Els vehicles elèctrics.Tecnologia i societat

2 de desembre de 2010

XVI JORNADES de CONFERÈNCIES JCEE’10

Since 1973 in Electric Energy Efficiency Since 1973 in Electric Energy Efficiency

Headquarters in Headquarters in ViladecavallsViladecavalls (Barcelona)(Barcelona)

MMééss de 3000 de 3000 ProductesProductesClassificats en 5 divisions:

Measurement

Protection and control

Quality & Metering

Power factor correction and harmonic filtering

Electric Vehicle Recharging

Measuring and Control

- Network Analizers- Energy Meters- Digital Instruments- Current Transformers- PowerStudio Scada Software

Protection and Control

- Earth leakage relays (with LED,..)- ..’with self-reclosing- Current Transformers- Test Equipment for Substations- Reactors for Harmonic Filtering

Quality and Metering

- Electronic Energy Meters- Power Quality Analyzer QNA- PLC 800 Concentrator(Smart metering PLC communication)

Power Factor Correction and Harmonics Filtering

- LV and MV Capacitors- Fully equipped PFC Panels- PFC Intelligent Regulators- Harmonic Filters Equipment

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

VEHICLES ELÈCTRICS. TECNOLOGIA I SOCIETAT (Energia, mediambient, mobilitat i sostenibilitat)

QUADERN PERSONAL DE SOSTENIBILITAT

AGENDA-21 Una guia personal per avançar

cap a la sostenibilitat

QUADERN PERSONAL DE SOSTENIBILITAT

Pautes d’actuació (Energia / GEH)El bloc Elèctric pot representar ... 10-20 % ........ ~15%El Bloc Tèrmic i climàtic del......... 30–45 % ........ > 20%El bloc de mobilitat més del.......... 50 % ........... > 45%El bloc deixalles és important ..... -- ........... ~20%

1) Substituir els electrodomèstics ineficients en primer lloc, molt especialment el frigorífic, tot i evitant la presència de resistències elèctriques (ef. Joule).

b) Aïllar la casa i finestres. Disseny bioclimàticc) Incorporar sistemes de producció per energia solar tèrmica i PVd) Reduir al màxim la nostra mobilitat amb vehicle privat. Parar atenció al

consum i les emissions al adquirir un vehicle. Canvi de modalitat en el transport.

e) Reciclar i reduir la generació de deixalles.

f) ESTALVI+EFICIENCIA=NEGAVATS. Supèrbia de comportar-nos com nous rics.

Sostenibles/insostenibles?

Consum d’energia i emissions de CO2 associades.

ÉS LA MOBILITAT EL PROBLEMA PRINCIPAL?

La Eficiencia Energética no solo hace referencia a aspectos tecnológicos, sino que también se refiere a aspectos sociales yen último término a decisiones individuales. Es por ello que la Eficiencia Final, como en el cálculo deprobabilidades, es el producto de las diversas eficienciasimplicadas en las distintas etapas y una eficiencia “ruin” en cualquiera de ellas, repercute sobre el conjunto.

EfTot =EfTec(P1xP2xP3…) x EfSoc x Efind

Es importante determinar y poder actuar sobre el factor más crítico y en nuestro contexto los principales problemas no surgen de la esfera tecnológica. Una gran eficiencia tecnológicapuede ser contrarrestada por una baja eficiencia social, o por una negligente eficiencia individual.

Per què ha de canviar el nostre model de Mobilitat?

Llega el coche eléctrico. ¿Dónde lo enchufamos?

España quiere contar con un millón de automóviles'limpios' en 2014 - La red puede soportarlo sólo si

se impone una gestión inteligente - El vehículopodrá almacenar energía y revenderla

SÓN NOMÈS UNA MODA ÉLS VEHICLES ELÈCTRICS

1. En el momento actual existen indicios suficientes para considerar agotado el modelo de transporte y de movilidad (económicos, energéticos y ambientales). El modelo es insostenible.

2. Las alternativas en las que se había depositado grandes esperanzas para amortiguar los problemas (el hidrógeno y las células de combustible, asícomo los biocarburantes), han mostrado importantes limitaciones.

3. Apostar por un cambio de escenario, en ningún caso implica suponer una substitución rápida y total de los vehículos de combustión interna. Su bajo nivel de eficiencia energética (~20%) y sus generosas prestaciones, conjugado con las limitaciones actuales de los VE (autonomía y costes), ofrecen todavía un importante margen de mejoras y de pervivencia de los VCI.

4. Lo anterior no es obstáculo para adjetivar de sorprendente y rápida la evolución de los VE, situándonos en medio de un escenario de cambios acelerados, en el que subsisten un considerable número de incertidumbres que hace especialmente difícil y arriesgados los ejercicios de prospectiva, a medio y largo plazo (p.e. IEA para el 2050). La tarea actual más importante debe centrarse en crear las condiciones para facilitar la implantación de VE.

5. Los diversos Diagnósticos realizados sobre diversas proyecciones de VE nos indican que los problemas de suministro energético en esta fase inicial no aparecen en las fases de generación y transporte, sino en la distribución.

Algunos elementos para contextualizar los VE y su futura implantación

Amb independència de diversos estudis de prospectiva, més o menys condicionats, caldria fugir de dos escenaris extrems: A. Fent previsions exagerades sobre percentatges de VE de més de dos dígits (>10%) abans del 2020. B. Oposar-se a una realitat emergent, creient que fins almenys d’aquí 10 anys no començarem a veure VE per les nostres ciutats.

1

Escenari 1 hipòtesi lineal indicativa de l’esforç per complir expectatives inicials del Ministeri d’indústria.

Hipòtesi 2. final del període un 2% del parc actual de vehicles

1. Presentació

Ens movem molt:A nivell d’Europa (carretera):

tant les persones 4,7 Tviatger·km en vehicles de turisme i de 539 Gviatger·km en autobús i autocar com les mercaderies: 1,9 Tt·km

A nivell individual: persones: 9.520 km/per càpita i any, en vehicle privatmercaderies: 3.000 t·km per càpita i any

L’evolució en els darrers anys, i en termes relatius:

Font: EU Energy & Transport, 2009

1 Tt·km = 1 Teratona·km = 1012 t·km= 1 bilió t·km

1

17

Parc de vehicles

Índex Ocupació Mig (IOM) turismes, en dia feiner: 1,25 passatgers/vehicle.A la RMB, IOM baixa: 1,15.

17

Europa Espanya CatalunyaTurismes (milions) 229,7 21,7 3,3Camions (milions) 33,19 5,3 0,82Autocars i busos (milers) 797,6 58,5 8,2Index motorització (vehicles/1.000 hab.)

464 464 463

Activitat transport passatgers(km/hab.any)

9.470 8.023

Activitat transport mercaderies(t·km/hab. any)

3.885 5.886

18

Mobilitata Catalunya a la RMB22,2 milions desplaçaments diaris (feiner)

18Font: EMEF, 2008

Susceptibles d’emprar VE

19

Segmentos privilegiados para los VE (usuarios y necesidades)

Diversos estudios realizados en ciudades europeas y norteamericanas muestran como una gran mayoría de desplazamientos con vehículos privados recorren una media diaria inferior a los 50km distancia plenamente adaptada para los VE.

A parte de los desplazamientos diarios por trabajo existen nichos privilegiados para la implantación de VE:servicios municipales, transporte de pequeñas mercancías, flotas de empresas, carsharing,…A su vez existen segmentosde compradores potencialespor motivos económicos, tecnológicos., o ambientales. Los centros históricos de las ciudades representanespacios privilegiados.Hay sectores económicos emergentes (importaciónde vehículos, alquiler, prestación de servicios, aparcamientos, centrosComerciales,..

20

Consums energètics per sectors a la EU-27 (milions de tones equivalents de petroli), Mtep, any 2006).

20Una tona equivalent de petroli és l‘energia equivalent a 42,24 Giga Joule, o 7,33 barrils de petroli.

21

Estructura del consum final d'energia per sectors a Catalunya l'any 2007. Font: ICAEN

21

Una tona equivalent de petroli és l‘energia equivalent a 42,24 Giga Joule, o 7,33 barrils de petroli.

22

Emissions relatives de CO2 per sectors a l’Estat espanyol. Font: Adaptat d’EU E&T, 2009

22

En valor absolut les emissions totals varen ser l’any 2007 de 442 Mtequivalents de CO2, de les que una tercera part corresponien al transport.

23

Hem explicat perquè hi ha tanta necessitat de cercar una alternativa

Crisi del model vigent de mobilitat: costos i reserves dels carburants, baixa eficiència energètica i per problemes ambientals.

I com els biocarburants, no semblen alternativa:Aposta del Llibre Blanc Europeu s/ Política de transports (20% el 2020)Inconvenients:

Rendiment energèticConsum d’aigua (destil·lació, fermentació)

A Espanya (1r semestre 2008) representaven 1,47% del total de combustibles

Ni les piles de combustible, o l’hidrogen:Inconvenient: cost d’obtenció de l’hidrogen (energia i

emissions); dificultats amb emmagatzematge i manipulació

24

Els vehicles elèctrics

Font. www.econogics.com/ev/EAA/fmsevers/fordev1.jpg

EV1 de GM Font: zoomilife.com

www.econogics.com/ev/EAA/fmsevers/edison2.jpg

25

Els vehicles híbrids

gfdhfgh

1899 Lohner-Porsche at the 2007 Los Angeles Auto ShowPhoto © Aaron Gold hddg

Autobusos Tilling-Stevens de Barcelona (1922) perso.wanadoo.es/assotram/bcntilling1.htm

26

Aspectos energéticos y ambientales básicos.

Fig. 3.8 Proyección de consumo derivado del petróleo por sectores. EIA, 2009

27

Existen diversas estimaciones del tipo tanque-rueda (TTW) que nos indican que por cada millar de VE que circule dentro nuestras ciudades conseguiríamos reducciones del orden de 30.000 kg anuales de los contaminantes (CO, NOx, HC). presentes en el aire que respiramos. Por su parte, la reducción unitaria de CO2 se situaría entre el 30 i 40 %.

Muchas ciudades europeas (Berlín, Oslo, Londres,…) y algunos estados (Dinamarca, Suecia, Israel, California) para enfrentarse a los problemas ambientales de la contaminación atmosférica y del ruido, para reducir las emisiones de GEI, o a la dependencia de los combustibles fósiles; han implantado medidas drásticas sobre el transporte y los VCI privados.

Aspectos ambientales básicos.

Vehículos diesel (mg/km)Norma Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5NOx - 700 500 250 180HC + NOx 970 900 560 300 230PM 140 100 50 25 5CO 2720 1000 640 500 500

Vehículos de gasolina, GLP o GN(mg/km)Norma Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5Nox 1000 500 150 80 60HC 1000 500 200 100 100CO 2800 2200 2200 1000 1000PM 5(*)

28

Aspectos energéticos y ambientales básicos.

29

Importantes aspectosenergéticos y ambientales

En una primera etapa no deberían existir problemas en el suministro de energía primaria ni de transporte. Los problemas se focalizan en

la red de distribución.

30

autonomia

GEM

iMIEV

acce

lera

ció

i ve

locita

t

Quadricicles

Vehiclesurbans

Prestacionsplenes

REVA

Think

Smart Leaf

PriusHPVE

AmperaHPVE

2010

TWinHPVE

2020

Recordin el que varem dir sobre l’escenari:

• INCERTESES • ACCELERAT• MÉS PLURAL• MÉS COMPLEX• MÉS EFICIENT ε• MILLOR M.A.

31

Els vehicles elèctrics i híbridsVEB PHVE

Sistema motor Motor elèctric Motor elèctric + motor de combustió interna (MCI)

Característiques més rellevants

Emissions zeroAlt rendiment energèticAutonomia limitadaCost d’adquisició elevatExisteixen models comercials

Emissions baixes Rendiment energètic més elevat que VCI

Àmplia autonomiaCost d’adquisició elevatExisteixen models comercials

Aspectes a considerar

Cost del vehicleCost, disponibilitat, càrrega i reciclatge de les bateries

Cost del vehicle (doble motorització)

Control dels motorsCost, disponibilitat, càrrega i reciclatge de les bateries

32

Los principales fabricantes presentan sus modelos 2010-2012

Los VehLos Vehíículos Elculos Elééctricos son una realidad ctricos son una realidad

33

TRABAJOS EN PROCESO

34

TRABAJOS EN PROCESO

Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3

35

Una oportunidad para la operación del sistemaComo Operador del Sistema, Red Eléctrica gestiona una curva de la demanda

con un elevado apuntamiento

Bajo nivel de demanda

Elevado nivel de producción eólica

Elevado ratio punta/valle

En algunas ocasiones se producen cortes de eólica, debido a la baja demanda y a la reducida capacidad de interconexión internacional

1

2

2

36

Para que la integración sea eficiente es necesaria una gestión inteligente de la recarga de los vehículos eléctricos

25.000

30.000

35.000

40.000

45.000

50.000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

MW

25.000

30.000

35.000

40.000

45.000

50.000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

MW

25.000

30.000

35.000

40.000

45.000

50.000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

MW

Recarga en horas puntaRecarga en valle SIN gestión

inteligenteRecarga en valle CON gestión

inteligente

• Mayor eficiencia del sistema

• Mayor integración de renovables

• Saltos bruscos en la demanda que dificultan la operación

• Mayor eficiencia del sistema

• Mayor Integración de renovables

• Mayor operabilidad del sistema

• Sobredimensionamiento del sistema de transporte y generación

• Ineficiencia

• No favorece la integración de renovables

Una oportunidad para la operación del sistema

37

Funcionalidades del agregador:•Identificación, medida y facturación•Servicios de movilidad•Gestión de la carga/descarga

La integración eficiente del V2G requerirá de nuevas funcionalidades inteligentes, tanto en los vehículos como en las infraestructuras

Retos del V2G

Nuevas funcionalidades

Señales de precio horarias1

• Carga inteligente en función de las necesidades del sistema

• Integración en los centros de control

2

3

•Flujos de energía bidireccionales•Factores de simultaneidad

4

La inteligencia debe incorporarse tanto en los vehículos como en las infraestructuras

Marco regulatorio

Operación del sistema: Nuevas herramientas de

previsión y operación

Distribución: Nuevas herramientas de previsión y

operación

Modelo de negocio (rol del agregador

1

Cambios en el sistema eléctrico

2

3

4

38

Des del 2008 a 2010

Poc a poc es van clarificant les incerteses, si bé encara hi ha punts importants com veurem.L’acceleració segueix a un ritme importantLa pluralitat i la complexitat avancen

38

39

2.El cas d’habitatge unifamiliar ☺

39

Consubst

ancial a

CIRCUTOR:

La innov

ació

40

Els serveis municipals de la ciutat de Barcelona, compten des de fa més d’un any, amb una flota de més de 200 vehicles elèctrics que recarreguen diàriament amb notables avantatges energètiques i ambientals.

40

3. Les flotes de VE d’empreses ☺ ☺

4141

3. Les flotes de VE d’empreses ☺ ☺

Aspectes clau:SeguretatFiabilitatVersatilitatControl PotenciaGestió EnergiaDistorsió

Harmònica..../....

42

3. Les flotes de VE d’empreses ☺ ☺

Diferents visualitzacions i nivells d’informació:Per usuariPer serveis tècnicsPer gerència

43J. Pallisé 43

3. Les flotes de VE d’empreses ☺ ☺

Vehicles molt diversos i sistemes de recàrregaamb diferents prestacions.

44

4. El cas dels garatges i aparcaments ☺ ☺

Antecedents i experiència important amb els sistemes de controli mesura als càmpings, amb la particularitat que a banda de l’energia es mesura l’aigua

4545

Sistemes individuals en illa, o multipunt amb data server, comunicacions i integració amb sistemes de control y accés existents als aparcaments

4. El cas dels garatges i aparcaments ☺ ☺

46

4. El cas dels garatges i aparcaments ☺ ☺

Un vídeo de dos minuts ensEstalviarà moltes paraules.Informació a usuari, administrador i pels serveis de manteniment,Accés local i remot.

47

5. El cas de la recàrrega a via pública ☺ ☺

48

5. El cas de la recàrrega a via pública ☺ ☺

49

1.2.- RVE-CB3 / RVE-CB6Equips Recàrrega per vehicles de 2 rodes

tomas de corriente tipo shucko 16A monofásico 230 V ( opcionalmente otros tipos) :

- RVE-CB3 : 3 enchufes x 16 A- RVE-CB6 : 6 enchufes x 16 A

Relés de maniobra por líneaContadores de energía integrados.

Totes les operacions s’efectuen sense tensió

5. El cas de la recàrrega a via pública ☺ ☺

50

5. El cas de la recàrrega a via pública ☺ ☺

Recàrrega via SMS

51

6. El cas d’aparcaments multipropietat

Aspecte actual que assoleix la major importància, doncs VE per ciutat (ClusterE3).Les dificultats no són principalment de tipus tècnic, sinó legal-administratiu.Compte perquè si volem facilitar la presència VE i ens proposem una normativa molt complexa, que hi hagi d’intervenir moltes administracions i professionals amb projectes signats i visats, a banda dels costos d’instal·lació, inspeccions, verificac.

NO PODEM ENCABIR-HO TOT EN UNA SOLA I.T., HEM DE DIMENSIONAR % VE D’ACORD PREVISIONS REALS, EVITANT EL TOT/RES, CAL FACILITAR AL MÀXIM LA SEVA IMPLANTACIÓ

52

7. Les Electrolineres i la recàrrega ràpida

Mentre a Japó semblen haver-se assolit acords, al nostre continent encara planegen molts dubtes:ca/cc? quina durada? Quin connector?Quin preu el kWh?

53

Tota o combinat, si energia sol·licitada és elevada,

7. Les Electrolineres i la recàrrega ràpida

Que hi ha capacitat tècnica per proporcionar els paràmetres elèctrics bàsics, no ho dubteu.

Davant la falta d’estàndards i acords bàsics ~/=, tipus de connector, …. Única solució acudir al

CARREGADOR RÀPID UNIVERSAL (I+d+i)

Carregador Ràpid

UniversalI+D+i

(!!!!!!!)

54

Les bateriesLes bateries o acumuladors són dispositius que permeten emmagatzemar energia elèctrica a través de processos electroquímics.

El poder energètic de la benzina o gasoil és de l’ordre dels 10.000 Wh/kg, les bateries de 30 a 200 Wh/kg-

De manera genèrica podem classificar les famílies de bateries en:Bateries en medi aquós àcid (bateries de plom), o alcalí (bateries de níquel/cadmi, níquel hidrur metàl·lic, ...)

Bateries en medi orgànic en fase líquida (liti-ió, liti fosfat)

Bateries en medi polímer (liti/metall polímer)

Aspectes clau en les bateries:Energia i energia específica [kWh i kWh/kg ó kW/l]

Potència i potència específica [kW i kW/kg ó kW/l]

Durada, seguretat, costos i altres

J. Pallisé /F. Astals

55

Les bateries

J. Pallisé /F. Astals

56

Les bateries

J. Pallisé /F. Astals

57

MOVELEMadrid, Barcelona, Sevilla…y otros

58

Recarga inteligente de vehículos eléctricos RVE

Sistema mixto TCP/IP GPRS para vía pública

59

Equipo para una flota de VE (18 puntosx4tomas) con protecciones,sistemas de medida de energía local, analizador de redes con equipo de filtrado de armónicos i compensación de corriente de neutro. Gestión completa de la energía mediante un equipo SCADA con completa monitorización de protecciones y consumos, con base de datos y generación de informes de consumo, incidencias,...

Recarga inteligente

de vehículos eléctricos RVE

60

Sobre la xarxa de subministrament

Amb independència de que amb l’eclosió de VE es presentaran alguns problemes:

1. A la xarxa de distribució en BT

2. Pels reptes de la càrrega ràpida

3. Dins el Pkmultipropietat

Els problemes actuals són més en la manca de VE amb preus i prestacions adients,que pels problemes amb la manca d’infraestructures.

61J. Pallisé

El desenvolupament dels VE representa una gran oportunitat i una immillorable ocasió per la recerca, la formació, la innovació, l’eficiència energètica i la millora del MA.

ALLUNYEM DONCS ELS MALS AIRES

62

Unas consideraciones finales

Estamos ante un nuevo e importante reto, que como tal nos ofrece oportunidades económicas, energéticas, ambientales y sociales, con un potencial enorme para acercarnos hacia sistemasmas sostenibles (no se si liderar, pero como mínimo no ir a la zaga de los países con gran tradición tecnológica y si de paso podemos aportar elementos de I+D y algunos productos, tanto mejor).No deberíamos desaprovechar el período transitorio de 3 a 5 años en el que se despejaran muchas de las incógnitas del presente y si es posible anticiparnos. Entre las tareas pendientes hay:

1. La necesidad de desplegar el paquete de medidas normativas relativas al suministro, contratación, protecciones, períodos de carga, bonificaciones y ayudas para el fomento del VE.

2. La normalización del tipo de enchufes y la regulación de los sistemas de recarga (muy especialmente los de nivel 2 y los de nivel 3 sobre el que planean muchas dudas).

3. Definir los protocolos y estándares de comunicación.4. Incrementar el nivel de medida, control e inteligencia de

manera progresiva, a medida que aumente la demanda i prestaciones de VE.

5. Asegurar un adecuado tratamiento de las distorsiones que se puedan provocar a las redes de suministro.

6. Desarrollar de cara al futuro nuevos sistemas de recargas (con inverters) completamente externos al VE, que puedan alimentarse de fuentes renovables y que permitan aumentar la propia eficiencia de los VE .

63