Conexión de vehículos a la red eléctrica

Conexión de vehículos a la red eléctrica

(V2G)  

Alumnos:

Fabián Ávila

Fabián González  

Tabla de Contenidos

1.  Objetivos del trabajo        2

2.  Introducción        2

3.  Descripción Vehículos conectados a la red        3

3.1.  EV a baterías (BEV)        3

3.2.  EV con celda de combustible (FCV)        3

3.3.  VE hibrido (HEV)        3

4.  Infraestructura requerida para V2G        5

4.1.  Conexiones a la red        5

4.2.  Control y Comunicaciones        6

5.  Servicios Complementarios y Aplicaciones en US        7

5.1.  Energía de carga base        8

5.2.  Energía de punta        9

5.3.  Servicios Complementarios        9

5.3.1. Reservas de giro        9

5.3.2. Regulación        10

5.4.  Aplicaciones en US        11

6.  Regulación necesaria        12

7.  Costos y comparación con alternativas convencionales        14

7.1.  Capacidad de potencia V2G        14

7.2.  Potencia limitada por la línea        14

7.3.  Potencia limitada por la energía almacenada en el vehículo        14

7.4.  Ingresos v/s costos de V2G        15

7.4.1. Ecuación de ingresos        15

7.4.2. Ecuación de costos        17

7.5.  Costo monómico        20

7.6.  Comparación con otras tecnologías de generación        21

7.6.1. Capacidad Instalada        21

7.7.  Costos marginales SIC        22

7.8.  Costos marginales SING        23

7.9.  Tarifas BT1        24

8. Conclusiones        25

9. Referencias        26

1. Objetivos del trabajo

El objetivo es investigar las aplicaciones de conexión de autos en gran escala a la red eléctrica, principalmente en la oferta de servicios complementarios. Por lo tanto, la investigación abordará los beneficios de vender electricidad desde V2G al sistema en horas peak, e identificará cuáles servicios complementarios podrían ser ofrecidos por V2G, entre ellos regulación de frecuencia primaria y secundaria y partida rápida del sistema. También se analizará cuál es la regulación y la infraestructura requerida para conectar autos a la red. El trabajo también identificará los costos en US$/kW y mills/kWh ofertados por V2G y la comparará con los costos de las opciones convencionales.  

1. Introducción

Los mayores fabricantes de vehículos del mundo han anunciado un mercado masivo de vehículos eléctricos. Los vehículos son propulsados por baterías y recargados de la red eléctrica. Existen también otras configuraciones híbridas de vehículos eléctricos que incluyen celdas de combustible, pero las utilidades eléctricas sólo involucran a vehículos propulsados únicamente por electricidad. Abordaremos la relación entre los vehículos eléctricos y el sistema de alimentación eléctrica. La red podría proveer potencia al vehículo tanto como recibir potencia del vehículo.

En Estados Unidos ya existen compañías eléctricas estudiando las aplicaciones del V2G. La Compañía de Electricidad y Gas del Pacifico (PG&E), con sede en San Francisco, experimenta con V2G utilizando una flota de varios Toyota Prius en el campus de Google en California. Por otro lado la isla danesa de Bornholm, de 40.000 habitantes, a través del proyecto europeo EDISON (Electric Vehicles in a Distributed and Integrated Market using Sustainable Energy and Open Networks) [29] planea aprovechar la energía eólica sobrante para conectarla a vehículos eléctricos y almacenar en sus baterías esta electricidad excedente, que mas tarde podría inyectarse a la red. [28]

1. Descripción Vehículos conectados a la red

Existen tres tipos de vehículos eléctricos (EV) que son relevantes para el concepto de V2G: (1) a batería, (2) con celda de combustible e (3) hibrido. Estos vehículos utilizan un motor eléctrico para proveer toda o parte de la energía mecánica necesaria para mover el vehículo. Además, estos VE tienen integrada la electrónica de potencia necesaria para variar la frecuencia de su corriente alterna a los 50 Hz de la red.

1. EV a baterías (BEV)

Estos VE almacenan energía electroquímica en las baterías. Actualmente la opción más barata es la de baterías de plomo-acido, pero existen nuevos avances en las baterías de níquel-hidruro metálico (NiMH), de iones de litio (Li-ion) y de polímero de iones de litio que las están haciendo más competitivas debido a ciclos de vida más largos, menor tamaño y menor peso que las de plomo-acido.

Este tipo de VE se conecta a la red para cargar sus baterías y se desconecta para viajar. Debido a que ya cuenta con la electrónica para conectarse a la red para recargar sus baterías, los costos de implementar V2G son mínimos.

1. EV con celda de combustible (FCV)

Los VE con celda de combustible almacenan energía en forma de moléculas de hidrogeno (H2), las que junto al oxigeno presente en la atmosfera se encargan de alimentar una celda de combustible, produciendo así electricidad, calor y agua. Los principales problemas de esta tecnología es el almacenamiento de hidrogeno, la infraestructura para su distribución y las pérdidas durante el proceso de conversión. A pesar de esto se siguen desarrollando soluciones como comprimir el hidrogeno en forma de gas, vincularlo a metales o producirlo a bordo a partir de gas natural, metanol, gasolina u otro combustible.

Estos VE cuentan con electrónica de potencia integrada capaz de regular la frecuencia de la electricidad alterna que producen a los 50 Hz de la red, por lo que es posible su implementación a V2G con costos adicionales para el usuario.

1. VE hibrido (HEV)

Los VE híbridos combinan el motor de combustión interna (CI) con un motor eléctrico utilizando pequeñas baterías y un sistema de frenado regenerativo. Este último consiste en convertir la energía cinética que se pierde en el frenado de los vehículos en forma de calor, en energía eléctrica que se almacena en pequeñas baterías para alimentar el motor eléctrico que mueve las ruedas en conjunto con el motor CI.

Debido a que los híbridos más desarrollados actualmente tienen baterías muy pequeñas (1 a 2 kWh) y no presentan conectores eléctricos a la red nos centraremos en los VE híbridos enchufables en desarrollo [4] que tienen baterías mas grandes (4,5 a 9 kWh) y conexión a la red para recargarlas [5]. Dadas estas mejoras, los VE híbridos enchufables son los relevantes para V2G, ya que pueden conectarse a la red y entregar energía almacenada en la batería o generándola con el motor CI.

1. Infraestructura requerida para V2G

[pic 1] 

Figura 4: Esquema ilustrativo de líneas y control para conexiones entre vehículos y la red eléctrica [1].

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