El vehículo eléctrico y su infraestructura de carga
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El vehículo eléctrico y su infraestructura de carga
Primera edición, enero 2013
© 2013 Eva Molero Piñeiro, Ana Pozo Ruz
© MARCOMBO S.A., 2013
“Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra sólo puede ser realizada con la autorización de sus titulares, salvo excepción prevista por la ley. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos, www.cedro.org) si necesita fotocopiar o escanear algún fragmento de esta obra”.
ISBN: 978-84-267-2018-4
ÍNDICE GENERAL
Lista de símbolos
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
1.1 Introducción
1.2 Objetivo y estructura del libro El vehículo eléctrico y su infraestructura de carga
CAPÍTULO 2. SITUACIÓN GENERAL DE LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS
2.1 El vehículo eléctrico
2.1.1 Historia y desarrollo de los vehículos eléctricos
2.1.2 Necesidad de los vehículos eléctricos
2.2 Tipos de vehículos eléctricos
2.2.1 Clasificación y descripción de los vehículos eléctricos
2.2.2 Parámetros a analizar en los vehículos eléctricos
2.3 Vehículos propulsados por hidrógeno
2.4 Futuro de los vehículos eléctricos
CAPÍTULO 3. TECNOLOGÍAS DE CONEXIÓN
3.1 Integración a la Red de los vehículos híbridos enchufables
3.1.1 Sistemas de carga
3.1.2 Normativa en España
3.1.3 Estrategia Integral para el Impulso del vehículo eléctrico
3.1.4 Plan de Acción 2010-2012
3.2 Proyectos propuestos para fomentar la movilidad eléctrica
3.2.1 Proyectos internacionales
3.2.2 Proyectos en España.
3.3 Visión general de estándares internacionales de conectores para la conexión de vehículos eléctricos
3.3.1 Comités a cargo
3.3.2 Modos de carga
3.3.3 Niveles de carga
3.4 Carga inductiva sin contactos
3.4.1 Los sistemas de carga inductiva sin contactos estacionarios
3.4.2 Sistemas de carga inductivos aplicados a los vehículos eléctricos
CAPÍTULO 4. TECNOLOGÍAS DE LAS BATERÍAS
4.1 Situación actual de las baterías para vehículos eléctricos y almacenamientos de energía estacionarios
4.1.1 Tipos de baterías
4.2 Barreras tecnológicas de las baterías para vehículos eléctricos
4.2.1 Principales barreras según el tipo de batería
4.2.2 Las baterías Litio Ion
4.3 Estrategias de carga y control: Sistemas de gestión de baterías
4.3.1 Métodos de carga
4.3.2 Limitación de la temperatura
4.3.3 Requerimientos de seguridad de las baterías
4.4 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos
4.4.1 Escenarios a estudio
4.4.2 Tecnologías de recarga
4.4.3 Estándares de recarga
4.4.4 Cabinas
4.4.5 Convertidores de potencia
4.5 Almacenamiento de energía
4.5.1 Sistemas de almacenamiento
4.5.2 Perspectivas de los operadores
CAPÍTULO 5. SMART GRIDS
5.1 Introducción
5.2 Definición de las Smart Grids
5.3 El origen de las Smart Grids
5.3.1 El concepto de las microrredes
5.3.2 La reducción de CO2 mediante el uso de las Smart Grids
5.4 Barreras tecnológicas de las Smart Grids
5.5 Visión general de las Smart Grids en el mundo
5.6 Smart metering
5.6.1 Tecnologías de comunicación
5.6.2 Gestión de la energía en los hogares
5.7 Situación energética en España
5.7.1 Proyectos de Smart Grids en España
5.8 Vehículos eléctricos y Smart Grids
ANEXO I. LISTADO DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS PRESENTES EN EL MERCADO
ANEXO II. LISTADO DE POSTES DE RECARGA
ANEXO III. NORMATIVA RELACIONADA CON LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS
ANEXO IV. CATÁLOGO DE PROYECTOS PARA EL DESARROLLO DE LAS SMART GRIDS
BIBLIOGRAFÍA
Lista de símbolos
| AC | Alternating Current |
| ADELE | Adiabatic compressed air energy storage for electricity supply |
| AGL | Australian Gas Light Company |
| AT | Alta tensión |
| BEV | Battery electric vehicle |
| BMW | Bayerische Motoren Werke |
| BT | Baja tensión |
| CA | Corriente alterna |
| CAES | Compressed Air Energy Storage |
| CC | Corriente continua |
| CDTi | Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial |
| CEA | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives |
| CEN | European Committee for Standardisation |
| DC | Direct Current |
| DIN | Deutsches Institut für Normung |
| DNP3 | Distributed Network Protocol |
| EDF | Electricité de France |
| EEUU | Estados Unidos |
| EUSEW | European Union Sustainable Energy Week |
| EV | Electric Vehicle |
| EV1 | Experimental Vehicle 1 |
| EVSE | Electric vehicle supply equipments |
| FITSA | Fundación Instituto Tecnológico para la Seguridad del Automóvil |
| FOREVE | Foro español de vehículos eléctricos |
| GEI | Gases de efecto invernadero |
| GN | Gas natural |
| GPRS | General Packet Radio Service |
| GSM | Global System for Mobile Communications |
| HEV | Hybrid Electric Vehicle |
| I+D | Investigación y Desarrollo |
| I+D+i | Investigación, Desarrollo e Innovación |
| ICE | Internal combustion engine |
| ICP | Interruptor de control de potencia |
| ICT4FEV | Information and Communication Technologies for the Full Electric Vehicle |
| IDAE | Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía |
| IEC | International Electrotechnical Commission |
| IP | Internet Protocol |
| ISO | International Organization for Standardization |
| ITC | Instrucción técnica complementaria |
| JSIP | Japan-Spain Innovation Program for Technological Cooperation |
| KEPCO | Korea Electric Power |
| LIVE | Logística de Implantación del Vehículo Eléctrico |
| MICRO-CHP | Micro combined heat and power |
| MT | Media tensión |
| NAATBatt | National Alliance for Advanced Technology Batteries |
| NEDO | New Energy and Industrial Technology Development Organization |
| PANER | Plan de Acción nacional de energías renovables |
| PEV | Plug-in Electric Vehicle |
| PHEV | Plug-in Hybrid Electric Vehicle |
| PLC | Power Line Communications |
| PSA | Peugeot Société Anonyme |
| RD | Real Decreto |
| RSU | Residuos sólidos urbanos |
| RWE | Rheinisch-Westfälisches Elektrizitätswerk |
| SAE | Sociedad de ingenieros de automoción |
| SAIDI | System Average Interruption Duration Index |
| SAVE | Sistema de alimentación específico para vehículos eléctricos |
| SCADA | Supervisory control and data acquisition |
| SELF | Sensorized Enviroment For Life |
| SEMATECH | Semicondutor Manufacturing Technology |
| SET | Strategic Energy Technology |
| SGB | Sistema de gestión de la batería |
| SGCC | The State Grid Corporation of China |
| SIP | Session Initial Protocol |
| SMES | Superconducting Magnetic Energy Storage |
| SMTU | Secondary mobile unit |
| SoC | State of Charge |
| SoH | State of Health |
| SPTU | Stationary primary unit |
| SSMP | Storstad Smart Metering Project |
| TCP | Transmission Control Protocol |
| TRIAC | Triodo para corriente alterna |
| UNE | Una Norma Española |
| V2G | Vehicle to Grid |
| VE | Vehículo eléctrico |
| ZEM2ALL | Zero Emissions to All |
1. INTRODUCCIÓN
1.1 Introducción
Los combustibles fósiles, base de la economía de los países avanzados a lo largo siglo XX, resultan incapaces de sustentar el desarrollo mundial durante el siglo XXI, al menos no de forma generalizada. Aunque a finales del siglo XX el petróleo experimentó diversas crisis, debido a las cuales surgieron diferentes investigaciones en busca de nuevas formas de energía, dichas crisis no fueron duraderas en el tiempo, lo que motivó el abandono de dichas investigaciones o, la mayoría de las veces, que no tuvieran el auge esperado. Pero la realidad es que, en la actualidad, el precio del petróleo se ha disparado exponencialmente, debido esencialmente al agotamiento de las reservas. Son muchos los que creen que la situación se encuentra cercana al pico de la campana de Hubbert1, que indica que, una vez alcanzado este punto máximo, la producción se reducirá de forma ineludible. Así, estudios actuales estiman que existe petróleo para unos 60 años, aunque es posible que el plazo sea algo mayor, dado que cada vez son más avanzadas las técnicas y las capacidades de extracción del mismo. Ahora bien, dicha complejidad en la extracción repercutirá en un incremento del precio.
El petróleo se emplea fundamentalmente como combustible en transporte, así como en materia prima para la creación de plásticos y fibras sintéticas. Que el petróleo se vea desplazado en el transporte por elementos como el hidrógeno, la electricidad o los biocarburantes, es factible. No así en el campo de la industria petroquímica, que a día de hoy aún es demasiado compleja.
Como se desprende, el petróleo queda más encuadrado en la industria petroquímica que en la industria de producción eléctrica. Así, en lo que a la producción de energía eléctrica se refiere, el petróleo no resulta ser un combustible tan crítico como en las anteriores aplicaciones, no ocurriendo así con el gas natural o el carbón.
El gas natural, pese a ser un combustible fósil, a diferencia del petróleo o del carbón, es bastante limpio. Es el que menos CO2 emite en su combustión, tanto por su bajo contenido en carbono como porque se usa en plantas muy eficientes (plantas de ciclo combinado). Las reservas de este combustible se estiman en unos 70 años y, además, se encuentran en menor concentración que las reservas de petróleo, lo suficiente al menos para impedir situaciones de presión por parte de los países productores. Sin embargo, a pesar de estas ventajas, el precio del gas natural se ha incrementado en los últimos tiempos, comprometiendo la rentabilidad de muchos proyectos de ciclos combinados y cogeneración puestos en marcha. Esta situación ha redundado inevitablemente en un incremento de los precios de la electricidad.
En cuanto al carbón, la situación varía completamente. Su empleo en generación eléctrica está muy extendido, aunque ha experimentado grandes cambios desde principios del siglo XX. El carbón es percibido como un combustible “sucio”. Según su procedencia, puede producir gases ácidos y es el combustible que más CO2 emite. Para el control de las emisiones más contaminantes y peligrosas, NOX y SO2, existen soluciones eficaces, tanto a nivel de tratamiento de gases como del propio proceso de combustión, y en cuanto al CO2, existen tecnologías de captura con notable desarrollo tecnológico. En todo caso, quedan reservas de carbón para unos 200 años, y su uso puede ser destinado a la producción de nuevos vectores energéticos, como el hidrógeno, o hacia la electricidad, con plenas garantías medioambientales a medio plazo.
La energía nuclear está inmersa ahora en una fase muy intensa de investigación. En el entorno europeo, se encuentra en fase de desarrollo y aplicación un nuevo proyecto de generación que, si bien no constituye un salto radical en cuanto a investigación, sí puede fomentar el resurgimiento de la energía nuclear creando diseños más seguros y más competitivos desde el punto de vista económico. Estas investigaciones derivarán en una reducción significativa del riesgo de inversión que estas centrales nucleares llevan consigo. Se pretende fomentar el uso masivo de reactores rápidos con capacidad para reutilizar el combustible gastado actual, aprovechar mejor el combustible que han de consumir y producir menos residuos de larga duración. En definitiva, obtener de dichos reactores un funcionamiento mucho más eficiente.
Con respecto a las energías renovables, estas han experimentado grandes avances tecnológicos en los últimos años. Estos avances han supuesto la implantación masiva de plantas de generación eólica y fotovoltaica. Recientemente, se han desarrollado nuevos proyectos de centrales termosolares, permaneciendo la biomasa para generación eléctrica aún por debajo de su potencial. El panorama actual es de fuerte desarrollo, contribuyendo a ello un marco regulatorio favorable. Su objetivo principal es conseguir que el desarrollo y la innovación sean tales que, a medio plazo, no sea preciso dicho marco protector, que repercute desfavorablemente en los aumentos del precio de la energía eléctrica.
Actualmente, debido a las necesidades de consumo energético, ha surgido una corriente en nuestra sociedad para concienciar a la población sobre el cambio climático, el consumo de combustibles fósiles y el impacto medioambiental derivado. Se busca desarrollar modelos de ciudades sostenibles, que mantengan un consumo de energía más eficiente, y evitar perjuicios a futuras generaciones.
Resumiendo, el mundo se encuentra ahora ante un reto energético que emite señales claras de la necesidad de un cambio en el modelo de consumo. A medio plazo, los expertos recomiendan para España que el consumo en generación tenga un mayor peso centrado en las energías renovables, y no depender de importaciones de combustibles fósiles. Para lograrlo, es preciso incentivar la tecnología que permita asegurar el desarrollo de la sociedad actual sin comprometer el de la futura, es decir, en armonía con el medio ambiente.
Es en este momento donde surge la necesidad de proponer soluciones de futuro. Entre ellas, la mayoría de los países apuesta por el vehículo eléctrico como una de las medidas clave para la mayor sostenibilidad del entorno, tomando como indicador la estructura de producción prevista en la figura 1.1.
Figura 1.1. Evolución de la estructura de producción en España prevista para 2020 conforme a PANER2
A nivel mundial, se han tomado medidas tales como el desarrollo de un nuevo conjunto de leyes y directivas, incluyendo acuerdos como el protocolo de Kyoto, la cumbre de Copenhague o el objetivo 20-20-20 para 2020, entre otros.
En Europa existen diversas actuaciones, entre ellas: la subida de impuestos a los vehículos más contaminantes, restricciones de emisión de CO2 en los vehículos de nueva producción, subvenciones e incentivos económicos para vehículos que tomen medidas para proteger el medio ambiente, y planes para lograr la integración del vehículo eléctrico en nuestro mercado.
En España, también se puede citar la «Estrategia integral para el impulso del vehículo eléctrico en España 2010-2014», que tiene como objetivo que, para el año 2014, existan al menos 250.000 vehículos eléctricos en el mercado (un millón si se cuentan los híbridos). En nuestro país, que a finales de 2009 contaba con un parque automovilístico que alcanzaba los 30.855.969 vehículos de los cuales 21.983.485 eran turismos, queda más que justificada esta necesidad. Esta estrategia se verá con mayor detenimiento en el Capítulo 3.