Electromovilidad: recarga y autonomía

Qué tan lejos se puede ir en un automóvil eléctrico todavía es una de las interrogantes más comunes en torno a la llegada de la electromovilidad. A diferencia del término inglés “(driving) range” que claramente da cuenta del límite superior de distancia esperada de una batería cargada totalmente, el término que se ha adoptado en castellano para esta distancia máxima es “autonomía”, una palabra que enfatiza dependencia y que podría influir de manera aún más negativa en la percepción de los posibles compradores.

Cuando los automóviles eléctricos fueron reintroducidos en el mercado estadounidense en 2011, una reducida autonomía de no más de 130 kilómetros en condiciones óptimas nos hacía pensar de la nueva tecnología como un segundo auto en el hogar para viajes básicamente urbanos. Restricciones en autonomía, así como también desconfianza en la degradación y vida útil de la batería, se reflejaron en el mercado en lo que en inglés se conoce como range anxiety, lo que vendría a ser en castellano la ansiedad de la autonomía, o el miedo a que un automóvil eléctrico se quede sin o no tenga suficiente carga para llegar a destino. Esta ansiedad por parte de potenciales compradores se ha usado por años para explicar en parte la baja participación de mercado de automóviles 100% eléctricos. Ha sido un hecho el que la difusión de la electromovilidad, incluso con programas de subsidio, ha sido más lenta que lo deseado. Por ejemplo, en Estados Unidos la participación de mercado de los automóviles eléctricos en las ventas de autos nuevos todavía no alcanza un 2%, considerando autos 100% eléctricos e híbridos enchufables.

La disminución del costo de producción de las baterías, técnicamente producto de una caída increíble en el costo por kWh, nos ha traído a un escenario en que la autonomía de los vehículos eléctricos, que ya bordea incluso los 500 kilómetros, es competitiva a nivel de carretera. Esto significa que puede pensarse en un hogar en que el único vehículo del que disponen es eléctrico.

Sin embargo, incluso con una autonomía competitiva, cargar un auto eléctrico todavía no compite con echarle bencina a un automóvil convencional de combustión interna, que no sólo se puede hacer casi en cualquier lado (dada la alta densidad de estaciones de servicio), sino que además toma solo un par de minutos. Cuánto se demora en cargar viene a ser la siguiente de las interrogantes más comunes sobre el desempeño de los automóviles eléctricos. La respuesta depende de la capacidad de la batería y de las características del cargador y del auto. Enchufando directamente en el hogar, sin un cargador especial, puede tomar muchísimas horas para una carga completa (hasta 11 horas para un Nissan LEAF; y 21 horas para un Tesla modelo S, en un cargador de 3.7 kW de potencia). Hay distintas capacidades de cargadores más rápidos. Por ejemplo, uno de 7 kW de potencia reduce a la mitad el tiempo de recarga (6 horas para el LEAF; 11 horas, el Tesla modelo S), y uno ultra-rápido de potencia de 150 kW puede cargar el Tesla en mucho menos de una hora.  Recientemente un periodista del New York Times emprendió un viaje de 870 kilómetros (ida y vuelta de Los Ángeles a Las Vegas), demorándose ocho horas manejando un Chevy Bolt (380 kilómetros de autonomía) y 5 horas recargando (NYT, 22 de junio de 2019). A veces el cargador rápido en las electrolineras no funcionó, cargó más lento, o tuvieron que esperar porque había más gente cargando.  En suma, para lograr una mayor partición de mercado los automóviles eléctricos necesitan ofrecer mayor autonomía y un menor tiempo de recarga.

Además del tiempo de recarga, el enchufar lleva asociadas múltiples dimensiones del mercado eléctrico. Se ha observado en múltiples mercados que más de un 90% del tiempo, los automóviles eléctricos se cargan en el hogar durante la noche. Típicamente éstas son horas valle en cuanto a demanda y, si hay tarifas horarias, con un precio por kWh más bajo. Sin embargo, a medida que más hogares requieran cargar durante la noche el resultado es un exceso de demanda en comparación a la oferta eléctrica, creando un desequilibrio. Se ha observado que existen tres horas punta en los patrones típicos de recarga: inmediatamente al llegar al hogar, al iniciarse el horario de tarifa nocturna más baja, y poco antes de iniciar viajes al trabajo en la mañana. Tomando en cuenta los requerimientos de energía, y las horas que los autos pasan estacionados en el hogar, gran parte de la carga podría programarse a horarios óptimos.  Es importante destacar que un vehículo con alta autonomía, como un Tesla en sus modelos X y S, actualmente tienen baterías que alcanzan los 100 kWh mientras que el consumo residencia diario típicamente gira en torno a los 25 kWh por día. Además de los problemas de desequilibrio entre oferta y demanda, el uso de cargadores ultra rápidos trae consigo el riesgo de sobrecarga y potenciales daños a la red de distribución. 

Actualmente estamos piloteando en la ciudad universitaria del estado de Nueva York donde vivo y trabajo (Ithaca se llama, y el pueblo de Ulysses no se encuentra muy lejos) un programa de recarga para automóviles eléctricos que minimice el estrés en la red eléctrica. La idea es que la compañía eléctrica pueda controlar en qué momento se cargan los automóviles eléctricos para producir un equilibrio entre oferta y demanda. 

Quienes participen de este programa recibirán un cargador nivel 2, con instalación gratuita y acceso a un sitio web móvil para administrar la carga de forma remota. En la plataforma de administración de carga, el hogar puede decidir cuánta carga desea y a qué hora la necesita. Al mismo tiempo el hogar puede decidir si quiere exactamente la carga deseada, o si bien aceptaría una carga menor (fijando un mínimo) a cambio de un descuento en la tarifa eléctrica por kWh. Además de la tarifa menor, aceptar una carga menor a la deseada implica programar la carga para aquellas horas con una demanda menor, resultando en un costo total menor de carga con tarifas a tiempo real.   

Aunque en economía de transporte estamos acostumbrados a trabajar con estimaciones de la disposición a pagar por mejoras en nivel de servicio (como una disminución en el tiempo de viaje; o un incremento en los kilómetros de autonomía en el caso de vehículos eléctricos, Daziano, 2013), uno de los objetivos de este estudio es determinar la disposición a aceptar ceder control a la compañía eléctrica para que ésta decida el momento óptimo para cargar la batería, a cambio de un descuento en el costo de la carga. Con el equipo de investigación de la universidad de Cornell estamos trabajando también en modelos que determinen descuentos óptimos para producir un balance en la red eléctrica. 

Si bien hay beneficios económicos y medioambientales en esta estrategia de recarga, queda a ver si los hogares están efectivamente dispuestos a ceder control o a aceptar otras estrategias de gestión de la demanda eléctrica.

Ricardo A. Daziano
PhD en Economía
Profesor Asociado de Ingeniería de Sistemas y de Ingeniería Civil y Medioambiente
Universidad de Cornell

Referencias
Daziano, RA. 2013. Conditional-logit Bayes estimators for the valuation of electric vehicle driving range. Resource and Energy Economics 35(3), 429-450.

New York Times, Fear and Loathing at the Charging Station, 22 de junio de 2019. https://www.nytimes.com/2019/06/22/business/energy-environment/electric-cars-charging.html?fbclid=IwAR02JrlexbKUZJZvtDjI5p7Tmx1wa43R5u7OXgKc0Eggk7AyfQLqG4ZMveY

 

 

 

 

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