EPV. Electrical Powered Vehicles. Paterna, 4 de Febrero de 2011

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1 PROYECTO EPV Nuevo Transporte Urbano Eficiente Energéticamente basado en el uso de Vehículos Eléctricos integrados en la Red Eléctrica e impulsados por Energías Renovables EPV Electrical Powered Vehicles Paterna, 4 de Febrero de 2011

2 Empresas red OBJETIVOS GENERALES DEL PROYECTO (I)! Desarrollo de un sistema de Transporte Urbano energéticamente eficiente basado en el uso de vehículos eléctricos integrados en la red eléctrica y con la generación de energías renovables. Elaboración de un modelo de red inteligente de distribución eléctrica para la integración del vehículo eléctrico como carga gestionable. Metodología de planificación óptima de ubicación de las estaciones de recarga y del proceso de recarga del vehículo.

3 red OBJETIVOS GENERALES DEL PROYECTO (II) Especificación de Diseño del Sistema Vehicle-to-Grid (V2G) para área metropolitana basada en estándares - Arquitectura ICT, control y medición (arquitectura SmartGrid) - almacenamiento y gestión de la energía en el vehículo Nuevos modelos de y regulatorio que promueva la penetración del vehículo eléctrico en área metropolitana Desarrollo e implantación de un prototipo de estación e infraestructura de recarga que permitirá evaluar los resultados del proyecto

4 red ESQUEMA CONCEPTUAL EPV Red Distribución y Generación Infraestructura de Recarga Estación de Recarga Envolvente Centro de Control Superior Control y Monitorización Movilidad Interfaz VE - Estación Negocio Modelo Regulatorio Vehículo Eléctrico Interfaz Usuario Cargador Externo Cargador a Bordo Entidad Colaboradora

5 red ANÁLISIS DEL ESCENARIO DE PENETRACIÓN DE VE Y PERFILES DE USO! Objetivo de reparto modal de UE:! Fuentes: Encuesta de movilidad de Alicante del año 2001 Movilia Encuesta realizada por el Ministerio de Fomento Datos socioeconómicos del INE (2008) Encuesta en el Aeropuerto de Alicante (en proceso)

6 red ANÁLISIS DEL ESCENARIO DE PENETRACIÓN DE VE Y PERFILES DE USO! Centrándose en los datos del área TAM y con una media de desplazamientos de 2,9 por habitante.! Resultados iniciales: Índice de motorización. Pautas de movilidad. Distribución semanal de la demanda. Demanda potencial máxima ( vehículos). Tiempo y distancias de desplazamientos. Tipo de estacionamiento.

7 red ANÁLISIS DEL ESCENARIO DE PENETRACIÓN DE VE Y PERFILES DE USO! Índice de motorización: Número de vehículos por cada 1000 habitantes. Valor medio de 640 vehículos! Pautas de movilidad! Distribución semanal de la demanda.

8 red ANÁLISIS DEL ESCENARIO DE PENETRACIÓN DE VE Y PERFILES DE USO! Tiempo y distancias de desplazamientos. - Desplazamientos diarios por debajo de 150km! Tipo de estacionamiento.

9 red DESARROLLO DE UN MODELO ANALÍTICO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN: INTERDEPENDENCIA ENTRE EERR Y VE! Título: Modelo Analítico De La Red De Distribución (Escenario Actual Y Futuro)! Objetivo: Estudiar las interdependencias entre los diversos agentes que constituyen la red eléctrica de distribución: cargas (usuario), EERR, vehículos eléctricos, operadores de la red de distribución, etc.! Desarrollo: Se establecen tres tipos de recarga Fuente: Turning London Electric.Charging the Future of Transport.10th December Marie-Barbe Girard. - Standard: Recarga lenta. Correspondiente a recarga nocturna, en garaje o zona residencial. - Faster: Recarga intermedia. Correspondiente a zonas de destino, como zona comercial, hospitales, área industrial, etc. - Rapid: Recarga rápida. Correspondiente a electrolineras.

10 Análisis de la red: Red de Distribución. Zona de estudio. Mediante el análisis de flujo de cargas se obtienen diagnósticos de la red. El tipo de recarga que menos afecta a la red es la recarga lenta nocturna. Área Metropolitana de Alicante Energías Renovables Producción energética Soliva Energía (MWh) Franja horaria Enero Energía (MWh) Abril Energía (MWh) Perfiles de recarga Julio Energía (MWh) Octubre Energía (MWh) 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 9:00 11:00 8:00 10:00 7:00 6:00 5:00 4:00 3:00 2:00 0 1:00 red DESARROLLO DE UN MODELO ANALÍTICO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN: INTERDEPENDENCIA ENTRE EERR Y VE 0:00 CONTENIDO

11 red PLANIFICACIÓN DE INFRAESTRUCTURA DE LA RED DE RECARGA! Título: PT3.1 Especificación de la ubicación óptima de las estaciones de recarga en área metropolitana. PT3.2 Modelo avanzado para la planificación de la infraestructura de la red de recarga.! Objetivo: Determinar especificaciones óptimas para centros de recarga, desde el punto de vista: - Geográfico - Movilidad - Impacto en la red de distribución de energía eléctrica Desarrollo de una herramienta (AIRE) para asignar centros de recarga a centros de transformación existentes, en función de la sobrecarga de la red.

12 red PLANIFICACIÓN DE INFRAESTRUCTURA DE LA RED DE RECARGA! Desarrollo: AIRE (Aplicación ITE/Iberdrola para la recarga Eléctrica) permite la ubicación óptima de los puntos de recarga. Software AIRE Optimización multiobjetivo mediante Algoritmos Genéticos - Distancia entre centros - Patrones de movilidad. - Sobrecarga en líneas. - Sobrecarga en transformadores. - Tensión en nodos de línea de centros de transformación y finales de línea. Análisis 24 horas posterior a la ubicación para certificar el correcto funcionamiento.

13 red PLANIFICACIÓN DE LA RECARGA DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO! Título: PT4 Especificación de la metodología de planificación de la recarga del vehículo eléctrico.! Objetivo: Realizar un estudio sobre cómo planificar la generación, demanda y consumo originados por la conexión a gran escala de una nueva carga como los VE, para que se tenga el menor impacto posible sobre la red eléctrica.! Desarrollo: Técnicas de gestión de la demanda: (Fuente:

14 red PLANIFICACIÓN DE LA RECARGA DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO Hay que gestionar la demanda de los vehículos eléctricos para adaptarla a las horas valle (momento de menor demanda eléctrica), que además coincide con las horas de mayor generación eólica. Curva típica de demanda eléctrica Energía (MWh) :00 1:00 Energías Renovables 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 Producción energética Soliva 9:00 10:00 11:00 12:00 Franja horaria Enero Energía (MWh) Abril Energía (MWh) Julio Energía (MWh) Octubre Energía (MWh) 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Se debe fomentar la recarga lenta nocturna. Demanda agregada Demanda de vehículos eléctricos Técnicas para gestionar la demanda: - Tarificaciones. - Cargas optimizadas.

15 red DISEÑO DE LA INFRAESTRUCTURA DE LA RED DE RECARGA! Especificación de diseño de infraestructura de red de recarga: Tipología de la estación de recarga Arquitectura de comunicaciones Arquitectura de control y de información (medida) y protección eléctrica Conexión eléctrica. Interfaz estación-ve Identificación de usuario. de Información Diseño producto, envolvente, interfaces, seguridad y compatibilidad Equipos de control y de protección del sistema eléctrico

16 red DISEÑO DE LA INFRAESTRUCTURA DE LA RED DE RECARGA! Diseño del control: Identificación de usuario: - Tarjetas estándar (Mobilis) - Conexión con BBDD en el Centro de Control. - Modularización del método de pago según. Inteligencia en la gestión de la recarga: - Detección del estado de conexión. - Estado de la batería. - Comunicación con el Centro de Control

17 red ESPECIFICACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y GESTIÓN DE LA ENERGÍA! Título: PT6 Modelado de escenarios.! Objetivo: Estudiar el comportamiento de las baterías de los vehículos eléctricos a través de distintos escenarios de ciclos de conducción tanto estimados como estándares europeos.! Desarrollo: vehículo: Se obtiene un modelo de vehículo eléctrico a partir de la bibliografía de distintos vehículos comerciales. Modelo Autonomía (kwh) Autonomía (km) kwh Batería /100km Reva L-ion ,17 Think City ,50 Mitsubishi i-miev ,31 Citröen C-Zero ,31 Renault Fluence ZE ,75 Nissan Leaf ,00 MEDIA ,50 Tabla I. Comparación de la autonomía de diversos vehículos eléctricos. (Fuente: Wikipedia)

18 red ESPECIFICACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y GESTIÓN DE LA ENERGÍA batería: Caracterís*cas técnicas Fabricante Tecnología Modelo Batería SAFT Ba/eries Ion- Li8o VLE Número de monoblocks 15 Tensión nominal (V) 324 Tensión mínima de corte (V) 243 Potencia de pico (kw) Potencia máxima con8nua (kw) 32.4 Ciclos de conducción (NEDC): Capacidad: 42 Ah Estándar Europeo que se compone de tres ciclos de conducción urbana (ECE-15) y un ciclo de conducción interurbana (EUDC). ECE-15 New European Driving Cycle (NEDC) EUDC

19 red ESPECIFICACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y GESTIÓN DE LA ENERGÍA Mediante Matlab se estima el consumo debido a los ciclos de conducción y se obtiene el estado de la batería. Demanda (kwh) SOC Ciclos de conducción para el vehículo eléctrico Demanda Tiempo (s) Es posible realizar una estimación de cuántos ciclos puede durar, añadiendo además un extra de consumo estimado debido a los dispositivos electrónicos del vehículo (aire acondicionado, radio CD, etc.) SOC (%) Tensión (V) Tensión Corriente Ciclos de conducción para el vehículo eléctrico Tiempo (s) Corriente (A) 20 Ciclos de conducción para el vehículo eléctrico Ciclos de conducción para el vehículo eléctrico Demanda (kwh) SOC (%) Tensión (V) Corriente (A) SOC 10 Demanda Tiempo (s) Tensión -30 Corriente

20 red ESPECIFICACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y GESTIÓN DE LA ENERGÍA Ciclos de conducción (Tecnibat): Trayectos diarios estimados a partir de los siguientes ciclos de conducción: Consumo diario (kwh) Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo Casa- Trabajo 2,67 2,67 2,67 2,67 2, Trabajo- Casa 2,67 0 2,67 2,67 2, Trabajo- Supermercado 0 1, ,33 0 Supermercado- Casa 0 2, ,67 0 Casa- Lugar de ocio 2,67 0 2,67 0 2,67 2,67 0 Lugar de ocio- Casa 2,67 0 2,67 0 2,67 2,67 0 Casa- Visita turís*ca* ,42 Visita turís*ca- Casa* ,42 Total: 10,67 6,67 10,67 5,33 10,67 9,33 24,83 Evolución del estado de carga de la batería: Será necesario recargar la batería del vehículo todos los días hasta el SOC inicial mínimo estimado. SOC inicial SOC final Lunes 99,0% 20,1% Martes 70,0% 20,6% Miércoles 99,0% 20,1% Jueves 60,0% 20,6% Viernes 70,0% 20,6% Sábado 60,0% 20,6% Domingo 99,0% 17,0% Cada dos domingos se estima una visita turística en la cual hará falta recargar la batería antes de volver.

21 red ESPECIFICACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y GESTIÓN DE LA ENERGÍA! Conclusiones: Se han realizado las estimaciones mediante un prototipo de vehículo a partir de vehículos comerciales. El ciclo de conducción utilizado es un estándar europeo (NEDC). La batería seleccionada es capaz de soportar los picos de corrientes demandadas por el vehículo. Los trayectos diarios estimados son realizables siempre y cuando se realice una carga previa hasta el nivel mínimo necesario.

22 red SISTEMA DE GESTIÓN INTEGRAL! PT7 Especificación del sistema de gestión integral Centro de Control Superior Información en el Vehículo Información en la estación de recarga

23 red SISTEMA DE GESTIÓN INTEGRAL! Integración de Demanda y Generación.! de usuarios.! Comunicación: Ethernet Servidor OPC Protocolo 104 Servicios GPRS Servicios SOAP Etc.

24 Historia V.E. Proyecto EPV Empresas red Ubicación EIR Modelos de Vehículos NUEVO MODELO DE NEGOCIO ELÉCTRICO PURO Perfil de Usuario ECONÓMICO NORMAL ELEVADO X X X ELÉCTRICO PURO Y CARGA RÁPIDA X X ELÉCTRICO PURO Y SUSTITUCIÓN DE BATERÍAS HÍBRIDOS ENCHUFABLES TOTAL X X X X Puntos de carga pública/coche ~ ~ ~ Total:

25 NUEVO MODELO DE NEGOCIO Historia V.E. Proyecto EPV Empresas red Ubicación EIR Centro Control Iberdrola /h Distribución infraestructura Kw/h : Consumo real Previsión consumo CENTRO DE CONTROL Facturación Central de llamadas Comercializadora Instalación y mantenimiento Estaciones Recarga Pública Estaciones Recarga Privadas Estaciones Recarga Rápida

26 Historia V.E. Proyecto EPV Empresas red Ubicación EIR DISEÑO Y DESARROLLO PROTOTIPO Diseñado un punto de recarga con su vertiente comercial

27 CONCLUSIONES FINALES! La red eléctrica de distribución está preparada para soportar ampliamente el impacto generado por los vehículos eléctricos, siempre y cuando ésta se gestione correctamente: fomentar la recarga lenta nocturna y utilizar herramientas de gestión de la demanda.! Para obtener una ubicación óptima de los puntos de recarga para el vehículo eléctrico es necesario tener en cuenta todas las variables que influyen: criterios de movilidad, geográficos y eléctricos. El software AIRE facilita dicha tarea.

28 CONCLUSIONES FINALES! Es posible realizar los trayectos diarios habituales en vehículo eléctrico cargando la batería hasta un nivel mínimo necesario.! Se ha analizado el vehículo y la batería a través de ciclos estándares de conducción europeos y han sido simulados con éxito.! Se ha obtenido un sistema de recarga modular, capaz de integrarse en las smart grids y con fácil acceso para el usuario.! Se estima necesaria una ayuda tarifaria para la integración del sistema de manera adecuada.

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