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