Els vehicles elèctrics. Tecnologia i societat

XVI JORNADES de CONFERÈNCIES
JCEE’10
Els vehicles elèctrics.
Tecnologia i societat
2 de desembre de 2010
Since 1973 in Electric Energy Efficiency
Headquarters in Viladecavalls (Barcelona)
Més de 3000 Productes
Classificats 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
VEHICLES ELÈCTRICS. TECNOLOGIA I SOCIETAT
(Energia, mediambient, mobilitat i sostenibilitat)
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
QUADERN PERSONAL DE SOSTENIBILITAT
AGENDA-21
Una guia personal per avançar
cap a la sostenibilitat
QUADERN PERSONAL DE
Pautes d’actuació
El
El
El
El
bloc
Bloc
bloc
bloc
SOSTENIBILITAT
(Energia
/
GEH)
Elèctric pot representar ... 10-20 % ........ ~15%
Tèrmic i climàtic del......... 30–45 % ........ > 20%
de mobilitat més del.......... 50 % ........... > 45%
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 bioclimàtic
c) Incorporar sistemes de producció per energia solar tèrmica i PV
d) 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.
ÉS LA MOBILITAT EL PROBLEMA PRINCIPAL?
Sostenibles/insostenibles?
Consum d’energia i emissions de CO2 associades.
Per què ha de canviar el nostre
model de Mobilitat?
La Eficiencia Energética no solo hace referencia a aspectos
tecnológicos, sino que también se refiere a aspectos sociales y
en último término a decisiones individuales.
Es por ello que la Eficiencia Final, como en el cálculo de
probabilidades, es el producto de las diversas eficiencias
implicadas 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 tecnológica
puede ser contrarrestada por una baja eficiencia social, o por
una negligente eficiencia individual.
SÓN NOMÈS UNA MODA ÉLS VEHICLES ELÈCTRICS
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 vehículo
podrá almacenar energía y revenderla
Algunos elementos para contextualizar los VE y su futura implantación
1.
2.
3.
4.
5.
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.
Las alternativas en las que se había depositado grandes esperanzas para
amortiguar los problemas (el hidrógeno y las células de combustible, así
como los biocarburantes), han mostrado importantes limitaciones.
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.
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.
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.
1. Presentació
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.
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
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 privat
mercaderies: 3.000 t·km per càpita i any
L’evolució en els darrers anys, i en termes relatius:
1 Tt·km = 1 Teratona·km =
1012 t·km= 1 bilió t·km
Font: EU Energy & Transport, 2009
1
Parc de vehicles
Europa
Espanya
Catalunya
Turismes (milions)
229,7
21,7
3,3
Camions (milions)
33,19
5,3
0,82
Autocars i busos (milers)
797,6
58,5
8,2
464
464
463
Index motorització (vehicles/1.000
hab.)
Activitat transport passatgers
(km/hab.any)
9.470
8.023
Activitat transport mercaderies
(t·km/hab. any)
3.885
5.886
Índex Ocupació Mig (IOM) turismes, en dia feiner: 1,25
passatgers/vehicle.
A la RMB, IOM baixa: 1,15.
17
17
a Catalunya
Mobilitat
a la RMB
22,2 milions desplaçaments diaris (feiner)
Susceptibles d’emprar VE
Font: EMEF, 2008
18
18
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 segmentos
de compradores potenciales
por motivos económicos,
tecnológicos., o ambientales.
Los centros históricos de
las ciudades representan
espacios privilegiados.
Hay sectores económicos
emergentes (importación
de vehículos, alquiler,
prestación de servicios,
aparcamientos, centros
Comerciales,..
19
Consums energètics per sectors a la EU-27 (milions
de tones equivalents de petroli), Mtep, any 2006).
Una tona equivalent de petroli és l‘energia equivalent a 42,24 Giga Joule, o 7,33 barrils de petroli.
20
20
Estructura del consum final d'energia per
sectors a Catalunya l'any 2007. Font: ICAEN
Una tona equivalent de petroli és l‘energia equivalent a 42,24 Giga Joule, o 7,33 barrils de petroli.
21
21
Emissions relatives de CO2 per sectors a
l’Estat espanyol. Font: Adaptat d’EU E&T, 2009
En valor absolut les emissions totals varen ser l’any 2007 de 442 Mt
equivalents de CO2, de les que una tercera part corresponien al transport.
22
22
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 energètic
Consum 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
23
Els vehicles elèctrics
www.econogics.com/ev/EAA/fmsevers/edison2.jpg
Font. www.econogics.com/ev/EAA/fmsevers/fordev1.jpg
EV1 de GM
Font: zoomilife.com
24
Els vehicles híbrids
Autobusos Tilling-Stevens de Barcelona (1922)
perso.wanadoo.es/assotram/bcntilling1.htm
1899 Lohner-Porsche at the 2007 Los Angeles Auto Show
Photo © Aaron Gold hddg
gfdhfgh
25
Aspectos energéticos y
ambientales básicos.
Fig. 3.8 Proyección de consumo derivado del petróleo por sectores. EIA, 2009
26
Aspectos ambientales básicos.
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.
Vehículos
Norma
NOx
HC + NOx
PM
CO
diesel (mg/km)
Euro 1
Euro 2
700
970
900
140
100
2720
1000
Euro 3
500
560
50
640
Euro 4
250
300
25
500
Euro 5
180
230
5
500
Vehículos de
Norma
Nox
HC
CO
PM
gasolina, GLP o GN (mg/km)
Euro 1
Euro 2
Euro 3
1000
500
150
1000
500
200
2800
2200
2200
Euro 4
80
100
1000
Euro 5
60
100
1000
5(*)
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 %.
27
Aspectos energéticos y
ambientales básicos.
28
Importantes aspectos
energéticos 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.
acceleració i velocitat
29
iMIEV
Smart
Leaf
AmperaHPVE
Prestacions
plenes
PriusHPVE
REVA
GEM
Vehicles
urbans
TWinHPVE
Recordin el que varem dir
sobre l’escenari:
Think
Quadricicles
2010
•
•
•
•
•
INCERTESES
ACCELERAT
MÉS PLURAL
MÉS COMPLEX
MÉS EFICIENT
ε
• MILLOR M.A.
2020
autonomia
30
Els vehicles elèctrics i híbrids
Sistema motor
VEB
PHVE
Motor elèctric
Motor elèctric + motor de
combustió interna (MCI)
Emissions zero
Alt rendiment energètic
Característiques Autonomia limitada
més rellevants Cost d’adquisició elevat
Existeixen models
comercials
Aspectes a
considerar
Cost del vehicle
Cost, disponibilitat,
càrrega i reciclatge de
les bateries
Emissions baixes
Rendiment energètic més
elevat que VCI
Àmplia autonomia
Cost d’adquisició elevat
Existeixen models comercials
Cost del vehicle (doble
motorització)
Control dels motors
Cost, disponibilitat, càrrega i
reciclatge de les bateries
31
Los Vehículos Eléctricos son una realidad
Los principales fabricantes presentan sus modelos 2010-2012
32
TRABAJOS EN PROCESO
33
TRABAJOS EN PROCESO
Tipo 1
Tipo 2
Tipo 3
34
Una oportunidad para la operación del sistema
Como Operador del Sistema, Red Eléctrica gestiona una curva de la demanda
con un elevado apuntamiento
1
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
2
Bajo nivel de demanda
2
Elevado nivel de
producción eólica
35
Una oportunidad para la operación del sistema
Para que la integración sea eficiente es necesaria una gestión inteligente de la
recarga de los vehículos eléctricos
Recarga en horas punta
Recarga en valle SIN gestión
inteligente
50.000
50.000
Recarga en valle CON gestión
inteligente
50.000
MW
MW
45.000
45.000
40.000
40.000
35.000
35.000
30.000
30.000
MW
45.000
40.000
35.000
30.000
25.000
25.000
0
2
4
6
8
•
Sobredimensionamiento del
sistema de transporte y
generación
•
•
Ineficiencia
No favorece la integración
de renovables
25.000
0
10 12 14 16 18 20 22
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22
•
Mayor eficiencia del
sistema
•
Mayor eficiencia del
sistema
•
Mayor integración de
renovables
•
Mayor Integración de
renovables
•
Saltos bruscos en la
demanda que dificultan la
operación
•
Mayor operabilidad del
sistema
36
Retos del V2G
La integración eficiente del V2G requerirá de nuevas funcionalidades inteligentes,
tanto en los vehículos como en las infraestructuras
Cambios en el sistema eléctrico
1
Marco regulatorio
2
Nuevas funcionalidades
1
Señales de precio horarias
2
Funcionalidades del agregador:
•Identificación, medida y facturación
•Servicios de movilidad
•Gestión de la carga/descarga
• Carga inteligente en función de las
necesidades del sistema
• Integración en los centros de control
Modelo de negocio (rol del
agregador
3
Operación del sistema:
Nuevas herramientas de
previsión y operación
3
4
Distribución: Nuevas
herramientas de previsión y
operación
4
•Flujos de energía bidireccionales
•Factores de simultaneidad
La inteligencia debe incorporarse tanto en los vehículos
como en las infraestructuras
37
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 important
La pluralitat i la complexitat avancen
38
38
2.El cas d’habitatge unifamiliar ☺
R:
O
T
U
C
IR
C
al a vació
i
c
an inno
t
s
ub La
s
n
Co
39
39
3. Les flotes de VE d’empreses ☺ ☺
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
40
3. Les flotes de VE d’empreses ☺ ☺
Aspectes clau:
Seguretat
Fiabilitat
Versatilitat
Control Potencia
Gestió Energia
Distorsió
Harmònica
..../....
41
41
3. Les flotes de VE d’empreses ☺ ☺
Diferents visualitzacions i
nivells d’informació:
Per usuari
Per serveis tècnics
Per gerència
42
3. Les flotes de VE d’empreses ☺ ☺
Vehicles molt diversos i
sistemes de recàrrega
amb diferents prestacions.
J. Pallisé
43
43
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
44
4. El cas dels garatges i aparcaments ☺ ☺
Sistemes individuals en illa, o multipunt amb data server, comunicacions i
integració amb sistemes de control y accés existents als aparcaments
45
45
4. El cas dels garatges i aparcaments ☺ ☺
Un vídeo de dos minuts ens
Estalviarà moltes paraules.
Informació a usuari,
administrador i pels
serveis de manteniment,
Accés local i remot.
46
5. El cas de la recàrrega a via pública ☺ ☺
47
5. El cas de la recàrrega a via pública ☺ ☺
48
5. El cas de la recàrrega a via pública ☺ ☺
1.2.- RVE-CB3 / RVE-CB6
Equips 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 línea
Contadores de energía integrados.
Totes les operacions s’efectuen sense tensió
49
5. El cas de la recàrrega a via pública ☺ ☺
Recàrrega via SMS
50
6. El cas d’aparcaments multipropietat
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
Aspecte actual que
assoleix la major
importància, doncs VE
per ciutat (ClusterE3).
Les dificultats no són
principalment de tipus
tècnic, sinó legaladministratiu.
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. 51
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?
52
7. Les Electrolineres i la recàrrega ràpida
Que hi ha capacitat
tècnica per proporcionar
els paràmetres elèctrics
bàsics, no ho dubteu.
Carregador
Tota o combinat,
si energia sol·licitada és
Ràpid
elevada,
Universal
I+D+i
(!!!!!!!)
Davant la falta d’estàndards i acords bàsics ~/=, tipus de
connector, …. Única solució acudir al
CARREGADOR RÀPID UNIVERSAL (I+d+i)
53
Les bateries
Les 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/kgDe 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
54
Les bateries
J. Pallisé /F. Astals
55
Les bateries
J. Pallisé /F. Astals
56
MOVELE
Madrid, Barcelona, Sevilla…y otros
57
Recarga inteligente de
vehículos eléctricos RVE
Sistema mixto TCP/IP GPRS para vía pública
58
Recarga inteligente
de vehículos eléctricos RVE
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,...
59
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 Pk
multipropietat
Els problemes actuals
són més en la manca
de VE amb preus i
prestacions adients,
que pels problemes
amb la manca
d’infraestructures.
60
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
J. Pallisé
61
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 sistemas
mas 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 .
62
63