y lo segundo: que el que contamine, pague.

Fuentes:

Renfe cuentas anuales 2019
El tren de alta velocidad no es un depredador de energía Alberto García Álvarez
Determinación de la velocidad óptima de los TAV para minimizar las emisiones Mª del Pilar Martín Cañizares
Más velocidad, menos consumo Vía Libre
Comparación de consumo y emisiones del TAV en comparación con otros modos Alberto García Álvarez
Consumo de energía y emisiones asociadas al transporte por FC Álvarez y Cañizares
Comparación de consumos y emisiones de medios públicos en Barcelona Ricard Riol Jurado
Informe anual bonos verdes Adif Alta Velocidad
Impacto estimado de la apertura de la LAV de Valencia Publico.es
Proyecto Tren 2020 CC OO, Greenpeace, WWF y PTP
Balance Económico: Fiscal, Social y Medio Ambiental del Sector del Transporte de Mercancías en España José Manuel Vassallo, Samir Awad
Eight charts show how ‘aggressive’ railway expansion could cut emissions CarbonBrief.org
HS2 will support the UK’s transition to a net zero carbon economy HS2.org
Carbon footprint of HST UIC
Energy Consumption and CO2 Emissions UIC
Internalisation of transport external costs CE
External Costs of Transport in Europe 2011 UIC

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