Sistema de recarga de vehículos eléctricos: revisión tecnológica e impacto en el sistema eléctrico

411 >Ei 35 SISTEMA DE RECARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS: REVISIÓN TECNOLÓGICA E IMPACTO EN EL SISTEMA ELÉCTRICO Hoy en día exis e un cla o consenso en que la ac i idad humana es la causan e del cambio climá ico. El inc emen o de la concen ación de gases de e ec o in e nade o en la a mós- e a se co elaciona con el paula ino aumen o de las empe a u as. Es necesa io, po an o, oma una se ie de ac uaciones si se quie e pone eno a un de e io o paula ino e i e e sible del medioambien e. En es e sen ido, es imp escindible ene en cuen a que la gene ación eléc ica y el anspo e po ca e e a ep esen an casi el 50% del o al de las emisiones de e ec o in e na- de o. Es lógico cen a es ue zos en es as dos ac i ida- des pa a educi al máximo sus emisiones asociadas. En el caso de la gene ación eléc ica, la ansición hacia un modelo ene gé ico desca bonizado, en el que las ene gías eno ables eemplacen a las ecno- logías con encionales basadas en combus ibles ósi- les, se encuen a en un es ado a anzado. En España, a modo de ejemplo, du an e 2017 la con ibución media anual de las eno ables pa a cub i la deman- da ha sido del 33.7% y en algunos meses el po cen- aje de pa icipación ha sido incluso mayo , como en ma zo en el que se alcanzó el 57%. En el caso del anspo e po ca e e a es e cambio de modelo es á en sus inicios, siendo necesa io incen i a con di e- en es medidas y es ímulos la adopción del ehículo eléc ico como medio de anspo e de e e encia. Es a sus i ución ecnológica, de o ma adicional, con- ibui ía a educi la emisión de pa ículas, que a ec an no ablemen e a la salud pública especialmen e en núcleos u banos densamen e poblados [1]. En la ac ualidad, el s ock de ehículos eléc icos a ni el mundial ha sob epasado los 4 millones de unidades p e is os pa a 2017 y se espe a que c ezca de o ma paula ina has a los 228 millones en 2030 [2]. Los ehí- culos eléc icos, ya sean híb idos o pu amen e eléc i- cos, es án p o is os de una ba e ía que p opo ciona la ene gía necesa ia pa a su uncionamien o y que ha de se ca gada desde una uen e ex e na. La capacidad de la ba e ía es á di ec amen e elacionada con la au onomía del ehículo. Pa a ehículos híb idos su a- lo oscila en e 5 y 15 kWh, mien as que pa a ehículos pu amen e eléc icos se si úa en alo es sensiblemen e supe io es en e 15 y 85 kWh [3]. Po es os mo i os, el despliegue del ehículo eléc ico a ec a á de o ma signi ica i a a la plani icación y ope ación del sis ema eléc ico, debido a la necesidad de es ablece pun os de eca ga que p opo cionen la ene gía necesa ia en el iempo eue ido po el usua io inal. Es e a ículo p esen a una e isión de los aspec os ec- nológicos asociados a los pun os de eca ga y su a ec- ción al sis ema eléc ico de po encia. En p ime luga , se ealia una clasi icación de los pun os de eca ga JOSÉ MARÍA MAZA ORTEGA ANTONIO GÓMEZ EXPÓSITO Uni e sidad de Se illa 36 >Ei411 a endiendo a di e en es c i e ios. Pos e io men e, se analiza la no ma i a y es ánda es que a ec an a es os sis emas de eca ga. Finalmen e, se de alla el impac o sob e la ed eléc ica y las posibles soluciones que se han p opues o has a la echa pa a mi iga lo. ASPECTOS BÁSICOS DE UN SISTEMA DE RECARGA ELÉCTRICA La ecnología de eca ga del ehículo eléc ico no es única, exis iendo di e en es opciones en unción de la o ma en que se suminis a la po encia desde la ed eléc ica al ehículo. La ecnología u ilizada iene im- po an es implicaciones an o en el equipamien o que es necesa io emba ca en el ehículo, el iempo de e- ca ga eque ido pa a consegui la plena ca ga de las ba e ías y el impac o en la ed eléc ica. Po es os mo- i os, es con enien e ealia una clasi icación de los sis emas de eca ga a endiendo a di e en es c i e ios: • Na u aleza de la ene gía suminis ada al ehícu- lo. La ed eléc ica es de co ien e al e na, mien- as que las ba e ías ope an en co ien e con inua. Po an o, es imp escindible inco po a una e apa de acondicionamien o de po encia, denomina- da ec i icación, pa a ealia la eca ga de las ba e ías. Es a ec i icación puede ealia se en un disposi i o emba cado en el ehículo o bien ue- a del mismo. En el p ime caso, la alimen ación del ehículo se ía al e na, mien as que en el se- gundo se ía con inua. Debido a que el olumen y peso del ec i icado son unción de su po encia, es habi ual que la alimen ación de al e na es é asociada a po encias bajas y la alimen ación de con inua, en la ue el ec i icado es e e no, a po encias ele adas. • Modo de ans e encia de ene gía. La eca ga usual de los ehículos eléc icos se ealiza po con- ducción, pa a lo cual exis e una es anda ización de conec o es que se á analizada pos e io men- e. De o ma al e na i a, ambién se es án desa- ollando sis emas de eca ga sin con ac o en el que la ene gía se ansmi e a a és de un aco- plamien o magné ico [4]. Po úl imo, y con el ob- je i o de disminui los iempos de espe a du an e la eca ga se han p opues o es a egias de in e - cambio o sus i ución de ba e ías (swapping) [5]. No obs an e, no se p e é un despliegue masi o de es a ecnología debido al educido núme o de ehículos ac uales compa ibles con es a opción. • Flujo de ene gía. Los ca gado es con enciona- les pe mi en un ujo de po encia desde la ed de dis ibución hacia el ehículo eléc ico. Habi ual- men e es os disposi i os es án o mados po un ec i icado de en ada basado en un puen e de diodos al y como se obse a en la Figu a 1.(a) [6]. La u ilización de es a ecnología iene asociado un impac o nega i o en la ed eléc ica debido al consumo de po encia eac i a y gene ación de a mónicos de ó denes bajos que empeo an la calidad de suminis o eléc ico. Al e na i amen e, eis en ca gado es ue pe mi en un ujo de po- encia bidi eccional. Pa a ello es necesa io que el con e ido elec ónico que se conec a a la ed eléc ica es é o mado po in e up o es au ocon- mu ados (MOSFETs o IGBTs) mos ados en la Figu a 1.(b). Con es e ipo de ecnología es posible con- segui un ujo de po encia in e so, de o ma ue el ehículo eléc ico puede inyec a po encia a la ed. Es e modo de ope ación, conocido como ehicle o g id –V2G, pod ía esul a muy in e esan- e en un u u o en el que los ehículos eléc icos pod ían se u ilizados como un ecu so de alma- cenamien o dis ibuido que pod ía p es a se icios complemen a ios a la compañía de dis ibución y al ope ado del sis ema [7]. Po o a pa e, y en lo e e en e a la a ección a la calidad de suminis o, es a ecnología iene ambién como en aja un educido con enido a mónico de ó denes bajos y la posibilidad de ope a con po encia eac i a nula. • Velocidad de eca ga. Es á condicionada po la po encia demanda de la ed y po la ene gía ini- cial y inal almacenada po la ba e ía. El iempo de eca ga se á an o meno cuan o mayo sea la J. M. MAZA ORTEGA / A. GÓMEZ EXPÓSITO FIGURA 1 CARGADORES DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS. (A) CARGADOR BASADO EN PUENTE DE DIODOS. (B) CARGADOR BASADO EN IGBTS • a  aleza de la ene ga sminis ada al eclo.La ed eléc ica es de co ien e al e na, mien as que las ba e ías ope an en co ien e con inua. Po  an o, es imp escindibleinco po a unae apadeacondicionamien odepo encia,denominada ec i icación,pa a ealiza la eca gadelasba e ías.Es a ec i icaciónpuede ealiza se enundisposi i oemba cadoenel ehículoobien ue adelmismo.Enelp ime caso, laalimen acióndel ehículose íaal e na,mien asqueenelsegundose íacon inua. Debido a que el olumen y peso del ec i icado  son unción de su po encia, es habi ual que la alimen ación de al e naes é asociada a po encias bajas y la alimen acióndecon inua,enlaqueel ec i icado esex e no,apo enciasele adas. • odo de anse encia de ene ga.La eca ga usual de los ehículos eléc icos se ealizapo conducción,pa alocualexis eunaes anda izacióndeconec o esquese á analizada pos e io men e. De o ma al e na i a, ambién se es án desa ollando sis emas de eca ga sin con ac o en el que la ene gía se ansmi e a a és de un acoplamien omagné ico[4].Po l imo,yconelobje i odedisminui los iemposde espe adu an ela eca gasehanp opues oes a egiasdein e cambioosus i ución de ba e ías sapping []. No obs an e, no se p e é un despliegue masi o de es a ecnología debido al educido nme o de ehículos ac uales compa ibles con es a opción. • lodeene ga.Losca gado escon encionalespe mi enun lujodepo enciadesde la ed de dis ibución hacia el ehículo eléc ico. abi ualmen e es os disposi i os es án o madospo un ec i icado deen adabasadoenunpuen edediodos aly comoseobse aenlaigu a.a[].Lau ilizacióndees a ecnología ieneasociado un impac o nega i o en la ed eléc ica debido al consumo de po encia eac i a y gene ación de a mónicos deó denes bajos que empeo an la calidad de suminis o eléc ico. l e na i amen e, exis en ca gado es que pe mi en un lujo de po encia bidi eccional.Pa aelloesnecesa ioqueelcon e ido elec ónicoqueseconec aala ed eléc ica es é o mado po  in e up o es au oconmu ados SEs o s mos adosenlaigu a.b.ones e ipode ecnologíaesposibleconsegui un lujo depo enciain e so,de o maqueel ehículoeléc icopuedeinyec a po enciaala ed.Es emododeope ación,conocidocomo ehicle og id,pod ía esul a muy in e esan eenun u u oenelquelos ehículoseléc icospod íanse u ilizadoscomo un ecu so de almacenamien o dis ibuido que pod ía p es a  se icios complemen a iosalacompaíadedis ibuciónyalope ado delsis ema[].Po o a pa e,yenlo e e en ealaa ecciónalacalidaddesuminis o,es a ecnología iene ambién como en aja un educido con enido a mónico de ó denes bajos y la posibilidaddeope a conpo encia eac i anula.  Figu a.a gado esde ehículoseléc icosmono ásicos.aa gado asadoenpuen edediodos.a gado  asadoens. Fuen e: elabo ación p opia 411 >Ei 37 SISTEMA DE RECARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS: REVISIÓN TECNOLÓGICA E IMPACTO EN EL SISTEMA ELÉCTRICO po encia demandada de la ed, si bien es a ela- ción no es lineal al y como se pone de mani ies o en la Figu a 2. Exis en dis in os ni eles de eca ga en unción de la po encia demandada de la ed eléc ica: • Ni el 1 ( eca ga len a). Es la eca ga más se- gu a y p ác ica, pues o que puede ealiza la un pa icula en su domicilio a a és de un enchu e con encional. Pa a ello se emplea el sis ema mono ásico de co ien e al e na a 230 V con in ensidades de has a 16 A. Suele se el sis ema de eca ga u ilizado pa a mo os eléc icas. • Ni el 2 ( eca ga media o acele ada). Es e ipo de eca ga pone en juego po encias más ele adas po lo que suelen u iliza se conexio- nes i ásicas con demanda de in ensidades de has a 63 A. • Ni el 3 ( eca ga ápida). Es con di e encia el mé odo que demanda una mayo po encia de la ed. Se emplea co ien e con inua, po lo que el ca gado es es aciona io y no em- ba cado en el ehículo, con ensiones al ede- do de 500 V e in ensidades eguladas en e 50 y 550 A. ESTANDARIZACIÓN DE LOS SISTEMAS DE RECARGA Con el obje i o de aumen a la in e ope abilidad en e las in aes uc u as de eca ga y los ehículos eléc icos es necesa io ecu i a la es anda ización de cada uno de los componen es que los in eg an. Así, la no ma i a in e nacional IEC 61851 [8] a a de es anda iza los sis- emas de eca ga in e nos y ex e nos al ehículo pa a ni eles de ensión de has a 1000 V en al e na y 1500 V en con inua. En dicho es ánda se ealiza una clasi- icación de los di e en es modos en los ue se puede ealiza la eca ga: • Modo 1. La eca ga se e ec úa con co ien e al- e na median e conec o es no malizados con in- ensidades limi adas a 16 A po ase. Si la eca ga se ealiza de es a mane a, el ehículo se conec a di ec amen e a la ed con encional sin necesi- dad de u iliza ningún equipo o sis ema adicional especí ico. La po encia máima asociada a es e ipo de eca ga es de 3.7 kW en sis emas mono á- sicos (230 V) y 11 kW en sis emas i ásicos (400 V). Es e modo de eca ga equie e, como medida de segu idad pa a p o ección en e a con ac os indi ec os, la u ilización de una p o ección di e en- cial con oma de ie a. Es e modo es muy p ác- ico pa a ehículos pequeños, como bicicle as o ciclomo o es, si bien en coches es á p ohibido en algunos países. • Modo 2. En es e modo la in ensidad máxima pe - mi ida es de 32 A, aunque suelen se habi uales in ensidades de 16 A. Los ni eles de po encia máximos son de 7.4 kW pa a sis emas mono ási- cos (230 V) y 22 kW pa a sis emas i ásicos (400 V). Es e modo es á p o is o de unciones adicionales, como la comp obación de que el ehículo es á bien conec ado, de ección de ie a en el conec- o , ac i ación o desac i ación del sis ema, e c. Po es os mo i os, el cable de conexión con el ehículo debe inco po a , además de los ci cui os de po encia, los co espondien es a segu idad y con ol eque idos pa a ealiza es as unciones. La mayo pa e de los ab ican es incluyen jun o con el ehículo eléc ico ca gado es basados en es e • elocidadde eca ga.Es ácondicionadapo lapo enciademandadela edypo la ene gíainicialy inalalmacenadapo laba e ía.El iempode eca gase á an omeno  cuan omayo sealapo enciademandadadela ed,sibienes a elaciónnoeslineal al ycomoseponedemani ies oenlaigu a.Exis endis in osni elesde eca gaen uncióndelapo enciademandadadela edeléc ica o i el eca galen a.Esla eca gamássegu ayp ác ica,pues oquepuede ealiza launpa icula ensudomicilioa a ésdeunenchu econ encional. Pa aelloseempleaelsis emamono ásicodeco ien eal e naa3 con in ensidades de has a  . Suele se  el sis ema de eca ga u ilizado pa a mo oseléc icas. o i el   eca ga media o acele ada. Es e ipo de eca ga pone en juego po enciasmásele adaspo loquesuelenu iliza seconexiones i ásicascon demandadein ensidadesdehas a3. o i el eca ga pida.Escondi e enciaelmé odoquedemandaunamayo  po enciade la ed. Se emplea co ien e con inua, po  lo que el ca gado  es es aciona ioynoemba cadoenel ehículo,con ensionesal ededo de ein ensidades eguladasen ey.   Figu a. ocesodeca gadeunaa e íadecocheeléc ico. 3.Es anda izacióndelossis emasde eca ga on el obje i o de aumen a  la in e ope abilidad en e las in aes uc u as de eca ga y los ehículoseléc icosesnecesa io ecu i alaes anda izacióndecadaunodeloscomponen es que los in eg an. sí, la no ma i a in e nacional E  [] a a de es anda iza  los sis emasde eca gain e nosyex e nosal ehículopa ani elesde ensióndehas aen al e nayencon inua.Endichoes ánda se ealizaunaclasi icacióndelosdi e en es modosenlosquesepuede ealiza la eca ga • odo . La eca ga se e ec a con co ien e al e na median e conec o es no malizadosconin ensidadeslimi adasapo  ase.Sila eca gase ealizadees a mane a,el ehículoseconec adi ec amen eala edcon encionalsinnecesidadde Fuen e: elabo ación p opia FIGURA 2 PROCESO DE CARGA DE UNA BATERÍA DE COCHE ELÉCTRICO 38 >Ei411 J. M. MAZA ORTEGA / A. GÓMEZ EXPÓSITO modo de eca ga, po lo que es án muy ex en- didos. • Modo 3. La eca ga se ealiza u ilizando una oma de co ien e especí ica pa a ehículos eléc icos. Las in ensidades máximas que se pe mi en alcan- zan los 63 A, aunque lo más usual es 32 A, si bien en la ac ualidad se es án desa ollando p o o ipos de 250 A. Po an o, el máximo ni el de po encia es de 43 kW. Las unciones de p o ección y con- ol se encuen an ijas de o ma pe manen e en la in aes uc u a de eca ga en el sis ema SAVE (Sis ema de Alimen ación del Vehículo Eléc ico) o wall box. La no ma indica que debe exis i un cable pilo o de con ol en e es a in aes uc u a de eca ga y el ehículo eléc ico de o ma que el p oceso de eca ga sólo pueda se iniciado si el ehículo se encuen a inmo ilizado. Es e modo es á siendo ue emen e p omo ido en la Unión Eu opea, pues se pe mi e la eca ga con olada del ehículo eléc ico lo cual es á alineado con el desa ollo de las u u as edes in eligen es. • Modo 4. Es a o ma de eca ga se ealiza en co- ien e con inua a a és de un ec i icado e e no al ehículo que egula la eca ga, pa a lo cual es necesa io un canal de comunicación con el ehí- culo. Es e modo es á des inado exclusi amen e a eca ga ápida, y pe mi e ele a la co ien e has a 400 A. En España la po encia empleada en las e- ca gas en modo 4 suele se de 125 kW. La in aes- uc u a necesa ia suele se de g an amaño y ele- ado cos e en compa ación con las an e io es. Además de los modos en los que se ealiza la eca ga, es impo an e señala que exis e una es anda ización de los di e en es conec o es que se u ilizan pa a co- nec a el ehículo eléc ico a la in aes uc u a de e- ca ga. Los p incipales, mos ados en la Figu a 3, son los siguien es: • EEC 7/4 ype F (Schuko). Se u iliza p incipalmen e en Eu opa en la modalidad de eca ga len a. Po es os mo i os, es adecuado pa a la eca ga de pequeños ehículos eléc icos como bicicle as y mo ocicle as eléc icas. Es á do ado de cone- xión a ase, neu o y ie a siendo ap o exclusi a- men e pa a sis emas mono ásicos con in ensida- des in e io es a 16 A. • SAE J1772. Es e conec o es simila al an e io pues es á do ado de ase, neu o y ie a, de aplicación a sis emas mono ásicos y con o igen es adounidense. Sin emba go, inco po a un ca- nal de comunicación que pe mi e de ec a la conec i idad en e el ehículo y la in aes uc u a de eca ga y el in e cambio de da os en e los mismos. Es e ipo de conec o es á incluido en la no ma i a IEC 62196-2 [9] y se designa como conec o Tipo 1. El conec o pe mi e ca gas de ni eles 1 y 2. eog á icamen e su u iliación se ex iende p incipalmen e po Es ados Unidos y Ja- pón. • VDE-AR-E 2623-2-2 (Mennekes). Es á diseñado pa a e ec ua eca gas del Modo 2 y 3 con o me al es ánda IEC 61851 an e io men e comen a- do. Se u iliza p incipalmen e en Eu opa, siendo su diseño simila al SAE J1772. El conec o pe mi e la eca ga i ásica y la eca ga len a. Es e conec o es á incluido en la no ma IEC 62196-2 y se desig- na como conec o Tipo 2. FIGURA 3 CONECTORES DE LOS SISTEMAS DE RECARGA POR CONDUCCIÓN. (A) SCHUKO. (B) SAE J1772. (C) MENNEKES. (D) SCAME. (E) CHADEMO. (F) COMBO. en eel ehículoylain aes uc u ade eca gayelin e cambiode da osen elos mismos. Es e ipo de conec o  es á incluido en la no ma i a E  []y se designa como conec o  ipo . El conec o  pe mi e ca gas de ni eles  y . eog á icamen e su u ilización se ex iende p incipalmen e po  Es ados nidos y apón. • Rennees.Es ádiseadopa ae ec ua  eca gasdelodoy3 con o meales ánda Ean e io men ecomen ado.Seu ilizap incipalmen e en Eu opa, siendo su diseo simila  al SE . El conec o  pe mi e la eca ga i ásicayla eca galen a.Es econec o es áincluidoenlano maEyse designacomoconec o ipo. • came. Es e conec o  es á p ác icamen e en desuso debido al apoyo que desde el sec o indus ialseha ealizadoalosconec o esipo.Noobs an ees áincluidoen lano ma i aEcomoipo3.Lapo enciamáximaqueadmi eesdey cuen aconunap o eccióndelos e minalesdeconexión. • de. Es un conec o  diseado po  EP oyo Elec ic Poe  ompany especí ico pa a el odo 4 de eca ga en co ien e con inua y ni el 3. Sopo a po enciasdehas a.yu ilizaNbuscomosis emadecomunicación.Es e ipo deconec o seclasi icacomoipo4den odelano ma i aE. • Sis ema de a ga ombinada S. Son a ian es del SE  y del ennees que inco po an un pa  de hilos D pa a posibili a  los modos  a 4 de eca ga.  Figu a.onec o esdelossis emasde eca gapo conducción.achuo.E.cennees.dcame. ede. .Fuen e:[] De o maadicionalalosmodosde eca gayconec o es,exis e ambiénunaex ensalis ade no maspa aes anda iza  • omnicaciones. La no ma i a S  []es ablece los p o ocolos de ed y aplicación,asícomolos eque imien osdelascapas ísicasydeda os.Po o apa e, lano ma i aE4[]indicalasca ac e ís icasdelacomunicaciónen elas es acionesde eca gaylos ehículoseléc icosencasodeca gaenco ien econ inua. • eg idadde las pe sonas e ins alaciones. El es ánda  S 43 [3] ealiza la especi icacióndelap o ecciónnecesa iapa ae i a  iesgoseléc icosdelaspe sonas Fuen e: [10] 411 >Ei 39 SISTEMA DE RECARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS: REVISIÓN TECNOLÓGICA E IMPACTO EN EL SISTEMA ELÉCTRICO • Scame. Es e conec o es á p ác icamen e en desuso debido al apoyo que desde el sec o in- dus ial se ha ealizado a los conec o es Tipo 2. No obs an e es á incluido en la no ma i a IEC 62196- 2 como Tipo 3. La po encia máxima que admi e es de 22 kW y cuen a con una p o ección de los e minales de conexión. • CHAdeMO. Es un conec o diseñado po TEPCO (Toyo Elec ic Poe Company) especí ico pa a el Modo 4 de eca ga en co ien e con inua y ni el 3. Sopo a po encias de has a 62.5 kW y u iliza CAN bus como sis ema de comunicación. Es e ipo de conec o se clasi ica como Tipo  den o de la no ma i a IEC 62196-2. • COMBO (Sis ema de Ca ga Combinada CCS). Son a ian es del SAE J1772 y del Mennekes que inco po an un pa de hilos DC pa a posibili a los modos 2 a 4 de eca ga. De o ma adicional a los modos de eca ga y conec- o es, exis e ambién una ex ensa lis a de no mas pa a es anda iza : • Comunicaciones. La no ma i a ISO 15118 [11] es ablece los p o ocolos de ed y aplicación, así como los eque imien os de las capas ísicas y de da os. Po o a pa e, la no ma i a IEC 61851-24 [12] indica las ca ac e ís icas de la comunicación en e las es aciones de eca ga y los ehículos eléc icos en caso de ca ga en co ien e con inua. • Segu idad de las pe sonas e ins alaciones. El es- ánda ISO 66 1 ealia la especi icación de la p o ección necesa ia pa a e i a iesgos eléc- icos de las pe sonas que ealizan la eca ga del ehículo. Po úl imo, la ISO/FDIS 17409 [14] indica los eque imien os de segu idad que deben ene - se en cuen a pa a ealiza la conexión de los ehí- culos a una uen e ex e na. Po úl imo, y desde el pun o de is a de los eque imien- os de ins alación, en España es de aplicación la Ins- ucción Técnica Complemen a ia ITC BT-52 [15] que p opo ciona in o mación de los siguien es aspec os: • Esquemas de ins alación. Se indican los esque- mas uni ila es a segui pa a dis in os ipos de ins a- laciones en e los que se dis inguen dos g andes g upos: i iendas y es aciones de eca ga públi- cas. En los co espondien es a i iendas se es able- cen di e sos esquemas con di e en es p opues as pa a ealiza la ubicación de los con ado es de ene gía. A modo de ejemplo, la Figu a 4 p esen a un esuema uni ila pa a una ins alación colec i a oncal con con ado p incipal en el o igen de las ins alaciones y secunda ios ubicados en las es a- ciones de eca ga. En el caso de las es aciones de eca ga públicas, di ec amen e conec adas a la ed de dis ibución, es posible dis ingui dos ipologías: au ose icio y con asis encia. En el p i- me caso, es e ipo de ins alaciones pod án u iliza cualquie modo de ca ga. En el segundo caso, que ealizan la eca ga del ehículo. Po  l imo,la SDS 4[4]indica los eque imien osdesegu idadquedeben ene seencuen apa a ealiza laconexiónde los ehículosauna uen eex e na. Po l imo,ydesdeelpun ode is adelos eque imien osdeins alación,enEspaaesde aplicaciónlans ucciónécnicaomplemen a ia[]quep opo cionain o mación delossiguien esaspec os • semas de ins alación. Se indicanlos esquemas uni ila es a segui  pa a dis in os ipos de ins alaciones en e los que se dis inguen dos g andes g upos i iendas y es aciones de eca gapblicas. En los co espondien es a i iendas se es ablecen di e sos esquemas con di e en es p opues as pa a ealiza  la ubicación de los con ado esdeene gía.mododeejemplo,laigu a4p esen aunesquemauni ila  pa a una ins alación colec i a oncal con con ado  p incipal en el o igen de las ins alaciones y secunda ios ubicados en las es aciones de eca ga. En el caso de las es acionesde eca gapblicas,di ec amen econec adasala eddedis ibución,es posibledis ingui dos ipologíasau ose icioyconasis encia.Enelp ime caso,es e ipo de ins alaciones pod án u iliza  cualquie  modo de ca ga. En el segundo caso, p e e en emen e3ó4,sibienpod ánequipa seenmodoócuandoes ép e is o ealiza  eca gade ehículosdebajapo encia.Sep opo cionanademáslaspo encias asociadasalosci cui osde eca gay ecomendacionesde epa odeca gaen elas asespa ae i a desequilib ios.  Figu a4.Esuemauni ila deunains alacióncolec i a oncalconcon ado p incipalenelo igencon ado es secunda iosenlases acionesde eca ga.Fuen e[5]. •  e isióndeca gas.Se ealizaunap e isióndeca gascon ac o esdesimul aneidad quedependendelesquema ipodeins alaciónu ilizado,sibienenlamayo pa ede los casos se conside a que exis euna simul aneidad unidad en e las ca gas del ehículoeléc icoconel es odelasca gasdelains alación. • Reisi osgene alesdelains alación.Seindicala o maenquedebese  ealizadas las ins alaciones, po encia ins alada, sis emas de iluminación, máximas caídas de ensión,sis emadeneu o,canalizaciones,pun odeconexiónymedidadeene gía. Fuen e: [15] FIGURA 4 ESQUEMA UNIFILAR DE UNA INSTALACIÓN COLECTIVA TRONCAL CON CONTADOR PRINCIPAL EN EL ORIGEN Y CONTADORES SECUNDARIOS EN LAS ESTACIONES DE RECARGA 40 >Ei411 J. M. MAZA ORTEGA / A. GÓMEZ EXPÓSITO p e e en emen e 3 ó 4, si bien pod án equipa se en modo 1 ó 2 cuando es é p e is o ealiza eca ga de ehículos de baja po encia. Se p opo cionan además las po encias asociadas a los ci cui os de eca ga y ecomendaciones de epa o de ca ga en e las ases pa a e i a desequilib ios. • P e isión de ca gas. Se ealiza una p e isión de ca gas con ac o es de simul aneidad que depen- den del esquema ipo de ins alación u ilizado, si bien en la mayo pa e de los casos se conside a que exis e una simul aneidad unidad en e las ca - gas del ehículo eléc ico con el es o de las ca gas de la ins alación. • Requisi os gene ales de la ins alación. Se indica la o ma en que debe se ealizadas las ins alaciones, po encia ins alada, sis emas de iluminación, máxi- mas caídas de ensión, sis ema de neu o, canali- zaciones, pun o de conexión y medida de ene gía. • P o ecciones. Se especi ican, como en oda ins- alación de baja ensión, medidas de p o ección en e a con ac os di ec os e indi ec os siguiendo la ITC BT-24 [16] indicándose la necesidad de ins ala p o ección di e encial. Adicionalmen e, es necesa- io es ablece p o ecciones en e a sob e in ensida- des y sob e ensiones. Finalmen e es necesa io ea- liza p o ección mecánica con a pene ación de cue pos sólidos, pene ación de agua e impac os mecánicos. • Condiciones pa icula es de la ins alación. Es im- p escindible que la ins alación cuen e con la debi- da ed de ie as pa a e i a ensiones de con ac o supe io es a 24 V. IMPACTO EN LA RED ELÉCTRICA El impac o de la eca ga de los ehículos eléc ica depende á undamen almen e del pa que exis en- e de es e ipo de ehículos y de la o ma en que se ealice dicha eca ga. Si bien en la ac ualidad el núme o de ehículos eléc icos es muy educido, se p onos ica un paula ino inc emen o del g ado de pe- ne ación de es a ecnología. Sin emba go, pa a ello se á necesa io ence una se ie de ba e as de índole écnica, económica y de in aes uc u a: • Ba e as écnicas. La au onomía del ehículo eléc ico es posiblemen e uno de sus p incipales incon enien es. El p omedio de las ba e ías ac- uales es á en un ango comp endido en e los 20-30 kWh que pe mi en au onomías de 150 a 200 km, si bien hay excepciones con modelos que inco po an ba e ías de 75 kWh con au o- nomías de 500 km al y como se mues a en la Tabla 1. Es o p o oca ansiedad de au onomía en los conduc o es, al es ablece se una com- pa ación de es a nue a ecnología con los mo- o es de combus ión in e na con encionales, en los que es posible eco e dis ancias mayo es y llena el depósi o de combus ible en muy poco iempo [17]. • Ba e as económicas. El cos e asociado a los ehículos eléc icos es hoy en día muy supe io a los ehículos de combus ión con encionales con p es aciones simila es. Es o se debe a que el cos e de la ba e ía, con ecnología de ión-li io, es oda ía muy ele ado. Sin emba go, exis e una cla a endencia de educción de cos e debido al p oceso de madu ez de la ecnología. En el pe íodo comp endido en e 2008 (1000 $/kWh) y 2015 (268 $/kWh) se ha conseguido una dismi- nución del cos e p omedio de las ba e ías de un 73% [18]. De o ma adicional, la mayo pa e de los es udios indican que se consegui á la com- pe i i idad de los ehículos eléc icos con cos es de ba e ías de al ededo de 150 $/kWh. Po es os mo i os, si se log an alcanza es os cos es se á posible equipa a los ehículos con mayo es ba- e ías que aumen en su au onomía, eliminándo- se la ba e a écnica desc i a an e io men e. • Ba e as asociadas a la in aes uc u a de e- ca ga. Sin luga a dudas la in aes uc u a de eca ga es cla e pa a que se p oduzca la ansi- ción hacia un sis ema de anspo e po ca e e- a o almen e eléc ico. No obs an e, se a a de un p oblema complejo al se di ícil sa is ace de o ma simul ánea los in e eses de los p opie a ios de los ehículos y los agen es de eca ga du an- e los p ime os años del despliegue (¿quién ue p ime o: el hue o o la gallina?). Debido a la es- casez de ehículos eléc icos, no se ealiza á una ins alación masi a de pun os de eca ga, pues es a nue a ac i idad no esul a a ac i a desde un pun o de is a económico. Es a escasez de in aes uc u a de eca ga, a su e, di icul a la adquisición de ehículos eléc icos e impide su u ilización en la gas dis ancias. Po es os mo i os, en 10 se jus i ica la necesidad de o ece ayu- das pa a la ins alación de pun os de eca ga, al TABLA 1 AUTONOMÍA DE LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS ACTUALES Modelo Au onomía (km) Tesla Model S 539 Tesla model 3 500 Tesla Model X 475 Che y Bol 383 Nissan Lea 350 Renaul Zoe 300 Volkswagen e-Gol 300 Hyundai Ioniq 250 BMW i3 200 Kia Soul 200 Fuen e: h ps://e obsession.com/10-elec ic-ca s- ange-new/ 411 >Ei 41 SISTEMA DE RECARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS: REVISIÓN TECNOLÓGICA E IMPACTO EN EL SISTEMA ELÉCTRICO menos du an e los p ime os años has a que se consiga un despliegue masi o de la nue a ec- nología. Tal y como puede comp oba se del análisis de es as ba e as, no exis e ninguna de ellas insal able y es de espe a un paula ino c ecimien o del pa que de e- hículos eléc icos con o me disminuya su cos e y au- men e su au onomía, lo cual es á ligado al desa ollo de las ba e ías. Po es os mo i os, es de espe a que la mo ilidad eléc ica a ec e al sis ema eléc ico an o a ni el global como local en las edes de dis ibución en las que se conec a án los sis emas de eca ga eléc- ica. Po una pa e, y desde un pun o de is a global, en el año 2020 se p e é en España un pa que de 500.000 ehículos eléc icos que supond án un consumo adi- cional de 1,5 TWh sob e la demanda eléc ica anual p e is a pa a 2020 (303,901 TWh), lo cual ep esen a un 0.49% adicional [19]. A pesa de que es a ci a no es muy ele ada, hay que ene en cuen a que si en un u- u o se eemplaza la o alidad del pa que de ehículos nacional, más de 22 millones de u ismos, el consumo adicional subi ía has a los 66 TWh que ep esen a ía al- ededo de un 22% de la ene gía anual. Además de inc emen a se la po encia o al demandada po el sis ema, se a ec a á ambién la cu a de demanda dia ia dependiendo de cuándo y cómo se ealice el p oceso de ca ga. Desde es e pun o de is a, si la ca - ga se ealiza de o ma incon olada se ía posible un aumen o del pico de demanda del sis ema [20], que end ía como consecuencia un aumen o del cos e de explo ación del mismo [21]. Po o a pa e, y analizando el impac o local sob e las edes de dis ibución de ene gía eléc ica, es posible a i ma ue la in oducción de los ca gado es de ehí- culos eléc icos p o oca á un aumen o de la ca ga a la que se e án some idas las edes de media y baja ensión. Dicho aumen o end á como consecuencia cinco e ec os [22]: • Aumen o de las caídas de ensión debido al in- c emen o de la ca ga de la ed. Es posible que puedan o igina se sub ensiones en de e minados momen os del día en los que se p oduzca una eca ga simul ánea de muchos ehículos eléc i- cos. Es o pod ía a ec a des a o ablemen e a la calidad de suminis o pe cibida po el consumido inal ue es á egulada po no ma i as cada e más exigen es [23]. • Conges ión de líneas de baja ensión po ene ca gas supe io es a sus lími es é micos (lími e de ampacidad) en caso de uncionamien o simul á- neo de muchos ca gado es eléc icos. • Aumen o de las pé didas del sis ema de dis ibu- ción debido a una mayo ca ga del mismo. • Disminución de la ida ú il de los ans o mado es de dis ibución debida a un inc emen o de ca ga [24]. • Aumen o de los ni eles de desequilib io. Tal y como se ha is o en la sección an e io , los ca ga- do es de poca po encia suelen se mono ásicos. En es e sen ido, es impo an e ealiza un epa o adecuado en e las di e en es ases pa a man e- ne , en la medida de lo posible, la ca ga igual- men e epa ida en e las mismas. De o a o ma, ope ación con ca ga desequilib ada, pod ían au- men a de o ma conside able las pé didas del sis- ema de dis ibución [25]. Adicionalmen e, el un- cionamien o con ca ga desequilib ada empeo a no ablemen e la calidad de suminis o pues se inc emen a ía el desequilib io de ensión, limi ado po la no ma i a igen e [23]. • Po úl imo, y al y como se ha comen ado an e io - men e, odos los disposi i os de eca ga eléc ica es án o mados po componen es de elec ónica de po encia que ealizan la adap ación de co- ien e al e na a co ien e con inua. Es e ipo de disposi i os es no lineal, es deci , que alimen ados con una ensión sinusoidal esponden consumien- do una in ensidad no sinusoidal. Dicha in ensidad, si no se oman las medidas co ec o as opo unas, puede ene un con enido a mónico muy ele ado que a ec a de o ma nega i a a la calidad de su- minis o de la ed de dis ibución [26]. Si en el u u o a a exis i un despliegue masi o de co- ches eléc icos, es imp escindible busca las es a e- gias necesa ias pa a minimiza los aspec os nega i os enume ados an e io men e. ESTRATEGIAS PARA MINIMIZAR EL IMPACTO EN LA RED Es necesa io busca es a egias pa a minimiza al máxi- mo el impac o de la eca ga del ehículo eléc ico sob e la ed. Las es a egias p opues as has a la echa pueden clasi ica se en unción de la mane a en ue ges ionan la ca ga adicional debida al ehículo eléc- ico: • Re ue zos clásicos de ed. Es e es la o ma más básica de soluciona el p oblema, pues el ehí- culo eléc ico es conside ado como una ca ga con encional que no puede con ola se. Po es- os mo i os, se ecu e a aumen a las in e siones asociadas a ac i os clásicos de ed, ins alación de nue as líneas y ans o mado es, pa a e i a las conges iones (sub ensiones y sob eca gas) p oducidas po la eca ga. En es e sen ido, se han ealizado abajos en los que se conside an modelos de plani icación de ed óp ima enien- do en cuen a el inc emen o de ca ga de los e- hículos eléc icos [27]. Sin emba go, hay que ene en cuen a que ealiza e ue zos de ed en á eas densamen e pobladas es complicado debido a que la ed de dis ibución suele se sub e ánea. En es os casos, es necesa io ab i zanjas a lo la go de las calles que ocasionan nume osas moles ias (cie e empo al de calles con eo denación del á ico, uidos debidos a las ob as, e c.) 2. Po es os mo i os, y eniendo en cuen a que exis e la 42 >Ei411 madu ez ecnológica de las edes in eligen es, es posible plan ea o as al e na i as. • Localización óp ima de las es aciones de eca - ga. El obje i o de es as es a egias es encon a la ubicación óp ima y po encia asociada a cada una de las es aciones de eca ga eniendo en cuen a una de e minada unción obje i o. Exis en mul i ud de ap oximaciones al p oblema, desde aquellas que simplemen e minimizan el cos e del sis ema [24] o los cos es de in e sión y explo ación del sis ema [30], has a o as más complejas en las ue se analia la plani icación de ed mul ipe iodo [31],[32] e incluso eniendo en cuen a la p esen- cia de sis emas de almacenamien o y apo e de ene gías eno ables [33]. • Algo i mos de ca ga con olada. Es os algo i mos in en an epa i la ca ga del coche eléc ico a lo la go del día pa a e i a las conges iones de ed y, de o ma simul ánea, cumpli los eque imien os impues os po los usua ios indi iduales. Exis en mul- i ud de algo i mos que ealizan es e come ido y pueden clasi ica se en unción de la a ui ec u a de con ol u ilizada y de la unción obje i o que se in en a op imiza . Desde el pun o de is a de la a qui ec u a de con ol, exis en implemen aciones cen alizadas y descen alizadas. En el p ime caso, los algo i mos calculan los pe iles de eca ga óp- imos a endiendo a un obje i o global de ope a- ción. Pa a ello, es necesa io conoce el es ado del sis ema a a és de medidas eléc icas, pa a lo cual es necesa io con a con una compleja in aes uc u a de comunicaciones. Dicha in aes- uc u a es u ilizada, de o ma adicional, pa a co- munica el cen o de con ol con las es aciones de eca ga, y así en ia las consignas de ope ación adecuadas que op imizan el uncionamien o del sis ema [34],[35]. Sin emba go, y a pesa de los be- ne icios de ob ene un óp imo global, es e ipo de aplicaciones dependen en g an medida de una in aes uc u a de comunicaciones que es á so- me ida a allos [36] y, adicionalmen e, su comple- jidad compu acional puede se bas an e ele ada en caso de un despliegue masi o de es aciones de eca ga [37]. Po el con a io, los algo i mos de con ol descen alizados dis ibuyen la oma de decisiones en e los con olado es independien es de las es aciones de eca ga. Exis en mul i ud de implemen aciones, desde aquellas en las que los con olado es, do ados de cie a capacidad de J. M. MAZA ORTEGA / A. GÓMEZ EXPÓSITO FIGURA 5 ESTACIÓN DE RECARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS ALIMENTADA DE FORMA SIMULTÁNEA DE VARIOS ALIMENTADORES PARA REPARTIR LA DEMANDA EN FUNCIÓN DE LA CARGA DE LOS MISMOS pod íain eg a seenlap opiaes aciónde eca gaop óximaaellapa a,dees a o ma, educi elimpac oenla eddedis ibución. • U ilizacióndesis emasdealmacenamien o.Elobje i odees aes a egiaesaplana  lacu adedemandadelases acionesde eca gay educi lapun adeconsumo[43]. Nó ese que la u ilización de sis emas de almacenamien o no disminuye la ene gía demandadela ed,sinoque ansóloseconsigue epa i dichoconsumoene gé icoa lola godeldía. • Repa odelademandadelases acionesde eca gaen e a iosalimen ado es.Si bienlosmé odosde educcióndelademandadelases acionesde eca gasonmuy in e esan es desde el pun o de is a del ope ado  de la ed de dis ibución, pues e asa la in e sión en nue os ac i os de ed, p esen a algunos p oblemas. Po  una pa e, el apo e de las eno ables, como la o o ol aica, en es aciones de eca ga ubicadasenzonasu banasesdiscu ibledebidoalanecesidaddedispone deg andes ex ensiones de e eno pa a consegui po encia su icien e. Po  o a pa e, el cos e ac ualdelossis emasdealmacenamien oesunacla aba e aeconómicaquedi icul a suu ilización.Sinemba go,comoal e na i a,esposiblepensa enunasoluciónquese adap a ácilmen e a los en o nos u banos. En las ciudades exis en mul i ud de alimen ado esdebaja ensiónquepa endeloscen osde ans o mación.Laideaes ins ala lases acionesde eca gade o maquepuedanse alimen adasdesde a ios alimen ado esde o masimul ánea alycomosemues aenlaXXX.Dees a o ma,es posible epa i  la demanda de la eca ga de los ehículos eléc icos en e los alimen ado esen uncióndelaca gaque enganencadains an e[44].  Figu a5.Es aciónde eca gade ehículoseléc icosalimen adade o masimul áneade a iosalimen ado espa a epa i lademandaen uncióndelaca gadelosmismos.Fuen e:[44]. Fuen e: [44] 411 >Ei 43 SISTEMA DE RECARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS: REVISIÓN TECNOLÓGICA E IMPACTO EN EL SISTEMA ELÉCTRICO comunicación, compa en in o mación con sus ecinos [37],[38] a o os más simples que ope an basándose exclusi amen e en medidas locales [39]. Si se analizan las unciones obje i o que han sido u iliadas pa a es ablece los pe iles de eca - ga óp imos pueden encon a se c i e ios écnicos y económicos. Los obje i os écnicos más comunes son con ola las ensiones den o de los lími es e- glamen a ios [39] y minimiza las pé didas de la ed [35]. En el caso de los obje i os económicos, se pe sigue la minimización del cos e de ope ación de la compañía dis ibuido a [34], el ges o de e- ca ga  o el usua io inal 0. • Ta i as eléc icas con cos e a iable en el iem- po. El obje i o de es as es a egias es es ablece una polí ica de cos es de eca ga a a és de a i- as a iables en el iempo, ue dan al usua io inal una señal económica pa a así modula la eca ga de los ehículos [41]. En aquellos momen os del día en el que se p e ean conges iones del sis ema se impond án p ecios ele ados, mien as que mo- men os con poco consumo se educi á el p ecio pa a incen i a la eca ga. • U ilización de gene ación eno able dis ibuida. Es as es a egias ienen como obje i o educi la demanda de po encia y ene gía consumida de la ed eléc ica du an e la eca ga median e la apo - ación local de gene ación [42]. Es a gene ación pod ía in eg a se en la p opia es ación de eca ga o p óxima a ella pa a, de es a o ma, educi el impac o en la ed de dis ibución. • U ilización de sis emas de almacenamien o. El obje i o de es a es a egia es aplana la cu a de demanda de las es aciones de eca ga y educi la pun a de consumo [43]. Nó ese que la u ilización de sis emas de almacenamien o no disminuye la ene gía demanda de la ed, sino que an sólo se consigue epa i dicho consumo ene gé ico a lo la go del día. • Repa o de la demanda de las es aciones de eca ga en e a ios alimen ado es. Si bien los mé odos de educción de la demanda de las es- aciones de eca ga son muy in e esan es desde el pun o de is a del ope ado de la ed de dis ibu- ción, pues e asa la in e sión en nue os ac i os de ed, p esen a algunos p oblemas. Po una pa e, el apo e de las eno ables, como la o o ol aica, en es aciones de eca ga ubicadas en zonas u banas es discu ible debido a la necesidad de dispone de g andes ex ensiones de e eno pa a consegui po encia su icien e. Po o a pa e, el cos e ac ual de los sis emas de almacenamien o es una cla a ba e a económica ue di icul a su u iliación. Sin emba go, como al e na i a, es posible pensa en una solución que se adap a ácilmen e a los en- o nos u banos. En las ciudades exis en mul i ud de alimen ado es de baja ensión que pa en de los cen os de ans o mación. La idea es ins ala las es aciones de eca ga de o ma que puedan se alimen adas desde a ios alimen ado es de o ma simul ánea al y como se mues a en la igu a 5. De es a o ma, es posible epa i la demanda de la eca ga de los ehículos eléc icos en e los ali- men ado es en unción de la ca ga que engan en cada ins an e [44]. CONCLUSIONES Es e a ículo ha p esen ado una e isión ecnológica de las es aciones de eca ga de ehículos eléc icos. Tal y como se ha pues o de mani ies o, eis e una necesi- dad u gen e de desca boniza el sec o anspo e pa a educi las emisiones de gases de e ec o in e nade o y mejo a la calidad del ai e de núcleos u banos densa- men e poblados. Sin luga a dudas, la ansición hacia un modelo de mo ilidad eléc ica con ibui á a conse- gui es e obje i o. Sin emba go, pa a ello es necesa io inclui las in aes uc u as de eca ga necesa ias pa a un pa que de ehículos que es á en con inuo aumen o. El modo en que se puede ealiza la eca ga de los ehí- culos eléc icos es muy a iado, po lo que se ha eali- zado una e isión de sus aspec os ecnológicos p inci- pales, así como una desc ipción de los es ánda es y no ma i as que egulan su conexión a la ed eléc ica. En es e sen ido, y debido al olumen de ehículos eléc- icos espe ados, el impac o sob e la ed eléc ica a a se conside able. Po es os mo i os, el abajo inalia con una e isión de las p incipales es a egias que es posible aplica pa a mi iga dicho impac o. 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