Un día, la demanda de electricidad para cargar los vehículos eléctricos puede desbordar la red eléctrica, a menos que el sector eléctrico esté preparado para el desafío.

Con una flota creciente de vehículos eléctricos en las carreteras, los planificadores de la red dependen de estimaciones precisas de los patrones de carga para calcular la demanda de electricidad. Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford armó un modelo probabilístico escalable para cargar la demanda que se puede aplicar a una variedad flexible de poblaciones y dar cuenta de una amplia gama de factores. Dentro de California, el modelo descubrió que para 2030, en un escenario en el que la mayoría de los propietarios de vehículos eléctricos optan por cargar sus vehículos cuando llegan a casa todas las noches, la demanda máxima de carga sería más del doble que si los conductores cargaran durante todo el día en casa, en el trabajo. y estaciones públicas. Para 2030, la carga de vehículos eléctricos comprenderá una proporción significativa de la demanda de electricidad en las economías avanzadas, por lo que mantener la demanda máxima lo más baja posible reduciría la necesidad de nuevos generadores y líneas de transmisión.

"Queríamos crear un marco modelo para la planificación a largo plazo que capture los patrones de carga de los conductores reales y tenga en cuenta la incertidumbre", dijo Ram Rajagopal, autor principal del estudio, que se publicó en la edición del 1 de marzo de Applied Energy , Rajagopal es profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de Stanford.

Se espera que los 7 millones de EV de hoy en todo el mundo aumenten a 400 millones para 2040. Para respaldar ese aumento de casi 60 veces, el mundo debe realizar actualizaciones sustanciales en la infraestructura de soporte de EV, incluida la capacidad de generación, transmisión y distribución, tecnologías de red inteligente y aproximadamente 300 millones de estaciones de carga fácilmente accesibles.

El cambio de vehículos de gasolina a eléctricos es clave para descarbonizar la actividad humana. Las oportunidades de los conductores para cargar vehículos eléctricos deben ser convenientes y abundantes para que se produzca ese cambio. Las decisiones políticas futuras pueden facilitar una carga fácil, confiable y asequible.

"Prevemos que esto sea utilizado por personas en la industria de servicios públicos, así como en el gobierno, que desean un enfoque basado en datos para estudiar escenarios futuros", dijo Siobhan Powell, co-investigador principal del estudio y Ph.D. candidato en el Departamento de Ingeniería Mecánica de Stanford.

El modelo de los investigadores tiene como objetivo brindar a los planificadores de la red y a los formuladores de políticas solo esa información:dónde, cuándo, cómo, cuánto y con qué frecuencia cobrarán los conductores. En una computadora portátil normal, el modelo podría simular datos de carga de 100 millones de vehículos eléctricos en alrededor de 10 minutos, dijeron los investigadores.

Población más diversa

Hoy en día, la mayor parte de la carga de vehículos eléctricos de California se realiza en viviendas unifamiliares. Sin embargo, los investigadores predicen que las personas con menos acceso a la carga en el hogar, como los inquilinos de apartamentos y los propietarios de condominios, harán la transición a los vehículos eléctricos y la fracción de carga en el hogar se hundirá. Al mismo tiempo, los lugares de trabajo podrían instalar más estaciones de carga y las empresas eléctricas podrían incentivar la carga en distintos momentos del día. El modelo puede dar cuenta de varios cambios de factores.

"En el modelo, capturamos el comportamiento del conductor, que incluye cuándo cargan, el momento de la carga y cuánta energía usan. También capturamos la ubicación, como el hogar o el lugar de trabajo", dijo Gustavo Cezar, el otro codirector. investigador. Cezar es un Ph.D. candidato en ingeniería civil y ambiental, e ingeniero de planta en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC de Stanford.

Algunos de los conductores de hoy en día también usan temporizadores automáticos para dictar cuándo se cargan sus autos. Los temporizadores rastrean los precios de la electricidad y cargan los vehículos cuando es más barato hacerlo. Sin embargo, si se utilizara una gran cantidad de temporizadores, podrían provocar un aumento en la demanda de electricidad en la red. A las 11 p. m., la demanda de carga de vehículos eléctricos de California podría alcanzar un pico del orden de 8.725 GW en 2030. La demanda máxima diaria típica de toda la electricidad en California actualmente es del orden de 25 GW, por lo que la carga de vehículos eléctricos comprendería una gran proporción de toda la demanda de electricidad. .

Esto podría crear una serie de problemas, especialmente si la red no está equipada para manejar este nivel de demanda. En comparación, los escenarios sin control de temporizador y en los que la carga se distribuía a lo largo del día generaban una demanda máxima menor de menos de 4 GW.

"Los operadores de la red tienen que preocuparse por la confiabilidad y el costo. Sin planificación, en el peor de los casos podrían terminar con un apagón, o incluso si pueden atender toda la demanda, terminar con altos costos de electricidad", dijo Powell.

Las decisiones de política tomadas con esto en mente podrían incentivar la carga a un ritmo más distribuido, lo que podría frenar las inversiones en infraestructura eléctrica y mantener la confiabilidad de la red. El marco creado por los investigadores también se puede ampliar para incluir otros factores como el día de la semana, la temporada, las vacaciones o la región.

Pero, dijo Cezar, simplemente cambiar a vehículos eléctricos de automóviles, motocicletas y camiones pequeños que queman combustible puede no ser suficiente por sí solo para descarbonizar los vehículos livianos. Dijo que, entre todo lo que se habla sobre cambiar a vehículos eléctricos, la contaminación de la producción de electricidad que los carga recibe muy poca atención.

"Aquí en California, usamos energía solar principalmente durante el día, por lo que vamos a tener que adquirir generación de combustibles fósiles para abastecer la carga de carga durante la noche, en particular si el enfoque es en la carga residencial", dijo. "El siguiente paso es descubrir cómo aumentar de forma sostenible el número de vehículos eléctricos".

Cezar dijo que el equipo está trabajando para desagregar su modelo y aplicarlo a lugares más estrechos, como vecindarios y campus, para ayudar a los planificadores a evitar abrumar los sistemas locales de distribución de electricidad.