César Alfredo Peña Ramos
Por César Alfredo Peña Ramos
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La operación de un sistema eléctrico necesariamente requiere de una planificación adecuada para alcanzar niveles de seguridad, confiabilidad y eficiencia en el tiempo, por medio de la gestión de planes de reforzamiento y reconfiguración de las redes para evitar congestiones y sobrecargas en lugares donde las proyecciones indican una alta demanda eléctrica.

En función al grado de penetración de los vehículos eléctricos (VE), se debe considerar el impacto de su conexión en el proceso de planificación y operación de las redes de distribución para evitar problemas de abastecimiento conforme crezca su participación en los parques vehiculares, situación que se observará a medida que la capacidad de almacenamiento de sus baterías aumente, disminuya el precio de adquisición y exista la disponibilidad de puntos de carga en la red eléctrica.

Será necesario entonces, determinar el impacto producido por la carga y descarga de los VE sobre las redes de distribución, por medio de una metodología que estime la demanda de energía y potencia requerida desde la red para abastecer los VE, en función de la información exógena disponible de caracterización del parque vehicular y de los patrones de consumo eléctrico (caracterización de la demanda).

Es evidente que, en la etapa inicial del grado de penetración de los vehículos eléctricos, la red eléctrica no tendrá mayores problemas para soportar esa demanda inicial. Sin embargo, el planificador de la red eléctrica deberá considerar un plan de gestión y operación que permita gestionar el uso racional de las redes eléctricas y de su capacidad en función del grado de penetración del VE.

Por lo que es conveniente mencionar algunas consideraciones sobre este tema, con referencia a la de carga y descarga de las baterías eléctricas (Li-ion) de los vehículos eléctricos y su relación con el sistema eléctrico, algunas consideraciones importantes a tener en cuenta son:

1.Consideraciones de carga y descarga de baterías (Li-ion) del vehículo eléctrico

 Consideraciones de carga del VE

Para cargar las baterías de los VE se utiliza la energía eléctrica en corriente alterna (ca) abastecida desde el sistema de distribución eléctrica. Esta energía, proviene de diversas fuentes de generación (convencionales y no convencionales) y son abastecida por las redes eléctricas a un nivel de baja tensión y/o media tensión.

Para ello se utiliza un sistema de carga que comprende un transformador reductor de voltaje, además de un rectificador de corriente en el caso de celdas de batería que requieren carga en corriente continua (cc).

El tiempo de carga de la batería está en función de la potencia a la que se conecte, entonces tenemos 2 tipos de carga principales: la carga lenta (en ca) con una potencia del orden de 3 kW y un período de aproximadamente 6 horas, donde las dos primeras horas presentan un control de carga constante, correspondiente al tiempo en que aumenta la tensión eléctrica interna de la batería, y luego se provoca una disminución de la corriente de carga durante las últimas horas en que se completa el último 20-25% del total de la carga hasta llegar a la tensión nominal de la batería y se puede hacer por lo tanto en una red monofásica con tensión domiciliaria, y la carga rápida (en cc) requiere menos de una hora y usa potencias del orden de 30-50 kW para completar la carga en decenas de minutos, y del orden de 220 kW si se quiere hacer en 5 minutos, por lo tanto requiere de mayor potencia e intensidades de corriente, siendo necesario una red trifásica para el suministro de la energía necesaria y de mayores medidas de protección.

Dada la posibilidad de realizar estos dos tipos de carga, desde el punto de vista de la tecnología del vehículo es necesario que estos estén adaptados para realizar ambos tipos de procesos de carga, mediante conectores y baterías que permitan la conexión a alta potencia.

Consideraciones de descarga del VE

El desarrollo del mercado del VE también considera la posibilidad de realizar inyección de energía y potencia a la red eléctrica mediante la descarga de la energía que se encuentra almacenada en las baterías de los VE. Es decir, existe la posibilidad que un parque de VE se transforme en un parque de “pequeños generadores distribuidos” a lo largo de la red de distribución.

El proceso de operar como pequeño generador distribuido de los VE puede representar un gran beneficio para el sistema eléctrico, debido a que su capacidad eléctrica almacenada se puede utilizar para abastecer las demandas de punta de un sistema eléctrico interconectado, por medio de una cantidad agregada de oferta de vehículos. El potencial uso para estos fines que puede tener este tipo de vehículo dependerá de la cantidad de VE disponibles para conectarse a la red en el momento en que se requieren, así como de su capacidad de potencia que depende de varios factores tales como la capacidad energética de las baterías y la capacidad de conexión del conector.

2. Consideraciones del impacto del vehículo eléctrico en el sistema eléctrico

Los efectos como consecuencia del grado de penetración de los VE en los sistemas eléctricos se agrupan en relación a capacidad de las redes, calidad y continuidad del suministro, considerando la posibilidad de los VE de generar procesos de carga o descarga desde y hacia el sistema eléctrico.

Efectos de la carga de vehículos eléctricos sobre demanda eléctrica del sistema

La curva de carga diaria se caracteriza por un mayor consumo en las horas del mediodía y la tarde, y un menor consumo en la madrugada, lo que varía según las estaciones del año y se acentúa en los días de demanda máxima anual.

Un sistema económicamente adaptado es aquel en el que existe una correspondencia de equilibrio entre la oferta y la demanda de energía, asegurando la continuidad y calidad del servicio eléctrico en operación normal y en contingencia, los picos de demanda pueden significar la necesidad de centrales más caras, y a su vez las horas valles pueden significar la existencia de excedentes de energía que pudiera provocar que centrales de generación no gestionables.

Entonces, si el factor de utilización de una planta decrece, consistentemente el precio medio de la electricidad aumentará para financiar los costos fijos asociados a la generación. Por lo que resulta más eficiente gestionar la demanda para buscar “aplanar la curva de carga o demanda” mediante el desplazamiento de consumos en horas pico a períodos de horas valles.

Por ello, la forma de obtener mayor aprovechamiento del sistema eléctrico, es mediante la recarga nocturna de las baterías de los VE, lo que permitiría disminuir los valles existentes en las noches y así aplanar la curva de demanda.

Para lograr aprovechar óptimo el sistema, se deberá incentivar un cambio de hábito en la recarga del vehículo, enfocado a que los VE se carguen por la noche y durante un tiempo largo a baja potencia mediante un proceso de carga del tipo lento, sin dejar de mencionar que también se cuenta con la opción de una carga rápida.

Para ello se deben usar incentivos tarifarios (precio diferenciado) que promocionen la carga nocturna en modalidad de carga lenta en horas de valle de la curva de demanda eléctrica, y así lograr un desplazamiento de la curva de carga, mediante una gestión de la carga de los VE.

Por otra parte, el sistema de distribución eléctrica se dimensiona para hacer frente a la demanda máxima, y además que la demanda no es constante a lo largo del día, la infraestructura está subutilizada durante gran parte del día, principalmente en la noche. Una recarga en hora punta podría obligar a mayores inversiones, en función de la cantidad de VE conectados, tanto en las redes de transporte como de distribución, como en la generación, lo que aumentaría aún más la subutilización de las redes y aumentaría el costo del sistema.

Por último, es indispensable una gestión coordinada de muchos puntos que pueden demandar o aportar energía simultáneamente, si se produjera un cambio estructural dentro de las composiciones de los parques vehiculares. En ese escenario, será fundamental la existencia de “smart grids”, o redes inteligentes, las cuales permitirán contar con sistemas V2G (Vehicle to Grid) que permitirán que el flujo de electricidad fluya desde la batería del automóvil hacia las líneas de distribución eléctrica y viceversa, mediante los procesos de carga y descarga.

Efectos de la carga de los vehículos eléctricos en la infraestructura del sistema eléctrico de distribución

En lo que se refiere a los puntos de conexión para carga lenta, debido a la existencia de redes eléctricas distribuidas, existe la posibilidad de abastecimiento desde cualquier lugar urbano. Pero, existe también el desafío para desarrollar proyectos eléctricos futuros de edificios en el sentido de adaptación de los lugares de estacionamiento masivo en edificios comerciales y residenciales.

Para ello, se debe considerar la instalación de medidores inteligentes por parte de las empresas distribuidoras de energía eléctrica, mediante estos contadores se podrá establecer la comunicación entre el vehículo eléctrico y el gestor de la red, lo vendría a ser las redes inteligentes o “smart grids”.

Por lo tanto, en lo referido al impacto en la infraestructura, se infiere la importancia de la forma como se realizará la carga: de forma lenta o rápida, esto porque considerando magnitudes de energía de baterías para una carga de aproximadamente 30 minutos no podría hacerse desde un tomacorriente doméstico de 220 V, ya que exigiría corrientes para la red de baja tensión domiciliaria del orden de los 30 a 60 A, a diferencia de la carga lenta que requeriría en este caso una corriente del orden de 10 A durante 5-6 horas.

Tomando como referencia las experiencias internacionales, en las vías públicas se deberán habilitar lugares de carga rápida y que el consumidor realice el pago mediante un sistema de tarjetas de prepago y/o aplicativos online, y conectándose a instalaciones que cuentan con equipos de protección eléctrica.

Todas estas posibles modificaciones de las redes para ubicar los puntos de carga según cada caso, deben ser estudiadas y analizadas por parte de los diferentes actores involucrados en el mercado del VE.

Comentario final: las cargas y descargas de una flota de VE deberán efectuarse de manera controlada directamente o indirectamente desde un despacho de carga. El control directo puede ser ejecutado por medio de un “agregador” de demanda, que correspondería a una empresa que vendería esta demanda agregada al sistema en el mercado eléctrico.

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