En la próxima década, el rápido crecimiento de los vehículos eléctricos podría aumentar hasta un 25 % la demanda máxima de electricidad en algunas zonas de Estados Unidos, según un nuevo estudio.
Cuando los coches eléctricos representen entre el 30 % y el 40 % del tráfico rodado, la red sufrirá una presión considerable en los estados del oeste del país si no se realizan grandes inversiones, afirman los investigadores.
Han creado un nuevo modelo para evaluar la demanda de carga que puede aplicarse a diversos contextos.
Los investigadores concluyeron que el escenario con mayores beneficios era contar con una infraestructura de carga que fomente más la carga diurna.
En marzo, los investigadores publicaron un artículo sobre un modelo que crearon para la demanda de carga y que puede aplicarse a distintas poblaciones y otros factores.
Para su nuevo estudio en Nature Energy, el equipo aplicó su modelo a todo el oeste de Estados Unidos y examinó la presión que el creciente número de vehículos eléctricos ejercerá sobre la red eléctrica de la región de aquí a 2035. El nuevo estudio concluye que, en poco más de una década, el rápido crecimiento de los vehículos eléctricos por sí solo podría aumentar hasta un 25 % la demanda máxima de electricidad, suponiendo que siga predominando la carga residencial nocturna.
Para limitar los elevados costos de toda esa nueva capacidad de generación y almacenamiento de electricidad, los conductores deberían pasar a cargar durante el día en el trabajo o en estaciones públicas de carga, lo que también reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero, afirman los investigadores.
Este hallazgo tiene implicaciones para las políticas y las inversiones de la región y sus empresas de servicios públicos, especialmente porque California decidió a finales de agosto prohibir la venta de coches y camionetas ligeras de gasolina a partir de 2035.
«Animamos a los responsables de formular políticas a considerar tarifas de servicios públicos que fomenten la carga diurna y promuevan la inversión en infraestructura de carga para que los conductores pasen de cargar en casa a hacerlo en el trabajo», afirma Ram Rajagopal, coautor sénior del estudio y profesor asociado de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Stanford.
Carga tu vehículo eléctrico y ayuda a la red
En febrero, las ventas acumuladas de vehículos eléctricos en California alcanzaron el millón, alrededor del 6 % del total de coches y camionetas ligeras. El estado se ha fijado la meta de tener cinco millones de vehículos eléctricos en circulación para 2030. Cuando la penetración alcance entre el 30 % y el 40 % de los coches en circulación, la red sufrirá una presión considerable si no se realizan grandes inversiones y no cambian los hábitos de carga, afirma Rajagopal. Construir esa infraestructura requiere un plazo considerable y no puede hacerse de la noche a la mañana.
«Consideramos toda la región occidental de Estados Unidos porque California depende en gran medida de la electricidad importada de los demás estados del oeste. La carga de vehículos eléctricos, junto con los demás usos de la electricidad, tiene consecuencias para toda la región occidental, dada la naturaleza interconectada de nuestra red eléctrica», afirma Siobhan Powell, doctora en ingeniería mecánica y autora principal tanto del estudio de marzo como del nuevo estudio.
«Pudimos demostrar que, con menos carga en casa y más carga diurna, el oeste de Estados Unidos necesitaría menos capacidad de generación y almacenamiento, y desperdiciaría menos energía solar y eólica», afirma.
«Y no se trata solo de California y los estados del oeste. Es posible que todos los estados deban replantearse sus estructuras tarifarias de electricidad a medida que aumenten las necesidades de carga de vehículos eléctricos y cambie su red», añade Powell, quien recientemente asumió un puesto de investigación posdoctoral en ETH Zúrich.
Cuando el 50 % de los coches en circulación del oeste de Estados Unidos —donde vive aproximadamente la mitad de la población en California— funcione con electricidad, se necesitarían más de 5,4 gigavatios de almacenamiento de energía si los hábitos de carga siguen como hasta ahora. Esa capacidad equivale a la de cinco grandes reactores nucleares. Un cambio considerable hacia la carga en el trabajo en lugar de en casa reduciría a 4,2 gigavatios el almacenamiento necesario para los vehículos eléctricos.
Las tarifas actuales según el horario de consumo animan a los consumidores a trasladar el uso de electricidad a la noche siempre que sea posible, por ejemplo, al poner el lavavajillas o cargar vehículos eléctricos. Esta estructura tarifaria refleja la época anterior a la disponibilidad significativa de energía solar y eólica, cuando la demanda amenazaba con superar la oferta durante el día, sobre todo al final de las tardes de verano.
Hoy, California tiene un excedente de electricidad a última hora de la mañana y a primera hora de la tarde, gracias principalmente a su capacidad solar. Si la mayoría de los vehículos eléctricos se cargara en esos momentos, se aprovecharía la electricidad barata en vez de desperdiciarla.
Por el contrario, si la mayoría de los vehículos eléctricos sigue cargándose de noche, el estado tendrá que construir más generadores —probablemente alimentados con gas natural— o instalar almacenamiento de energía costoso a gran escala. La electricidad pierde energía al pasar primero por una batería enorme y luego por la batería de un vehículo eléctrico.
Descarbonizar el sector del transporte
A nivel local, si un tercio de las viviendas de un barrio tiene vehículos eléctricos y la mayoría de sus propietarios sigue programando la carga para que empiece a las 23:00 o cuando bajen las tarifas eléctricas, la red local podría volverse inestable.
«Los hallazgos de este artículo tienen dos implicaciones profundas: la primera es que las señales de precios no están alineadas con lo que sería mejor para la red y para los usuarios que pagan las tarifas. La segunda es que invitan a considerar inversiones en infraestructura de carga en los lugares de trabajo», afirma Ines Azevedo, profesora asociada de ciencia e ingeniería de la energía en la Escuela de Sostenibilidad Stanford Doerr y coautora sénior del nuevo artículo.
«Debemos avanzar rápidamente hacia la descarbonización del sector del transporte, que representa la mayor parte de las emisiones de California», afirma Azevedo. «Este trabajo aporta ideas sobre cómo lograrlo. Asegurémonos de impulsar políticas y estrategias de inversión que nos permitan hacerlo de manera sostenible».
Otro problema del diseño de las tarifas eléctricas es que se cobran importes elevados a los clientes comerciales e industriales en función de su consumo máximo de electricidad. Esto puede desincentivar a los empleadores a instalar cargadores, especialmente cuando la mitad o más de sus empleados tenga vehículos eléctricos.
El equipo de investigación comparó varios escenarios de disponibilidad de infraestructura de carga, junto con distintas tarifas residenciales según el horario de consumo y cargos comerciales por demanda. Algunos cambios tarifarios empeoraron la situación de la red, mientras que otros la mejoraron. Sin embargo, los investigadores concluyeron que el escenario con mayores beneficios era contar con una infraestructura de carga que fomentara más la carga diurna y menos la carga en casa.
Rajagopal y Azevedo también codirigen la iniciativa Bits & Watts del Instituto Precourt de Energía de Stanford. Gustavo Cezar, estudiante de doctorado e ingeniero del Laboratorio Nacional SLAC de Stanford, y Liang Min, director ejecutivo de la iniciativa Bits & Watts, son coautores del nuevo estudio.
El trabajo fue financiado por la Comisión de Energía de California, la Fundación Nacional de Ciencias y la iniciativa Bits & Watts, con el apoyo de Volkswagen.
