Metodología para la estimación de la combinación de velocidades máximas que permiten alcanzar el tiempo de viaje comercialmente requerido en una infraestructura ferroviaria
Authors:   , González Franco Ignacio 
Published: September 2023

Over the past 30 years, high speed railway in Europe has experienced a great development due to, among other things, the reduction of travel times, the increase of frequency and the continuous improvement of service quality. However, the construction of a new high speed railway infrastructure requires an enormous mobilization of resources, has a long lifetime but the alternative uses of this huge investment are very few. Consequently, this kind of investment is always preceded by a rigorous analysis in order to ensure the best possible result.
In an analysis of these characteristics, there are different variables that have an influence on costs and benefits that a high speed line could generate and, therefore, it can be asserted that there are certain railway parameters with direct impact on the profitability of a high speed line. Among them, maximum design speed of a high speed line can be highlighted; speed plays a crucial role in a framework in which the efficiency and the social benefit are essential. The design speed has an impact on the profitability and, especially, on the economic and financial Net Present Value (NPV) of a high speed line; for example, a higher design speed implies higher investment costs (this impact is different depending on the type of terrain) and, sometimes, implies greater maintenance costs, but also brings journey time reductions and, consequently, an increase in the number of passengers that implies an increase in revenues and time savings. Besides, design speed has a direct impact on the exploitation costs of the railway undertakings.
In short, the effects of the speed on the profitability are countless and complex. However, this parameter is usually a default parameter; usually it has been previously established (pre-determined) to an economic appraisal. Actually, if we analyse real experiences, real high speed lines currently in service or under construction, maximum design speed is essentially the same all over the European high speed networks (350 km/h), although it hasn¿t been found out a solid reason behind this pre-determined speed.
This problem becomes more complex when the line is considered as a set of shorter sections. If each one of these sections is assigned a maximum design speed, it will arise many maximum speeds combinations per line, therefore, there is no longer a single speed, but now there is a combination of maximum speeds. Each combination of maximum speeds entails different investment cost, thereby, there will be multiple investment costs per line and, therefore, different economic and financial profitability in a single project as it is a railway infrastructure.
At this point, this study develops a methodology capable of obtaining the maximum design speeds combination that allows to obtain the maximum incomes with the minimal cost, which implies to achieve the maximum profitability of a high speed line. In short, it will be developed and defined a methodology which determines the combination of maximum speeds that obtains the best results in terms of social-economic benefit (greater social-economic NPV) taking into account certain limitations (financial profitability and investment cost restrictions).
The methodology proposed is applied in a theoretical scenario which corresponds to the Madrid-Valencia high speed line with a single route. The objective is to determine the economic and financial profitability of the scenario proposed, considering a new railway layout and different to the one nowadays exists. This economic and financial analysis is assessed for four different ticket prices, allowing not only to determine the combination of maximum speeds that obtains the maximum profitability of the line, but also allows to know the effect of the ticket price paid by the travellers on the economic and financial profitability.
En los últimos 20 años, el sistema ferroviario de alta velocidad en Europa ha sufrido un gran desarrollo, debido entre otras cosas, a la reducción de tiempos de viaje, al incremento en las frecuencias y a la mejora en la calidad del servicio. Sin embargo, la construcción de una nueva infraestructura ferroviaria requiere una ingente movilización de recursos, tiene una vida útil muy larga y son pocos los posibles usos alternativos de la inversión realizada. No debe extrañar por ello que cualquier inversión de este tipo esté siempre precedida de un análisis minucioso con el fin de asegurar el mejor resultado posible. Dentro de un análisis de estas características, existen diferentes parámetros que influyen en los costes y los beneficios atribuibles a una línea de alta velocidad y, por lo tanto, puede decirse que existen determinados parámetros que influyen en su rentabilidad. Entre todos ellos, se destaca la velocidad máxima de diseño; la velocidad (en todas sus posibles acepciones) juega un papel muy importante en un escenario de eficiencia, es una pieza básica en la rentabilidad socio-económica de una infraestructura ferroviaria. La velocidad de diseño influyen en la rentabilidad y en concreto en el VAN socio-económico y financiero de una línea de múltiples formas: por ejemplo, una velocidad de diseño mayor supone costes mayores de inversión (con incidencia diferente según el tipo de terreno) y, en ocasiones, mayores costes de mantenimiento, pero también reduce el tiempo de viaje y, como consecuencia, generalmente implica un incremento en el número de viajeros dispuestos a viajar (mayor atractivo), lo que supone mayores ingresos y ahorros de tiempo. Además tienen un efecto directo sobre los costes de explotación del operador de transporte. En suma, los efectos de la velocidad sobre la rentabilidad son muy numerosos y complejos. Sin embargo, este parámetro, generalmente se predetermina, es decir, suele estar definido con anterioridad a la evaluación socio-económica de la línea. La velocidad máxima de diseño es prácticamente la misma a lo largo de toda la red de alta velocidad europea (350 km/h), lo que no ofrece, sin embargo, la información de si otras decisiones previas (otras velocidades máximas de diseño) conducirían a un mejor resultado. Este problema toma mayor grado de complejidad cuando se considera la línea (trazado) como un conjunto de tramos más pequeños. Si a cada uno de estos tramos se le asigna una velocidad máxima de diseño, aparecerán múltiples combinaciones de velocidades máximas por línea, por lo tanto, ya no se dispone de una única velocidad sino que se dispone de una combinación de velocidades. Cada combinación de velocidades máximas supondrá un coste de inversión diferente, por lo que existirán múltiples costes por cada trazado y, como consecuencia, diferentes rentabilidades. Ante esta situación compleja, se plantea una metodología capaz de determinar la combinación de velocidades máximas que permite obtener los máximos retornos con los mínimos costes. En definitiva, se desarrollará y definirá una metodología capaz de determinar la combinación de velocidades máximas que obtenga mejores resultados en términos socio-económicos (mayor VAN socio-económico) sujetos a las restricciones que se determinen (limitación de la rentabilidad financiera y de los coste de inversión). La metodología propuesta se aplica en un escenario teórico que corresponde a la línea Madrid-Valencia con una única ruta. El objetivo consiste en estimar la rentabilidad económica y financiera del conjunto para la ruta Madrid-Valencia, considerando un trazado nuevo y diferente al que hoy en día existe. Este análisis económico y financiero se realiza para cuatro precios de billete diferentes, lo que permite no solo determinar el cuadro de velocidades máximas que obtiene la máxima rentabilidad de la línea sino que también permite conocer el efecto del precio del billete pagado por los viajeros en la rentabilidad del proyecto.