La tendencia del vehículo eléctrico: hacia 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

Figura . Estación de carga sostenible de vehículos eléctricos que utilizan energía fotovoltaica. Ed. •

Cada vez vemos más vehículos eléctricos en las calles y anuncios de televisión. Pero, ¿cuánto tenemos que esperar para comprar un vehículo eléctrico? ¿Son rentables? ¿Merecen la pena? Son muchas las preguntas y desconfianzas que surgen en torno al vehículo eléctrico. En este artículo se resuelven algunas de las dudas de este mercado cambiante en el que se incluyen los vehículos eléctricos, con una mirada centrada en el 2030.

Contexto del vehículo eléctrico

La protección del medio ambiente se ha convertido en una de las principales preocupaciones de los agentes sociales, políticos y científicos, preocupados por las emisiones de gases de efecto invernadero. La visión estratégica a largo plazo de la Comisión Europea indica la tendencia que deben tener las emisiones de gases de efecto invernadero a una economía moderna, competitiva y climáticamente neutral, ya que se pretende evitar que para 2050 la temperatura del planeta aumente más de 1,5 ºC. La Agencia Internacional de la Energía (IEA) prevé que, en caso de no actuar, las emisiones de efecto invernadero se duplicarán en 2050. En la actualidad, el sector del transporte genera cerca del 28% del total de emisiones. En este contexto, la implantación del vehículo eléctrico puede reportar grandes beneficios. Teniendo en cuenta lo anterior, existen diversas situaciones posibles de evolución del stock de vehículos eléctricos. Según la Agencia Internacional de la Energía (IEA), para el año 2030 puede haber 140 millones de vehículos eléctricos en el escenario de las políticas mundiales declaradas (STEPS) o 245 millones en el escenario del desarrollo sostenible (SDS). En cualquiera de ellos, si se compara con la situación actual, se espera que el número de vehículos eléctricos aumente considerablemente.

Figura . Disposición del stock mundial de vehículos eléctricos 2019-2030. STEPS: el lugar de aparición de las políticas declaradas viene determinado por las políticas actualmente implantadas. SDS: escenario de desarrollo sostenible, escenario que se daría si las políticas actuales cambiaran por políticas aún más sostenibles. Sea cual sea el caso que se dé en 2030, el número de vehículos eléctricos aumentará considerablemente. Ed. •

Según los estudios realizados, la falta de autonomía de los vehículos y el tiempo de carga del vehículo eléctrico son lo que más preocupa a los compradores de vehículos eléctricos. A nivel mundial, investigadores e industria están realizando un gran esfuerzo para aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos y reducir los tiempos de carga. A corto plazo se espera un notable incremento de la infraestructura de recarga rápida de vehículos eléctricos1. A esta tendencia hay que añadir los fabricantes de vehículos, que no sirve para nada si la presencia de cargadores rápidos no permite estas velocidades de carga.

En la actualidad, la mayoría de los que optan por la compra del vehículo eléctrico disponen de una parcela de garaje con posibilidad de carga en las horas de estacionamiento del vehículo. Sin embargo, se espera que en un futuro próximo la flota de cargadores públicos y privados sea relativamente grande, por lo que los consumidores sin garaje podrán cargar más fácilmente el vehículo eléctrico. Ver qué puede llegar a ser un vehículo eléctrico puede ayudar al consumidor final en futuras decisiones de compra. En este contexto, el objetivo de este artículo es dar a conocer la tendencia de los dos aspectos que más preocupan a los consumidores de vehículos eléctricos (autonomía y tiempo de recarga) en la próxima década.

Baterías en un futuro próximo

En la actualidad, las baterías suponen alrededor del 35% del precio de los vehículos eléctricos, por lo que el vehículo eléctrico todavía no tiene opciones económicas. Para el año 2030 se espera que el precio de las baterías se reduzca a 50 €/kWh, muy lejos de los 130 €/kWh actuales, lo que supondrá una mejora en el precio del vehículo eléctrico. Según la Asociación Europea de Fabricantes de Baterías de Automoción e Industrial (EUROBAT), se prevé que las baterías tengan una densidad de energía cuatro veces superior a la actual para 2030, lo que significa que un mismo vehículo tendrá una autonomía cuatro veces mayor que la actual para el mismo volumen de baterías. Por otro lado, los expertos prevén que la vida útil de las baterías se prolongue hasta los 25 años (actualmente es de 10 años) y además se espera que la reciclabilidad de las baterías alcance el 85%. Esta última sería una buena noticia para el planeta. Si todo esto no fuera suficiente, se espera que la eficiencia de las baterías aumente ligeramente y se mejore del 90% al 95%. Con todas estas características se puede concluir que las baterías mejorarán notablemente, lo que supondrá un fuerte impulso a la tecnología del vehículo eléctrico, tanto en lo que respecta a la autonomía de los vehículos eléctricos como al precio final.

Tabla . Evolución de las baterías de ion litio para 2030. Ed. •

Tiempos de recarga: enchufar, cargar y continuar

Cuando se habla de los tiempos de carga de un vehículo eléctrico, básicamente hay que considerar dos aspectos en el con-: las formas de carga y las potencias de las estaciones de carga. En la actualidad existen cuatro formas de recarga de vehículos eléctricos definidas por normas y estándares:

  • Modo 1: en esta modalidad de recarga básica, la conexión entre el vehículo eléctrico y la red se realiza mediante una toma de corriente convencional tipo Schuko. Por tanto, no existe comunicación entre la red eléctrica y el vehículo eléctrico. La corriente máxima recomendada para cargas largas es de 10 A (2,3 kW). En este tipo de carga, la instalación suele tener protección diferencial y magnetotérmica. Se utiliza para la carga de vehículos de pequeña potencia y tamaño, como bicicletas y motores eléctricos de baja potencia y baja capacidad de batería. Sin embargo, también se puede utilizar para cargar vehículos eléctricos con baterías de alta capacidad y potencia, aunque no es la mejor manera.
  • Modo 2: en este caso, a diferencia del modo 1, la conexión entre el coche eléctrico y la red no es correcta. La conexión a la red se puede realizar con conectores de tipo 16 A o 32 A de baja tensión tipo Schuko o EVE/CETAC. Durante la carga se puede obtener una potencia máxima de 70 A (17,5 kW) en la tensión monofásica y de 63 A (30,2 kW) en la trifásica 2. En este modo de recarga es necesario disponer de protección diferencial y magnetotérmica, pero además en el cable existe un sistema de seguridad implementado para controlar la fiabilidad de la conexión del vehículo eléctrico y establecer unos parámetros de carga.
  • Modo 3: La principal diferencia entre este modo y el modo 2 se encuentra en la comunicación: En el modo de recarga 3 se utiliza un cargador diseñado específicamente para cargar vehículos eléctricos (1. Tipo 2 ó 3), y como en modo 2, se puede obtener una potencia máxima por fase entre 70 A (17,5 kW) y 63 A (30,2 kW) en tensión monofásica. Las protecciones se introducirán en la propia infraestructura de carga para permitir funciones adicionales como la verificación continua de la toma de tierra, la verificación de la conexión directa, la activación y la desactivación de la carga, y la posibilidad de elegir una potencia de recarga (en función de las preferencias del usuario o de las necesidades específicas del vehículo).
  • Modo 4: este modo de recarga no se realiza con corriente alterna, 1. Como ocurre con los modos 2 y 3, en este caso la carga se realiza en corriente continua. Esta forma de carga corresponde a estaciones de carga rápida en corriente continua, realizada con conectores CHAdeMO o CSS Combo-2, soportando generalmente potencias de carga entre 50 kW y 250 kW, aunque actualmente la norma IEC 62196-3:2014 admite potencias de recarga de hasta 350 kW. Este modo, al igual que el modo de carga 3, incluye en la infraestructura las protecciones necesarias y las funciones de comunicación adicionales: comprobación continua de la toma de tierra, comprobación de la conexión directa, activación y desactivación de la carga, y posibilidad de elegir una potencia de carga (en función de las preferencias del usuario o de las necesidades específicas del vehículo).
Figura . Cada modo de carga tiene sus propias opciones de conector. En la actualidad, el conector más visible de los vehículos eléctricos europeos es el tipo de conector 2 correspondiente al modo de carga 3. Los conectores Schuko y EEE/CETAC utilizados para bajos niveles de potencia utilizan también un conector tipo 2 en el otro extremo del cable de carga, generalmente. Ed. •

De cara al 2030 se espera que estos estándares permitan niveles de potencia superiores. Teniendo en cuenta la preocupación actual de los usuarios por el tiempo de recarga, sería normal que los estándares incluyan sistemas de mayor potencia en los próximos años.

Según diversos estudios, el llenado del depósito de gasolina de un vehículo de combustión con una autonomía de 600 km tarda una media de 5 minutos. En el humo de los vehículos eléctricos, tomando como ejemplo un sistema de recarga de 350 kW (máxima potencia estandarizada), conseguiríamos cargar un coche Toyota Prius (con una batería de 8,8 kWh y una autonomía de 40 km) en un minuto, mientras que un Tesla Model S (batería de 100 kWh y una autonomía de 610 km) se cargaría en 17 minutos. Así, en la actualidad, comparando el tiempo de llenado de la gasolina, los usuarios de los vehículos eléctricos “perderían” 12 minutos por carga.

¿Y entonces qué? ¿Merece la pena comprar un vehículo eléctrico en la actualidad? ¿O nos conviene esperar?

La respuesta parece compleja, pero cada vez es más fácil contestar a esta pregunta. Si es para combatir el cambio climático, la respuesta es total, ¡sí, claro! De cara a la economía personal, si es para realizar desplazamientos cortos en el día a día y tenemos un lugar de carga (por ejemplo, en casa o en la empresa) sí merece la pena. Sin embargo, si visitamos con asiduidad unos pocos objetivos lejanos, habría que fijarnos bien en la ubicación de los sistemas de recarga en este recorrido, por lo que deberíamos organizar el recorrido. En este contexto, el plan Smart Mobility del grupo Iberdrola constituye un paso decisivo en el desarrollo y despliegue del vehículo eléctrico en España. Para el año 2023 prevé la instalación de 2.500 estaciones de recarga en las principales autopistas y corredores de España y en los espacios de acceso público de las principales ciudades. Este plan prevé la puesta en marcha de al menos una estación de recarga rápida cada 50 km, garantizando así la posibilidad de viajar con autonomía en todo el país.

Tabla 2. Características de los cargadores rápidos de mercado que funcionan en modo 4. Ed. •

Para profundizar en este análisis, hay que tener en cuenta que el vehículo eléctrico tiene dos aspectos fundamentales económicamente rentables. La primera es la eficiencia del vehículo eléctrico. El pico de un vehículo de combustión requiere 5 litros de media para recorrer los 100 km, con una energía equivalente de 45 kWh. Sin embargo, un vehículo eléctrico sólo necesita unos 15 kWh. Teniendo en cuenta los costes actuales de la energía y de la gasolina, un rápido cálculo permite apreciar que los vehículos de combustión gastan 6,5 € para 100 km y 1,3 € para los eléctricos, a lo largo de toda su vida útil (250.000 km) 16.250 € y 3.250 € respectivamente. El segundo aspecto es el relativo al mantenimiento, según un estudio realizado por el fabricante Volkswagen, el ahorro durante toda la vida útil puede rondar los 2.500 € gracias a las reducidas necesidades de mantenimiento de los vehículos eléctricos. Si miramos al 2030, la respuesta a la pregunta es aún más sencilla. Para entonces, las baterías serán mejores y más baratas en el mercado, lo que supondrá que los vehículos eléctricos sean directamente más baratos que los de combustión. Además, las infraestructuras de recarga rápida ya serán más extendidas y se garantizará el confort de los usuarios desde el punto de vista de la recarga. En consecuencia, se puede afirmar que en el año 2030 la opción preferente de los usuarios será la de adquirir el vehículo eléctrico, si no es así.

 

OBSERVACIONES:

1En este ámbito trabajan varias empresas vascas. La empresa Ingeteam ha incrementado su instalación porcina de puntos de recarga en un 36% en el último mes de febrero de 2021.

2La monofásica es la conexión a la red eléctrica que tenemos en los hogares, y la red trifásica suele estar en empresas en las que hay maquinaria.

 

BIBLIOGRAFÍA

[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: Tecnología, trends y challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 114, pp. 1-23.

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