Combustibles vs energías verdes

En estos tiempos, y particularmente en nuestro país, cada vez son más costosos los combustibles fósiles, entonces pregunto, ¿has analizado la opción de adoptar las energías renovables a tu vida?

Con todo el conocimiento que hemos acumulado, considero prudente canalizarlo en ejemplos prácticos para visualizar las aplicaciones de las energías renovables a nuestro cotidiano vivir. Nuestro primer caso será la aplicación para vehículos eléctricos.

En el área de movilidad, el tema de los vehículos automotores es recurrente en las grandes urbes, debido a la gran cantidad de ellos que circulan diariamente, generando congestionamientos y afectando la calidad del aire para los habitantes en general. Según datos del INEGI, el parque vehicular registrado al 2016 asciende a 42,932,567, millones de vehículos, (1) donde el estado de México es el líder de la estadística con 5.1 millones de vehículos, seguido por la CDMX con 4.7 millones y Jalisco con 3.1. (2)

Las ciudades mexicanas padecen serios problemas de contaminación ambiental, y el sector transporte es una de sus principales causas al contribuir con el 20.4% de la emisión de GEI (gases de efecto invernadero), de los cuales el 16.2% proviene del subsector automotor, en su mayoría, por viajes en transporte individual motorizado. (3)

Los datos no son tan optimistas, entonces ¿qué hacer?

Recientemente hemos escuchado hablar acerca de los vehículos híbridos y eléctricos, como una opción para abatir el problema de la contaminación generada, y cabe mencionar, que cada vez son más eficientes y alcanzan mayores kilometrajes. Los vehículos se dividen en tres categorías: (4)

1) Vehículos eléctricos híbridos (HEVs) Hybrid electric vehicles: Los HEV funcionan con un motor de combustión interna (ICE: Internal Combustion Engine) tradicional de gasolina o diesel y por un motor eléctrico que usa energía almacenada en una batería. La batería es cargada por el ICE y mediante el frenado regenerativo. El vehículo no se puede enchufar para cargar. El motor eléctrico proporciona potencia adicional durante los arranques y la aceleración, lo que permite un motor más pequeño. Esto da como resultado una mejor economía de combustible sin sacrificar el rendimiento.

2) Vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEVs) Plug-in hybrid electric vehicles. Los PHEV son similares a los HEV, pero tienen una batería más grande que le permite viajar solo con electricidad. La batería puede cargarse enchufándose a una fuente de energía eléctrica, a través del frenado regenerativo y por el ICE. A diferencia de los vehículos totalmente eléctricos, los PHEV no deben enchufarse antes de conducir. Se pueden alimentar únicamente con gasolina, como HEV convencional. Sin embargo, no lograrán el máximo ahorro de combustible ni aprovecharán al máximo sus capacidades totalmente eléctricas sin enchufarlas.

3) Vehículos totalmente eléctricos (EVs) Electric vehicles: Los vehículos eléctricos funcionan solo con electricidad. Son alimentados por un motor eléctrico que usa energía almacenada en una batería (más grande que las baterías en un HEV o PHEV). Las baterías EV se cargan conectando el vehículo a una fuente de energía eléctrica y (en menor grado) a través de un frenado regenerativo.

Los vehículos eléctricos convierten alrededor del 59% -62% de la energía eléctrica de la red para alimentar las ruedas. Los vehículos de gasolina convencionales solo convierten aproximadamente el 17% -21% de la energía almacenada en gasolina para alimentar las ruedas. (5)
En una comparativa publicada en la página gob.mx, se eligió el auto eléctrico más vendido en México y se comparó con uno similar de la misma marca y año-modelo. Para ambos autos se consideró el rendimiento energético combinado: 45% carretera y 55% ciudad. (6)

Nota: Características de la gasolina: Gasolina Magna en la ZMVM, Densidad: 0.723 kg/litro, Poder Calorífico: 39.53 MJoules/kg, Contenido de carbono en peso: 85.52%.

Resultado de la comparación:

Las emisiones estimadas para el auto eléctrico Nissan Leaf, son 13.74 kg de CO2 por un consumo de electricidad de 30 kWh para recorrer 160.9 km. Las emisiones estimadas para el auto de combustión interna a gasolina (Nissan Versa), son 24.86 kg de CO2 por un consumo de gasolina de 10.98 litros para recorrer 160.9 km. El automóvil de gasolina genera 11.12 kg CO2 adicionales al eléctrico (81% mayor).
Enfocándonos a los vehículos enchufables (PHEV o EV), tenemos que tener en cuenta las siguientes consideraciones técnicas:

Hay tres tipos básicos de carga: (7)

Carga nivel 1: puede cargar el vehículo conectándolo a un tomacorriente regular de 120 voltios en Corriente Alterna (CA), del tipo que se encuentra en el hogar. Este es el tipo más lento de carga, aproximadamente de 2 a 5 millas de alcance por hora de carga, pero puede ser conveniente y no requiere un cargador especial o un tipo de toma de corriente. La mayoría de los vehículos enchufables vienen equipados con un cable para permitir este tipo de carga.

Carga nivel 2: estos cargadores suministran corriente a 240 V (o 208 V) en Corriente Alterna (CA), y proporcionan de 10 a 30 millas de alcance por hora de carga. La mayoría de los cargadores públicos son cargadores de nivel 2, y pueden instalarse también en casa. La mayoría de los cargadores públicos usan un tipo de enchufe estándar que es compatible con todos los vehículos, y las estaciones de carga de Tesla, sin embargo, usan un tipo de enchufe diferente que no puede ser utilizado por vehículos de otros fabricantes. Tesla proporciona un adaptador que permite que sus vehículos utilicen estaciones de carga Tesla y Nivel 2 estándar. ofrece carga a través de un servicio eléctrico de 240 V (aplicaciones residenciales típicas) o de 208 V (aplicaciones comerciales típicas). La mayoría de las casas tienen servicio de 240V disponible, y debido a que el EVSE de nivel 2 CA puede cargar una batería EV típica de la noche a la mañana, comúnmente se instalarán en hogares de EV para carga doméstica o se usarán para equipos de carga pública. Esta opción de carga puede operar hasta 80 amperios y 19.2 kW. Sin embargo, la mayoría de los EVSE residenciales de nivel 2 de AC operarán a menor potencia. Muchas de estas unidades operan hasta 30 amperios, entregando 7.2 kW de potencia. Estas unidades requieren un circuito dedicado de 40 amperes.

Carga rápida: también llamada carga rápida de Corriente Continua (CC) es el tipo de carga más rápido, lo que permite proporcionar a la batería aproximadamente de 60 a 80 millas de alcance en 20 minutos de carga, típicamente entrada trifásica de 208 / 480V CA. No todos los vehículos pueden aceptar una carga rápida, ni todos los vehículos usan el mismo tipo de enchufe para la carga rápida de CC, así que es recomendable consultar el manual del propietario. Las estaciones de carga rápidas generalmente se encuentran a lo largo de los corredores de tráfico pesado. Debido a los gastos y los requisitos de corriente eléctrica, no son prácticos para la instalación en el hogar.

Equipo de carga

Como se mencionó anteriormente, el equipo de carga para vehículos eléctricos enchufables (PHEV o EV) se clasifica por la velocidad a la que se cargan las baterías. (8)

Equipo para Carga Nivel 1: La mayoría de los vehículos eléctricos enchufables (PHEV o EV), vienen con un Sistema para Alimentación del Vehículo Eléctrico EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment), que consta de un juego de cables para Corriente Alterna (CA), por lo que no se requieren equipos de carga adicionales. En un extremo del cable hay un conector NEMA estándar (por ejemplo, un NEMA 5-15, que es un enchufe doméstico común de tres patas) y en el otro extremo un conector estándar SAE J1772. El conector SAE J1772 se conecta al puerto de carga J1772 del automóvil y el conector NEMA se conecta a una toma de corriente NEMA estándar.

Equipo para Carga Nivel 2: Usa el mismo conector SAE J1772 y el puerto de carga que usa el equipo de nivel 1. Todos los PEV disponibles comercialmente tienen la capacidad de cargarse utilizando equipos de carga de nivel 1 y de nivel 2 de CA. Aunque los vehículos Tesla no tienen un puerto de carga J1772, venden un adaptador.

Equipo para Carga Rápida de Corriente Directa (CD): Permite una carga rápida a lo largo de los corredores de tráfico pesado en las estaciones instaladas. Existen tres tipos de sistemas de carga rápida de CD, según el tipo de puerto de carga del vehículo: un combo J1772, CHAdeMO o Tesla.

El combo J1772 es usado por Chevrolet y BMW, y es único porque un conductor puede usar el mismo puerto de carga cuando carga con equipos de nivel 1, 2 o Carga Rápida Corriente Directa. La única diferencia es que el conector de carga rápida de CC tiene dos patas inferiores.

El CHAdeMO es el más común de los tres tipos de conectores y lo utilizan Nissan, Mitsubishi y Toyota.

Los vehículos Tesla tienen un puerto de carga único y un conector que funciona para todas sus opciones de carga, incluida su opción de carga rápida, llamada sobrealimentador.

En México, se denominan electrolineras a las estaciones de carga para autos eléctricos. En el país se encuentran instaladas 699 electrolineras las cuales 477 son públicas (68%) y 222 son privadas (32%). La red de Electrolineras está distribuida en varias partes del país, en donde la Ciudad de México y los estados de Nuevo León y Aguascalientes concentran el 53% del total de electrolineras.

CFE promueve la adopción de vehículos eléctricos e híbridos recargables a través de la instalación de infraestructura de recarga. Ha generado alianzas con universidades, empresas del sector automotriz, gasolineras y particulares que están interesados en adoptar este tipo de tecnología.

Además, instala un medidor independiente para usuarios que coloquen una electrolinera en su hogar el cual registra la energía que consume la electrolinera para facturarla de manera separada. (9)

En todos los casos necesitamos de la electricidad, pero producida de la manera tradicional, representa una fuente de contaminación. Como lo hemos mencionado todo este tiempo, producir la electricidad por medios renovables y almacenarla ya es una realidad, como lo he planteado anteriormente, en otros artículos.

Un panel de 320 kW puede producir al día 1.28 kWh en casi cualquier punto de México, así como existen los sistemas de baterías con la capacidad de almacenar esta energía y liberarla.

Para este caso, en que vamos a tener este invitado en casa, o sea, un vehículo eléctrico, se recomienda que sea interconectado a la red eléctrica, debido a los siguientes factores:

• El consumo de energía en el domicilio se incrementará, por lo que la opción de colocar un segundo medidor, para uso exclusivo del vehículo eléctrico, debe contemplarse en todo momento.

• El dimensionamiento para satisfacer la demanda que requiera el vehículo, por medio de un sistema fotovoltaico, cubrirá parcialmente el consumo, debido al espacio libre con el que se cuente en el inmueble. Se puede hacer uso de estructuras adicionales, como los llamados “solar carports”, para ampliar el área de captación de nuestro sistema fotovoltaico.

• Algunas marcas de inversores cuentan en su portafolio de productos, con la solución de un banco de baterías, que auxiliara a que el sistema sea interactivo con la red eléctrica y nos permitirá acumular energía para los consumos que el inmueble requiera, auxiliando a disminuir la facturación de manera parcial o totalmente.

Como conclusión, podemos observar que invertir en un auto eléctrico es una excelente inversión. En promedio, un kilómetro recorrido con energía eléctrica es entre 40% y 60% más barato que uno recorrido con gasolina. Y si adicionalmente instalamos un sistema fotovoltaico, abatiremos nuestra facturación por concepto de consumo eléctrico, además de los beneficios que generamos al medio ambiente por la contaminación que se evita.

Como siempre deseo que esta información les sea útil. Y estaremos aplicando el conocimiento acumulado en casos de nuestro diario acontecer en posteriores entregas. Éxito en sus proyectos. Un abrazo….

Bibliografía
(1) INEGI. Parque Vehicular.
(2) INEGI. Síntesis metodológica de la Estadística de vehículos de motor registrados en circulación.
(3) ONU Hábitat. Contaminación, automóviles y calidad del aire.
(4) Department Of Energy(DOE). At A Glance: Electric-Drive Vehicles.
(5) Department Of Energy(DOE). All-Electric Vehicles.
(6) gob.mx. Flexibilización de mercados de gasolinas y diésel: Blog. Fecha de publicación 01 de febrero de 2017. Comparativa: auto eléctrico vs auto de gasolina.
(7) U.S. Department of Energy (DOE) / Energy Efficiency & Renewable Energy (EERE). Developing Infrastructure to Charge Plug-In Electric Vehicles.
(8) U.S. Department of Energy (DOE) / Energy Efficiency & Renewable Energy (EERE). Charging Your Plug-in Electric Car. Charging Equipment.
(9) Comisión Federal de Electricidad (CFE). Electrolineras.

Lecturas sugeridas
ONU-Habitat México. Reporte Nacional de Movilidad Urbana 2014-2015.
ONU-Habitat México. La nueva agenda urbana.
Siemens. Technical Series Edition 9. Electrical infrastructure for e-car charging stations.
SunPower. Solar carports, canopies and shade structures.
State of California. Governor´s Office of Planning and Research. Zero-Emission Vehicles in California: COMMUNITY READINESS GUIDEBOOK / Toward 1.5 Million Zero-Emission Vehicles on California Roadways by 2025.

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