56-63_traccion electrica ok:Maquetación 1
26/2/09
17:05
Página 56
Comparación medioambiental entre la tracción eléctrica y la tracción diésel en el ferrocarril
Alberto García Álvarez
Ingeniero del ICAI, Promoción 1977. Doctor en C.C. Económicas y Empresariales y Licenciado en Derecho. Ha sido director de Operaciones del AVE (Renfe) y Director de Explotación del GIF. Es profesor de Economía y Explotación del Transporte y Coordinador del Master Universitario de Siste-
En el presente artículo se comparan la tracción diesel y la tracción eléctrica en el ferrocarril moderno desde el punto de vista del consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero. En el pasado, los criterios para tomar decisiones, como la de electrificar líneas, se apoyaban en prioridades económicas (básicamente comparando las inversiones con los diferenciales de costes de explotación) y las consideraciones ambientales se limitaban a la comparación de la cantidad de energía primaria empleada. En la actualidad hay que atender a otros criterios, como son las emisiones de gases de efecto invernadero o la contribución al agotamiento de los combustibles fósiles. Se concluye que, si bien en términos de energía primaria puede no haber grandes diferencias, sí las hay al comparar las emisiones de CO2 o el consumo de energías no renovables, singularmente de derivados del petróleo que han de ser importados por España.
mas Ferroviarios del ICAI. Dirige el “Grupo de estudios e investigación de energía y emisiones en el ferrocarril en la FFE” y varios proyectos de investigación en la materia.
Comentarios a:
[email protected] 56
El ferrocarril, en la actualidad, utiliza dos tipos de tracción: eléctrica y diesel que, respectivamente, emplean como vectores energéticos la electricidad y el gasóleo. En el pasado se han empleado otros tipos de tracción (vapor, motor de gasolina y turbina de gas), y es previsible que en el futuro se planteen tipos
anales de mecánica y electricidad / enero-febrero 2009
de tracción o vectores energéticos alternativos (biocombustibles, hidrógeno, etc). En el año 2007 los ferrocarriles españoles emplearon, para tracción y para servicios auxiliares de los trenes (aire acondicionado, iluminación, etc.) un total de 3.203 GWh de energía eléctrica (medidos a la salida de las
56-63_traccion electrica ok:Maquetación 1
26/2/09
centrales generadoras) y 108,4 millones de litros de gasóleo [1]. En este artículo se comparan las emisiones de gases de efecto invernadero y el consumo de energía (distinguiendo entre renovable y no renovable) de la tracción eléctrica y la diésel en España en el momento actual. Estos resultados, junto con otros efectos medioambientales (ruido, contaminación local, desechos de lubricantes), y consideraciones de tipo económico, podrían ser vir para orientar sobre las decisiones de electrificar o no las líneas ferroviarias. Al tratarse éste de un problema complejo (que en la actualidad ha desbordado los estudios clásicos), se ha preferido abordar únicamente una parte de la cuestión (la comparación de las emisiones de gases de efecto invernadero y de consumo de energía renovable y no renovable), dejando para un estudio posterior el análisis de la oportunidad de la electrificación desde un punto de vista más global. Muchos de los datos necesarios para realizar el estudio con el necesario rigor y con nivel de actualización proceden del Proyecto de investigación “EnerTrans” en el que se ha estudiado con detalle la cuestión del consumo de energía en el transpor te, y que ha contado con un amplio consorcio de entidades investigadoras1. La comparación entre ambos modos de tracción es interesante por cuanto el ferrocarril es, junto con el transporte por tubería, el único modo de transpor te que emplea masivamente energía eléctrica. De hecho, alrededor del 85,4% de las toneladas/km de Renfe se movieron con tracción eléctrica y menos del 15% con gasóleo. En el ferrocarril, a diferencia de la tubería, la electricidad convive con la tracción diesel. Por ello es posible plantearse (y, de hecho, se plantea con frecuencia) la comparación, desde diferentes puntos de vista, entre la tracción eléctrica y la diésel. Hay muchos tipos de servicios (cercanías, alta velocidad) en los que no hay lugar a la elección porque la tracción eléctrica resulta casi siempre imprescindible. Pero en otros muchos casos (servicios regionales, intercity o de mercancías) puede plantearse la disyuntiva. De hecho, mientras en la Europa
17:05
Página 57
continental predominan las líneas electrificadas, en Gran Bretaña y América la electrificación es una excepción. En este sentido, la experiencia del ferrocarril puede ser de interés para otros modos de transporte, lo que es relevante cuando se está planteando la hibridación de los automóviles como paso intermedio para el coche eléctrico conectado a redes eléctricas inteligentes.
Diferencias energéticas entre los dos tipos de tracción Los efectos negativos del uso de energía en el transpor te están descritos de forma genérica en la Monografía EnerTrans/2,“Usos de la energía en el transporte” [2]. En ella se recuerda que los efectos perjudiciales del consumo de energía por el sector de transporte proceden fundamentalmente de tres ámbitos: • Contribución al agotamiento de los combustibles fósiles (principalmente del petróleo, pero también del gas y del carbón), cuyas existencias son limitadas, y aunque el final de la extracción económicamente viable es desconocido, parece que se encuentra relativamente próximo en los casos del petróleo y del gas. • Contribución al cambio climático, como consecuencia de los procesos de combustión (y la subsiguiente emisión de gases de efecto invernadero asociados al consumo de energía y a las transformaciones previas necesarias). • Contribución a la contaminación local, tanto en lo que se refiere a la calidad del aire, como al ruido. Estos efectos son cualitativamente comunes a la tracción eléctrica y a la diésel, pero se trata de reflexionar sobre las diferencias que, en su cuantificación, hay entre uno y otro tipo de tracción. Las diferencias desde el punto de vista del consumo de energía y de las emisiones entre la tracción diésel y la eléctrica se concretan en tres aspectos: • Diferente cantidad de energía perdida en los procesos de transformación y transporte de la energía antes de llegar al vehículo y en los rendimientos del propio vehículo.
(1) El proyecto Enertrans (www.enertrans.es) se titula “Desarrollo de un modelo de cálculo y predicción de los consumos energéticos y emisiones del sistema de transporte que permita valorar la sensibilidad de los consumos a las decisiones de inversión en infraestructura y de política de transporte”. El autor de este artículo ha sido investigador principal y los trabajos se desarrollaron entre diciembre 2006 y diciembre 2008 con un presupuesto de 1.124.354 euros, contando con la ayuda del CEDEX (Código: PT-2006-006-01IASM). Participaron: la FFE, el IIT (UPComillas), Alsa-Enatcar, INSIA (UPM), U. Castilla-La Mancha, Fundación Agustín de Betancourt, Fundación UAM, y la Universidad de Oviedo.
Comparación medioambiental entre la tracción eléctrica y la tracción diésel en el ferrocarril
57
56-63_traccion electrica ok:Maquetación 1
26/2/09
17:05
Página 58
• Diferencias en el origen de la energía empleada, lo que se concreta en la posibilidad de utilizar energías renovables y sin emisiones de gases de efecto invernadero en la tracción eléctrica, pero no en la diésel. • Posibilidad de emplear el freno regenerativo en la tracción eléctrica, y por tanto, de reducir el consumo neto de energía y las emisiones. Seguidamente se analiza cada uno de estos aspectos por separado antes de presentar el resultado conjunto de los tres y las conclusiones del artículo. Pérdidas y emisiones en la transformación y transporte de la energía Para cuantificar las diferencias en las pérdidas, es útil volver a apoyarse en la citada Monografía [2] que describe el ciclo de la energía según el tipo de tracción, e incluye una explicación cualitativa de las pérdidas de energía y de las emisiones, habilitando para identificar cuáles son los factores que deben tenerse en cuenta en cada una de las comparaciones. Como resumen puede señalarse que las pérdidas y emisiones se producen (en ambos tipos de tracción) en dos fases: • En el propio vehículo, debidas a los rendimientos menores de la unidad de los motores, trasmisiones y equipos embarcados (pérdidas llamadas “tank to wheel” en el sentido de que se producen entre la entrada al vehículo –tanque de combustible– y sus ruedas). • Antes de llegar al vehículo, debidas a los procesos de extracción, transformación y transpor te de la energía desde las fuentes primarias hasta su uso en el vehículo.
Puede señalarse que estas pérdidas son, en cada uno de los bloques, muy diferentes según sea tracción diesel o eléctrica: mientras que en la tracción diésel las pérdidas en el vehículo son muy altas (y el rendimiento “tank to wheel”, por ello, es bajo), las pérdidas antes de llegar al vehículo son menores. En tracción eléctrica es exactamente al revés. Las pérdidas en el propio vehículo son relativamente bajas mientras que las pérdidas antes de llegar al vehículo son relativamente altas (lo que implica un bajo rendimiento “wheel to tank”). Las pérdidas totales y emisiones serán, para cada tipo de tracción, la suma de las que se producen en las dos fases, y seguidamente se trata de cuantificar cada una de ellas. • Pérdidas y emisiones en el vehículo. El rendimiento del vehículo es función del tipo de motor, de su forma de alimentación y de la potencia nominal de cada motor de tracción. Para la tracción eléctrica se emplean los rendimientos del vehículo motor ofrecidos en la monografía de Fco. Javier Olea para el proyecto ElecRail [3] y en la ponencia de José Antonio Jiménez de las “I Jornadas de Eficiencia Energética en el Ferrocarril” [4], ajustados con retoques obtenidos de medidas de Metro de Madrid y Renfe-Cercanías. Para la tracción eléctrica, se considera como rendimiento de la cadena de tracción el producto del rendimiento del transformador (en su caso), del convertidor, del motor y de las reductoras. Los valores obtenidos son los recogidos en la Tabla 1. Los rendimientos totales en el vehículo son algo más altos cuando la alimentación al
Tabla 1. Rendimientos de los vehículos de tracción eléctrica Electrificación en corriente continua Motor
Motor cc (500kW)
(Transformador)
Motor cc (1500kW)
Sincrono ac (500kW)
Sincrono ac (1500kW)
Asíncronos ac
Imanes perman.
1
1
1
1
1
1
Convertidor
0,98
0,98
0,98
0,98
0,98
0,98
Motor
0,915
0,935
0,93
0,945
0,95
0,98
Reductora (2 etapas)
0,98
0,98
0,98
0,98
0,98
0,98
0,8788
0,8980
0,8932
0,9076
0,9124
0,9412
Transformador
0,943
0,943
0,943
0,943
Convertidor
0,97
0,97
0,97
0,97
Motor
0,93
0,945
0,95
0,98
Reductora (2 etapas)
0,98
0,98
0,98
0,98
0,8337
0,8471
0,8516
0,8785
Rendimiento Total
Electrificación en corriente alterna
Rendimiento total
Cifras en kWhs/kWhe. Fuente: Olea Unamuno (2008) [3] y Jimenez Redondo (2006) [4]
58
anales de mecánica y electricidad / enero-febrero 2009
56-63_traccion electrica ok:Maquetación 1
26/2/09
mismo se efectúa en corriente continua (ya que se elimina la fase intermedia de transformación) y los rendimientos oscilan entre el 83% y el 94%, con un valor representativo para los trenes modernos del 87 %. Para la tracción diésel, el rendimiento de la cadena de tracción es el producto del rendimiento del motor diésel, de la transmisión y de las reductoras. Los datos de par tida se han tomado del trabajo “La tracción en los ferrocarriles españoles” de Justo Arenillas y José Luis López Gómez [5]. Se han ajustado para este análisis, aplicándose para los rendimientos de los motores eléctricos en la tracción diésel eléctrica los mismos valores que los adoptados para la tracción eléctrica. Los valores que se pueden suponer para cada uno de los diversos tipos de transmisión son los recogidos en la Tabla 2. Los valores del rendimiento nominal que se pueden obtener (aunque en este caso hay muchas más variaciones según el régimen de funcionamiento) oscilan entre el 30 y el 34% pudiendo adoptarse el 33% como un valor representativo de los trenes que se fabrican actualmente. • Pérdidas y emisiones antes del vehículo. Por lo que se refiere a la cuantificación de las pérdidas y emisiones antes de llegar al vehículo (“wheel to tank”) para el caso de la tracción eléctrica puede acudirse al trabajo
17:05
Página 59
de Pilo et. Al (2008) recogido en la Monografía EnerTrans/9, “Flujos de la energía de la electricidad para el transporte” [7] en la que se calculan los factores de emisiones y de pérdidas en la generación de electricidad (par ticularizados para el caso español), así como las pérdidas de energía en el transporte y distribución de electricidad según el nivel de tensión en que funcione el tren. Las pérdidas en el transpor te y transformación de la electricidad desde la salida de las centrales generadoras hasta la entrada al tren son las recogidas en la Tabla 3. Como puede observarse, para que llegue 1 kilovatio.hora al tren deben producirse entre 1,035 y 1,292 kilovatios.hora en las centrales de generación, con valor típico de 1,12 kWh/kWh. La producción de esa energía supone unas pérdidas que dependen del mix de generación de electricidad, que varía de un país a otro e incluso de un año a otro. En el caso de España, para el mix de generación del año 2006 eran necesarios 2,18 kWh primarios para producir 1 kWh de electricidad, pero tan solo 0,3 kWh eran procedentes del petróleo y 1,6 kWh/kWh eran de origen fósil. En lo que refiere a las emisiones de dióxido de carbono, las que se producen en el proceso de generación de electricidad fueron en 2006 de 330 gramos por kWh generado [5],
Tabla 2. Rendimientos de los vehículos de tracción diesel
Motor
Transmisión mecánica
Transmisión hidráulica
Transmisión eléctrica c.c.
Transmisión eléctrica c.c. 0,32 a 0,44
0,32 a 0,44
0,32 a 0,44
0,32 a 0,44
Transmisión
0,95
0,82
0,81
0,9
Reductor
0,98
0,98
0,98
0,98
Rendimiento total
0,31
0,33
0,30
0,34
Cifras en kWhs/kWhe. Fuente: Arenillas y López Gómez, 2007 [5]
Tabla 3. Pérdidas en transporte y transformación según tensión de alimentación Tensión de catenaria
Tensión acometida
Central gener./ entrada sistema ferroviario
Entrada sistema ferrovario / tren
Central generadora / entrada tren
2x25kV c.a.
400kV
1,0124
1,0224
1,0351
1x25kV c.a.
220kV
1,0226
1,0352
1,0586
3000V c.c. (Cercanías)
1kV < V < 36kV
1,0593
1,0557
1,1183
3000V CC (tráfico normal)
1kV < V < 36kV
1,0593
1,0596
1,1224
1500V CC
1kV < V < 36kV
1,0593
1,1006
1,1659
750V CC
1kV < V < 36kV
1,0593
1,1816
1,2517
600V CC
1kV < V < 36kV
1,0593
1,2200
1,2923
Cifras en kWh_salida_central/kWhentrada_subestacionotren. Fuente: Pilo et. al 2008 [7]
Comparación medioambiental entre la tracción eléctrica y la tracción diésel en el ferrocarril
59
56-63_traccion electrica ok:Maquetación 1
26/2/09
17:05
Página 60
Tabla 4. Cálculo de la energia primaria necesaria para la generación de electricidad a) Datos para el cálculo Carbón
CCTG
Fuel/Gas
Reg. Especial no renovable
Nuclear
Eólica
Hidráulica
Reg. Especial renovable
Pérdidas energía hasta la central
0,07
0,19
0,12
0,1
Rendimiento medio central
0,35
0,55
0,39
0,37
0,55
1
1
1
Peso en el mix de generación España 2006
0,269
0,224
0,023
0,077
0,216
0,087
0,088
0,016
b ) Resultados: Energía primaria para la generacion de electricidad kWh primarios (totales) por kWh de electricidad generado
2,185723448
De ellos:
– kWh primarios de origen fósil por kWh de electricidad generado
1,601996175
– kWh primarios petróleo por kWh de electricidad generado
0,294970201
Fuente: Pilo et. al 2008 [5]. Elaboración propia
si bien en otros países con mayor producción de electricidad con energías renovables y nuclear los valores son menores. Así, en Francia son del orden de 69 g/kWh, y en países como Suiza o Suecia son casi nulas. En tracción diésel la referencia será la Monografía EnerTrans/8, de López Martínez et. al (2008) “Flujos del petróleo y del gas natural para el transporte” [6] en la que se presentan los factores de emisión del gasóleo (y de otros combustibles derivados del petróleo y del gas) así como las pérdidas de energía que se producen antes de llegar al vehículo particularizadas para el caso español. Convirtiendo los datos que ofrece el citado trabajo de MJ a kWh, resulta que por cada kilovatio.hora de gasóleo suministrado al vehículo (1 litro equivale, aproximadamente a 10,2 kWh) se producen unas pérdidas de 0,179 kWh desde el pozo de petróleo (la mayor parte de las cuales se producen en la transformación en la refinería) y se emiten 52,49 gramos de dióxido de carbono. Debe también tenerse en cuenta que en la combustión en el propio vehículo se producen unas emisiones de 2,66 kilogramos de dióxido de carbono por litro de gasóleo suministrado al mismo, lo que equivale a 261 gCO 2/kWh a la entrada del vehículo y, de acuerdo con los rendimientos expuestos, del Tabla 5. Pérdidas y emisiones en la cadena de gasóleo Pérdidas energía kWh/kWh
Emisiones gCO2/kWh
Extracción
Fase
0,0290
13,68
Transporte tubería
0,0030
0,76
Transporte marítimo
0,0080
3,56 30,82
Transformación
0,1220
Transporte y distribución en España
0,0170
3,67
Total
0,1790
52,4880
Fuente: López Martinez,J. M. et al. (2008, ME/8) [6]
60
anales de mecánica y electricidad / enero-febrero 2009
orden de 783 gramos de CO2/ kWhfinal. A ello hay que sumar los valores indicados por las pérdidas “wheel to tank”. • Pérdidas y emisiones totales. Para mover un tren (a una velocidad, en un perfil de vía y con unas paradas predeterminadas) a lo largo de una determinada distancia es preciso emplear en la llanta de la locomotora una cantidad de energía mecánica que es independiente de si el tren es de tracción eléctrica o es de tracción diésel. Las diferencias entre uno y otro tipo de tracción aparecen “aguas arriba”, en la transformación de energía en el propio vehículo y antes de llegar al vehículo. Por ello, es necesario conocer, para cada kilovatio.hora consumido en llantas, cuántos kWh primarios (y su origen) deben emplearse en tracción eléctrica y cuántos en tracción diésel. Combinando los datos de las pérdidas y emisiones en las dos fases y en cada uno de los dos tipos de tracción, puede observase que si se analiza el rendimiento total de la tracción eléctrica en comparación con la tracción diésel (entendiendo por tal la energía final necesaria para mover el vehículo comparado con la energía primaria total empleada) la tracción eléctrica necesita menos energía primaria, pero la diferencia no es muy grande, especialmente en el caso de rendimientos bajos. Para la tracción diesel se requieren entre 3,55 y 3,68 kWh primarios para proporcionar 1 kWh en llanta (3,61 kWh/kWh es un valor que puede suponerse como representativo), mientras que en tracción eléctrica se precisan entre 2,40 y 3,32 kWh primarios/kWh final con un valor representativo de 2,68 kWh/kWh. Es decir, la energía eléctrica requiere entre un 6,7% y un 34,7% menos de energía primaria, con un valor representativo de un 25,8% menos.
Figura 1. Comparación de la energía primaria necesaria para 1 kWh de energía final en varios tipos de tracción y motores Energía primaria según tipo de tracción kWh primarios/kWh final
4 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5
C O N
EL T. EC 60 0V T. M SI EL N EC 30 T. 00 M V AS EL IN EC .3 00 T. 0V M AS IN .2 EL x2 EC 5 kV T. M IP. 2x 25 D IE kV SE SL .M D EC IE AN SE SL . .H ID RA U D L. IE SE SL .E LE C T.
0
kWh perdidos en vehículo/kWh final kWh perdidos en red/kWh final kWh perdidos en transformación/kWh final
Figura 2. Comparación de la energía primaria (total y de origen fósil) y las emisiones de gei según tipo de tracción y de motor. Puede observarse cómo en la energía de origen fósil y en las emisiones las diferencias entre los dos tipos de tracción se acentúan Energía primaria de origen fósil y emisiones según tipo de tracción 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 C O N EL T. EC 60 0V T. M S EL IN EC 30 T. 00 M V AS EL IN EC .3 00 T. 0V M AS IN . 2x EL 25 EC kV T. M IP. 2x 25 D IE kV SE SL .M D EC IE AN SE SL . .H ID RA U D L. IE SE SL .E LE C T.
La recuperación de la energía del frenado Una diferencia fundamental entre la tracción eléctrica y la diésel es que en la primera es posible (incluso frecuente) recuperar la energía de freno de los trenes que puede convertirse en la energía potencial y cinética en energía eléctrica. Esta energía regenerada puede ser aprovechada por el propio tren para sus servicios auxiliares y también puede ser devuelta a la catenaria y utilizada por otros trenes o por otras instalaciones. Si no existen en el mismo momento (y en las proximidades) otros consumidores, puede ser incluso devuelta a la red pública. En los casos en los que nada de lo anterior sea posible, esta energía se disipa en unas resistencias embarcadas en el llamado “freno reostático”. Una muestra de la importancia de la regeneración la encontramos en la Nota Técnica/4 [1] del proyecto “ElecRail” donde se realiza un “inventario de los consumos de energía de los trenes en España”. Según el mismo, a las subestaciones del ferrocarril llegan 3.067 GWh al año; y tras descontar las pérdidas en la catenaria, a los trenes llegan 2.888 GWh; que, unidos a los 577 GWh
Página 61
EL EC T. M
Pero el consumo de energía primaria ha dejado de ser el indicador más relevante. Lo verdaderamente relevante del uso de la energía es la contribución al agotamiento de las fuentes fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero. Si se analiza el consumo de energía primaria de origen fósil en la tracción diésel, ésta tiene los mismos valores anteriores, pero la diferencia es mayor con la tracción eléctrica, ya que la tracción eléctrica requiere en tren un 32% y un 52% menos de energía de origen fósil, con un valor que podemos retener como representativo de un 45% menos. Por lo que se refiere a las emisiones de CO2 ocurre algo parecido, ya que la totalidad del combustible del tren diesel produce emisiones de gases de efecto invernadero, y solo una par te de los combustibles que se emplean en la generación de electricidad tienen tal efecto. Por ello, las emisiones de GEI en el caso de la tracción diésel están entre 972 y 1.008 gCO2/kWfinal (con un valor típico de 990 gCO2/kWhfinal), mientras que en tracción eléctrica están entre 362 y 485 gCO2/kWhfinal con un valor representativo de 405 kgCO 2 /kWh final, es decir, un 59 % menos que en la tracción diésel.
17:05
kWhp o Hg CO2
26/2/09
EL EC T. M
56-63_traccion electrica ok:Maquetación 1
Energía primaria (kWhp/kWhfinal) Energia primaria origen fósil (kWhpfósil/kWfinal) Emisiones C02/kWhfinal)
procedentes del frenado de otros trenes, suman la energía medida consumida por los trenes de unos 3.465 GWh al año. De la energía que reciben los trenes, sólo el 63% se emplea para vencer las diversas resistencias al avance, para subvenir las pérdidas Comparación medioambiental entre la tracción eléctrica y la tracción diésel en el ferrocarril
61
56-63_traccion electrica ok:Maquetación 1
26/2/09
17:05
Página 62
Figura 3. La regeneración de energía de frenado en la tracción eléctrica (algo más del 16% en la actualidad y puede llegar al 35%) reduce el consumo de energía fósil y las emisiones Energía primaria fosil y emisiones segun tipo de tracción considerando la regeneración
EL T. EC 60 0V T. M SI EL N EC 30 T. 00 M V AS EL IN EC .3 0 T. 00 M V AS IN .2 EL x2 EC 5 kV T. M IP. 2x 25 D IE kV SE SL .M D EC IE AN SE SL . .H ID RA U D L. IE SE SL .E LE C T.
EL EC T. M
C O N
kWhp o Hg CO2
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Energía primaria con regeneración Emisiones HgCO2/kWh final con regeneración
en el motor y en la cadena de tracción, así como para alimentar los servicios auxiliares y pérdidas en los frenos de fricción. El 37% restante (1.283 GWh al año), corresponde a energía generada por el freno eléctrico. Sin embargo, como algunos vehículos carecen de freno regenerativo, esta energía es disipada en el freno reostático de estos trenes, lo que representa una cuantía de unos 147 GWh año. El resto de la energía es “puesta a disposición” por el tren. Puede ocurrir que otros trenes que estén consumiendo en el mismo momento la aprovechen, motivo por el cual se reutilizan los ya citados 577 GWh (una vez deducidas las pérdidas). La parte que otros trenes no aprovechan puede devolverse a la red pública (de hecho, en España se devuelven 76 GWh al año) o bien se quema en el freno reostático, ya que al generarse en continua y no ser reversibles las subestaciones rectificadoras, no se puede devolver a la red pública. De estos datos podemos estimar que la tracción eléctrica en España hoy permite aprovechar un 16,6% de la energía que entra a los trenes, y si todos los trenes tuvieran freno regenerativo y además se devolviera a la red la totalidad de la energía regenerada no empleada, la cuantía subiría hasta el 35,7%. Desde luego, en tracción diesel podría aprovecharse una parte de la energía de frenado acumulándola en baterías (algunas locomotoras en EE UU ya lo hacen) o bien 62
anales de mecánica y electricidad / enero-febrero 2009
devolviéndola a la red en tramos con catenaria (López Gómez [8] ha estimado que ello permitirá pasar el rendimiento equivalente conjunto de una máquina diésel-eléctrica del 32,6% al 36,55%). De cualquier forma, las cantidades de energía que se puede recuperar son mucho mayores en tracción eléctrica y además en este tipo de tracción también podrían conseguirse mejoras adicionales, por ejemplo, con acumulación embarcada.
Tratamiento fiscal y regulatorio El tratamiento regulatorio y fiscal de la tracción eléctrica es menos favorable que el de la diésel: • El tren eléctrico (incluido el Metro y el tranvía) soporta el Impuesto de Electricidad; mientras que el tren diésel (como el avión) está exento del equivalente Impuesto de Hidrocarburos. • El tren eléctrico sopor ta el coste de los derechos de emisión de CO 2 correspondientes a las (menores) emisiones que se producen en la generación de electricidad; mientras que el tren de tracción diesel (como los coches, autobuses y la aviación) están excluidos del pago de las (mayores) emisiones de CO2 que producen. • El ferrocarril eléctrico no recibe remuneración alguna por la energía que, procedente del freno regenerativo, devuelve a la red eléctrica pública y que es aprovechada por otros usuarios (77 GWh en 2008)[1]. Resulta de evidente interés resolver estas anomalías. Para ello, por ejemplo, debería: a) suprimirse el Impuesto de Electricidad para la tracción eléctrica; b) compensarse al ferrocarril eléctrico por los derechos de emisión de CO2 que paga (hasta que paguen también otros modos de transporte y tipos de tracción “competidores”); y c) remunerar adecuadamente la eléctrica devuelta a la red eléctrica pública (el Ministro de Industria español anunció, en verano de 2008, la intención de hacerlo). Estas medidas contribuirían a trasvasar tráficos al ferrocarril eléctrico; estimular la electrificación de líneas; reducir las circulaciones con máquinas diésel bajo catenaria; aumentar el número de trenes con freno regenerativo; e instalar subestaciones reversibles en la líneas de corriente continua. Todo ello se traducirá en una reducción del consumo de energías no renovables y de las emisiones de gases de efecto invernadero del ferrocarril y del conjunto del sistema de transporte.
26/2/09
Conclusiones De lo expuesto, pueden extraerse las siguientes conclusiones: 1. En la actualidad existe una notable ventaja en la tracción eléctrica frente a la tracción diesel (además de por la deslocalización de los ruidos y emisiones de efecto local) porque la tracción eléctrica requiere, para el mismo servicio, menos energía primaria (del orden del 25% menos), menos energía procedente de fuentes fósiles y por tanto no renovables (del orden de 45% menos) y menos emisiones de gases de efecto invernadero (alrededor de un 59% menos). 2. Las emisiones y el consumo de energía primaria y fósil de la tracción diesel son bastante estables en el tiempo y uniformes entre los diversos países. No ocurre así en el caso de la electricidad, donde el mix de generación, varía de unos países a otros y de unos años. En cualquier caso, destacan los buenos resultados de la tracción eléctrica mencionados para el caso de España, que es uno de los países que tiene un mix más desfavorable. 3. La diferencia entre tracción eléctrica y diésel tenderá a aumentar aún más favor de la electricidad en la medida en que vaya cambiando el mix de generación hacia fuentes renovables y con menos emisiones de gases de efecto invernadero. 4. La posibilidad de emplear freno eléctrico regenerativo reduce de forma significativa (entre un 17 y un 36%) el consumo neto de energía (y por tanto las emisiones) en la tracción eléctrica. 5. Pese a la ventajas anteriores, el tratamiento regulatorio y fiscal de la tracción eléctrica es menos favorable que el de la diésel (paga Impuesto de Electricidad, derechos de emisión de CO2 correspondientes a la generación de electricidad y no recibe remuneración alguna por la energía devuelta a la red pública). La corrección de estas anomalías enviando señales adecuadas a los operadores, podría contribuir a estimular la electrificación de líneas, a aumentar el peso del freno regenerativo y la cantidad de energía recuperada.Todo ello tendrá un efecto favorable en orden a reducir el consumo de energías no renovables y las emisiones de gases de efecto invernadero por el ferrocarril y el conjunto del sistema de transporte. 6. No conviene olvidar que los valores indicados son medias representativas de la situación actual, y se presentan para ayudar a cuantificar las diferencias entre ambos tipos de tracción, pero de ellos no se puede sacar
17:05
Página 63
Foto: Gonzalo Rubio García.
56-63_traccion electrica ok:Maquetación 1
Tren Talgo Lisboa-Madrid remolcado por máquina diesel 333.400 en un tramo electrificado cerca de Madrid.
conclusiones de validez universal. Cada caso requiere un estudio específico. En este sentido, por ejemplo, el uso de grandes cantidades adicionales de energía eléctrica no debería analizarse por los valores medios de emisiones y de energía primaria, sino por los valores marginales.
Agradecimientos El autor quiere agradecer su colaboración y contribuciones a los equipos de los proyectos EnerTrans y ElecRail, a los miembros del Grupo de estudios e investigación de energía y emisiones del ferrocarril (singularmente a Pilar Mar tín Cañizares y Estefanía Sánchez) y a Alberto García Crespo por sus contribuciones en la revisión. Referencias
[1] García Álvarez,A. (2008): “Inventario de consumos de energía del ferrocarril en España”, Notas Técnicas ElecRail/4. Ed.: Fundación de los Ferrocarriles Españoles.Versión 4 de octubre de 2008. [2] García Álvarez,A. y Martín Cañizares M. del P. (2008): “Usos de la energía en el transporte”, Monografías EnerTrans/2. [3] Olea Unamuno, F.J. (2008): Rendimientos de la tracción eléctrica. Monografías ElecRail/3. [4] Jiménez Redondo. J.A. (2006): Diseño de la Cadena de tracción eléctrica. Ponencia presentada en las “I Jornadas de Eficiencia Energética en el Ferrocarril (FFE)”, Madrid, 2006. [5] Arenillas, J. y López Gómez, J.L. (2007) “La tracción en los ferrocarriles españoles. La tracción diésel”. Ed.:Vía Libre, FFE. [6] López Martínez J.M., Sánchez Alejo, J. Gómez,A., Fernández,A.(2008): “Flujos del petróleo y del gas natural para el transporte”, Monografías EnerTrans/8. [7] Pilo de la Fuente, E., Pérez Arriaga, J.I., López Hierro Ausín, I., Jiménez Octavio, J. (2008): “Flujos de la energía de la electricidad para el transporte”. Monografía EnerTrans9. [8] López Gómez, J.L. (2006):“Diseño de la cadena de tracción diésel”. Ponencia presentada en las “I Jornadas de Eficiencia Energética en el Ferrocarril (FFE)”, Madrid, 2006.
Comparación medioambiental entre la tracción eléctrica y la tracción diésel en el ferrocarril
63