Chapter 3: Environmental Education
6.3. Analytical themes
6.3.2. Theme 2: Forest School in practice
E
l Instituto de Estudios de Automoción (IEA) señala que en el pasado mes de mayo se produjeron 84 matricula- ciones de vehículos eléctricos sobre un total a nivel nacional de 70.534 vehículos, lo que representa tan solo un 0,12%. Por lo que respecta al acumulado en 2013, las ventas de eléctricos se sitúan en 263 uni- dades sobre un total de 313.576 unidades, un 0,08% del mercado. A pesar de que se ha dispuesto de ayudas directas a la adquisición de estos vehículos –renovadas este año en el RD 294/2013, alcanzando los 5.500 euros–, según el IDAE, actualmente están circulando por nuestras carreteras algo más de 5.600 vehículos eléctricos, reparti- dos entre unas 2.800 motocicletas, unos 1.400 cuadriciclos, 800 turis- mos, 600 vehículos comerciales y algunos autobuses eléctricos.Estas cifras contrastan con las previsiones realizadas en la Es- trategia integral para el impulso del vehículo eléctrico en España presentadas el año 2010, cuando se esperaba que en el año 2014 hu- biera un total de 250.000 vehículos eléctricos circulando. Las previsio- nes que se hicieron en nuestro país parecen difíciles de lograr a la vista de los últimos resultados. Aunque la coyuntura económica no ayuda, hay otros aspectos del entorno del vehículo eléctrico que condicionan su avance, como son un mayor coste respecto a los vehículos de com-
bustión, la falta de infraestructura de carga y a la limitada autonomía para el modelo de movilidad social actual.
Otros países presentan cifras ma- yores: en los Estados Unidos, entre 2011 y 2012 se vendieron 17.500 vehículos híbridos enchufables y 53.000 totalmente eléctricos; en Alemania, en 2012, se vendieron cerca de 2.500 turismos. No obs- tante, hay que tener en cuenta que su parque de vehículos es mayor. Hay casos puntuales en los que las cifras son significativas, como es el caso de Oslo (Noruega), donde los datos a mayo de este año indi- can que en la ciudad existen unos 12.074 vehículos enchufables, una red de 977 puntos de carga normal y 13 puntos de carga rápida, convir- tiéndola, posiblemente, en la capital del vehículo eléctrico. Este éxito es singular, pues Noruega es un país que obtiene aproximadamente el 20% del PIB de las exportaciones del petróleo y el gas.
Una de las medidas de Oslo para promocionar la movilidad eléctrica es permitir la circulación de los vehículos eléctricos por carriles res- tringidos a los autobuses. En otras ciudades europeas, como Londres, se permite el aparcamiento gratui- to en zonas de pago. En España, junto al proyecto Movele impulsa- do a nivel nacional, comunidades autónomas y ayuntamientos han definido también diferentes planes de ayudas. A modo de ejemplo, en
la ciudad de Madrid se ha creado la tarjeta Cero Emisiones que permite a los usuarios de vehículos eléctri- cos e híbridos enchufables aparcar gratuitamente en las zonas de ser- vicio de estacionamiento regulado, y también tienen una bonificación del 75% sobre el Impuesto sobre Vehículos de Tracción Mecánica (IVTM). En Barcelona se ha creado la oficina LIVE para el impulso de los vehículos eléctricos y estos tam- bién pueden aparcar gratuitamente en la mayoría de las zonas de pago. Además de estos incentivos para la movilidad particular, Madrid y Barcelona, al igual que otras ciu- dades europeas como Ámsterdam y Bruselas, han estado realizando experiencias piloto con un autobús totalmente eléctrico de BYD, en busca de un transporte público con menos emisiones y más silencio- so, factores de gran importancia para mejorar la calidad de vida en entornos urbanos. No obstante, la ausencia de ruido puede generar ciertas inseguridades, pues los pea- tones están habituados a guiarse en parte por el oído para cruzar las vías. En este sentido, algunos fabrican- tes como Audi están desarrollando sistemas que se activen y emitan un ruido para hacerse notar ante un peatón.
Aunque en la movilidad privada no acaben de arraigar los vehícu- los eléctricos, donde más se están utilizando son en flotas cautivas. La razón se encuentra en que los
47
Junio 2013 / n.º 452 Automática e Instrumentación
Ecosistema del vehículo eléctrico
trayectos son planificados y las ins- talaciones de carga se han diseñado a tal fin, por lo que se facilita la supervisión de su funcionamiento y su mantenimiento. En el artículo Los vehículos eléctricos como herra- mienta de trabajo en los servicios urbanos de este mismo número (ver págs. 52 a 55), se expone una experiencia real. También se es- tán empleando satisfactoriamente los vehículos eléctricos en el car sharing, como es el caso de, entre otras ciudades, Barcelona (Saba), Madrid (Hello Bye Cars), Sevilla (Cochele) y Bilbao (IBILEK). Por sus dimensiones, aquí cabe destacar Autolib, en París, un servicio de car sharing de vehículos eléctricos con un infraestructura de carga de aproximadamente 4.000 puntos que utiliza vehículos Bolloré Blue- car; y Car2Go, de Daimler AG, que ofrece en diferentes ciudades como Ámsterdam, Stuttgart, Austin y San Diego, compartir Smart For two eléctricos
También existe un potencial ele- vado para el reparto de última milla,
como ha hecho Correos para varias ciudades, y el leasing, como se pretende comprobar en la iniciativa ZEM2ALL (Zero Emissions Mobili- ty To All), que se lleva a cabo en la ciudad de Málaga. Esta experiencia hispano-japonesa está liderada por Endesa y cuenta con 200 vehículos Mitsubishi iMiEV que se ofrecen en régimen de leasing a los usuarios hasta finales del año 2015.
Baterías
Uno de los puntos cruciales de los vehículos eléctricos son las baterías que alimentan la tracción eléctrica, pues determinan la autonomía del vehículo, y a día de hoy, junto con su sistema de electrónica de potencia, suponen aproximadamente el 50% del coste total de un vehículo 100% eléctrico. A esto hay que añadir su vida útil, que está determinada por cuestiones como la profundidad de la descarga de la batería o el modo de conducción.
La autonomía media de los ve- hículos eléctricos actuales se en- cuentra entre los 100 y los 150
km en conducción urbana. Con estas características, los vehículos eléctricos actuales cumplen las necesidades de la mayoría de los usuarios. Las diferentes estadísti- cas de movilidad muestran que la distancia diaria recorrida en coche es inferior a los 60% para el 80% de casos. No obstante, es difícil eliminar la ansiedad de autonomía, que se produce por el conocimiento de una autonomía limitada y del prolongado tiempo de carga en una instalación normal, unido a la falta de experiencia de los usuarios con esta tecnología.
La tecnología de baterías que se utiliza en los vehículos total- mente eléctricos es la de ión-litio por disponer de mayor densidad energética -hasta unos 200 Wh/ kg- y su mayor número de ciclos, hasta unos 2.000, respecto al resto de tecnologías. En los primeros hí- bridos no enchufables, se recurría al Níquel Metal-Hidruro (Ni-MH), con unos 60 Wh/kg. Se espera que con los avances en la tecnología de las baterías de ión-litio, al ir desa-
Punto de carga Corriente máximas Toma de corriente Conector Tipo de carga
Modo 1 Se utiliza una toma de
corriente de uso común no exclusivo para VE.
Hasta 16 A por fase (corriente alterna monofásica y trifásica) UNE 20315 (monofásica) UNE 20315-2-11 (monofásica) UNE-EN 60309-1 y 2 (trifásicas) UNE-EN 62196-2 tipo 1 Normal
Modo 2 Se utiliza una toma de
corriente de uso común y no exclusivo, y el cable de carga lleva las protecciones y el control incorporados.
Hasta 16 A por fase (corriente alterna monofásica ) Hasta 32 A por fase (corriente alterna trifásica) UNE 20315 (monofásica) UNE 20315-2-11 (monofásica) UNE-EN 60309-1 y 2 (trifásicas) UNE-EN 62196-2 tipo 1 Normal
Modo 3 Se utiliza una toma de
corriente dedicada para vehículo eléctrico y de uso exclusivo. Las protecciones y el control van incorporados en el punto de carga.
Hasta 70 A por fase (corriente alterna monofásica ) Hasta 63 A por fase (corriente alterna trifásica) UNE-EN 62196-2 tipo 2 UNE-EN 62196-2 tipo 2 Normal Rápida
Hasta 36 A por fase (corriente alterna monofásica y trifásica)
UNE-EN 62196-2
tipo 3 UNE-EN 62196-2 tipo 3
Modo 4 Estación de carga exclusiva
para vehículo eléctrico con el cargador de la batería en la estación de carga y suministra la electricidad en corriente continua. Hasta 120 A para CHAdeMO (Japón) Hasta 200 A para Combo (corriente continua) - IEC 62196-3 CHAdeMO (Japón Combo (EE.UU y Europa) Rápida
48
Automática e Instrumentación Junio 2013 / n.º 452
Ecosistema del vehículo eléctrico
rrollando electrodos dopados que mejoren sus cualidades, su coste se reducirá y se alcanzarán densidades mayores, con el fin de irse aproxi- mando al todavía lejano máximo teórico de la gasolina, alrededor de 11 kWh/kg.
Un aspecto de seguridad a con- siderar sobre el litio es que todavía no está claro cómo se debe actuar cuando éste se incendia, pues no es extinguible con agua o CO2. Los módulos de baterías de litio que se utilizan están protegidos por un en- volvente cuya resistencia a impactos y rotura se ha probado, por lo que es una situación con una probabilidad muy baja. Hasta ahora, la estrategia considerada es aislar el vehículo y esperar a que acabe el incendio.
Como alternativas al uso del ión- litio se encuentran las baterías de- nominadas Zebra, basadas en sales fundidas de sodio a unos 300ºC, con una densidad energética similar a las de ión-litio, pero sin el riesgo an- teriormente comentado. Otras que están todavía en un estado embrio- nario, pero a cuyo desarrollo se está dando un fuerte impulso para su aplicación en la movilidad eléctrica, son las de metal-aire, en concreto, aluminio-aire, y las de litio-aire, pues la densidad energética teórica es de hasta unos 2 kWh/kg.
La evolución tecnológica de las baterías es básica para hacer cre- cer la confianza de los usuarios. Recientemente se ha puesto a la venta en Japón un nuevo modelo de Nissan, el Leaf, con una auto- nomía de 228 km, gracias a mejorar el sistema de gestión de las bate- rías (Battery Management System, BMS), manteniendo la capacidad de la batería en 24 kWh, pero con 80 kg menos que el modelo anterior. El módulo de la batería de tracción de turismos eléctricos como este puede tener un nivel de tensión de hasta 400 V, y en algunos elemen- tos del convertidor de tracción, de hasta 800 V. Por ello, la formación de los técnicos que manipulen los vehículos requiere incrementar significativamente los aspectos eléc- tricos, para garantizar su seguridad y evitar accidentes al ser los niveles de tensión importantes.
Infraestructura de carga
Actualmente se conciben tres ma- neras de efectuar la carga de los vehículos eléctricos: sustitución de baterías, carga conductiva y carga por inducción.
La sustitución de baterías, impul- sada por la empresa de origen israelí Better Place, propone estaciones de servicio donde los vehículos cam- bian rápidamente su batería gastada por una totalmente cargada. De momento, se está realizando una experiencia piloto en Dinamarca, conjuntamente con Renault.
La carga conductiva es la opción predilecta y la que se está implan- tando principalmente. En Europa se realiza de acuerdo a la IEC 61851, donde se distinguen cuatro modos de carga conductiva según las carac- terísticas del conector del vehículo y del punto de carga (ver tabla en página anterior). En los Estados Unidos y Japón se siguen las espe- cificaciones de las asociaciones SAE y JARI, respectivamente.
El modo 4 de la IEC 61851 me- rece especial atención, pues es el que se asocia a la carga rápida. Este modo requiere un cargador externo que convierte la corriente alterna en continua para conectar- se directamente a la batería, y que tiene que coordinarse con el BMS del vehículo, por lo que se requiere una estandarización de la comuni- cación entre ambos elementos. El protocolo CHAdeMO (CHArge de MOve), desarrollado en Japón, es hasta el momento el más extendido, pendiente de salir los estándares IEC 61851-23, que determinarán los requisitos de los puntos de car- ga en corriente continua, e IEC 61851-24, que definirá las comu- nicaciones entre el BMS y el punto de carga. De hecho, es posible ver en la web (www.chademo.org) de la asociación la infraestructura de puntos de carga rápida que se ha desplegado hasta el momento, tal como muestra el mapa de la página siguiente. Actualmente, en Madrid hay 7 puntos de carga rápida, y en Barcelona, 5.
No obstante, desde Europa y Estados Unidos están impulsan- do los otros protocolos de modo
4, incompatibles con CHAdeMO, pues usarán las comunicaciones vía PLC (Power Line Communication), mientras que este usa las comunica- ciones CAN entre el BMS y el punto de carga. Lo que sí tienen en común estos sistemas es que permiten re- cuperar en unos 30 minutos hasta el 80% de la capacidad de la batería.
La carga por inducción, es decir, sin contacto físico, está en un estado más embrionario, pues aunque exis- ten prototipos, hasta el momento no se han instalado estos cargadores para uso público. En esta línea, existe una propuesta según la cual las carreteras entregarían energía a los vehículos por efecto de induc- ción, a la que se podría denominar On-line electric vehicle (OLEV). Esta alternativa ya la está proban- do con los primeros prototipos de calles y coches preparados el Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), en la ciudad de Daejeon (Corea del Sur). Con- siste en instalar debajo del asfalto de las carreteras conductores que generen un campo magnético, de tal manera que por inducción se tras- mita la energía a los vehículos para que estos puedan circular, como si fuera una catenaria invisible. De esta manera se podrían realizar grandes desplazamientos sin tener que realizar ni una carga de la bate- ría. Sin embargo, este sistema tiene como inconvenientes el coste de las nuevas carreteras, la distancia entre el suelo y el vehículo, y la eficiencia del sistema. Las últimas pruebas con un autobús OLEV desarrollado en el KAIST permitían distancias de 20 cm y eficiencias del 75% y una potencia transmitida de hasta 100 kW.
Dónde cargar las baterías de los vehículos es otro de los aspectos cruciales para convencer a más potenciales usuarios para adquirir un vehículo eléctrico. La infra- estructura de carga determina el tiempo para recuperar la energía gastada. La proliferación de una in- fraestructura de carga, que cuando sea necesario permita repostar de una manera lo más similar posible a como se hace en las gasolineras actualmente, es el otro factor para
49
Junio 2013 / n.º 452 Automática e Instrumentación
Ecosistema del vehículo eléctrico
hacer crecer la confianza. Esto se puede conseguir desplegando pun- tos de carga denominados rápidos, equipos externos que alimentan los vehículos en corriente alterna trifásica hasta 63 A, 43 kW (modo 3 trifásico, ver tabla), o en corriente continua, actualmente hasta 50 kW (modo 4, ver tabla).
Las futuras estaciones de car- gadores rápidos en corriente con- tinua, a las que se conoce como electrolineras, podrán llegar a dis- poner de puntos de carga de hasta centenares de kW y pueden incor- porar generación como la fotovol- taica o almacenamiento en baterías auxiliares para reducir el impacto a la red eléctrica, lo que podría dar lugar a unas microrredes, idea que se presenta en otro de los artículos de este número Infraestructura avanzada de carga ultrarápida en CC para movilidad eléctrica (págs. 57 a 60).
Aunque los puntos de carga rápi- da harán crecer la confianza de los usuarios, un abuso de la carga rápi- da acortaría la vida útil de la batería. Así, la carga rápida debe conside- rarse como un complemento de la que se realiza en el emplazamiento vinculado al propietario del vehí- culo, que será donde los vehículos pasarán más tiempo estacionados. Esta, la carga normal, también conocida como lenta, se realizará mediante una conexión monofásica en baja tensión de hasta 16 A, 3,7 kW si se utiliza un punto de carga específico (modo 3 monofásico, ver tabla). En estas condiciones, en función de la capacidad de la batería y su estado de carga, el pro- ceso de carga puede durar hasta unas 8 horas. Aunque esto sea lo esperado, actualmente en España es difícil conseguirlo, porque existe un vacío legal. Sin embargo, desde asociaciones como el Clúster de Eficiencia Energética de Cataluña se ha impulsado la actualización del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) con la creación de una nueva instrucción técnica complementaria, concretamente la ITC-BT-52, que garantice la seguri- dad de usuarios y equipos, así como la adecuación de las leyes estatales
y autonómicas que afectan a la propiedad horizontal, para facilitar las instalaciones de puntos de carga de vehículos eléctricos.
A parte de la infraestructura pri- vada, también es necesario disponer de puntos de carga normal públicos. En España existe una red de 752 puntos de carga de vehículos eléctri- cos, según los datos de la plataforma Movele. En el mapa de la página anterior pueden observarse cómo están repartidos. Barcelona cuenta con una red de 249 puntos de carga, considerando tanto los puntos en la vía pública como de los aparcamien- tos públicos. En cambio, en Madrid hay 32 puntos de acceso público, de los cuales 3 están reservados para motos eléctricas.
Cuando el número de vehículos eléctricos sea importante, su carga normal puede representar un pro-
blema en términos de sobrecargas para la red eléctrica por concentra- ción de un gran número de vehícu- los en el mismo lugar, como podrían ser edificios de aparcamiento o cen- tros comerciales. También podría suponer un problema si todos los vehículos eléctricos deciden empe- zar a cargarse a la vez, incentivados por la tarifa llamada supervalle, definida en el RD 647/2011, que supone un nuevo período (P3) de uso doméstico, entre la 1 y las 7 horas de la madrugada, en el que el precio de la energía eléctrica es más barata.
También la futura infraestruc- tura de cargadores rápidos puede suponer un reto para la red eléc- trica, pues con equipos de unos 50 kW, que además pueden tener el mismo punto de conexión a la red, las puntas de potencia que podrían n Mapa de puntos de carga rápida tipo CHAdeMo en el mundo. Fuente: www.chademo. com
50
Automática e Instrumentación Junio 2013 / n.º 452
Ecosistema del vehículo eléctrico
aparecer serían importantes. Para evitar estas posibles inci- dencias, además de incorporar los puntos de carga en la planificación de las redes, es necesaria una ges- tión de los procesos de carga, tanto los normales como los rápidos, que coordine las necesidades de los usuarios con las restricciones téc- nicas de la operación de las redes
eléctricas. Esto último lo podría realizar la figura del gestor de car- gas, creada en el RD 647/2011, y que actualmente está en debate. A fecha de 5 de abril de 2013, en España hay registrados 58 gestores de carga según la CNE, y parece que el número va a seguir crecien- do. Dentro de estos se encuentran empresas energéticas, gestores de
aparcamientos y la empresa IBIL, un consorcio entre el Ente Vasco de la Energía (EVE) y Repsol. Tal como fue concebida, esta figura es un nuevo agente del mercado eléc- trico que está autorizado a revender la electricidad únicamente para la carga de vehículos eléctricos sin ser