Vehicle-to-grid ( V2G ) describe un sistema en el que los vehículos eléctricos enchufables (PEV) venden servicios de respuesta a la demanda a la red . Los servicios de demanda están entregando electricidad o reduciendo su tasa de carga. Los servicios de demanda reducen la presión sobre la red, que de otro modo podría sufrir interrupciones debido a variaciones de carga. [1] [2] [3] Vehículo a carga ( V2L ) y Vehículo a vehículo ( V2V ) están relacionados, pero la fase de CA no está sincronizada con la red, por lo que la energía solo está disponible para un "apagado". carga de red".
Los vehículos eléctricos enchufables incluyen vehículos eléctricos de batería (BEV), híbridos enchufables (PHEV) y vehículos de hidrógeno . Comparten la capacidad de generar electricidad. Esa electricidad normalmente se utiliza para impulsar el vehículo. Sin embargo, en un momento dado el 95% de los automóviles están estacionados, mientras que su energía permanece sin utilizar. V2G prevé enviar parte de la energía almacenada a la red (o reducir las tasas de carga para extraer menos energía de la red). Un informe de 2015 encontró que los propietarios de vehículos podrían recibir pagos importantes. [4]
Las baterías tienen un número finito de ciclos de carga, así como una vida útil, por lo que V2G puede afectar la longevidad de la batería. La capacidad de la batería es una función compleja de la química de la batería, las tasas de carga/descarga, la temperatura, el estado de carga y la antigüedad, y evoluciona con la mejora de la tecnología. La mayoría de los estudios que utilizan tasas de descarga lentas muestran solo un pequeño porcentaje de degradación adicional, mientras que un estudio sugirió que el uso de vehículos para el almacenamiento en la red podría mejorar la longevidad. [5]
Los vehículos de pila de combustible de hidrógeno (FCV) con tanques que contienen 5,6 kg de hidrógeno pueden generar más de 90 kWh de electricidad. [6] Las baterías de los vehículos pueden contener 100 kWh o más .
Reducir las tasas de carga, lo que se denomina V2G unidireccional, es técnicamente más sencillo que entregar energía para la cual muchos PEV no están equipados. [7] UV2G se puede ampliar limitando otras actividades como el calentamiento/enfriamiento del aire. [8] [9]
V2G comenzó como vehículo a vehículo (V2V) según lo establecido por la empresa californiana AC Propulsion a principios de la década de 1990. Su coche Tzero de dos plazas contaba con carga bidireccional. [10] V2G permite la carga y descarga del vehículo y de la red, dependiendo de diferentes señales. [11]
Los vehículos V2G pueden proporcionar energía para ayudar a equilibrar las cargas de la red mediante el "llenado de valle" [12] (cargando por la noche cuando la demanda es baja) y la " reducción de picos " (enviando energía a la red cuando la demanda es alta, ver curva de pato ). [13] La nivelación de carga máxima respalda los servicios de regulación (manteniendo estable el voltaje y la frecuencia) y proporciona reservas giratorias (para satisfacer demandas repentinas de energía). Combinar estos servicios con "medidores inteligentes" permite V2G. [14] V2G podría amortiguar fuentes de energía variables almacenando el exceso de energía y proporcionándola a la red durante períodos de alta carga.
Se ha propuesto que las empresas de servicios públicos no tendrían que construir tantas centrales eléctricas alimentadas con gas natural o carbón para satisfacer la demanda máxima o como póliza de seguro contra cortes de energía . [15] Dado que la demanda se puede medir localmente mediante una simple medición de frecuencia, la nivelación dinámica de carga se puede proporcionar según sea necesario a nivel local. [16] Carbitrage, un acrónimo de 'coche' y ' arbitraje ', se utiliza a veces para referirse al proceso de compra y venta de energía almacenada en un vehículo. [17]
Los vehículos eléctricos generalmente pueden almacenar más que la demanda energética diaria de un hogar promedio. Un vehículo de este tipo podría suministrar energía de emergencia a un hogar durante varios días, transmisión de vehículo a hogar (V2H).
El operador de la red de California, CAISO , define cuatro niveles de interfaz vehículo-red (VGI): [18]
V1G implica variar el tiempo/velocidad a la que se carga un vehículo eléctrico. También se le conoce como servicios de carga gestionada unidireccional, V2G unidireccional o “carga inteligente”. Los enfoques V1G incluyen cargar a mitad del día para absorber la energía solar que de otro modo se descartaría (desperdiciaría) y variar la tasa de carga para proporcionar respuesta de frecuencia o servicios de equilibrio de carga.
Vehículo a casa (V2H), vehículo a carga (V2L), vehículo a vehículo (V2V), [19] o vehículo a edificio (V2B), a veces denominados colectivamente vehículo a todo (V2X). ): utilizar el vehículo para proporcionar energía durante un corte de energía o para desplazar la energía de la red con energía de fuentes de almacenamiento de energía del vehículo. [20] La fuente de energía podrá ser renovable; por ejemplo, los vehículos cargados con energía solar en el trabajo durante el día podrían alimentar una casa durante la noche, sin necesidad de consumir energía de la red.
Para 2022, V2X aún no había llegado a su implementación en el mercado, excepto en Japón, donde las soluciones comerciales V2H están disponibles desde 2012. [21] [22] Utrecht estaba instalando durante 2022 miles de cargadores bidireccionales en anticipación de la llegada de vehículos que admitan energía bidireccional. fluye. [23]
Para 2023, habían salido al mercado varios vehículos que soportaban la transferencia de energía V2X. La Ford F-150 Lightning admite 9,6 kW de potencia V2L o V2G. [24] Tesla ha comenzado las entregas de un nuevo camión ligero, Cybertruck , que ofrece 11,5 kW de capacidad V2H o V2L, y con equipo eléctrico adicional, puede ofrecer la misma potencia de salida en un escenario V2G, donde es importante igualar con precisión la frecuencia. a la red eléctrica y garantizar consideraciones de seguridad adicionales. [19]
V2G permite que los vehículos proporcionen electricidad a la red. El operador del servicio público o del sistema de transmisión compra energía a los clientes. [25] En muchas jurisdicciones, satisfacer la demanda de energía durante los períodos de máxima demanda es mucho más costoso que en otros momentos. La energía procedente de vehículos eléctricos es una alternativa potencialmente de menor coste. [ se necesita aclaración ] Además, la energía de los vehículos eléctricos puede facilitar servicios auxiliares [26] como el equilibrio y el control de frecuencia, incluida la regulación de frecuencia primaria y la reserva secundaria. [27]
V2G requiere hardware especializado (por ejemplo, inversores bidireccionales ), tiene pérdidas significativas y una eficiencia de ida y vuelta limitada, y los ciclos de carga/descarga pueden acortar la vida útil de la batería. Los ingresos de V2G en un proyecto piloto de Edison en el sur de California fueron inferiores a los costos de administración del proyecto, lo que eliminó sus beneficios económicos. [28]
Los coches eléctricos suelen permitir una carga rápida de CC , teniendo el transformador en la estación de carga y conectando la batería directamente a la estación. Se está desarrollando tecnología para la carga de CC bidireccional en la que el automóvil puede proporcionar electricidad a la estación o retroceder, sin hardware adicional en el automóvil, teniendo el convertidor de CC a CA en la estación. En principio, los automóviles sin soporte de hardware para Vehicle-to-grid podrían obtener capacidad bidireccional con solo una actualización de software. [29] [30]
La mayoría de los vehículos eléctricos de batería modernos utilizan celdas de iones de litio que ofrecen una eficiencia de ida y vuelta superior al 90%. [31] La eficiencia depende de factores como la tasa de carga, el estado de carga, el estado de la batería y la temperatura. [32] [33]
La mayoría de las pérdidas se producen en componentes del sistema distintos de la batería. Los dispositivos electrónicos de potencia, como los inversores, suelen dominar las pérdidas. [34] Un estudio encontró una eficiencia de ida y vuelta para el sistema V2G en el rango del 53% al 62%. [35] Otro estudio informa una eficiencia de alrededor del 70%. [36] La eficiencia general depende de múltiples factores y puede variar ampliamente. [34]
Un estudio realizado en 2012 por el Laboratorio Nacional de Idaho [37] informó estimaciones y planes para V2G en varios países. El potencial es difícil de cuantificar porque la tecnología aún es incipiente.
En julio de 2022, ocho autobuses escolares eléctricos en el territorio de servicio de San Diego Gas & Electric formaron parte del primer proyecto V2G destinado a aumentar la confiabilidad durante emergencias eléctricas. [38] [39] Utilizando el software V2G de Nuvve, [40] las baterías del autobús se agregan a otras en un distrito escolar cercano para formar un recurso participante en el Programa de reducción de carga de emergencia ( ELRP ), [41] que se inició en 2021. por la Comisión de Servicios Públicos de California . SDG&E, Pacific Gas and Electric y Southern California Edison gestionan el piloto ELRP de cinco años.
En septiembre de 2022, se presentó la Ley BIDIRECCIONAL en el Senado de los Estados Unidos para "crear un programa dedicado al despliegue de autobuses escolares eléctricos con capacidad de flujo bidireccional de vehículo a red (V2G)". [42]
En América del Norte, al menos dos importantes fabricantes de autobuses escolares ( Blue Bird y Lion) están trabajando para demostrar los beneficios de la electrificación y la tecnología V2G. En 2020, los autobuses escolares de EE. UU. consumían 3.200 millones de dólares de diésel al año; su electrificación podría ayudar a estabilizar la red eléctrica, disminuir la necesidad de centrales eléctricas y reducir la exposición a los gases de escape. [43] [44] [45]
En 2017, en la Universidad de California en San Diego , el proveedor de tecnología V2G Nuvve lanzó un programa piloto llamado INVENT, financiado por la Comisión de Energía de California , con la instalación de 50 estaciones de carga bidireccionales V2G alrededor del campus. [46] El programa se amplió en 2018 para incluir una flota de PEV para su servicio de transporte Triton Rides. [47]
En 2018, Nissan lanzó un programa piloto bajo la iniciativa Nissan Energy Share en asociación con la empresa de sistemas V2G Fermata Energy para utilizar la tecnología V2G para alimentar parcialmente la sede de Nissan Norteamérica en Franklin, Tennessee . [48] En 2020, el sistema de carga bidireccional de vehículos eléctricos de Fermata Energy se convirtió en el primero en obtener la certificación según la norma de seguridad norteamericana, UL 9741, la norma para equipos de sistemas de carga bidireccionales de vehículos eléctricos (EV). [49]
Japón planeaba gastar 71.100 millones de dólares para mejorar la infraestructura de red existente. Los hogares japoneses promedio consumen entre 10 y 12 KWh/día. La capacidad de la batería de 24 KWh del Nissan Leaf podría proporcionar hasta dos días de energía. [ cita necesaria ]
En noviembre de 2018, en la ciudad de Toyota, prefectura de Aichi, Toyota Tsusho Corporation y Chubu Electric Power Co., Inc iniciaron demostraciones de VsG con vehículos eléctricos. La demostración examinó cómo los sistemas V2G equilibran la demanda y la oferta y los impactos en la red eléctrica. En un estacionamiento de la prefectura de Aichi se instalaron dos estaciones de carga bidireccionales, conectadas a un servidor de agregación V2G administrado por Nuvve Corporation . [50]
El Proyecto Edison pretende instalar suficientes turbinas para satisfacer el 50% de las necesidades energéticas totales de Dinamarca, mientras utiliza V2G para proteger la red. El Proyecto Edison planea utilizar PEV mientras están conectados a la red para almacenar energía eólica adicional que la red no puede manejar. Luego, durante las horas pico de uso de energía, o cuando el viento esté en calma, la energía almacenada en estos PEV se inyectará a la red. Para ayudar en la aceptación de los PEV, los vehículos de cero emisiones recibieron subsidios. [ cita necesaria ]
Después del proyecto Edison, se inició el proyecto Nikola [51] , que se centró en demostrar la tecnología V2G en un laboratorio, ubicado en el campus de Risø (DTU). DTU es socio junto con Nuvve y Nissan. El proyecto Nikola se completó en 2016 y sentó las bases para Parker, que utilizó una flota de vehículos eléctricos para demostrar la tecnología en un entorno de la vida real. Este proyecto cuenta con la colaboración de DTU , [52] Insero, Nuvve, Nissan y Frederiksberg Forsyning (DSO danés en Copenhague). Los socios exploraron oportunidades comerciales probando y demostrando sistemáticamente los servicios V2G en todas las marcas de automóviles. Se identificaron barreras económicas y regulatorias, así como los impactos económicos y técnicos de las aplicaciones en el sistema eléctrico y los mercados. [53] El proyecto comenzó en agosto de 2016 y finalizó en septiembre de 2018.
A partir de enero de 2011, se implementaron programas y estrategias para ayudar en la adopción de PEV.
En 2018, EDF Energy anunció una asociación con Nuvve para instalar hasta 1.500 cargadores Vehicle to Grid (V2G). Los cargadores se ofrecerían a los clientes comerciales de EDF Energy y en sus propias instalaciones para proporcionar hasta 15 MW de capacidad de almacenamiento de energía. [54]
En octubre de 2019, un consorcio llamado Vehicle to Grid Britain (V2GB) publicó un informe de investigación sobre el potencial de las tecnologías V2G. [55] [56]
Solaris inauguró un parque de carga en Bolechowo, Polonia , el 29 de septiembre de 2022, que se utilizará para probar la carga y descarga de vehículos eléctricos. [57]
Desde 2020, el equipo Realizing Electric Vehicle-to-grid Services (REVS) de la Universidad Nacional de Australia ha estado estudiando la confiabilidad y viabilidad de la conexión del vehículo a la red a escala, [58] derivando el Proyecto de integración de red y almacenamiento de baterías [ 59] iniciativa.
En 2022, el primer cargador V2G estuvo disponible para su compra en Australia; se produjeron retrasos en la implementación debido a procesos regulatorios (cada autoridad eléctrica estatal debe certificar su cumplimiento (después de la aprobación australiana). También existen limitaciones en la adopción debido a la alta precio y el hecho de que muy pocos vehículos eléctricos (EV) están aprobados para usar V2G (en la actualidad, solo el Nissan Leaf EV y algunos vehículos eléctricos híbridos de Mitsubishi). Este lanzamiento sigue a la producción del 'A a la Z' de los investigadores de la Universidad Nacional de Australia. of V2G', una revisión exhaustiva de los proyectos internacionales V2G. [60] [ página necesaria ]
Un proyecto en Alemania de The Mobility House en asociación con Nissan y TenneT utilizó el Nissan Leaf para almacenar energía. [61] La idea principal es generar una solución esencial para el mercado energético alemán: la energía eólica del norte del país se utiliza para cargar los vehículos eléctricos, al mismo tiempo, los vehículos eléctricos abastecen la red durante los picos de demanda, evitando el uso de los combustibles fósiles. El proyecto utilizó diez estaciones de carga de vehículos. Las medidas inteligentes de redistribución de energía se controlaron mediante software, por lo que el resultado demostró que la electromovilidad se puede utilizar para controlar de manera flexible fuentes de generación renovables que varían con el clima.
El proyecto Edison de Dinamarca , abreviatura de 'Vehículos eléctricos en un mercado distribuido e integrado utilizando energía sostenible y redes abiertas', fue un proyecto de investigación parcialmente financiado por el estado en la isla de Bornholm , en el este de Dinamarca. El consorcio incluía a IBM , Siemens , el desarrollador de hardware y software EURISCO, la mayor empresa energética de Dinamarca, Ørsted (anteriormente DONG Energy), la empresa energética regional Østkraft, la Universidad Técnica de Dinamarca y la Asociación Danesa de Energía. Se exploró cómo equilibrar las cargas eléctricas impredecibles generadas por los parques eólicos de Dinamarca, que entonces generaban aproximadamente el 20 por ciento de la electricidad del país, mediante el uso de PEV y sus acumuladores. El objetivo del proyecto es desarrollar la infraestructura necesaria. [62] En el proyecto se utilizará al menos un Toyota Scion reconstruido con capacidad V2G . [63] El proyecto fue importante en los esfuerzos de Dinamarca por ampliar su generación de energía eólica al 50% para 2020. [64] Según una fuente del periódico británico The Guardian , "nunca se había intentado a esta escala" anteriormente. [65] El proyecto concluyó en 2013. [66]
En 2020, la empresa de servicios públicos E.ON desarrolló una solución V2H con gridX. [67] Las dos empresas implementaron su solución en un hogar privado para probar la interacción de un sistema fotovoltaico, el almacenamiento de baterías y la carga bidireccional. La casa está equipada con tres baterías con una capacidad combinada de 27 kWh, un cargador de CC y un sistema fotovoltaico de 5,6 kWp. Se utilizó un Nissan Leaf de 40 kWh.
En 2014, el Southwest Research Institute (SwRI) desarrolló el primer sistema de agregación V2G calificado por el Electric Reliability Council of Texas (ERCOT). El sistema permite participar a los propietarios de flotas de camiones de reparto eléctricos. Cuando la frecuencia de la red cae por debajo de 60 Hertz, el sistema suspende la carga del vehículo, eliminando esa carga en la red, permitiendo que la frecuencia aumente hacia la normalidad. El sistema funciona de forma autónoma. [68]
El sistema se desarrolló originalmente como parte del programa de Fase II de Demostración de infraestructura de energía inteligente para confiabilidad y seguridad energética (SPIDERS), dirigido por Burns y McDonnell Engineering Company, Inc. [ 69] En noviembre de 2012, SwRI recibió un contrato de $ 7 millones de el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. para demostrar V2G. [70] En 2013, los investigadores del SwRI probaron cinco estaciones de carga rápida de CC. El sistema pasó las pruebas de integración y aceptación en agosto de 2013. [71]
El Prof. Dr. Ad van Wijk, Vincent Oldenbroek y la Dra. Carla Robledo, investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft , llevaron a cabo en 2016 una investigación sobre la tecnología V2G con FCEV de hidrógeno . Se realizaron tanto trabajos experimentales con FCEV V2G como estudios de escenarios tecnoeconómicos para sistemas integrados de energía y transporte 100% renovables, utilizando hidrógeno y electricidad como vectores energéticos. [72] Modificaron un Hyundai ix35 FCEV para entregar hasta 10 kW de potencia CC [3] mientras lo mantenían listo para la carretera. Con Accenda desarrollaron una unidad V2G que convierte la energía CC del vehículo en energía CA trifásica y la inyecta a la red. [3] El Future Energy Systems Group comprobó si los FCEV podían ofrecer reservas de frecuencia. [73]
Kempton, Advani y Prasad realizaron una investigación V2G. Kempton publicó artículos sobre la tecnología y el concepto. [74] [75]
Se llevó a cabo una implementación operativa en Europa a través del proyecto MeRegioMobil, financiado por el gobierno alemán, con Opel como socio de vehículos y la empresa de servicios públicos EnBW aportando experiencia en redes. [76] Otros investigadores son la Pacific Gas and Electric Company , Xcel Energy , el National Renewable Energy Laboratory y, en el Reino Unido , la Universidad de Warwick . [77]
En 2010, Kempton y Poilasne cofundaron Nuvve, una empresa de soluciones V2G. La empresa formó asociaciones industriales e implementó proyectos piloto V2G en cinco continentes. [46] [78]
El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley desarrolló V2G-Sim, una plataforma de simulación utilizada para modelar el comportamiento espacial y temporal de conducción y carga de PEV individuales en la red. Sus modelos investigan los desafíos y oportunidades de los servicios V2G, como la modulación del tiempo de carga y la tasa de carga para la respuesta a la demanda máxima y la regulación de la frecuencia de los servicios públicos . Los hallazgos preliminares indicaron que el servicio V2G controlado puede proporcionar servicios de reducción de picos y llenado de valles para equilibrar la carga eléctrica diaria y mitigar la curva de pato. Se demostró que la carga incontrolada de vehículos exacerba la curva de pato. [79]
V2G-Sim informó que V2G tendría impactos menores en la degradación de la batería en los PEV en comparación con las pérdidas por ciclos y el envejecimiento calendario. [80] Suponiendo un servicio V2G diario de 7:00 p. m. a 9:00 p. m. a una tasa de carga de 1,440 kW, las pérdidas incrementales de capacidad durante diez años fueron del 2,68%, 2,66% y 2,62%.
En mayo de 2016, Nissan y la compañía eléctrica Enel anunciaron una prueba colaborativa de V2G en el Reino Unido. [81] En la prueba se utilizaron 100 unidades de carga V2G, incluidas furgonetas eléctricas Nissan Leaf y e-NV200.
WMG y Jaguar Land Rover colaboraron con el grupo de Energía y Sistemas Eléctricos de la universidad. Uddin analizó los PEV disponibles comercialmente durante un período de dos años. Creó un modelo de degradación de la batería y descubrió que algunos patrones de almacenamiento del vehículo a la red podían aumentar significativamente la longevidad de la batería en comparación con las estrategias de carga convencionales, dados los patrones de conducción típicos. [82]
Cuanto más se utiliza una batería, antes será necesario reemplazarla. En 2016, el costo de reemplazo era aproximadamente 1/3 del costo del automóvil. [83] Las baterías se degradan con el uso. [84] JB Straubel , entonces CTO de Tesla Inc , descartó V2G alegando que el desgaste de la batería supera el beneficio económico. [85] Un estudio de 2017 encontró una capacidad decreciente, [86] [87] y un estudio de vehículos eléctricos híbridos de 2012 encontró un beneficio menor. [88]
Un estudio de 2015 [89] encontró que los análisis económicos favorables a V2G no incluían muchos de los costos menos obvios asociados con su implementación. Cuando se incluyen estos costos menos obvios, el estudio informó que V2G era una solución económicamente ineficiente.
Otra crítica común relacionada con la eficiencia es que el ciclo de entrada y salida de energía de una batería, lo que incluye "invertir" la energía de CC a CA, inevitablemente genera pérdidas. Este ciclo de eficiencia energética puede compararse con la eficiencia del 70% al 80% de la energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo a gran escala . [90]
Las compañías eléctricas deben estar dispuestas a adoptar la tecnología para permitir que los vehículos aporten energía a la red eléctrica. [13] Para que los vehículos alimenten la red, tendrían que existir "medidores inteligentes" para respaldar la contabilidad. [14]
La eficiencia de la batería durante los testículos realizados en promedio es del 98 %.
La eficiencia de carga es del 97 al 99 por ciento
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