¿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.
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