1. introdução
Embora os primeiros automóveis fossem elétricos, o último século foi o século do motor de combustão interna. Uma política de transporte sustentável deve promover a redução da demanda, do transporte não motorizado e do transporte público e ferroviário, tanto de passageiros quanto de carga e de carona, além de melhorar a eficiência dos veículos. Mas como já existem cerca de 800 milhões de veículos e a aspiração à mobilidade motorizada individual está profundamente enraizada, apesar de suas muitas externalidades e custos de cada ordem, e todos os anos haverá mais para o desenvolvimento da China e da Índia, entre outros países. (em 2030 haverá mais de 1.500 milhões e em 2050 circularão 3.000 milhões de veículos), é necessário dar uma solução viável e complementar, e esse é o carro elétrico conectado à rede.
Descarbonização do sistema energético e de transportes, em particular, exige a electrificação do transporte, e uma nova economia baseada no elétron, deixando lentamente, mas certamente, a economia de hidrocarbonetos. O cidadão exige quilômetros motorizados, não gasolina ou diesel.
Hoje, todas as condições que tornam possível a electrificação dos transportes são dadas para a primeira vez: primeiro o desenvolvimento de baterias de íon de lítio e outros materiais, permitindo a autonomia necessária, e em segundo lugar o desenvolvimento de energias renováveis, especialmente o vento, que pode fornecer a eletricidade necessária, sem emissões de CO2, a um custo razoável e menor que a gasolina ou o diesel.
As razões para isso são óbvias: a insegurança do abastecimento de óleo (95% da energia consumida nos transportes provém do petróleo), preços elevados e seu impacto sobre o déficit comercial ea inflação, conflitos militares, as emissões CO2, poluição do ar e ruído.
Edison Electric lâmpada trocada lâmpadas de querosene para iluminação no final do século XIX, que por sua vez tinha substituído os "biocombustíveis" (gordura de baleia) e na próxima década pode participar de uma eletrificação processo semelhante no transporte.
2. O carro elétrico
O motor elétrico é quatro vezes mais eficiente que o motor de combustão interna. A tecnologia existe e a única questão que ainda precisa ser desenvolvida são as baterias que fornecem autonomia adequada entre recargas a um custo razoável. As soluções vão desde híbridos plug-in até veículos totalmente elétricos, usando baterias de íons de lítio ou outros materiais em desenvolvimento, como baterias Zebra ou zinco-ar, bem como desenvolvimentos de nanotecnologia. De fato, praticamente todas as empresas do setor já estão desenvolvendo seus modelos, e espera-se que, a partir de 2010-2012, o carro elétrico entre no mercado de forma massiva.
Israel, Dinamarca, Portugal, Irlanda, Austrália, Nova Zelândia, Canadá e França já apresentaram seus planos, bem como programas-piloto na Alemanha, Japão e vários Estados (Havaí, Califórnia) dos EUA, e na Espanha o governo prevê sua introdução para 2012. Nos Estados Unidos, a nova administração do presidente Obama também promoverá o carro elétrico e os híbridos conectados à rede.
Mas você também não pode ser um triunfalista, nem as dificuldades devem ser ignoradas. veículos a gasolina e diesel têm mantido e preservado uma hegemonia quase absoluta por um século porque os veículos elétricos superam em três questões fundamentais: maior autonomia, recarregar ou reabastecer e custo do veículo, determinado pela o preço da bateria. Um fato é inegável: a gasolina e o diesel fornecem maior densidade de energia e flexibilidade do que as baterias mais avançadas: 13 kWh / kg em gasolina (8,9 kWh por litro) e 12,7 kWh / kg em diesel, versus 0,16 kWh por kg da última geração de baterias de íons de lítio.
Mas também é verdade que 80% das viagens diárias nos Estados Unidos são menos de 80 quilômetros, e mais da metade são menos de 40 quilômetros. Na União Européia, em 2007, 460 milhões de cidadãos fazem uma média de três viagens diárias, totalizando 27 quilômetros por dia de carro. Os veículos elétricos, com todas as suas limitações atuais, podem satisfazer a imensa maioria dos requisitos de mobilidade pessoal motorizada.
Impedimentos na verdade são mais psicológico do que tecnológico, e será superada quando o limite de percepção de 200 quilômetros de veículos elétricos é prejudicada pela onipresença de pontos de carregamento em ruas e garagens, para recargas que são contados em minutos e não em horas, e por estações de serviço onde você troca a bateria descarregada por outra recarregada ao mesmo tempo que hoje reabastece, como proposto pelo Projeto Better Place.
Mas a grande novidade da proposta do Projeto Better Place é eliminar uma das grandes barreiras para a generalização de veículos elétricos: o custo das baterias. Para isso, uma taxa mensal é alugada ou cobrada pela bateria ou até mesmo pelo veículo, semelhante ao que acontece em menor escala com a telefonia móvel, mas o proprietário do veículo a compra sem a bateria, então o custo inicial é muito reduzido, e o custo da bateria é distribuído ao longo da sua vida. Como o preço da eletricidade é mínimo, comparado ao combustível, o custo por quilômetro percorrido é semelhante ou até menor. Um serviço é vendido, e não o veículo, usando formas inovadoras de financiamento já aplicadas por empresas de telefonia móvel, entre outras. Em troca de uma taxa mensal fixa e conhecida,
Como Shai Agassi, fundador e diretor do Project Better Place, diz custa o carro europeu médio de 12.000 euros e os seus 12 anos de vida consome cerca de 30.000 litros de combustível, que custará 30.000 a 35.000 euros, dependendo do país, e tendência crescente . O combustível custa três vezes mais que o veículo. Em comparação, a bateria do carro elétrico custa 7.000 euros e a eletricidade consumida na vida será de apenas 2.000 euros; a soma de ambos os conceitos é um terço do combustível consumido por um carro a gasolina ou diesel durante toda a sua vida. Mas o custo das baterias e da eletricidade do vento ou de outras energias renováveis tendem a diminuir com o passar dos anos, enquanto a tendência dos hidrocarbonetos é aumentar.
3. Híbridos elétricos conectados à rede
Plug-in função híbrido elétrico semelhante ao híbrido tradicional, mas, ao contrário deles, estão mais (ou mais caros) baterias e pode ser conectado à rede quando eles estão estacionados, sempre que há uma corrida para aumentar os quilômetros que Eles podem viajar apenas com o motor elétrico. Em teoria, combinam as vantagens dos veículos híbridos e totalmente elétricos e podem facilitar a transição para a eletrificação do transporte rodoviário.
O motor elétrico é utilizado para pequenos deslocamentos diários, a grande maioria, com emissões zero, e o motor convencional permite aumentar a autonomia entre recargas. Como os veículos elétricos "puros", eles recuperam a energia da frenagem, que é perdida em veículos tradicionais, e não consomem nas paradas contínuas, por isso são ideais para viagens urbanas, com frenagem e partida contínuas.
4. Baterias Recarregáveis
Um veículo elétrico é alimentado por eletricidade armazenada em baterias recarregáveis, o que lhe permite operar com emissões zero em seu ponto de uso e com quase nenhum ruído, exceto o produzido pelos pneus. Na última década, assistimos a uma melhoria profunda das baterias, reduzindo o seu custo e permitindo mais ciclos de carga, enquanto a capacidade de armazenamento por unidade de peso e volume aumentou, o efeito de memória foi eliminado e aumentou sua duração. A melhoria das baterias continuará.
As baterias são alimentadas por eletricidade, que pode ser produzida de várias maneiras, e seu impacto é o da própria geração de eletricidade. Eles podem ser recarregados fora do horário de pico, com menor demanda, e até mesmo no futuro eles poderiam despejar eletricidade na rede durante o horário de pico da demanda de pico (V2G). A rede de distribuição existe, ao contrário do hidrogênio, e a infraestrutura básica pode ser construída em pouco tempo e sem grandes dificuldades. Mas também existem desvantagens e desvantagens. Em primeiro lugar, a capacidade e o custo das baterias. As baterias de íons de lítio melhoram a capacidade e a autonomia dos veículos, mas são caras, superaquecidas e, acima de tudo, há um debate não resolvido sobre se há recursos de lítio suficientes para fabricar milhões de carros novos.
A chave para o futuro do veículo elétrico é a bateria recarregável, que determina a velocidade máxima, a autonomia entre as recargas, o tempo de recarga e a duração da bateria. Os preços das baterias foram reduzidos nos últimos anos, e eles o farão ainda mais à medida que a demanda aumentar e eles forem produzidos em grandes séries.
A distância que um veículo elétrico pode percorrer sem recarregar a bateria, nos modelos atuais ou de fabricação seguinte, vai de 60 a 250 quilômetros. Tenha em mente que a maioria das viagens diárias é inferior a 60 km. Um veículo elétrico consome 0,12 kWh a 0,30 kWh por quilômetro; percorrer 100 quilômetros exigiria uma bateria com capacidade de 12 kWh a 30 kWh, dependendo do modelo.
5. Consumo de eletricidade
Nos Estados Unidos, com um parque dez vezes maior do que na Espanha e uma taxa de motorização muito maior, o Pacific Northwest National Laboratory realizou uma análise da eletrificação do transporte em empresas de eletricidade e redes regionais de distribuição de eletricidade, alcançando à conclusão de que, se os veículos forem recarregados fora dos horários de pico, nenhuma capacidade de geração adicional teria que ser instalada para abastecer 84% do parque (mais de 198 milhões de carros, vans e veículos off-road), o que cobriria uma média diária. 53 quilômetros por dia. O consumo de eletricidade, é claro, aumentaria, mas deve-se ter em mente que o parque de geração e a rede elétrica são projetados para cobrir a demanda durante os horários de pico durante o dia e permanecer ociosos durante os horários de pico.
Uma frota de um milhão de veículos elétricos que percorrem 19.000 km por ano consumiria 3 TWh por ano (0,16 kWh / km, acima dos modelos em desenvolvimento), e se fossem híbridos plug-in que viajariam 50% com eletricidade a rede e os outros 50% com gasolina ou diesel, o consumo seria de 1,5 TWh. Como comparação, a demanda por eletricidade na Espanha em 2007 foi de 289 TWh, e o vento gerou 27 TWh. O consumo de um milhão de veículos elétricos na Espanha seria de apenas 11% da geração eólica em 2007 e 1% da demanda de eletricidade. A produção eólica na Espanha em 2007 teria sido suficiente para abastecer 9 milhões de veículos totalmente elétricos, ou 18 milhões de híbridos plug-in, números que, sem dúvida, levarão muitas décadas para chegar.
A conclusão é óbvia: a eletrificação gradual do transporte rodoviário na Espanha não representa um problema insolúvel tanto do ponto de vista do consumo de eletricidade quanto do parque de rede e geração.
6. Energias Renováveis e o Veículo Elétrico
A eletrificação do transporte pode significar o grande salto que as energias renováveis precisam gerar eletricidade para consolidar e superar os inconvenientes da falta de gerenciamento e de não garantir o suprimento, e podem ter a mesma força motriz para o vento e outras energias renováveis. o que teve o motor de combustão interna no início do século XX para a indústria do petróleo, depois de perder seu grande mercado: o querosene substituído pelo bulbo de Edison e a eletrificação da iluminação.
O consumo de energia de uma conversão gradual da frota de veículos na Espanha não apresenta problemas insolúveis, e pode até mesmo ajudar a melhorar a gestão de rede (redes V2G). Um veículo que consome 14 kWh por 100 km (consumo variar muito, de 10 a 20 kWh por 100 km), e recorriese cerca de 15.000 km por ano (uma média aceitável), consumidos 2.100 kWh por ano. A frota de veículos, de acordo com os últimos dados da DGT, é de 30,3 milhões, dos quais 21,8 milhões são carros de passageiros. Seu consumo anual total seria de cerca de 80.000 GWh. Esta eletricidade poderia ser produzida, em teoria, cerca de 37.000 MW de energia eólica. O vento, por si só, poderia fornecer, em teoria, toda a eletricidade necessária para eletrificar a frota de veículos existentes na Espanha, embora a lógica seja uma combinação equilibrada e variável.
V2G corresponde à abreviatura de "Veículo-para-Grade" (veículo de grade), e representa a tecnologia que permite o armazenamento em horas de pico e de recuperação de energia nas horas de ponta de baterias veículos elétricos para a rede. A tecnologia V2G permite carregar as baterias fora do horário de pico, quando o kWh é mais barato e vendê-las à rede nos horários de pico, quando o kWh é mais caro. Com o V2G todos ganham: os proprietários de veículos, empresas de eletricidade, sociedade e planeta, embora isso exija a criação de uma infraestrutura hoje inexistente. Mas mesmo sem o V2G, a eletrificação do transporte traz grandes benefícios para todos.
7. Gerenciamento de curva de carga
Para a operação do sistema elétrico, as razões para este interesse devem ser colocadas na importância de incorporar novas demandas que permitam nivelar a curva de carga, um objetivo que é sempre importante, mas crucial em um contexto de crescente penetração de energias renováveis na geração de eletricidade. eletricidade O recurso primário renovável apresenta algumas dificuldades de armazenamento e capacidade de gerenciamento limitada.
Na Espanha peninsular, há dois elementos adicionais: a capacidade limitada de bombeamento, que é a alternativa ideal para o armazenamento noturno, e as dificuldades de colocar o excedente de geração nos sistemas de eletricidade dos países vizinhos. O compromisso com veículos elétricos é, portanto, uma alternativa com um potencial claro.
A Associação Empresarial Eólica, após um processo de avaliação e reflexão na Plataforma Tecnológica do setor eólico, REOLTEC, promoveu o projeto REVE, cofinanciado pelo MITYC, uma das primeiras iniciativas setoriais para analisar os desafios desta forma de geração e sua afetando a produção de eletricidade de origem eólica.
Mas também é essencial para produzir o número máximo de horas possível, não só para assegurar a viabilidade econômica dos investimentos, mas também para atender os objetivos acima, podemos esquecer são definidas em termos de energia. Portanto, os 40.000 MW devem gerar 86.000 GWh no ano. A fim de maximizar a produção de parques eólicos, é importante para evitar cortes de produção loa tipificados por PO 3.7, em quatro tipos: redes de saturação, os riscos de instabilidade transitória, incapacidade de parques para ativar limites proteções em energia Curto-circuito e energia não despachável, devido à baixa demanda.
Por enquanto, a causa mais importante desses cortes é precisamente o risco de estabilidade da rede (em 2008 houve quase uma dúzia de cortes gerais que significaram uma perda de cerca de 6 milhões de euros para lucros perdidos, e alguns mais produziram por redes de distribuição), embora no futuro, uma vez que os parques eólicos estejam adaptados às lacunas de voltagem, o maior risco de aparar virá da energia eólica que não pode ser colocada por baixa demanda.
Este problema da não - elétrica evacuada, vai se tornar mais importante como o peso da energia eólica na cobertura de demanda, que deve chegar a 36% até 2020 para uma demanda prevista de 250 TWh, contra a corrente de aumentos 11% (Veja para evitar este , propuseram várias soluções, tais como uma maior ligação com a França e, especialmente, o aumento do bombeamento noite.
Em qualquer caso, ele é importante notar que o aumento da demanda por veículos elétricos vai forçar uma maior contribuição das renováveis, que mais uma vez resulta na necessidade de proporcionar maior flexibilidade ao funcionamento do sistema com esta e outras soluções.
Na conexão com a França, um aumento da potência será feito para atingir cerca de 4.000 MW, o que implicaria uma garantia adicional de venda do excedente de geração de energia eólica, que terá que competir com outras fontes de geração, como variável nuclear muito baixa e custos de oportunidade. A experiência das trocas da Alemanha com seus vizinhos demonstra a importância da implementação de mecanismos de mercado, que evitam a descarga de fontes de energia primária de custo zero, como é o caso da eólica.
No que diz respeito ao bombeamento, para o qual estão planejados 3.000 novos MW, alguns já em construção ou repotenciados, o problema é que atualmente existem poucos locais em nosso país, com as condições orográficas corretas e, em princípio, é considerado difícil alcançar a figura acima mencionada.
Neste ponto, é importante comentar algumas das mudanças regulatórias e a avaliação da capacidade evacuável, o que terá um impacto na instalação de futuros parques eólicos. Este é o contexto futuro onde aparecem os veículos elétricos, que devem permitir incorporar inicialmente novas cargas em horas de baixa demanda e, posteriormente, modular cargas em diferentes períodos. Em qualquer caso, o desafio, do ponto de vista elétrico, não é desprezível, tanto no lado da operação do sistema de energia como infra-estrutura elétrica necessária para conectar os veículos, bem como necessário o desenvolvimento de regulamentação e normas.
8. O veículo elétrico e a curva de carga
Um veículo elétrico médio consome cerca de 14 kWh por 100 km; um carro que viaja cerca de 15.000 km por ano consumiria 2.100 kWh, comparável ao consumo doméstico médio. Obviamente, o gargalo está na capacidade de carga das próprias baterias, embora em princípio pareça factível carregar cerca de 5-7 kWh à noite em uma tomada doméstica, o que seria suficiente para a jornada que um veículo fará. durante o dia.
O impacto no sistema elétrico de uma hipotética implementação de 2 milhões de carros elétricos aumentaria a demanda por energia em 3.500 GWh por ano, mas levando em conta que essa energia seria gerenciada pelo operador do sistema (OS), como um sistema de armazenamento complementar ao bombeamento.
A figura 3 abaixo mostra como a curva de demanda mudaria com o consumo adicional que seria a recarga de 2 milhões de carros elétricos (6,5% da frota atual na Espanha). Se assumirmos que a carga do veículo ocorre uniformemente ao longo das 7 horas que durante a noite têm menos consumo, o aumento na demanda seria de cerca de 2.000 MW em cada uma dessas 7 horas, assumindo que cada bateria foi recarregada com 7 kWh (energia suficiente para percorrer 70 km).
No entanto, a operação do sistema pode ser muito mais flexível com o uso de sistemas inteligentes que acompanham a evolução da demanda geral do sistema. Na figura a seguir você pode ver como a curva seria para este caso, usando o mesmo número de veículos. Pode-se observar que nas horas de menor consumo a demanda poderia ser aumentada até mesmo em 4.000 MW, achatando consideravelmente a curva de carga à noite, e mesmo em algumas horas do dia em que o consumo não é excessivo, como 4 ou 5 da tarde.
A carga durante as horas da tarde poderia ser feita nos estacionamentos dos edifícios de escritórios onde os veículos estão localizados, mas aqui aparece uma das questões fundamentais do futuro, a capacidade das próprias redes, especialmente a distribuição, que em alguns casos, eles poderiam duplicar as cargas inicialmente planejadas.
Além disso, e no futuro, em adição ao aumento da procura em horas de ponta, o veículo eléctrico pode também fornecer eletricidade a horas de ponta e, tomando o exemplo acima, pode reduzir a carga fornecida ao edifício pelo sistema eléctrico, para se obter um consumo de energia líquido reduzido . Esse fato iria achatar ainda mais a curva de carga evitando picos de alta demanda e mantendo-a constante entre os dois pontos, o que melhoraria muito o funcionamento do sistema elétrico. Em qualquer caso, a complexidade do sistema e o gerenciamento técnico e econômico de uma série de pontos de carregamento e geração de potencial não escapam, operando simultaneamente em redes de baixa e média tensão.
O sistema seria como refletido no gráfico a seguir: o veículo iria recarregar entre 1 e 6 quando a demanda mal chegasse a 22.000 MW, no caminho para o trabalho o carro consumiria parte da energia da bateria, essa energia mais tarde Pode ser recarregada nos locais de trabalho, em períodos de pouca demanda para, por um lado, vender energia para a rede entre as 10h e as 16h, quando a demanda excede 38 mil MW, e por outro lado fazer a viagem de volta lar Haveria também a opção de fornecer energia para a rede entre 20 e 23, que é quando ocorre o pico mais alto de demanda, no ponto de recarga elétrica instalada nas garagens das casas.
Essa maneira de operar tem um impacto não apenas no balanço energético, mas também pode ser usada pelo Operador do Sistema (SO) para otimizar os serviços regulatórios.
Embora tenhamos nos concentrado na análise dos veículos na curva de carga, é importante levar em conta a incidência que a geração eólica tem em outros serviços do sistema, como o controle de tensão e os serviços de regulação.
Com relação ao primeiro, a existência de várias unidades de carga e geração, com seus correspondentes inversores / retificadores, próximos da demanda, poderia ser uma oportunidade para otimizar o controle da tensão nas redes de distribuição às quais estão conectados os próprios veículos. Embora com menor incidência, serviços adicionais também podem ser fornecidos para a regulação de freqüência.
Do lado dos serviços de regulação, a maior incidência de vento está na regulação terciária, que serve para substituir o secundário usado e requer estar em operação por três horas, e o gerenciamento de desvios, entre oferta e demanda . Embora a capacidade necessária para regular a energia eólica, a potência máxima operacional é estimada em 5% simultaneamente. Esse valor pode ser visto aumentando, pois tem um peso maior em relação à geração nas plantas convencionais. Precisamente, a existência de cargas modulares com períodos programáveis de várias horas deve permitir otimizar o uso desses serviços auxiliares quando combinada com fontes renováveis de geração variável e parcialmente programável.
Além de proporcionar ao sistema elétrico maior flexibilidade em sua operação, a crescente penetração de energias renováveis impulsiona uma maior inter-relação entre o consumidor final e o operador do sistema, o que facilita o fluxo de informações e torna a captação de informações mais transparente. decisões.
Tudo isso introduzirá mudanças importantes nos modos de gestão do sistema elétrico, tanto em termos de transporte quanto de distribuição, e nas fases de estudos estáticos e dinâmicos, incorporando novas formas de geração e novas. encargos, como no controle da operação das usinas ou no monitoramento da demanda.
Alberto Ceña é o diretor técnico da Wind Business Association e José Santamarta é diretor do World Watch.
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