Ana Pozo Ruz - El vehículo eléctrico y su infraestructura de carga

Dentro de la categoría de vehículos híbridos, existen dos tipos de vehículos: los híbridos paralelo y los híbridos serie.

• Híbridos paralelo:Son los primeros en aparecer en el mercado. Utilizan fundamentalmente la tracción eléctrica para mejorar la eficiencia energética del motor de gasolina. Esto se consigue utilizando el motor de combustión interna en los regímenes de giro en los que tiene mejor rendimiento. Para ello, la tracción eléctrica se usa para iniciar el movimiento y almacenar energía al frenar. Esta gestión inteligente de la energía se puede realizar gracias a los variadores electrónicos, que permiten funcionar al motor eléctrico en cualquier régimen.

• Híbridos en serie:Utilizan un motor de combustión interna para recargar las baterías que alimentarán al motor eléctrico. Con este sistema, el motor eléctrico es el responsable de propulsar el vehículo. Teniendo en cuenta que es muy eficiente, lo que realmente impide utilizar este sistema es la necesidad de una batería de suficiente capacidad.

El vehículo eléctrico puro (BEV) obtiene prácticamente toda la energía para su funcionamiento de la electricidad, que es suministrada a través de la red. Con la electricidad se carga la batería, cuyo tamaño en este caso es superior al de las baterías del PHEV. La autonomía de un BEV puede estar limitada respecto a los estándares de los vehículos convencionales, dependiendo de la tipología de la batería y del número de baterías instaladas en el vehículo, aunque actualmente puede alcanzar los 200 km. El desarrollo de infraestructuras de recarga rápida, cuyo objetivo principal es completar una recarga en pocos minutos, y el avance en el desarrollo tecnológico de las baterías, son factores que pueden ayudar a superar este tipo de limitaciones. En este sentido, las nuevas baterías ofrecen perspectivas de mejoras tecnológicas y de reducción de costes bastante prometedoras.

Hay dos parámetros fundamentales a la hora de analizar la viabilidad del vehículo eléctrico: la capacidad de las baterías y la autonomía que estas pueden proporcionar, es decir, cuál es el consumo por kilómetro recorrido. Conocido dicho consumo por kilómetro recorrido y dada una distancia diaria recorrida, se puede conocer el orden de magnitud de la demanda de energía eléctrica esperada. Si se necesita más información, se pueden consultar los distintos modelos que se ofrecen en la actualidad en el mercado en el Anexo I y II.

Comparado con el motor de gasolina, para la determinación de la eficiencia de un vehículo eléctrico influye de manera considerable el supuesto que se haga del elemento generador. Una central térmica puede tener una eficiencia algo superior al 50 % y otra con fuentes renovables puede alcanzar el 100 %. En cambio, el vehículo convencional de gasolina con motor de combustión interna tiene una eficiencia global del 25 %.

Esto implica que, de la energía del combustible introducido en el vehículo, solo se obtiene en forma de energía mecánica para el movimiento de las ruedas el 25 %, desaprovechándose el 75 % restante de la energía. Esta pérdida de energía deriva de distintas causas: rozamientos dentro del motor o en la tracción, o los propios factores termodinámicos limitadores del rendimiento en los motores de combustión interna.

Por otro lado, para el vehículo híbrido enchufable, la introducción del motor eléctrico, además del motor convencional, contribuye a la mejora de la eficiencia energética. En el caso del vehículo eléctrico puro, el rendimiento puede alcanzar mayores valores si la electricidad que carga las baterías de este vehículo tiene un origen plenamente renovable, menor si proviene de generación eléctrica basada en gas natural. Lógicamente, la eficiencia del PHEV, dado que es una combinación de motor convencional y eléctrico, tendrá una eficiencia variable hasta de un 50 % según la utilización de los mismos, muy superior a la del vehículo convencional o el híbrido tradicional. Según estas cifras, se puede llegar a aprovechar el doble de energía en un PHEV respecto a un vehículo convencional, como puede verse en la figura 2.4.

El vehículo eléctrico está aún en fase de desarrollo e implantación en el mundo, y se perfila como la principal alternativa a los vehículos convencionales de consumo de combustibles fósiles. Sin embargo, las baterías no son la única alternativa disponible para suministrar energía eléctrica al vehículo. Sería aconsejable nombrar, al menos, a uno de los posibles competidores y ver qué características ofrece este al mercado.

Figura 2.4 . Análisis de la eficacia del vehículo de gasolina respecto al eléctrico

El esquema simplificado de un vehículo impulsado por pila de combustible de hidrógeno consta de las siguientes partes: un motor eléctrico, para darle motricidad al vehículo (suelen ser motores síncronos); la pila de combustible de hidrógeno, que genera la electricidad para alimentar al motor, y que además puede utilizar combustibles indirectos para la generación de hidrógeno; la unidad de control electrónico, para procedimientos electrónicos de alto rendimiento; los acumuladores de energía, que pueden ser tanto baterías como supercondensadores; y el depósito de combustible, en este caso, hidrógeno. El conjunto de estos elementos queda reflejado en la figura 2.5.

Figura 2.5 . Esquema del vehículo de hidrógeno

El uso actual del hidrógeno está centrado principalmente en pilas de combustible limpias y para almacenamiento de energía. La pila de combustible de hidrógeno contiene básicamente hidrógeno y oxígeno, y produce electricidad a través de una reacción química y agua.

Los principales problemas surgen en la producción, almacenamiento y distribución. El rendimiento oscila entre el 35 % y el 40 %, prácticamente el mismo que el motor de gasolina. Entre sus principales inconvenientes pueden citarse:

• La distribución, que dentro del propio vehículo es complicada. Sería más adecuado que fuese suministrado en estaciones de servicio, lo que obliga a generar una infraestructura de producción y distribución totalmente renovada.

• El almacenamiento, para lo que hay que tener en cuenta que el hidrógeno es muy volátil y, a temperatura ambiente, ocupa más espacio que la gasolina normal, por lo que serían necesarios tanques de mayores dimensiones que los actuales. Además, necesitaría un diseño adecuado para evitar las fugas y resistir posibles colisiones de alto impacto. Sin embargo, hay que señalar que es más fácil de almacenar que la propia electricidad.

• La generación, donde en la actualidad los costes de producción son muy elevados, ya que las pilas son muy pesadas. La situación se prevé así durante los próximos treinta años, por lo que sería necesario invertir en mejorar las tecnologías asociadas a la producción de hidrógeno.

La figura 2.6muestra el ciclo de energía del hidrógeno. A diferencia de las baterías, no es necesario recargar las pilas de hidrógeno, que generan energía mientras que estén recibiendo combustible.

Figura 2.6 . Ciclo de energía del hidrógeno 1