Fuerza catalizadora: satisfacer la demanda de electricidad que trae consigo la revolución de los vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos (VE) son, sin lugar a dudas, una historia de éxito continuo en el transporte moderno.

El Toyota Prius fue el primer coche moderno fabricado en serie que utilizó la propulsión eléctrica^[1], mediante la combinación de un motor de gasolina pequeño y eficiente de 1,5 litros con un motor eléctrico y la recuperación de la energía del frenado (frenado regenerativo) para mejorar la eficiencia del combustible. Desde que Toyota —socio comercial de Abdul Latif Jameel desde hace casi siete décadas—, lanzó el Prius en 1997, las ventas de coches que usan la energía de las baterías para complementar o sustituir la combustión interna no han parado de aumentar, impulsadas por las ventajas que estos coches comportan para sus conductores, como es el caso del ahorro y el rendimiento, así como por las preocupaciones medioambientales y de adaptación a las normativas. Además, en muchos países también se han visto motivadas por los incentivos en forma de impuestos, o las ventajas prácticas, como, por ejemplo, el aparcamiento gratuito en la ciudad.

Para finales de 2021, uno de cada cinco coches nuevos en Europa^[2] y uno de cada siete en China^[3] podría tener que enchufarse y cargarse en lugar de repostarse en los surtidores. Inicialmente, fueron los híbridos como el Prius los que comenzaron a ganarse la opinión pública. Sin embargo, con el avance exponencial que ha experimentado la tecnología de baterías a lo largo de los últimos cinco años, los vehículos cien por cien eléctricos son cada vez más habituales en nuestras carreteras.

Los vehículos eléctricos están en auge en un momento en el que el volumen total de ventas de coches está disminuyendo^[4]. En el Reino Unido y Dinamarca, a partir de 2030 será ilegal la venta de coches nuevos que no cuenten con transmisión eléctrica[5][6]. Incluso se prohibirán los híbridos en ese mismo año. La mayoría de los países europeos tienen objetivos similares, mientras que China, por su parte, prohibirá los coches que sean exclusivamente diésel o de gasolina para 2035.

Los consumidores están acogiendo con entusiasmo los coches eléctricos, al verse cautivados por los menores costes de funcionamiento, una conducción más silenciosa y suave, un mantenimiento más sencillo y unas credenciales ecológicas. Los fabricantes, incluidas las empresas pioneras que apostaron por completo por los vehículos eléctricos como Tesla, RIVIAN, NIO y Polestar, están incrementando a gran velocidad su capacidad para abastecer la demanda creciente con modelos nuevos e innovadores en todos los segmentos del mercado. Por su parte, Toyota tiene previsto sacar al mercado 30 modelos eléctricos con batería, incluyendo furgonetas de reparto, de aquí al año 2030, como parte de su ambición por vender 3,5 millones de vehículos eléctricos de batería (VEB) al año (en comparación con los 2 millones de vehículos que venden actualmente), de una cifra de ventas mundial de 10 millones de vehículos.

Vehículos eléctricos en todos los sectores

Aunque es posible que los turismos eléctricos ya sean algo habitual en las calles, la capacidad de las baterías no está limitada a un tipo de transporte en concreto. Los autobuses eléctricos están tomando el relevo del diésel, como demuestra la ciudad china de Shenzhen, la primera ciudad en electrificar toda su flota de autobuses en el 2020.

Las furgonetas eléctricas han tardado más en parecer en masa, si bien marcas como Nissan, Renault y Mercedes ya cuentan con una gama eléctrica y, con la llegada de la Ford Transit eléctrica^[7], no cabe duda de que las furgonetas también se están sumando a la tendencia general de lo eléctrico.

Las empresas emergentes Arrival^[8] y Volta^[9], así como las empresas consolidadas Volvo, DAF y Mercedes, ya fabrican vehículos comerciales de mayor tamaño.

Incluso los camiones articulados más grandes pronto se pasarán a la energía de las baterías, gracias a las enormes baterías y a los sistemas de carga de hasta 2 MW^[10] que están en proceso de desarrollo para poder asumir las largas distancias y las pesadas cargas que deben transportar.

Más allá de en los escaparates de los concesionarios, es necesario que se produzca un cambio igualmente importante, aunque menos visible.

Mientras que los coches de combustión interna han necesitado una gigantesca infraestructura de camiones cisterna y estaciones de servicio para mantenerse en movimiento, los coches eléctricos, por su parte, necesitan una red eléctrica, una infraestructura para la que nuestros sistemas de energía actuales no fueron concebidos. Los organismos reguladores, las empresas de suministro, los operadores de red, las redes locales de distribución y los operadores de puntos de recarga de todo el mundo se enfrentan a un enorme desafío: a medida que los vehículos eléctricos se hacen más populares, ¿cómo se puede garantizar que haya suficiente electricidad en el momento adecuado para que todo el mundo pueda abastecerse?

Un desafío, no un problema

Los expertos en el suministro eléctrico no quieren restarle importancia a la transformación que debe tener lugar, pero también tienen claro que, con la planificación y la inversión adecuadas, somos más que capaces de suministrar suficiente electricidad para lograr un futuro del transporte electrificado.^[11] En parte, esto se logrará gracias a las mejoras de la red y a las instalaciones de nueva generación, pero también será posible gracias a la optimización inteligente de los activos ya existentes y al uso de datos para repartir la carga extra.

Expertos de McKinsey & Co. descubrieron que, en Alemania, por ejemplo, la red probablemente necesitaría 5 GW adicionales de capacidad máxima para 2030[12], en un posible escenario totalmente incontrolable en el que todo el mundo conectará sus vehículos eléctricos para cargarlos. Esto equivaldría a seis grandes centrales eléctricas de gas modernas, lo que afectaría a la ambición del país de alcanzar una red eléctrica con cero emisiones netas para 2035^[13]. Afortunadamente, hay muchas soluciones para minimizar esta subida y utilizar en su lugar energía limpia.

Las redes locales de suministro de energía pueden detectar dónde se producen los picos de demanda y cuándo. En una zona donde haya una alta concentración de coches eléctricos, como, por ejemplo, en un barrio residencial que cuente con entradas, garajes y cargadores domésticos, o en el caso de un depósito de vehículos comerciales, se producirá un pico de demanda al final de la jornada laboral cuando se haya terminado de usar los vehículos y se pongan a cargar para que estén listos para la mañana siguiente. Esto supone una sobrecarga para la central local, que puede satisfacerse, a corto plazo, incrementando la generación de energía con petróleo y gas o, de forma más sostenible, utilizando fuentes de energía más eficientes y con bajas o cero emisiones de carbono.

Soluciones activas y pasivas

Las compañías eléctricas, los gobiernos y, cada vez más, la opinión pública, coinciden en que la simple construcción de centrales eléctricas nuevas no es la manera de hacer frente al próximo desafío que se avecina. Se trataría de una solución costosa y un despilfarro de dinero construir grandes instalaciones centralizadas que emitan gases de efecto invernadero y que solo se necesiten durante unas pocas horas punta al día en determinadas zonas.

Las soluciones más inteligentes para hacer frente a esta sobrecarga localizada de la red se pueden dividir en dos categorías: soluciones activas y soluciones pasivas.

Por un lado, las soluciones pasivas ponen las acciones en manos del consumidor, incentivándolo a utilizar temporizadores para que aprovechen el suministro nocturno fuera de las horas punta al ofrecerle precios más bajos. En el Reino Unido, por ejemplo, la tarifa Octopus Go^[14] cuesta actualmente solo 0,08 GBP por kWh en las primeras horas de la mañana, menos de la mitad del coste medio nacional y equivalente a unos 0,03 GBP por kilómetro en los coches eléctricos más populares.

Algunas tarifas reflejan los cambios constantes del precio de la electricidad, por lo que los hogares que disponen de su propio almacenamiento (baterías domésticas o sistemas inteligentes de agua caliente y calefacción), pueden aprovechar los precios más bajos en condiciones de mucho viento o sol. A veces, el precio de la energía cae incluso por debajo de cero, lo que supone pagar al propietario para que absorba el exceso de electricidad y equilibre la red.^[15]

Por otro lado, las soluciones activas implican que las empresas de suministro de energía, los operadores de redes y las redes locales de distribución utilicen los datos para controlar de forma remota los puntos de carga, tanto públicos como privados. Garantizan que los coches se carguen correctamente con tiempo suficiente para cuando se necesiten, pero no necesariamente de forma inmediata después de enchufarlos.

Este control puede comenzar en la central, donde se pueden implementar instalaciones de almacenamiento locales por un coste razonable, mucho más bajo que el de construir nuevos generadores. Estas se cargarían lentamente durante las horas de menor actividad utilizando el exceso de suministro de fuentes renovables como la energía solar y la eólica, que son más abundantes durante el día, y servirían para complementar el suministro cuando comenzase la carga.^[16] Como alternativa, los medidores y cargadores inteligentes pueden tomar nota de cuándo se necesitarán los coches y luego comunicarse entre ellos para equilibrar la carga en toda la zona durante toda la noche.^[17]

Del mismo modo, un depósito de vehículos comerciales podría utilizar su propio software de programación para crear su propia versión local de lo mismo, minimizando la capacidad requerida y, por lo tanto, el coste de su red de cableado privado, pero, aun así, satisfaciendo las necesidades de una gran flota al distribuir la carga entre una serie de vehículos a lo largo de la noche.

Los propios vehículos eléctricos podrán convertirse en activos de la red a medida que los sistemas del vehículo a la red (V2G) se vuelvan más comunes. Un vehículo enchufado que no necesita carga puede rebajar la demanda de electricidad en una zona al absorber el exceso de generación de energía renovable y libre de carbono cuando esté disponible y descargarla cuando sea necesario. Esto evitaría la necesidad de disponer de baterías estacionarias que requieren un lugar donde colocarlas e inversión, pero se seguiría proporcionando un suministro estable y de buena calidad al vecindario.

Aunque las primeras generaciones de vehículos eléctricos no contaban con la tecnología de transmisión bidireccional del vehículo a la red, esta es cada vez más común.

La camioneta eléctrica F-150 Lightning de Ford lo lleva de serie, al igual que muchos coches Nissan y el popular Hyundai Ioniq⁵.

Los próximos modelos de Volkswagen, Renault, Polestar y Volvo serán capaces de devolver energía a la red cuando sea necesario. En las zonas rurales y próximas a la ciudad, donde los accesos a las viviendas y los garajes son más comunes y es más probable que se puedan enchufar los coches cuando no se utilicen, la capacidad de conexión a la red de los vehículos también reducirá en gran medida la necesidad de aumentar la potencia.

Mejoras inteligentes lejos de los núcleos urbanos

Es probable que las zonas rurales sean las que necesiten las mayores mejoras y las más costosas de la red para poder cumplir con los requisitos de carga rápida, y, en este caso, la capacidad de almacenamiento local también puede suponer una solución muy rentable.

Las viviendas individuales o los grupos pequeños de viviendas pueden compartir baterías de bajo coste que hayan sido retiradas de su uso en vehículos eléctricos con un suministro de baja tensión. Esta capacidad de sobretensión local puede cargarse durante la mayor parte del día y luego intervenir en las horas de mayor demanda para proporcionar los 7 kW de potencia que los conductores modernos esperan.

La instalación de almacenamiento local no solo evita el alto coste que supondría la mejora o la actualización de la red en las comunidades más remotas, sino también los retrasos llevando a cabo esta labor. Las soluciones locales evitan la necesidad de reforzar la red desde las grandes centrales hasta todas las granjas y aldeas, lo que permite a los propietarios de viviendas rurales disfrutar de las ventajas de la conducción eléctrica, sin preocuparse por la sobrecarga de sus circuitos antiguos.

La escasa capacidad de ingeniería y los requisitos normativos a menudo hacen que el trabajo de refuerzo de la red en zonas rurales lleve más tiempo del necesario, lo que podría dificultar que las redes sigan el ritmo de la demanda, que está aumentando a gran velocidad.

Los estudios realizados en zonas con largos periodos de espera o con redes de puntos de carga poco fiables indican un nivel mucho menor de adopción de los vehículos eléctricos. El caso de Irlanda del Norte^[18] es un ejemplo de ello, donde la falta de inversión en la red pública de cargadores y la lentitud de los organismos reguladores en las obras de la red han minado la confianza de los consumidores y han estancado el porcentaje de coches eléctricos en la carretera en un 0,4 %, una cifra ínfima comparada con el 17 % de Noruega, la más alta del mundo.

Falta de normas que regulen la carga

Otro factor que podría obstaculizar la adquisición de vehículos eléctricos es la falta de normas internacionales que regulen la carga.

Hay tres niveles de carga disponibles para los propietarios de vehículos eléctricos:

• Nivel 1 de corriente alterna (CA): proporciona 8 kilómetros (5 millas) por hora de carga y se utiliza una toma de corriente estándar de 110 V. 
• Nivel 2 de corriente alterna: el tipo de cargador más popular para quienes cargan en casa. Proporciona entre 20 y 50 kilómetros (10 y 30 millas) por hora de carga y se utiliza una toma de corriente de 240 V.
• Carga rápida de corriente continua (nivel 3): es más frecuente en contextos comerciales o industriales. Los cargadores rápidos pueden proporcionar hasta 240 kilómetros (150 millas) de carga en una hora.

La carga rápida es el “estándar de referencia” para los puntos de carga de acceso público. Sin embargo, el panorama se complica aún más debido a la existencia de cuatro protocolos de carga eléctrica rápida que compiten entre sí en todo el mundo, donde cada uno tiene una serie de conectores diferentes, tal como se resume en la tabla siguiente:

A largo plazo, al igual que la “guerra de los vídeos” que tuvo lugar entre Betamax y VHS en los años 80, es inevitable que uno o dos formatos se impongan. Pero a corto plazo, se trata de otro factor que deben tener en cuenta los propietarios, fabricantes y reguladores de los vehículos eléctricos. Como también lo es la inversión desigual en infraestructuras de carga pública a nivel mundial. Aunque el despliegue de cargadores públicos (tanto rápidos como lentos) se está acelerando en todos los mercados, hasta 1,8 millones de puntos de carga públicos en 2021 [19], existe una disparidad considerable entre países. En la UE, por ejemplo, la mayoría de los países no cumplieron con la proporción recomendada de cargadores públicos por vehículo eléctrico en 2020[20].

Conducir un vehículo eléctrico: una experiencia de primera clase

A pesar de estos desafíos, los gobiernos de todo el mundo están decididos, y comprometidos, a alcanzar un futuro en el que la actividad humana no siga perjudicando el medioambiente al emitir gases de efecto invernadero dañinos a base de carbono. La floreciente industria de los combustibles alternativos quiere crecer, los consumidores son cada vez más receptivos a los vehículos eléctricos y una mayor diversidad de fuentes de combustible es buena para todos nosotros. Entonces, ¿qué ventajas tienen a nivel personal los vehículos eléctricos para los propietarios particulares?

Tradicionalmente, la confianza de los consumidores en los vehículos eléctricos se ha visto obstaculizada por las preocupaciones relacionadas con la denominada “ansiedad por la autonomía”, la falta de puntos de carga bien situados y el precio de compra^[21]. Sin embargo, todos estos factores se están abordando actualmente por medio de los avances tecnológicos, una mayor inversión y unas estrategias normativas más favorables a los vehículos eléctricos.

Los vehículos eléctricos no son solo una buena decisión para ayudar a salvar el planeta. Los consumidores se están dando cuenta de que conducir un vehículo eléctrico puede ser una experiencia mejor en todos los aspectos que la de conducir un vehículo de gasolina o diésel, y no para de mejorar. La conducción es más suave y silenciosa, el frenado es más rápido y preciso y la aceleración puede ser “vertiginosamente” rápida, lo que añade un incentivo “basado en la diversión” que anima a pasarse a este tipo de vehículos.

Los motores eléctricos son más pequeños que sus equivalentes de combustión interna y las baterías están diseñadas para caber bajo el suelo del vehículo, por lo que los coches eléctricos tienen más espacio en su interior. Además, al tener un menor número de piezas móviles, hay menos posibilidades de que se produzcan fallos. Y si se dispone de un lugar fiable en el que recargar el coche, incluso se elimina el inconveniente de tener que pararse a poner combustible, ya que, en el caso de los vehículos eléctricos con batería, simplemente habrá que enchufarlos al final del día.

La rápida bajada de los precios de las baterías y las subvenciones gubernamentales han dado pie a que el coste de los vehículos eléctricos nuevos se asemeje al de sus homólogos más tradicionales, así mismo la enorme reducción del coste del combustible y del mantenimiento hace que el coste derivado de la utilización de un vehículo eléctrico durante toda su vida útil sea inferior al de la gasolina hace años.^[22]

Menos del 1 % de los conductores de vehículos eléctricos volverían a utilizar coches de gasolina o diésel^[23], incluso antes de que se implementen a gran escala cargadores domésticos rápidos o cargadores públicos rápidos en lugares de trabajo o aparcamientos. Una vez que lo han probado, los conductores se dan cuenta de que simplemente es mejor tener un vehículo eléctrico. Es este mismo atractivo para el consumidor el que está impulsando la rápida aceptación de la tecnología de los vehículos eléctricos y planteando nuevos retos a la red eléctrica.

Centrales eléctricas virtuales

El almacenamiento estacionario, la carga inteligente y los coches con tecnología del vehículo a la red se combinan para crear lo que se conoce como una central eléctrica virtual, un factor clave en la infraestructura energética que mantendrá a los vehículos eléctricos en movimiento sin quebrantar los objetivos de los gobiernos relacionados con las emisiones de carbono. Este cambio de paradigma, que consiste en pasar de la planificación centralizada y la generación de energía industrializada a gran escala a unidades autónomas más pequeñas, la planificación de la economía circular y la distribución inteligente, acabará por eliminar la necesidad de las centrales de punta y permitirá una verdadera movilidad eléctrica libre de emisiones de carbono. Esta transformación se verá favorecida por una serie de nuevas e interesantes tecnologías de recarga de vehículos eléctricos, desde la carga inalámbrica o el intercambio de baterías, hasta los paneles solares en los tejados y las carreteras que cargan el vehículo mientras se conduce.

Los gobiernos alcanzarán sus objetivos de cero emisiones de carbono, las compañías eléctricas se ahorrarán el gasto de construir nuevas centrales eléctricas y el consumidor dispondrá de un suministro de energía más fiable y flexible a un menor coste, todo ello gracias al poder de la planificación y la ingeniería inteligente. Un futuro sostenible sin emisiones de carbono no solo es deseable, sino que también está a nuestro alcance.

El auge de las ventas de vehículos eléctricos demuestra que la adopción de vehículos impulsados por baterías tiene una trayectoria unidireccional. Con la planificación y la cooperación entre los fabricantes, los generadores de energía, los distribuidores y, sobre todo, los gobiernos locales, este enorme cambio en la movilidad puede lograrse sin problemas y sin interrupciones, para gran beneficio tanto de los consumidores como del planeta.

[1] https://global.toyota/en/prius20th/evolution/

[2] https://www.ey.com/en_gl/energy-resources/as-emobility-accelerates-can-utilities-move-evs-into-the-fast-lane

[3] https://www.scmp.com/business/china-business/article/3163005/electric-cars-account-over-20-cent-chinas-new-vehicle-sales

[4] https://www.oica.net/category/sales-statistics/

[5] https://www.spglobal.com/commodityinsights/en/market-insights/latest-news/oil/111820-factbox-uk-brings-forward-ban-on-new-ice-cars-to-2030

[6] https://www.euractiv.com/section/electric-cars/news/denmark-to-ban-petrol-and-diesel-car-sales-by-2030/

[7] https://www.ford.co.uk/vans-and-pickups/e-transit

[8] https://www.thetimes.co.uk/article/electric-van-maker-arrivals-big-plan-to-start-small-ch3cb9s2q

[9] https://www.commercialfleet.org/news/truck-news/2021/11/03/volta-zero-revealed-in-production-ready-form

[10] https://electrek.co/2018/05/10/chargepoint-2-mw-charger-electric-aircraft-and-semi-trucks/

[11] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/the-potential-impact-of-electric-vehicles-on-global-energy-systems

[12] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/the-potential-impact-of-electric-vehicles-on-global-energy-systems

[13] https://time.com/6124079/germany-government-green/

[14] https://octopus.energy/go/

[15] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666792421000652

[16] https://new.abb.com/news/detail/46325/the-future-of-the-power-grid-in-the-coming-era-of-e-mobility

[17] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/the-potential-impact-of-electric-vehicles-on-global-energy-systems

[18] https://www.assemblyresearchmatters.org/2021/11/02/are-electric-cars-a-realistic-alternative-to-petrol-and-diesel-in-northern-ireland-today/

[19 https://vehiclefreak.com/ev-statistics/

[20] https://iea.blob.core.windows.net/assets/ed5f4484-f556-4110-8c5c-4ede8bcba637/GlobalEVOutlook2021.pdf

[21] https://today.yougov.com/topics/consumer/articles-reports/2020/10/23/whats-stopping-americans-buying-electric-cars

[22] http://evtc.fsec.ucf.edu/research/project6.html

[23] https://www.energylivenews.com/2022/01/12/ev-drivers-have-no-interest-in-returning-to-petrol-or-diesel/#:~:text=Less%20than%201%25%20of%20electric,cars%20and%20lower%20running%20costs.