La tendència del vehicle elèctric: cap a 2030

2021/04/20 Iker Aretxabaleta Astoreka - APERT ikerketa-taldea. Bilboko Ingeniaritza Eskola (EHU) | Endika Robles Perez - APERT ikerketa-taldea. Bilboko Ingeniaritza Eskola (EHU) | Markel Fernandez Zubizarreta - APERT ikerketa-taldea. Bilboko Ingeniaritza Eskola (EHU) | Iñigo Martínez de Alegría Mancisidor - APERT ikerketa-taldea. Bilboko Ingeniaritza Eskola (EHU) | Jon Andreu Larrañaga - APERT ikerketa-taldea. Bilboko Ingeniaritza Eskola (EHU) Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ingurumena
• Energia
• Ingeniaritza

Cada vegada veiem més vehicles elèctrics als carrers i anuncis de televisió. Però, quant hem d'esperar per a comprar un vehicle elèctric? Són rendibles? Valen la pena? Són moltes les preguntes i desconfiances que sorgeixen entorn del vehicle elèctric. En aquest article es resolen algunes dels dubtes d'aquest mercat canviant en el qual s'inclouen els vehicles elèctrics, amb una mirada centrada en el 2030.

Context del vehicle elèctric

La protecció del medi ambient s'ha convertit en una de les principals preocupacions dels agents socials, polítics i científics, preocupats per les emissions de gasos d'efecte d'hivernacle. La visió estratègica a llarg termini de la Comissió Europea indica la tendència que han de tenir les emissions de gasos d'efecte d'hivernacle a una economia moderna, competitiva i climàticament neutral, ja que es pretén evitar que per a 2050 la temperatura del planeta augmenti més de 1,5 °C. L'Agència Internacional de l'Energia (IEA) preveu que, en cas de no actuar, les emissions d'efecte d'hivernacle es duplicaran en 2050. En l'actualitat, el sector del transport genera prop del 28% del total d'emissions. En aquest context, la implantació del vehicle elèctric pot reportar grans beneficis. Tenint en compte l'anterior, existeixen diverses situacions possibles d'evolució de l'estoc de vehicles elèctrics. Segons l'Agència Internacional de l'Energia (IEA), per a l'any 2030 pot haver-hi 140 milions de vehicles elèctrics en l'escenari de les polítiques mundials declarades (STEPS) o 245 milions en l'escenari del desenvolupament sostenible (SDS). En qualsevol d'ells, si es compara amb la situació actual, s'espera que el nombre de vehicles elèctrics augmenti considerablement.

Segons els estudis realitzats, la falta d'autonomia dels vehicles i el temps de càrrega del vehicle elèctric són el que més preocupa els compradors de vehicles elèctrics. A nivell mundial, investigadors i indústria estan realitzant un gran esforç per a augmentar l'autonomia dels vehicles elèctrics i reduir els temps de càrrega. A curt termini s'espera un notable increment de la infraestructura de recàrrega ràpida de vehicles eléctricos1. A aquesta tendència cal afegir els fabricants de vehicles, que no serveix per a res si la presència de carregadors ràpids no permet aquestes velocitats de càrrega.

En l'actualitat, la majoria dels quals opten per la compra del vehicle elèctric disposen d'una parcel·la de garatge amb possibilitat de càrrega en les hores d'estacionament del vehicle. No obstant això, s'espera que en un futur pròxim la flota de carregadors públics i privats sigui relativament gran, per la qual cosa els consumidors sense garatge podran carregar més fàcilment el vehicle elèctric. Veure què pot arribar a ser un vehicle elèctric pot ajudar al consumidor final en futures decisions de compra. En aquest context, l'objectiu d'aquest article és donar a conèixer la tendència dels dos aspectes que més preocupen els consumidors de vehicles elèctrics (autonomia i temps de recàrrega) en la dècada vinent.

Bateries en un futur pròxim

En l'actualitat, les bateries suposen al voltant del 35% del preu dels vehicles elèctrics, per la qual cosa el vehicle elèctric encara no té opcions econòmiques. Per a l'any 2030 s'espera que el preu de les bateries es redueixi a 50 €/kWh, molt lluny dels 130 €/kWh actuals, la qual cosa suposarà una millora en el preu del vehicle elèctric. Segons l'Associació Europea de Fabricants de Bateries d'Automoció i Industrial (EUROBAT), es preveu que les bateries tinguin una densitat d'energia quatre vegades superior a l'actual per a 2030, la qual cosa significa que un mateix vehicle tindrà una autonomia quatre vegades major que l'actual per al mateix volum de bateries. D'altra banda, els experts preveuen que la vida útil de les bateries es prolongui fins als 25 anys (actualment és de 10 anys) i a més s'espera que la reciclabilidad de les bateries aconsegueixi el 85%. Aquesta última seria una bona notícia per al planeta. Si tot això no fos suficient, s'espera que l'eficiència de les bateries augmenti lleugerament i es millori del 90% al 95%. Amb totes aquestes característiques es pot concloure que les bateries milloraran notablement, la qual cosa suposarà un fort impuls a la tecnologia del vehicle elèctric, tant pel que fa a l'autonomia dels vehicles elèctrics com al preu final.

Temps de recàrrega: endollar, carregar i continuar

Quan es parla dels temps de càrrega d'un vehicle elèctric, bàsicament cal considerar dos aspectes en l'amb-: les formes de càrrega i les potències de les estacions de càrrega. En l'actualitat existeixen quatre formes de recàrrega de vehicles elèctrics definides per normes i estàndards:

• Manera 1: en aquesta modalitat de recàrrega bàsica, la connexió entre el vehicle elèctric i la xarxa es realitza mitjançant una presa de corrent convencional tipus Schuko. Per tant, no existeix comunicació entre la xarxa elèctrica i el vehicle elèctric. El corrent màxim recomanat per a càrregues llargues és de 10 A (2,3 kW). En aquesta mena de càrrega, la instal·lació sol tenir protecció diferencial i magnetotèrmica. S'utilitza per a la càrrega de vehicles de petita potència i grandària, com a bicicletes i motors elèctrics de baixa potència i baixa capacitat de bateria. No obstant això, també es pot utilitzar per a carregar vehicles elèctrics amb bateries d'alta capacitat i potència, encara que no és la millor manera.

• Manera 2: en aquest cas, a diferència de la manera 1, la connexió entre el cotxe elèctric i la xarxa no és correcta. La connexió a la xarxa es pot realitzar amb connectors de tipus 16 A o 32 A de baixa tensió tipus Schuko o EVE/CETAC. Durant la càrrega es pot obtenir una potència màxima de 70 A (17,5 kW) en la tensió monofàsica i de 63 A (30,2 kW) en la trifàsica 2. En aquesta manera de recàrrega és necessari disposar de protecció diferencial i magnetotèrmica, però a més en el cable existeix un sistema de seguretat implementat per a controlar la fiabilitat de la connexió del vehicle elèctric i establir uns paràmetres de càrrega.

• Manera 3: La principal diferència entre aquesta manera i la manera 2 es troba en la comunicació: En la manera de recàrrega 3 s'utilitza un carregador dissenyat específicament per a carregar vehicles elèctrics (1. Tipus 2 o 3), i com en manera 2, es pot obtenir una potència màxima per fase entre 70 A (17,5 kW) i 63 A (30,2 kW) en tensió monofàsica. Les proteccions s'introduiran en la pròpia infraestructura de càrrega per a permetre funcions addicionals com la verificació contínua de la presa de terra, la verificació de la connexió directa, l'activació i la desactivació de la càrrega, i la possibilitat de triar una potència de recàrrega (en funció de les preferències de l'usuari o de les necessitats específiques del vehicle).

• Manera 4: aquesta manera de recàrrega no es realitza amb corrent altern, 1. Com ocorre amb les maneres 2 i 3, en aquest cas la càrrega es realitza en corrent continu. Aquesta forma de càrrega correspon a estacions de càrrega ràpida en corrent continu, realitzada amb connectors CHAdeMO o CSS Blego-2, suportant generalment potències de càrrega entre 50 kW i 250 kW, encara que actualment la norma IEC 62196-3:2014 admet potències de recàrrega de fins a 350 kW. Aquesta manera, igual que la manera de càrrega 3, inclou en la infraestructura les proteccions necessàries i les funcions de comunicació addicionals: comprovació contínua de la presa de terra, comprovació de la connexió directa, activació i desactivació de la càrrega, i possibilitat de triar una potència de càrrega (en funció de les preferències de l'usuari o de les necessitats específiques del vehicle).

De cara al 2030 s'espera que aquests estàndards permetin nivells de potència superiors. Tenint en compte la preocupació actual dels usuaris pel temps de recàrrega, seria normal que els estàndards incloguin sistemes de major potència en els pròxims anys.

Segons diversos estudis, l'ompliment del dipòsit de gasolina d'un vehicle de combustió amb una autonomia de 600 km triga una mitjana de 5 minuts. En el fum dels vehicles elèctrics, prenent com a exemple un sistema de recàrrega de 350 kW (màxima potència estandarditzada), aconseguiríem carregar un cotxe Toyota Prius (amb una bateria de 8,8 kWh i una autonomia de 40 km) en un minut, mentre que un Tesla Model S (bateria de 100 kWh i una autonomia de 610 km) es carregaria en 17 minuts. Així, en l'actualitat, comparant el temps d'ompliment de la gasolina, els usuaris dels vehicles elèctrics “perdrien” 12 minuts per càrrega.

I llavors què? Val la pena comprar un vehicle elèctric en l'actualitat? O ens convé esperar?

La resposta sembla complexa, però cada vegada és més fàcil contestar a aquesta pregunta. Si és per a combatre el canvi climàtic, la resposta és total, sí, clar! De cara a l'economia personal, si és per a realitzar desplaçaments curts en el dia a dia i tenim un lloc de càrrega (per exemple, a casa o en l'empresa) sí que val la pena. No obstant això, si visitem amb assiduïtat uns pocs objectius llunyans, caldria fixar-nos bé en la ubicació dels sistemes de recàrrega en aquest recorregut, per la qual cosa hauríem d'organitzar el recorregut. En aquest context, el pla Smart Mobility del grup Iberdrola constitueix un pas decisiu en el desenvolupament i desplegament del vehicle elèctric a Espanya. Per a l'any 2023 preveu la instal·lació de 2.500 estacions de recàrrega en les principals autopistes i corredors d'Espanya i en els espais d'accés públic de les principals ciutats. Aquest pla preveu la posada en marxa d'almenys una estació de recàrrega ràpida cada 50 km, garantint així la possibilitat de viatjar amb autonomia en tot el país.

Per a aprofundir en aquesta anàlisi, cal tenir en compte que el vehicle elèctric té dos aspectes fonamentals econòmicament rendibles. La primera és l'eficiència del vehicle elèctric. El pic d'un vehicle de combustió requereix 5 litres de mitjana per a recórrer els 100 km, amb una energia equivalent de 45 kWh. No obstant això, un vehicle elèctric només necessita uns 15 kWh. Tenint en compte els costos actuals de l'energia i de la gasolina, un ràpid càlcul permet apreciar que els vehicles de combustió gasten 6,5 € per a 100 km i 1,3 € per als elèctrics, al llarg de tota la seva vida útil (250.000 km) 16.250 € i 3.250 € respectivament. El segon aspecte és el relatiu al manteniment, segons un estudi realitzat pel fabricant Volkswagen, l'estalvi durant tota la vida útil pot rondar els 2.500 € gràcies a les reduïdes necessitats de manteniment dels vehicles elèctrics. Si mirem al 2030, la resposta a la pregunta és encara més senzilla. Per a llavors, les bateries seran millors i més barates en el mercat, la qual cosa suposarà que els vehicles elèctrics siguin directament més barats que els de combustió. A més, les infraestructures de recàrrega ràpida ja seran més esteses i es garantirà el confort dels usuaris des del punt de vista de la recàrrega. En conseqüència, es pot afirmar que l'any 2030 l'opció preferent dels usuaris serà la d'adquirir el vehicle elèctric, si no és així.

 

OBSERVACIONS:

^1En aquest àmbit treballen diverses empreses basques. L'empresa Ingeteam ha incrementat la seva instal·lació porcina de punts de recàrrega en un 36% en l'últim mes de febrer de 2021.

^2La monofàsica és la connexió a la xarxa elèctrica que tenim en les llars, i la xarxa trifàsica sol estar en empreses en les quals hi ha maquinària.

 

BIBLIOGRAFIA

[1] “Global EV Outlook” (2020), International Energy Agency (IEA).

[2] “Battery innovation roadmap 2030” (2019), Association of European Automotive and Industrial Battery Manufacturers (EUROBAT).

[3] http://wallbox.eu/es/info/modos-de-recarga-de-vehiculos- electricos.html

[4] LÓPEZ, I. ET Al (2019). Next generation electric drives for HEV/EV propulsion systems: Tecnologia, trends i challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 114, pàg. 1-23.

[5] “Smart mobility” (2020), Iberdrola.