¿Cuántos vehículos eléctricos puede hacer frente la red
eléctrica?
Qué
deben hacer los operadores del sistema de distribución para asegurarse de que
sus redes estén preparadas para el futuro.
Hay
más de mil millones de vehículos en las carreteras de todo el mundo. Juntos son
responsables de una quinta parte de todas las emisiones de CO2, y la esperanza
de una movilidad más sostenible se fija en los vehículos eléctricos. Los
operadores del sistema de distribución tienen un papel clave que desempeñar
para ayudarlos a lograr el avance, pero no basta con poner los puntos de
recarga.
No se discute el hecho de que la
electromovilidad se está elevando. Tesla comenzó a rodar la pelota, y los
fabricantes de automóviles establecidos ahora se están uniendo. Ahora cada
fabricante prominente tiene al menos un modelo eléctrico en su catálogo. Pero
la imagen es diferente en las calles. Aunque la demanda de vehículos eléctricos
está aumentando bruscamente, las cifras de ventas globales siguen siendo
modestas en comparación con los nuevos vehículos a nafta y diesel. En 2018 se
vendieron más de 80 millones de vehículos nuevos: de ellos, solo unos dos
millones tenían un motor eléctrico.
Desde una perspectiva de política climática,
son malas noticias, dado que el tráfico rodado es responsable de casi una
quinta parte de las emisiones globales de CO2. Si todos los vehículos
funcionaran con electricidad de fuentes renovables, podríamos ahorrar
aproximadamente seis gigatoneladas de CO2, o más que la producción anual total
de gases de efecto invernadero de la Unión Europea. Para lograr los objetivos
del acuerdo climático de París, sería una bendición si pudiéramos tener nada
más que vehículos eléctricos en nuestras calles lo antes posible.
VE: un desafío para los operadores
de sistemas de distribución
Pero no es tan sencillo. Para que nuestros
sistemas de transporte sean completamente eléctricos, la infraestructura
existente debe ampliarse para permitir la recarga de todos los vehículos. Y los
nuevos puntos de carga son solo la punta del iceberg: en última instancia, la
carga requiere una gran cantidad de energía. En una estación de carga rápida
actual con una capacidad de carga de 150 kilovatios, un automóvil consume la
misma cantidad de energía en 15 minutos que necesitaría tostar 5,000 rebanadas
de pan. Si una gran cantidad de vehículos funcionara de repente solo con
electricidad y utilizara instalaciones de carga rápida, eso generaría una gran
tensión en nuestras redes de energía.
"Algunas
de nuestras redes de energía existentes simplemente se sobrecargarían si
millones de vehículos cambiaran a operación solo con batería durante la noche y
tuvieran que recargarse en cuestión de minutos", observa Ben Gemsjäger,
subdirector del Departamento de Distribución y Estudios de Sistemas
Descentralizados en Siemens PTI. El y
sus colegas han sido contratados por las empresas de servicios de energía para
investigar cuán a prueba de futuro están los sistemas de distribución y sugerir
pasos que se pueden tomar para equiparlos para los desafíos del futuro y
ajustar las estrategias de inversión según corresponda.
La
electromovilidad plantea un doble desafío para los operadores de sistemas de
distribución: en primer lugar, los EV aumentan el número de consumidores.
Cuantos más vehículos eléctricos se carguen al mismo tiempo, es más probable
que la red se sobrecargue. En segundo lugar, la electromovilidad solo es
ambientalmente práctica si la electricidad requerida proviene de fuentes
renovables. Pero la energía eólica y solar tiene el problema de ser irregular,
y la mayoría de las turbinas eólicas y las plantas de energía solar de gran
tamaño se encuentran en zonas rurales, mientras que la mayor parte de la
energía se consume a gran distancia en las ciudades. "Los sistemas de
distribución urbana deberán poder establecer un equilibrio entre grandes
volúmenes de energía de fuentes de generación descentralizadas e irregulares en
el futuro", observa Gemsjäger. "Tendrán que ser mucho más flexibles
para que eso suceda".
¿Qué tan rápido es la revolución
EV?
Nadie
puede decir con certeza qué tan rápido se dará cuenta la electromovilidad. El
costo es un factor clave. Un estudio actual de McKinsey sugiere que, a más
tardar dentro de diez años, los vehículos eléctricos que funcionan con baterías
serán más baratos de comprar y operar que sus homólogos de combustion. Además, cada vez más países están
implementando políticas que favorecen los sistemas de transmisión de bajas
emisiones, incluida la prohibición de la venta de vehículos con motores de
combustión interna: por ejemplo, Noruega es pionera con su plan para prohibir
la venta de nuevos vehículos MCI ya en 2025. China e India, ambos mercados
enormes, están considerando acciones similares para 2030, y lo mismo ocurre con
muchos otros países.
Aun
así, eso no significa que los únicos ganadores puedan ser vehículos eléctricos
con sistemas de almacenamiento de batería. Es concebible, tal vez incluso
probable, que otras tecnologías como la energía de hidrógeno o los combustibles
sintéticos disfruten de un crecimiento sustancial en la participación de
mercado a mediano plazo, lo que también tendrá un impacto en términos de la
infraestructura que necesitarán.
Es
difícil pronosticar la influencia que los futuros conceptos de movilidad
tendrán en el transporte personal motorizado, o cómo se desarrollarán los
vehículos con batería. Varios escenarios de movilidad sugieren que los
vehículos eléctricos que funcionan con baterías constituirán entre el 10 y el
95 por ciento de la flota para 2050. "El alcance de estos pronósticos solo
muestra el nivel de incertidumbre que los operadores de la red deben tener en
cuenta en su planificación", señala Gemsjäger.
Infraestructura de carga:
planificación de lo "no planificable"
Pero
aun así, los operadores del sistema de distribución no pueden simplemente
sentarse y esperar: grandes partes de su infraestructura están diseñadas con un
plazo de 40 a 50 años en mente. En otras palabras, lo que está planeado hoy
estará en servicio hasta 2060. Entonces, ¿dónde y cómo se recargarán los
vehículos eléctricos? ¿Y cuántos deben ser acomodados? Estas son preguntas
complicadas, porque estamos hablando de algo más que la gran cantidad de
vehículos que funcionan con baterías.
Por
ejemplo, si las estrategias para compartir el automóvil realmente despegan, eso
alterará las demandas que se hacen a la infraestructura de carga. Si los autos
se comparten, deberán volver a cargarse rápidamente después de su uso, lo que
significa que se necesitarán potentes estaciones de carga públicas. Pero
mientras todos los conductores sigan siendo dueños de sus propios automóviles,
aún será necesario contar con soluciones de carga durante la noche. En este
escenario, la velocidad de carga es menos importante.
Entonces, ¿qué opciones están disponibles para
los operadores de la red para garantizar que sus redes estén preparadas?
"Se recomienda un enfoque paso a paso cuando se trata de integrar la
futura infraestructura de carga en la red", dice el Dr. Adam Slupinski,
jefe de Distribución y Sistemas Descentralizados de Siemens PTI. "El
primer paso es determinar la carga
adicional que los vehículos eléctricos impondrán en el futuro y dónde entrarán
en contacto con la red. Con este conocimiento, podemos simular las redes y aplicar
una planificación a largo plazo para optimizarlas tanto técnica como
económicamente”. En el proceso, los operadores de la red también aprenderán qué
recursos son potencialmente críticos. Luego, a través de un proceso de
planificación de reinversión predictiva e inteligente, pueden mantener al
mínimo los costos de expansión provocados por la electromovilidad.
Slupinski considera que este enfoque es
especialmente práctico para las redes de media tensión. "En las redes de
bajo voltaje, los problemas de volumen y el alto nivel de incertidumbre sobre
los puntos de carga en el futuro significan que tendremos que hacer uso de un
sistema de gestión de carga de nivel superior para controlar las estaciones de
carga". La naturaleza permitirá la comunicación entre el sistema de
distribución y los puntos de carga, y garantizará que el número de vehículos
eléctricos que se cargan simultáneamente se limita a lo que la red puede
acomodar.
Almacenamiento de baterías y
sistemas de energía descentralizados.
Además, es posible que en el futuro veamos un
mayor uso del almacenamiento de la batería y los sistemas de energía
descentralizados (DES). Los sistemas de almacenamiento de baterías son
adecuados para proporcionar capacidad a nivel local para cargar vehículos
eléctricos. Las soluciones de almacenamiento también son de interés para los
operadores de la red, ya que pueden suministrar energía de equilibrio cuando
sea necesario: pueden acomodar el exceso de producción temporal de plantas de
energía solar o turbinas eólicas, y por el contrario, pueden ayudar a reducir
las deficiencias cuando los volúmenes de generación son insuficientes, lo que
mantiene la red estable.
Paralelamente, el DES, que consiste
principalmente en sistemas solares o combinados de generación de calor y
energía (CHP), generará energía cerca de donde se consumirá. El beneficio de
las centrales eléctricas descentralizadas como estas es que no hay necesidad de
estructuras de suministro suprarregionales, porque la electricidad se genera y
consume localmente.
Haciendo uso de la digitalización
para modelos de grilla más extensos
La complejidad de la situación actual lleva
los métodos probados y verdaderos de análisis de cuadrícula a sus límites.
"La utilidad del futuro necesitará un modelo digital detallado del sistema
de energía que sea lo más transparente posible", dice Gemsjäger. De lo
contrario, difícilmente será posible planificar un suministro eficiente y
confiable que cumpla con los requisitos. Un modelo digital de la red hará más
que simplemente identificar vulnerabilidades en la infraestructura existente.
También incorporará datos adicionales, por ejemplo, sobre población, estructura
e infraestructura de movilidad, y considerará factores operativos como la
regulación de voltaje, el reposicionamiento de puntos abiertos y la gestión de
la energía reactiva. Por lo tanto, sentará las bases para las pruebas de estrés
basadas en escenarios, que mostrarán cuándo y dónde la cuadrícula está llegando
a sus límites, así como también cómo abordará los cambios futuros en el
comportamiento del usuario.
"La
transparencia de la red y los modelos flexibles son la clave para estar
óptimamente preparados para la electromovilidad del futuro e identificar
medidas de" no arrepentimiento”, dice Gemsjäger. "En otras palabras,
medidas que podemos tomar hoy sin lamentarlas mañana, independientemente del
escenario que se desarrolle". Y lo contrario también es cierto: cuanto más
preparados estén los operadores de la red para las tecnologías de accionamiento
del futuro, más rápidas serán estas tecnologías hacerse popular.
Fuente: https://www.siemens.com/global/en/company/stories/infrastructure/2020/e-mobility-how-many-evs-can-the-power-network-cope-with.html
