Điện so với Diesel

Tàu điện không phải chịu các tải trọng hao phí của động cơ, bộ truyền tải cơ năng và nhiên liệu tuy nhiên cũng bù vào tải trọng các thiết bị điện trên tàu.

Phanh tái sinh tạo ngược lại dòng điện lên mạng lưới để có thể dùng được vào mục đích khác. Điều này đặc biệt hữu ích khi ở các vùng núi, các tàu điện khi đổ đèo sẽ tận dụng được thế năng lớn để tạo thành điện năng, tránh hao phí.

Các trạm cấp điện tập trung thực tế sẽ có hiệu suất cao hơn các đầu máy di động gắn trên từng tàu diesel thông thường. Trong điều kiện làm việc thông thường, hiệu suất động cơ điện và diesel khá ngang nhau,[15] tuy nhiên động cơ diesel có hiệu suất thấp khi không cần hoặc cần ít lực đẩy (khi chạy đà hoặc khi dừng đỗ ngắn hạn)[16] trong khi với động cơ điện, nó có thể dễ dàng hạ hoặc dừng động cơ (chỉ chạy đà) để tiết kiệm năng lượng, và do đó tăng hiệu suất. Đương nhiên, các tàu điện vẫn phải duy trì các thiết bị làm mát trong lúc đó (cũng tiêu tốn năng lượng, nhưng ít hơn nhiều so với công suất động cơ thông thường)

Các động cơ sử dụng nhiên liệu hóa thạch kích thước lớn thường có hiệu suất cao,[17][18] và cũng có thể tận dụng để sưởi ấm hoặc làm lạnh không khí trên tàu.

Khi sử dụng điện, có thể dùng các nguồn năng lượng vốn không phù hợp cho mục đích di động, chẳng hạn như năng lượng hạt nhân, năng lượng tái tao như thủy điện, điện gió. Theo thống kê dự trữ năng lượng được chấp nhận rộng rãi toàn cầu,[19] trữ lượng nhiên liệu lỏng ít hơn nhiều so với khí đốt và than đá (tương ứng là 42, 167 và 416 năm). Hầu hết các quốc gia có mạng lưới đường sắt lớn không có trữ lượng dầu đáng kể, như Mỹ và Anh, đã cạn kiệt phần lớn trữ lượng và sản lượng dầu sụt giảm trong nhiều thập kỷ. Do đó, những nước này cũng có một động lực kinh tế mạnh mẽ để thay thế các nhiên liệu khác ngoài dầu. Điện khí hóa đường sắt thường được coi là một con đường quan trọng để hướng tới việc cái cách lại mô hình tiêu dùng.[20] Tuy nhiên, không có nghiên cứu đáng tin cậy, được đánh giá ngang hàng nào có sẵn, mặc dù có những nghiên cứu chưa được dịch của Liên Xô từ những năm 1980.

Điện xoay chiều với điện một chiều

Các hệ thống điện khí hóa hiện đại lấy năng lượng xoay chiều từ lưới điện được đưa đến đầu máy và chuyển đổi thành điện áp một chiều để sử dụng cho động cơ kéo. Các động cơ này có thể là động cơ một chiều sử dụng trực tiếp điện một chiều hoặc chúng có thể là động cơ xoay chiều 3 pha cần bộ chuyển đổi từ một chiều sang xoay chiều 3 pha (sử dụng điện tử công suất). Do đó cả hai hệ thống đều phải đối mặt với cùng một nhiệm vụ: chuyển đổi và vận chuyển điện xoay chiều cao áp từ lưới điện sang điện một chiều hạ áp trong đầu máy. Sự khác biệt giữa hệ thống tàu chạy điện xoay chiều và một chiều nằm ở chỗ điện xoay chiều được chuyển đổi thành điện một chiều: tại các trạm biến áp hoặc trên tàu. Hiệu quả năng lượng và chi phí cơ sở hạ tầng xác định sẽ quyết định loại nào trong số này được sử dụng, mặc dù điều này thường được cố định do các hệ thống điện khí hóa đã có từ trước. Cả quá trình truyền và chuyển đổi năng lượng điện đều liên quan đến tổn thất: tổn thất trong dây dẫn và thiết bị điện tử công suất, tổn thất từ ​​trường trong máy biến áp và làm trơn cuộn kháng (cuộn cảm).[21] Việc chuyển đổi nguồn cho hệ thống một chiều chủ yếu diễn ra trong một trạm biến áp đường sắt nơi có thể sử dụng các thiết bị lớn, nặng và hiệu quả hơn so với hệ thống xoay chiều, nơi chuyển đổi diễn ra trong đầu máy có không gian bị hạn chế và tổn thất cao hơn đáng kể.[22] Ngoài ra, năng lượng được sử dụng để thổi không khí làm mát máy biến áp, thiết bị điện tử công suất (bao gồm cả bộ chỉnh lưu) và phần cứng chuyển đổi khác phải được tính đến.