Diagnosi i perspectives del vehicle electric a Catalunya by Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible

Informes del CADS

10 Diagnosi i perspectives del vehicle elĂ¨ctric a Catalunya Joan PallisĂŠ (coord.)

Informes del CADS

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya Joan Pallisé (coord.) Autors:

Francesc Astals Ignasi Cairó Joan Comellas Francesc Martínez Joan Pallisé Jordi Serra

BIBLIOTECA DE CATALUNYA. DADES CIP

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya. – (Informes del CADS ; 10) Bibliografia. Índexs ISBN 978-84-393-8293-5 I. Pallisé, Joan, ed. II. Astals, Francesc III. Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible (Catalunya) IV. Catalunya. Departament de la Vicepresidència V. Col·lecció: Informes del CADS ; 10 1. Vehicles elèctrics – Catalunya 621.33

Generalitat de Catalunya Departament de la Vicepresidència Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible de Catalunya (CADS) www.gencat.cat/CADS Joan Pallisé, coordinador Disseny: Primer Segona, serveis de comunicació Maquetació: Ferran Ruiz, Imatge i Comunicació Gràfica Impressió: Puresa Dipòsit legal: B-7.915-2010 ISBN: 978-84-393-8293-5 Tiratge: 600 exemplars Alguns drets reservats El Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible de Catalunya (CADS) no comparteix necessàriament les opinions expressades pels autors d’aquesta publicació.

Sumari

Presentació............................................................................................................................................................................................ 9 1. Introducció........................................................................................................................................................................... 11

1.1. Objectius i abast de l’estudi....................................................................................................................... 11

2. Problemàtiques del transport i recerca d’alternatives.............................. 13 2.1. Evolució de les dades de mobilitat i transport.................................................................... 13 2.1.1. Mobilitat terrestre a Catalunya........................................................................................... 14 2.1.2. Consum energètic del transport........................................................................................ 15 2.1.3. Consum de combustibles derivats del petroli. ................................................. 16 2.1.4. Els preus del combustible.......................................................................................................... 16 2.2. Emissions i qualitat de l’aire de l’actual model de transport............................. 17 2.2.1. Emissió de gasos contaminants.......................................................................................... 17 2.2.2. Gasos amb efecte d’hivernacle............................................................................................. 18 2.3. Cercant alternatives: nous combustibles i noves tecnologies per al transport.......................................................................................................................................................... 20 2.3.1. Els biocombustibles.......................................................................................................................... 20 2.3.2. L’hidrogen i les piles de combustible........................................................................... 23

3. Els vehicles elèctrics................................................................................................................................................. 25 3.1. Els orígens: una mica d’història............................................................................................................ 25 3.2. Classificació dels vehicles elèctrics. .................................................................................................... 27 3.3. Característiques dels vehicles elèctrics........................................................................................... 28 3.4. Principals característiques dels vehicles elèctrics híbrids (PHEV).............. 29 3.4.1. Vehicles híbrids en sèrie............................................................................................................... 29 3.4.2. Vehicles híbrids en paral·lel..................................................................................................... 29 3.4.3. Vehicles híbrids mixtos................................................................................................................. 30 3.5. Necessitats d’emmagatzematge en el vehicle elèctric.................................................. 30

4. Prospectiva d’evolució del mercat dels vehicles elèctrics.................... 31 4.1. Estimació i prospectiva a curt termini (2010-2015)................................................... 31 4.2. Panorama actual de producció i comercialització de vehicles elèctrics............................................................................................................................................... 32 4.3. Situació dels subsectors industrials i empresarials a Catalunya...................... 34 4.4. El cas de la logística i distribució urbana de mercaderies. Implementació i millora amb vehicles elèctrics................................................................. 35

5. Demanda energètica i xarxes de distribució davant del desplegament del vehicle elèctric.................................................................................................. 39 5.1. La generació d’electricitat a Catalunya......................................................................................... 39 5.2. La demanda d’energia al sistema elèctric................................................................................... 41 5.3. La gestió de la demanda en el sistema elèctric. Importància de la introducció del vehicle elèctric. ........................................................ 43 5.3.1. Repercussions sobre el parc de generació i la xarxa de transport........................................................................................................................................ 44 5.3.2. Repercussions sobre la distribució d’energia elèctrica............................ 45

5.4. Potencial de les fonts renovables i de la generació distribuïda per als vehicles elèctrics.................................................................................................................................... 46 5.4.1. Energia eòlica. .......................................................................................................................................... 46 5.4.2. Generació distribuïda..................................................................................................................... 48 5.4.3. Aplicació a la càrrega del vehicle elèctric................................................................ 49

6. La recàrrega dels vehicles elèctrics................................................................................................. 51 6.1. Modalitats de càrrega dels vehicles elèctrics........................................................................... 51 6.1.1. Necessitats temporals de càrrega....................................................................................... 52 6.1.2. El subministrament d’energia a la via pública............................................... 52 6.1.3. El subministrament d’energia als aparcaments............................................... 52 6.1.4. La contractació d’energia per a la càrrega del vehicle elèctric............................................................................................................................... 52 6.1.5. La capacitat dels centres de transformació i de les xarxes de distribució....................................................................................................... 53 6.1.6. Aspectes singulars del procés de càrrega del vehicle. Comportament elèctric del vehicle................................................................................ 53 6.1.7. Gestió tècnica del sistema de càrrega de vehicles......................................... 54 6.2. Característiques de la recàrrega.............................................................................................................. 55 6.3. Mètodes, infraestructures i equipaments................................................................................... 57 6.4. Ubicació dels punts de recàrrega des del punt de vista de l’usuari......................................................................................................................................................................... 61

7. Sistemes d’emmagatzematge d’energia per als vehicles elèctrics.................................................................................................................................. 63 7.1. Les bateries: característiques principals per a la seva avaluació. ..................... 64 7.2. Tipus de bateries. Descripció i funcionament..................................................................... 66 7.2.1. Bateries en medi àcid...................................................................................................................... 67 7.2.2. Bateries alcalines................................................................................................................................... 68 7.2.3. Bateria d’ió liti......................................................................................................................................... 68 7.2.4. Bateria d’ió liti-polímer (plm)............................................................................................. 71 7.2.5. Bateria ZEBRA...................................................................................................................................... 71 7.3. Comparació entre els tipus de bateries per a vehicles elèctrics. ...................... 72 7.4. Introducció als supercondensadors per a vehicles elèctrics.................................. 73

7.4.1. Comparació entre supercondensadors i bateries convencionals................................................................................................................ 74 7.4.2. Tecnologia de supercondensadors................................................................................... 74 7.4.3. Tipus de supercondensadors.................................................................................................. 74 7.5. Nous desenvolupaments i alternatives en la recerca de bateries.................... 75 7.5.1. Manipulacions genètiques........................................................................................................ 75 7.5.2. Utilització de la nanotecnologia........................................................................................ 76 7.5.3. Cel·les d’hidrogen............................................................................................................................... 76 7.5.4. Bateries d’alumini-aire................................................................................................................... 77 7.5.5. Bateries de zinc-aire.......................................................................................................................... 77

8. Aspectes ambientals en relació amb el vehicle elèctric........................... 79

8.1. Contaminació acústica..................................................................................................................................... 79 8.2. Generació de residus especials................................................................................................................. 80 8.3. Les emissions de gasos contaminants............................................................................................. 80 8.4. Anàlisi “del pou a les rodes”: eficiència energètica del vehicle elèctric i emissions de CO2......................................................................................... 80 8.5. Les matèries primeres i els impactes ambientals de les bateries. .............................................................................................................................................................. 83

9. Actuacions destacades d’alguns països. La resposta de les ciutats.............................................................................................................................. 85 10. Conclusions, propostes i recomanacions...................................................................... 89

10.1. Recàrrega intel·ligent dels vehicles elèctrics. ..................................................................... 89 10.2. Sectors empresarials prioritaris.......................................................................................................... 91 10.3. Recerca i desenvolupament................................................................................................................... 91 10.4. Suport per part de totes les institucions................................................................................ 93 10.5. Desplegament dels punts de recàrrega..................................................................................... 93 10.6. Oportunitats de canvis en el model de mobilitat. ..................................................... 95

Bibliografia

...................................................................................................................................................................................

Índexs de taules i de figures.............................................................................................................................101

Sumari

Alguns dels reptes de la Catalunya actual, com podrien ser la superació de la crisi econòmica, la mitigació dels efectes derivats del canvi climàtic o l’articulació d’un nou model energètic segur i sostenible, entronquen directament amb les perspectives que ofereix la implantació del vehicle elèctric al nostre país. I així queda reflectit en aquest estudi del CADS on l’enorme potencial de Catalunya, tant per capacitat industrial com per impuls d’un nou mix energètic, es posa en evidència, a la vegada que s’insta de manera urgent a entrar decididament en el que serà sens dubte un sector econòmic de futur. La necessària transformació del model productiu català és un fet que ja ningú no qüestiona, i les perspectives de desenvolupar el vehicle elèctric obren un ventall tan gran d’oportunitats tecnològiques, productives i de generació d’ocupació que no podem desestimar. Les inversions en R+D associades al vehicle elèctric s’estenen des de l’àmbit de la indústria de l’automòbil i de components fins al camp de la distribució de l’energia i el desenvolupament de xarxes intel·ligents. Les possibilitats de reconversió i reestructuració del sector s’afegeixen a la necessitat d’ocuparnos no tant de salvar els llocs de treball del passat com de crear els llocs de treball del futur. També des de la perspectiva energètica l’aposta és interessant. El fet que el transport consumeixi una tercera part de l’energia final, i aquesta sigui bàsicament extreta del petroli situa el sector del transport en un context de baixa eficiència i alta contaminació. La possibilitat que obre el vehicle elèctric en la generació d’energia a partir de fonts renovables dóna un valor afegit al potencial del vehicle elèctric en termes d’assolir un model de transport menys generador d’emissions de gasos i de reduir la nostra elevada dependència energètica del petroli. Certament treballar per la implantació del vehicle elèctric implica una transició cap a un nou model de mobilitat que només es farà efectiu en el llarg termini. Però la cursa ja ha començat, com així ho demostren les experiències de països com Dinamarca, Israel, Portugal, Estatus Units o la Xina. El Govern ha d’impulsar aquesta transformació que de fet acaba esdevenint de tota la societat, de la pròpia Administració, però també de les empreses i la ciutadania. I el fet que la complexitat del canvi ens avisi que cal fer-lo de manera progressiva i concertada no ha de desviar-nos de la necessitat d’iniciar des d’ara les estratègies necessàries perquè Catalunya esdevingui un node de referència en l’impuls i la implantació del vehicle elèctric com a nou vector industrial. Per capacitat productiva i tecnològica, per eficiència energètica i per responsabilitat ambiental.

Sumari

Josep-Lluís Carod-Rovira Vicepresident del Govern de la Generalitat

Sumari

Presentació

Si l’abril de 2008, quan em van convidar a parlar del vehicle elèctric en unes jornades organitzades per l’Associació per a la Promoció del Vehicle Elèctric (VOLT-TOUR), algú hagués afirmat que dos anys més tard el vehicle elèctric estaria ens els primers llocs de les agendes de governs, administracions i empreses, pocs ho haguéssim cregut. El vehicle elèctric fa molts anys que existeix, però només recentment ha viscut un ressorgiment arreu del món. Si fins fa poc semblava una proposta utòpica, avui dia es considera una opció realista, eficient i innovadora de canvi de model energètic i de mobilitat. I, com es diu a vegades, “ha vingut per quedar-se”. La publicació que teniu a les mans recull els resultats de l’estudi encarregat pel Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible (CADS) a inicis del 2009 sobre les potencialitats del desplegament del vehicle elèctric a Catalunya, just en el moment en què el vehicle elèctric ressorgia com a puntal d’una nova economia verda que ens ajudés a sortir de la crisi econòmica amb un canvi del model econòmic cap a sectors de futur més eficients. Atenent a la tasca d’assessorament al Govern en l’àmbit del desenvolupament sostenible que té encomanada el CADS, vam respondre a la iniciativa del Departament de la Vicepresidència per disposar d’un estudi que analitzés la situació actual de la tecnologia, resumís què s’estava fent en diferents llocs del món, i explicités quin potencial hi havia a Catalunya per al desplegament del vehicle elèctric. Vull remarcar que aquest és un camp on la tecnologia està avançant de pressa, i l’estudi mostra que les prestacions dels vehicles elèctrics que es poden trobar al mercat ja avui dia, i els que apareixeran en el futur immediat, responen plenament a les necessitats habituals de mobilitat. El vehicle elèctric és una oportunitat per a un nou model de mobilitat més eficient energèticament i més net. Fins ara el sector del transport està dominat exclusivament pels derivats del petroli, amb les conseqüències d’emissions de gasos amb efecte d’hivernacle, depen-

dència exterior i volatilitat de preus que tots coneixem. A Catalunya, un 28 % de les emissions totals de gasos amb efecte d’hivernacle1 provenen del transport (el 34 % si només ens fixem en el CO2!). Alhora, el vehicle elèctric ofereix oportunitats per al desplegament de les energies renovables, i per a una gestió més eficient de la xarxa elèctrica. És també una oportunitat econòmica per a Catalunya, un nou sector de coneixement, industrial i empresarial. Hem de recordar, però, que la “sostenibilitat” final del vehicle elèctric dependrà de com s’aprofitin aquestes sinergies, de com es produeixi l’electricitat, i dels canvis que cal fer també en el model de mobilitat i de dependència del vehicle privat. Només substituint el parc de vehicles actual per vehicles elèctrics no resoldrem els problemes de mobilitat. Cal, doncs, ser proactius per fer possible que el desplegament del vehicle elèctric aprofiti al màxim les oportunitats i sigui l’inici d’una revolució energètica. La introducció de qualsevol tecnologia s’ha de fer bé: cal considerar els pros i els contres, planificar els passos necessaris, i implicarhi tots els sectors. L’estudi és un primer pas en aquest sentit, que identifica les necessitats de futur i fa recomanacions a tots els nivells. Aquest estudi és el resultat també d’una intensa i innovadora tasca del CADS, que ja fa anys que té l’energia i les seves derivades com un dels seus principals àmbits d’interès i d’acció. Per fer front als reptes energètics calen polítiques decidides que pretenguin canviar la situació actual per nous models més sostenibles ambientalment, econòmicament i socialment. Ja l’any 2006 el CADS va promoure l’estudi AMEEC2, una ambiciosa proposta per diagnosticar i plantejar les perspectives de futur en la relació entre el model econòmic i el consum d’energia a Catalunya, en un context on la crisi internacional de preus del petroli conferia un interès extra a les alternatives de consum de petroli al nostre país. L’estudi AMEEC ja concloïa que el transport era un dels sectors clau on s’havia d’actuar. Posteriorment, des del Consell s’apostà per avaluar la generació

1 Dades de 2007, inventari IPCC. Font: Oficina catalana de canvi climàtic.

Sumari

2 Ramos Martin, J. (coord) (2009). Ús de l’energia a Catalunya. Anàlisi del Metabolisme energètic de l’economia catalana (AMEEC). Barcelona: Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible. 2009. (Informes del CADS, 8).

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

d’electricitat i veure com fer possible la transició cap a un model elèctric sostenible per a Catalunya (SOSTEC)3, on les energies renovables, les tecnologies eficients, i la gestió intel·ligent de la demanda tinguin un rol predominant. Vista amb perspectiva, l’aposta pel vehicle elèctric és una conseqüència lògica dels reptes plantejats anteriorment. Finalment, vull agrair la feina de la comissió de seguiment de l’estudi, que ha anat debatent i enriquint el treball amb les seves aportacions al llarg del 2009. En la comissió hi han participat el Departament de la Vicepresidència, la Secretaria d’Indústria i Empresa

del Departament d’Innovació, Universitats i Empresa, l’Associació per a la Promoció del vehicle elèctric VOLT-TOUR, i consellers i membres de l’equip tècnic del CADS. Evidentment, vull agrair i felicitar als autors de l’estudi, i molt especialment a Joan Pallisé com a coordinador, la seva feina, que ha permès elaborar aquesta remarcable contribució a la construcció d’un futur més sostenible a partir de la incorporació del vehicle elèctric en la nostra quotidianitat. Ramon Arribas Director del Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible

3 Petrick, K.; Puig, J. i Van Dellen, F. (2009) SOSTEC: transició cap a un model elèctric sostenible a Catalunya. Resum executiu. Barcelona: Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible. Sumari

1. Introducció

El transport de mercaderies i de persones ha esdevingut un dels trets més característics de les societats avançades. Són molts els experts que afirmen que el transport de mercaderies i passatgers constitueix l’espina dorsal de l’economia contemporània, estretament lligada al concepte de “mundialització”, que considera que tot desenvolupament econòmic està associat a necessitats creixents de transport. Ara bé, a ningú se li escapa que aquesta realitat ha comportat un nombre important d’externalitats negatives. Entre el ventall de problemes més importants destacarien la dependència energètica del petroli, un recurs energètic no renovable, amb una desigual distribució geogràfica, relativament escàs i amb importants fluctuacions de preu, que amb el seu ús indiscriminat està causant una amplia llista de conseqüències ambientals indesitjables, entre altres, l’increment en la concentració de gasos contaminants i amb efecte d’hivernacle que incideixen directament en la salut de les persones i dels ecosistemes, o que poden provocar canvis climàtics importants a nivell planetari. Tots aquests aspectes han provocat seriosos dubtes sobre el model de mobilitat i el seu principal agent: els vehicles de combustió interna (VCI). Així, doncs, el model actualment vigent de mobilitat i transport sembla haver assolit el seu punt d’inflexió tant per motius de dependència i eficiència energètica com pels importants impactes ambientals associats al seu ús. Tot just fa un segle, a principis del segle xx, abans de la utilització massiva dels vehicles de combustió interna (VCI) el consum de petroli representava poc menys del 3 % de la demanda total d’energia; tan sols mig segle després aquest combustible fòssil s’havia erigit en el principal recurs energètic del món desenvolupat. A la majoria de països industrialitzats, però especialment en el cas de l’Estat espanyol, el transport i la mobilitat constitueixen el sector amb un consum energètic més elevat. Aquesta realitat comporta, entre d’altres problemes, una extraordinària dependència energètica que es materialitza en la necessitat d’importar uns 60 milions de tones anuals de cru per a les refineries, que fabricaran productes amb una important demanda captiva.

Els darrers anys s’ha dedicat un gran esforç a analitzar les possibilitats i potencials de diverses alternatives als combustibles fòssils per al transport, com podrien ser la substitució dels derivats del petroli pels biocombustibles, o per l’hidrogen. Ara bé, el fet que ni els biocombustibles ni les piles d’hidrogen hagin satisfet les seves expectatives és el principal motiu perquè d’un any ençà el vehicle elèctric4 (en endavant, VE) hagi esclatat amb tanta força institucional i mediàtica. Cap societat racional pot permetre’s desaprofitar els recursos fòssils amb sistemes energètics ineficients. Per aquest motiu el sector del transport és el que precisa d’una major atenció per ser un dels focus principals en el consum d’energia i per les reduïdes ràtios d’eficiència. D’altra banda, és en aquest sector on totes les administracions conflueixen per fer front als problemes derivats de la contaminació i per la necessitat d’oferir una adequada resposta al gran repte que representa el canvi climàtic, amb una evolució de les emissions que sembla anar en sentit contrari al protocol de Kyoto i compromisos posteriors. Cal recordar que la globalització de l’economia es fonamenta en un consum massiu de combustibles fòssils al capdavant dels quals hi ha el petroli; així doncs, esmentar la mobilitat i el transport és una manera de referir-nos al petroli i els seus derivats.

1.1 Objectius i abast de l’estudi L’objectiu principal de l’estudi és la realització d’una diagnosi del vehicle elèctric a Catalunya i l’anàlisi de les seves perspectives de futur. A partir de la situació actual s’han identificat escenaris de futur pel que fa a l’evolució de la mobilitat i del transport al nostre país, atenent els aspectes més problemàtics (tecnològics, de comercialització, energètics i ambientals). La finalitat d’aquesta diagnosi ha estat possibilitar la correcta identificació de les potencialitats i els reptes, amb l’objectiu de preveure les accions correctores i anticipatòries que poden dur-se a terme tant des de les administracions

Sumari

4 Al llarg de l’estudi, les referències als VE inclouen tant els vehicles híbrids endollables (PHVE), com els vehicles amb bateries totalment elèctrics (BVE), contemplant-hi tots els subsectors (motocicletes, turismes, furgonetes i camionetes). No s’hi consideren els híbrids actuals amb sistemes de recuperació d’energia que no són endollables. Els vehicles convencionals de combustió interna són identificats per les sigles VCI.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

com des dels subsectors implicats. Ateses l’amplitud i complexitat de les temàtiques implicades, l’abast de l’estudi, partint de la situació actual, se centra en els coneixements actuals i fa una anàlisi de prospectiva dels vehicles elèctrics amb especial atenció als turismes i les petites camionetes/furgonetes per a la distribució de mercaderies dins de les ciutats. Cal assenyalar que el cas de les motocicletes resulta particularment important per l’alt nivell d’utilització d’aquest mitjà a Catalunya, atès que representa una proporció força més elevada respecte de l’estatal, ja que voreja el 25,4 % mentre que per a la resta de vehicles aquella relació se situa a l’entorn del 15 %. Per aquest motiu es considera que caldria un estudi particularitzat del subsector, atès que l’estudi només l’aborda col·lateralment. Tampoc no es consideren els vehicles elèctrics guiats i/o amb subministrament de l’energia a través d’un cable (trens, tramvies i troleibusos). Així, doncs, dins l’abast de l’estudi i d’acord amb la proposta inicial, s’hi contemplen els aspectes següents: El capítol 2 presenta l’estructura i composició del parc mòbil actual a Catalunya i les dades bàsiques de mobilitat i de preus i consum de combustibles dins la UE, Espanya i Catalunya. Així mateix, s’hi fa un breu repàs a la situació actual i al desenvolupament de sistemes alternatius de transport amb biocombustibles i cel·les de combustible. El capítol 3 presenta una breu incursió per la història dels vehicles elèctrics i els principis bàsics, les característiques i la classificació d’aquests vehicles. El capítol 4 planteja una hipòtesi partint del panorama actual i potencial de producció i comercialització de vehicles elèctrics tipus PHEV i EV, seleccionant un escenari amb una prospectiva d’evolució per Catalunya fins l’any 2015, i s’hi analitzen alguns punts forts i febles de la indústria catalana davant aquest nou repte. El capítol 5 analitza la situació actual de la generació i demanda d’electricitat, les possibles afectacions a les infraestructures de generació, transport i subministrament d’electricitat, així com l’afectació a les xarxes elèctriques ocasionada per la seva expansió. S’hi inclou una primera aproximació respecte als nous potencials d’aplicació d’electricitat de procedència renovable i sistemes de microgeneració distribuïda. En el capítol 6 es contemplen les necessitats d’infraestructures de recàrrega i els requisits neSumari

cessaris per disposar d’una xarxa d’estacions que faciliti la difusió i manteniment d’una flota de VE, en funció de la previsible evolució i estimacions efectuades. El capítol 7 analitza la situació actual i les perspectives d’evolució futura de les bateries, com a component bàsic i fonamental del nou desenvolupament dels VE, a la vegada que s’introdueixen algunes consideracions sobre noves tecnologies en desenvolupament per emmagatzemar energia. El capítol 8 inclou una breu compilació d’aspectes ambientals relacionats amb el vehicle elèctric, així com algunes consideracions per realitzar una avaluació d’Anàlisi de Cicle de Vida (ACV), de recursos i del reciclatge d’alguns components. El capítol 9 descriu alguns exemples de com s’aborda en diversos països i ciutats el desenvolupament dels VE i les estratègies adoptades per fer front als reptes de la mobilitat, repassant alguns exemples des d’unes primeres iniciatives fins els recents casos d’Israel, Dinamarca i Portugal, o els casos de ciutats com Londres i Berlín. Finalment, l’estudi es clou amb un recull de conclusions, propostes i recomanacions perquè puguin endegar-se programes d’actuació, adequació de normatives, mesures de promoció, ajuts i subvencions, per a la difusió i implantació dels VE a Catalunya. Per a la realització de l’estudi, els membres de l’equip de treball s’han reunit amb empreses d’automoció, fabricants de components de vehicles, amb empreses importadores i comercialitzadores de vehicles elèctrics, amb companyies de subministrament i distribució d’electricitat, així com amb diverses consultories i professionals dels sectors implicats. L’estudi Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya ha estat desenvolupat per un equip d’enginyers de l’empresa Circutor i de l’Escola Tècnica Superior d’Enginyers Industrials de Terrassa (ETSEIT) de la UPC, i per aquest motiu s’ha centrat en els aspectes industrials i tecnològics. Aquest treball s’ha complementat amb un docuemnt elaborat per l’Associació VOLT-TOUR, entitat dedicada a la promoció, difusió i ús dels VE, que aborda la perspectiva de l’usuari del vehicle elèctric a Catalunya. Òbviament, aquest estudi haurà de complementar-se amb d’altres treballs que tinguin en compte altres aspectes de tipus econòmic, jurídic i social que no s’han pogut tenir en compte en aquesta ocasió.

2. Problemàtiques del transport . i recerca d’alternatives Abans d’entrar en els capítols dedicats específicament al vehicle elèctric, en aquest apartat es presenta breument el context de la mobilitat i el transport a Catalunya, així com els principals aspectes ambientals lligats a l’actual model de transport que han motivat la recerca d’alternatives en el combustible utilitzat. Així mateix, s’analitzen dues de les opcions que s’han proposat en els darrers anys, com són els biocombustibles i la pila d’hidrogen.

mes cada mil habitants (IDESCAT, 2009), pràcticament idèntic a la mitjana espanyola (464) i europea (466).

2.1. Evolució de les dades de mobilitat i transport

Pel que fa al parc de vehicles, el nombre total de turismes a la Unió Europea (UE) l’any 2007 era de 230 milions, 33,2 milions dels quals corresponen al segment dels vehicles destinats al transport de mercaderies. El mateix any, l’activitat total de transport de mercaderies per carretera va ser de l’ordre d’1,9 bilions de tones per quilòmetre5 (1,9 Tt/km)6, i el transport de passatgers per carretera va ser de 4,7 Tviatger/km en vehicles de turisme i de 539 Gviatger/km en autobús i autocar (EU Energy & Transport, 2009).

Les dades de mobilitat, tant a nivell de la Unió Europea com de Catalunya i el conjunt de l’Estat espanyol, mostren un creixement espectacular en els darrers 30 anys i, de forma especial en els últims 10, tant pel que fa al desplaçament de persones com al transport de mercaderies (figura 1). També el parc de vehicles segueix una tendència clara d’augment. El 2006 l’índex de motorització se situava a Catalunya en 463 turis-

A l’Estat espanyol l’any 2007 el parc de vehicles era de vora 30 milions de vehicles, dels quals 21,7 milions eren turismes, 5,3 milions, vehicles de transport de mercaderies (incloent-hi tractors industrials), 2,3 milions de motocicletes, i 58.300 autobusos i autocars. L’activitat de transport de mercaderies i de persones va ser, respectivament, de 259 Gt/km i de 343 Gviatger/ km. Cal remarcar que l’evolució de la mobilitat a Es-

140

130

120

110

100

90 1995

1996

1997

PIB

1998

1999

2000

2001

Transport de passatgers

2002

2003

2004

2005

2006

Transport de mercaderies

Figura 1. Creixement del transport i del PIB als 27 països de la UE. Font: EU Energy & Transport, 2009. 5 L’activitat de transport se sol avaluar per la suma dels productes del nombre de viatgers (o de les tones transportades) per les distàncies recorregudes, i les unitats són [viatger/km] o [tones/km].

Sumari

6 Fent servir els múltiples del sistema internacional d’unitats. 1 Tt/km = 1 Tera tona/km = 1012 t/km= 1 bilió t/km.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

panya en vehicle privat ha estat espectacular i s’ha doblat en els darrers 15 anys, amb conseqüències econòmiques importants, però també amb un bon nombre d’externalitats ambientals i sobre la salut. Respecte al transport de mercaderies per carretera, Espanya és, després d’Alemanya, el país de la UE-27 amb una activitat de transport de mercaderies per carretera més important. Pel que fa a l’edat dels vehicles, gairebé la meitat del parc espanyol, tant de turismes com de camions, té 7 anys o menys. La pràctica totalitat dels vehicles industrials matriculats recentment són de gasoli, i més de dues terceres parts dels turismes també ho són. Aquest fet implica un augment en l’eficiència energètica però alhora un empitjorament de determinats contaminants, com s’exposa més endavant. En el cas de Catalunya, el parc de vehicles registrats a 31 de desembre de 2007 era de 3,3 milions de turismes, 817 milers de camions i furgonetes, 8.200 autobusos i autocars, i 29.600 tractors industrials (IDESCAT, 2009). La distribució del parc segons l’edat dels vehicles i el combustible utilitzat és molt semblant a la de la resta de l’Estat.

2.1.1. La mobilitat terrestre a Catalunya A Catalunya es produeixen 22,2 milions de desplaçaments diaris –mobilitat ocupacional més mobilitat personal i mobilitat de tornada a casa– en dia feiner (EMEF, 2008), un milió dels quals correspon a professionals de la mobilitat (transportistes, missatgers,

taxistes, etc.) i la resta a desplaçaments privats o no professionals. A la figura 2 es mostra la distribució dels 21,2 milions de desplaçaments no professionals segons el mitjà de transport. A la Regió Metropolitana de Barcelona (RMB) augmenten els desplaçaments a peu i en transport públic i baixen, lògicament, els desplaçaments en vehicle privat. Des del punt de vista del vehicle elèctric cal fixarnos en els 8,96 milions de persones que es desplacen diàriament en dia feiner en transport privat i els 1,25 milions que ho fan en autobús, a part del transport de mercaderies realitzat en camió i furgoneta. Tenint en compte que l’índex d’ocupació mitjà dels vehicles de turisme, en dia feiner, és d’1,25 passatgers/vehicle, el nombre diari de desplaçaments de cotxes és de 6,4 milions, i de 7,1 milions si es tenen en compte les motocicletes. Si ens cenyim a la Regió Metropolitana de Barcelona (RMB) el nombre mitjà de persones per vehicle és d’1,15, el nombre diari de desplaçaments de cotxes és de 3,9 milions i de 4,4 milions si es tenen en compte les motocicletes. Pel que fa a l’ús del vehicle, l’activitat del transport en vehicle privat, l’any 2006 a Espanya, va ser de 340,9 Gviatger/km (EU Energy & Transport,) que, tenint en compte l’índex d’ocupació mitjà del vehicle, equival a 272,7 Gvehicle/km. Dividint-ho pel parc de vehicles, s’obté un valor mitjà de 12.500 km/any (34,2 km/dia). Les xifres de Catalunya podem considerar-les molt semblants.

Figura 2. Distribució dels desplaçaments diaris en dia feiner segons el mitjà de transport a Catalunya (esquerra) i a la Regió Metropolitana de Barcelona (dreta). Font: EMEF, 2008. Sumari

Problemàtiques del transport i recerca d’alternatives

Tots els sectors

Indústria

Domèstic i serveis

Transport

Carretera

Ferrocarril

Aire

Navegació Interior

EU27

1.177,4

323,3

483,9

370,1

303,3

9,1

51,9

5,9

Percentatge

100

Alemanya

223,1

55,6

104,1

63,3

52,4

1,9

8,7

0,3

Espanya

97,4

29,5

27,2

40,7

32,5

5,6

1,7

Percentatge

100

França

157,8

34,8

72,1

50,9

42,3

1,3

7,1

0,3

Itàlia

130,7

48,5

44,2

0,9

0,2

Portugal

18,5

5,7

7,1

6,1

0,1

0,9

Regne Unit

150,4

33,5

60,9

55,9

39,9

1,4

1,7

Taula 1. Consums energètics per sectors a la EU-27 en milions de tones equivalents de petroli, Mtep7, l’any 2006. Font: EU Energy & Transport, 2009.

2.1.2. Consum energètic del transport Una de les primeres conseqüències de la mobilitat creixent ha estat l’increment en el consum de combustibles derivats del petroli. A nivell mundial, el consum de combustibles líquids l’any 2008 va ser de 4 Gtep, i a la UE-27 va representar 670 Mtep. A Europa, el 73 % del petroli s’empra exclusivament en el sector dels transports (DRAFT, 2009). Dins el conjunt de països que formen la UE-27, el consum associat al transport representa una tercera part del recursos energètics, un 70 % dels quals són productes derivats del petroli. A Espanya el proble7 Una tona equivalent de petroli és l‘energia equivalent a 42,24 Gigajoule, o 7,33 barrils de petroli. 8 La xifra és aproximada, atesa l’heterogeneïtat de les poblacions servides, de línies i el fet que la majoria d’elles tenen una freqüència de pas diferent els dies feiners i els diumenges i festius.

ma s’aguditza en representar un 38 % del consum d’energia final (EF), amb una xifra de 39,74 Mtep anuals. Encara podríem afinar més la nostra anàlisi efectuant una comparació entre el consum sectorial de l’energia primària (EP) i la final, ja que agafant el grup del petroli en el seu conjunt representa un 48,1 % del total de l’EP, el que representa un valor absolut de 70,8 Mtep, tot i sabent que un cop sostret el percentatge destinat als usos no energètics (sectors químics i petroquímic) i el destinat a les necessitats de calor, el gruix d’aquella xifra va destinat al transport. A Catalunya, el transport significa el 40 % de tot el consum final d’energia primària (figura 3), i pràcticament tot el combustible que s’utilitza actualment Primari 571,5 ktep 3,5%

Indústria 5.114,1 ktep 31,6%

Serveis 1.769,5 ktep 10,9% Domèstic 2.260,1 ktep 14,0%

Transport 6.458,3 ktep 39,9%

Figura 3. Estructura del consum final d’energia per sectors a Catalunya l’any 2007. Font: ICAEN, 2009.

Sumari

Quant als transports públics en autobús, l’any 2006 hi havia a Catalunya 1.582 autobusos urbans organitzats en 323 línies d’autobús, que transportaven anualment un total de 276 milions de passatgers i recorrien 69,4 milions de quilòmetres (IDESCAT, 2008). Aquestes xifres ens mostren que el nombre mitjà de quilòmetres recorreguts per un autobús és de 43.800 km/any, i de l’ordre de 120 a 150 km/diaris.8 Cal retenir aquesta xifra i la del desplaçament mitjà en vehicle privat (34,2 km/dia) perquè, tal com veurem més endavant, són valors totalment compatibles amb les autonomies dels vehicles elèctrics existents actualment (o molt properament) al mercat.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

la generalització de noves prestacions com l’aire condicionat i la climatització en vehicles de gama mitjana i, fins i tot, econòmica, alhora que també s’ha produït una millora notable en les infraestructures, facilitant així un increment de les velocitats mitjanes dels vehicles. Tot plegat es tradueix amb un manteniment –i, fins i tot, un augment– dels consums mitjans encara que els consums a velocitat normalitzada siguin menors.

Figura 4. Esquema del New European Driving Cycle (NEDC). Font: Directiva 80/1268/CEE.

(98 % en les dades de l’any 2005) són derivats del petroli. Només un 1 % correspon a l’electricitat. D’altra banda, el 45 % de tot el petroli consumit a Catalunya es destina al transport.

2.1.3. El consum de combustibles derivats del petroli En el cas d’Espanya, el consum de gasoli ha anat augmentant progressivament fins al 2007, però s’observa una disminució al llarg del 2008 i del 2009. El consum de gasolines, en canvi, ha anat baixant de forma gradual des de les 8,9 Mt de l’any 2000. Durant el 2008 es van consumir 6,29 Mt de gasolines i 24,9 Mt de gasolis d’automoció, de les quals 1,01 Mt de gasolines i 3,7 Mt de gasolis a Catalunya (CORES, 2009). El nombre d’estacions de servei arreu de l’estat és de 8.650 benzineres, organitzades en 22 empreses, de les quals les cinc més importants controlen el 75 % de la distribució (DBK, 2008). A Catalunya n’hi havia 1.098 l’any 2005, de les quals el 58 % estaven ubicades en vies interurbanes i autopistes, i la resta (42 %) en àmbits urbans (Borrell i Perdiguero, 2006). Pel que fa als consums per a automòbil, i tot i que s’observa una clara millora en l’eficiència dels vehicles nous, tant de gasolina com dièsel, la persistència d’un parc de vehicles de més de 7 anys d’antiguitat dificulta que les millores tecnològiques es tradueixin ràpidament en una reducció dels consums mitjans. D’altra banda, s’ha anat millorant l’eficiència energètica dels motors, en la mesura que també s’ha augmentat la potència mitjana dels vehicles, conjuntament amb Sumari

Cal tenir en compte, també, que tant el consum com les emissions varien de manera notable amb la forma de conducció i de les condicions inicials del vehicle, si està fred o calent. La Comissió europea va establir un cicle normalitzat de conducció (figura 4), conegut com New European Driving Cycle (NEDC), per tal de poder establir comparacions entre vehicles. Tot i això, el cicle és diferent del de l’Environmental Protection Agency (EPA) dels EUA o del d’altres països com el Japó. El cicle NEDC és mixt i té una durada d’uns 20 minuts, però és poc adequat per ser emprat en vehicles elèctrics o híbrids de vocació urbana, i amb unes acceleracions i desacceleracions ben distintes.

2.1.4. Els preus del combustible Una de les raons per les quals el transport de mercaderies i de persones ha augmentat de forma desmesurada ha estat per una banda per causa dels reduïts costos, i per l’altra, perquè encara no s’han considerat ni internalitzat els anomenats costos externs. Amb uns preus relativament baixos dels combustibles no hi ha hagut prous incentius per aconseguir una millor eficiència. A la figura 5 es pot apreciar l’evolució dels preus nominals i real del petroli, és a dir, a valor constant de l’any 2005. Així, el preu real del petroli ha estat des del 1880 fins el 2005 per sota dels 30 $/barril, excepte en el període 1973-86, malgrat els increments de consum. Els estudis de prospectiva de l’Agència Internacional de l’Energia indiquen unes previsions en el consum fins l’horitzó 2030 en el sentit que continuarà creixent, especialment en el sector de transport i en els països NoOCDE, si bé també és cert que cada cop més estant sorgint des de la pròpia comunitat experta petroliera diverses veus crítiques respecte aquelles previsions, que podríem materialitzar a l’entorn del que hom anomena zenit del petroli o “peak oil”, configurant un escenari inversemblant dins el panorama energètic. L’evolució històrica real ens mostra com és molt més difícil de predir els preus, car hi intervenen aspectes econòmics i geopolítics, així com moviments especulatius imprevisibles, tot i que les previsions de l’Agència Internacional de l’Energia a curt termini consideren que els preus augmentaran fins als 70 $/bbl cap a finals d’any i es mantindran durant el 2010.

Problemàtiques del transport i recerca d’alternatives

Figura 5. Evolució del preu del petroli. Font: http://www.oilnergy.com/1obrent.htm#since88.

2.2. Emissions i qualitat de l’aire de l’actual model de transport 2.2.1. Emissió de gasos contaminants L’emissió de gasos tòxics i contaminants dels motors de combustió interna és un dels principals impactes ambientals ocasionats pel transport. Són moltes les ciutats que no aconsegueixen assolir els llindars de qualitat de l’aire establerts per les directives europees a causa de les elevades concentracions de diversos contaminants emesos per l’alta densitat de tràfic en transport privat a les ciutats i zones metropolitanes. Així, el cas de Barcelona i la seva conurbació urbana en constituiria un exemple paradigmàtic.9 Les emissions més importants de contaminants dins les ciutats són ocasionades pel transport, havent de destacar dins l’amplia família de contaminants “convencionals”, els òxids de Nitrogen (NOx), les partícules en suspensió (PM 2,5 i PM 10), els hidrocarburs (HxCy) i el monòxid de carboni (CO); si bé tampoc s’ha d’oblidar l’existència d’altres compostos orgànics i inorgànics, força perillosos com per exemple el benzè i diversos metalls pesants.

La Directiva 2008/50/CE estableix el nivell màxim en immissió de determinats contaminats que per la seva incidència sobre la salut humana no s’haurien de superar en l’aire de les ciutats. Així per a les PM 2,5, encara poc mesurades al nostre entorn, considera un llindar de 25 μg/m3, alhora que fixa un límit de 40 μg/m3 per a les PM 10 que s’hauria d’assolir el gener de 2010, tot i sabent que si no s’introdueixen canvis importants en el model de mobilitat moltes ciutats no assoliran abaixar els nivells que marca la norma. Quelcom similar podríem dir al referir-nos als òxids de nitrogen (NOx), que són a la vegada inductors de problemàtics contaminants secundaris com l’ozó troposfèric. Les exigents restriccions ambientals per als vehicles dins els països de la UE han quedat establertes per les anomenades normatives “Euro”, que fixen els límits màxims de certs contaminants en emissió. La taula 2 mostra l’evolució dels valors màxims des de la llunyana “Euro 0”, que va entrar en vigor l’any 1988, fins la de recent aplicació “Euro 5”, o la futura “Euro 6” aplicable a partir de 2015. Al món real, l’escenari pot agreujar-se pel motiu que les normes “Euro” són establertes sobre mesures teòriques amb vehicles que circulen dins recorreguts ideals sobre cicles normalitzats. A la pràctica, les emissions “reals” depenen poderosament del manteniment particular de cada vehicle, de la seva antiguitat i fins de la forma de

Sumari

9 Vegeu, per exemple, Künzli, Nino, et al. (2007). Els beneficis per a la salut pública de la reducció de la contaminació atmosfèrica a l’àrea metropolitana de Barcelona. Barcelona: Centre de Recerca en Epidemiologia Ambiental.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Vehicles amb gasoli (mg/km) Norma

Euro 1

Euro 2

Euro 3

Euro 4

Euro 5

NOx

700

500

250

180

HC + NOx

970

900

560

300

230

140

100

2720

1.000

640

500

Vehicles amb benzina, GLP o GN (mg/km) Norma

Euro 1

Euro 2

Euro 3

Euro 4

Euro 5

Nox

1.000

500

150

1.000

500

200

100

2.800

2.200

1.000

5(*)

Taula 2. Factors d’emissió de contaminants “convencionals” dels vehicles amb gasoli i benzina. (*) Únicament per a vehicles amb injecció directa de mescla pobra.

conducció de l’usuari, atès que una forma de conducció esverada pot representar un increment del consum i de les respectives emissions fins un ordre del 40 %. Analitzant més curosament alguns contaminants esmentats, s’accepta que més d’una tercera part de les emissions totals d’òxids de nitrogen i gairebé una quarta part de les partícules són ocasionats pel transport. Ambdós són considerats els contaminants més preocupants perquè regularment superen els llindars establerts en moltes ciutats europees. Així, doncs, com que els vehicles de combustió interna són la font principal d’emissions de NOx, de partícules totals en suspensió (PST), i també dels contaminant orgànics volàtils (COV) i de CO, la millor forma d’aconseguir la seva reducció passa precisament per limitar la circulació a les àrees crítiques de la ciutat i els seus límits. Les estratègies europees per un aire net es proposen reduccions dels NOx i de les partícules dins un ordre del 60 % en l’horitzó de l’any 2020. Aquest motiu tot sol ja justificaria l’adopció de mesures per afavorir la implantació dels VE a les nostres ciutats. Un contaminant que ha estat poc considerat i que s’emet en quantitats molt importants és el monòxid de carboni (CO), un compost inorgànic que pot tenir un paper crític en l’acumulació del metà i de l’ozó troposfèric. Les seves interaccions poden encabir-se Sumari

dins les complexes reaccions de la química dels radicals, que presenten aspectes insospitats i actuen, en molts casos, de manera retroactiva en molts altres processos. El radical Hidroxil [OH-] present a l’atmosfera actua com a veritable agent “netejador” de determinats contaminants com l’ozó troposfèric (O3), o el metà (CH4) compost amb alt potencial d’efecte d’hivernacle. Ara bé, el CO tendeix a reaccionar amb el “netejador” [OH-] contribuint de manera indirecta al manteniment d’uns nivells d’ozó i de metà més elevats. A falta de dades públiques oficials pot efectuar-se una aproximació suposant que l’emissió màssica diària d’aquells contaminants primaris procedents del tràfic es distribueixen en un 65 % de CO, seguit pels NOx amb vora un 20 %, més del 10 % de COV i menys del 5 % de les PST. Podria aconseguir-se una ràpida reducció en les emissions d’aquells contaminants promovent la substitució dels turismes “sense catalitzador”, una franja que perfectament podrien substituir els VE. En qualsevol cas pot retenir-se que una progressiva penetració de VE en el teixit viari urbà estalviarà l’emissió anual de tones “innecessàries” de contaminants que malmeten la salut de les persones i els ecosistemes.

2.2.2. Els gasos amb efecte d’hivernacle L’àmplia activitat del sector del transport de mercaderies per carretera i la mobilitat amb vehicle privat, dins i fora de les ciutats, es tradueix en una important emissió de gasos amb efecte d’hivernacle (GEH). A Europa les emissions de CO2 provinents dels vehicles privats representen el 16 % del total d’emissions de CO2. La figura 6 mostra l’evolució de les emissions totals i les degudes al transport a Europa. De la figura es desprenen diverses consideracions importants, destacant-hi sobretot com l’evolució del transport pot arribar a comprometre els acords sobre emissions. S’hi observa com després d’una reducció inicial i estabilització posterior, totes les mesures correctes que s’havien adoptat han estat llargament contrarestades per l’evolució del transport. A l’Estat espanyol s’ha superat àmpliament el llindar d’un augment del 15 % d’emissions de gasos amb efecte d’hivernacle en relació amb les emissions de l’any 1990 i el sector del transport ha estat el responsable de més d’un 30 % del total (Pérez et al, 2008). D’acord amb els acords del Protocol de Kyoto, l’any 2008 ja se superava el nivell permès en un 42,7 %. Considerant només el segment dels turismes, s’ha considerat que les emissions generades pel notable increment de la mobilitat havien augmentat un 80 % en el període 1990-2006.

Problemàtiques del transport i recerca d’alternatives

Domèstic i serveis: 9,7

Altres; 0,9

Generació energia; 31,1 Transports; 34 Indústria; 24,3

Figura 6. Evolució de l‘emissió relativa de gasos amb efecte d’hivernacle a la UE-27.

Figura 7. Emissions relatives de CO2 per sectors a l’Estat espanyol.

Font: EU Energy & Transport, 2009

La Unió Europea té entre els seus objectius assolir una reducció del 20 % de gasos amb efecte d’hivernacle el 2020, així com aconseguir l’ús d’un 10 % de combustibles “alternatius” en el sector del transport, entre els quals s’inclou l’electricitat (Directiva 2009/28/CE). Tanmateix, cal destacar que els resultats fins el moment s’han aconseguit són molt magres. Dels acords voluntaris entre la Comissió Europea i els fabricants de vehicles per a la limitació d’emissions de CO2 tampoc no sembla clar que els objectius per assolir una mitjana de les emissions de 120g CO2/km de tota la gamma de vehicles l’any 2012 s’aconsegueixin sense una progressiva penetració dels VE, que han de representar un alleujament respecte aquesta situació tan crítica. Pot entendre’s que una part de les dificultats per assolir aquelles fites han estat ocasionades per la demanda d’un augment de prestacions dels vehicles, amb el consegüent increment de pes10.

En valors absoluts i pel cas de l’estat espanyol les emissions totals van representar l’any 2006 unes 433 Mt equivalents de CO2, de les quals una tercera part corresponien al transport, mentre que l’any 2007 augmentaren fins 442,3 Mt (EEA, 2009).

Pel que fa a la distribució percentual dels gasos amb efecte d’hivernacle en relació amb els VCI, a banda de contemplar-hi el CO2 com a subproducte bàsic de tota combustió i compost més important el qual representa per si sol un 73 % dels GEH (valor acceptat com a unitat de CO2 = 1), cal no oblidar-se d’altres important compostos alliberats en la combustió de carburants, que tot i correspondre’s a unes emissions quantitativament inferiors, presenten potencials d’escalfament superiors, com per exemple el del metà (CH4=23), o bé els halocarburs (HFC-23=12.000), així com l’augment en concentració dels NOx i del CO que tot i no ser gasos amb efecte d’hivernacle són compostos actius que intervenen en la formació d’ozó troposfèric, i contribueixen indirectament a reforçar l’efecte d’hivernacle mitjançant importants retroaccions.

Pel que fa al nivell mitjà d’emissions “reals” dels vehicles utilitaris, podem considerar una xifra de 186 gCO2/ km, malgrat que els objectius comunitaris siguin de 120 gCO2/km el 2012. Així, els fabricants d’automòbils recomanaven assumir un valor intermedi de 140 gCO2/km. Ben possiblement la mitjana europea podria situar-se a l’entorn dels 162 gCO2/km, si bé per identificar les emissions reals cal saber que aquestes poden variar dins una àmplia gamma segons la forma de conducció personal i segons el vehicle. Així, un vehicle tot terreny pot emetre fins a 350 gCO2/km. Una estimació aproximada del potencial emissor de CO2 anual d’un vehicle utilitari de tipus mitjà que recorregués 12.000 km ens situaria sobre els 2.000 kg l’any. Considerant les emissions per tipus de “contaminant”, a Catalunya les emissions diàries de CO2 del sector del transport representen un 96 % del total, el que equival, en un dia laborable a unes 33.840 tones diàries (Baldasano, JM, et al. 2006). Un recent estudi del Reial Automòbil Club de catalunya (RACC) indica que en el cas de continuar un creixement sostingut de la mobilitat, estimant-lo en un ordre del 5 % fins el 2020, la reducció mitjana d’emissions s’hauria de situar en un 57 % si es volguessin aconseguir els objectius de reducció fixats, la qual cosa significaria que les emissions unitàries per vehicle haurien de situarse a un nivell de 70 gCO2/km.

Sumari

10 En una recent jornada sobre VE, se’ns informava que en el període 1995-2005, els vehicles de nivell C, que són els de major demanda, com a conseqüència d’aquelles majors prestacions, havien incrementat el seu pes un 16,3 %, el que representava uns 180 kg. (Boronat, R. novembre de 2009).

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

El sector del transport disposa de diverses mesures per reduir les emissions de GEH, si bé caldria bonificar més que no pas penalitzar els vehicles en funció de les seves emissions. Per una altra banda caldria procedir a una ambientalització dels impostos especials sobre hidrocarburs, o sobre peatges i aparcaments, atès que fins ara s’han aplicat amb exclusiva finalitat recaptatòria més que per afavorir conductes ambientalment correctes. Segurament, una de les formes més ràpides per aconseguir una limitació efectiva dels GEH passa per una profunda reconversió del sector del transport. Són moltes les persones, institucions i experts que creuen que els nous VE podran tenir un paper essencial en aquest canvi d’escenari.

2.3. Cercant alternatives: nous combustibles i noves tecnologies per al transport A mesura que circulen més cotxes, autobusos i camions per la xarxa de carreteres, més s’incrementa la necessitat de cercar alternatives als combustibles fòssils i als clàssics motors de combustió interna. D’acord amb els objectius de l’estudi, en el present apartat realitzarem una breu incursió en dos d’àmbits que els darrers anys han reclamat una major atenció de la comunitat experta, pel fet que semblaven representar les millors alternatives pel que fa a combustibles i tecnologies respecte el model existent. Ens referim al potencial i possibilitats que representen els biocombustibles i les piles d’hidrogen.

2.3.1. Els biocombustibles Els biocombustibles representen només una petita part de la biomassa que la humanitat fa servir com a energia. Actualment, la proporció de bioenergia comercial destinada al transport representa una quantitat al voltant d’un dos per cent. Els biocombustibles o agrocombustibles per a aplicació en el transport sorgiren amb l’objectiu de ser substitutius dels combustibles fòssils, i fer-se servir en vehicles amb motor de combustió interna tradicional i en altres aplicacions. Arran de la crisi del petroli dels anys setanta, diversos països, preocupats per l’encariment del cru i per les perspectives del seu esgotament, van buscar fórmules per trobar combustibles alternatius. Cada país va desenvolupar combustibles a partir de les seves preferències i disponibilitats locals de matèria primera (canya de su-

cre al Brasil, remolatxa a França, blat de moro i soia als Estats Units d’Amèrica, i colza a Alemanya i Canadà). El procés evolutiu (tant tecnològic com històric) ha consistit en la millora de processos de transformació i la tria d’altres matèries primeres (amb l’ús, fins i tot, d’enginyeria genètica). L’objectiu final és l’obtenció d’un producte amb rendiments molt més eficients, una reducció o un reaprofitament dels residus generats, i una disminució substancial dels processos de transformació i dels elements afegits per a la seva obtenció (sobretot els relatius a l’aigua i l’energia). La base de l’aprofitament del biocombustible és la propietat dels vegetals per obtenir cadenes de carboni a partir de l’energia solar, de la captació de CO2 atmosfèric, d’aigua i nutrients del sòl. Aquest carboni es pot transformar de manera més o menys complexa en alcohols (bàsicament metanol i etanol) que substitueixen la gasolina o nafta, i en olis vegetals (biodièsel) que fan de substitutius del gasoli. Atesa la gran varietat de matèries primeres i productes obtinguts, no existeix un patró que defineixi l’equivalència entre un litre de combustible fòssil i un de biocombustible, si bé hi ha valors aproximats per a cada tipus. Actualment existeixen dos grups de biocombustibles d’aplicació al transport, considerats combustibles de primera generació:11 1.- Els obtinguts a partir d’alcohols, bàsicament etanol. Qualsevol producte amb un alt contingut de sucre o amb matèries primeres que es puguin convertir en sucre pot transformar-se en etanol. L’obtenció bàsica és a partir de canya de sucre (bàsicament als països tropicals), remolatxa (països de l’OCDE) i sorgo ensucrat en altres casos. Les matèries primeres convertibles són les fècules del blat, blat de moro i iuca (països de la OCDE). Aquestes matèries exigeixen processos més complexos i podríem considerar que un litre d’etanol conté, aproximadament un 65 % de l’energia d’un litre de gasolina. 2.- El obtinguts a partir d’olis vegetals (biodièsel). De la barreja de gairebé qualsevol oli vegetal, petites quantitats de greix animal (obtingut de peix i d’altres animals), alcohol i un catalitzador, és pot obtenir biodièsel. A Europa l’obtenció habitual és feta partint de colza i gira-sol. Als Estats Units d’Amèrica i el Brasil, de soia, i a la resta de països, d’oli de palma, de coco i de pinyó de l’Índia (Jatropha curcas). El biodièsel es pot cremar barrejat amb gasoli, o bé en estat pur12. Això representa una energia del 85 al 95 % del gasoli.

11 També es pot obtenir energia per al transport en motors de combustió interna modificats, a partir de biogàs obtingut mitjançant la digestió anaeròbica d’aliments o residus animals per part de bacteris. Això dóna com a resultat altes quantitats de metà i diòxid de carboni. 12 Existeixen diferents proporcions de barreges: des de menys d’un 5 % en volum de biocarburant (que no ha de estar identificat com a tal a la Unió Europea) fins a B20 (20 % de biodièsel i 80 de gasoil), B30 i així fins a B99 (biodièsel gairebé pur). Sumari

Problemàtiques del transport i recerca d’alternatives

Encara que el biocombustible més utilitzat a nivell mundial és l’etanol (gairebé un 85 %) el biodièsel és més utilitzat a la Unió Europea, i representa al voltant del 60 % del consum mundial. Els seus costos de producció varien dins un ampli ventall en funció de la matèria primera, el tipus de biocombustible generat i el lloc de producció. Excepte al Brasil, on existeix una indústria competitiva i regulada en sistema de mercat lliure, a la resta de països es pot considerar que es tracta d’un sector on l’existència d’ajudes i polítiques públiques al procés productiu i a la recerca en sostenen la viabilitat econòmica.13 Punts forts i punts febles

Conceptualment es tracta d’un combustible molt interessant ja que és una energia completament renovable. És a dir, cada collita o reaprofitament de biomassa es tradueix en energia que es pot consumir com a combustible. Per tant és, per definició, una font d’energia inesgotable en el context ambiental actual, en contraposició al combustible fòssil, on el procés d’extracció implica –a llarg termini– l’exhauriment d’unes reserves que són finites. L’altre avantatge d’aquesta alternativa és que es tracta, d’alguna manera, d’un procés de cicle tancat i equilibrat. És a dir, el combustible es genera a partir d’una massa vegetal que creix absorbint CO2 de l’atmosfera, el qual és generat, en part, per l’alliberament de les cadenes de carboni en la crema d’aquests combustibles. La inexistència de sofre en ells és una altra qüestió a tenir en compte. En el cas del biodièsel, altres avantatges són la reducció de les partícules sòlides de carboni, així com estar lliure de benzens, alhora que representen una millora de la lubricació del motor. També, i depenent del tipus de matèria primera emprada, la utilització d’energia és un factor que es

pot considerar positiu o negatiu, ja que la quantitat d’energia utilitzada és molt variable14. La canya de sucre es pot considerar com el biocombustible amb un dels millors balanços energètics, mentre que la soia i la colza (precisament els més utilitzats a la Unió Europea) serien dels pitjors (figura 8). Les problemàtiques que representen aquests combustibles estan relacionades tant amb el seu cultiu com amb la seva manipulació i transformació en hidrocarbur operatiu. Així, l’aigua és un factor a estudiar, ja que les necessitats són diferents depenent del tipus de cultiu. Efectuant una generalització podríem dir que per a l’obtenció d’un litre d’etanol són necessaris entre 30 i 37 litres d’aigua (de 10 a 12 litres per a la destil·lació, i de 20 a 25 litres per a la fermentació). En el cas de l’oli de palma, l’obtenció d’un litre d’aquest oli necessita uns 300 litres d’aigua. Un altre dels aspectes preocupants és la substitució de cultius tradicionals destinats a l’alimentació que es transformen en cultius per a agrocombustibles en els països productors. En aquest escenari, variacions del preu del cru afecten el preu dels biocombustibles, que al seu torn incideixen en els preus agrícoles. El ràpid increment en la demanda de matèria primera per a l’obtenció de biocombustibles en els últims anys ha contribuït a l’increment en el preu de productes alimentaris bàsics i, per tant, ha afectat la seguretat alimentària d’una part important de la població mundial.15 També s’ha produït un altre efecte no desitjat en aquesta variació dels usos del sòl, com és la desforestació que estan patint zones tropicals d’Amèrica, per la pressió que genera la necessitat de terra cultivable per a agrocombustibles. Independentment d’altres conseqüències, la destrucció i crema de aquesta biomassa genera un efecte net negatiu en l’emissió de gasos amb efecte d’hivernacle, que és un dels objectius de l’existència dels biocombustibles. Situació a Espanya i Catalunya

Figura 8. Reduccions en les emissions de gasos amb efecte d’hivernacle.

Els biocombustibles van representar durant el primer semestre de 2008 un 1,47 % del volum total de combustibles que es van consumir a tot l’Estat. Paral·lelament, els darrers anys s’ha produït un creixement espectacular tant en la capacitat de producció de bioetanol, com de biodièsel al nostre país. De l’any 2005 al 2007 la capacitat productiva de biodièsel va créixer des de les 141.500 t/a 815.190 t/a. En el cas

13 Es considera, segons diversos estudis, que les ajudes oscil·len en els països de l’OCDE entre 0,20 i 1,00 dòlars USD per litre de biocombustible. (Steenblick, 2007, p. 39) 14 El balanç d’energia fòssil representa tota l’energia fòssil necessària per produir 1 litre de biocombustible respecte a l’energia que conté aquest litre.

Sumari

15 Aquesta és una de les conclusions a les que arriba l’informe de la FAO 2008 sobre l’estat mundial de la agricultura i l’alimentació.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

del bioetanol ha estat més moderada, ja que ha passat de les 257.000 t/a a les 456.000 t/a. Tot i les previsions inicials d’augment,16 la situació econòmica actual planteja molts dubtes sobre quina serà l’evolució d’aquest sector industrial. En el cas del biodièsel, encara que el consum intern s’ha quintuplicat en dos anys, durant aquest període va representar poc menys de 300.000 t/a de biodièsel, un valor inferior a la capacitat total de producció. Per un altre cantó, l’actual legislació d’aranzels sobre importacions de biocombustibles i les ajudes que en altres països reben aquest tipus d’indústries17, fan que gran part del biodièsel que es consumeix a l’estat provingui del estranger (sobretot dels EUA) malgrat tenir una capacitat més que suficient per abastir-se internament. Només una variació en els impostos sobre les importacions i un fort increment en el consum intern (previsible i obligat pel compliment dels objectius comunitaris), pot fer que es pugui aprofitar tot aquest potencial industrial. En el cas del bioetanol, el consum i la capacitat productiva van més paral·lels a una mantinguda capacitat d’exportació. En el cas de Catalunya, aquest percentatge representa una mica més del 10 % del total de l’estat, amb tres plantes de producció que representaven l’any 2007 un volum de 86.000 t/a. Dins de les previsions de creixement de capacitat en els pròxims anys (molt altes, però inferiors a la resta de l’estat) es preveien dues noves plantes: una de 200.000 t/a l’any 2010, i una altra de 150.000 t/a el 2011. La situació econòmica general planteja seriosos dubtes sobre el seu futur.18 Perspectives de futur

Existeix una aposta clara per part de la Unió Europea per tal de donar més importància i protagonisme als combustibles de substitució en l’àmbit del transport. El Llibre Blanc sobre la política de transports de la Unió Europea va proposar l’objectiu (ja reflectit en el Llibre Verd sobre seguretat en l’abastament energètic de l’any 2000) d’assolir, el 2020, el percentatge d’un 20 % de combustibles de substitució respecte el total dels que es fan servir en les necessitats de transport. La Directiva 2009/28/CE, relativa al foment de l’ús d’energia procedent de fonts renovables, va establir finalment l’objectiu que el 10 % dels combustibles per al transport fossin “combus-

tibles alternatius”, entre els quals s’inclouen tant els biocombustibles com l’electricitat. Ara bé, és evident que aquelles propostes han xocat amb la realitat. L’any 2005 el consum de tot el conjunt de biocombustibles va representar un total de 3.211 ktep, o sigui un 1,1 % del consum total de petroli destinat al transport. L’any següent, aquest valor va augmentar fins a l’1,8 % (6.187 ktep). Encara que es detecta un augment d’aquests valors s’està molt per sota dels objectius marcats en el seu moment. S’han fet propostes de mesures concretes: diferents directives per establir l’obligació d’un percentatge mínim de consum de biocarburants (per part dels Estats membre) o la creació d’una normativa i un marc legal per portar a terme reduccions fiscals tant en la producció com en el consum. Així, doncs, malgrat les propostes, i fruit d’aquesta realitat, el Consell Europeu de març de 2007 va rebaixar l’objectiu inicial de la presència de combustibles de substitució d’un 20 % a un 10 % en l’àmbit del transport comunitari. Un dels problemes plantejats, com és l’abastament des del mercat intern d’aquest tipus de matèries, no ha quedat del tot resolt. Per un costat, Europa va produir el 2006 un 16 % més del biocombustible que va consumir (6.187 ktep, amb Alemanya com a primer productor amb més de la meitat del total). Però per un altre, la matèria primera per produir aquest biocombustibles (sobretot olis vegetals) és importada majoritàriament des de fora de la Unió Europea de països com Argentina i Brasil (oli de soia) o Malàisia i Indonèsia (oli de palma), amb què es transplanten a un marc extracomunitari el costos ambientals i les externalitats que genera aquell tipus de producció agrícola descrita anteriorment. A més a més, aquesta situació d’importació dels productes agraris malmet part dels objectius plantejats amb la proposta del Llibre Blanc, com era una contribució a l’augment de llocs de treball en els entorns rurals de la Unió, així com una disminució de la dependència energètica exterior. En definitiva, no sembla que la possibilitat de proveïment de la matèria primera des de l’interior de la Unió Europea sigui un objectiu fàcil d’aconseguir.19 El futur d’aquests combustibles dependrà, en gran mesura, de la investigació en el desenvolupament de

16 Estava previst quadruplicar la capacitat de producció de biodièsel durant l’any 2008. En el cas de bioetanol no se’n preveien increments tan forts (APPA 2008). 17 El mes de juliol de 2009, la Comissió Europea va aprovar tot un seguit d’aranzels als biocombustibles dels EUA, adduint competència deslleial i subsidis rebuts pels productors d’aquell país. 18 Les dues plantes situades a Tarragona. La prevista per a l’any 2011 correspon a l’empresa REPSOL en la seva política de creació d’aquest tipus de plantes dintre de les instal·lacions de les seves refineries convencionals. APPA, 2008 19 Per complir amb un nivell de proveïment a l’Estat espanyol del 5,75 % de biocombustible (objectiu de cara al 2010) caldria dedicar-hi l’ús d’1.306.003 ha, el que representa el 14 % del total de la superfície cultivable (dades del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación). Sumari

Problemàtiques del transport i recerca d’alternatives

les diverses generacions de nous dissenys de combustibles i de l’optimització dels processos productius. I també de la reducció, acceptació o rebuig de les externalitats que la seva producció pugui portar associades. El camins establerts per aquesta millora van per l’obtenció d’etanol a partir biomassa lignocelulòsica, els biodièsels sintètics o les algues marines, un camp amb moltes expectatives. En cap cas sembla que estiguem davant d’un tipus de combustible capaç de representar un percentatge significatiu del total de combustibles utilitzats en el transport a la Unió Europea,20 més enllà d’aplicacions molt concretes (i molt dependents de les polítiques públiques d’ajut)21, o d’una política pública activa en l’aprofitament dels residus interns generats de biomassa (biogàs), o d’olis minerals o vegetals, o bé d’un encariment desmesurat del preu del cru a mitjà i llarg termini.

2.3.2. L’hidrogen i les piles de combustible L´hidrogen ha representat durant anys un altra de les alternatives privilegiades per a la substitució dels combustibles fòssils. Per “vehicle” d’hidrogen s’entén dos tipus molt diferents de vehicles: d’una banda tindríem el motor d’hidrogen (vehicles amb motor de combustió interna que en comptes de cremar combustible convencional farien servir l’hidrogen com a font d’energia22, aprofitant el fet que l’hidrogen és la substància que presenta la millor relació pes/potència de tots els combustibles. L’altre avantatge important és que en la seva combustió únicament es produeix calor i aigua i sense pràcticament emissions de gasos tòxics, ni amb efecte d’hivernacle. De l’altra, tindríem una nova tecnologia anomenada pila d’hidrogen o de combustible. Es tracta d’alimentar un motor elèctric amb una pila que obté la seva electricitat mitjançant la hidròlisi de l’hidrogen. Amb aquesta possibilitat ens estalviaríem passar per un motor de combustió interna i es milloraria l’eficiència. Teòricament, d’aquesta manera aconseguiríem aprofitar fonts i recursos renovables i/o nuclears per al sector dels transports, fent servir l’hidrogen com a vector energètic. Les fonts i les maneres d’obtenir-lo son molt variades, però tant els costos energètics, com els econòmics per a la seva obtenció, així com l’emmagatzematge són importants, fet que en pot determinar el futur.

Fonaments de les piles de combustible

Els vehicles equipats amb piles de combustible consisteixen en una mena de vehicle elèctric que obté l’energia elèctrica a partir de la hidròlisi de l’hidrogen amb oxigen, obtenint com a resultat electricitat, aigua i calor. Les possibilitats d’obtenció de l’hidrogen són molt variades: per conversió química (reformat, piròlisi, o gasificació a partir de fonts d’energia com el carbó o el gas natural), per electròlisi, per fermentació o per fotòlisi. A més d’aquesta varietat de processos per a l’obtenció d’hidrogen, les fonts d’energia utilitzades també són diverses. També pot obtenir-se hidrogen a partir de gas natural, carbó, biomassa, energia nuclear, solar o eòlica. La tecnologia més madura per a l’obtenció d’hidrogen és a partir del gas natural per sistemes de conversió química. Punts forts i punts febles

L’avantatge més important d’aquest sistema és la possibilitat de tenir electricitat amb una font d’energia molt poc contaminat, amb un procés en el qual l’únic residu obtingut és vapor d’aigua. Teòricament, les possibilitats són molt grans, ja que ens trobem davant d’una font d’energia acumulable i transportable. A més a més, el vector energètic de l’hidrogen obtingut a partir d’energia elèctrica ens permetria aconseguir l’objectiu de poder-la emmagatzemar en els moments en què no n’hi hagi demanda i no sigui necessària.

Figura 9. Vector hidrogen des de la producció i les aplicacions.

20 En el cas hipotètic que l’ús de la tota la superfície cultivable mundial actual de diferents productes potencialment útils com a matèria primera (que representen el 42 % de totes les terres cultivables disponibles) es fes servir exclusivament per a l’elaboració d’etanol, el biocombustible obtingut representaria solament el 57 % de tota la gasolina consumida globalment. APPA, 2008 21 L’informe FAO 2008 qüestiona fortament la subvenció que els països de la OCDE estan fent als biocombustibles. L’organisme planteja que sempre que les ajudes serveixin per desenvolupar noves tecnologies i una “indústria naixent” es poden justificar. Però no si es tracta d’una indústria que no pot obtenir la seva viabilitat econòmica, perquè serà una assignació greument desencertada tant per als consumidors de la OCDE com per als països en vies de desenvolupament.

Sumari

22 Hi ha dos tipus de motor de combustió interna: el motor de quatre temps convencional modificat (cicle Otto), i el motor rotatiu tipus Wankel.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Les febleses més importants són relatives als sistemes d’obtenció d’hidrogen. Encara no s’han trobat sistemes eficients amb un cost energètic i econòmic acceptable i atractiu. A més a més, és un element molt lleuger que acumula molta energia en poc pes, si bé aquest valor és molt baix en volum. La manera de donar resposta a aquest problema tradicionalment ha estat la liquació o bé la compressió en fase gasosa (opció majoritària), si bé per aconseguir-lo necessitem consumir entre el 10 i el 30 % de l’energia emmagatzemada a l’hidrogen. La manipulació com a combustible, si bé té especificats pròpies d’un gas combustible i explosiu en certes condicions, no hauria de representar un perill ni un problema afegit, si es prenen unes mesures de seguretat adequades. Perspectives de futur

La pila d’hidrogen no ha donat, de moment, el resultat esperat. S’hi havien posat moltes esperances, pel fet de representar un sistema on els impactes generats en el punt de transformació de l’energia eren mínims, esTipus

Origen

Així, doncs, malgrat les expectatives i els recursos destinats per les anteriors administracions nord-americanes aquelles no estat assolides, i per aquest motiu, a banda de l’aparició d’alternatives més senzilles i a l’abast, la nova administració Obama ha decidit restringir fortament les ajudes al seu desenvolupament.23 A Catalunya, la ciutat de Barcelona i l’empresa de transports metropolitans (TMB) formen part del programa CUTE (Clean Urban Transport for Europe) on, amb altres nou ciutats europees, s’estan assajant 30 autobusos de l’empresa Daymler-Crysler amb diferents sistemes d’obtenció d’hidrogen, i si bé la primera fase va finalitzar fa un parell d’anys i ara s’engega la segona, tampoc sembla que les expectatives siguin gaire encoratjadores per representar un sistema o una tecnologia que pugui constituir una alternativa gaire important.

Marge de costos de producció ($/MWh)

Descentralitzat Gas natural (no CCS)

36-54

Descentralitzat

Electròlisi

47-90

Centralitzat

Gas natural (no CCS)

18-29

Centralitzat

Gas natural (CCS)

22-32

Centralitzat

Carbó (CCS)

29-36

Centralitzat

Nuclear

32-76

Centralitzat

Solar

76-108

Centralitzat

Gassificació de biomassa

47-54

Taula 3. Projecció de costos de producció d’hidrogen. Font: Linares, J. I., 2007.

23 S’ha rebaixat l’assignació per ajudes de 169 a 68 M$per any. Sumari

sent el principal subproducte el vapor d’aigua, però la realitat ha mostrat que el desenvolupament de les piles de combustible i l’obtenció d’hidrogen barat i amb un balanç energètic positiu, des de fa algunes dècades, no acaba de convertir-se en realitat.

Figura 10. Horitzó temporal de les diferents tecnologies d’obtenció d’hidrogen. Font: Linares, J. I., 2007.

3. Els vehicles elèctrics 3.1. Els orígens: una mica d’història Malgrat que en els darrers temps s’ha produït un important esclat mediàtic a l’entorn dels vehicles elèctrics (VE), en general continua havent-hi un gran desconeixement sobre aquest tipus de vehicles i les seves possibilitats reals. Per exemple, es desconeix que amb més de cent deu anys d’antiguitat a la seva esquena, aquests vehicles van precedir els vehicles de combustió interna (VCI). Efectivament, a finals del segle xix es produïen vehicles elèctrics a diversos països. L’any 1891 W. Morrison va fabricar un dels primer vehicles elèctrics dels Estats Units d’Amèrica, amb un motor de 4 CV que podia transportar 10 persones a una velocitat de 32 km/h i gaudia d’una autonomia de 80 km.

Els vehicles híbrids també tenen una llarga història, començant per Ferdinand Porsche, empleat de la firma Lohner, qui a finals del segle xix, va desenvolupar un vehicle amb un motor de combustió que feia girar una dinamo que carregava una bateria d’acumuladors, la qual proporcionava l’energia necessària als motors elèctrics ubicats al botó de les rodes. En la dècada dels seixanta del segle xx es realitzaren diversos intents no reeixits de construir un VE, com per exemple el Sunrycer, però tant els vehicles elèctrics de bateries com els híbrids van passar un llarg període pràcticament oblidats fins a la dècada dels 70 quan, amb la primera crisi del petroli, reneix l’interès pels vehicles de motorització alternativa a la conven-

Figura 11. El Morrison, un vehicle elèctric de 1891. Font: Richardson, J. 9 electric cars 100 years old or more. 2009.

Figura 12. Edison mostrant un dels primers vehicles elèctrics l’any 1913. Font: Wikipedia, 2009.

cional. La dificultat de disposar de bateries amb capacitat suficient i la decidida aposta dels fabricants de cotxes per dissenyar i construir motors convencionals més eficients, frenà l’entusiasme inicial pels VE fins aturar-los. El progressiu encariment dels preus del petroli i l’augment de la sensibilitat ambiental, amb els compromisos de Kyoto, fa que es torni a plantejar

Sumari

Les millores indubtables aconseguides pels fabricants de vehicles de combustió (bàsicament de cicle Otto o de gasolina), i la limitació d’autonomia imposada per les bateries, van relegar el vehicle elèctric de bateries a usos molt específics (vehicles industrials per a manutenció, carretons motoritzats per a persones amb discapacitat de moviments, etc.), de baixes velocitats i abast molt limitat. L’eclosió de l’automòbil de combustió arribà amb el model T de la casa Ford l’any 1908 i la implantació de la producció en sèrie. D’aquest model, tot i que consumia uns 20 litres cada cent quilòmetres, se n’arribaren a produir més de 15 milions d’unitats que es vengueren a un preu relativament assequible.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Figura 13. El cotxe EV1 de General Motors de la dècada dels 90.

l’alternativa dels vehicles elèctrics. L’aprovació d’una llei a Califòrnia l’any 1990, la CARB (California Air Resources Board) que obligava els fabricants a disposar de models amb zero emissions feu possible el naixement de l’EV1 fabricat per GM que era ràpid, eficient, net i amb una autonomia de 130 km. Tanmateix, altres fabricants produïren altres VE com el Toyota RAV4EV, el Ford Th!nk, el Nissan entre molts altres. I si bé aquest vehicles no eren assequibles a tothom, generaren molta admiració, representant una aposta “neta” pel futur, que coexistí amb un gran escepticisme sobre les seves possibilitats. Quan a resultes de la pressió del món del petroli es flexibilitzà aquella llei, General Motors aturà la seva producció, i quan semblava que podia consolidar-se el VE, George W. Bush sorprengué tothom anunciant una inversió de 1.200 milions de dòlars en investigació en el cotxe d’hidrogen explicant que aquest era el vehicle del futur.

Cal reconèixer que en el cas dels motors d’explosió, tot i les seves dificultats inherents, atès que el seu sistema sembla caminar cap una autodestrucció pel fet de realitzar un centenar d’explosions cada segon i treballar a un alt nombre de revolucions, els enginyers van aconseguir trobar una solució elegant i robusta a tots els reptes que es presentaren. Tot amb tot, és patent que al comparar-los amb els VE presenten una enorme complexitat, ja que han d’emprar múltiples transmissions, engranatges, fluids de lubrificació i refrigeració, i tenen centenars de punts mòbils que són gairebé inexistents en els nous models de VE. Per una altra banda, i des del punt de vista de l’eficiència energètica, en els vehicles de combustió interna, tan sols arriba a les rodes per a la tracció entre un 20 i un 25 % de l’energia continguda en el combustible, mentre que arriba a les rodes dels VE un 75 % de l’energia continguda a les seves bateries. Aquella ineficiència representa que la resta de l’energia la malmetem en calor residual i contaminació de diversos productes tòxics i gasos amb efecte d’hivernacle emesos al nostre entorn. Ara bé, malgrat aquestes evidències, és palpable que existeix un alt nivell de satisfacció envers aquesta tecnologia que a la vegada ha assolit un alt nivell de perfeccionament.

A mitjans de la dècada dels 90 del segle passat també apareixen diferents models comercials de vehicles elèctrics, bàsicament per a transport de persones i distribució urbana de mercaderies en ciutats o zones d’accés restringit als vehicles convencionals. El 1997 sortí al mercat el Toyota Prius, primer turisme híbrid modern.

Per tant, i malgrat que ens trobem davant una important “revolució tecnològica”, tots els analistes ens indiquen que es produirà una coexistència de VCI i dels nous VE durant molts anys. Ara bé, no creiem exagerada l’afirmació que ens trobem davant una “revolució tecnològica”, atès que amb la progressiva introducció de VE en els nostres sistemes de transport i mobilitat aconseguirem diversos objectius llargament perseguits: una creixent reducció de la dependència energètica envers el petroli, un augment notable de l’eficiència energètica, una reducció important de la contaminació general i a les ciutats en particular, un aplanament de la corba de càrrega elèctrica, una optimització general del sistema energètic i l’acompliment d’un somni dels enginyers elèctrics: l’emmagatzematge de l’electricitat en quantitats relativament importants que porten a parlar dels sistemes de connexióa la xarxa (V2G) i d’altres sistemes intel·ligents de generació i transport d’energia que es tractaran posteriorment.

La impossibilitat d’emmagatzemar l’energia elèctrica en quantitats importants i els costos tan alts de fabricació, al tractar-se fins ara de prototipus amb produccions reduïdes, han constituït l’escull principal que durant anys ha impedit que el vehicle elèctric arribi a la seva eclosió i que assoleixi la seva “majoria d’edat”.

En essència, un VE està constituït per un sistema infinitament més senzill que els tradicionals VCI, integrat principalment per una estructura portant, una bateria i un sistema de recàrrega, un sistema de control més o menys sofisticat, i un o diversos motors elèctrics. Les figures adjuntes, procedents del llibre Build your own

A l’abril de 2003 el govern californià retira la llei d’emissió zero, i els cotxes elèctrics, que eren tots de lloguer, foren recuperats i destruïts. Cap contracte fou renovat malgrat la resistència oposada, fins i tot com la de Sagramento, Sta. Mònica (2003), però tot fou en va. El 2004 ja no quedava ni un sol EV124.

24 Tot aquest afer va conduir el realitzador de cine Chris Paine a gravar a finals de l’any 2006 un famós documental conegut com Qui va matar el vehicle elèctric (Who killed the Electric Car), fàcilment accessible a You Tube. Sumari

Els vehicles elèctrics

Figura 15. Diagrama d’un vehicle amb motor elèctric.

3.2. Classificació dels vehicles elèctrics D’entrada podem classificar els vehicles elèctrics en tres grans grups. Si deixem a banda el primer, els vehicles elèctrics alimentats per cable (vehicles guiats com els tramvies o els vehicles urbans amb recorregut fix, com per exemple, els troleibusos), que no són objecte de consideració en el present estudi, es podrien reduir a dos: els vehicles íntegrament elèctrics (VE) i els vehicles híbrids endollables25 (PHVE). Figura 14. Complexitat d’un vehicle convencional amb motor de combustió interna.

Electric Vehicle, de S. Leitmant i B. Brant, presenten aquests punts de manera esquematitzada. És interessant constatar que els VE tenen un 90 % menys de components respecte dels VCI, que precisament són els que estan sotmesos a un major desgast, i per aquest motiu hom creu que les reparacions i el manteniment dels nous vehicles seran molt més senzills.

Si bé teòricament hi ha diverses possibilitats pel que fa a la possible disposició de vehicles elèctrics autònoms (que transporten la font d’energia mitjançant bateries, ultracondensadors, pila de combustible, o fins aquells que poden rebre una aportació suplementària a través d’un sistema de plaques fotovoltaiques), aquells que són objecte de la nostra atenció i que actualment es troben en ple desenvolupament, són els alimentats per bateries els que es configuren com l’element clau per a la seva autonomia i desenvolupament de futur. L’altra opció són els vehicles híbrids o mixtos, representats genèricament per l’acrònim PHVE, que

Sumari

25 Mantenim com acrònim les sigles angleses del Plug-in Hybrid Electric Vehicles.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Sistema motor

VE Autònom

PHVE

Motor elèctric

Motor elèctric + motor de combustió interna (MCI)

Característiques • Emissions zero més rellevants • Alt rendiment energètic • Autonomia limitada • Cost d’adquisició elevat • N’existeixen models comercials Aspectes a considerar

• Cost del vehicle • Cost, disponibilitat, càrrega i reciclatge de les bateries

• Emissions baixes • Rendiment energètic més elevat que VCI • Àmplia autonomia • Cost d’adquisició elevat • N’existeixen models comercials • Cost del vehicle (doble motorització) • Control dels motors • Cost, disponibilitat, càrrega i reciclatge de les bateries

Taula 4. Característiques dels vehicles elèctrics.

amb diverses configuracions possibles sempre consta d’un sistema doble, amb un motor tèrmic més o menys convencional i un sistema d’emmagatzematge d’energia i de tracció elèctric, que pot adoptar diverses disposicions. Segons la disposició dels motors, els vehicles híbrids (PHVE) es poden classificar en PHVE en sèrie, PHVE en paral·lel i PHVE mixtos; a la taula 4 se’n resumeixen les principals característiques, que desenvoluparem més endavant.

3.3. Característiques dels vehicles elèctrics Els vehicles elèctrics són, des del punt de vista de la disposició mecànica dels seus components, més senzills que els vehicles actuals de combustió interna (VCI). Essencialment consisteixen en un dispositiu d’emmagatzematge d’energia (bateria o ultracondensador) que permet alimentar el/s motor/s elèctric/s que mou/en les rodes (figura 16). En els models en què que el vehicle incorpora dos motors, no cal el diferencial en l’eix motriu. El motor pot ser de corrent continu o de corrent altern. Els de corrent continu –que poden ser motors en sèrie o d’excitació permanent– proporcionen un elevat parell d’arrencada i un sistema de regulació de la velocitat relativament senzill i conegut. Els de corrent altern poden ser síncrons o asíncrons, són més robustos i fàcils de mantenir, i aconsegueixen un millor rendiment que els de corrent continu. Sumari

Figura 16. Esquema de vehicles elèctrics i dels híbrids amb indicació de capacitats d’emmagatzematge d’energia. Pot observar-se la major simplicitat del cotxe elèctric.

Els vehicles elèctrics tradicionalment s’han utilitzat en recintes tancats (carretons elevadors de manutenció –“toros”–) i per a aplicacions particulars (carrets per a persones amb mobilitat reduïda, carrets per a golf, etc.). En els darrers anys, i a mesura que han aparegut dispositius d’emmagatzematge de major capacitat i recàrrega més fàcil, han començat a ser utilitzats en vehicles tipus turisme i furgonetes de prestacions modestes per a la distribució urbana de mercaderies (especialment en ciutats amb zones de vianants amb restricció d’accés per a vehicles amb motors tèrmics). Des del punt de vista tècnic, el principal inconvenient dels VE és que en l’actualitat encara presenten una limitada autonomia, que podem situar entre els 80 i 200 km, si bé la innovació i l’evolució tecnològica van superant aquestes limitacions mes a mes. Com a con-

Els vehicles elèctrics

trapartida, un dels aspectes que fa més atractius tant els VE com els PHEV és el potencial creixement de l’eficiència energètica, la qual cosa significa una reducció en el consum d’energia i les seves fonts primàries, i una important reducció tant dels contaminants convencionals com de les emissions de gasos amb efecte d’hivernacle (GEH).

3.4. Principals característiques dels vehicles elèctrics híbrids (PHEV) Els vehicles elèctrics híbrids (PHVE) representen un estadi intermedi entre els vehicles convencionals (VCI) i els vehicles elèctrics purs (VE). La funció de la motorització elèctrica pot ser doble: d’una banda evitar el funcionament del motor de combustió en trams urbans curts; d’altra banda, servir de reforç a la motorització convencional i facilitar l’estalvi de carburant aprofitant l’energia de frenada per carregar bateries, alhora que aconsegueixen un augment important de l’eficiència energètica. Les bateries dels PHEV es poden recarregar per mitjà d’un generador accionat pel motor tèrmic o bé endollant-les directament a la xarxa elèctrica. Si bé els PHEV poden ser endollats a qualsevol hora del dia, hom s’orienta a la càrrega durant la nit en hores vall, quan la demanda d’energia elèctrica i el seu cost són menors (de les 11 h de la nit a les 7-8 h del matí). Atenent a la disposició dels motors, els VEH es poden classificar en tres grans subgrups: PHVE en sèrie, PHVE en paral·lel i PHVE Mixt.

3.4.1. Vehicles híbrids en sèrie En els PHVE en sèrie, tota l’energia química-tèrmica del motor de combustió interna s’aplica a un generador que la transforma en elèctrica i la transmet al sistema de bateries recarregables i/o a un motor elèctric solidari amb el sistema de transmissió i les rodes (figura 17). Es tracta d’una arquitectura senzilla en la qual el motor elèctric s’interposa entre l’eix de transmissió i el generador. El motor de combustió interna no està mai en contacte directe amb els mecanismes de transmissió.

• Mode mixt o combinat: quan l’energia sol·licitada és elevada, el motor elèctric rep simultàniament l’energia del generador i de les bateries. • Ús en desacceleració o frenada, quan part de l’energia absorbida per les rodes durant la frenada es transforma en energia elèctrica i es recarreguen les bateries. El principal avantatge de la configuració en sèrie és que el motor tèrmic, al no estar directament lligat a la tracció, es pot fer servir a velocitat constant i en el punt de rendiment òptim. D’altra banda, el sistema de control és més senzill. Pel que fa als inconvenients, el més important és que tota l’energia produïda pel motor tèrmic ha de travessar el generador elèctric, amb una important generació de pèrdues degudes a la transformació d’energia mecànica en elèctrica. Un altre inconvenient és que tant el motor tèrmic com l’elèctric han d’estar dimensionats per una conducció per carretera amb prestacions elevades, per la qual cosa poden assolir unes dimensions considerables.

3.4.2. Vehicles híbrids en paral·lel El PHVE en paral·lel permet que el sistema de transmissió sigui accionat tant pel motor tèrmic com per l’elèctric o pels dos a la vegada (figura 18). De forma anàloga al PHVE en sèrie, els modes de treball del PHVE en paral·lel poden ser: Mode totalment elèctric. Les bateries proporcionen al motor elèctric tota l’energia necessària per moure el vehicle. L’ús exclusiu del motor tèrmic es dóna quan el vehicle es mou únicament per l’acció del motor de combustió, i si el consum és inferior a la energia proporcionada pel motor tèrmic, se’n deriva una part a carregar les bateries. En mode mixt o combinat, si l’energia sol·licitada és elevada, poden treballar els dos motors conjuntament (el motor tèrmic és assistit pel motor elèctric). Electrònica

Bateria

Generador

Motor Motor de combustió

Diferencial

Figura 17. Vehicle elèctric híbrid en sèrie. Font: NESEA org, 2009.

Sumari

• Ús exclusiu des de les bateries, que proporcionen al motor elèctric tota l’energia necessària per moure el vehicle; o del motor tèrmic, que acciona el motor elèctric a través del generador. Si el consum és inferior a la energia proporcionada pel generador, se’n deriva una part a carregar les bateries.

Transmissió

Els PHVE sèrie poden operar de diferents modes:

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

En desacceleració o frenada, part de l’energia absorbida per les rodes durant la frenada es transforma en energia elèctrica i es recarreguen les bateries. El principal avantatge rau en la possibilitat de l’actuació simultània dels dos motors i, per tant, tant el motor tèrmic com l’elèctric poden ser de menor potència; l’inconvenient és la major complexitat dels equips i dels sistemes de regulació i control.

Bateria

Electrònica

Motor Canvi Transmissió

3.4.3. Vehicles híbrids mixtos Els vehicles híbrids mixtos poden actuar com un híbrid en sèrie o com un en paral·lel, segons si l’acció del motor tèrmic s’aplica directament a les rodes motrius (funcionament en paral·lel) o bé si actua sobre el generador (funcionament en sèrie). L’esquema es mostra a la figura 19.

3.5. Necessitats d’emmagatzematge en el vehicle elèctric

Motor de combustió

Diferencial

Figura 18. Vehicle híbrid elèctric en paral·lel. Font: NESEA org, 2009. Bateria

Electrònica

Motor

Motor de combustió

Canvi Transmissió Generador

Atesa la major eficiència del motor elèctric respecte el tèrmic (entre el 80 % i el 65 % el primer, incloent-hi el rendiment de les operacions de càrrega i descàrrega de les bateries, contra el 25 % dels motors de combustió interna), la necessitat de garantir el subministrament d’energia elèctrica esdevé d’una importància cabdal, tant per a les tecnologies elèctrica com l’híbrida.

Diferencial

Figura 19. Vehicle híbrid elèctric mixt. Font: NESEA org, 2009.

En els VE, l’energia emmagatzemada a la bateria ha de realitzar una funció equivalent a la benzina d’un vehicle convencional. Així, els paquets de bateries per a VE típics emmagatzemen uns 35 kWh, els quals poden proporcionar una energia a les rodes equivalent a la d’un dipòsit amb 15 litres de benzina. Si bé teòricament podem augmentar l’energia per aconseguir una major autonomia del VE, cal considerar les limitacions inherents a l’increment de pes i volum que hi anirien associats, essent aquest un dels motius importants per maximitzar la densitat energètica o l’energia específica. Una altra funció de les bateries rau precisament en la demanda de potència per a una acceleració ràpida com fa la benzina, d’on cal haver de maximitzar la potència específica o densitat de potència en aquesta situació. Així doncs, i com hem vist, ens trobem amb diferents necessitats per a les quals hem de cercar la solució tecnològica més adient. A la figura 20 podem observar les corbes del parell i de potència d’un VCI, on es pot apreciar com el punt de Sumari

Figura 20. Corbes de parell màxim (vermell) i potència màxima (negre).

màxima potència i punt de parell motor màxim té lloc en un determinat règim de voltes, de manera que el parell màxim acostuma a coincidir amb la zona de menor consum específic. Els vehicles híbrids intenten aprofitar aquesta situació per fer treballar el motor tèrmic en aquest punt, obtenint així un consum mínim a parell màxim.

4. Prospectiva d’evolució del mercat dels vehicles elèctrics 4.1. Estimació i prospectiva a curt termini (2010-2015) Tal i com s’ha esmentat en el capítol 2, el parc mòbil espanyol està constituït per uns 30 milions de vehicles, dels quals 21,7 milions són turismes, 5,14 camions i furgonetes, i uns 2 milions correspondrien a motocicletes. A Catalunya hi ha uns 3,3 milions de turismes, que representarien el 15,3 % del total d’Espanya, uns 817.000 camions i furgonetes, que representen un 15,9 % del total (cal afegir-hi 8.200 autobusos) i unes 587.500 motocicletes, aspecte que constitueix una singularitat respecte l’Estat ja que representen un 25,4 % de la flota d’aquest segment a tot l’estat. Són diversos les empreses consultores i els analistes internacionals especialitzats (Frost & Sullivan, Altran Technologies, Pike Research...) que ja han assenyalat que estem enmig d’un escenari terriblement accelerat, on els canvis i les novetats dels diversos subsectors implicats apareixen setmana darrera setmana. Possiblement sigui dins aquest context que hauríem de considerar les previsions del Ministeri d’Indústria, que es poden qualificar com un xic “optimistes”, quan dibuixa un escenari l’any 2014 a l’Estat espanyol en què circularien més d’un milió de vehicles elèctrics, de totes les tipologies. Ara bé, potser seria millor contextualitzar aquella previsió com

una decidida aposta per part de les institucions implicades, les quals semblen haver-se compromès en la via d’afavorir un ràpid desenvolupament i una veritable implantació dels VE a tot l’Estat. Decididament, tot i trobar-nos en un escenari on encara hi ha moltes incerteses, fins el moment actual l’oferta de vehicles elèctrics existents és dels que podríem considerar de gamma baixa, amb prestacions inferiors a les dels VCI a què estem acostumats, i no serà fins els anys 2010-2014 que no es produirà la plena incorporació de les grans firmes i fabricants del món de l’automoció26. Adaptant al nostre país els diversos estudis de prospectiva efectuats per les consultores internacionals i analistes internacionals esmentats recentment (Frost&Sullivan, Capital Advisors, Rapport Syrota, Altran Technology, Pike Research...) o les previsions de la indústria automobilística mateixa, s’ha procedit a efectuar dues estimacions sobre la previsible evolució de VE a Catalunya en un horitzó temporal fins l’any 2015. La primera, més optimista, seguiria les pautes i proporcions del Ministeri d‘Indústria que caldria assignar a Catalunya. D’aquesta manera ens correspondria assolir la fita d’uns 150.000 VE (3,3 % de la flota actual) cap el final d’aquell any, considerant tots els segments de vehicles.

Figura 21. Nombre de vehicles per miler d’habitants a la UE i en altres països el 1995 i el 2005. Font: Eurostat.

Sumari

26 Vegeu la relació de VE i les previsions d’any de comercialització dels diversos models de vehicles a l’annex I.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Figura 22. Prospectiva d’evolució de VE a Catalunya en el període 2010-2015.

Des d’un punt de vista realista, ha semblat més versemblant, atenent aquells estudis mundials de prospectiva, partir d’uns nivells relativament modestos els primers anys, per situar-nos cap al final del període estudiat dins una franja de VE inferior al 2 %, mentre que la de tipus més voluntarista era situada per sobre del 3,3 %. Així, doncs, atenent a aquest escenari més moderat la xifra total de VE que caldria assolir la podem situar vora els 100.000 vehicles entre turismes (70.000) motocicletes (25.000) i furgonetes i camionetes (5.000) cap a finals de l’any 2015. Aquesta prospectiva, merament indicativa, també ens servirà tant per avaluar i determinar les necessitats energètiques per cobrir la demanada, com per esbrinar l’estalvi en barrils de petroli associats, o els gasos tòxics i amb efecte d’hivernacle que evitarem emetre. En funció de com es desenvolupi la comercialització dels primers VE, podem iniciar un escenari per al proper any on ja s’adquiririen entre 3.000 i 5.000 VE, xifra que s’aniria incrementant progressivament fins assolir una xifra de més de 30.000 al final del darrer any, el 2015. Així, i a efectes d’estimació de la capacitat d’admissió que aquesta nova càrrega elèctrica que els VE podrien representar, podríem fer les previsions incloses a la taula 5.

En el primer cas en xifres absolutes ens referim a uns 150.000 VE que, en funció del parc actual, representarien un 3,3 % del parc actual. Tot i ser conscients de la impossibilitat d’una distribució lineal com la presentada, aquesta ens serveix de referent i estimació per avaluar el valor mitjà anual de com s’hauria d’incrementar el parc si ens proposéssim assolir aquells objectius. La segona hipòtesi, amb un escenari més realista, tot i no assolir el percentatge suposat pel Ministerio de Industria, no està exempta de incerteses, si bé ens podria situar ben bé cap els 80.000 VE a Catalunya, a finals de l’escenari previst.

4.2. Panorama actual de producció i comercialització de vehicles elèctrics A Catalunya no hi ha fabricants autòctons de vehicles, tots són subsidiaris de fabricants estrangers, i si bé els fabricants de vehicles convencionals estan enmig d’una profunda crisi, resulta evident que un canvi d’estratègia cap a la fabricació de VE pot representar un redreçament de la producció i una renovació del mercat.

Any

2010

2011

2012

2013

2014

2015

Hipòtesi 1

25.000

Hipòtesi 2

3-5.000

4-6.000

7-8.500

10-15.000

25.000

30.000

Taula 5. Prospectiva d’increment anual dels vehicles elèctrics a Catalunya de 2010 a 2015. Sumari

Prospectiva d’evolució del mercat dels vehicles elèctrics

Figura 23. Pictograma del vehicle elèctric.

L’evolució, tal i com preveien molts analistes, ha estat accelerada i sorprenent. Així hem pogut veure com les empreses d’automoció implantades tant arreu de l’Estat com a Catalunya, han passat en pocs mesos d’una actitud un tant escèptica i despreocupada en relació amb els VE, a incorporar-se progressivament a les noves directrius i orientacions, a mesura que els grans fabricants anaven mostrant el desenvolupament de nous prototipus de vehicles. A hores d’ara27 se sap que l’empresa Nissan ha presentat diversos models de VE i que abans d’acabar l’any 2009 disposarà d’alguns d’aquest prototipus fabricats al Japó a la factoria de la Zona Franca perquè els equips d’enginyeria puguin efectuar-hi les proves adients. Una notícia encara més recent ha estat la comunicació que la factoria Fasa-Renault de Valladolid ha estat escollida per a la fabricació d’un model de VE dins una àmplia gamma de quatre vehicles elèctrics diferents que aquest grup està a punt de començar a fabricar. Per la seva banda, la pròpia SEAT està liderant la sol·licitud d’un projecte Cenit de quatre anys, amb la participació d’una munió d’empreses elèctriques, de subministrament auxiliars de l’automoció i de components, per desenvolupar íntegrament un prototipus de VE híbrid al nostre país Són diverses les empreses d’automoció mundials que han informat que posaran a la venda VE a partir del 2010, venda que podria liderar l’empresa Mitsubisthi a mitjans 2010 amb la comercialització el seu model iMieV al nostre país. Per una altra banda, les empreses que de fa anys fabriquen i comercialitzen VE de gamma baixa, motocicletes i furgonetes, com REVA, AixamMega, Th!nk City, Piaggio, Tata Motors, Vetrix... estan posant a punt nous models amb més i millor prestacions, que ja s’estan comercialitzant. L’efervescència també és present a les institucions de l’Administració i de municipis on també s’ha co-

Figura 24. Primeres aplicacions d’autobusos elèctrics a Catalunya. Font. Revista del RACCC, maig de 2009.

mençat a desplegar una gran activitat ja que a banda de les ciutats incloses dins el Pla MOVELE (Madrid, Sevilla, Barcelona), s’està produint una munió de projectes a moltes altres ciutats que no volen quedar-se enrere (Màlaga, Valladolid, Gijón, Formentera, Sabadell…). A Catalunya, algunes poblacions com per exemple Figueres estan adoptant mesures respecte a mobilitat amb VE per al transport públic, si bé sembla observar-se un cert endarreriment respecte a d’altres poblacions de l’Estat. El projecte MOVELE, promogut pel Ministeri d’Indústria, preveu la introducció a les ciutats d’un total de més de 2.000 VE de diverses categories entre 2009 i 2010. És un projecte dirigit cap a un ventall divers d’empreses, institucions i col·lectius. El seu objectiu és demostrar la viabilitat tècnica d’aquesta solució en entorns urbans. Com ja hem assenyalat, les ciutats que lideren aquesta implantació són Madrid, Barcelona i Sevilla. El projecte, a part de contribuir a la instal·lació de punts de recàrrega a les tres ciutats, fomenta l’adquisició de VE mitjançant una subvenció per la seva compra amb ajuts que van dels 800 als 20.000 euros De totes maneres aquestes ajudes no representen més del 20 % del cost del vehicle. Si bé és un incentiu important (i una despesa considerable per a l’Administració)28 no sembla que, en cap cas, sigui el motiu principal perquè les flotes de distribució urba-

27 Novembre de 2009.

Sumari

28 Gairebé 8 milions d’euros per les ajudes d’adquisició.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

na de mercaderies (en endavant, DUM) canviïn el seu parc de vehicles ni el seu sistema de treball. S’hauran de donar altres ajudes, incentius, avantatges o restriccions a altres vehicles perquè aquesta qüestió pugui ser considerada de la manera adequada. Així, en l’àmbit de l’Estat, les iniciatives del Pla MOVELE del Ministeri de Industria, Turisme i Comerç que, amb una dotació de 8 M€, volen fomentar la ràpida introducció de VE i la instal·lació de més de cinc-cents punts de recàrrega a la via pública a les tres ciutats espanyoles citades. Des del ministeri es considera que l’estratègia per potenciar els VE és una qüestió d’Estat. Tanmateix, ha promogut, conjuntament amb la fundació FITSA la recent constitució de FOREVE (Foro Español del Vehículo Eléctrico) que ha incorporat en un mateix organisme tots els sectors implicats (indústries auxiliars i d’automoció, empreses elèctriques i Administració) per seguir i orientar l’evolució dels VE a nivell estatal. D’altres autonomies, com per exemple el govern basc o la comunitat aragonesa, estan creant organismes i dotant de recursos centres especialitzats per guiar i orientar aquest canvi d’escenari.

4.3. Situació dels subsectors industrials i empresarials a Catalunya Molt paradoxalment, mentre Catalunya compta amb una proporció relativament important d’empreses del sector d’automoció respecte a les de tot l’Estat, amb grans plantes de producció de vehicles (motocicletes, turismes...) i una forta implantació d’empreses del sector de components d’automoció, i disposa d’una infraestructura molt adient per posar-se al capdavant d’aquest canvi, fins el moment actual s’ha estat més aviat en una situació d’expectativa i continuïtat dels models anteriors. Tanmateix, Catalunya compta amb una gran tradició i presència d’indústries del sector elèctric, electrònic, de la informàtica i de comunicacions, que constitueixen sectors clau per al desenvolupament d’aquest nou escenari de mobilitat elèctrica. És patent la presència d’empreses catalanes dins les associacions i fòrums d’àmbit estatal com SERTEC, FITSA, o FOREVE, si bé fins el moment actual creiem que no està liderant el canvi, si n’exceptuem alguns aspectes puntuals. Això no obstant, sigui patent que aquests sectors no tindrien gaire problemes per aconseguir una adaptació per al disseny i producció de components per a VE. Sumari

Dins el món empresarial el sector de la importació de vehicles està emergint com un nou subsector específic relacionat amb els VE, amb posicionaments interessants, si bé atès el preu relativament elevat d’aquests vehicles, caldrà destinar un paquet de mesures econòmiques i ajuts per a la seva adquisició i difusió. Sense cap mena de dubte, en el moment actual el punt més feble de tota la cadena de valor dels nous VE elèctrics, arreu de l’estat, però molt particularment a Catalunya, es troba dins del sector de l’electroquímica i la fabricació de bateries. Efectivament, ni des del punt de vista de recerca ni de la fabricació no hi ha cap fabricant del nou sector de bateries: tot just alguns grups industrials comenecen a plantejar experiments i recerques en aquest sector, que sense cap mena de dubte representa el nínxol de mercat “clau” per al desenvolupament dels VE. Actualment són molts els països i centres internacionals d’investigació que estan treballant intensament en nous desenvolupaments i patents d’aquest sector emergent (EUA, Japó, França, Xina....), tal i com s’explica al capítol 7, dedicat a les bateries i la seva evolució pel fet que constitueixen el punt central per a l’èxit del ple desenvolupament dels VE. Cal efectuar una consideració especial cap el sector de la fabricació de motocicletes per la importància que té a Catalunya, i que per les seves característiques i grau de desenvolupament tecnològic presenta un alt potencial d’expansió atès el nivell de prestacions que ja han assolit els models elèctrics. Al nostre entendre, aquest representa un altre nínxol dels més importants en el futur proper que el país no hauria de perdre. En un apartat específic considerem el sector dels vehicles especials de petita mercaderia a les ciutats. Dins d’aquest paquet cal contemplar-hi la destacada experiència de neteja i recollida d’escombraries urbanes que està desenvolupant l’ajuntament de Barcelona, amb una actuació capdavantera en exigir en el plec de condicions de les empreses de serveis subcontractades que una fracció important del parc de vehicles sigui de tipus elèctric. Aquesta important experiència està possibilitant desenvolupar un coneixement aprofundit d’alguns dels problemes respecte al subministrament d’energia que en el futur podrien presentar-se en els aparcaments on s’hi concentri un nombre important de VE. Tot i que encara s’està en una fase incipient, tanmateix apareixen iniciatives lligades a les empreses privades de lloguer de vehicles i/o renting, a fi de disposar d’una flota important de VE que circularien per la ciutat, o per espais i centres que podrien convertir-

Prospectiva d’evolució del mercat dels vehicles elèctrics

se en líders del canvi. Així, la Fira de Barcelona, el port, o l’aeroport podrien representar casos exemplars d’aplicació de VE a les flotes respectives. Pel que fa a les infraestructures de recàrrega, que es desenvolupen al capítol 6, cal esmentar que en aquesta primera etapa de desenvolupament, i malgrat que estan pendents diversos temes de normalització i estandardització de connexions, no hauria de representar cap problema la manca de punts de recàrrega, malgrat que sovint s’hagi assenyalat com un obstacle al desplegament; ni tampoc ho constituirà el subministrament d’energia, exceptuant si de cas alguns problemes puntuals a la xarxa de distribució. Com ja s’ha esmentat diversos cops, en l’estadi actual, a fi de promocionar el desenvolupament dels VE, només cal aconseguir que els equips de recàrrega siguin segurs, robustos, senzills en la seva utilització, i econòmics. Posteriorment, i a mesura que es produeixi l’estandardització, o augmentin els nivells d’exigència, ja es podran afegir majors nivells de prestacions i complexitat. Un exemple nítid que ens permet percebre l’evolució dels VE dins el mercat actual el tenim a les empreses i societats d’aparcament, les quals, en el termini d’un any, han passat de veure els VE amb preocupació i com una molèstia, a un nou estadi generador de noves possibilitats de negoci dins un mercat emergent on poden oferir nous serveis. El sector de l’aparcament sembla, doncs, que es posiciona de manera molt imaginativa i proactiva davant el nou escenari. Quelcom semblant podria donar-se en les benzineres, si bé en aquests cas encara falta un desenvolupament tecnològic i normatiu per aconseguir la càrrega ultraràpida que permetria una renovació del sector. Finalment, en aquest breu repàs de la situació dels sectors industrials i empresarials a Catalunya, hem d’esmentar al sector dels tallers de reparació i de la formació de nous professionals dins un camp que presenta tantes innovacions tecnològiques com el dels VE. Sens dubte cal començar a desenvolupar un paquet d’accions ràpides, tant per a l’adequació dels tallers existents, com per a la preparació d’aquest nou segment de professionals, contemplant-hi el fet que a part dels temes específics de la professió, també hauran d’estar especialitzats en aspectes ambientals i en el reciclatge dels nous equips i components. Tanmateix, tots els camps relatius a la investigació i la recerca avançada, amb departaments i organismes

especialitzats, han de ser objecte d’una atenció especial per aconseguir situar-nos en una posició capdavantera. En diversos països de la UE i als EUA29 també s’han investigat aspectes de tipus sociològic per conèixer el comportament i les dificultats que podria comportar als usuaris la utilització dels nous VE i aquesta “revolució de la mobilitat”, essent conscients que durant anys encara conviuran conjuntament les tecnologies de vehicles de combustió interna, amb una presència emergent dels VE

4.4. El cas de la logística i distribució urbana de mercaderies. Implementació i millora amb vehicles elèctrics La distribució urbana de mercaderies s’ha convertit en un dels nínxols privilegiats i més rellevants en la mobilitat a les ciutats. La regulació i el control de la distribució de mercaderies té influència en tot un seguit d’aspectes relacionats amb les grans urbs, com poden ser la planificació urbanística i viària, el consum de mercaderies i el preu final dels productes, o bé una potencialitat important en els impactes ambientals que van associats als sistemes de transport convencionals. Encara que el recorregut d’una mercaderia des del punt de fabricació fins al consumidor final pot ser molt llarg, l’última part (la que correspon al lliurament final dins l’entorn urbà) representa una despesa de temps i costos molt elevats30. La importància en la planificació i la implicació dels agents involucrats (municipalitats, minoristes, comerços mitjans, transportistes, operadors logístics) fan obligada la necessitat d’un protagonisme per part de l’Administració en un sector important i regulat parcialment (regulació dels horaris de distribució, pes màxim autoritzat dels vehicles, zones de descàrrega, etc.). La utilització de noves tecnologies (com els VE) es pot convertir en una eina important per al desenvolupament de nous models i noves opcions. La distribució urbana de mercaderies en el cas de Barcelona, així com en altres ciutats del nostre entorn, de manera simplificada es fonamenta en diversos centres logístics situats al seu entorn (receptors de les mercaderies externes), els quals realitzen una distribució

29 Vegeu ITSUCDAVIS, 2009.

Sumari

30 En determinades ocasions pot arribar al 30 % dels costos totals del transport. Cambra de Comerç de Barcelona. (2008). Microplataformes de distribució urbana. Barcelona, Cambra de Comerç de Barcelona.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Figura 25. Microplataformes de distribució urbana. Font: Cambra de Comerç de Barcelona, 2008.

posterior que pot estructurar-se segons diverses tipologies, com la descàrrega o el repartiment. És en aquesta última fase on el VE presenta un nínxol d’ocupació important, especialment en el tram final de distribució capil·lar, anomenada també “del darrer quilòmetre” (last mile distribution). Per a la distribució urbana de mercaderies, els vehicles elèctrics poden classificar-se en tricicles, motocicles, furgonetes o camions. Les principals limitacions que presenten els vehicles elèctrics són la seva autonomia i la potència, si bé ambdós perden importància en l’àmbit de la distribució urbana, ja que ni les velocitats ni els recorreguts són elevats. Per exemple, a França existeixen empreses logístiques de distribució urbana que efectuen el servei amb tricicles elèctrics (figura 26). A Espanya, el servei de Correus va adquirir el 2008 un conjunt de vehicles elèctrics, adaptats d’una furgoneta convencional, amb una càrrega útil de 460 kg, una velocitat màxima de 57 km/h i una autonomia d’uns 100 km en recorregut urbà (figura 27). A part del baix consum i l’absència de soroll i d’emissions (a la ciutat)31, 32 així com uns costos menors de manteniment, els vehicles elèctrics presenten una imatge corporativa positiva. En l’actualitat ja existeixen una quantitat important de projectes i proves per afavorir la implantació de vehicles elèctrics dins d’entorns urbans. Altres projectes de major abast són els que pretenen millorar la mobilitat,

Figura 26. Tricicle elèctric.

Figura 27. Furgoneta elèctrica Piaggio.

31 A l’hora de comparar les emissions i l’eficiència energètica global dels vehicles amb motor tèrmic i els elèctrics, cal considerar el conjunt de les emissions i tots els rendiments des de la font de matèries primeres (el pou de petroli) fins a les rodes. És el que en anglès s’anomena Well to Wheels Analysis. Sumari

32 Un llistat de diferents solucions de vehicles nets, aplicats en algunes ciutats franceses, es pot veure a Vehicules de livraisons propres // Transport Marchandises en Ville. <www.tmv.transports. equipement.gouv.fr>.

Prospectiva d’evolució del mercat dels vehicles elèctrics

Figura 28. Prova pilot de ruptura de càrrega al districte de Sant Andreu. Ajuntament de Barcelona. Font: AltranDsd, 2007.

racionalitzant la distribució urbana de mercaderies. El vehicle elèctric, en tots els casos, esdevé una eina fonamental per aconseguir aquests objectius de millora en el medi ambient urbà per la seva gairebé nul·la contaminació acústica i atmosfèrica. A més a més, les limitacions inherents que els són pròpies (sobretot la capacitat de càrrega i l’autonomia) perden protagonisme. Prova pilot SAMP (Sant Andreu Micro Plataforma)33

Es tracta d’una prova pilot realitzada a l’àrea comercial del centre del districte de Sant Andreu de Barcelona, duta a terme entre el 13 de març i el 25 de maig del 200734. Es tractava d’un procés de trencament de càrrega amb una microplataforma35 de distribució a la qual arribessin les mercaderies, i des d’aquest punt fer una distribució capil·lar sobre els 17 comerços implicats, 5 empreses de transport i 4 proveïdors directes, amb l’objectiu –entre altres– d’aconseguir una disminució del trànsit de vehicles comercials.

Un dels objectius de la prova era la disminució del trànsit de vehicles comercials mitjançant una plataforma urbana de distribució amb un procés de trencament de càrrega i modificació de la distribució capil·lar. Per als lliuraments finals es van utilitzar tres furgonetes elèctriques (dues Aixam-MEGA i una Bellier), una només per a casos de reforç, i una bicicleta de càrrega per a trameses petites urgents o càrregues reduïdes que no requereixen la utilització d’un vehicle elèctric. Les furgonetes elèctriques van proporcionar una operativa de 15 a 38 m3 diaris, amb una mitjana de 27 m3 diaris. Més enllà de la viabilitat concreta d’aquesta solució (sense tenir darrera unes mesures legislatives i organitzatives que afavorissin la implantació d’una distribució urbana de mercaderies més coherent amb les necessitats de mobilitat a la ciutat) i malgrat tractar-se d’una prova de durada i d’abast molt petit, una de les conclusions més concloents de la prova pilot a Sant

Figura 29. Diversos models de camionetes per a la DUM. 33 Micro-plataformes de distribució urbana. Cambra de Comerç, Indústria i Navegació de Barcelona. Abril de 2008. 34 Dintre de la filosofia del del projecte FIDEUS (sigles en anglès de Lliurament de Mercaderies en els Espais Urbans Europeus) un projecte per integrar solucions innovadores a la distribució urbana de mercaderies, del qual formaven part ciutats com Hannover, o Lió. Aquest projecte planteja aspectes com la prohibició de la circulació pel centre de la ciutat a vehicles que no siguin ecològicament sostenibles, la creació de vies alternatives a l’entorn de les grans àrees urbanes, o la distribució de mercaderies en aquestes zones per mitjà de carretons elèctrics que poden anar tant per la calçada com per la vorera, i que són compatibles amb les àrees de vianants i les zones 30 de trànsit pacificat. <http://ec.europa.eu/research/transport/projects/article_5013_en.html>.

Sumari

35 Un local de 200 m2 situat al centre de la zona i amb una capacitat de volum de mercaderia acumulable d’uns 80 m3.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Figura 30. Nova flota de VE per serveis Municipals de l’Ajuntament de Barcelona.

Andreu va ser la demostració de la viabilitat tècnica dels vehicles elèctrics empleats i la seva adequació a les necessitats per a un servei d’aquestes característiques. Projecte LIVE

El mes de maig de 2009, l’Ajuntament de Barcelona, la Generalitat de Catalunya, les marques fabricants de cotxes amb seu a Barcelona, la universitat, companyies elèctriques, centres tecnològics, associacions d’usuaris, altres institucions i empreses privades de la ciutat van impulsar el projecte LIVE (Logística per a la Implementació de Vehicles Elèctrics) a Barcelona i s’inicià el procés d’adaptació de les infraestructures i la logística de la ciutat als vehicles elèctrics com opció de futur per al sector de l’automòbil, i com a solució òptima per a la mobilitat urbana i els aspectes ambientals. El Pla de Mobilitat Urbana de Barcelona amb l’horitzó de

2018, preveu el vehicle elèctric com un dels protagonistes per aconseguir els seus objectius. Les organitzacions adherides al projecte LIVE36 impulsen i fan aportacions molt variades en funció del seu grau de coneixement i vinculació amb el projecte. Les aportacions van des de proves pilot en barris de la ciutat a l’impuls per a la definició d’un estàndard europeu de punt de recàrrega. Pel que fa al sector de les mercaderies i serveis, el punt més interessant és el compromís per incorporar als serveis municipals i associats, per part de l’ajuntament de Barcelona, una flota de més de 380 VE com efecte aparador, i la instal·lació de 191 nous punts de recàrrega. D’aquesta manera Barcelona queda integrada dintre de les ciutats europees amb vocació d’impuls d’aquestes solucions.

36 Presentació realitzada el 19 de maig de 2009 en el marc del Saló de l’Automòbil de Barcelona. Sumari

5. Demanda energètica i xarxes de distribució davant del desplegament del vehicle elèctric

Un dels aspectes bàsics que s’ha de tenir en compte a l’hora de promoure el vehicle elèctric és quines conseqüències pot tenir per a la demanda d’electricitat, i si la xarxa actual està preparada per suportar un desplegament important del vehicle elèctric. Per tal d’analitzar aquests aspectes, en aquest capítol es presenten en primer lloc les dades bàsiques de la generació d’electricitat a Catalunya, una descripció de la demanda d’energia al sistema elèctric, i posteriorment s’analitzen les possibilitats que incopora el vehicle elèctric en la gestió de la demanda d’electricitat. També s’analitza el potencial de les fonts renovables i la generació distribuïda per al vehicle elèctric.

Figura 31. Evolució de la demanda d’energia elèctrica a Catalunya entre 1990 i 2008. Font: ICAEN i Red Eléctrica de España.

5.1. La generació d’electricitat a Catalunya El consum d’energia elèctrica a Catalunya37 ha mantingut un increment constat des de l’any 1990 fins el 2007, en els quals es passa d’un consum net de 25.561,7 GWh fins els 48.325,4 GWh, el que representa un increment acumulat d’un 89 %. No obstant, agafant la dada dels 47.421 GWh d’energia elèctrica neta acumulada de l’any 2008, es comença a veure una lleugera inflexió que podria ser deguda als efectes de la crisi (figura 31). Els sectors més intensius en consum d’energia elèctrica a Catalunya són la indústria (42 %), els serveis (31 %) i el sector domèstic (22 %). Segons les dades de l’ICAEN per a l’any 2007, el transport només consumia el 2 % del total de la demanda d’electricitat a Catalunya. Pel que fa a les dades de producció d’energia elèctrica i de la potència instal·lada per a les diferents tecnologies de generació, la taula 7 indica la situació a finals del 2007.

Figura 32. Fonts de generació d’energia elèctrica en el període 1990-2007. Font: ICAEN.

Analitzant les dades de la taula 6 veiem que la suma de la generació provinent de les centrals nuclears, cogeneració, hidràulica i cicles combinats aporta el 93 % de l’energia consumida. Considerant només el cicles combinats i la producció nuclear s’obté el 73 % de la generació total (figura 32).

Sumari

37 Les fonts de les dades són el Balanç d’energia elèctrica del període 1990-2007 de l’Institut Català de l’Energia (ICAEN) i el Balanç d’energia elèctrica de l’any 2008 de Red Eléctrica de España (REE).

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Energia GWh

Potència Instal·lada MW

Hores estimades de funcionament anual

Factor d’utilització (percentatge)

Hidràulica

2.957,6

2.088,4

1.416

16,2 %

Centrals tèrmiques de carbó

777,5

160,0

4.859

55,5 %

Centrals tèrmiques de fuel-gas i gasoli

436,2

1.234,1

353

4,0 %

Cicles combinats

11.271,0

2.459,9

4.582

52,3 %

Nuclear

20.870,6

3.146,9

6.632

75,7 %

36.312,8

9.089,1

Incineració de residus (RSU i industrials)

319,8

49,6

6.448

73,6 %

Reducció de residus (purins i EDAR)

907,2

131,7

6.888

78,6 %

Metanització de residus

232,6

52,1

4.464

51,0 %

Cogeneració

5.528,3

975,5

5.667

64,7%

Hidràulica

618,8

272,0

2.275

26,0 %

Eòlica

498,0

342,4

1.454

16,6 %

Biomassa agrària, animal i forestal

0,6

0,5

1.200

13,7 %

Fotovoltaica

29,7

34,4

863

9,9 %

Subtotal

8.135,5

1.853,3

Total

44.447,9

10.947,4

Règim ordinari

Subtotal Règim especial

Taula 6. Balanç d’energia elèctrica a Catalunya l’any 2007. Font: ICAEN.

Com a dades complementàries, la taula 6 presenta el nombre d’hores de funcionament de les centrals de generació. Tant les centrals nuclears com els cicles combinats presenten valors d’energia generada molt elevats, i en conseqüència uns alts factors d’utilització, havent-se convertit en les tecnologies essencials per l’abastiment d’electricitat de Catalunya. A la gràfica del conjunt de fonts de generació de potència instal·lades (figura 33), es pot observar que, en aquest cas, la potència de centrals nuclears i de cicles combinats és del 52 %, havent generat el 73 % de l’energia; l’energia hidràulica, amb el 22 % de potència instal·lada, va generar tan sols un 8 % de l’energia total. Aquesta situació permet entendre la importància, no només dels valors total generats anualment, sinó també del factor d’utilització emprat en la cobertura de la demanda. Aquests valors són provocats per diversos motius de gestió del propi sistema elèctric, del manteniment d’instal·lacions, de situacions climàtiques i de consideracions ambientals. Sumari

Figura 33. Fonts de generació de potència elèctrica instal·lada en el període 1990-2007. Font: ICAEN.

Cal remarcar que a dia d’avui encara gaudim d’una incipient implantació d’energies renovables. A la figura 34 pot observar-se com la tendència més pronunciada ha estat la de construcció de cicles combinats, en detriment d’altres tecnologies. Efectuant una comparació amb l’estat espanyol, s’observa que la cobertura de la demanda d’energia dife-

Demanda energètica i xarxes de distribució davant del desplegament del vehicle elèctric

reix lleugerament entre les fonts renovables i convencionals. De fet, mentre a Catalunya tindríem un mix d’un 11 % de procedència renovable i un 89 % amb recursos convencionals, en el cas de l’estat espanyol seria d’un 21 % i un 79 % respectivament (figura 35). El Pla de l’Energia de Catalunya 2006-1015, revisat el desembre de 2009, preveu un increment significatiu en els propers anys de potència instal·lada d’energies renovables, en especial de l’energia eòlica. La taula 7 presenta el resum de la potència bruta en MW de les diferents tipus de tecnologies, comparant els dos escenaris que s’han previst: • Base: Escenari continuista amb les tecnologies de generació existents l’any 2003. • IER. Intensiu en energies renovables. En aquest escenari es planteja la introducció de les energies renovables de forma progressiva.

Figura 34. Evolució de les fonts de generació en el període 1990-2008. Font: ICAEN i Red Eléctrica de España.

5.2. La demanda d’energia al sistema elèctric

Una anàlisi acurada permet identificar com els punts crítics del sistema corresponen a les hores punta, és a dir, els moments de màxim consum. De manera similar es pot veure el comportament en hores vall, quan els consums són menors. D’aquesta forma es pot determinar la ràtio punta/vall, que defineix l’esforç que ha de fer el sistema elèctric per seguir la demanda. Al país, aquest factor varia entre 1,52 i 1,8, valor que expressa el desequilibri existent entre oferta i demanda.

Figura 35. Comparació percentual del conjunt de fonts d’energia generada el 2008 a Catalunya i a Espanya. Font: Red Eléctrica de España.

Com ja s’ha assenyalat, cal distingir també entre una corba típica d’estiu o una d’hivern. En la mateixa gràfica es comparen les dues corbes, on es pot observar una major demanda durant els mesos d’hivern i la diferent forma dels pics a les dues estacions. Cal recordar que la corba de demanda està normalment referida a la potència en barres de les centrals i per conèixer la capacitat real dels sistema, cal tenir en compte els autoconsums propis. Finalment, tots aquest conceptes ens porten a la demanda real de potència aparent (MVA), és a dir, la potència que ha de ser generada per les centrals generadores. L’anàlisi de la corba de fet és fonamental per entendre la problemàtica que pot suscitar el fet de connectar un nou contingent de càrregues important a certes hores del dia, com les que podria representar una flota important de vehicles elèctrics. És per aquest motius que s’han de tenir presents com a mínim els aspectes següents: 41

Sumari

La hipòtesi d’un escenari energètic català és només una forma de considerar la situació energètica del país, atès que resulta imprescindible estudiar la demanda d’energia elèctrica catalana inserida dins el context espanyol, com a conseqüència del lligam existent en termes de generació, transport i distribució d’energia. De fet, l’existència de dos únics operadors, el de mercat (OMEL) i l’operador del sistema (Red Eléctrica de España) que són els responsables de l’oferta i de la demanda d’energia, tant a nivell econòmic com tècnic, respectivament, ens confronta amb aquella realitat. Així, i des d’aquest punt de vista, cal procedir a analitzar la corba de demanda a nivell d’estat. De manera prou regular, la demanda de potència al sistema està compresa entre 24.000 i 45.000 MW, aproximadament. Aquesta demanda no és constant i varia amb molts factors, però especialment per l’època de l’any, l’hora del dia i les condicions climàtiques, com pot observar-se a la gràfica de la figura 36.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Increment potència bruta 23003-2015 (MW)

Potència bruta (MW) 2003

2007

2015 BASE

2015 IER

BASE

IER

TOTAL

9.879,8 10.947,4

13.562,4

16.559,1

3.682,6

6.679,3

Règim ordinari

8.210,5

9,089,1

10.167,2

1.956,7

2.088,5

2.088,4

-0,1

160,0

0,0

-160,0

Centrals tèrmiques de fuel-gas i gasoil-gas 1.235,9

1.235,9

0,0

-1.235,9

Cicles combinats

1.579,3

2.459,9

4.932,0

3.352,6

Nuclear

3.146,9

0,0

1.669,3

1.858,3

3.395,2

6.381,9

1.725,9

4.722,7

Hidràulica

230,6

272,0

281,2

385,1

50,6

154,5

Incineració de residus (RSU i industrials)

54,4

49,6

83,4

56,6

29,1

2,2

Reducció de residus (purins i EDAR)

115,3

131,7

365,7

153,4

250,4

38,1

Metanització de residus

23,2

52,1

49,6

137,9

26,5

114,7

Biomasa forestal i agrícola

0,5

19,5

50,3

19,0

49,8

1.156,3

975,5

1.256,1

1.405,8

99,8

249,5

Eòlica

86,7

342,4

1.313,2

3.500,4

1.226,4

3.413,6

Fotovoltaica

2,2

34,4

26,4

500,0

24,2

497,8

Solar termoelètrica

0,0

202,5

0,0

202,5

Hidràulica Centrals tèrmiques de carbó

Règim especial

Cogeneració

Taula 7. Estructura de la potència bruta desglossada per tecnologies en els dos escenaris BASE i IER revisats. Font: ICAEN (2009).

els mecanismes tècnics i normatius que tendeixin a evitar la saturació del sistema. En definitiva, tots ells ens condueixen cap els moderns sistemes del que s’anomena gestió de la demanda, si no volem provocar greus problemes al sistema.

45.000 MW

40.000 35.000 30.000

Hivern Estiu

25.000

22:00

20:00

18:00

10:00

14:00

12:00

10:00

08:00

06:00

04:00

02:00

00:00

20.000

Figura 36. Comparació de la corba de demanda de potència elèctrica a l’hivern i a l’estiu a l’Estat espanyol. Font: Red Eléctrica de España.

• L’anàlisi, ja esmentada, de les puntes i les valls. • La capacitat disponible de generació en centrals i de xarxa, especialment en moments crítics. Tots ells comporten que, perquè la demanda d’energia sigui suportable pel sistema, s’hagin de desenvolupar Sumari

Cobertura de la demanda per tipus de tecnologia de generació

Encara que actualment s’estan estudiant les diferents possibilitats d’abastament d’energia d’origen renovable per a la recàrrega dels vehicles elèctrics, és necessari conèixer com se suporta la demanda amb el conjunt de tecnologies de generació actual, com podem observar a la figura 37. Com és perceptible, la major part de la demanda, a dia d’avui, es cobreix mitjançant les centrals de règim ordinari amb recursos fòssils o urani. No obstant, cal destacar la importància creixent que ha aconseguit el regim especial, amb l’eòlica com a principal recurs renovable.

Demanda energètica i xarxes de distribució davant del desplegament del vehicle elèctric

Intercanvis

Hidràulica

Nuclear

Fuel-gas

Carbó

Cicle combinat

Eòlica

Resta

Figura 37. Integració de les fonts de generació en la corba de potència demanada el 2 de juliol de 2009. Font: Red Eléctrica de España.

5.3. Gestió de la demanda al sistema elèctric. Importància de la introducció del vehicle elèctric

conseguir una reducció i aplanament de la corba de càrrega. L’objectiu és fer que la demanda s’adeqüi a les possibilitats del sistema elèctric, tant pel que fa a la generació, com a la distribució i el transport. Bàsicament, existeixen tres tipus d’accions de gestió de la demanda, que es presenten de manera resumida al quadre següent:

La gestió de la demanda consisteix en la realització de determinades accions que permetin la modificació del perfil de demanda de potència amb la intenció de

Disminució del consum d’energia MW

Desplaçament del consum de puntes a valls MW

24 hores

Reducció del consum en hores de punta MW

24 hores

Com es realitza • Eficiència energètica • Conscienciació de la societat vers l’estalvi d’energia

• Mitjançant els comptadors elèctrics amb discriminació horària

• Interrumpibilitat. Desconnexió de grans càrregues en moments de saturació del sistema • Control automàtic de càrregues • Programes de mercat de demanda

Conseqüències • Modulació de la demanda, de manera que s’evita la saturació de potència a les puntes • Les descrites prèviament

• Permet que el sistema pugui garantir la potència a tot els seus usuaris en moments crítics • Les descrites prèviament

Sumari

• Descàrrega de les xarxes de transport i distribució • Reducció de pèrdues de les xarxes. • Millor regulació dels nivells de tensió

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Atès el caràcter no emmagatzemable de l’energia elèctrica, per al correcte funcionament del sistema es necessita mantenir un equilibri continu entre la potència demanada al sistema, la capacitat de generació, i la capacitat màxima de les línies de transport i distribució. Aquesta tasca és força complicada, i adopta les mesures esmentades amb la finalitat d’aconseguir que el sistema mai arribi als seus límits. De fet, dels 3 tipus d’accions, les més aconsellables i mes lògiques es corresponen amb les dues primeres. • Disminuir la demanda de potència i d’energia del sistema. De fet, les actuals polítiques d’eficiència energètica, encara que tenen com a objectiu bàsic la descàrrega de tot el sistema elèctric, són mesures que porten associats altres efectes com la reducció d’un gran nombre de contaminants convencionals, així com de gasos amb efecte d’hivernacle. Aquesta descàrrega afectaria òbviament la capacitat i el nivell de pèrdues de les xarxes. • Desplaçar les càrregues a les hores del dia en què el sistema està menys ocupat. De fet, la implantació generalitzada de la discriminació horària és una mesura indispensable, que assoleix un major potencial a mesura que s’han desenvolupat els comptadors electrònics digitals. Cal desplaçar la demanda, mitjançant la màxima bonificació econòmica que permeti el sistema, cap a les hores vall. • La reducció de consum en puntes cal entendre-la com la mesura límit quan no hi ha cap altra forma de subministrar l’energia demanada. Aquesta és la mesura que fins ara s’ha orientat cap a la desconnexió dels grans centres de consum, amb un contracte específic, que en l’actualitat representen un total de 1.237 MW de potència, però que en el futur haurà de contemplar el sector domèstic. En qualsevol cas, i de forma general, l’aplicació d’aquestes mesures no es fàcil per diferents motius, entre els quals s’hi compten: • La cultura existent d’una xarxa elèctrica com “font d’energia infinita”. • Els hàbits d’utilització dels diferents segments consumidors d’energia. • L’existència d’un preu heretat de l’electricitat procedent de la tarifa regulada, que no representa la realitat del mercat de l’energia. En l’actualitat una bona part de la indústria ja ha assumit una consciència lligada a l’estalvi i l’eficiència energètica, i per tant, ha endegat accions en la línia de gestió de la demanda, mentre que encara queda molt lluny dins del segment d’usuaris domèstics o dels serveis. La raó principal cal trobar-la, no en les motivacions ambientals, sinó en els estalvis dels costos de funcionament. Sumari

D’acord amb les hipòtesis formulades anteriorment i dels escenaris d’implantació dels VE a Catalunya, pot assumir-se que cap el 2015 es pot disposar d’un volum aproximat del 2 % del parc actual com escenari més plausible. Aquest representaria assolir l’any 2015 un volum de 100.000 vehicles elèctrics de totes les franges (utilitaris, motos i furgonetes). Efectuant una estimació per a la franja més alta, i amb un volum de vehicles que representessin un consum d’energia de 30 kWh/dia, el que representa una càrrega del cent per cent dels vehicles de la franja més alta, i amb una suposició de 300 dies hàbils de conducció anual, s’obté una demanda de 900 GWh l’any.

No obstant, aquest primera estimació quantitativa ha de tenir en compte dos punts crítics: • Quina és l’evolució del parc mòbil de VE • Quan es consumirà aquesta energia. Aquests aspectes tenen repercussions sobre • El parc de generació • La xarxa elèctrica de transport • La xarxa de distribució • Les pròpies infraestructures del consumidors.

5.3.1. Repercussions sobre el parc de generació i la xarxa de transport S’ha de partir de la base que el vehicle elèctric és, d’entrada, un nou consum que s’afegeix al ja existent. Malgrat l’obvietat que la implantació serà simultània i que, evidentment, no caldrà subministrar tota la potència de forma immediata, cal plantejar l’escenari en el moment en què la càrrega sigui mes crítica. De forma genèrica, pot afirmar-se que en hores vall el sistema elèctric espanyol està demanant una potència al voltant dels 22.000 MW, mentre que en hora punta s’estan demanant uns 45.000 MW, aproximadament. Per tant, d’acord amb el plantejament de Red Eléctrica de España, existeixen diferents escenaris pel que fa a la xarxa de transport i el parc de generació, si bé en qualsevol dels escenaris sempre cal tenir en compte tres punts importants: • El volum de demanda • Les hores en què es produeix la demanda • La forma de la demanda. Introducció del concepte de gestió.

Demanda energètica i xarxes de distribució davant del desplegament del vehicle elèctric

Escenari 1. Demanda de càrrega a l’hora punta del capvespre

Es evident que cal evitar l’escenari que es presenta en la figura 38, atès que aquest seria el cas del comportament més desfavorable: que els vehicles es connectessin a la xarxa en el moment en què s’acumula el final de jornada, amb el retorn a la llar i les pitjors condicions meteorològiques, aproximadament entre les 18 i les 22 hores. Resulta obvi que el pic que representaria comportaria seriosos problemes de capacitat del sistema que farien força inviable la implantació i popularització del VE. Escenari 2. Demanda de càrrega a les hores vall

L’altre possibilitat seria un desplaçament d’aquesta punta a les hores vall. Ara bé, malgrat que al sistema no li representaria problemes de capacitat, sí que podrien donar-se problemes de gestió i d’integració de les energies renovables (figura 39).

Perfil de demanda amb 2,7 milions de VE el 2014 amb recàrrega de 30 min del 100 % del parc de 19 a 22 h (dia d’hivern)

Perfil mitjà laborable H2014 Vehicles elèctrics

Figura 38. Hipòtesis de perfil de demanda amb la introducció del VE en hores nocturnes. Font: Adaptat de Soto, F. et al., 2009. Perfil de demanda amb 1 milió de VE el 2014, amb recàrrega simultània de 4 hores (dia d’hivern) Perfil mitjà dies feiners Vehicles elèctrics Perfil mitjà laborable H2014

Vehicles elèctrics

Escenari 3. Demanda de càrrega en les hores vall amb gestió de càrregues.

En aquest darrer cas, s’efectuaria la càrrega dels vehicles a les hores vall, però amb una gestió intel·ligent dels elements de càrrega, de manera que s’evitessin les puntes de demanda (figura 40). Resumint, i seguint l’opinió de l’operador del sistema elèctric espanyol, respecte la generació i el transport (xarxes de 400 i 220 KV) no ha de constituir cap problema la implantació inicial d’una important flota de VE, sempre que es gestioni de manera que s’evitin les zones horàries crítiques i la creació de nous pics de demanda.

Figura 39. Hipòtesi de perfil de demanda amb la introducció del VE en hores vall sense gestió. Font: Adaptat de Soto, F. et al., 2009.

5.3.2. Repercussions sobre la distribució d’energia elèctrica La implantació massiva de vehicles elèctrics en el punt que podria resultar més problemàtica seria en una po-

Perfil de demanda amb 1 milió de VE el 2014, amb recàrrega simultània de 8 hores (dia d’hivern)

Escenaris amb gestió de càrregues Perfil mitjà laborable H2014

Possibilitat d’omplir les valls

Vehicles elèctrics Perfil mitjà laborable H2014 Vehicles elèctrics

Figura 40. Hipòtesis de perfil de demanda amb la introducció del VE en hores vall amb gestió

Sumari

Font: Adaptat de Soto, F. et al., 2009.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

tencial afectació local i/o regional sobre les xarxes de distribució. Atès que el nombre de possibles usuaris i subministraments és força elevat i divers, caldria fer un revisió prèvia de les diferents tipologies, a fi de situar acuradament els problemes.

anys hauria de fer canviar aquella tendència. Cal recordar que, d’acord amb el pla, encara queda un bon marge de compliment pel que fa a l’energia eòlica, i si bé aquesta tecnologia encara gaudeix d’un elevat potencial, també presenta algunes particularitats que s’han de considerar.

5.4. Potencial de les fonts renovables i de la generació distribuïda per als vehicles elèctrics

5.4.1. Energia eòlica

Fins el moment actual, el combinació de fonts de generació d’energia a Catalunya presenta un fort contingut convencional. Una comparació amb les previsions del Pla d’energia de Catalunya indica que s’està més en línia amb l’escenari base que amb l’escenari intensiu en renovables IER. Per tant, de seguir amb la tendència actual, pot afirmar-se que l’energia serà de tipus convencional. Això no obstant, cal dir que, d’acord amb la voluntat de compliment de l’escenari IER del pla d’energia, l’esforç que cal fer en aquest

Darrerament s’ha argumentat a bastament sobre la possibilitat que els processos de càrrega dels vehicles elèctrics fossin procedents del potencial eòlic ja existent o del nou pendent d’instal·lar. Aquesta tendència es pot explicar per tres fets importants que es fan patents a la figura 41: • L’augment important d’energia eòlica produïda a l’Estat espanyol el 2008. • El volum de generació important en hores nocturnes que podria resultar ociós: són hores vall de baix consum en relació amb el dia. • El fet de disposar d’una massa crítica, arreu de l’Estat espanyol, que permeti l’obtenció d’uns nivells significatius d’energia. No obstant, l’energia eòlica presenta una sèrie de problemes que no es poden obviar: • Una producció molt variable d’energia, és a dir, no presenta una generació tan constant i previsible com la tèrmica o la nuclear. Aquest fet implica que no és fàcil garantir uns mínims d’energia en el moment que calgui consumir-la. • Manca de capacitat d’emmagatzematge. • Una predicció meteorològica del potencial més difícil. • Dispersió geogràfica important dels parcs de generació. • Necessitat de creació de xarxa d’alta tensió per evacuar l’energia generada. • Problemes de gestió tècnica dels parcs. Comportament en front de les pertorbacions de tensió de la xarxa Com exemple il·lustratiu s’adjunten les figures 42 i 43, que corresponen als dies 21 de gener i 15 d’agost del 2009 on es pot veure la corba de producció d’energia eòlica, conjuntament amb els percentatges de cobertura de demanda sobre el global del sistema i de potència eòlica generada sobre el total de potència instal·lada. De les gràfiques pot deduir-se:

Figura 41. Evolució de la potència instal·lada i l’energia produïda pels parcs eòlics a Espanya. Font: Associació Empresarial Eòlica (AEE). Sumari

• La variabilitat de la generació elèctrica esmentada. • El 21 de gener del 2009, la cobertura de la demanda va ser, de mitjana, del 32 %, i la de potència generada sobre la instal·lada, d’ un 52 %.

Demanda energètica i xarxes de distribució davant del desplegament del vehicle elèctric

Figura 42. Gràfics de la potència eòlica generada a Espanya el 21/01/2009.

Figura 43. Gràfics de la potència eòlica generada a Espanya el 15/08/2009.

Font: Red Eléctrica de España.

• El 15 d’agost de 2009, la cobertura de demanda va ser, de mitjana, del 7 %, i la de potència generada sobre la instal·lada, d’ un 9 %.

s’observa que el valor màxim raneja les 2.500 hores de les 8.760 de l’any. L’any 2008 va ser aproximadament de 2.100 hores, el que representa una utilització del 24 % del temps.

Com a dada final, es mostren les hores de funcionament anual dels parcs eòlics. Així, a la figura 44

Per tant, i com a resum, si bé pot afirmar-se que l’aportació d’energia eòlica cada vegada serà més important, encara és difícil garantir que serà sobre ella que recauran els processos de càrrega.

Sumari

Cal afegir, no obstant, que l’augment de potència eòlica instal·lada i les seves previsions d’augment, fan que aquesta massa crítica esmorteeixi els problemes.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Figura 44. Evolució de les hores de funcionament anual dels parcs eòlics espanyols. Font: AEE.

Al mateix temps, però, com a problemes presenta la gestió i la regulació dels nivells de tensió.

5.4.2. Generació distribuïda

Tecnologies

Com és prou conegut, la generació distribuïda consisteix en descentralitzar els punts de generació d’energia elèctrica. L’actual estructura de generació espanyola ha tendit a concentrar en certes zones el gruix de grans centrals de generació d’energia. Aquest fet té unes implicacions molt clares: • Necessitat de xarxes d’alta tensió des dels punts productors al consumidors. Aquest aspecte s’ha convertit en crític a mesura que s’ha donat una major oposició social a la construcció de noves línies de transport. • Un nivell de pèrdues significatiu. Aquest és inferior al 10% en hores planes i valls, però pot situar-se entre un 15 i un 20 % en moments de punta. • Un desequilibri del binomi generació–consum en gran part de l’estat. Per contra, cal dir que un nivell centralitzat de gestió presenta una important simplificació que facilita un correcte funcionament del sistema. Els ordres de magnitud que defineixen els diferents nivells de generació, pel que fa al seu volum s’estructuren en: • Microgeneració: potències inferiors a 5 kW • Minigeneració: potències compreses entre 5 kW i 5 MW • Generació a escala mitjana: entre 5 MW i 50 MW • Generació a gran escala: superior als 50 MW. D’una manera general, utilitzarem el concepte generació distribuïda fins a una potència de 10 MW. Així, per la seva banda, la generació distribuïda presenta els avantatges següents: • Situació dels punts de generació més a la vora del consumidor i, per tant amb una aproximació zonal important. Sumari

• Una reducció important del nivell de pèrdues en eliminar transport i part de la distribució. • Ajuda a seguir la gestió de la demanada del sistema. Especialment a les hores punta, on pot descarregar les centrals convencionals fent de suport important. Cal dir, però, que exigeix una estructura de gestió més important per coordinar el sistema, com per exemple els centres de control, que ja funcionen amb els equips de cogeneració. • Permet la introducció d’energies renovables. • Ajuda, consegüentment a reduir les emissions contaminats i les d’efecte d’hivernacle.

Com a generació distribuïda, es poden incloure diferents tecnologies. En la figura 45 apareixen les que actualment presenten un major desenvolupament.

Generació distribuïda

Convencional

Cogeneració

Microturbines

Motor tèrmic RSU/RSI

Renovable

Fotovoltaica

Solar tèrmica

Mini i micro eòlica Biomassa Mini i micro hidràulica

Figura 45. Tecnologies per a la generació distribuïda.

Microxarxes

El concepte de microxarxa està a dia d’avui en fase d’estudi i desenvolupament, si bé cal dir que representa una tendència clara de futur que encara va més enllà del concepte de generació distribuïda. S’entén com a microxarxa un sistema energètic capaç de produir energia tèrmica i elèctrica, format d’una banda pels consumidors d’aquesta energia generada, i de l’altra per microcentrals de generació. És obvi que les principals fonts de generació serien de procedència renovable, a banda de petites cogeneracions (cogeneració i trigeneració), dotades de sistemes d’emmagatzematge d’energia que han de possibilitar una adequació de les energies renovables a la gestió de la demanda dels consumidors. En un principi, aquests sistemes podrien treballar de forma aïllada o connectats a la xarxa de les companyies distribuïdores, si bé, a dia d’avui, aquesta opció encara no és possible.

Demanda energètica i xarxes de distribució davant del desplegament del vehicle elèctric

Eòlica

Fotovoltaica

Cogeneració

Minihidràulica Solar tèrmica Geotèrmica

Figura 46. Simulació d’una microxarxa d’energia.

Els avantatges de les microxarxes són els següents: • Reducció de pèrdues en el sistema elèctric, pel fet d’apropar la generació als punts de consum. • Una millora de l’eficiència energètica dels sistema al fer un bon aprofitament de l’energia tèrmica. • La diferencia més important és la capacitat d’emmagatzematge, la qual cosa permet una perfecta integració de les energies renovables i un aprofitant màxim de l’energia neta. No obstant, existeixen una sèrie de barreres que no permeten que les microxarxes, a dia d’avui, siguin encara una opció viable. Aquests obstacles són de menes diverses: •T ècnics. Criteris i procediments de gestió d’operació de les xarxes, desenvolupament de tota la tecnologia necessària per al correcte funcionament, etc. •L egals. No existeix una legislació específica, per la qual cosa cal tenir present la de règim especial, que no permet l’aplicació de diferents tecnologies de generació connectades conjuntament.

•O peratius. Com s’integra el sobrant d’energia al sistema, qui ho gestiona, etc. Cal dir que s’està treballant en diferents projectes pilots per desenvolupar aquests punts.

5.4.3. Aplicació a la càrrega del vehicle elèctric Energies convencionals, més eòlica

Aprofitar l’energia en hores vall que el sistema centralitzat pot subministrar. En aquest cas, és evident que l’energia aportada per les centrals convencionals més l’aportament de l’eòlica poden cobrir la demanda del cotxe elèctric dins l’estadi inicial. Tot i que l’energia nuclear, al funcionar en règim de base, pot proporcionar la cobertura en hores vall, cal aprofitar les centrals de cogeneració existents a Catalunya. Pot recordar-se que l’any 2007 hi havia 985 MW instal·lats amb una generació de 5.283 MWh. Utilització de tecnologies de generació distribuïda convencionals i renovables

Dintre d’aquestes les que tindrien mes possibilitats serien:

Sumari

En definitiva, s’amplia el concepte de generació distribuïda pel fet que entren altres elements com ara el binomi productor-consumidor i l’autogestió del sistema.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

•S olar fotovoltaica. Tot i ser la més desenvolupada, s’ha de tenir en compte que l’estat actual de la tecnologia representa ocupar una superfície aproximada de 4 places de aparcament per alimentar la càrrega d’un vehicle amb una bateria de 20 kWh. Per tant, és difícilment justificable a nivell de costos i superfície. Per una altra banda cal un element intermedi d’acumulació. •M icroeòlica. És una bona tecnologia, però encara es troba en desenvolupament. Es comencen a veure equips de 2 a 5 kW de potència, que amb una ràtio de 2.500 hores/any podrien generar entre 5.000 i 12.500 kWh anuals. •M icroturbines. No seria el cas, car la part més important de la turbina és justament l’aprofitament dels gasos d’escapament, cosa que no seria factible en el procés de càrrega de vehicles. •M otors tèrmics. Seria la forma de tenir una generació constant de suport que proporcionés una autonomia en moments puntuals, tot i no ser renovable.

Sumari

Per tant, les solucions més adequades serien: • Fer instal·lacions mixtes que permetin, en un moment determinat, commutar de la xarxa elèctrica a les bateries d’emmagatzematge l’energia renovable produïda, o bé, a l’inrevés. • Fer instal·lacions amb generació distribuïda que puguin treballar de forma autònoma, és a dir, microxarxes de càrrega de vehicles elèctrics. • Instal·lacions aïllades en aquells llocs on no arribin les xarxes de distribució. No obstant, cal dir que s’espera un important desenvolupament tecnològic dels generadors i molt especialment dels sistemes d’emmagatzematge. És aquest el punt crític per fer un ús de les fonts renovables, si bé s’ha d’aconseguir una relació prestació/costos que ho faci viable.

6. La recàrrega dels vehicles elèctrics 6.1. Modalitats de càrrega dels vehicles elèctrics Per a la recàrrega de VE existeixen diferents modalitats, algunes de les quals es troben resumides seguidament i que podem visualitzar a la figura 47. Via pública

Per recàrrega a la via pública poden entendre’s aquelles zones o àrees d’aparcament preparades amb “sistemes de proveïment elèctric” preparades perquè els vehicles puguin efectuar-hi el que s’anomena una “recàrrega de complement”. En aquestes, possiblement amb un criteri similar a les zones verdes o blaves, el VE estarà el tems necessari per fer gestions o compres, sense necessitat d’efectuar-hi una recàrrega completa. És a dir, es tracta d’estacionaments de curta durada. Locals de pública concurrència

Dins aquest segment hi ha incloses totes aquelles àrees d’aparcament que disposen d’un volum elevat de vehicles, i per tant, a mesura que els VE vagin implantant-se,

caldrà disposar-hi una contractació de potència elèctrica important. Cal dir que s’hi afegeix el concepte de “gran rotació”, on el temps de càrrega serà variable i per aquest motiu els sistemes de recàrrega hauran de disposar de nivells d’intel·ligència que permetin optimitzar el sistema de subministrament. Domèstic/privat

Fa referència als aparcaments dels habitatges particulars. Aquest és l’indret on el vehicle estarà més hores aparcat i, per tant, amb un temps llarg de càrrega. En aquest cas hi trobem dues possibilitat, la d’habitatges unifamiliars, de solució simple i senzilla, i les comunitats de veïns amb un nombre més elevat de vehicles, on caldran una certa complexitat i estudis particularitzats. Flotes d’empreses

Són les flotes de vehicles de prestacions de serveis. S’entén tant de serveis públics com del sector de petita mercaderia a ciutats, fins a qualsevol tipus d’empresa que tingui necessitat d’un gran volum de desplaçaments a distàncies moderades.

Segmentació i necessitats de càrrega de VE

Estacionaments via pública

Locals de pública concurrència

Domèstic

Superfícies Comercial

Centres temàtics

Comunitats de veïns

Estacions de tren

Pàrkings

Unifamiliars

Empreses de lloguer de vehicles

Flotes de vehicles d’empreses

Estacions de servei

Carsharing

Serveis tècnics

Xarxa actual de benzineres

Vehicles convencionals

Serveis logístics

Comercials Aeroports

Serveis públics

Sumari

Figura 47. Segmentació de necessitats de càrrega del vehicle elèctric.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Estacions de servei

El sistema de recàrrega dels VE actual no permet pensar en una utilització similar a l’actual, si bé està en fase d’I+D el que hom anomena, de moment, “electrolineres” amb un alt nivell d’exigències i requisits per poder efectuar la recàrrega de VE en temps molt breus, similars als dels carburants.

6.1.1. Necessitats temporals de càrrega D’una altra banda, i de cara a esbrinar la problemàtica a les xarxes de distribució, cal considerar tant el tipus de càrrega com el temps de durada i procés. • Nivell 1. Càrrega lenta estàndard, que si bé té una durada que pot variar en funció del tipus de vehicle i profunditat de la descàrrega, per a vehicles utilitaris se situa a l’entorn de 6-8 hores. • Nivell 2. Càrrega ràpida, que tindria una durada de 30 minuts. • Nivell 3. Càrrega ultraràpida, en fase de desenvolupament i que tindria una durada de 10 minuts. A dia d’avui, la proposta més raonable és la dels sistemes de càrrega lenta, que és la que permet ser més ben assumida pel sistema elèctric.

6.1.2. El subministrament d’energia a la via pública Si bé en l’actualitat ja existeixen forces instal·lacions que requereixen energia elèctrica a la via pública, com ara l’enllumenat públic, la xarxa de semàfors o les màquines de pagament de les zones d’aparcament, la introducció d’un nou tipus de càrrega de consum podria no ser banal. Si bé d’entrada, i considerant la moderada presència de VE, no representa un problema significatiu, segurament moltes xarxes no estan preparades per suportar l’augment de potència que significa el vehicle elèctric, o fins i tot no constitueix una bona opció barrejar tipologies de consum pel simple fet de gestió dels diferents sistemes. És versemblant que en el futur s’haurà de preveure l’existència de línies elèctriques i subministrament específiques per als VE. D’una altra banda, està clar que la càrrega exterior del vehicle significa tenir un punt de tensió accessible a la via pública, el qual s’ha de dotar de les proteccions i mesures adients. Per tant, i des del punt de vista dels nous subministraments, caldrà tenir en compte: Sumari

• El fet que representa un nou subministrament de “mobiliari urbà” de la via pública que s’ha d’afegir al ja existent, com ara els quadres de semàfors, d’enllumenat, de comunicacions, etc, que ha de comptar amb el seu equip de mesura, proteccions elèctriques generals, línies elèctriques... • Els equips de càrrega han d’estar ben protegits pel que fa a riscos de tipus elèctric, mecànic i ambiental. • Evitar les possibles accions vandàliques, així com utilitzacions inadequades de l’energia. • Integrar els equips de càrrega en les normatives d’equips instal·lats a la via pública. • S’ha de procedir al marcat i senyalització de les zones de càrrega elèctrica.

6.1.3. El subministrament d’energia als aparcaments Al referir-se als aparcaments pot entendre’s tant els privats com els públics. Aquest fet, d’entrada comporta un augment de potència contractada als diferents tipus d’aparcaments. A dia d’avui, un aparcament ja disposa de serveis elèctrics d’enllumenat, d’equips de ventilació i de sistemes d’obertura i tancament de portes/barreres. Per tant, caldrà estudiar: • El potencial de vehicles elèctrics que pot alimentar la connexió i condicions actuals. • La necessitat de modificar o de duplicar les connexions elèctriques de servei, entenent aquesta com el fet de mantenir la connexió existent i posar-ne una de nova per als VE. • En el cas d’aparcaments de nova construcció, ja es poden avaluar les noves necessitats i dissenyar les connexions necessàries per poder oferir el subministrament per als serveis habituals més els dels cotxes elèctrics. S’ha parlat de forma general de tots els casos possibles, perquè en el fons el problema pel que fa a la xarxa és el mateix encara que les problemàtiques de gestió són totalment diferents. Així doncs, a excepció dels habitatges unifamiliars, caldrà avaluar la importància del subministrament actual i del que es podria necessitar en un futur. Aquest plantejament evidencia la necessitat d’una gestió intel·ligent, a banda de la indispensable discriminació horària de les càrregues de vehicles.

6.1.4. La contractació d’energia per a la càrrega del vehicle elèctric Atès el desenvolupament actual dels VE encara hi ha diversos temes pendents sobre els quals planegen moltes incerteses:

La recàrrega dels vehicles elèctrics

Òbviament moltes qüestions seran resoltes a mesura que es vagi desenvolupant la normativa específica, mentre que una altra part de les respostes vindrà d’altres normatives relacionades, com per exemple de la implantació del pla de comptadors d’energia. La imprescindible popularització de sistemes amb discriminació horària a les llars, ha de conduir a l’aplanament de la corba de càrrega, aconseguint que les hores nocturnes (vall) no representin un període elèctricament tan descarregat com fins ara. Per sobre de tot aquest ampli ventall de qüestions plantejades, sempre hi ha latent el concepte de gestió de la demanda com a veritable assignatura pendent, al sector domèstic, dins les llars, els aparcaments i les finques.

6.1.5. La capacitat dels centres de transformació i de les xarxes de distribució En la situació actual i durant els períodes nocturns, els nivells de càrrega dels centres de transformació disposen d’excedents de potència que fan factible pensar en una capacitat disponible important. Ara bé, a mitjà termini podria donar-se que la potència nocturna a subministrar per als vehicles elèctrics fos fins i tot superior a la demanada per al consum de les pròpies vivendes, o com ja s’ha vist, que basculin càrregues a hores vall per la implantació de comptadors electrònics amb discriminació horària. La progressiva implantació dels VE que no vagi acompanyada de fortes

mesures d’optimització i gestió de les càrregues (ús horari i potència demanada), podria provocar problemes de capacitat, tant als centres de transformació com a les línies de distribució. No hi ha dubte, que a mesura que augmenti la difusió dels VE, caldrà desenvolupar estudis locals i de detall tant de l’estat de la xarxa, com dels transformadors pel que fa a les capacitats disponibles. A mesura que el pla de comptadors es desenvolupi i pel fet de que l’ICP electrònic és regulable a distància via PLC (senyals portadores per la pròpia línia), ha de permetre que les companyies distribuïdores ajustin la potència en funció de la necessitat de la finca. D’aquesta forma, es possibilitaria un aprofitament òptim de la capacitat sobrant a les nits, si bé s’obliga a realitzar un tractament individual de les finques. No s’ha d’oblidar l’existència de zones amb major criticitat, les quals precisaran estudis detallats d’impacte sobre la xarxa de distribució.

6.1.6. Aspectes singulars del procés de càrrega del vehicle. Comportament elèctric del vehicle Un tema que pot assolir una certa importància és el relatiu al comportament elèctric que tindrà el procés de càrrega de vehicles. En l’actualitat, la incorporació d’elements de control electrònic en els carregadors comporta l’aparició de pertorbacions elèctriques de diferents tipus. Les més importants són dues: els corrents harmònics i els corrents d’alta freqüència. En qualsevol xarxa elèctrica trobem dos tipus de potència i energia, l‘activa (P1) i la reactiva (Q1). L’activa és la fracció que es converteix en treball o en calor, mentre que la reactiva tan sols té la missió d’aconseguir que els equips funcionin. No obstant, aquella energia ha de ser generada i transportada. La suma vectorial d’aquestes dues potències ens dona la potència real total i la potència aparent (S2); el desfasament existent entre activa i reactiva es diu cosinus (figura 48).

Figura 48. Diagrama de potències elèctriques.

Sumari

• Caldrà fer un nou contracte amb l’empresa comercialitzadora? • Com s’haurà de contractar la potència? Podrà consistir en una ampliació contractual, o bé s’haurà arbitrat la possibilitat de contractar-la segons el període d’us, de manera variable? • En el cas de precisar un augment total de la potència de l’aparcament, o de la finca, i en funció de les noves necessitats, hi ha el risc d’exigir un espai per a un centre de transformació, i en determinats casos això no seria factible. • Caldrà esbrinar diversos aspectes quotidians de gestió com per exemple, les responsabilitats de l’empresa comercialitzadora, saber com s’imputaran els costos de les noves connexions de servei del aparcaments, qui en serà el responsable, el paper de l’administrador de la finca, la forma com es realitzarà el pagament de l’energia... • Per últim, resta el dubte sobre l’aparició d’una tarifa específica de mobilitat elèctrica. Davant de la necessitat de noves infraestructures i de la previsible reducció d’impostos procedents dels carburants, tot fa pensar que aquesta tarifa podria ser una realitat a mitjà termini.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

En el cas de l’aparició de corrents harmònics, cal afegir un altre component més, com la potència de distorsió (D), amb la qual cosa el nivell de potència aparent és S1, i té el mateix valor de potència activa. El desfasament, mesurat pel cosinus de l’angle γ, s’anomena factor de potència. Arrel de les mesures realitzades en un vehicle trifàsic (figura 49) veiem que la forma de l’ona apareix molt distorsionada i que això implica unes taxes de distorsió en corrent alts, amb els consegüents efectes adversos. Concretament, i agafant aquest cas com a exemple, pot esdevenir que es tingui un valor de corrent fonamental de 9,81A, mentre que el valor RMS, amb tots els components harmònics sigui de 14,53A. És a dir, aquest darrer valor dobla el valor demanat en condicions òptimes de funcionament sense pertorbacions. En el cas dels vehicles monofàsics, també s’ha observat la clàssica i perniciosa sobrecàrrega del conductor neutre. Per tant, si aquest cas s’extrapola a un nombre considerable de vehicles elèctrics, podríem arribar a provocar sobrecàrregues importants, tant a la xarxa elèctrica com al transformador del centre.

Adequació del nivell de pertorbacions: A més a més, no es pot obviar el comportament elèctric del sistema. És a dir, els vehicles i carregadors han de complir les normes vigents sobre el nivell de contingut de corrents harmònics, i concretament les normes següents:

Gestió intel·ligent del sistema:

• UNE - EN 61000-3-2, “Compatibilitat electromagnètica. Part 3-2. Límits per a les emissions de corrents harmònics. Equips amb corrents inferiors als 16 A per fase”. • UNE - EN 61000-3-12, “Compatibilitat electromagnètica. Part 3-12. Límits per a les emissions de corrents harmònics. Equips amb corrents superiors als 16 A i inferiors als 75 A per fase”. • UNE - EN 61000-3-4, “Compatibilitat electromagnètica. Part 3-4. Límits per a les emissions de corrents harmònics. Equips amb corrents superiors als 16 A per fase”.

• Una comunitat de veïns amb 50 vehicles elèctrics a l’aparcament, amb una potència necessària situada a l’entorn dels 3 kW per vehicle, hauria de

En cas de no fer-se d’aquesta manera, i per tenir la xarxa en condicions optimes, caldrà fer ús de filtres d’harmònics a les instal·lacions.

6.1.7. Gestió tècnica del sistema de càrrega de vehicles Dels desenvolupament anteriors es pot deduir que, de cara a facilitar que el sistema elèctric pugui assumir els nous vehicles com a càrregues elèctriques, cal almenys tenir en compte dues consideracions:

Figura 49. Forma d’ona d’un vehicle amb presa de corrent trifàsica. Sumari

tenir una potència instal·lada de 150 kW. Aquestes xifres, extrapolades a un veïnat o ciutat, representen uns valors en potència importants. Per tant, s’ha de veure de quina forma es realitza la càrrega dels vehicles tenint en compte dos punts com són la potència màxima contractada i, evidentment, la potència màxima suportada per la connexió de servei. • A més, cal discriminar les hores possibles de càrrega, o el que és el mateix, evitar les puntes del sistema elèctric. Tenint en compte la futura implantació de comptadors electrònics, aquest aspecte podria ser fàcil de solucionar, ateses les sortides de polsos que tenen i que poden acceptar els canvis de discriminació horària. Aquest és un sistema que la indústria ha utilitzat des de fa anys.

La recàrrega dels vehicles elèctrics

6.2. Característiques de la recàrrega Les característiques per a la recàrrega d’energia dels vehicles elèctrics són molt diferents respecte els vehicles de combustió interna als quals està habituada la societat actual. La introducció de vehicles elèctrics implicarà un important canvi no tan sols de tipus tecnològic, sinó també en els hàbits d’ús. De ben segur en els propers anys, i amb l’evolució tecnològica de les bateries, podrem veure augmentades tant la capacitat com la velocitat de càrrega, però tot i així, el canvi d’hàbits per part dels usuaris dels vehicles s’haurà de produir en paral·lel perquè la recàrrega dels VE representa una evolució cap a un sistema força diferent, que presenta avantatges i inconvenients respecte l’actual sistema. En una primera fase d’implantació caldrà determinar on, quan i com s’haurà d’efectuar la recàrrega. El vehicle purament elèctric, en els seus primers estadis de desenvolupament, està més preparat per a trajectes de curt recorregut que no pas per a grans distàncies38. Així, doncs, es preveu que el seu ús sigui majoritàriament per fer recorreguts de curta distància dins d’una mateixa ciutat, o entre ciutats veïnes amb distàncies de l’ordre dels 100 km. Tot i que aquest darrer aspecte podria semblar una limitació, cal saber que actualment més del 80 % dels recorreguts diaris són inferiors a aquella xifra. Tanmateix, cal contemplar la possibilitat que durant aquests primers anys, i dins d’un escenari de transició cap els vehicles elèctrics purs, durant les primeres fases d’introducció a la societat poden tenir un paper molt important els vehicles híbrids endollables (PHVE), atès que aquest tipus de vehicles permetran una utilització regular de l’equipament elèctric recarregant en

Figura 50. Infraestructures i sistema per a la recàrrega de vehicles elèctrics.

els punts per a vehicles elèctrics, però que en situacions puntuals que requereixin efectuar llargs desplaçaments podran fer ús del motor de combustió. Els vehicles elèctrics en el seu estadi actual necessiten un temps de recàrrega superior al que representa emplenar el dipòsit del vehicle de combustió, si bé a despit de les aparences poden fer ús d’un sistema de distribució d’energia molt més estés que el de la xarxa de benzineres que precisen els vehicles de combustió. Efectivament, el fet que els VE puguin emprar la xarxa elèctrica existent per efectuar la recàrrega, fa que resulti ràpida i senzilla l’adaptació de les infraestructures per als nous VE, de manera que es pot desenvolupar de manera esglaonada, i així les infraestructures existents poden servir fins que el parc mòbil no superi un determinat llindar en el nombre de vehicles (p.e. un 5 % del parc actual). Per aquest motiu es disposa d’un període de temps per poder adaptar les infraestructures de recàrrega que poden anar millorant a mesura

Figura 51. Pictogrames per senyalitzar punts de recàrrega de vehicles elèctrics.

Sumari

38 En el cas que el nou vehicle elèctric sigui necessari per a tot tipus de trajectes, tant per a curts recorreguts com per a llargs trajectes, caldrà acudir a vehicles híbrids endollables (PHVE) amb capacitat fins i tot superior als actuals vehicles.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

on els VE passen més temps aparcats (pàrquings públics, aparcaments privats i via pública), evitant caure en l’error d’implantar la recàrrega només en alguna d’aquestes localitzacions, ja que la majoria de vehicles fa un ús més o menys habitual dels tres tipus d’aparcament i qualsevol limitació a l’usuari en aquest sentit podria representar un fre important per a la implantació dels vehicles elèctrics.

Figura 52. Connector per a recàrrega d’un vehicle elèctric situat en un lateral.

que el sector avanci, és a dir, es pot efectuar una inversió en diverses etapes. Tenint en compte les característiques inherents als VE com són el seu temps de càrrega i el sistema de distribució emprat, un dels canvis d’hàbits més importants que comportarà l’ús dels vehicles elèctrics cara als futurs usuaris radicarà en què el procés de recàrrega deixarà de ser centralitzat en certs punts com són ara les gasolineres, a les quals l’usuari es dirigeix abans d’esgotar el combustible, passant a ser un procés de recàrrega molt distribuït on l’usuari aprofitarà el cicle diari d’utilització del vehicle i les estones que el vehicle està estacionat per procedir a l’operació de recàrrega. Atès que els nous VE resulten especialment adequats per a la mobilitat dins les ciutats, correspondrà identificar les diferents zones, en funció de la densitat de vehicles, a fi de detectar cadascun dels punts principals d’estacionament dels vehicles. Aquests punts seran els que hauran de dotar-se de les primeres infraestructures de recàrrega per als VE per realitzar un desplegament adequat i perquè els diversos VE puguin augmentar el seu radi d’acció. Les àrees privilegiades d’estacionament per als vehicles dins una ciutat son els pàrquings públics, el aparcaments privats i determinats estacionaments a la via pública. Així doncs, aquestes són les zones més propícies per a la recàrrega dels vehicles elèctrics dins de les ciutats, el que fa necessari disposar de les infraestructures adequades amb les tipologies adaptades per a cadascun d’aquests tres tipus de localitzacions, considerant que cadascuna presenta unes necessitats i requeriments diferents. D’aquesta manera, per a una correcta implantació d’infraestructures dins les ciutats és imprescindible impulsar i promoure una distribució d’equipaments per a la recàrrega dels VE a les tres principals zones Sumari

Quant a la densitat de punts de recàrrega dins d’una ciutat, sens dubte els aparcaments, ja siguin públics o privats, han de ser els punts privilegiats on es faci majoritàriament la recàrrega dels vehicles elèctrics. Així doncs, els aparcaments són els indrets on es requerirà instal·lar un major nombre d’equipaments. Cal destacar que exceptuant casos especials, la inversió serà més reduïda que la necessària per als equipaments a la via pública. Els pàrquings públics habitualment s’han construït en les zones més estratègiques de les ciutats, on generalment hi havia una afluència de vehicles important a fi d’aconseguir una viabilitat econòmica. Així doncs, una de les primeres accions que es poden realitzar per a la implantació d’infraestructures per a vehicles elèctrics seria dotar de punts de recàrrega tots els pàrquings públics de les ciutats. Entre els principals avantatges dels pàrquings hi destaca el fet que estan dissenyats per donar cabuda a un gran nombre de vehicles en un espai reduït. Això fa que en una primera fase es puguin instal·lar de forma senzilla amb una inversió reduïda una quantitat discreta de punts de recàrrega en cada aparcament, de manera que pugui anar creixent a mesura que n’augmenti la necessitat. Tanmateix, els pàrquings públics disposen de molts sistemes que poden afavorir la implantació d’aquest tipus de solucions, com per exemple els sistemes de guiatge i ocupació de places d’aparcament, que fàcilment poden ser adaptats per mostrar en panells informatius a l’exterior del pàrquing les places lliures destinades a VE. A la vegada, disposen de sistemes de vigilància per evitar actes vandàlics o per resoldre qualsevol incidència. Com a element interessant a destacar, hi ha el fet que pot representar una nova oportunitat de negoci per a les empreses operadores de pàrquings públics. Actualment a l’Estat espanyol existeixen aproximadament 1,2 milions de places d’aparcament en pàrquings públics de pagament. A part d’aquestes també hi ha un gran nombre de places d’aparcament en pàrquings públics gratuïts, com per exemple els de les grans superfícies, entre d’altres. Si a l’Estat espanyol hi ha aproximadament 22 milions de turismes i 1,2 milions de places d’aparcament, és senzill fer una primera aproximació del nombre de places d’aparcament que haurien d’estar adaptades per a vehicles elèctrics

La recàrrega dels vehicles elèctrics

tenint en compte el nombre de vehicles elèctrics que es preveuen. En un escenari d’un milió de cotxes elèctrics, aproximadament una de cada 20 places de pàrquing públic de pagament hauria destar adaptada, i una proporció similar en les places d’aparcament a la via urbana. Òbviament els aparcaments privats constitueixen l’altre focus principal per a la recàrrega dels vehicles elèctrics. Pel que fa als aparcaments privats, cal diferenciar entre els privats comunitaris i els privats individuals, atès que mereixen un tractament diferenciat perquè cadascun té uns condicionants i necessitats diferents. Aquesta tipologia d’aparcaments ha de representar el centre principal de recàrrega dels vehicles elèctrics, i si be és cert que el nombre de places d’aparcament d’aquest tipus és molt elevat i pot ser complicat adaptar infraestructures a una part d’ells, atès que no poden ser utilitzats per altres usuaris, s’han de contemplar els requisits necessaris per poder adaptar-los de forma ràpida i senzilla tan bon punt els usuaris ho necessitin, disposant dels tràmits requerits per efectuar la demanda a les empreses distribuidores d’energia per facilitar aquest procés39. Finalment els punts de recàrrega a la via pública, tot i que proporcionalment podrien ser menys nombrosos, també resulten imprescindibles per efectuar l’anomenada recàrrega de complement, que en el cas de comptar amb una distribució homogènia pot contribuir a l’extensió d’aquest tipus de mobilitat a fi que l’usuari de vehicle elèctric disposi sempre de punts pròxims de recàrrega entre trajectes i destinacions.

6.3. Mètodes, infraestructures i equipaments Com s’ha explicat a l’apartat anterior, per facilitar i aconseguir una ràpida implantació de VE cal disposar d’una xarxa de punts de recàrrega que possibilitin una actuació ràpida i senzilla. L’escenari actual presenta algunes incerteses pel fet d’estudiar-se diferents tipus de recàrrega: recàrrega estàndard, recàrrega ràpida i recàrrega ultraràpida, amb diferents característiques i tensions. Malgrat això, no resulta gens agosarat estimar que l’aposta decidida de molts fabricants per disposar d’un tipus de recàrrega amb endolls i característiques similars a les que tenim actualment a les nostres llars representa un dels factors clau per aconseguir una ràpida implantació dels VE. Independentment, en el futur els nous VE poden haver adoptat dispositius diferents que permetin adaptar-se a d’altres tecnologies de recàrrega (ràpida o ultraràpida), si bé aquestes sempre es realitzaran en llocs diferents que no la llar, atès que requereixen unes condicions tècniques especials molt més estrictes (per exemple, en àrees específiques d’estacions de servei, anomenades informalment electrobenzineres). A mesura que el sector de l’automoció vagi incorporant a la seva producció en sèrie diversos models i tipologies de VE, sens dubte s’incorporaran bateries més evolucionades i nous sistemes amb tecnologies i equipaments que permetran una comunicació bidireccional entre vehicle i sistemes de recàrrega. Aquest fet, per la seva banda, també incidirà en la millora de les infra-

Figura 53. Estacions de recàrrega per a ús domèstic i amb targeta de prepagament per a pàrquings.

Sumari

39 En aquest sentit, podem assenyalar la recent modificació de la llei de propietat horitzontal que en el seu nou redactat tendeix a evitar l’actitud obstruccionista i les objeccions que alguns veïns podrien oposar al fet d’instal·lar un punt de recàrrega per a vehicles elèctrics.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

guir que els seu ús sigui senzill. A fi que qualsevol usuari “tipus” pugui fer ús de les instal·lacions de recàrrega es necessita un sistema senzill que no impliqui gaires coneixements tecnològics, per més que aquesta senzillesa en l’operativitat no descuidi cap dels elements de seguretat, tant del punt de vista de l’accessibilitat per evitar que se’n faci un mal ús, com en matèria de seguretat elèctrica d’acord amb la normativa aplicable. Així doncs, s’hauria d’evitar la disseminació de simples endolls sense cap mena de control ni seguretat com a punts de recàrrega. Figura 54. Vehicle elèctric efectuant la recàrrega

estructures de recàrrega, possibilitant que la recàrrega ràpida sigui més viable. Malgrat tot, cal emfatitzar que entre els avantatges dels vehicles elèctrics hi destaca el potencial per aprofitar les xarxes de distribució actuals i poder-los recarregar als garatges de les vivendes particulars o en qualsevol altre lloc on s’estacioni un vehicle. Així doncs, semblaria estratègicament poc encertat orientar-se cap a la recàrrega ràpida en un futur proper, encara que millori la tecnologia, atès que es desaprofitarien l’alt potencial i els avantatges que s’aconseguirien amb la recàrrega en hores vall per optimitzar el sistema energètic, alhora que al poder emmagatzemar energia elèctrica en quantitats relativament importants, s’aplanarà la corba de càrrega augmentant l’eficiència energètica del sistema, tots ells objectius llargament perseguits dins el món de l’energia.

Actualment existeixen diversos grups de treball internacionals que segueixen amb atenció els avenços tecnològics a fi de desenvolupar estàndards per a la càrrega i connexió, si bé tot indica que encara poden passar alguns anys abans no es creïn. De ben segur els nous estàndards milloraran i incrementaran el nombre de prestacions, si bé en una primera fase n’hi ha prou garantint un funcionament senzill, eficient i segur amb la tecnologia actual.

En conseqüència, els punts de recàrrega, en una primera fase d’implantació i dins l’horitzó temporal de l’estudi, han de poder fer ús de les xarxes elèctriques existents, si bé és cert que en la majoria de punts caldran millores en les xarxes elèctriques per incrementar la potència contractada, però no implicarà canvis tecnològics importants que podrien representar un fre en el desplegament d’aquestes infraestructures. Resulta lògic pensar que el fet de referir-nos a equips diferents ve motivat tant perquè algunes d’aquestes premisses són relatives a l’entorn on s’hauran d’ubicar, com a la diferent tipologia dels VE (motos, furgonetes...). Per tant, els punts de recàrrega majoritàriament seran de recàrrega estàndard, on un cotxe de tipus mitjà pot trigar entre 5 i 8 hores en fer una càrrega del 100 % de la bateria, suposant que aquella estigui totalment descarregada. Hi ha dues premisses importants a l’hora d’aconseguir una bona implantació de les infraestructures de recàrrega per als VE: la primera fa referència a la seguretat i la simplicitat en el maneig. Els punts de recàrrega han de disposar de plenes garanties de seguretat i aconseSumari

Figura 55. Punt de recàrrega a la via pública urbana al 22@ de Barcelona.

La recàrrega dels vehicles elèctrics

Els punts de recàrrega instal·lats en vies urbanes, per complir les premisses de seguretat d’accés, seguretat elèctrica i senzillesa, han de garantir uns requisits mínims d’una certa robustesa per resistir actes vandàlics, preferiblement amb un cos metàl·lic resistent, que vagi recobert amb pintura antigraffiti i que disposi d’un sistema de control d’accés per accedir als endolls, preferiblement amb sistema electrònic sense contacte i protecció física dels endolls, amb un grau de protecció mínim d’IP 54 seguint els requisits de la Comissió Electrotècnica Internacional contra la intrusió de pols i aigua. Pel que fa a la senzillesa, ens volem referir a la recomanació que els endolls estiguin a una alçada d’entre 1 i 1,2 metres del terra, a fi de facilitar l’accés a tota mena de conductors, i que l’accés i la utilització del sistema consti de pocs passos fàcilment comprensibles per part de qualsevol ciutadà. Quant a seguretat elèctrica, és imprescindible que els equips de recàrrega instal·lats en vies públiques disposin sempre dels elements de seguretat adients aplicables segons el Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió (REBT) i les normatives de seguretat i compatibilitat electromag-

nètica. També és important disposar que els endolls de l’equip no presentin tensió de manera permanent, sinó només durant el procés de recàrrega per tal d’evitar manipulacions perilloses. Com a darrera característica important, en els equips de recàrrega en vies públiques resulta imprescindible la incorporació d’algun element de mesura de l’energia elèctrica absorbida. Els punts de recàrrega per a la seva instal·lació en pàrquings públics requereixen uns nivells de seguretat me-

Figura 57. Sistema de recàrrega multipunt per a garatges i aparcaments.

Sumari

Figura 56. Sistema de recàrrega en bateria per a tres motos elèctriques.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

cànica menys estrictes que els equips instal·lats a la via pública, ja que estan en indrets resguardats i vigilats. Tot i així, és necessària una robustesa important per assegurar-ne l’ús continu que tindran, i igualment han de complir tots els requisits del REBT i la normativa CE aplicable, així com assegurar l’absència de tensió quan el sistema no estigui recarregant. Per una altra banda, amb un o dos punts de recàrrega i amb poca rotació, inicialment en els pàrquings públics poden tractar-se com una càrrega elèctrica més, però quan la rotació comenci a ser important o hagin d’instal·lar-se més punts de recàrrega (p.e. a partir d’una desena) els problemes d’enginyeria elèctrica s’hauran de tenir en compte a fi de controlar, gestionar i optimitzar tant la contractació com la demanda d’energia. Tot i que a la bibliografia existent pràcticament no s’hi feia referència, s’ha pogut comprovar com una confluència de VE provoca diverses afectacions pernicioses a la xarxa elèctrica, com per exemple la generació de distorsions armòniques, o l’aparició de corrents de neutre, entre d’altres. Per tant, serà imprescindible que aquests punts puguin realitzar certes funcions d’anàlisi, de mesura i de gestió de l’energia, així com un control individual de cada càrrega, una monitorització i un control global per tal d’optimitzar el sistema i evitar problemes en la demanda. Els punts de recàrrega per a instal·lació en aparcaments privat tindran diferents condicionants, sobretot si es tracta d’un indret d’accés individual o si és de tipus comunitari, i si bé els nivells de seguretat elèctrica, tant en un cas com en l’altre han de ser els adients amb les proteccions bàsiques, en allò que fa referència a la seguretat d’accés a l’energia i el control de consums, hauran de ser diferents. És lògic pensar que en un aparcament privat individual no caldrà un sistema de control d’accés, mentre que en un aparcament comunitari serà important poder controlar l’accés a cada punt de recàrrega, així com controlar l’energia consumida en cadascun dels punts de què disposi l’aparcament. Tanmateix, tant en un cas com en l’altre a cada vegada serà més important disposar de sistemes intel·ligents que permetin aconseguir la millor eficiència energètica optimitzant la tarifa elèctrica per recarregar els vehicles i fer una gestió de la demanda, alhora que supervisin els altres paràmetres. En els darrers anys s’han desenvolupat sistemes que faciliten la gestió d’aquesta energia, tant als administradors d’aparcaments de propietaris, com als d’aparcaments públics, de manera que a banda d’aconseguir un control de l’energia consumida per punt de càrrega, s’aconsegueix una completa gestió de l’energia i de les incidències de tota la instal·lació. Sumari

Complementàriament, en un termini breu hi haurà diversos vehicles al mercat que disposaran de doble sistema de recàrrega, ja que a banda de la lenta normal, disposaran d’un endoll especial per efectuar una càrrega ràpida de mitja hora. Aquests vehicles es coneixen com a RCHEV per les seves sigles en anglès (Rapid Charge Hybrid Electrical Vehicle). Es tracta de VE endollables amb unes bateries que disposen d’un sistema doble que permet, a banda de la recàrrega convencional, una de ràpida, Si bé aquesta fou inicialment pensada per a vehicles urbans, especialment autobusos o vehicles de distribució urbana de mercaderies, actualment ja són diversos els models i firmes que fabriquen aquest tipus de VE. Més enllà encara, hi ha qui es refereix a les “electrolineres” o “electrobenzineres” pensant en vehicles i bateries que admetrien una càrrega ultraràpida; així les bateries (de titanat de liti) permeten una càrrega completa en menys de 10 minuts, si bé aquestes solucions estan en fase de I+D. En el cas d’un autobús, la càrrega s’efectua en una estació de càrrega que coincideix amb la parada inicial del recorregut o bé amb una aturada per a càrrega i descàrrega en el cas dels furgons (Bedell, 2009). En els vehicles tipus turisme podria realitzar-se en benzineres habilitades. Coneixem l’existència dels primers prototipus al Japó, que fins i tot carregarien en corrent contínua a una tensió propera als 500 V. Finalment, també cal saber que en l’àmbit de la I+D s’estan investigant sistemes de recàrrega per inducció electromagnètica, si bé el sistema es troba encara en un estadi molt incipient. Cal tenir en compte que un dels grans avantatges dels vehicles elèctrics, respecte del convencionals, és l’eficiència energètica, i si bé l’energia elèctrica pot ser generada de diferents maneres i en instants diferents, per aconseguir una màxima eficiència energètica en els vehicles no n’hi ha prou d’utilitzar el vehicle elèctric, sinó que les estacions de recàrrega també hi han de tenir un paper molt important. Per tant, doncs, a mida que es popularitzi el vehicle elèctric les estacions de recàrrega cada vegada necessitaran disposar de majors nivells d’intel·ligència i comunicacions a fi d’aconseguir la màxima eficiència amb els recursos disponibles, efectuant una completa gestió de càrregues que bonifiqui els moments de menor consum (hores vall) per recarregar els vehicles. Els sistemes intel·ligents, doncs, seran l’única manera de poder incrementar el parc automobilístic amb vehicles elèctrics sense necessitat d’ampliar la capacitat de generació i les xarxes elèctriques de transport actuals, per més que en un horitzó més llunyà puguem esbrinar tant algunes limitacions com nous potencials d’utilització amb tecnologies i recursos renovables que dibuixen un interessant escenari

La recàrrega dels vehicles elèctrics

Temps d’estacionament mitjà estimat

Indrets molt adients Domicilis particulars

Garatge unifamiliar, aparcament comunitari, zones d’estacionament…

Nodes de transport de llarga distància Aeroports, estacions de TGV, ports marítims ...

> 10 h > 10 h

Allotjaments turístics

Hotels, albergs, cases rurals, apartaments, càmpings, paradors, balnearis…

> 10 h

Llocs de treball

Polígons industrials, empreses públiques i privades, comerços, escoles i universitats…

>8h

Nodes de transport de curta distància

Estacions de tren i tramvia, estacions d’autobusos…

6-8 h

Estacionaments diürns

Aparcaments privats i públics, zones d’estacionament temporals…

Espais de lleure i esbarjo

Parcs, parcs temàtics, platja i muntanya, espais naturals…

Centres culturals

Cinemes i teatres, palaus de música, complexos esportius, museus, biblioteques…

Espais gastronòmics

Restaurants, bars…

Serveis sanitaris

CAP, hospitals, geriàtrics, residències…

Centres comercials

Supermercats, zones comercials, tallers i botigues de barri, mercats i fires…

Centre de la ciutat

Zones turístiques, zones comercials…

Administració pública

Ajuntaments, organismes públics…

Centres religiosos

Esglésies, mesquites, centres de culte…

Indrets bastant adients

Indrets acceptables

Indrets poc recomanats Estacions de servei

Benzineres, forn de pa, quioscs…

Encàrrecs domèstics

correus, bancs i caixes, farmàcies…

Taula 8. Adequació de llocs diversos per instal·lar-hi punts de recàrrega.

de noves investigacions i recerques que encara estem lluny de capir en tot el seu potencial.

6.4. Ubicació dels punts de recàrrega des del punt de vista de l’usuari Des del punt de vista de l’usuari actual del vehicle elèctric40 es fa èmfasi en la necessitat d’ubicar els punts de recàrrega en els llocs on el vehicle elèctric estigui el

màxim de temps estacionat sense funcionar. A partir d’aquesta premissa es fa una classificació en indrets molt adients, bastant adients, indrets acceptables i indrets poc recomanats, que es recull a la taula 8. Cal remarcar que des del punt de vista de l’usuari actual els punts de recàrrega més adequats són els domicilis, ja sigui en un domicili privat o bé en un garatge que comparteix serveis comuns amb els veïns (comunitat de veïns). D’altra banda, s’identifiquen principalment dos tipologies de punts de recàrrega segons l’ús que se’n faci i la ubicació geogràfica on estigui instal·lat: “recàrrega completa”(RC) o “recàrrega de reforç” (RR).

Sumari

40 Apartat elaborat per Volt-tour, Associació catalana per a la promoció del vehicle elèctric.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Sumari

Punt de recàrrega per a “recàrrega completa” (RC) (> 4h de estacionament)

Punt de recàrrega per a “recàrrega de reforç” (RR) (< 4h de estacionament)

• Finalitat: fer una recàrrega complerta (cicle de càrrega complet) ja que el vehicle s’hi troba estacionat moltes hores. Acostuma a ser l’indret on el vehicle habitualment “dorm”.

• Finalitat: és una càrrega d’oportunitat o reforç, que té lloc principalment en indrets compartits per altres vehicles. Podria estar en indrets “bastant adients” i “acceptables” de la taula 10.

• Objectiu de l’usuari: recuperar el 100 % de l’autonomia del vehicle.

• Objectiu de l’usuari: aconseguir mantenir l’autonomia o, potser, augmentar-la.

• Característiques tècniques del punt de recàrrega: potència de càrrega mitjana o baixa i adaptat a protocols o procediments de control i/o manteniment dels acumuladors energètics del vehicle.

• Característiques tècniques del punt de recàrrega: potència de recàrrega elevada. Adaptat a diverses demandes elèctriques de diferents tipologies de vehicles elèctrics.

7. Sistemes d’emmagatzematge d’energia per als vehicles elèctrics

Entre els components que assoleixen major importància per al desenvolupament dels VE destaquen les bateries elèctriques. Efectivament, la seva limitada capacitat per emmagatzemar energia elèctrica ha estat fins el moment actual un dels principals factors que en limiten el desenvolupament. Tot i els importants avenços assolits, encara avui les bateries presenten una modesta capacitat d’emmagatzemar energia elèctrica en quantitat suficient per possibilitar una autonomia equiparable a la que ens proporciona l’energia química dels combustibles fòssils (pel fet de tractar-se de productes d’alta densitat energètica) que podem emmagatzemar al dipòsit del nostre VCI. Efectuant una primera comparació entre el poder energètic de la benzina o gasoli –amb densitats energètiques de l’ordre dels 10.000 Wh/kg–, amb l’energia específica que ofereixen les bateries, –amb valors de 30 a 200 Wh/kg–, veiem que tot i les ineficiències dels motors de combustió interna, al disposar d’una capacitat unes 50 vegades major per pes específic, resulta difícil prendre’ls el seu lideratge. Ara bé, des dels seus inicis la majoria de vehicles convencionals ja han incorporat dins el seu equipament una bateria elèctrica com a element emmagatzemador d’energia, que s’ha utilitzat per proveir algunes funcions essencials dels vehicles com ara el subministrament d’energia al motor d’arrencada, els llums i els sistemes de climatització, entre d’altres subsistemes

(generalment accessoris de confort accionats per una electrònica que també necessita energia elèctrica). El context actual està conduint cap una situació de canvi radical, ateses les necessitats i exigències tan importants que requereix la fabricació dels VE, que podrien conduir-nos cap a una nova generació de bateries. A banda del repte de l’increment de capacitat, que com veurem ja s‘està produint, en tenim d’altres tan importants com la modalitat i els cicles de càrrega, la vida útil i, especialment, el seu cost final, ja que representa un percentatge molt elevat del cost final del VE en el seu conjunt. Des dels governs de molts països tecnològicament avançats s’està posant molts recursos i esforços per obtenir el know-how i els equipaments necessaris per aconseguir que una part important dels processos productius estiguin dins el país. Un exemple clar d’aquest repte, atenent les previsions de futur que implicarà el desenvolupament dels VE el podem trobar en el mercat estadounidenc, que va passar d’invertir 52 milions de dòlars el 2005 en noves empreses per a la fabricació de bateries, a 120 milions de dòlars el 2006. Posteriorment ha seguit un creixement exponencial, dedicant esforços a la millora de la capacitat, la reducció de pes i de preu, incrementant la seguretat, etc. També el consorci liderat per la Univer-

Fabricant de cotxes

Fabricant de bateries

Comentaris

Chrysler

A123Systems

VE d’autonomia àmplia el 2010, amb bateries prismàtiques de nanofosfat d’Ió liti

Chevrolet

A123Systems

Fabricació de l’híbrid Volt

Mitsubishi

GS Yuasa Corporation

Creen la joint venture “Lithium Energy Japan” per fabricar l’i MiEV

Volkswagen

Toshiba

Cooperació per a la fabricació dels nous VE

Nissan

NEC

Cooperació per a la fabricació dels nous VE

Sumari

Taula 9. Aliances empresarials per a la fabricació del vehicle elèctric.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

sitat de Kyoto al Japó acaba de rebre un finançament de 214 milions de dòlars per desenvolupar una bateria que tripliqui la densitat de les bateries actuals. Com pot observar-se a la taula 11, les empreses fabricants de VE s’han donat pressa per signar acords amb fabricants de bateries per acabar consolidant un bon disseny del VE. Pel que fa al mercat, si considerem que el cost de les bateries pot representar aproximadament el 50 % del cost total d’un VE, és normal que aquest sigui un mercat expansiu, amb moltes marques i països competint per aquestes tecnologies, tant des del punt de vista del subministrador de matèria primera (el cas del liti) com per part de les fàbriques que desenvolupen les bateries o el propi VE i els accessoris relacionats. Un exemple proper a l’Estat el tenim en la pugna que hi ha perquè Espanya sigui el país escollit per rebre una de les 4 fàbriques que construiran bateries, dins l’aliança que Renault i Nissan han format. També cal incloure-hi el cas de la ciutat de Vigo, que pugna per ser el centre escollit per a la fabricació tant del VE com de les bateries del consorci establert pel grup PSA-Peugeot-Citroën i Mitsubishi.

7.1. Les bateries: característiques principals per a la seva avaluació Les bateries o acumuladors són dispositius que permeten emmagatzemar energia elèctrica per mitjà de processos electroquímics. L’origen del seu nom41 fou derivat del fet que cal la connexió en sèrie dels seus elements bàsics (cel·les) per augmentar la tensió subministrada. Les necessitats creixents en potència dels vehicles convencionals van anar augmentant al llarg del temps, ja que han passat d’uns 650 W inicials (motor d’arrencada i llums) a gairebé 1.000 W, fins assolir pics puntuals de 2.000 W posteriorment. Els vehicles híbrids-elèctrics (VEH), els VEH connectables (PHVE), els híbrids gas-elèctric i els vehicles elèctrics (VE) han plantejat unes necessitats creixents en l’emmagatzematge de l’energia, que si bé poden ser molt canviants per a cada tipus, assoleixen valors molt superiors als establerts fins el moment actual. Aquest és el motiu pel qual cal recórrer a diferents tecnologies o combinació de diverses. Així, doncs, l’evolució tecnològica de les bateries recarregables, si bé ha experimentat un avenç notable els darrers anys, passant de

Figura 58. Variació de la tensió d’una bateria amb el temps.

plom-àcid a níquel-cadmi, i fins a hidrur de metall de níquel (NiMH). Però la majoria d’elles encara tenen un pes molt elevat en relació amb la minsa capacitat d’emmagatzemar l’energia i el temps de descàrrega. La darrera fita assolida, que representa nous avenços en perspectiva, està fonamentada en la generació de bateries basades en ió liti que incorporen innovacions basades en nanotecnologies. De manera genèrica podem classificar les famílies de bateries en: • Bateries en medi aquós àcid (bateries de plom), o alcalí (bateries de níquel-cadmi, níquel-hidrur metàl·lic...) • Bateries en medi orgànic en fase líquida (ió de liti, liti-fosfat) • Bateries en medi polímer (liti/metall polímer). Del conjunt de paràmetres bàsics per caracteritzar les bateries, entre molts altres, n’escolliríem dos de fonamentals: La capacitat de càrrega i la potència de pic. Una especificació típica d’una bateria estàndard d’automòbil42 seria, per exemple: 12 V, 45 Ah, 300 A. Internament les bateries estan formades per un cert nombre d’elements interconnectats a fi d’assolir el potencial necessari. Així en les de tipus plom-àcid, tenim 6 elements acumuladors, cadascun dels quals subministra electricitat amb una tensió d’uns 2 V, que fa que en conjunt adquireixi un potencial de 12 V, o 24 V en el cas dels camions, combinant 12 elements. Recollint aquestes i la resta de característiques importants a considerar en la selecció de bateries tindríem: • La tensió. Expressada en volts, és el primer paràmetre a considerar, ja que és el que acostuma a determinar la conveniència de l’acumulador. El seu valor ve fixat pel potencial de reducció del parell redox utilit-

41 En el cas de les piles el nom prové del seu origen històric pel fet que els elements bàsics s’apilaven l’un sobre l’altre. 42 En els nous VE, al tenir molt en compte el pes, pel fet de necessitar bateries grans per aconseguir l’autonomia del vehicle, s’especifiquen els kWh o els kW/kg. Sumari

Sistemes d’emmagatzematge d’energia per als vehicles elèctrics

zat. Acostuma a estar entre 1 V y 4 V per element o cel·la. En el cas anterior cal aconseguir una tensió de 12 V (entre 11,8 V i 12,5 V). La tensió d’una bateria no és constant i varia amb el temps de càrrega o de descàrrega (figura 58). La tensió de final de descàrrega (anomenada també, tensió de final de vida), es la tensió mínima d’ús d’una bateria (EODV, TMU). També és important la tensió al 50 % de la càrrega i la tensió màxima de càrrega. • La capacitat. Característica que expressa la quantitat total d’energia que ha produït la reacció electroquímica, i si bé en el sistema internacional d’unitats es mesura en coulombs en les bateries més sovint ho fa en ampers/hora (Ah). El seu valor representa la quantitat d’energia que pot donar la bateria abans de quedar completament descarregada. Les capacitats van des de 45 Ah per a cotxes de benzina sense aire condicionat, de gamma baixa, als 55 Ah per als equipats amb aire condicionat, 75 Ah els gamma mitjana, i fins a 90 Ah per als automòbils de luxe. 1 C = 1 Ah/3600 = 0,278 mAh

A efectes pràctics, quan s’especifica per exemple que cal carregar-la C/10 durant 12 hores, la lletra C es refereix, a la càrrega màxima que pot rebre la bateria, és a dir, si la capacitat de l’acumulador fos de 1.200 mAh, se li hauria d’aplicar un corrent de càrrega de 1.200/10 = 120 mA durant el nombre d’hores indicat. • La capacitat energètica. Relacionada amb l’anterior, ve expressada típicament en kWh, on 1 kWh = 1.000 Watts subministrats durant 1 hora. Podem tenir unes necessitats que van dels 4 kWh fins els 17 kWh. 1 Wh = 3600 J = 3,6 kJ

• La durabilitat. Paràmetre que representa la capacitat de la bateria per mantenir la degradació en el temps. Un paràmetre desitjat és de 15 anys a una temperatura de 35 ºC, que pot ser independent del seu ús. • El cicle de vida. Nombre de descàrregues i recàrregues, segons un percentatge de la seva càrrega màxima i mínima, que pot efectuar una bateria fins que, per envelliment dels elements que la componen, la seva capacitat de recàrrega màxima arriba a un valor del 75 o el 80 % del nominal. Un objectiu pot ser 5.000 cicles complets (suposant 1 cicle per dia, 330 dies l’any durant 15 anys. • La resistència. Molt inferior a la de les piles, la qual cosa permet subministrar càrregues molt més intenses que les d’aquestes. Per exemple, la resistència interna d’una bateria de plom-àcid és de 0,006 Ohm, i la d’una de Ni-Cd, de 0,009 Ohm. • El rendiment. Relació percentual entre l’energia elèctrica rebuda en el procés de càrrega i la que la bateria entrega durant la descàrrega. La bateria de plom-àcid té un rendiment de més del 90 %.

1 J = 0,278 mWh

• El corrent. Expressa la intensitat subministrable mesurada en ampers (A). Els motors, a l’arrencar han de realitzar un esforç important, que exigeix una gran demanda de corrent a la bateria (de l’ordre de desenes d’ampers). En el nostre cas tenim un corrent de pic de 300 A, tant cedint-la al sistema com rebent-la d’aquest. • La potència de pic. Potència màxima que pot cedir al sistema sense deteriorar-se, mesurada en Watts, però en aplicacions d’automoció ho és en kW. La potència en un vehicle de combustió es mesura normalment en cavalls (en anglès, horsepower o hp). Per comparació podríem dir que en els VEH les necessitats poden estar entre 23 i 40 kW, mentre que els VE necessitarien uns 60 kW. 100 hp = 75 kW

• L’energia específica o densitat energètica. Quantitat d’energia disponible per unitat de massa o de volum, o Wh per kilogram de bateria. Aquesta pot variar, per exemple, de 50 Wh/kg a 140 Wh/kg.

100 kW = 133 hp

• El temps de recàrrega. Quan una bateria arriba a la tensió mínima d’ús, cal procedir a la seva recàrrega, és a dir, a subministrar energia elèctrica i emmagatzemar-la en forma d’energia química. El temps de recàrrega és el temps necessari per efectuar una recàrrega completa. • L’estat de càrrega. Capacitat d’una bateria expressada com a percentatge de la capacitat màxima. • El cost. En aquests moments una bateria de 12 V d’àcid-plom costa a l’entorn de 40-50 $ per kWh. Una de cel·les de Ni-Cd i Ni-MH per a equips portàtils costa sobre els 350 $/kWh, i de cel·les d’ió liti en el mateix mercat està sobre els 450 $/kWh, però aquesta tecnologia transportada al mercat dels VE incrementa els costos a 700 $/kWh. Aquest és un aspecte molt important que fa que actualment els costos dels VE siguin tant elevats.

Sumari

1 Ah = 1000 mAh = 3600 C

• La potència específica o densitat de potència. Potència disponible a la sortida per unitat de massa o de volum del sistema de bateries (W/kg). Així, per a pesos desitjats de bateries de 120 kg podem tenir 380 W/kg.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Tipus

Energía específica (Wh/kg)

Tensió per element Durada Temps de càrrega (V) (nombre de recàrregues) (h)

Auto descàrrega per mes (% del total)

Plom

30-50

1.000

8 - 16

5 %

Ni-Cd

48-80

1,25

500

30%

Ni-H

60-120

1,25

1.000

2-4

20 %

Ió liti

110-160

3,16

4.000

2-4

10 %

Li-Po

100-130

3,16

5.000

1 - 1,5

10 %

Taula 10. Taula comparativa dels diferents tipus d’acumuladors.

amb la possibilitat de treballar a elevada tensió i menor cost que les de Ni-MH. Entre els inconvenients de les d’ió liti sembla haver-hi la durabilitat i la seguretat.

7.2. Tipus de bateries. Descripció i funcionament

Figura 59. Bateria de plom-àcid.

• La reciclabilitat dels seus components. Un darrer aspecte que també està assolint una importància creixent és la consideració ambiental de les bateries al llarg de tot el cicle de vida, atès que cal contemplar d’antuvi els seus impactes “des del bressol a la tomba”, havent esdevingut un aspecte fonamental la minimització dels impactes ambientals, fins el seu complet reciclatge al final de la seva vida útil. Per a l’elecció de les bateries hem de jugar, doncs, amb els seus paràmetres bàsics de potència, energia, durabilitat, seguretat i costos. Entre aquests tenim diferents compromisos a la vegada per determinar la millor bateria. Així, per exemple: • Si es desitja augmentar la densitat de potència ens cal més tensió, la qual cosa redueix la durabilitat i la seguretat i n’augmenta el cost. • Si es desitja incrementar la densitat d’energia, es tendeix a disminuir la densitat de potència. • La necessitat d’augmentar a la vegada potència, durabilitat i seguretat farà augmentar el cost de la bateria. Així, les bateries d’ió liti aconsegueixen una major densitat de potència i d’energia, que les de Ni-MH, pel material més lleuger amb el que són construïdes, Sumari

El funcionament d’una bateria o sistema acumulador d’energia està basat en algun tipus de procés reversible, on de manera ideal els seus components es transformen, sense consumir-se ni degradar-se, i poden retornar a l’estat inicial en circumstàncies adients. Processos d’aquest tipus són molt comuns en les relacions entre els elements químics i l’electricitat durant l’electròlisi, on hi ha un procés de polarització, portada als límits en el cas de les bateries. Aquest procés es du a terme entre dos elèctrodes, anomenats ànode i càtode, que poden ser del mateix o de diferent material, separats entre ells per evitar el seu curtcircuit, i submergits en un electròlit. L’element constitutiu bàsic de les bateries són les cel·les de bateries, que poden disposar-se en forma compacta per al seu ús en un vehicle. El disseny acostuma a ser modular, amb un nombre de cel·les que varia entre 6 i 12; aquest grup s’anomena “mòdul”. Per temes de precaució, en aquest mòdul també s’acostuma a incorporar-hi electrònica per realitzar funcions de monitorització, control i seguretat, conjuntament amb algun sistema de refrigeració. Tot ells comporten unes pèrdues addicionals que cal afegir al sistema, i es consideren en l’anomenat factor d’empaquetatge, que pot variar de 0,6 a 0,8. En la figura 60, que reprodueix la gràfica de Ragone, es pot observar la degradació que sofreix la bateria al passar de la cel·la individual al mòdul o paquet. Com a exemple concret, podem escollir el paquet de bateries utilitzada per Nissan Altra, el qual disposa de 12 mòduls, cadascun d’ells amb 8 cel·les. La massa total del paquet de bateries és de 364 kg, dels quals

Densitat de potència (W/kg)

Sistemes d’emmagatzematge d’energia per als vehicles elèctrics

Densitat energètica de la cel·la (W/kg totals)

Figura 60. Taula de Ragone que mostra diversos objectius per a bateries, la densitat d’energia i la potència.

Figura 61. Estructura de les bateries a partir dels seus elements bàsics (Saft).

les cel·les n’aporten 317 kg. La diferencia restant de 47 kg correspon a la circuiteria, l’empaquetatge del mòdul i la caixa del paquet sencer. La seva dimensió aproximada és de 100 cm x 200 cm x 18 cm.

En la descàrrega baixa la concentració de l’àcid sulfúric, perquè es crea sulfat de plom (II) i augmenta la quantitat d’aigua alliberada a la reacció, fins que el sulfat de plom (II) comença a formar cristalls molt grans i es perd la característica de reversibilitat. Aleshores es diu que l’acumulador s’ha sulfatat, i cal substituir-lo.

Bateria de plom-àcid

La bateria de plom-àcid sens dubte ha estat la bateria més habitual i difosa, utilitzada en tot tipus de vehicles. El principal avantatge rau en el seu baix cost, comparat amb altres tipus de bateries. El principal inconvenient per als VE seria la seva baixa energia específica, generalment a l’entorn dels 30 Wh/kg, a banda d’aspectes ambientals determinats pels seus materials constitutius. Està formada per dos elèctrodes de plom, de manera que quan la bateria està descarregada, es troben en forma de sulfat de plom (II) (PbSO4) incrustat en una matriu de plom metàl·lic (Pb). L’elèctrode positiu pot ser de diòxid de plom, plom-antimoni o plom-calci i l’elèctrode negatiu de plom. L’electròlit és una dissolució d’àcid sulfúric. El funcionament és el següent: Durant el procés de càrrega inicial, el PbSO4 és reduït a plom metall en el pol negatiu, mentre que a l’ànode es forma òxid de plom (IV) (PbO2) sense alliberament d’hidrògen, que provocaria una lenta degradació de l’elèctrode. Durant la descàrrega s’inverteixen els processos de la càrrega. L’òxid de plom (IV) es redueix a sulfat de plom (II), mentre que el plom elemental s’oxida i passa a sulfat de plom (II). Els processos elementals que tenen lloc són els següents: PbO2 + 2 H2SO4 + 2 e- -> 2 H2O + PbSO4 + SO42Pb + SO42- -> PbSO4 + 2 e-

Bateria de plom-àcid bipolar

La font de potència d’àcid de plom bipolar (en anglès BILAPS, Bipolar lead-acid power source), és un exemple de noves tecnologies que milloren les bateries d’àcid-plom convencionals per donar més bones prestacions per al sector del VE. L’objectiu està en obtenir 500 W/kg, 30 Wh/kg i 100.000 cicles de treball. Els costos s’estima que seran molt inferiors als de NiMH o d’ió liti, a banda que el reciclatge sembla un problema resolt. Precisament el cost és un dels arguments que aporten un major optimisme a aquesta solució, ja que el níquel i el cobalt són metalls de cost molt elevat. Perquè el VE tingui una plena difusió s’estima que caldria dirigir-nos cap a costos de 20 €/kW o 200 €/kWh. Algunes diferències amb les bateries convencionals les trobem en aquests punts: - No calen reixes metàl·liques, ja que el corrent es mou perpendicularment a la superfície, des d’una cara de la placa bipolar a l’altra. - Presenta un corrent homogeni, fet que li dóna més durabilitat. - Redueix la resistència interna dels dissenys monopolars. - L’àcid és molt més barat que altres materials utilitzats en altres tecnologies (Ni, Co...). El fet que no s’hagin comercialitzat encara el trobem en què cal un material per a la placa bipolar que sigui

Sumari

7.2.1. Bateries en medi àcid

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

alhora resistent a la corrosió, lleuger i econòmic, i per a això cal fer més recerques al respecte.

7.2.2. Bateries alcalines Una segona família de bateries són les basades en solucions alcalines com a electròlit. Per a aplicacions avehicles aquesta família consisteix en usar les parelles níquel-cadmi, níquel-hidrur metàl·lic i níquel-zinc. Níquel-cadmi (Ni-Cd)

És un tipus de bateria interessant en opcions de tracció ja que disposa d’una energia específica que gairebé dobla la de les bateries d’àcid-plom, amb 50 Wh/kg, càrrega ràpida, bona potència específica i un bon cicle de vida. El principal inconvenient és el seu elevat cost. Sense necessitat d’aprofundir en les reaccions químiques, podem descriure les reaccions de càrrega i descàrrega elementals: Elèctrode positiu Càrrega Ni(OH)2 + OH-

NiOOH + H2O + e-

Elèctrode negatiu Càrrega Cd(OH)2 + 2 e-

Cd + 2OH-

Reacció global Càrrega Cd(OH)2) + 2Ni(OH)2

Cd + 2NiOOH + 2 H2O

Descàrrega

limitacions de les bateries Ni-MH estan en energia i densitat de potència i poques possibilitats de reducció de costos. Així, per exemple, la de la casa Varta tan sols assoleix una densitat de potència de 15 kW i una densitat energètica disponible de 5,4 kWh. En aquesta mena de bateria, durant la càrrega, l’elèctrode positiu allibera hidrogen a l’electròlit. L’hidrogen és absorbit i emmagatzemat a l’elèctrode negatiu. La reacció comença quan l’hidròxid de níquel (Ni[OH]2) a l’elèctrode positiu i l’hidròxid (OH-) de l’electròlit es combinen. Això produeix oxi-hidroxi de níquel (NiOOH) a l’elèctrode positiu, aigua (H2O) de l’electròlit i un electró (e-) lliure. A l’elèctrode negatiu, l’aleació de metall (M), l’aigua de l’electròlit i l’electró lliure reaccionen per produir hidrur metàl·lic (HM) a l’elèctrode negatiu i hidròxid (OH-) a l’electròlit. Durant el procés de descàrrega, les reaccions químiques són les inverses a les que tenim durant la càrrega. Elèctrode positiu Ni(OH)2 + OH- Càrrega Elèctrode negatiu Descàrrega M + H2 O + e- Reacció global Càrrega Ni(OH)2 + M Descàrrega

NiOOH + H2O + eMH + 2HNiOOH + MH

Càrrega Descàrrega

Níquel-hidrur metàl·lic (Ni-MH)

Níquel-zinc

Ofereix prestacions similars a les de níquel-cadmi, si bé utilitza aliatges especials en comptes de cadmi. És la tecnologia escollida per Honda i Toyota en la seva línea de HEV, com ara el Toyota Prius i el RAV4 EV, els quals ja tenen provada una durabilitat de més de 160 km sense mostrar degradació. Les principals

Ofereix unes prestacions superiors a l’anterior, com per exemple la seva energia específica, deguda a la major tensió de cada cel·la, comparant-ho amb les alcalines; l’inconvenient principal seria el curt cicle de vida ocasionat per la formació de dendrites. En el moment actual hi ha moltes recerques en curs, tot i que no coneixem aplicacions als vehicles elèctrics.

7.2.3. Bateria d’ió liti

Figura 62. Vehicles elèctrics RAV4 i Prius amb bateries Ni-MH. Sumari

Des de la seva introducció a principis del 1990, les bateries d’ió liti han gaudit d’un creixement i èxit sense precedents. Les seves prestacions semblen excel·lents, ateses l’alta potència específica (fins a 2.600 W/kg) i alta energia específica (fins a 200 Wh/kg), aspecte que les ha convertit en el producte escollit per a ordinadors portàtils i telèfons cel·lulars. Quelcom similar pot passar en l’àmbit del transport. Dins el camp militar i l’espai, són les tecnologies d’ió liti i litipolímer les més destacades. En aplicacions industrials i de sistemes de transport, les bateries basades en el liti estan substituint ràpidament les d’àcid-plom i les de níquel-hidrur metàl·lic (Ni-MH). Les bateries d’ió liti es poden construir amb una varietat de materials molt amplia:

Sistemes d’emmagatzematge d’energia per als vehicles elèctrics

• Òxid de cobalt de liti, el material més utilitzat en el càtode per a aplicacions de consum (LCo carbó/grafit a l’elèctrode negatiu, LiNiCoAlO i cobalt-níquel i altres òxids metàl·lics a l’elèctrode positiu). Té la major potència elèctrica i eficiència energètica (fins a 600 Wh/kg). Per temes de seguretat, en aplicacions a VE es proven altres variants. • Níquel, cobalt i manganès (NCM), en què se substitueixen el níquel i el manganès per una mica de cobalt; això fa incrementar el potencial elèctric fins al valor de compromís desitjat pel fabricant. • Níquel, cobalt i alumini (NCA), similar al NCM, però substituint el manganès per alumini per reduir el cost. • Liti-manganès spinel (LMS), que ofereix major potència a menor cost que el cobalt. L’inconvenient rau en què la densitat energètica només està per sobre dels 450 Wh/kg. • Liti i fostat de ferro (LFP, fosfat de ferro al positiu i titanat de liti al negatiu), pot ser el nou càtode més prometedor, gràcies a la seva estabilitat i seguretat. Comparant amb el cobalt i el manganès, que són propicis a tenir problemes de deriva tèrmica, aquí els enllaços entre els àtoms de ferro, fosfat i oxigen són molt més forts. • I finalment, esmentem les de liti i titani (LTO), liti i níquel (LNi) i les de manganès i titani (MNS i MS). La química basada en el grafit/niquelat permet fer cel·les amb la més alta densitat d’energia i capacitat de potència. Pel que fa a la possibilitat de càrrega ràpida, tant la d’òxid de titanat de liti com la de fosfat de ferro es poden recarregar de manera ràpida en uns 10 minuts. La rapidesa de la química d’òxid de titanat és superior a la química de fosfat de ferro, tant pel que fa a l’augment de la temperatura durant la recàrrega com a la capacitat en Ah. La figura 63 il·lustra una cel·la típica d’ió liti, consistent en un ànode de carbó grafit i un càtode que és un material d’òxid de metall, com l’òxid de cobalt de liti (LiCoO2) o un material amb una estructura túnel (com l’òxid de liti manganès). El LiCoO2 té unes característiques excel·lents, però l’elevat preu del cobalt les fa massa costoses per a les grans bateries dels VE,

per això en canvi s’utilitza l’òxid manganès de liti, el qual és de menor cost i amb un impacte ambiental limitat. Durant la càrrega el material positiu s’oxida i el negatiu es redueix. És a dir, el liti se separa del càtode (+) i és transferit a través del separador via l’electròlit i injectat a l’ànode. Durant la descàrrega el procés s’inverteix. La quantitat de liti emmagatzemat en cadascun dels materials està relacionat amb la capacitat (mAh/g). La velocitat amb la qual el liti es transfereix d’un elèctrode a l’altre es relaciona amb la potència. Per poder augmentar l’energia de la bateria es poden seguir tres camins: augmentar la tensió del càtode, disminuir la tensió de l’ànode, i/o augmentar la capacitat de la cel·la. De totes maneres, la termodinàmica de les reaccions electroquímiques fixa límits a aquestes quantitats. Les bateries actuals d’ió liti s’acostumen a anomenar limitades per càtode, és a dir, que la capacitat del càtode (140 mAh/g per al LiCoO2) limita la capacitat de la bateria al ser molt menor que la capacitat de l’ànode (372 mAh/g per al grafit). Això implica que el càtode té un impacte més alt comparativament sobre l’augment de l’energia de la cel·la. La càrrega de les bateries ha de ser una càrrega controlada, de manera que la majoria de les bateries contenen un circuit de protecció per evitar sobrecàrrega (màxima tensió de càrrega 4,3 V) i sobre descàrrega (mínima tensió de descàrrega entre 2,7 i 3V per bateria). Aquesta circuitería conté un sensor tèrmic, que desconnecta la càrrega si la temperatura

Figura 63. Principi de funcionament de les bateries d’ió liti.

Tipus de tecnologia

Voltatge (V)

Densitat energètica (Wh/kg) Densitat de potència (W/Kg)

LFP – fosfat de ferro

3,6-2,5

1.100

NCM – níquel, cobalt, manganès

4,2-3,0

140

900

LTO - titani

2,8-1,5

700

Sumari

Taula 11. Comparació del comportament de la cel·la de bateries d’ió liti.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Figura 64. Electrònica incorporada a un paquet de bateries d’ió liti i perfil de càrrega.

Coberta

Terminal positiu Càrrega Ànode (capa negativa)

Anella d’aïllament

Electrons

Corrent Separador

Pol positiu

Ànode

Càtode Separador

Contenidor

Electròlit

Pol negatiu

Càtode (capa positiva)

Figura 65. Estructura d’una cel·la d’ió liti i esquema de funcionament.

arriba als 90 ºC. Les bateries d’ió liti perden constantment capacitat quan s’exposen a temperatures superiors als 65 ºC. En la figura 64 pot veure’s com l’electrònica controla que en una primera etapa la càrrega sigui a corrent constant fins que la tensió puja als 4,1–4,2 V. Aleshores comença una càrrega a tensió constant, fins que el corrent de càrrega es redueix fins al 3 % del corrent nominal. La química i el disseny de la cel·la és el mateix per a tots els tipus de cel·les d’automoció. S’enrotllen capes fines de càtode, separador i ànode en un suport central, i s’insereixen en un envàs cilíndric. Els espais són recoberts per una solució rica en ions (electròlit). La innovació en les bateries d’ió liti pot tenir lloc per dues vessants diferents, bé sigui per la via d’avenços Sumari

en camps d’enginyeria reduint el gruix del separador, i/o innovant en materials utilitzats com a elements actius. Per exemple, la química utilitzada avui per a bateries de telèfons cel·lulars i portàtils (LiCoO2/grafit), té una densitat energètica teòrica d’uns 360 Wh/ kg (tenint en compte només el pes del material actiu). La densitat energètica d’una cel·la encapsulada 18.650 és d’uns 190 Wh/kg. Fa quinze anys aquest valor era de 90 Wh/kg, utilitzant els mateixos materials, és a dir, que en quinze anys els avenços han permès doblar la densitat energètica de les bateries d’ió liti. Per realitzar nous desenvolupaments caldrà trobar una combinació de materials que sigui òptima per a vehicles elèctrics. A títol d’exemple podem esmentar diversos avenços i millores realitzades en aquesta tecnologia tan prometedora per als VE, proposades pel MIT o per empreses tan importants com Hitachi:

Sistemes d’emmagatzematge d’energia per als vehicles elèctrics

• Pel que fa a la millora en el seu temps de recàrrega, arrel de les modificacions realitzades per un grup d’investigadors de l’Institut Tecnològic de Massachusetts, es podria recarregar el VE en períodes de temps tan breus com són cinc minuts. Tot això millorant el problema que tenen els ions de liti en el seu moviment a través de la bateria, s’ha aconseguit realitzant un camí alternatiu lateral per als ions que els permeti viatjar de pol a pol de la bateria amb més rapidesa, aconseguint una distribució espacial de l’energia per cada un dels racons del dispositiu en pocs segons. Tot això introduint a la vegada un element que millora la conductivitat dels ions anomenat fosfat de liti-ferro (LiFePO4). • Hitachi ha anunciat la creació d’una quarta generació del seu sistema de bateries amb una densitat de potència de 4.500 W/kg, gairebé el doble que les actuals bateries d’ió liti. Això ho fa utilitzant càtodes de manganès i elèctrodes més prims, juntament amb un nou mètode de captació de l’electricitat. Podem copsar la rapidesa com està evolucionat el sector afegint que la tercera generació de bateries d’ió liti, amb una densitat de potència de 3.000 W/kg, començarà la seva producció en massa l’any 2010.

Pel que fa a les especificacions del mòdul podem obtenir 2,8 kWh amb una energia específica de 110 Wh/kg i una energia volumètrica de 110 Wh/l.

7.2.5. Bateria ZEBRA

7.2.4. Bateria d’ió liti-polímer (PLM)

La bateria ZEBRA va ser inventada el 1985 pel grup Zeolite Battery Research Africa Project (ZEBRA) a Sudàfrica, i el seu nom tècnic és sodi-clorur de níquel (Na-NiCl2). La diferència de funcionament amb la resta de bateries exposades és que aquesta opera a 300 ºC, la qual cosa fa que requereixin un embolcall estanc. Tenen una densitat energètica de 120 Wh/kg i una potència específica de 180 W/kg amb cel·les grans de fins a 500 Ah (vegeu la figura 67). Com que poden emmagatzemar molta electricitat i permeten operar a 600 V tranquil·lament, s’usen també en aplicacions de 100 kWh, i inclús de 10 MWh. Aquesta bateria es fabrica a partir de sal comuna, ceràmica i níquel, i amb el mateix pes dóna 4 vegades més energia que la bateria d’àcid-plom. Es pot recarregar unes 1.000 vegades. Actualment a Suïssa, al cantó de Ticino, hi ha una fàbrica per produir-ne en sèrie. Alguns vehicles que la utilitzen són els autobusos de la EMT a Madrid, el Renault Twingo Quickshift Electric, o els primers Th!nk City.

Aquest tipus de bateria basa el seu funcionament en quatre components bàsics: un col·lector de corrent, un càtode compost per òxid de vanadi, carbó i polímer, un electròlit (POE: polioxiatilè i sals de liti) i un ànode de liti metàl·lic. La cel·la bàsica es realitza amb làmines fines d’unes 150 µm superposades i enrotllades en forma prismàtica. Es pot jugar amb el gruix de les làmines per obtenir diferents aplicacions (làmina gruixuda per a alta energia i làmina prima per a alta potència).

Com que les bateries ZEBRA presenten una capacitat d’acceleració i de frenada regenerativa reduïda, s’implementen en aplicacions d’automoció conjuntament amb ultracapacitats, de manera que si tenim una bateria de supercapacitats de 20 Farads (132 dispositius en sèrie de 2.700 Farads cadascun a 300 Vcc), podrem disposar de 90 kW de potència durant 10 segons, amb els quals n’hi ha prou per aconseguir una bona acceleració.

Cel·la elemental Electròlit

Liti

Càtode

Mòdul

Col·lector

Cel·la

Sumari

Figura 66. Esquema de la cel·la elemental a mòdul complet de les bateries PLM.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

2 NaCl + Ni

NiCl2 + 2Na

Na Al Cl4 Electròlit líquid ß’’ – Al2 O3 Electròlit ceràmic Buit capil·lar

Segell TCB

Detallat a la dreta

OCV 2.58 a 300°C,

Càrrega

Rang operatiu:

Col·lector de corrent (pol +) Clorur de níquel + Clorur de sodi alumini

de 270 a 350 ºC

NiCl2 + 2Na

Na Al Cl4 Electròlit líquid ß’’ – Al2 O3 Electròlit ceràmic Buit capil·lar

Electròlit ceràmic

Capacitat estàndard 38Ah

Sodi

100 % d’eficiència en Ah

Contenidor de la cel·la (pol -)

2 NaCl + Ni

Motor dièsel Cummins ISB 02

2 NaCl + Ni

Càrrega Descàrrega

Descàrrega

NiCl2 + 2Na

Radiadors de refrigeració

Unitat auxiliar (APU) generador

Motor de refrigeració Electrònica de la refrigeració

Accessoris

Motors de tracció Inversors

Sistema de control Bateries ZEBRA

Figura 67. Disseny d’una cel·la ZEBRA conjuntament amb ultracapacitats per a la seva aplicació a autobusos.

S’adjunta una taula resum per visualitzar les químiques representatives i les característiques tant de l’energia específica del paquet de bateries, com la potència específica.

7.3. Comparació entre tipus de bateries per a vehicles elèctrics Com fàcilment pot deduir-se de la figura 68 (gràfica de Ragone), comparant entre els diversos sistemes de bateries, són les bateries d’ió liti les que ofereixen superiors prestacions, fins i tot respecte les de níquel hidrur Sumari

Material

Wh/kg

W/kg

30 - 50

80 – 300

Bilaps

500

NiCd

50 - 60

200 - 500

NiMH

60 - 70

200 – 1.500

NiZn

70 - 80

200

ZnBr

100

NaNiCl

125

150

50 - 200

80 – 2.600

Z – aire

200 - 300

Taula 12. Característiques de densitat de potència i potència específica d’algunes de les bateries per a vehicles elèctrics.

Sistemes d’emmagatzematge d’energia per als vehicles elèctrics

Figura 68. Gràfica de Ragone per a diferents tecnologies de bateries i objectius per a les tres tipologies de vehicles elèctrics.

Per a la comercialització de bateries en aplicacions tan exigents com les aplicacions als vehicles encara hi ha diverses barreres que cal superar, com serien la seguretat, el cost i l’operativitat a baixes temperatures. Per entendre què significa aquest darrer problema hem de saber que treballant a baixes temperatures (per sota una zona propera als 0 ºC), la potència disminueix considerablement com a conseqüència de l’augment de la resistència interna de les cel·les.

7.4. Introducció als supercondensadors per a vehicles elèctrics Per a aplicacions d’emmagatzematge d’energia en VE, fins ara generalment s’han utilitzat bateries químiques. Aquests elements emprats a bastament en el món de l’electrotècnia i l’electrònica són emprats com a acumuladors d’energia, si bé la seva capacitat sempre havia estat molt reduïda, encara que és suficient per a les necessitats dels circuits. En els darrers anys han sofert

Figura 69. Prototipus de vehicle elèctric híbrid endollable (PHEV) amb mòdul superconductor BlueAngel.

un notable desenvolupament i s’ha aconseguit un augment considerable de la seva capacitat que ha donat lloc a una nova tecnologia de supercondensadors amb nous camps d’aplicació, atesa la considerable capacitat d’acumulació de càrrega elèctrica. Els supercondensadors o “ultracapacitors” com se’ls coneix, poden aportar una solució al compromís entre pes i capacitat d’emmagatzematge d’energia. N’hi ha una gran varietat de dimensions i configuracions de moltes empreses dels Estats Units d’Amèrica, Àsia i Europa, on els costos han caigut en picat i s’apropen als 0,01 $ per Farad per a altes quantitats. L’aplicació dels supercondensadors, conjuntament amb altres tecnologies (híbrida elèctrica, cel·les de combustible...) afavorirà la millora del comportament global del sistema, ja que mentre altres sistemes d’emmagatzematge, com les bateries, tenen una resposta lenta, tant per disposar d’energia (sigui arrancada forta o pujada) com per captar-la (frenada), els supercondensadors tenen una resposta dinàmica molt ràpida. Alguns exemples d’utilització d’aquestes “bateries” els tenim amb una companyia de Texas que ha desenvolupat un nou sistema de capacitat anome-

Sumari

metàl·lic (NiMH) per a la seva aplicació en vehicles elèctrics. Per una altra banda també s’observa la superioritat de les bateries respecte els condensadors, atès el curt temps de descàrrega d’aquests, limitats a pocs segons. Així doncs, per a la seva aplicació als HEV, les bateries ió liti són suficients, ja que l’energia necessària és molt menor que per als EV. Les necessitats per a un PHEV de 60 km d’autonomia (96 Wh/kg d’energia disponible) es pot satisfer amb cel·les d’ió liti d’alta energia. De totes maneres resulta difícil concretar, ja que les necessitats són molt canviants per a diferents aplicacions. Mentre la potència de pic podria ser un criteri important per a HEV, la densitat d’energia ho és per als EV. A més, tenim altres criteris com el cost, la seguretat i la compatibilitat amb el medi ambient.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Capes

Figura 70. Característiques de potència i energia de diferents dispositius d’emmagatzematge d’energia.

Ànode

Càtode Separador

Figura 71. Estructura de doble capa dielèctrica prima per a la formació de gran superfície.

nat Electrical Energy Storage Units (EESU), amb capacitat de subministrar energia per a un cotxe petit amb una autonomia de 450 km. Es tracta d’un sistema basat en ceràmiques i fabricat amb tècniques de circuits integrats, adherint grans de pols de cristall de titanat de bari (amb molt alta permitivitat) sobre la ceràmica.

7.4.1. Comparació entre supercondensadors i bateries convencionals Les bateries convencionals presenten un comportament força deficient a baixes temperatures i una vida útil molt limitada sota certes condicions extremes, la qual cosa condiciona que s’hagin de substituir repetidament durant la vida del vehicle. A més, no estan dissenyades per satisfer els requeriments més importants dels vehicles elèctrics, com per exemple la necessitat d’aportar ràfegues de potència en intervals de segons en ocasió d’acceleracions o d’arrancada freda, o captura ràpida d’energia en frenada43. Per la seva banda, els supercondensadors ofereixen un molt bon comportament amb un ampli ventall de temperatures, atès que els ultracapacitors poden aguantar fins a -40 ºC, disposen d’una vida llarga, una recàrrega molt ràpida i una gestió flexible. Al ser utilitzats en combinació amb altres sistemes d’emmagatzematge d’energia (p.e. bateries químiques, cel·les de combustible, motor de combustió), el global del sistema pot complir els objectius de cost i comportament que no poden aconseguir-se emprant un sol dispositiu d’emmagatzematge. Com es pot veure a la figura 70, els supercondensadors gaudeixen d’una excel·lent densitat d’energia i temps d’accés, estan posicionats entre els condensadors electrolítics i les bateries recarregables petites, poden entregar fins a 10-20 vegades

més de potència (Joules o Watts) que les bateries, i ofereixen entre 1 i 100 vegades més densitat energètica (Wh/kg) que els condensador convencionals.

7.4.2. Tecnologia de supercondensadors Els supercondensadors estan constituïts per dos elèctrodes porosos aïllats de possibles contactes elèctrics per un paper separador impregnat amb un medi conductor d’ions. Emmagatzemen energia per la separació de càrregues a la interfície entre cada elèctrode i l’electròlit. Aquesta separació es produeix mitjançant el desplaçament dels ions presents a l’electròlit cap a l’elèctrode amb càrrega del signe oposat. La combinació d’uns elèctrodes amb una àrea específica molt elevada (de 1.000 a 2.000 m2/g) amb un electròlit amb una alta concentració d’ions permet crear aquest dispositius d’alta potència amb capacitats energètiques de 5 a 10 Wh/kg i valors de potència específica de l’ordre de 10 kW/kg.

7.4.3. Tipus de supercondensadors En funció del material que constitueix els elèctrodes o del tipus d’electròlit podem tenir diferents tipus d’aquests dispositius: • Supercondesadors de carboni. Són els més utilitzats i amb una major implantació tecnològica. Tenen unes bones prestacions i un cost baix.

43 Fins a un 25 % de l’energia en els VCI es converteix en calor per fregament en la frenada, que podria ser aprofitada amb aquesta nova tecnologia. Sumari

Sistemes d’emmagatzematge d’energia per als vehicles elèctrics

Pel que a fa al tipus d’electròlit es poden dividir en: • Supercondensadors aquosos. Per evitar que es produeixi hidròlisi amb el consegüent despreniment d’hidrogen i oxigen, tenen un reduït rang de treball, fins a 1 V. Són útils per a aplicacions amb altes potències. • Supercondensadors orgànics. El seu electròlit orgànic presenta una major capacitat d’emmagatzemament d’energia. Són útils per a aplicacions de major capacitat.

Exemple de dimensionament Suposem un vehicle circulant a 120 km/h i que volem aprofitar l’energia que generarà en realitzar una frenada, emmagatzemant-la en un supercondensador de tensió nominal 337 V, i volem dimensionar aquest dispositiu per aprofitar-ne tota l’energia. Energia cinètica del vehicle

Considerant una massa del vehicle de 1.450 kg, l’energia cinètica serà de 805 kJ. Per acumular-la en un supercondensador, aquest haurà de tenir una capacitat de

Ens caldria un supercondensador de 14 F. Considerant els valors de mercat habituals de 1.500 F a tensions de 2,5 V, disposarem d’una bateria de supercondensadors de 1.500 F/2,5 V col·locant en sèrie parelles associades en paral·lel. Amb 135 parelles assolim els 337 V, però la capacitat serà de 22,2 F (2*1500/135). Això ens permetrà acumular fins a 1.260 kJ.

7.5. Nous desenvolupaments i alternatives en la recerca de bateries Hi ha molt treball de recerca que es duu a terme tant en institucions públiques, centres de recerca i universitats com a l’empresa privada. El llistat de possibles alternatives quant a noves tecnologies per poder emmagatzemar l’energia és extens, i n’estan apareixen contínuament de noves. El que aquestes assoleixin un nivell de maduresa o se’ls atorgui la importància que es mereixen per poder ser implantades en forma de producció massiva per a aplicacions com la dels VE, dependrà del resultat obtingut segons els criteris d’avaluació analitzats en apartats anteriors. Volem finalitzar aquest apartat presentant algunes de les alternatives que en un futur podrien convertir-se en aplicacions en els VE. La diferència entre països quant a aquest tema de recerca és molt gran: es fan grans inversions als EUA i a països de l’Est molt avançats en aquestes tecnologies. De totes maneres, a Europa també hi ha gran desenvolupament, mentre que el nostre país sembla estar força endarrerit en aquest sentit.

7.5.1. Manipulacions genètiques En el camp de la recerca, en alguns pocs instituts, com ara el MIT de Massachusetts, el Max Planck Institute de recerca d’estat sòlid d’Alemanya, o el Texas A&M, han pensat en la biologia per tractar el tema de les bateries. Aquí es presentes dues àrees d’aplicació d’aquest coneixement que són molt avançades: • Generació d’hidrogen mitjançant bacteris. Investigadors del Texas A&M han aconseguit manipular genèticament el bacteri Escherichia coli per produir hidrogen a partir del sucre comú. L’E. coli normalment s’associa a la contaminació d’aliments poc cuinats, i es troba de forma natural al cos humà (una persona normal té 8 kg de bacteris al seu cos). Aquest produeix hidrogen per augmentar el pH del seu entorn per sobreviure-hi. També se’l coneix per altres aplicacions, com la neteja ambiental i altres. Finalment, a través d’un procés de manipulació genètica s’ha trobat una combinació de gens del bacteri que fa que produeixi més hidrogen. Dels 12 hidrògens de la glucosa, ara són capaços de capturarne de 2 a 4. Està en qüestió la seva aplicació en vehicles elèctrics, amb la generació de l’hidrogen en el propi vehicle a partir de la transformació de la glucosa en hidrogen. • Bateries d’ió liti construïdes a partir de virus recoberts. La fabricació de bateries d’ió liti consta de

Sumari

• Supercondensadors d’òxids metàl·lics de RuO2 i LiO2. Ofereixen bones prestacions però són d’implantació difícil pel seu elevat preu i el seu comportament ambientalment dubtós. • Superconductors de polímers conductors. Els materials actius són polímers conductors elèctrics. Presenten problemes d’estabilitat i de durabilitat.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

processos que requereixen components molt reactius, dissolvents agressius i altes temperatures, així com el perill en la manipulació del liti. És per això que s’han manipulat alguns virus per fer aquest procés molt més segur i net (MIT). En concret, han manipulat el virus M13 en un càtode, introduint un gen que fa que el virus produeixi unes proteïnes que el fan adherir ferro i ions de fosfat de la solució que l’envolta convertint-los en nanòfils. Com que utilitzant la mateixa tècnica viral també s’ha aconseguit produir ànodes, l’equip investigador ha pogut crear bateries d’ió liti de 3 V totalment basades en virus. El fet d’utilitzar nanoestructures pot potenciar molt més l’emmagatzematge de l’energia. • Si com a material d’emmagatzematge de liti actiu a l’elèctrode s’utilitza en comptes de carbó o grafit, nanòfil de silici, resulta que el silici pot emmagatzemar molt de liti i s’aconsegueix una altíssima capacitat, al menys 10 vegades més que amb la actual tecnologia.

7.5.2. Utilització de la nanotecnologia Seguidament es comenten alguns exemples de millora substancial en les eficiències de les bateries utilitzant en aquest cas millores que provenen del camp de la nanotecnologia. • Les bateries de liti-sofre podrien emmagatzemar el triple d’electricitat que les d’ió liti, gràcies a la nanotecnologia, reduint alhora el pes i el cost. Per aconseguir-les s’utilitza un carbó mesoporós, un material que presenta una estructura molt uniforme del pors a nanoescala. Mentre una cel·la típica d’ió liti té 500 Wh/kg, amb la de sulfur-liti es poden generar 1.200 Wh/kg. • Hi ha un material nou anomenat “grafè” del gruix d’un àtom, constituït per àtoms de carboni entrellaçats i densament encapsulats, de manera que 1 gr d’aquest material equival a una àrea de 2.630 m2, és a dir tenim una superfície específica de 2.630 m2/gr. Això vol dir que un major nombre de ions positius o negatius en l’electròlit poden formar una capa en les capes de grafè, d’on en resulten uns nivell d’emmagatzematge de càrrega excepcionals. Fins ara s’han aconseguit nivells similars als dels supercondensadors. • Els condensadors nanoestructurats, que es formen amb una làmina d’òxid d’alumini anòdic nanoporós. D’aquesta manera s’obtenen milions i milers de milions de nanoestructures idèntiques que reben, emmagatzemen i alliberen càrrega elèctrica.

7.5.3. Cel·les d’hidrogen Pel que fa a les cel·les de combustible, una de les que més ressò ha tingut per a aplicacions en vehicles ha estat la cel·la de hidrogen, que utilitza hidrogen com a combustible i oxigen de l’atmosfera per crear electricitat (vegeu també l’apartat 2.2.2). S’han invertit grans esforços per aconseguir un VE que pugui ser propulsat amb hidrogen, com la iniciativa del Congrés dels EUA amb una inversió en més de 10.000 milions de dòlars per investigar el motor d’hidrogen els passats cinc anys, o els 480 milions d’euros del Parlament Europeu, malgrat que finalment els plans per a la fabricació del vehicle de hidrogen no han reeixit. Produir hidrogen presenta un balanç energètic negatiu i costa més car que no el que després s’aporta en forma d’energia per al moviment del VE. Tant General Motors, que va iniciar l’era de l’hidrogen el 1998, i que va renunciar-hi més endavant, com també Toyota, han desviat l’atenció del vehicle d’hidrogen cap el VE, proporcionant tant sols alguns pocs models prototipus. La pila de combustible, l’element que fa reaccionar l’hidrogen amb l’oxigen per produir electricitat i aigua, ja està desenvolupada de fa anys, però la seva implantació al VE no acaba de funcionar, ni pel volum, ni pels riscos, ni pel preu. Un dels grans inconvenients a esmentar rau en el seu emmagatzematge, ja que l’hidrogen és un gas amb una densitat energètica molt baixa, que ha de ser comprimit per poder aportar prou energia al vehicle, i cal augmentar-ne moltíssim la pressió, amb els riscos que això comporta. A la figura 72 pot comparar-se l’eficiència dels sistemes basats en cel·les de combustible i hidrogen, amb els VE purs basats en bateries. Essent generosos amb els VCI, i suposant una energia de valor 100 per al petroli, el màxim d’energia que arribarà a les rodes44 serà de l’ordre de 25. En el cas de la pila d’hidrogen, aquesta presenta bons rendiments a potència nominal, disminuint en el cas de càrregues parcials, com seria el cas dels vehicles, a banda que l’hidrogen cal produirlo emprant gas natural, electricitat o biocombustibles, amb les pèrdues d’energia conseqüents. Així doncs, des de l’hidrogen fins a la roda, el que se’n diu Well to Wheel, per a una energia de 100 a l’entrada del sistema (abans de produir l’hidrogen), obtenim a la roda una energia de menys de 30, propera a la dels VCI. En canvi, segons aquest estudi, en el cas dels vehicles elèctrics, partint d’una mateixa energia de 100 en origen, les rodes n’aconseguirien 76, el doble que de les piles d’hidrogen.

41 Pel que fa a la part mecànica, l’eficiència del motor elèctric és 4 vegades superior a la del motor de combustió interna. Sumari

Sistemes d’emmagatzematge d’energia per als vehicles elèctrics

Línies elèctriques Eficàcia del 92%

Carregador de bateries Eficàcia del 92%

Bateries d’ió liti Eficàcia del 94%

Eix motriu elèctric Eficàcia del 89%

Electròlisi Eficàcia del 72%

Conducte d’H2 Eficàcia del 86%

Emmagatzament d’H2 Sistema de cel.les de combustible Eficàcia del 54%

Eix motriu elèctric Eficàcia del 89%

Figura 72. Diagrama de blocs de l’eficiència energètica des de la generació amb fonts renovables fins a les rodes de vehicles elèctrics i de vehicles amb hidrogen.

7.5.4. Bateries alumini-aire Aquestes bateries, que pertanyen a la família de bateries metall-aire, representen un pas endavant en la tecnologia de zinc-aire. Emmagatzemen 3,5 vegades més energia potencial que les de ió liti, amb una densitat energètica que arriba als 1.300 Wh/kg i s’espera poder assolir els 2.000 Wh/kg, emmagatzemant 21 vegades més energia. Els principals inconvenients d’aquestes bateries són allargar la seva vida i poder recarregar-les, ja que un cop s’ha consumit l’ànode d’alumini per la seva reacció amb l’oxigen atmosfèric, el càtode que està immers en un electròlit basat en aigua per formar òxid d’alumini hidratat, ja no produirà més energia. A la vegada, cal solucionar problemes de corrosió i d’estabilitat.

de tenir un compost químic oxidant, tenen una membrana en contacte amb l’aire que permet la difusió i la reacció amb l’oxigen. Això propicia la formació d’un hidròxid de metall i del corrent elèctric mentre encara hi hagi metall a l’ànode. Al ser una bateria que no necessita compost químic oxidant en el cos de la bateria, se’n redueixen el volum i el pes, amb la qual cosa augmenta la densitat energètica.

7.5.5. Bateries zinc-aire En un principi es tractava d’una bateria primària, que no es podia recarregar com la d’alumini-aire: se

Oxidació de l’ànode (1/2 reacció) AL + 2OH- → Al(OH)3 + 3e- + 2.31 V Reducció del càtode (1/2 reacció) O2 + 2H2O + 4 e- → 4 OH- +0.4 V Reacció total 4Al + 3 O2 + 6H2O → 4Al(OH)3 + 2.71 V

Figura 73. Bateria zinc-aire on s’observa com les partícules de zinc cauen a la cel·la.

Sumari

Les bateries consten d’un metall a l’ànode i d’un electròlit (dissolució de potassa), i al càtode, en comptes

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

n’havia de treure el zinc i carregar-lo fora de la bateria. De totes maneres ja hi ha empreses, com ara ReVolt que ha desenvolupat la primera bateria de zinc-aire recarregable. Es presenta com una alternativa a les cel·les de ió liti amb la versió de cel·la de combustible zinc-aire, que presenta un pes reduït i permet una

Sumari

recàrrega ràpida. Tenen una densitat energètica de 370 Wh/kg, i alguns experts creuen que el zinc podria ser el combustible elèctric del futur per la seva facilitat de càrrega i el seu alt potencial energètic. A més, teòricament poden ser reciclades indefinidament, sense perdre les seves qualitats químiques ni físiques.

8. Aspectes ambientals en relació . amb el vehicle elèctric La progressiva introducció dels vehicles elèctrics, principalment als nuclis urbans, i també a les àrees periurbanes, implicarà prendre en consideració tot un ampli ventall d’aspectes de caràcter ambiental. Tant per les seves característiques tecnològiques (de major eficiència) com pel fet que utilitza electricitat procedent de diverses fonts, incloses les renovables, aportarà un conjunt de beneficis de caràcter ambiental i de salut pública que caldrà avaluar, a la vegada que pot implicar alguns impactes negatius que ja s’està estudiant com minimitzar.

8.1. Contaminació acústica Un dels factors on el vehicle elèctric aporta millores respecte els vehicles convencionals és en relació amb el soroll. Aquest és un element d’importància sobretot als nuclis històrics de les ciutats, un dels indrets privilegiats on es preveu que es produeixi una ràpida implantació dels VE. Cal, doncs, contemplar de manera adient la importància que la difusió del VE ha de representar en la reducció dels nivells sònics avui dia excessius en moltes zones, que de manera crònica pateixen les ciutats de l’àrea mediterrània en particular i les grans urbs en general. La contaminació sonora

constitueix un dels focus principals de conflictivitat social i d’afectació per a la salut de les persones atès que provoca estrès, trastorn del son, fatiga, etc. Els VE aconseguiran reduir la major part de sorolls inherents al motor, canvi i transmissió, i fins i tot els de rodolament, pel fet que el seu esmorteïment és funció de la velocitat. Això ha portat a una exagerada percepció d’un possible increment del perill d’atropellament, precisament pel fet que la seva proliferació ha de representar una reducció del soroll als carrers. Tot i que caldrà efectuar-ne la quantificació, tot indica que la proliferació del VE permetrà pacificar i tranquil·litzar el soroll de les ciutats de manera important, en la mesura que se substituirà el focus principal generador de soroll ambiental i de fons que representa el trànsit, rebaixant sobretot els llindars més elevats (>70dB A)45. La figura 74 mostra una part del mapa sònic de Barcelona, i s’observa que en molts dels carrers els nivells de soroll superen els 70 dBA. En moltes ciutats europees s’han començat a prendre mesures, o s’estan plantejant adoptar-les, per obstaculitzar l’accés al centre de les ciutats dels VCI i alhora es facilita la mobilitat en transport públic, i s’adopten els VE com una mesura compatible amb la millora de la qualitat ambiental.

Figura 74. Ordre de magnitud de fonts de soroll en dB i mapa sònic de Barcelona.

Sumari

45 Hom considera que el confort es troba entre els 65 dBA de dia i els 55 dBA de nit. Les diferències són significatives ja que els dB es mesuren en una escala de tipus logarítmic i no pas linial.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

8.2. Generació de residus especials Un segon aspecte poc contemplat pel que fa als avantatges dels VE és tot allò que fa referència als diversos residus especials generats pels vehicles de combustió al llarg de la seva vida útil, com serien els líquids refrigerants, els olis minerals i d’altres lubrificants46, que han de ser substituïts periòdicament i que, pel seu alt potencial contaminant han de ser tractats en plantes especials, cosa que provoca unes despeses de gestió i tractament considerables. Amb els nous VE han de desaparèixer una gran part d’olis, greixos i altres fluids. Els nous tallers de reparacions de VE han de semblar-se més a laboratoris d’electrònica, amb bates blanques i equips de mesura, que als tallers amb granotes blaves ennegrides i amb taques d’oli i de combustibles derivats del petroli, que coneixem actualment. L’apartat 8.5 fa referència a l’impacte ambiental de les bateries.

D’altra banda, l’ocupació d’espai i els pneumàtics continuaran representant problemes, equivalents als que produeixen actualment amb els vehicles convencionals. Malgrat això, la millora substancial en la reducció de pes (menys pes equival a menys consum d’energia i menys contaminació), per estrictes necessitats mecàniques i d’autonomia, a la vegada que la millora en eficiència energètica, provocaran de manera sinergètica aconseguir noves millores ambientals i de conducció.

8.3. Emissions de gasos contaminants El vehicle elèctric presenta diferències significatives respecte al vehicle de combustió interna quant a les emissions de gasos contaminants (vegeu l’apartat 2.2.1 que conté les dades d’emissions dels vehicles de combustió interna). El vehicle elèctric no emet gasos en el seu funcionament, malgrat que cal considerar les emissions produïdes en la generació de l’electricitat que consumeix. En una primera estimació dels gasos contaminants considerant el cicle “del dipòsit a la roda” (TTW, en anglès) tindríem que per cada miler de vehicles elèctrics que introduíssim en una ciutat, aconseguiríem reduccions dins l’aire que respiren els ciutadans de l’ordre de més de 30.000 kg anuals de gasos contaminants (CO, NOx, HC).

Darrerament alguns centres punters mundials (MIT, NREL, European Topic Centre for Air and Climate Change–ETC/ACC) estan investigant les conseqüències energètiques i/o ambientals de la difusió dels vehicles i el seu potencial de bescanviar energia amb les xarxes de distribució, el que es coneix com a V2G (per l’anglès, vehicle to grid, del vehicle a la xarxa). Així, un recent estudi del prestigiós laboratori NREL (National Renewable Energy Laboratory) del Departament d’Energia dels Estats Units (Sioshansi, R.; Denholm, P., 2009), conclou que amb la difusió dels vehicles híbrids endollables que puguin abocar energia a la xarxa (PHVE i V2G,) s’aconseguirà una important reducció de contaminants convencionals, molt especialment dels NOX a les pròpies centrals elèctriques pel fet de la seva interconnexió i bescanvi d’energia a la xarxa. A més, segons aquest estudi la reducció es produiria en els mesos de l’any (l’estiu) en els quals l’ozó troposfèric és converteix en més problemàtic.

8.4. Anàlisi del pou a la roda: eficiència energètica del VE i emissions de CO2 Sovint s’afirma que la mera substitució dels VCI pels VE no aconsegueix millores ni reducció d’impactes ambientals significatius, si es té en compte tot el cicle de vida d’ambdós vehicles. S’argumenta que si hom considera les emissions de gasos contaminants i de CO2 en la generació d’electricitat, així com les pèrdues energètiques en la generació i transport i en la conversió en el propi vehicle, la mera substitució de combustibles fòssils per electricitat no representa cap avantatge. Tècnicament, la manera de contrastar l’exactitud d’aquestes afirmacions és procedint mitjançant una Anàlisi de Cicle de Vida (ACV). L’ACV constitueix una eina d’anàlisi i gestió ambiental que analitza els impactes d’un producte des del “bressol a la tomba” (és a dir, des que es produeix fins que es diposita com a residu). Ara bé, per poder aplicar aquesta metodologia cal disposar de bons inventaris, d’una correcta selecció d’impactes, i dels factors de caracterització i normalització adients47, etc. Davant de la complexitat i les incerteses que representa la introducció del VE, caldrà dedicar l’atenció necessària per disposar d’estudis complets de cicle de vida, de manera que els seus resultats permetin informar i esvair els interrogants o suposicions que podrien produir-se a l’entorn dels VE.

46 Només d’oli per al carter en necessitem més d’un centenar de litres al llarg de la vida mitjana d’un vehicle. 47 Es tracta de factors que contemplen el divers “pes” dels contaminants i factors de conversió que possibilitin efectuar comparacions de diferents impactes. Sumari

Aspectes ambientals en relació amb el vehicle elèctric

Del pou al dipòsit

Del dipòsit a les rodes

Eficiència 30 % Generació d’electricitat

Eficiència 80 %

Transmissió

Carregador de bateries

Bateria del Vehicle Elèctric

Pou

Eficiència 24 % Eficiència 16%

Refineria

Transport

Sortidor de benzina (per litre)

Eficiència 83 %

Vehicle de benzina

Eficiència 20 %

Figura 75. Comparació dels rendiments “del pou a les rodes” d’un vehicle elèctric i un de gasolina. Font: Tret de Berry et al, 2009.

Ateses les dificultats i complexitat dels estudis de cicle de vida, als EUA s’han desenvolupat molts estudis tipus “del pou a les rodes” (Well-to Wheels, en anglès, en sigles, WTW o W2W) que a nivell genèric permet un apropament més simplificat. Atès que l’eficiència final d’un sistema compost per diverses etapes i equipaments es correspon al producte dels rendiments de cadascun d’ells, pot efectuar-se una aproximació comparativa entre els motors de combustió i els nous vehicles elèctrics. En primer lloc, si fem una anàlisi de tanc-roda (TTW en anglès) comparem els rendiments del dipòsit de combustible a les rodes en els vehicles de combustió interna i des de les bateries a les rodes, en els VE. El motor elèctric i les bateries poden assolir una eficiència propera al 80 %, demostrant un primer diferencial de les eficiències energètiques dels VE respecte els VCI (que és de l’ordre d’un 20 %). L’aproximació de tanc-roda és útil pel que fa referència a l’emissió local i regional de contaminants en el marc d’una ciutat o àrea concreta, tant pel que fa als estàndards de qualitat de l’aire que marquen les directives europees, com per les incidències directes sobre la salut en aquells entorns on hi ha un major nombre de persones exposades. Ara bé, aquesta seria una estimació parcial i globalment podria induir-nos a error, de manera que es fa necessària

una anàlisi de conjunt, seguint el concepte més global “del pou a les rodes”, és a dir, analitzant des de la font primària d’energia (el pou de petroli, o de la font energètica que s’utilitzi per generar l’electricitat) fins a l’energia útil que es pot aprofitar en el vehicle. Aquesta anàlisi ens aproparia a una visió més completa i més propera a l’ACV. La producció d’electricitat requereix una font d’energia primària (que pot procedir d’un recurs convencional o de fonts renovables), generada amb uns determinats equipaments tecnològics, que poden ser molt variables amb rendiments molt diferents. Així, segons el mètode emprat de generació de l’electricitat poden aconseguir-se eficiències del 30 al 40 % per les centrals tèrmiques o nuclears convencionals, i a l’entorn del 50 % en centrals de cicles combinats de gas natural, i fins podrien considerar-se eficiències superiors i impactes molt reduïts en el cas de generar l’electricitat partint de fonts renovables.

D’entre els diversos estudis que presenten anàlisis WTW, s’ha seleccionat el dibuix de nesea.org extret d’una comunicació del MIT Electric Vehicle Team (Berry, et al, 2009) per la seva claredat expositiva. Així la figura 75 compara els rendiments d’un vehicle elèctric i un de gasolina seguint l’aproximació del pou a les rodes48. Pel que fa al vehicle elèctric, escollim la font energètica que més el penalitzaria, al suposar que es fa servir petroli per generar electricitat49. Com a resultat

48 http://web.mit.edu/evt/EVT2009_IAPClass_Day1.pdf.

Sumari

49 Tot i sabent que actualment aquest recurs estratègic de la indústria petroquímica es destina a altres finalitats (carburants i matèries primeres). Als EUA es feia servir un 17 % de fuel per generar electricitat l’any 1973, mentre que el 2005 aquell recurs tan sols representava el 3 %. A Catalunya, la generació d’electricitat procedent del recurs fuel-gas el 2006 era d’un 2,3 %.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

tindríem per una banda uns baixos rendiments de generació i transmissió de l’energia elèctrica fins arribar al dispositiu de càrrega de les bateries (el que es coneix “del pou al dipòsit” o millor dit a l’endoll), amb una eficiència global de l’ordre del 30 %. Si considerem per altra part una eficiència del 80 % la del conjunt bateriavehicle, el nivell total d’eficiència aconseguit des del pou fins a les rodes amb els VE seria a l’entorn d’un 24 %. Per la seva banda, en el cas del vehicle de combustió interna, si considerem una eficiència del refinatge i transport de gasolina fins al sortidor de l’estació de servei d’un 83 %, i acceptant un rendiment dels vehicles de combustió interna del 20 % s’obté una eficiència global del pou a les rodes del 16 %. Així, doncs, fins i tot en el pitjor dels casos existeix una notable millora de l’eficiència dels VE respecte dels convencionals50, en un ordre situat entre el 8 i 9 %. Aquesta diferència aniria augmentant a mesura que s’adoptessin rendiments més propers a la realitat de la generació elèctrica actual (la generació amb cicles combinats té una eficiència propera al 60 %) el que ens donaria un valor diferencial molt alt a favor del VE. Partint d’aquesta realitat i sabent que l’emissió equivalent de CO2 de la cistella espanyola de generació elèctrica el 2009 se situa a l’entorn dels 386 gr CO2/ kWh és fàcil calcular que un VE podria estalviar al llarg de la seva vida entre 10 i 40 t de CO2 en funció del recurs energètic i de les tecnologies emprades en la generació de l’electricitat. Una primera conclusió arran d’aquests resultats és que els VE podran tenir un paper essencial en la reconversió del sector del transport, un dels que major afectació té en la desestabilització de les concentracions de gasos amb efecte d’hivernacle a l’atmosfera. D’altra banda, tant el Departament d’Energia dels Estats Units d’Amèrica com diverses ONG (WWF) també han realitzat diversos estudis comparatius entre VCI i VE de fa uns anys, i han arribat a la conclusió que aquests darrers eren entre 3 i 4,4 vegades més eficients que els convencionals51. Per una altra banda el California Air Resources Board va realitzar l’any 2005 una completa ACV amb vehicles híbrids analitzant diversos aspectes ambientals i va concloure que, a banda d’una important reducció de partícules, s’aconseguia una reducció de dues terceres parts dels gasos amb efecte d’hivernacle (EPRI, 2007). De llavors ençà les perspectives han anat millorant. Partint de dades reals de consum dels VE existents, s’accepta un consum d’energia que pot situar-se en50 L’eficiència del VE és un 50 % major que la del VCI (24-16/16 = 0,5). 51 Kendall, G (2008). Sumari

Eficiència global dels VE amb cel·les de combustible = 24 %

Electròlisi 70 %

Transport H2 95 %

Compressió H2 76 %

Transport d’electricitat 92 %

Carregador de bateries 89 %

Cel·les de Fuel 54 %

Conducció elèctrica 89 %

Fonts Renovables 100 % Bateries ió liti 94 %

Conducció elèctrica 89 %

Eficiència global dels VE híbrids endollables = 69 %

Figura 76. Comparació de l’eficiència “del pou a les rodes” entre VE amb cel·les de combustible i l’híbrid endollable, utilitzant energies renovables.

tre els 100 i els 200 Wh/km; creuant aquestes dades amb les emissions dels VCI i les que procedirien dels sistemes de generació elèctrica, pot calcular-se i quantificar la reducció de diverses càrregues ambientals que aconseguiríem amb la introducció de VE en el parc de vehicles actualment existent. Enfocant la qüestió des d’un altre aspecte, hem d’assenyalar la simplicitat tecnològica que representa el control i mesura d’un nombre reduït de grans focus puntuals de les centrals de generació si es compara amb les dificultats de control dels milions de focus difosos que representen els tubs d’escapament dels VCI, també contribuiran a la millora ambiental en diversos camps. Existeixen altres estudis que han avaluat des de la fase de fabricació fins el desballestament (p.e. Argonne National Laboratory, NREL, MIT...) on s’ha tingut present des de les matèries primeres fins a la quantitat de CO2 associada als VE. Sempre s’ha considerat una millora de l’eficiència energètica i una reducció d’emissions contaminants i de GEH. Fins i tot en el cas d’acceptar una major empremta de CO2 en la fabricació dels VE, a causa del fort impacte actual de les bateries, hom suposa que a partir dels 35.000 km, és a dir entre 2 i 3 anys d’utilització del vehicle, el balanç es converteix en favorable als VE, i que aniria millorant fins el final de la seva vida útil. A banda d’aquest balanç global tan favorable als VE respecte els VCI, cal afegir les millores immediates que representa la seva implantació en aquelles “àrees ambientalment més sensibles” que presenten moltes ciutats, i molt especialment els seus centres històrics. Per aquest motiu no ha d’estranyar que des d’aquesta òptica la di-

Aspectes ambientals en relació amb el vehicle elèctric

fusió de VE trobi un nínxol privilegiat d’ús en determinats espais de les ciutats, al representar una reducció immediata i molt efectiva de tot tipus d’emissions. Finalment, la figura 76 compara l’eficiència energètica de vehicles amb cel·les de combustible d’hidrogen i els vehicles elèctrics amb bateries, assumint que en ambdós casos l’electricitat és obtinguda de fonts renovables com l’eòlica, solar, geotèrmica, de marees o d’onades. Es mostra una clara superioritat tecnològica d’aquests darrers, una altra de les causes de l’aturada tecnològica d’aquella tecnologia i de les expectatives que el recurs hidrogen havia generat.

en el pitjor dels casos, neutralitzar-ne el potencial contaminant. Òbviament, ni els abocadors ni la incineració de residus són sistemes adequats per a aquests materials. Igual com amb els vehicles, els darrers anys s’han desenvolupat anàlisis de cicle de vida particularitzats per a les bateries que permeten identificar els aspectes ambientals i els impactes potencials més importants del producte des de l’adquisició de les matèries primeres, passant per les diverses etapes de la producció, fins que deixen de ser útils. Els estudis d’aquest tipus no poden ser completament exhaustius, ja que cal escollir fins a quin nivell de detall es vol assolir. Actualment ja es disposa d’estudis on s’analitzen diferents unitats funcionals com per exemple:

8.5. Les matèries primeres i els impactes ambientals de les bateries Com s’ha explicat adés i ara, les bateries constitueixen l’element clau per al desenvolupament dels VE, i han esdevingut un important focus de discussió sobre quines són les tecnologies més adequades i la possible escassetat de les matèries primeres que caldrà emprar. Alhora, el debat també s’ha estès cap els aspectes ambientals, pel fet que entre els seus components hi trobem metalls pesats i/o compostos químics que podrien ser perjudicials per al medi ambient. Avui dia, el gran nombre de bateries d’àcid-plom existents genera al final de la seva vida una gran quantitat de problemes, tot i que als països desenvolupats una part important de les bateries és portada a centres especials per ser reciclades i recuperar-ne els seus components o,

• La possibilitat de cobrir certa distancia amb una càrrega de les bateries. Així hom pot seleccionar una distancia de 60 km amb una càrrega del 80 %. • Els impactes ambientals al recórrer 180.000 km, distància corresponent a 3.000 cicles de càrregadescàrrega (càrrega al 80 %). • Els efectes del pes del vehicles d’uns 880 kg, inclosos uns 75 kg associats per passatger. • La producció energètica, el percentatge de reciclatge, la neutralització de l’electròlit, etc. La finalitat d’aquest tipus d’estudis ofereix elements per definir el tipus de bateria més adient per a un determinat tipus de vehicle elèctric, tant des del punt de vista tècnic com ambiental. Segons un estudi52 que considerà una amplia gamma de bateries (metall-àcid, níquel-cadmi, níquel-hidrur

Impacte ambiental (*) Densitat E (Wh/ kg)

Nombre de cicles

Eficiència energètica (%)

Muntatge i reciclatge

Ús addicional per la massa

ús addicional per eficiència

Pb-àcid

500

82,5

282

81,4

140

NiCd

1.350

72,5

241

59,7

243

NiMH

1.350

70,0

168

52,4

271

Ió-Li

125

1.000

90,0

189

21,7

66,9

NaNiCl

125

1.000

92,5

112

22,8

99,5

* Metodologia de l’Eco-indicator on la major penalització s’obté per la suma d’Ecopunts de contaminants i categories d’impacte. Taula 13. Afectació en el cicle de vida de les principals tecnologies de bateries. Font: Van den Bossche, 2005.

Sumari

52 Van den Bossche, 2005.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Extracció de matèries primeres

Planta de processat

Producció de components

Desmuntatge i reciclatge

Ús de la bateria

Muntatge de bateries

Incorporació al vehicle

Dipòsit o incineració

Figura 77. Esquema del cicle de vida d’una bateria

metàl·lic, sodi-clorur de níquel i ió liti), procedint segons el sistema d’avaluació conegut com Eco-indicator i emprant eines de modelització com la coneguda SimaPro, ha permès identificar i valorar aspectes com la densitat energètica, el nombre de cicles, o els impactes per massa addicional. D’aquell treball es desprèn que les bateries de níquel-cadmi i de metall-àcid presenten els majors impactes, mentre que les d’ió liti queden situades entre les més baixes. Pel que fa a l’existència i obtenció de matèries primeres, en el cas de les bateries de liti el recurs natural és el carbonat de liti, que s’obté principalment a les muntanyes dels Andes de Sud-amèrica (Argentina i Xile), i d’algunes regions de Xina i Austràlia. Per la seva banda a Bolívia es construirà ael 2010 una planta pilot de carbonat de liti al Salar de Uyuni, en el que sembla ser una de les majors reserves mundials, amb una capacitat prevista de 5,5 milions de tones (160 Mt segons el govern bolivià). Algunes fonts indiquen que gairebé podria representar la meitat de les reserves mundials certificades de liti (13 Mt). S’ha procedit a una negociació directa del president Evo Morales amb les firmes japoneses Sumimoto i Mitsubishi, i amb el fabricant de bateries francès Bolloré, per a la seva industrialització. Lògicament, la importància estratègica que ha adquirit aquest recurs ha despertat un fort interès entre el fabricants d’arreu. Menys difusió sembla haver tingut l’existència dels importants recursos existents al Kings Valley al desert de Nevada dels EUA (Burnett, C. 2009). Així, a banda de Bolívia hi ha llacs de sal a Xile (Salar de Atacama,

Sumari

3 Mt), un prometedor dipòsit de Liti al Tíbet (1,1 Mt), i també al Brasil (9,9 Mt), Argentina (0,4 Mt) i l’esmentat dels EUA, al desert de Nevada, que podria ser un dels dipòsits més grans del món. Una dada important a remarcar pel que fa a aquesta matèria primera, que ha fet pública la Societat Química de Minerals (SQM) de Xile, és la demanda internacional de carbonat de liti, que el 2008 va ser de 115.000 t, de les quals 22.000 t de contingut metàl·lic de liti. Aquesta demanda ha crescut entre el 5 i el 7 % anual entre 2004 i 2008, mentre que el preu de la tona de liti s’ha multiplicat per vuit en els darrers vuit anys al passar dels 350 dòlars EUA del 2003 als 3.000 dòlars actuals. Cal considerar que malgrat el preu de la matèria primera estigui a l’alça, el preu per kWh de les bateries de liti ha estat decreixent moltíssim en els anys degut als grans avanços tecnològics en aconseguir més densitat energètica per pes de liti. D’altra banda, el subministrament de liti ha de competir amb la demanda dels telèfons mòbils i els ordinadors, si bé sembla no haver-hi problemes per la demanda a curt i mitjà termini, existint nombroses investigacions que estan fent avançar els resultats de manera espectacular, i apareixen també altres alternatives. Referent a les bateries de zinc, la producció mundial d’aquest element, és el tercer o quart en quantitat de metall, de manera que és el metall més abundant i econòmic, capaç de sostenir un mercat expansiu com podria ser el dels VE.

9. Actuacions destacades d’alguns països. La resposta de les ciutats

Efectivament, com s’ha explicat a bastament, el model actual de mobilitat ha tocat sostre i són moltes les ciutats que de forma progressiva han anat aplicant mesures restrictives a la circulació amb vehicle privat. Actualment ja hi ha plans a diversos països, com Suècia i Dinamarca, que es plantegen la prohibició i/o substitució global dels actuals vehicles de combustió interna, per vehicles amb una font energètica alternativa a la dels carburants procedents del petroli. Segurament un antecedent notable que cal esmentar és l’experiència ELCIDIS (acrònim de ELectric vehicle CIty Distribution Systems), que fou un projecte que comptà amb el suport de la CE i que es desenvolupà entre els anys 1998 i el 2002, en el qual participaren les ciutats de Rotterdam, La Rochelle, Estocolm, Stavanger, Erlangen i la regió de la Llombardia, tal com es mostra a la taula 14. Aquest projecte, tot i ser limitat, i que amb la perspectiva actual pot semblar relativament “antiquat”, va permetre estudiar in situ el comportament de vehicles elèctrics i híbrids en la DUM. Una de les principals conclusions d’aquella experiència fou prou alentidora: Per concloure, els conceptes distribució urbana emprant vehicles elèctrics (híbrids) no són utòpics, però encara queden lluny i s’han d’eliminar barreres substancials abans que puguin ser d’aplicació general. Tant els fabricants de vehicles com les autoritats públiques poden proporcionar els elements clau per a una distribució urbana més neta en el futur. (ELCIDIS, 2003). Els coneixements que aportaren els 55 vehicles elèctrics usats el l’experiment sobre la distribució urbana foren prou importants. Ràpidament s’hi afegiren una sèrie d’iniciatives municipals, amb la participació d’empreses privades i públiques en diverses ciutats europees, entre les quals, i sense ànim de ser exhaustius, caldria citar les experiències de VE en la distribució urbana de correus, especialment el conegut amb el nom de projecte EVDPost (Electric Vehicle Deliveries) en el qual intervingueren 59 vehicles en 16 ciutats

d’Alemanya, Suècia, Finlàndia, França i Bèlgica; o el projecte Greenpost (experiències a Peruggia, Bruges, Szentendre (Hongria) i Rousse (Bulgària), amb un total inicial de 67 vehicles. A l’Estat espanyol cal citar les experiències de Correus amb l’adquisició d’un conjunt de furgonetes i motocicletes elèctriques a inicis de l’any 2008. Tanmateix cal destacar altres projectes com el Tellus a Rotterdam, Berlin, Göteborg i Gdynia, dintre del marc de Civitas-initiative, amb què es va estudiar el comportament de diferents vehicles per a la DUM. Ha estat en els dos darrers anys quan les iniciatives i projectes han crescut de manera exponencial, resultant difícil el seguiment de la multiplicitat d’iniciatives actuals. Tot i amb això, cal assenyalar una confusió que de vegades es dóna en el moment d’efusió actual, al donar per feta l’existència d’instal·lacions quan en realitat són en fase de projecte, encara que sigui a curt termini. Un país que ha estat noticia el 2009 és Portugal, el qual ha realitzat una forta aposta per la implantació de vehicles elèctrics, ja que es proposa instal·lar 1.300 punts de recàrrega de bateries en el transcurs de l’any 2010, equips que podrien instal·lar agents molt diversos, si bé el sistema de pagament seria gestionat com una concessió a una empresa dependent de l’Administració central del Govern (Ministeri d’Economia o d’Indústria). Per una altra banda, des del propi Govern del país s’han establert negociacions al més alt nivell amb l’empresa Nissan per optar a la construcció d’una disputada fàbrica de bateries que proveiria tot el mercat de VE europeu. A Alemanya, des del gener de 2008, s’ha implantat l‘obligatorietat de disposar d’un distintiu ecològic (umweltplakette) per circular dins les zones protegides de més de 40 ciutats, si bé com model ha destacat la ciutat de Berlín, on el seu centre històric compta amb una desenvolupadíssima xarxa de transports públics, a la vegada que és una de les ciutats amb un major ús de la bicicleta. La ciutat, com tantes altres, ha anat posant traves a la circulació de vehicles privats, els quals han de pagar una taxa en funció del seu nivell de contaminació, que s’acredita amb un distintiu de diferent color (verd, groc o vermell, en funció de l’emissió de partícules) a la part frontal del vehicle. 85

Sumari

Dins els nínxols privilegiats per a una implantació a curt termini dels vehicles elèctrics, a banda de les flotes de serveis municipals i de distribució de petites mercaderies, hi destaquen les ciutats, i molt especialment els seus nuclis històrics.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Logística Serveis de distribució

Paquets postals

Rotterdam

Estocolm

Distribució de mercaderies com ara paquets postals, alimentació i roba

Paquets postals i missatgeria

La Rochele

Vehicles Àrea operativa

Centre de la ciutat

Centre de la ciutat i regió

Centre de la ciutat

Nombre i tipus 3 furgonetes elèctriques Mercedes Sprint 4 furgonetes elèctriques Mercedes Sprint 6 camions híbrids elèctrics Mercedes ATEGO 1217

Tipus de bateria 6 de sodi-clorur de níquel ZEBRA Z5C 12 de sodi-clorur de níquel ZEBRA Z5C 6 de plom

Capacitat en kg 1.250 1.000-1.500 2.300

3 furgonetes elèctri3 de níquel-cadmi ques Citroën Berlingo

440

6 furgonetes elèctri6 de níquel-cadmi ques Citroën Berlingo

500

1 furgoneta elèctrica FAAM Jolly 1200

1 de plom

900

1 cotxe elèctric Citroën Saxo

1 de níquel-cadmi

300

10 híbrids elèctrics Audi Duo

10 de plom

400

Erlangen

Servei de distribució de mercaderies i documents

Centre de la ciutat i regió

Regió de Llombardia

Distribució de correu i serveis

Centre de la ciutat 13 furgonetes elèctri13 de níquel-cadmi i regió ques Citroën Berlingo

500

2 furgonetes elèctriques Peugeot Partner

500

Stavanger

3 de níquel-cadmi

2 furgonetes elèctri2 de níquel-cadmi ques Citroën Berlingo Correu, paquets postals, Centre de la ciutat documents i equips i regió 2 cotxes elèctrics 2 de níquel-cadmi Citroën Saxo 1 furgoneta elèctrica Mercedes Sprint

1 de plom

500 300 500

Taula 14. Característiques bàsiques del projecte ELCIDIS. Font: ELCIDIS, 2002.

Els vehicles amb un alt nivell d’emissió de partícules, o amb distintiu diferent del verd, no podrien circular per diferents indrets del seu centre històric, o en els dies amb elevada contaminació, segons s’indica amb senyals de circulació adients. La ciutat, tot i disposar ja d’alguns punts de recàrrega per a VE, ha anunciat la instal·lació de més de cinc-cents nous punts a la ciutat amb importants mesures per a la reducció de la mobilitat amb vehicle privat de combustió i avantatges per la difusió de VE. En el projecte, que s’ha d’estendre per tot el país, hi participen les empreses més importants del sector d’automoció, així com les companyies elèctriques. Fora d’Europa, l’estat d’Israel per raons òbvies de caràcter estratègic, anuncià a principis de 2008 un dels projectes més grans i de major difusió mediàtiSumari

ca, conegut com Better-Place, amb la participació del Govern i la implicació personal del primer ministre Ehud Olmert, les companyies Renault-Nissan i una empresa de capital-risc amb seu a Palo Alto (Califòrnia) que és la que desenvoluparà el projecte per desplegar i implantar VE, conjuntament amb un sofisticat sistema per a la recàrrega i la substitució de bateries, emprant com a recurs fonts energètiques renovables. El Govern del país es proposa oferir importants avantatges fiscals i ajuts econòmics; la casa Renault proveirà els VE; l’empresa Nissan, a través d’una filial compartida amb NEC, és l’encarregada de desenvolupar una bateria que respongui a les necessitats dels VE i en garantirà la fabricació a gran escala, mentre que Project Better Place construirà la xarxa de recàrrega de bateries per tot el territori. Els VE arribaran al mercat cap el 2011, i mitjançant sistemes de comunicacions i d’informàtica

Actuacions destacades d’alguns països. La resposta de les ciutats.

s’indicarà als conductors la disponibilitat d’energia i els punts de recàrrega més propers disponibles.

L’any 2007 a Suècia el sector de transport domèstic representava una tercera part del total de les emissions atmosfèriques. Per fer front a aquest repte i aconseguir a la vegada una reducció substancial dels GEH, el govern suec aprovà un important pla d’acció, amb la sorprenent proposta d’aconseguir una total independència dels combustibles fòssils l’any 2030, implicanthi tota la flota de vehicles del país. La indústria sueca es proposa situar-se a l’avantguarda d’aquesta transició, fabricant vehicles elèctrics, híbrids i alternatius amb biocombustibles, mentre que per la seva banda el govern està desenvolupant diversos canvis en els impostos, en el sentit d’augmentar la penalització dels carburants convencionals i d’incentivar i subvencionar generosament els vehicles alternatius de baixes o nul·les emissions. Continuant en els països nòrdics, la ciutat d’Oslo treballa en la mateixa direcció per aconseguir la reducció d’emissions i de GEH, encoratjant la utilització de VE. Ha establert un programa amb 400 punts de recàrrega, alhora que el país ja compta des de fa vora 20 anys amb un fabricant important de VE, conegut com Th!nk City. Per la seva banda, diferents ciutats noruegues com Bergen, Tonsber i Hes, han adquirit una quinzena d’equips a l’empresa catalana Circutor per instal·lar equips de recàrrega a la via pública. Ben possiblement un dels models més atractius per a les nostres ciutats seria el desenvolupat a Londres, que amb una decidida voluntat de reduir les emis-

Figura 78. Punt de recàrrega per a vehicles elèctrics a Berlín.

Figura 79. Vehicles elèctrics de Dinamarca per a Car Sharing, i distintiu verd per circular pel centre de Berlín.

Figura 80. Senyal i punt d’aparcament per a vehicles elèctrics a Londres. Vehicle per a la distribució de mercaderies.

sions contaminants (NOx, PTS...) i els GEH, adoptà un paquet de mesures amb un notable augment de taxes i una progressiva restricció per circular dins la City amb VCI. Així, ha actuat per la via de la incentivació i bonificació dels vehicles elèctrics, alhora que desenvolupava la instal·lació de punts de recàrrega, i ha aconseguit disposar al març del 2005 d’una flota de 1.278 VE, la meitat dels quals pertanyia a la flota de serveis municipals (transport de mercaderies, recollida de residus...), en un moment en què l’oferta de VE era força reduïda, si bé pot comprovar-se l’eficàcia de les actuacions quan, amb la introducció al mercat del model G-Wiz de la casa REVA, se’n vengueren més de 500 unitats en un curt termini de temps. 87

Sumari

Un altre país amb un alt desenvolupament tecnològic i energètic, i que per la seva geografia presenta unes característiques immillorables per a la implantació de VE, és Dinamarca. Aquest és un dels països europeus que ha anunciat un dels programes més ambiciosos en relació amb la mobilitat, tant pel que fa a la substitució “definitiva” dels vehicles convencionals per altres d’elèctrics o alternatius en l’horitzó de l’any 2025, com perquè des d’instàncies governamentals s’han anunciat importants mesures (ajuts econòmics, eliminació de càrregues fiscals...) amb una important inversió de 1.250 M€, i una voluntat d’implantar 500.000 punts de recàrrega, a banda de 150 estacions de servei robotitzades (projecte Better Place) per a la substitució ràpida de les bateries descarregades. El país ha aconseguit un gran consens amb una gran quantitat d’empreses implicades, a la vegada que ja planteja projectes capdavanters, com el dels vehicles connectats a la xarxa perquè actuïn com a bescanviadors d’energia dins d’un complex sistema de gestió de la demanda, conegut per les sigles V2G (vehicles to grid).

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

La consultora Altran Technologies considera que per cada 1.000 VE introduïts en una ciutat s’estalviarà l’emissió d’entre 700 i 900 kg de partícules, uns 4.000 kg de NOx i s’aconseguirà una reducció unitària per vehicle del 30 al 40 % de GEH; tot això considerant la combinació de fonts de generació elèctrica vigent. Com moltes altres ciutats d’arreu del món estudiades, les xifres de la mobilitat ens indiquen que el 84 % de ciutadans londinencs realitza un desplaçament mitjà diari amb vehicle inferior als 20 km, i el 95 % dels viatges motoritzats són de menys de 75 km al dia, distàncies plenament assolibles amb els VE existents. La implantació d’una important taxa situada per sobre dels 1.865 €/any, i el fet d’oferir un descompte del 100 % als posseïdors de VE, a banda d’altres avantatges com les facilitats d’aparcament, o la gratuïtat de la recàrrega elèctrica, han fet que acualment hi hagi un registre de 15.000 vehicles híbrids i 1.700 VE, i que hi hagi un alt potencial pendent dins de segments com el de les furgonetes i camionetes per a la distribució de mercaderies. A Espanya, el Pla Movele, així com altres iniciatives governamentals, es proposen fer front al repte dels VE i de les xarxes de recàrrega. Per a això s’han seleccionat inicialment tres ciutats espanyoles, Sevilla, Barcelona i Madrid, si bé són moltes més les que estan desenvolupant iniciatives en la mateixa direcció, com per exemple la ciutat de Gijón, la ciutat de Màlaga –on estan pensant en el tancament del centre històric–, o bé les iniciatives del País Basc, les Balears i Canàries, entre moltes altres. Sens dubte l’ any 2010 serà pròdig en iniciatives relaciones amb la mobilitat a les ciutats i la implantació de VE. Pel que fa a Catalunya, cal esmentar que les ciutats de Sabadell i Barcelona han estat pioneres. La primera per instal·lar equips de recàrrega a la via pública i disposar d’una flota de VE pels serveis municipals; i Barcelona pel seu important plantejament global de la mobilitat. La iniciativa d’implantar flotes de VE en les noves contractacions de serveis públics, ha tingut com a conseqüència la presència de més d’un centenar de vehicles elèctrics que actualment ja realitzen serveis municipals amb una reducció important d’impactes ambientals. Per una altra banda és a punt de sortir el concurs públic per a la instal·lació d’una xarxa de punts de recàrrega exteriors a via pública, a la qual seguirà un important desenvolupament de punts interiors a pàrquings públics. Pel que fa a les infraestructures de recàrrega, dins la ciutat s’ha previst instal·lar-hi més de 190 punts abans del 2012, fins aconseguir una veritable malla a tota la ciutat (vegeu també l’apartat 4.4, on s’exposen les experiències de la introducció del vehicle elèctric en la distribució urbana de mercaderies). Sumari

Figura 81. Pla de mobilitat amb VE de la ciutat de Gijón.

Figura 82. Senyalitzacions d’aparcament per a la recàrrega de vehicles elèctrics.

Un recent estudi de la consultora especialitzada Frost & Sullivan ofereix una relació de punts de recàrrega instal·lats en diversos països, entre els quals destaquen els EUA, amb més de 500, Alemanya amb 380, França amb 260, el Regne Unit amb gairebé 200, o Mònaco amb més de 175 punts. S’ha previst un escenari imponent de creixement dels punts de recàrrega a Europa fins el 2015 que oscil·la dins un ventall que va dels 360.000 punts fins a 700.000 en l’escenari més optimista. La recent proposta “The Green Cars Initiative” de la UE, en la qual es focalitzen diverses accions per al desenvolupament de VE i de PHVE amb pressupostos multimilionaris, haurà de servir perquè tots els països membres desenvolupin importants programes de recerca i desenvolupament industrial dins aquests sectors emergents tan importants.

10. Conclusions, propostes . i recomanacions

Suposant el límit superior d’energia per a una gamma alta de vehicles, i acceptant com a hipòtesi de càrrega unes bateries que acumulin una energia equivalent a 30 kWh, i que efectuïn unes 300 operacions anuals, ens situaríem en una demanda d’electricitat de 900 GWh/any, que representa una quantitat d’energia inferior a la que poden produir una desena de parcs eòlics tipus de 50 MW, o bé menys de la meitat de la producció d’una central de cicle combinat estàndard. Com fàcilment pot deduir-se d’aquestes premisses, l’aspecte clau pel que fa al subministrament futur de l’energia necessària no rauria tant en la generació o el transport d’aquesta energia, sinó que en aquesta fase els esforços s’hauran de centrar més aviat en la distribució d’energia, atès que aquest podria constituir l’esglaó més feble del sistema, tant a nivell regional o local, com fins i tot puntual. La perspectiva que puguin aparèixer problemes regionals, locals i puntuals en alguns indrets de la xarxa de distribució constitueix un motiu més que suficient per recomanar la necessitat d’estudis i anàlisis “oficials” promoguts per les institucions implicades que permetin detectar els problemes i anticipar-s’hi, identificant els punts febles i la capacitat de càrrega màxima que aquests punts podran suportar.

10.1. Recàrrega intel·ligent dels vehicles elèctrics El major problema des del punt de vista del subministrament d’energia pot aparèixer per la complexitat que representaran l’orientació i el condicionament

dels usuaris cap una recàrrega “intel·ligent” que sigui realitzada a les “hores vall”, les de menor demanda del sistema, i que s’efectuï majoritàriament de forma lenta. L’existència d’una xarxa elèctrica molt desenvolupada amb una multiplicitat de punts de recàrrega que poden subministrar energia a qualsevol hora del dia, i la plausibilitat que conflueixin de manera aleatòria un cert nombre d’usuaris en moments d’elevada demanda, en qualsevol indret i hora del dia, podrien ocasionar problemes de sobrecàrrega a la xarxa. És per aquest motiu que caldrà efectuar un desplegament normatiu que a hores d’ara és inexistent, que vagi en paral·lel a la comercialització i venda de VE. Per aconseguir aquests objectius el Govern haurà de desplegar iniciatives conjuntes que impliquin les companyies elèctriques, l’operador del sistema i els subministradors d’equips, efectuant en paral·lel els estudis tècnics i jurídics necessaris que tinguin en compte tots els canvis normatius (facilitat de connexió i formes de facturació de l’energia, requeriments de qualitat de la xarxa...). L’agilitat com s’ha procedit al canvi de normativa en la Llei de propietat horitzontal pel que fa referència a la instal·lació de sistemes de recàrrega, constitueix un bon exemple de la forma de procedir necessària. Catalunya presenta actualment una combinació de fonts de generació d’energia fortament marcada pels sistemes convencionals, que representen aproximadament un 89 %. Per tant, a dia d’avui, el vehicle elèctric seria carregat pràcticament en la seva totalitat amb energia convencional. Però d’acord amb l’escenari IER del Pla de l’Energia de Catalunya, que preveu una forta implantació eòlica de més de 3.500 MW de potència l’any 2015, així com de nous desenvolupaments en microgeneració i generació distribuïda, aquesta tendència podria invertir-se. Si bé la popularització de VE en un escenari com l’actual ja presenta importants avantatges energètics, per la substitució d’un recurs primari tan crític com són els carburants derivats del petroli, en la mesura que hi hagi una major aportació de renovables a la combinació de fonts de generació elèctrica es reduiran de manera substancial les emissions de contaminants i de gasos amb efecte d’hivernacle. Les previsions futures indiquen una major complexitat de la xarxa amb una microgeneració distribuïda que farà més difícil la previsió, i per aquest motiu tanmateix caldrà un nou desenvolupament d’equips de 89

Sumari

Arran de les prospectives pel desenvolupament de VE en el panorama internacional i les importants expectatives de comercialització per part de les grans firmes d’automoció mundial, en aquest estudi s’ha previst que en un període relativament curt, entre 2010 i 2015, a Catalunya també es puguin assolir uns percentatges situats a l’entorn del 2 % del seu parc mòbil. Aquest percentatge representaria una xifra d’entre 80.000 i 100.000 vehicles elèctrics, considerant tots els segments de mercat (motos, furgonetes i turismes). S’ha pogut comprovar com altres estudis de prospectiva consideren hipòtesis similars de creixement (p.e. les previsions del Rocky Mountains Institute, 2009), conjuntament amb d’altres força més optimistes.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Presa de càrrega d’un PHEV

Control de càrrega intel·ligent

Xarxa elèctrica

Interfície d’usuari d’un PHEV

Central de generació

Fonts d’energia renovables

Figura 83. La recàrrega dels vehicles elèctrics i les seves interaccions amb les xarxes elèctriques.

lloc on aquest passa més hores aturat (aparcament), insistint en la necessitat que sigui efectuada a les hores vall nocturnes. Un aspecte particularment important davant d’una possible necessitat de canvi d’infraestructures la representaria el cas dels transformadors, les línies de distribució i les connexions de servei, si bé es obvi que la implantació serà força gradual, i per tant en el cas de considerar-ho adequadament seran assumibles pel que fa a terminis d’implantació. Des del punt de vista de la generació d’electricitat, diversos autors han assenyalat que representa un fet inèdit l’aspecte que, sense necessitat d’efectuar inversions importants en generació ni a les xarxes de transport en alta (400-220KV), pugui incrementar-se el volum de negoci pel fet d’optimitzar al màxim els equipaments ja existents. Tot i que la situació actual de crisi ha atenuat el problema de capacitat en certes hores crítiques dins el sistema elèctric estatal, és particularment important que la introducció del vehicle elèctric s’efectuï amb criteris de gestió de la demanda, evitant un possible col·lapse del sistema, o un nivell d’ineficiència important (pèrdues elevades).

Figura 84. Diferents models d’endolls per a sistemes de recàrrega.

mesura i comunicació –molts dels quals ja existeixen en l’actualitat, però encara són poc emprats. Cal insistir, però, que el principal repte pot esdevenir la manca de la reglamentació i normativa adient, ja que els problemes podrien incrementar-se exponencialment si no s’actua de manera ràpida i eficaç abans que es produeixi l’eclosió de VE amb una certa importància. Així, doncs, com a tema de cabdal importància s’assenyalaria que s’ha d’evitar a tots els nivells que els nous VE siguin considerats una nova càrrega elèctrica més que no requereixi un tractament específic, i que podran connectar-se a la xarxa quan hom desitgi i de manera indiscriminada. Si això passés, per desídia ens orientem cap una recàrrega ràpida d’altes prestacions. El període de transició previst, de quatre a cinc anys, ha de possibilitar el desenvolupament dels paquets normatius que permetin bonificar i/o penalitzar al màxim les diferents modalitats en la demanda d’energia. Si bé encara hi ha algunes incerteses sobre el potencial real de les diverses formes de recàrrega ràpida de nivell II (a l’entorn de mitja hora), cal orientar la major part de les recàrregues cap a la recàrrega lenta de nivell I (de 6 a 8 hores), que seria realitzada seguint el cicle normal de la vida diària dels vehicles i que s’hauria de produir en el Sumari

Així doncs, pel que fa a la gestió de la demanda per tal d’evitar problemes amb la xarxa elèctrica semblen especialment adequades les propostes següents: • Disposar d’una política de preus de càrrega en funció de les hores en què es demani el consum. • Promocionar els equips i sistemes de gestió de la recàrrega lenta de VE que orientin aquesta operació cap els trams horaris nocturns. • En cas de recàrrega ràpida, dedicar estacions concretes que estiguin preparades per a la punta de potència que aquesta representa. Ben possiblement, aquestes estacions haurien de ser alimentades amb fonts d’energia independents de la xarxa. • Fer complir i, si cal, desenvolupar-les, noves normatives pel que fa a la compatibilitat electromagnètica per evitar la saturació de xarxa per pertorbacions produïdes pels diferents sistemes de recàrrega. • Conscienciar els ciutadans sobre la importància que té sobre les emissions de CO2 el fet de realitzar la càrrega en hores vall. • Analitzar el possible desenvolupament de contractes d’energia elèctrica específics per a vehicles elèctrics. • Incloure la possibilitat que les instal·lacions de recàrrega del VE s’incorporin dins el Reglament de Baixa Tensió, de manera que s’estandarditzin i es faciliti la realització de les instal·lacions En el futur, i per evitar problemes de recàrrega, fins i tot a hores nocturnes, caldrà facilitar la integració de

Conclusions, propostes i recomanacions

• Impulsar l’autoconsum de l’energia provinent de fonts renovables i règim especial, amb la qual cosa s’aprofiten els avantatges del concepte de generació distribuïda. • Independència del règim especial. És a dir, potenciar legislació pròpia per a microgeneració i minigeneració. • Desenvolupament de plans d’investigació específics pel que fa a temes especialitzats com les bateries i el seu reciclatge, i els sistemes de gestió tècnica de microxarxes. • Subvencionar les iniciatives d’introducció de renovables per a VE perquè a dia d’avui podrien ser demostratius, però que han de possibilitar l’estudi i seguiment de punts crítics de recerca i desenvolupament.

10.2. Sectors empresarials prioritaris Un altre tipus de consideració mereixen les recomanacions i propostes orientades al sector de l’automoció (indústria de l’automòbil i el gran ventall de sectors auxiliars). Si exceptuem el cas important de la indústria de motocicletes, sobre la qual creiem que s’hauria d’actuar de manera prou decidida si no volem veure malmesa la capacitat tecnològica i productiva d’aquest sector tan representatiu a Catalunya, la resta sembla haver-se incorporat decididament, i en el curt termini d’un any, a les noves directrius i orientacions respecte dels VE, a mesura que ho feien les grans corporacions mundials. S’hauran de realitzar esforços des dels més alts nivells de l’Administració per aconseguir que les empreses amb seu a Catalunya donin a conèixer els plans interns de producció de VE, a la vegada que es faci per manera d’esperonar l’interès econòmic i social pel disseny, la fabricació i la comercialització de VE al llarg dels propers anys. L’atenció específica al segment de les motocicletes rau en les singularitats de Catalunya pel fet que presenta una ràtio molt elevada d’aquesta tipologia de vehicles respecte la resta de l’Estat, com pel fet de posseir una important indústria especialitzada. Així, mentre la proporció de vehicles que hi ha a Catalunya respecte a l’Estat espanyol se situa a l’entorn del 15 %, en el cas de les motocicletes la proporció s’incrementa fins superar el 25 %. Per una altra banda, les motocicletes elèctriques ja han assolit un estadi de desenvolupament prou important perquè pugui considerar-se una substitució molt interessant, que a la vegada presenta

fortes connotacions ambientals. Cal destacar la multiplicitat d’iniciatives empresarials i de negoci dins del sector relacionades amb la importació d’equips dels diversos fabricants internacionals.

10.3. Recerca i desenvolupament Un tema que va molt lligat als programes de finançament públic per potenciar tecnologies d’eficiència energètica, tant les renovables i microxarxes, com al vehicle elèctric mateix, és el de l’emmagatzematge de l’energia, de manera que cal fomentar la creació de noves empreses en aquest àmbit, amb sistemes de baixa, mitjana i elevada potència. Treballant amb el concepte V2G (Vehicle to Grid), i en el cas que la tarifa elèctrica tingués present una manera de recompensar o bonificar l’energia subministrada a la xarxa en hores punta provinent de l’electricitat emmagatzemada a les bateries dels vehicles elèctrics, es podria fomentar de manera important el seu interès i ús, a la vegada que serviria per substituït els motors de combustió interna en la mesura que no introdueixen cap valor afegit. El component clau que fins ara ha limitat un major desenvolupament dels VE continua essent la bateria, tant per la baixa capacitat d’emmagatzematge comparada amb un dipòsit de carburant, com pel costos tan elevats que representen les tecnologies més avançades. Tot i que els darrers anys s’han produït notables avenços dins aquest sector que antigament se situava dins el camp de l’electroquímica, encara queda molt camí per recórrer de cara a innovació, recerca i futurs desenvolupaments, que a la vegada ofereixen moltes possibilitats de negoci. Entre la multiplicitat de sistemes i de tecnologies en competició, sembla que la versió d’ió liti és la que pot acabar imposant-se, atesos els

Figura 85. Model de vehicle elèctric de dues rodes a punt per al canvi de mobilitat.

Sumari

la generació provinent de fonts renovables i el seu emmagatzematge següent. Per exemple, caldria:

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Figura 86. Un sector en plena efervescència: el desenvolupament de bateries per a vehicles elèctrics.

Figura 87. Prototipus de vehicle elèctric construït per la Fundació CIDAUT.

avantatges relatius a la densitat energètica i la potència específica. Dissortadament, tant a Catalunya, com a l’estat trobem pocs centres i equipaments dedicats a la I+D i al desenvolupament d’aquest sector estratègic.

una recopilació de la informació internacional més avançada en aquest camp. L’altre camp experimental decisiu el constitueix la construcció completa de diversos prototipus de VE amb diferents configuracions, a fi de conèixer de primera mà alguns dels requisits i característiques que podrà demanar tota la cadena de valor per a la fabricació de VE.

Caldrà incentivar el món universitari i el de la recerca perquè en un curt termini de temps assoleixin els coneixements més avançats, alhora que caldrà potènciar i desenvolupar línies de I+D dels nous sistemes electroquímics d’emmagatzematge de l’energia. Amb la mateixa orientació podrien proporcionar-se beques per realitzar cursos de doctorat o postdoctorat a països com els EUA, el Japó, o la Xina, que actualment gaudeixen d’un nivell de recerca i industrialització d’aquests components molt alt. Pel que fa a la indústria catalana, no s’han identificat empreses que disposin de tecnologies amb la capacitat d’emmagatzemar energia d’acord amb les necessitats requerides pels vehicles elèctrics. Si es vol mantenir el sector de l’automoció com una de les indústries capdavanteres del país, cal planificar i crear les condicions perquè es desenvolupi una industria potent en accessoris per a vehicles, insistint que en els vehicles elèctrics, l’accessori fonamental que més compromet les prestacions, és tot allò que fa referència a les bateries i al seu cicle de vida. L’èxit del VE depèn en gran mesura de la tecnologia de les bateries. Una altra proposta concreta seria la d’iniciar ràpidament proves experimentals que permetin adquirir un coneixement real sobre el comportament de les bateries en càrrega/descàrrega, la rapidesa amb què pot efectuar-se aquesta, els cicles de vida, la dissipació d’energia, l’operació en condicions climàtiques adverses, les avaries, el seu reciclatge... Caldria encarregar a un centre (departament d’universitat, centre de recerca, o grups d’empreses elèctriques i de components...) la seva materialització, a la vegada que serviria per a Sumari

Tanmateix, caldria fomentar desenvolupaments en aquest àmbit, creant incentius en forma de premis, ajuts, concursos... per als vehicles elèctrics, en els quals, sobre la mateixa base de motor elèctric que impulsi el vehicle, s’incentivi la introducció de nous sistemes per emmagatzemar el màxim de l’energia i aconseguir recuperar-la en situació de frenada. El vehicle amb més autonomia en seria el guanyador. Cal que es recuperin el coneixement i la formació en aquesta parcel·la tecnològica, començant en els estudis secundaris i en la formació professional, aprofundint en la química relacionada amb aquests processos, passant per les noves tendències i usos dels supercondensadors i les formes no electroquímiques per emmagatzemar energia. Els cicles universitaris i la preparació de màsters en els quals es recollissin els estadis de recerca més avançats, incloent sistemes més sofisticats com les nanopartícules i els nanotubs de carboni, permetrien el ressorgiment d’aquest sector que s’erigeix en un dels més importants del nou segle. Des del punt de vista del subministrament de components auxiliars a la indústria de l’automòbil i de les necessitats industrials per al seu desenvolupament, Catalunya ja gaudeix d’un teixit industrial prou important en els sectors de l’electrotècnia i l’electrònica, de la informàtica i les comunicacions, que en conjunt no tindrà dificultats per adaptar-se a la nova gamma de productes i les seves exigències. Per una altra banda, un sector al qual caldrà dedicar esforços impor-

Conclusions, propostes i recomanacions

10.4. Suport per part de totes les institucions En l’estadi actual sembla evident que no podrà donarse un avenç significatiu en el desenvolupament i la implantació dels VE per a una nova mobilitat sense un fort impuls per part de totes les administracions catalanes, tal i com de fet s’està realitzant a nivell estatal des del Ministeri d’indústria i Comerç mitjançant l’IDAE, que segueix el que ja fa un ampli ventall països que van des de la nova administració nord-americana, passant pel Japó i la Xina, o per l’estat de Israel, fins a petits països com Dinamarca i Portugal on s’està considerant el tema del VE com una autèntica qüestió d’estat. Ben possiblement, una de les vies més efectives per aconseguir resultats a curt termini ha de ser la de facilitar l’accés a vehicles i instal·lacions necessàries per la via de diverses bonificacions i ajuts que poden establirse, vies que sempre donen millors resultats que el recurs a les possibles restriccions i prohibicions, ja que l’anomenada política de bonus/malus sembla especialment adequada dins aquest nou context. De fet, són diversos els països que han aprovat, o ja estan aplicant, la reducció de taxes i d’impostos (de matriculació, de circulació, d’accés als centres històrics de les ciutats, de facilitat d’aparcament, de recàrrega d’energia...). Malgrat que dins el context actual podria semblar poc oportú plantejar-se solucions d’aquest tipus, pot ser adequat per aconseguir l’engegada en aquest primer estadi de desenvolupament, sabent que no ha de significar cap disminució important en la recaptació d’impostos. Com a contrapartida, podria esdevenir un dels recursos més efectius per aconseguir un canvi d’hàbits dels usuaris i consumidors que tinguin dubtes per adoptar aquesta nova alternativa. Les reduccions, en el cas de la distribució urbana de mercaderies, podrien aplicar-se a tots els actors implicats en el transport, des de la compra de vehicles (furgonetes, taxis, etc.), passant per una reducció de les limitacions en les operacions logístiques que cobreixen, fins als receptors dels serveis (petits comerços, grans superfícies, etc.) Des de la vesant energètica i ambiental, no hi ha cap dubte que s’ha de produir una penalització tant als vehicles emissors de partícules i NOx, com a les emissions de CO2, si bé les mesures de penalització són sempre més impopulars i complexes. Sembla fàcil convèncer els usuaris de flotes captives dins d’entorns urbans, com

taxis, vehicles de lloguer, vehicles per a usos purament turístics o vehicles que treballen en espais tancats o més reduïts (ports, aeroports, grans superfícies comercials o industrials, vehicles per a empreses de serveis, transport urbà de viatgers als barris, etc.), que el fet de “no usar” VE els pot representar una clara pèrdua de competitivitat. Tanmateix, tots aquests aspectes poden vincular-se als problemes de contaminació sonora, o a l’avaluació d’emissions de CO2 per focus difosos, de manera que poden influir en l’acceptació de noves llicències i contractacions per a l’adjudicació de serveis, concursos, concessions, etc. El plantejament d’aquestes polítiques ha de tenir com a objectiu crear un estat d’opinió favorable a l’ús de VE com un avantatge competitiu de l’Administració pública per a la qual es treballa o es realitzen serveis necessaris a la comunitat. En una línia similar de plantejaments cal recordar la importància de l’efecte mirall que genera l’Administració pel fet de constituir un referent per a tota la societat, a partir del moment en què es proposi ser un element dinamitzador de la implantació de VE, ja que es convertirà en un usuari exemplar en la seva utilització. Programes i experiències com el que s’està desenvolupant a Barcelona amb el Projecte LIVE i les noves concessions dels serveis municipals, s’han de convertir en un poderós incentiu perquè altres administracions i empreses relacionades desenvolupin projectes similars. Ben possiblement es pot influir de manera molt favorable amb una substitució de la flota de vehicles de les policies municipals i de serveis que en conjunt poden representar nínxols privilegiats de difusió i creixement.

10.5. Desplegament dels punts de recàrrega Pel que fa al desplegament dels punts de recàrrega, tot i que no han d’existir problemes importants, cal considerar alguns requisits mínims que tots aquests equipaments haurien de complir: • Disposar dels element de protecció i seguretat indispensables que fixa el REBT: magnetotèrmics i diferencial rearmable automàticament, tant per a protecció, com per estalviar manteniments innecessaris. • Dotar-los de la robustesa i capacitat necessària per resistir les condicions climàtiques i ambientals a les quals estaran exposats, així com de proteccions antivandàliques. (Preveure els elements més fràgils dins un nou “mobiliari” a la via pública: pantalles digitals, llums). • Tenir un funcionament simple: han de ser senzills d’operar i evitar complicacions o informacions innecessàries.

Sumari

tants per a la formació tecnològica dels nous VE, és l’integrat per tota la xarxa de tallers de manteniment i reparació de vehicles, que en els proper anys haurà de viure canvis decisius.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

desplegament haurà de crear una veritable xarxa que permeti un augment de les distàncies recorregudes i l’extensió dels VE a tota la seva àrea, de manera que qualsevol tipologia de vehicle elèctric pugui efectuar una recàrrega de complement que li possibiliti el retorn fins el seu punt d’origen. Més endavant, i a mesura que els VE es vagin difonent, caldrà tenir presents aspectes de major importància pel que fa a possibles problemes que quedarien dins del camp de diverses disciplines d’enginyeria elèctrica (optimització de potència, corrents de neutre i harmònics, comunicacions sofisticades...), si bé en l’etapa actual els temes més urgents són els de l’estandardització dels endolls de corrent, la mesura de l’energia i la seva forma de pagament, i el temps de recàrrega. A fi d’aconseguir una optimització del sistema energètic i una millora ambiental caldrà orientar-se cap a la càrrega lenta (6-8h) en hores vall nocturnes en els aparcaments on els vehicles passen més hores cada dia.

Figura 88. Sistema de recàrrega per a vehicles elèctrics a la via pública.

• Disposar d’un sistema de control d’accés i d’autorització (des del manual fins als GPRS o els sistemes PLC, hi ha molts passos intermedis). • Estar equipats amb sistemes que mesurin els paràmetres elèctrics (potència, energia...). • Tenir prou potencial per implantar-hi sistemes de comunicació per dotar-los de diversos nivells d’intel·ligència, a mesura que avancin les necessitats. • Oferir la possibilitat de dotar-los d’equips de mesura, control i correcció de les distorsions que puguin provocar a les xarxes elèctriques. • Aconseguir dissenys mínimament estètics. • Tenir un cost raonable (preu/prestacions). • Disposar d’una gamma d’equips que cobreixi tot el ventall de necessitats i els diferents segments d’usuaris. Queda clar, doncs, que no es tracta d’instal·lar un simple endoll, i que si bé poden existir més punts de recàrrega que els de l’actuals serveis de benzineres, els temps de recàrrega seran més llargs. Des d’un punt de vista supramunicipal, cal desenvolupar un pla de desplegament d’equips de recàrrega per a espais exteriors en diverses zones de via pública de les diferents ciutats i poblacions, en funció de la densitat de vehicles i dels plans de mobilitat aprovats. Aquest Sumari

En relació amb la situació de punts de recàrrega, si bé caldrà establir una xarxa a la via pública per efectuar la recàrrega de complement, aquesta no ha de ser quantitativament la de major importància, sinó que s’ha de promoure que siguin els pàrquings públics, els centres comercials i els aparcaments privats els llocs on els sistemes de recàrrega aconsegueixin el seu màxim desenvolupament. Del conjunt de propostes possibles podem destacar-ne les següents: • Pla específic de desplegament d’equips de recàrrega per a interiors en pàrquings públics, siguin o no de pagament, contemplant una proporció en què per cada equip de recàrrega exterior se n’instal·lin entre 4 i 5 dins dels aparcaments. • Possiblement s’haurà d’establir alguna normativa que orienti la instal·lació d‘un determinat nombre de places per a vehicles elèctrics, en funció del nombre total de places de què disposi l’aparcament (de l’ordre mínim d’un 1 % anual, fins assolir un mínim d’un 5 % en un període de cinc anys). Aquest desenvolupament normatiu hauria d’anar acompanyat dels ajuts econòmics pertinents. • Preveure un pla inicial d’ajuts per a la instal·lació d’equips de recàrrega en aparcaments privats per a aquelles persones o empreses que ho sol·licitin. • A les ciutats, en una primera fase d’implantació, sense comptar-hi els aparcaments privats, entre pàrquings públics (interiors) i a la via pública, podria plantejar-se un equip de recàrrega per cada 500 habitants. Pot efectuar-se una estimació aproximada de distribució per a les ciutats que tinguin una adequada proporció de pàrquings públics assenyalant que,

Conclusions, propostes i recomanacions

Figura 89. Exemple de desplegament d’una possible xarxa d’estacions de recàrrega a Catalunya.

10.6. Oportunitats de canvis en el model de mobilitat Es recomana que totes les ciutats i poblacions de Catalunya es plantegin de manera seriosa els problemes

associats al model vigent de mobilitat i molt especialment pel que fa als seus nuclis històrics, atès que constitueixen un dels nuclis privilegiats per a la implantació de VE. Tant a l’Estat espanyol com la resta de països europees són moltes les ciutats que disposen de plans ambiciosos per al desplegament de VE, entre les quals podríem agafar com a models paradigmàtics els casos de Londres i Berlín. Cal aconseguir que les entitats representatives dels municipis i ciutats de Catalunya acceptin el repte i que desenvolupin projectes de manera immediata, si no volem quedar endarrerits. Des del Govern de la Generalitat s’haurà de proporcionar un ajut especial a aquelles comunitats que vulguin situar-se en posició capdavantera en “l’electrificació” de la seva mobilitat, pensant en unes ciutats i poblacions lliures de gasos tòxics i contaminants, per on circulin vehicles extremadament silenciosos, que no emeten gasos perquè ni tan sols disposen de tub d’escapament. La nova mobilitat, sens dubte, constitueix un dels elements més importants per avançar cap aquella nova economia verda, tantes vegades esmentada, però tan lenta en la seva aplicació.

Sumari

mentre un 75 % d’aquests equips estarien instal·lats en aparcaments, el 25 % restant podria distribuir-se a la via pública. • En la primera fase de desplegament i durant el període estimat, els punts de recàrrega a privilegiar són els de càrrega lenta, que subministrin una tensió de 230V c.a., fins a un màxim de 16 A, amb connexions tipus schuko estàndard. • Els equips instal·lats en pàrquings han de disposar d’un mínim de sistemes d’intel·ligència que possibilitin discriminar el període de càrrega (punta, plana, vall) en funció dels consums o horaris. • Els equips de càrrega ràpida amb connexions trifàsiques de 32 o 63 A són una altra opció adoptada per alguns fabricants, si bé seria convenient disposar d’una normativa adient, tant pel que fa als aspectes de seguretat com de facturació.

Diagnosi i perspectives del vehicle elĂ¨ctric a Catalunya

Sumari

Bibliografia

Altran Technologies (2009). LIVE. Logística per a la Implementació del Vehicle Elèctric a Barcelona. APPA (2008). Capacidad, producción y consumos de biocarburantes en España. Situación y perspectivas. Asociación de productores de energías renovables. Novembre 2008.

Borrell, J.R. i Perdiguero, J. (2006), La competència en la distribució de gasolina a Catalunya, TCDC, Barcelona Boschert, S. (2008). The Cleanest cars: Well-to Wheels Emissions Comparisons. Publicat a: http://www.pluginamerica.org/images/EmissionsSummary.pdf

Ariza, P. et al (2008). Agrocombustibles: ¿Otro negocio es posible? Barcelona: Editorial Icària.

Burke, Andrew F. (2009a). Performance, Charging, and Second-use Considerations for Lithium Batteries for Plug-in Electric Vehicles. Institute of Transportation Studies, University of California, Davis, Research Report UCD-ITS-RR-09-17

Axsen J., Burke A., i Kurani K. (2008). Batteries for Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEVs): Goals and the State of Technology circa 2008, Institute of Transportation studies. University of California-Davis, CA.

Burke, Andrew F. (2009b). Ultracapacitor Technologies and Application in Hybrid and Electric Vehicles. Institute of Transportation Studies, University of California, Davis, Research Report UCD-ITS-RR-09-23

Balcells, J (2001). Qualitat i ús racional de l’energia elèctrica. Circutor.

Burnett, C. (2009). Secure Lithium for Better Vehicles. Electric Hybrid Vehicle Technology.

Baldasano, J.M., Parra, R. i López, E. (2005) “Estimació de les emissions de Gasos amb Efecte d’Hivernacle produïts a Catalunya durant el període 19902001”. A: Llebot, J. E. (coord.). Informe sobre el Canvi Climàtic a Catalunya. Barcelona: Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible de Catalunya i Institut d’Estudis Catalans.

Cambra de Comerç de Barcelona. (2008). Microplataformes de distribució urbana. Barcelona, Cambra de Comerç de Barcelona.

Barcelona Regional (2009). El futur del Vehicle Elèctric a l’AMB. Bedell, R. (2009). A Practical 70-90 % Electric Bus without Overhead Wires. EVS24 International Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium, Stavanger. Benestoin, L. (2006). Inventario de emisiones debidas al tráfico rodado en España, con alta resolución espacial y temporal, para su aplicación en modelos de calidad del aire. Tesis Doctoral UPC . Barcelona. Berry, I., Khusid, M., Kasseris, M., i Mak, A. (2009). What’s the Deal with Hybrid and Electric Cars? MIT Electric Vehicle Team.

CGV Capital Advisors (2009). EV Batteries: Voltage, Intensity, Charging options. Chan, C.C., (2007). The State of Art of Electric, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles, Proceedings of the IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers(Institute of Electrical and Electronics Engineers), Vol. 95 nº 4. Circontrol (2009). CirCardLife Electric Vehicle Intelligent Charging Stations. City of Westminster (2006). Installation of two Onstreet Recharging Points for Electric Vehicles. Club Español de la Energía (2009). El Vehículo Eléctrico: ¿Utopía o Realidad? Comunicaciones de la Jornada. Comellas, J. (2009), Estaciones de Recarga para vehículos eléctricos. Revista Aparcar 24. Circontrol. 97

Sumari

AEE (2009). Eólica’09. Anuario Eólico 2009. Madrid: Asociación Empresarial Eólica.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Comissió Europea (2005). Towards Smart Power networks. Lessons leraned from European research FP5 projects. Comissió Europea (2007). Resultados de la revisión de la estrategia comunitaria para reducir las emisiones de CO2 de los turismos y vehículos industriales ligeros. Comissió Europea (2009). The European Green Cars Initiative. 1st STA Conference on Electric Vehicle. Barcelona, maig 2009. Comunidad de Madrid (2009). El Vehículo Eléctrico: un futuro sobre ruedas. Comunicaciones de la Jornada. CORES (2009). Consumos de productos petrolíferos, Corporación de Reservas Estratégicas de Productos Petrolíferos, Madrid, www.cores.es. DBK (2008). Estudio Sectores: Estaciones de Servicio. Madrid, www.dbk.es. Departament d’energia dels Estats Units (2006). Discussion Meeting on Plug-In Hybrid Electric Vehicles. Summary Report Washington, DC. Office of FreedomCAR and Vehicle Technologies. Energy Efficiency and Renewable Energy U.S. Department of Energy. Agost de 2006. Departament d’energia dels Estats Units (2009). Energy Storage Research and Development. Washington, D.C. Departamento de Energia de Tecnalia (2008). Definición, evolución, aplicaciones y barreras para el desarrollo de microrredes en el sector eléctrico. DRAFT (2009). Draft Work Programme 2010, Annex 5. EEA (2008). Climate for a transport Change. Report No 1/2008. Agència Europea de Medi Ambient. EEA (2009). Annual European Comunity greenhouse gas inventory 1990-2007 and inventory report 2009. Agència Europea de Medi Ambient ELCIDIS (2002). Electric Vehicle City Distribution. Final report. New Solutions in Energy Utilisation. European Comission. Electric & Hybrid Vehicle Technology International (2008-09). Diversos números de la revista. http:// www.ukipme.com/mag_electric.htm EMEF (2008). Enquesta de mobilitat en dia feiner 2008. La mobilitat a Catalunya i a la Regió MetropoliSumari

tana de Barcelona. Departament de Política Territorial i Obres Públiques, Autoritat del Transport Metropolità, Entitat del Transport de l’Àrea Metropolitana de Barcelona i Ajuntament de Barcelona. EPRI (2007). Environmental Assessment of Plug-In Hybrid Electric Vehicles. Electric Power Research Institute (EPRI) and the Natural Resources Defense Council (NRDC). ETC/ACC (2009). Environmental impacts and impact on the electricity market of a large scale introduction of electric cars in Europe. European Topic Centre on Air and Climate Change. EUROSTAT (2009). Panorama of transport. 2009 edition. Eurostat Statistical books. European Communities. EU Energy & Transport (2009). EU Energy and Transport in Figures 2009, Statistical Pocketbook 2009. Direcció General d’Energia i Transport. Comissió Europea. Luxemburg: Oficina de publicacions de les Comunitats Europees. FITSA (2006). Barómetro de Movilidad y Emisiones del Parque de Automoción. Madrid: Fundación Instituto Tecnológico para la Seguridad del Automóvil. FITSA (2007). Tecnologías de propulsión híbridas y las evidencias científicas de su eficacia. Madrid: Fundación Instituto Tecnológico para la Seguridad del Automóvil. FITSA (2009). Nuevos combustibles y tecnologías de propulsión. Fundación Instituto Tecnológico para la Seguridad del Automóvil. Madrid. Frost & Sullivan (2009). Strategic Analysis of Electric Vehicles Infastructure in Europe and Revenue Generation Opportunities for Utilities. Fundació RACC (2009). Automovil y medio ambiente. Barcelona: Reial Automòbil Club de Catalunya. Fundación Energía de la Comunidad autónoma de Madrid (2007). Guía Bàsica de la gestión de la demanda eléctrica. Madrid. Fundación Energía de la Comunidad autónoma de Madrid (2008). Guía de generación distribuida. Madrid. Guelbenzu, E. (2009). El Vehículo Eléctrico como mecanismo de Reducción del CO2. Acciona Energía Hadley, S.W. i Tsvetkova, A. (2008). Potential Impacts of Plug-in Hybrid Electric Vehicles on Regional

Bibliografia

ICAEN (2006). Pla de Energia de Catalunya 20062015. Barcelona: Departament d’Economia i Finances. Generalitat de Catalunya. ICAEN (2007). Balanç d’energia elèctrica de Catalunya. Anys 1990-2007. Barcelona: Institut Català de l’energia. ICAEN (2009). Revisió 2009 del Pla de l’energia de Catalunya 2006-2015. Barcelona: Generalitat de Catalunya, Departament d’Economia i Finances. IDAE (2009). Proyecto Piloto de Movilidad Electrica. MOVELE. Madrid. Instituto para la diversificación y ahorro de la energía. IDESCAT (2008). Anuari Estadístic de Catalunya, 2008.

Kurani, Kenneth S.; Axsen, John; Caperello, Nicolette; Davies, Jamie, i Stillwater, Tai (2009). Learning from Consumers: Plug-In Hybrid Electric Vehicle (PHEV) Demonstration and Consumer Education, Outreach, and Market Research Program. Institute of Transportation Studies, University of California, Davis, Research Report UCD-ITS-RR-09-21. López, R. (2007). La mejora de la eficiencia del automóvil en un escenario de crisis energética. Implicaciones para la industria del automóvil. <www.ecoconduccion.es>. Markel, T.; Brooker, A.; Gonder, J.; O’Keefe, M.; Simpson, A. i Thornton, M. (2006). Plug-In Hybrid Vehicle Analysis. Milestone Report. National Renewable Energy Laboratory NREL/MP-540-40609. November 2006 Mayor of London (2009). An Electric Vehicle Delivery Plan for London. http://www.london.gov.uk/mayor/priorities/transport/electric-vehicles.jsp

IEA (2009a). How the Energy Sector Can Deliver On a Climate Agreeement in Copenhagen. Specially early excerpt of the World Energy Outlook 2009 for the Bangkok UNFCC meeting. Agència Internacional de l’energia.

McKindsey Quarterly (2009). Electrifying cars: How three industries will evolve.

IEA (2009b). Technlogy Roadmap Electric and plug-in hybrid electric vehicles (EV/PHEV). Agència Internacional de l’energia.

NREL (2008). Clean Cities Annuals Metrics Report 2008. National Renewable Energy Laboratory

IEA (2009c). Oil Market Report, Agència Internacional de l’energia. IEA (2009d). Short Term Energy Outlook, July 2009, Agència Internacional de l’energia. IEA-HEV (2009). Hybrid & electric Vechicle Implementig Agreement. Outlook for Hybrid and Electric Vehicles. Agència Internacional de l’energia. IEEE (2007). Inc Plug-In Electric Hybrid Vehicles. Institute of electrical and Electronic Engineers USA, Ignacio, j., Moratilla, B.Y.(2007) . El Hidrógeno como Vector Energético (I/II) Anales de Mecánica y Electricidad. Kalhammer, F.R., Kopf, B.M., Swan, D.H., Roan, V.P. i Walsh, M.P., (2007). Status and Prospects for Zero Emissions Vehicle Technology, Report of the ARB Independent Expert Panel 2007, Kendall, G (2008). Plugged In. The end of the oil age. World Wide Fund for Nature (WWF).

NESEA, (2009). Northeast Sustainable Energy Association,

NREL (2009). Communication and Control of Electric Vehicles Supporting Renewables. National Renewable Energy Laboratory NREL (2009). Ultracapacitors Applications and Evaluation for Hybrid Electric Vehicles. 7th Annual Advanced Capacitors World Summit Conference. National Renewable Energy Laboratory, Palacín, P. (2009). El marc legal de la connexió en aparcaments d’habitatges comunitaris, deficiències del Reglament de Baixa Tensió. Ponència presentada a la Jornada tècnica Els reptes del vehicle elèctric a Catalunya. Les necessitats dels Municipis, organitzada per ICAEN. Novembre de 2009. Pallisé, J. (2009). Reinventando la mobilidad: sobre petróleo, energía, vehículos, transporte y medio ambiente. Los vehículos Eléctricos y las infraestructuras de recarga. Guia del Vehículo eléctrico. Comunidad de Madrid. Circutor Pérez Martínez, P. J. et al (2008). Consumo de energía por el transporte en España y tendencias de emisión. Observatorio Medioambiental vol 11, p. 127-147.

Sumari

Power Generation. Oak Ridge National Laboratory. Departament d’energia dels Estats Units.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Petrick, K.; Puig, J. i Van Dellen, F. (2009). SOSTEC: transició cap a un model elèctric sostenible a Catalunya. Resum executiu. Barcelona: Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible. Pike Research (2009a). Renewable Distributed Energy Generation. Research Report Pike Research, (2009b). Plug-in Hybrid Electric Vehicles. Research Report. Pike Research, (2009c). Electric Vehicles on the Grid. Research Report. Plug-In America (2009). Plug In Vehicle Tracker. <http://www.pluginamerica.org/vehicles/>. Pricewaterhouse Coopers (2009),The impact of the electric vehicle on the energy industry. (Aquest estudi forma part de l’Austrian Climate Research Programme).

Rocky Mountain Institute (2009). Project Get Ready. Helping communities become Electrified Vehicle Pioneers. Schwarz, V., i Gindroz, B., (2005). Le stockage electrochimique. Dossier ADEME. Serra. J. (2007). Guia técnica d’eficiència energètica elèctrica. Circutor Sioshansi, R. i Denholm, P. (2009). Emissions Impacts and Benefits of Plug-in Hybrid Electric Vehicles and Vehicle to Grid Services. Environmental Science and Technology, Vol 43, No 4, pp 1199-1208, febrer de 2009. Steenblik, R. i Doornbosch, R. (2007). Biofuels: Is te Cure Worse Than The Disease? París: Doc. OCDE.

Ramos Martin, J. (coord). (2009). Ús de l’energia a Catalunya. Anàlisi del Metabolisme energètic de l’economia catalana (AMEEC). Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible. (Informes del CADS núm. 8).

Supplier Business Ltd, (2009). The Advanced Automotive Energy Storage Report. Regne Unit.

REE (2007). La gestión de la demanda como contribución a la eficiencia energética. Madrid: Red Eléctrica de España.

Van den Bossche, Peter et al. (2005). SUBAT: An assessment of sustainable battery technology, Journal of Power Sources Volume 162, Issue 2, 22 November 2006, Pages 913-919

REE (2008). Introducción al comportamiento de la demanda eléctrica y operaciones de gestión enfocadas a la mejora de la eficiencia de los sistemas eléctricos. Madrid: Red Eléctrica de España. REE (2008). Informe del sistema eléctrico espanyol 2008. Madrid: Red Eléctrica de España.

Sumari

100

REE (2009). Integración de vehiculos eléctricos en el sistema eléctrico español. Visión del operador del sistema. Madrid: Red Eléctrica de España.

Syrota, J. (2008). Centre d’analyse stratégique. Le Véhicule “gran public” d’ici 2030. www.strategie.gouv.fr

Wehrey, Michel C. (2004). What’s new with hybrid electric vehicles, IEEE power & energy magazine Zimmer, G., (2008). Battery management design for high power Lithium battery stacks, Linear Technology LTC6802 CIE article, 2008.

Índex de taules Taula 1. Consums energètics per sectors a la EU-27 en milions de tones equivalents de petroli (Mtep) l’any 2006.....................................................................................................................................................................15 Taula 2. Factors d’emissió de contaminants “convencionals” dels vehicles amb gasoli i benzina. ....................................18 Taula 3. Projecció de costos de producció d’hidrogen. ..........................................................................................................................................................24 Taula 4. Característiques dels vehicles elèctrics...............................................................................................................................................................................28 Taula 5. Prospectiva d’increment anual dels vehicles elèctrics a Catalunya de 2010 a 2015..................................................32 Taula 6. Balanç d’energia elèctrica a Catalunya l’any 2007.............................................................................................................................................40 Taula 7. Estructura de la potència bruta desglossada per fonts en els dos escenaris BASE i IER revisats..............42 Taula 8. Adequació de llocs diversos per instal·lar-hi punts de recàrrega........................................................................................................61 Taula 9. Aliances empresarials per a la fabricació del vehicle elèctric...............................................................................................................63 Taula 10. Taula comparativa dels diferents tipus d’acumuladors..............................................................................................................................66 Taula 11. Comparació del comportament de la cel·la de bateries d’ió liti. ...................................................................................................69 Taula 12. Característiques de densitat de potència i potència específica d’algunes de les bateries per a vehicles elèctrics. ..............................................................................................................................................................................72 Taula 13. Afectació en el cicle de vida de les principals tecnologies de bateries.....................................................................................83 Taula 14. Característiques bàsiques del projecte ELCIDIS.............................................................................................................................................86

Índex de figures

101

Sumari

Figura 1. Creixement del transport i del PIB als 27 països de la UE..............................................................................................................13 Figura 2. Distribució dels desplaçaments diaris en dia feiner segons el mitjà de transport a Catalunya (esquerra) i a la Regió Metropolitana de Barcelona (dreta).............................................................................14 Figura 3. Estructura del consum final d’energia per sectors a Catalunya l’any 2007 ................................................................15 Figura 4. Esquema del New European Driving Cycle (NEDC).........................................................................................................................16 Figura 5. Evolució del preu nominal i real del petroli.......................................................................................................................................................17 Figura 6. Evolució de l‘emissió relativa de gasos amb efecte d’hivernacle a la UE dels 27...................................................19 Figura 7. Emissions relatives de CO2 per sectors a l’Estat espanyol.................................................................................................................19 Figura 8. Reduccions en les emissions de gasos amb efecte d’hivernacle . ................................................................................................21 Figura 9. Vector hidrogen des de la producció i les aplicacions.............................................................................................................................23 Figura 10. Horitzó temporal de les diferents tecnologies d’obtenció d’hidrogen................................................................................24 Figura 11. El Morrison, un vehicle elèctric de 1891 .............................................................................................................................................................25 Figura 12. Edison mostrant un dels primers vehicles elèctrics l’any 1913...................................................................................................25 Figura 13. El cotxe EV1 de General Motors de la dècada dels 90.........................................................................................................................26 Figura 14. Complexitat d’un vehicle convencional amb motor de combustió interna................................................................27 Figura 15. Diagrama d’un vehicle amb motor elèctric.........................................................................................................................................................27 Figura 16. Esquemes de vehicles elèctrics i híbrids amb indicació de capacitats d’emmagatzematge d’energia. Pot observar-se la major simplicitat del cotxe elèctric...................................28 Figura 17. Vehicle elèctric híbrid en sèrie.............................................................................................................................................................................................29 Figura 18 Vehicle híbrid elèctric en paral·lel...................................................................................................................................................................................30 Figura 19. Vehicle híbrid elèctric mixt.....................................................................................................................................................................................................30 Figura 20. Corbes de parell màxim (vermell) i potència màxima (negre).....................................................................................................30 Figura 21. Nombre de vehicles per miler d’habitants a la UE i en altres països el 1995 i el 2005................................31 Figura 22. Prospectiva d’evolució de VE a Catalunya en el període 2010-2015.................................................................................32 Figura 23. Pictograma del vehicle elèctric............................................................................................................................................................................................33 Figura 24. Primeres aplicacions d’autobusos elèctrics a Catalunya.......................................................................................................................33 Figura 25. Microplataformes de distribució urbana................................................................................................................................................................36 Figura 26. Tricicle elèctric ......................................................................................................................................................................................................................................36 Figura 27. Furgoneta elèctrica Piaggio ....................................................................................................................................................................................................36 Figura 28. Prova pilot de ruptura de càrrega al districte de Sant Andreu. Ajuntament de Barcelona. ......................37 Figura 29. Diversos models de camionetes per a la distribució urbana de mercaderies. .............................................................37 Figura 30. Nova flota de vehicles elèctrics per als serveis municipals de l’Ajuntament de Barcelona .......................38 Figura 31. Evolució de la demanda d’energia elèctrica a Catalunya entre 1990 i 2008 ..........................................................39 Figura 32. Fonts de generació d’energia elèctrica en el període 1990-2007 ............................................................................................39

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Figura 33. Fonts de generació de potència elèctrica instal·lada en el període 1990-2007......................................................40 Figura 34. Evolució de les fonts de generació en el període 1990-2008........................................................................................................41 Figura 35. Comparació percentual de les fonts d’energia generada el 2008 a Catalunya i a Espanya.......................41 Figura 36. Comparació de la corba de demanda de potència elèctrica a l’hivern i a l’estiu a l’Estat espanyol..................................................................................................................................................................................................................................42 Figura 37. Integració de les fonts de generació en la corba de potència demanada..........................................................................43 Figura 38. Hipòtesis de perfil de demanda amb la introducció del VE en hores nocturnes................................................45 Figura 39. Hipòtesi de perfil de demanda amb la introducció del VE en hores vall sense gestió....................................45 Figura 40. Hipòtesis de perfil de demanda amb la introducció del VE en hores vall amb gestió...................................45 Figura 41. Evolució de la potència instal·lada i l’energia produïda pels parcs eòlics a Espanya . .....................................46 Figura 42. Gràfics de la potència eòlica generada a Espanya el 21/01/2009.............................................................................................47 Figura 43. Potència eòlica generada a Espanya el 15/08/2009...................................................................................................................................47 Figura 44. Evolució de les hores de funcionament anual dels parcs eòlics espanyols.....................................................................48 Figura 45. Tecnologies per a la generació distribuïda............................................................................................................................................................48 Figura 46. Simulació d’una microxarxa d’energia .....................................................................................................................................................................49 Figura 47. Segmentació de necessitats de càrrega del vehicle elèctric.................................................................................................................51 Figura 48. Diagrama de potències elèctriques.................................................................................................................................................................................53 Figura 49. Forma d’ona d’un vehicle amb presa de corrent trifàsic......................................................................................................................54 Figura 50. Infraestructures i sistema per a la recàrrega de vehicles elèctrics...............................................................................................55 Figura 51. Pictogrames per senyalitzar punts de recàrrega de vehicles elèctrics.....................................................................................55 Figura 52. Connector per a recàrrega d’un vehicle elèctric situat en un lateral ...................................................................................56 Figura 53. Estacions de recàrrega per a ús domèstic i amb targeta de prepagament per a pàrquing...........................57 Figura 54. Vehicle elèctric efectuant la recàrrega.........................................................................................................................................................................58 Figura 55. Punt de recàrrega a la via pública urbana al 22@ de Barcelona.................................................................................................58 Figura 56. Sistema de recàrrega en bateria per a tres motos elèctriques..........................................................................................................59 Figura 57. Sistema de recàrrega multipunt per a garatges i aparcaments. .....................................................................................................59 Figura 58. Variació de la tensió d’una bateria amb el temps.........................................................................................................................................64 Figura 59. Bateria de plom-àcid........................................................................................................................................................................................................................66 Figura 60. Taula de Ragone que mostra diversos objectius per a bateries, la densitat d’energia i la potència.....................................................................................................................................................................................67 Figura 61. Estructura de les bateries a partir dels seus elements bàsics (Saft)..........................................................................................67 Figura 62. Vehicles elèctrics Toyota RAV4 i Prius amb bateries Ni-MH. .....................................................................................................68 Figura 63. Principi de funcionament de les bateries d’ió liti.........................................................................................................................................69 Figura 64. Electrònica incorporada a un paquet de bateries d’ió liti i perfil de càrrega ...........................................................70 Figura 65. Estructura d’una cel·la d’ió liti i esquema de funcionament..........................................................................................................70 Figura 66. Esquema de la cel·la elemental fins al mòdul complet de les bateries PLM...............................................................71 Figura 67. Disseny d’una cel·la ZEBRA conjuntament amb ultracapacitats per a la seva aplicació a autobusos..................................................................................................................................................................................72 Figura 68. Gràfica de Ragone per a diferents tecnologies de bateries i objectius per a les tres tipologies de vehicles elèctrics.........................................................................................................................................................73 Figura 69. Prototipus de vehicle elèctric híbrid endollable (PHEV) amb mòdul superconductor BlueAngel.....................................................................................................................................................................73 Figura 70. Característiques de potència i energia de diferents dispositius d’emmagatzematge d’energia..............74 Figura 71. Estructura de doble capa dielèctrica prima per a la formació de gran superfície. ................................................74 Figura 72. Diagrama de blocs de l’eficiència energètica des de la generació amb fonts renovables fins a les rodes de vehicles elèctrics i de vehicles amb hidrogen..............................................77 Figura 73. Bateria zinc-aire on s’observa com les partícules de zinc cauen a la cel·la.....................................................................77 Figura 74. Ordre de magnitud de fonts de soroll en decibels i mapa sònic de Barcelona .......................................................79 Figura 75. Comparació dels rendiments “del pou a les rodes” d’un vehicle elèctric i un de gasolina.........................81 Figura 76. Comparació de l’eficiència “del pou a les rodes” entre VE amb cel·les de combustible i l’híbrid endollable, utilitzant energies renovables ..................................................................................................................................82 Figura 77. Esquema del cicle de vida d’una bateria..................................................................................................................................................................84 Figura 78 Punt de recàrrega per a vehicles elèctrics a Berlín......................................................................................................................................87 Figura 79. Vehicles elèctrics de Dinamarca per a CarSharing, i distintiu verd per circular pel centre de Berlín...........................................................................................................................................................................................................................87 Sumari

102

Índex de taules i figures

103

Sumari

Figura 80. Senyal i punt d’aparcament per a vehicles elèctrics a Londres. Vehicle per a la distribució de mercaderies..........................................................................................................................................................87 Figura 81. Pla de mobilitat amb vehicle elèctric de la ciutat de Gijón.............................................................................................................88 Figura 82. Senyalitzacions d’aparcament per a la recàrrega de vehicles elèctrics..................................................................................88 Figura 83. La recàrrega dels vehicles elèctrics i les seves interaccions amb les xarxes elèctriques.....................................90 Figura 84. Diferents models d’endolls per a sistemes de recàrrega ......................................................................................................................90 Figura 85. Model de vehicle elèctric de dues rodes a punt per al canvi de mobilitat. ....................................................................91 Figura 86. Un sector en plena efervescència: el desenvolupament de bateries per a vehicles elèctrics......................92 Figura 87. Prototipus de vehicle elèctric construït per la Fundació CIDAUT ....................................................................................92 Figura 88. Sistema de recàrrega per a vehicles elèctrics a la via pública..........................................................................................................94 Figura 89. Exemple de desplegament d’una possible xarxa d’estacions de recàrrega a Catalunya. ................................95

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Publicacions del Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible de Catalunya (CADS)* Amb l’objectiu de difondre el coneixement i la sensibilització sobre el desenvolupament sostenible, el CADS disposa d’un pla editorial que consta de diverses col·leccions:

Monografies del CADS Informes periòdics i altres documents de rellevància, elaborats pel CADS. Aportacions a l’Agenda 21 de Catalunya. El compromís de Catalunya per a un futur sostenible. Fase d’informació (febrer-juny 2001). Informe sobre l’evolució de l’estat del medi ambient a Catalunya. 1 (aire, aigües continentals i residus).

Núm. 8. CONSELL D’EUROPA. Conveni Europeu del Paisatge. Núm. 9. Documents de la Conferència sobre el Conveni Europeu del Paisatge en ocasió de la seva entrada en vigor. Estrasburg, 17 de juny de 2004. Núm 10. Orientacions bàsiques per a la sostenibilitat del turisme europeu. Comunicació de la Comissió al Consell, al Parlament Europeu, al Comitè Econòmic i Social i al Comitè de les Regions. Núm. 11. Directiva marc de l’aigua de la Unió Europea. Núm. 12. Torres i Grau, Pere. Governança per al desenvolupament sostenible: de la teoria a la pràctica.

Informe sobre l’evolució de l’estat del medi ambient a Catalunya. 2 (Litoral, Biodiversitat, Sòl i territori).

Núm. 13. Capdevila, Laia; Gómez, Aglaia i Gómez, Dani (coords.) Canvi climàtic i crisi energètica: solucions comunes. Documents de les jornades organitzades per OCEAS.

Papers de Sostenibilitat

Núm. 14. Estratègia revisada de la Unió Europea per a un desenvolupament sostenible.

Documents de referència sobre desenvolupament sostenible.

Documents de recerca

Núm. 1. Governança sostenible. Aspectes institucionals i de procediment de la sostenibilitat a la Unió Europea. Fòrum Consultiu Europeu sobre Medi Ambient i Desenvolupament Sostenible. Núm. 2. Governance for Sustainable Development. Barcelona Workshop, April 18-19, 2002. Núm. 3. Estratègia de la Unió Europea per a un Desenvolupament Sostenible. Núm. 4. D’una Terra a un món. Recapitulació de la Comissió Mundial sobre el Medi Ambient i el Desenvolupament. Núm. 5. Strategies for Sustainable Development. Roles & Responsabilities along the Global-local Axis. Barcelona Workshop. June 12-13, 2003. (text en anglès) Núm. 6. Principis directors per al desenvolupament territorial sostenible del continent europeu. Consell d’Europa. * Llista de les publicacions del CADS actualitzada l’1 de febrer de 2010 Sumari

104

Núm. 7. Institutions for Sustainable Development. Institucions per al Desenvolupament Sostenible. Barcelona Workshop. June 14-14, 2004.

Síntesi i textos d’estudis encarregats pel CADS. Núm. 1. Queralt i Bassa, Arnau i Cazorla i Clarisó, Xavier. Els Consells nacionals sobre medi ambient i desenvolupament sostenible. Aspectes introductoris. Núm. 2. La governança per al desenvolupament sostenible a Catalunya. Conceptes, requeriments institucionals i elements d’anàlisi.

Núm. 3. Cazorla i Clarisó, Xavier i Tàbara, Joan David. Innovació metodològica i institucional en la planificació participativa de l’aigua. Avaluació integrada i aprenentatge social per a la sostenibilitat. Núm. 4. Interrelació entre variables demogràfiques i variables ambientals. Demografia, poblament, mobilitat i modes de vida: Variables d’interès per al medi ambient i el desenvolupament sostenible. Núm. 5. Governance for Sustainable Development in

Publicacions del Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible de Catalunya (CADS)

Núm. 6. Prats i Català, Joan. Estratègies per al desenvolupament sostenible. Lliçons de l’experiència internacional. Estrategias para el desarrollo sostenible. Lecciones de la experiencia internacional. Strategies for Sustainable Development. Lessons from the International Experience. Núm. 7. Mayor Farguell, Xavier; Quintana Lozano, Vanesa i Belmonte Zamora, Ricard. Aproximació a la petjada ecològica de Catalunya. Aproximación a la huella ecológica de Catalunya. An Approximation to the Ecological Footprint of Catalonia. Núm. 8. Campillo i Besses, Xavier i Font i Ferrer, Xavier. Avaluació de la sostenibilitat del turisme a l’Alt Pirineu i Aran. Núm. 9. Lerga Felip, Maura. Resolució de conflictes socials de component ambiental. Elements introductoris. Núm. 10. Prats, Joan i Torres, Pere (dir.); Batllevell, Marta (coord.). Avaluació de l’Impacte Regulatori: Pràctica internacional i aplicabiliatat a Catalunya.Evaluación del Impacto Regulatorio: Práctica internacional y aplicabilidad en Catalunya. Regulatory Impact Assessment: International preactices and applicability in Catalonia. Núm. 11. Forés, Elisenda; Seubas, Judit i Torné, Olga. Catalunya estalvia aigua. Núm. 12. Ferran i Mèlich, Antoni. Una iniciativa innovadora en l’ordenació del territori: El Pla Director Supramunicipal de Sostenibilitat de la Mancomunitat de Municipis de l’Alt Penedès Núm. 13. Mayor i Farguell, Xavier. Connectivitat ecològica: elements teòrics, determinació i aplicació. Importància de la connectivitat ecològica com a instrument de preservació de l’entorni d’ordenació del territori a Catalunya.

Documents internacionals Textos rellevants en matèria de medi ambient i desenvolupament sostenible d’àmbit internacional. L’any 2001, el CADS va reprendre l’edició d’aquesta col·lecció, iniciada pel Departament de Medi Ambient de la Generalitat, en la qual s’havien publicat 7 volums. Núm. 8. Els reptes de l’aplicació de la Directiva sobre avaluació ambiental estratègica. Les regions europees davant de la Directiva 2001/42/CE del Parlament Europeu i del Consell, relativa a l’avaluació dels efectes de determinats plans i programes sobre el medi ambient. Núm. 9. CONSELL D’EUROPA. Conveni Europeu del Paisatge. Núm. 10. Els acords de Johannesburg. Declaració de Johannesburg sobre Desenvolupament Sostenible. Pla d’aplicació de les decisions de la Cimera Mundial sobre Desenvolupament Sostenible. Declaració de Gauteng. Núm. 11. Declaració de la Conferència de les Nacions Unides sobre el Medi Ambient Humà. Estocolm, juny de 1972. Núm. 12. Medi Ambient 2010: el futur és a les nostres mans. Programa d’acció per al medi ambient a Europa a començaments del segle XXI. Núm. 13. Canvi climàtic 2001. III Informe del Grup Intergovernamental d’Experts sobre el Canvi Climàtic (IPCC). Núm. 14. Un món sostenible és possible. Fòrum global dels pobles. Declaració de la societat civil. Johannesburg, 24 d’agost – 3 de setembre de 2002. Núm. 15. Conveni sobre l’accés a la informació, la participació del públic en la presa de decisions i l’accés a la justícia en matèria de medi ambient (Conveni d’Århus). Directiva 2003/4/CE i Directiva 2003/35/CE del Parlament Europeu i del Consell. Núm. 16. Aspectes econòmics del canvi climàtic. Resum executiu.

Núm. 14. Tàbara, J. David. (coord.) Percepció pública i política del canvi climàtic a Catalunya.

Núm. 17. IV informe d’avaluació de l’IPCC. Base científica, impactes, adaptació i mitigació.

Núm 16. Puig i Ventosa, Ignasi (coord.) Sostenibilitat i finances municipals. Diagnòstic i propostes per als ens locals de Catalunya.

Núm 18. Canvi climàtic 2007: informe de síntesi. Resum per a responsables de polítiques.

105

Sumari

Catalonia. Concepts, institutional requirements and analytic elements. La gobernanza para el desarrollo sostenible. Conceptos, requerimientos institucionales y elementos de análisis.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Informes del CADS Núm 1 (TI). Informe sobre el Canvi Climàtic a Catalunya. (Text íntegre). Núm. 1 (RE).Informe sobre el Canvi Climàtic a Catalunya. Resum executiu. (Textos en català, castellà i anglès). Núm. 1 (CD). Informe sobre el Canvi Climàtic a Catalunya. CD ROM amb el text íntegre i el resum executiu.

Núm. 8. Martín Ramos, Jesús (coord.). Ús de l’energia a Catalunya. Anàlisi del Metabolisme Energètic de l’Economia Catalana (AMEEC). Núm 9. Basora, Xavier, et. al. Ecoturisme a Catalunya. Una alternativa de turisme sostenible a la natura.

Memòria del CADS Memòria institucional del Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible de Catalunya

Núm. 2. La Directiva Marc de l’Aigua a Catalunya. Conceptes, reptes i expectatives en la gestió dels recursos hídrics. La Directiva Marco del Agua en Catalunya. The Water Framework Directive in Catalonia. (Llibre en català. CD ROM amb els textos català, castellà i anglès).

Memòria 2001-2003

Núm. 3. Una estratègia de desenvolupament sostenible per a l’Euroregió Pirineus-Mediterrània: orientacions bàsiques. (Textos en català, castellà, francès i anglès).

Memòria 2008.

Memòria 2004-2005 Memòria 2006-2007

Coedicions

Núm. 4. Turisme sostenible: experiències europees aplicables a Catalunya. (Textos en català, castellà, francès i anglès).

Informe Planeta Viu (coeditat amb Unescocat i Angle Edicions).

Núm. 5. Informe per a la millora de la gestió dels purins porcins a Catalunya. 2008 (Textos en català i castellà).

Altres publicacions

Núm. 6. RISKCAT. Els riscos naturals a catalunya. Informe executiu. Los riesgos naturales en Cataluña. Natural Risks in Catalonia. (Textos en català, castellà i anglès. El CD annex conté set informes d’expertesa temàtic i un informe sobre el marc jurídic).

X un bon clima. Manual per a fer minvar el canvi climàtic i sobre com adaptar-s’hi.

Núm. 7. Garcia, Rosa et. al. La prevenció de residus municipals: un repte per a Catalunya.

Les Veus del CADS. 10 anys del Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible de Catalunya.

X un bon clima. Calculadora de carboni. Una guia d’acció contra el canvi climàtic.

Petites idees per garantir un Gran futur.

Si teniu interès en alguna d’aquestes publicacions, podeu consultar-ne el text al nostre web http://www.gencat.cat/cads o bé podeu posar-vos en contacte amb nosaltres Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible de Catalunya (CADS) Avinguda Sarrià 30, 1r 3a 08029 Barcelona

Sumari

106

Titol capítol

Annexos ANNEX I: Llistat provisional de vehicles elèctrics Models comercials més coneguts Actualment els vehicles elèctrics que es comercialitzen són, bàsicament, vehicles de dues rodes, vehicles especials (vehicles per a persones amb dificultats de moviment, carretons de golf, vehicles industrials de manutenció...), turismes elèctrics de reduïdes dimensions de les classes A i B, i vehicles per a la distribució urbana de baixa capacitat. Sense voluntat de ser exhaustius i atèsque des de maig de 2009 que va començar-se a fer el llistat, les novetats i els canvis s’han produït de manera accelerada, encara que hi ha algun model que apareix de manera repetida, hem adjuntat dos llistats de vehicles que ja es comercialitzen, o que ho faran properament:

Vehicles híbrids: •T urismes existents: Toyota Prius, Lexus RX, Honda Insight, Civic i Accord Hybrid, Ford Escape, Fusion Hybrid, Smart • Turismes que es comercialitzaran en un futur proper: Acura Hybrid Cars, Toyota Highlander, Lexus RX, Honda Insight, Civic i Accord Hybrid, Ford Escape, Fusion Hybrid, Chevrolet Volt, PSA Peugeot, Mercedes BlueHybrid • Furgonetes, camions i autobusos: Azure Dynamics, Ebus, Gillig, TransTeq, Volvo Trucks, Renault Hybrys, Castrosua Tempus (en servei a Barcelona i Madrid), MAN (París), Tecnobus (Madrid).

Vehicles elèctrics de bateries:

Codi: 02B01

AIXAM MEGA MEGA CITY Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 12,00/16,32 kW/CV Data de disponibilitat: 30-04-2008 Ajut assignat: 2.000 €

Codi: 01B02

ARNGREN B4000 Motocicleta Vehicle elèctric(BEV) 8,00/10,88 kW/CV Data de disponibilitat: 31-03-2009 Ajut assignat: 491 €

Autobús elèctric (Madrid, 2009). Foto F. Martínez Serra Catàleg de vehicles inclosos en el projecte MOVELE el juny de 2009. Font: IAE 2009

Codi: 01B01

ARNGREN TEYCARS CANTABRICO Motocicleta Vehicle elèctric (BEV) 8,00/10,88 kW/CV Data de disponibilitat: 01-01-2009 Ajut assignat: 465 €

Codi: 01B03

Arngren Ecoscooter Urban Motocicleta Vehicle elèctric(BEV) 6,00/8,16 kW/CV Data de disponibilitat: 10-09-2008 Ajut assignat: 465 €

107

Sumari

• Bicicletes elèctriques: BH e-motion, Ecobike, Monty, Giant, Tucano, Kalkhoff, Veliac, Yamimoto, • Scooters i motos elèctriques: Quantya FMX, Vectrix, Bereco, EVO, ZAP, Zero, Kyoto • Turismes: Aixam, Mitsubishi, Th!nk • Furgonetes: Iveco, Micro-Vett, Smith, Piaggio, Modec • Camions: Smith • Autobusos i microbusos: BredaMerani.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Sumari

108

Codi: 01B04

BERECO VOLTIO Motocicleta Vehicle elèctric(BEV) 8,00/10,88 kW/CV Data de disponibilitat: 20-01-2009 Ajut assignat: 585 €

Codi: 01B06

BERECO Choice VOLTIO Motocicleta Vehicle elèctric (BEV) 10,50/14,28 kW/CV Data de disponibilitat: 20-06-2009 Ajut assignat: 940 €

Codi: 03P01

BYD F3DM Turisme Vehicle híbrid endollable (PHEV) 125,00/170,00 kW/CV Data de disponibilitat: 01-01-2010 Ajut assignat: No disponible

Codi: 03B03

BYD e6 (200kW) Turisme Vehicle elèctric (BEV) 200,00/272,00 kW/CV Data de disponibilitat: 01-01-2010 Ajut assignat: No disponible

Codi: 02B02

GEM eL Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 9,00/12,24 kW/CV Data de disponibilitat: 16-01-2005 Ajut assignat: 2.000 €

Codi: 01B07

GOELIX TAIGA Motocicleta Vehicle elèctric (BEV) 10,60/14,42 kW/CV Data de disponibilitat: 01-07-2009 Ajut assignat: 730 €

Codi: 01B09

GOELIX VIVA Motocicleta Vehicle elèctric (BEV) 11,00/14,96 kW/CV Data de disponibilitat: 01-07-2009 Ajut assignat: 481 €

Codi: 04B02

IVECO Daily 35S Furgó Elèctric Comercial Vehicle elèctric (BEV) 60,00/81,60 kW/CV Data de disponibilitat: 01-01-2009 Ajut assignat: 5.000 €

Codi: 01B05

BERECO AMPERIO Motocicleta Vehicle elèctric (BEV) 8,00/10,88 kW/CV Data de disponibilitat: 30-06-2009 Ajut assignat: 980 €

Codi: 05B01

BredaMenarini Zeus Microbús Vehicle elèctric (BEV) 60,00/81,60 kW/CV Data de disponibilitat: 10-10-2008 Ajut assignat: 15.000 €

Codi: 03B02

BYD e6 (75kw) Turisme Vehicle elèctric (BEV) 75,00/102,00 kW/CV Data de disponibilitat: 01-01-2010 Ajut assignat: No disponible

Codi: 03B04

CHANA BENNI Turisme Vehicle elèctric (BEV) 20,00/27,20 kW/CV Data de disponibilitat: 04-09-2009 Ajut assignat: 1.830 €

Codi: 02B03

GEM e4 Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 9,00/12,24 kW/CV Data de disponibilitat: 17-01-2005 Ajut assignat: 2.000 €

Codi: 01B08

GOELIX LINX Motocicleta Vehicle elèctric (BEV) 11,00/14,96 kW/CV Data de disponibilitat: 01-07-2009 Ajut assignat: 472 €

Codi: 04B01

IVECO DAILY 35S Xassís Cabina Eléctrica Comercial Vehicle elèctric (BEV) 60,00/81,60 kW/CV Data de disponibilitat: 01-01-2009 Ajut assignat: 5.000 €

Codi: 04P03

IVECO Daily 35S12 Furgó Híbrid Comercial Vehicle híbrid endollable (PHEV) 85,00/115,60 kW/CV Data de disponibilitat: 01-01-2009 Ajut assignat: 5.000 €

Codi: 04P04

IVECO Daily 35S12 Chasis Cabina Hibrido Comercial Vehicle Hibrid Endollable (PHEV) 85,00/115,60 kW/CV Data de disponibilitat: 01-01-2009 Ajut assignat: 5.000 €

Codi: 04B06

IVECO Daily 65C Xassís Cabina Hibrido Comercial Vehicle elèctric (BEV) 60,00/81,60 kW/CV Data de disponibilitat: 01-01-2009 Ajut assignat: 15.000 €

Codi: 01B10

Kyoto Edison Motocicleta Vehicle elèctric (BEV) 7,00/9,52 kW/CV Data de disponibilitat: 20-05-2009 Ajut assignat: 479 €

Codi: 01B12

Kyoto Edison Motocicleta Vehicle elèctric (BEV) 7,00/9,52 kW/CV Data de disponibilitat: 22-05-2009 Ajut assignat: 362 €

Codi: 02B06

MEGA TRABUC BASCULANT Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 11,00/14,96 kW/CV Data de disponibilitat: 05-01-2009 Ajut assignat: 2.000 €

Codi: 02B08

MEGA CONTENIDOR DE RESIDUS Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 11,00/14,96 kW/CV Data de disponibilitat: 05-01-2009 Ajut assignat: 2.000 €

Codi: 04B07

Micro-Vett (Fiat) Doblo Comercial Vehicle elèctric (BEV) 60,00/81,60 kW/CV Data de disponibilitat: 01-10-2008 Ajut assignat: 7.000 €

Codi: 03B06

Micro-Vett (Fiat) Fiat 500 Turisme Vehicle elèctric (BEV) 80,00/108,80 kW/CV Data de disponibilitat: 01-06-2009 Ajut assignat: 7.000 €

Codi: 04B05

IVECO Daily 65C Furgón Eléctrico Comercial Vehicle elèctric (BEV) 60,00/81,60 kW/CV Data de disponibilitat: 01-01-2009 Ajut assignat: 15.000 €

Codi: 02B04

JDM ALOES Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 7,00/9,52 kW/CV Data de disponibilitat: 04-09-2009 Ajut assignat: 2.180 €

Codi: 01B11

Kyoto Edison Motocicleta Vehicle elèctric (BEV) 8,00/10,88 kW/CV Data de disponibilitat: 22-05-2009 Ajut assignat: 646 €

Codi: 02B05

MEGA FURGÓN Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 11,00/14,96 kW/CV Data de disponibilitat: 05-01-2009 Ajut assignat: 2.000 €

Codi: 02B07

MEGA CAIXA D’ALUMINI Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 11,00/14,96 kW/CV Data de disponibilitat: 05-01-2009 Ajut assignat: 2.000 €

Codi: 02B09

MEGA CITY PROFESSIONAL Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 12,00/16,32 kW/CV Data de disponibilitat: 05-01-2009 Ajut assignat: 2.000 €

Codi: 03B05

Micro-Vett (Fiat) Panda Turisme Vehicle elèctric (BEV) 30,00/40,80 kW/CV Data de disponibilitat: 01-06-2009 Ajut assignat: 7.000 €

Codi: 04P08

Micro-Vett (Fiat) Iveco Daily Comercial Vehicle híbrid endollable (PHEV) 18,00/24,48 kW/CV Data de disponibilitat: 01-10-2008 Ajut assignat: 7.000 €

109

Sumari

Annexos

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Sumari

110

Codi: 04B09

Micro-Vett (Fiat) Fiorino Comercial Vehicle elèctric (BEV) 30,00/40,80 kW/CV Data de disponibilitat: 21-05-2009 Ajut assignat: 6.607 €

Codi: 03B07

Mitsubishi i MiEV Turisme Vehicle elèctric (BEV) 47,00/63,92 kW/CV Data de disponibilitat: 01-08-2010 Ajut assignat: No disponible

Codi: 04B12

PIAGGIO PORTER ELECTRIC-POWER Comercial Vehicle elèctric (BEV) 16,00/21,76 kW/CV Data de disponibilitat: 01-03-2002 Ajut assignat: 3.088 €

Codi: 04B13

PIAGGIO PORTER ELECTRIC-POWER Comercial Vehicle elèctric (BEV) 16,00/21,76 kW/CV Data de disponibilitat: 01-03-2002 Ajut assignat: 3.062 €

Codi: 04B15

PIAGGIO PORTER ELECTRIC-POWER Comercial Vehicle elèctric (BEV) 16,00/21,76 kW/CV Data de disponibilitat: 01-03-2002 Ajut assignat: 2.939 €

Codi: 04B17

PIAGGIO PORTER RRSSUU R106 ELECTRIC-PORTER Comercial Vehicle elèctric (BEV) 16,00/21,76 kW/CV Data de disponibilitat: 01-03-2002 Ajut assignat: 4.000 €

Codi: 04B19

PORTER PIAGGIO ELECTRIC-POWER Comercial Vehicle elèctric (BEV) 16,00/21,76 kW/CV Data de disponibilitat: 01-03-2002 Ajut assignat: 2.953 €

Codi: 01B14

QUANTYA STRADA EVO 1 Motocicleta Vehicle elèctric (BEV) 12,00/16,32 kW/CV Data de disponibilitat: 05-01-2009 Ajut assignat: 1.200 €

Codi: 04B10

Micro-Vett (Fiat) Ducato Comercial Vehicle elèctric (BEV) 60,00/81,60 kW/CV Data de disponibilitat: 01-05-2009 Ajut assignat: 7.000 €

Codi: 04B11

MODEC MODEC Comercial Vehicle elèctric (BEV) 102,00/138,72 kW/CV Data de disponibilitat: 23-06-2009 Ajut assignat: 16.000 €

Codi: 01P13

Piaggio MP3 Hybrid Motocicleta Vehicle híbrid endollable (PHEV) 11,00/14,96 kW/CV Data de disponibilitat: 01-09-2009 Ajut assignat: 750 €

Codi: 04B14

PIAGGIO PORTER ELECTRIC-POWER Comercial Vehicle elèctric (BEV) 16,00/21,76 kW/CV Data de disponibilitat: 01-03-2002 Ajut assignat: 3.159 €

Codi: 04B16

PIAGGIO PORTER /PERFYPLAST ELECTRIC.POWER Comercial Vehicle elèctric (BEV) 16,00/21,76 kW/CV Data de disponibilitat: 01-03-2002 Ajut assignat: 3.663 €

Codi: 04B18

PORTER PIAGGIO ELECTRIC-POWER Comercial Vehicle elèctric (BEV) 16,00/21,76 kW/CV Data de disponibilitat: 01-03-2002 Ajut assignat: 2.943 €

Codi: 04B20

PORTER PIAGGIO - PERFYPLAST ELECTRIC.PORTER Comercial Vehicle elèctric (BEV) 16,00/21,76 kW/CV Data de disponibilitat: 01-03-2002 Ajut assignat: 3.802€

Codi: 01B15

QUANTYA TRACK EVO 1 Motocicleta Vehicle elèctric (BEV) 12,00/16,32 kW/CV Data de disponibilitat: 05-01-2009 Ajut assignat: 1.200 €

Annexos

Codi: 02B10

REVA REVA LHD Standard i Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 12,00/16,32 kW/CV Data de disponibilitat: 01-07-2007 Ajut assignat: 1.402 €

Codi: 02B12

REVA REVA LHD Standard L-ion Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 14,50/19,72 kW/CV Data de disponibilitat: 01-07-2009 Ajut assignat: 3.163 €

Codi: 03B08

Smart Smart ED Turisme Vehicle elèctric (BEV) 30,00/40,80 kW/CV Data de disponibilitat: 01-07-2010 Ajut assignat: No disponible

Codi: 04B21

Tata ACE Comercial Vehicle elèctric (BEV) 10,00/13,60 kW/CV Data de disponibilitat: 15-08-2010 Ajut assignat: 2.586€

Codi: 05B02

Tecnobus Gulliver Microbús Vehicle elèctric (BEV) 55,20/75,07 kW/CV Data de disponibilitat: 14-05-2009 Ajut assignat: 15.000€

Codi: 01B16

Vectrix VX1 Motocicleta Vehicle elèctric (BEV) 20,00/27,20 kW/CV Data de disponibilitat: 01-03-2007 Ajut assignat: 1.200 €

Codi: 02B11

REVA REVA LHD Deluxe i Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 12,00/16,32 kW/CV Data de disponibilitat: 01-07-2007 Ajut assignat: 1.661 €

Codi: 02B13

REVA REVA LHD Deluxe L-ion Quadricicle Vehicle elèctric (BEV) 14,50/19,72 kW/CV Data de disponibilitat: 01-07-2009 Ajut assignat: 3.500 €

Codi: 03B09

Subaru Estella Turisme Vehicle elèctric (BEV) 47,00/63,92 kW/CV Data de disponibilitat: 02-09-2010 Ajut assignat: No disponible

Codi: 03B10

Tata Indica Vista EV Turisme Vehicle elèctric (BEV) 55,00/74,80 kW/CV Data de disponibilitat: 15-08-2010 Ajut assignat: 5.172€

Codi: 03B11

Th!nk City Turisme Vehicle elèctric (BEV) 30,00/40,80 kW/CV Data de disponibilitat: 01-05-2009 Ajut assignat: 6.300€

Renault i PSA tenen vehicles comercials elèctrics des de 1995

111

Sumari

General Motors ha anunciat que el 2010 sortirà al mercat el Chevrolet Volt

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Annex II. Alguns exemples de bateries per als vehicles elèctrics actuals S’ha considerat interessant incorporar una breu descripció d’alguns exemples de vehicles elèctrics i els tipus de bateries emprades que ja són al mercat, o que són a punt per a la seva propera comercialització.

Toyota Prius (Ni-MH) Vehicle de 5 passatgers amb prestacions comparables a les dels automòbils convencionals. Va aparèixer al Japó el 1997. És una bona alternativa comercial: té un motor de 1500 cm3 i 72 CV, i un altre d’elèctric de 45 CV, alimentat per un conjunt de 38 bateries amb una tensió nominal de 500 V. Pot assolir una velocitat màxima de 170 km/h, amb una acceleració de 0 a 100 km/h en 10,9 s. El consum mitjà és de 5 litres cada 100 km. Utilitza bateries de tipus prismàtic de Ni-MH que permeten circular durant un parell de minuts només; posteriorment, només a velocitats inferiors als 50 km/h. Un dels conceptes amb què s’ha treballat per a la millora del motor del vehicle, està en el fet que en un motor de combustió, el consum específic pot variar molt en funció del punt de treball, de manera que s’intenta que aquest treballi a la seva zona de major eficiència. Per exemple, durant la posada en marxa aquest resta inactiu, i el motor elèctric és el que mou el vehicle, sempre que la potència sigui moderada i hi hagi prou càrrega a les bateries. Una altra manera d’aprofitar l’energia és amb el sistema de frenada regenerativa, mitjançant el qual s’aprofita l’energia cinètica del vehicle per produir energia elèctrica i recarregar –si cal– les bateries, sempre que no es tinguin pics de potència molt elevats que podrien malmetre-les.

Volvo 3CC

Mitsubishi iMiEV El Mitsubishi iMiEV utilitza bateries de 330 V d’ió-liti d’alta densitat, estructurada amb paquets de 22 mòduls cadascun i amb 4 cel·les per mòdul. La recàrrega es pot fer per mitjà d’un endoll domèstic en 7 hores a 200 V i en 14 hores a 100V, mentre que la càrrega ràpida, segons el fabricant, es pot fer a partir d’una connexió trifàsica amb capacitat de 50 kW en 30 minuts fins al 80 %. En la taula que segueix es descriuen especificacions tant del i MiEV elèctric convencional com de la versió esportiva. iMiEV

iMiEV Sport Air

64 CV

82 CV

Parell motor

180 Nm

230 Nm

Pes

1.080 kg

980 kg

Autonomia

160 km

200 km

Potència màxima

Comparació de les especificacions del dos models elèctrics iMiEV de la marca Mitsubishi

Com es pot apreciar a la fotografia, l’estructura modular de les bateries és típica en els VE, ja que permet una certa flexibilitat en el seu emplaçament dins del vehicle. Un aspecte important que es té en compte radica en el fet de reduir al màxim possible el centre de gravetat del vehicle, per la qual cosa s’acostuma a col·locar en la part inferior.

Model de VE iMiEV de Misubishi amb un exemple del paquet de bateries d’ió liti.

Aquesta marca ha presentat el prototipus esportiu 3CC elèctric desenvolupat a Califòrnia. Disposa d’un motor elèctric que és capaç de proporcionar una potència màxima de 109 CV fins a 12.000 rpm, amb un parell màxim de 220 Nm continu. Les bateries són d’Ió-liti recarregables des de qualsevol endoll amb tensió de 110-240 V; en frenar pot recuperar fins a un 20 % de l’energia cinètica. Aconsegueix una autonomia de 300 km. i una velocitat punta de 135 km/h, amb una acceleració de 0 a 100 km/h en 10 segons. Sumari

112

Model de vehicle elèctric 3CC de la marca sueca Volvo

Annexos

Chevy Volt L’empresa General Motors, està treballant amb el Chevy Volt, el qual necessita una bateria de 16 kWh. Aquest conté bateries d’ió-liti basades en el sistema pioner de A123 Systems i el fabricant Cobasys de NiMH i amb LG Chem, que incorpora a la seva planta. A més, com que l’autonomia amb bateria és de 64 km, incorpora un generador elèctric de 53 kW accionat per benzina per aportar electricitat per a la recàrrega de la bateria i poder estendre l’autonomia a 450 km. Amb un consum d’1,02 litres els 100 km, és dels vehicles amb menor consum del mercat. Pel que fa a la bateria d’ió-liti, s’ha substituït l’òxid de cobalt utilitzat als elèctrodes, el tèrmicament inestable, per òxid de manganès, més estable tèrmicament i menys car. També ha incorporat un altre tipus de material per mantenir els elèctrodes separats, el qual es manté estable a altes temperatures i per evitar també problemes tèrmics la bateria és plana, per tal d’evitar un sobreescalfament al centre de la bateria

Pininfarina Bluecar Amb la signatura de la joint venture entre Pininfarina i Bolloré el 2008, el 2010 es començaran a produir les primeres unitats del Bluecar a Italia, amb unes perspectives de venda de 60.000 unitats cap el 2015. Aquest vehicle incorpora les innovadores bateries de polímermetall de liti LMP (Lythium Metal Polymere) provades per primera vegada el 2005, combinades amb supercapacitats que emmagatzemen energia durant la frenada. Es preveu que tindrà una autonomia de 250 km i una vida útil de 200.000 km, amb un motor elèctric de 50 kW. La recàrrega es pot fer amb endoll convencional en 6 hores, mentre que amb una recàrrega ràpida de 5 minuts pot donar una autonomia de 25 km.

Diferents vistes del model Chevy Volt

Les bateries LMP pesen 300 kg, disposen de 30 kWh a 410 V, amb una potència de pic de 45 kW (30s) i una densitat energètica de 100 Wh/kg

113

Sumari

Model de VE de la marca Italiana Pininfarina amb l’ innovador paquet de bateries de la marca francesa Bolloré. Es pot apreciar el subministrament addicional d’energia per a accessoris interiors provinent dels panells solars superiors.

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Diferents vistes del model Opel Ampera. Es preveu la seva aparició en el mercat el 2010.

Opel Ampera Equipat amb un motor elèctric Voltec, disposa d’un paquet de bateries d’ió liti amb més de 220 cel·les fabricat per GM, de 16 kWh en forma de T, un motor elèctric de 111 kW que ofereix un parell instantani de 370 Nm i una velocitat màxima de 160 km/h. Té un motor generador de benzina per aportar electricitat extra. Amb una autonomia de 60 km, utilitzant el motor de benzina com a generador elèctric (1,4 litres, 82 CV) pot arribar als 500 km.

Autobús Aerostar i Tempus El Juny del 2002 apareix el primer autobús híbrid al Japó, el Mitsubishi Fuso Aerostar Nonstep. Amb un motor dièsel generador, el format del bus permet acomodar fàcilment tot l’equipament i mantenir la comoditat per als passatgers. Com que només s’utilitza el motor elèctric per a la propulsió, la bateria està subjecta a corrents elevades d’entrada i sortida freqüents, i per aquest motiu el sistema de bateria (LiMn2O4) es va dissenyar amb una resistència interna molt baixa. A l’hora de definir les especificacions de les bateries, es va estu-

Mitsubishi Fuso Aerostar Nonstep

Dos exemples d’autobusos híbrids Sumari

114

diar l’operació de l’autobús en situacions urbanes típiques de manera que se’n van determinar les necessitats d’entrada i sortida segons les necessitats de conducció i les forces de frenada. Suposant una eficiència de motor del 90 %, es va calcular una potència de sortida de la bateria de 172 kW i una potència de recàrrega necessària de 176 kW. La tensió és de 650 V, donada per la classe del motor, mantenint així un mínim corrent durant la càrrega i descàrrega d’alta potència. Un altre vehicle de prestacions similars és el que ha presentat l’Empresa de Màlaga de Transport (EMT), es tracta del model Tempus, un autobús híbrid, amb un sistema de tracció elèctric, bateries acumuladores i sistema de generació d’energia elèctrica. El sistema de frenada regeneratiu permet recuperar fins un 30 % de l’energia. Es pot accionar el sistema híbrid a voluntat, de manera que es posa en marxa un petit motor dièsel que recarrega les bateries de tracció. En mode només elèctric té una autonomia d’una hora. El sistema de tracció s’alimenta amb 3 bateries “Zebra” connectades en paral·lel. Cada una proporciona una potència màxima de 24 kWh a 620 V. La tracció es realitza mitjançant dos motors elèctrics Siemens de 67 kW cadascun, connectats directament a les rodes.

Tempus

Annexos

Potencial de les diferents tecnologies per a bateries. Font: Kalhammer, 2007

115

Sumari

Taula comparativa de caracterĂstiques tĂ¨cniques de les bateries

Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya

Plom Energia especifica 30-50 (Wh/kg) Densitat d’energia 75-120 (Wh/litre) Potència de punta Fins a 700 (W/kg) Nombre de cicles 400-600(1) (càrrega/descàr1.200(2) rega) Autodescàrrega 5% per mes Tensió nominal 2V d’un element Gama de temperatura de funcionament

Ni/Cd

Ni/MH

ZEBRA*

Liti-fosfat

Ió-liti

Li-polímer

45-80

60-110

120

120-140

150-190

80-150

220-330

180

190-220

220-330

Fins a 900

200

Fins a 800

Fins a 1.500

Fins a 250

2.000

1.500

800

>2.000

5001.000

200-300

20 %

30 %

12 % per dia

10 %

1,2 V

2,6 V

3,2 V

3,6 V

3,7 V

-20 °C a 60 °C

-40 °C a 60 °C

Avantatges

Cost baix

Fiabilitat Bon rendiment en fred

Inconvenients

RelativaBaixa ener- ment baigia, mort xa energia, sobtada toxicitat

Costos Indicatius (3) (€/kWh)

200 a 250 (1) 200 (2)

600

0 °C a 45 °C (càrrega) -20 °C a -40 °C a 50 -20 °C a °C a 60 -20 60 °C °C 60 °C 0 °C a 60 °C °C (descàrrega) Molt bona Molt bona Molt bona densitat densitat Excel·lent possibles densitat d’energia, d’energia, se- energia i Són bateries fines d’energia Bona ciclabi- guretat, cost, potència litat ciclabilitat Cost dels Segurematerials de Potència Càrrega a tat dels Rendiment base Comlimitada, baixa tempe- elements en fred, portament auto-consuratura grans, Cost mició en temperacost tura 1.500 a 1.500 a 800 a 900 1.000 a 1.800 2.000 2.000 2.000

Taula comparativa de característiques tècniques de les bateries *ZEBRA és un acrònim de Zeolite Battery Research Africa Project, que ha desenvolupat unes piles de Sodi-Clorur de Níquel. Font: Adaptat de Schwarz, 2006

Relació d’alguns turismes • Aixam (neighborhood electric vehicle) • Bolloré Blue Car • Buddy • Citroen Berlingo Electrique • Dynasty IT • G-Wiz (REVA) • Italcar • Mini E • Mitsubishi i-MiEV • MyCar (evstores) • Nissan Nuvu

Sumari

116

• Piaggio Porter • Pininfarina B0 • Renault Z.E. • Smart EV (production car) • Subaru R1e (2009) • Tazzari Zero (2009) • The Kurrent (neighborhood electric vehicle). • Th!nk City (production car). • ZENN

117

Sumari

Annexos