¿Cuánta electricidad se necesitará para alimentar los automóviles eléctricos del futuro?

Hoy en día, menos del dos por ciento de los vehículos que compran los estadounidenses son eléctricos. Pero dentro de las próximas tres décadas, algunos expertos de la industria automotriz esperan que los vehículos eléctricos puedan constituir la mayoría de las ventas de automóviles en los Estados Unidos y en el mundo.

En total, los conductores estadounidenses registran aproximadamente 3 billones de millas por año, consumiendo más de 170 mil millones de galones de gasolina y diesel en el proceso. Convertir todas esas millas de carretera en electricidad supondría una nueva demanda para el sistema nacional de producción y suministro de electricidad.

Como parte de un importante estudio de infraestructura energética, buscamos comprender cómo un aumento en los vehículos eléctricos (EV) podría cambiar la forma en que se suministra y consume la energía. Hasta ahora, hemos descubierto que el impacto de los vehículos eléctricos dependerá de dónde viva y cuándo se carguen.

Estimación de la cantidad de electricidad que demandarán los VE

Usando una técnica similar presentada en nuestro reciente artículo sobre vehículos de hidrógeno, desarrollamos una evaluación estado por estado de la cantidad de electricidad que se necesitaría para cargar una flota electrificada de autos personales, camiones y vehículos utilitarios deportivos.

Comenzamos estimando la cantidad de gasolina que cada condado consume hoy. Luego, convertimos las millas de vehículos que viajamos en requisitos de electricidad según la eficiencia de los vehículos eléctricos actuales.

Es cierto que estos métodos tienen limitaciones. La cantidad de millas recorridas podría cambiar significativamente si los vehículos autónomos se conviertan en lugares comunes y más personas confíen en Uber, Lyft y otros servicios para compartir vehículos, por ejemplo. Sin embargo, creemos que nuestro enfoque proporciona un buen punto de partida para estimar la demanda futura de electricidad si los EV se convierten en la norma.

Impactos Regionales

La red eléctrica de EE. UU. Ha evolucionado continuamente para adaptarse a las nuevas demandas a lo largo del siglo pasado. Pero si los vehículos de la nación se convirtieran rápidamente en electricidad, la red tendría que cambiar más rápido. Según los hábitos de conducción locales y la infraestructura de red que ya existe, nuestro análisis muestra que los EV tendrán diferentes impactos en diferentes regiones.

Como Texas y California consumen más electricidad que cualquier otro estado, brindan una buena imagen de cómo podría ser un futuro lleno de vehículos eléctricos. En ambos casos, un aumento en los VE impulsaría un mayor consumo, con el potencial de dañar la infraestructura local.

Si prácticamente todos los vehículos de pasajeros en Texas fueran electrificados hoy, el estado necesitaría aproximadamente 110 teravatios-hora más de electricidad por año, el consumo promedio anual de electricidad de 11 millones de hogares. La demanda de electricidad adicional resultaría en un aumento del 30 por ciento sobre el consumo actual en Texas.

En comparación, debido a un clima más templado, California podría requerir casi un 50 por ciento más de electricidad de la que consume actualmente si los vehículos de pasajeros en el estado estuvieran completamente electrificados. Eso significa que California necesitaría generar 120 teravatios-hora adicionales de electricidad por año.

Un cuento de dos grillas

Una mirada a las cuadrículas de los dos estados demuestra cómo la dependencia de los EV para la movilidad puede variar de un lugar a otro.

En las calurosas tardes de verano, Texas utiliza aproximadamente la mitad de la electricidad que genera para alimentar el aire acondicionado y mantener frescos los edificios. Las grandes variaciones estacionales en la demanda de electricidad debido al aire acondicionado significan que el estado tiene plantas de energía que permanecen inactivas durante muchas horas del año. La capacidad de reserva durante las horas de poca actividad podría hacer que Texas pueda satisfacer más fácilmente las demandas futuras de electricidad de los EV.

El clima más templado de California significa que el estado necesita menos electricidad en los días de verano y una menor variabilidad de la demanda en la red en general. Como resultado, California tiene menos capacidad de generación disponible que Texas para satisfacer las demandas futuras de carga de los vehículos eléctricos.

En 2018, el Consejo de Confiabilidad Eléctrica de Texas, la organización que administra la mayor parte de la red eléctrica de Texas, alcanzó una nueva demanda máxima de aproximadamente 73 gigavatios el 19 de julio. Al observar las horas de poca actividad para el 19 de julio de 2018, encontramos el ERCOT La red tenía capacidad adicional para proporcionar más de 350 gigavatios-hora de electricidad adicional si las centrales eléctricas inactivas continuaban operando durante todo el día, no solo durante la demanda máxima.

Según nuestras estimaciones, los requisitos de carga para una flota completamente electrificada de automóviles personales en Texas serían aproximadamente 290 gigavatios-hora por día, menos que el excedente disponible de capacidad de generación. En otras palabras, la red de Texas teóricamente podría cargar una flota de vehículos completamente electrificada hoy si los vehículos se cargaran durante las horas de menor actividad.

Sin embargo, cuando hicimos el mismo análisis para California, encontramos que si los EV se convierten en la norma, podría impulsar la demanda total de electricidad más allá de la capacidad existente de la red de Golden State.

Tiempo lo es todo

Quizás incluso más importante que la cantidad de electricidad que consumirían los EV es la cuestión de cuándo se consumirá.

Basamos las estimaciones anteriores en patrones de carga óptimos, fuera del pico. Si, en cambio, la mayoría de los vehículos eléctricos se cargaran en la tarde, la red eléctrica necesitaría más capacidad de generación para evitar cortes de energía.

Para satisfacer esa demanda, California y Texas necesitarían construir nuevas centrales eléctricas o comprar más electricidad de los estados vecinos de lo que ya lo hacen. Los estados también pueden necesitar una infraestructura adicional de transmisión y distribución para adaptarse a la nueva infraestructura de carga automotriz.

En total, la transición a los vehículos eléctricos de los vehículos con motor de combustión interna podría costar decenas de miles de millones de dólares en Texas e incluso más en California para instalar una nueva infraestructura eléctrica si se cargaran muchos vehículos durante las horas pico.

Los incentivos podrían reducir lo que costará equipar la red para muchos vehículos eléctricos. Por ejemplo, los servicios públicos podrían cobrar tarifas diferentes por la electricidad en diferentes momentos del día y en diferentes días de la semana. Conocida como la fijación de precios por tiempo de uso, esta práctica puede alentar la carga del vehículo cuando la electricidad es más abundante durante las horas de menor actividad y, por lo tanto, más económica de suministrar.

California y otras áreas, como Austin, Texas, ya han comenzado a utilizar diferentes estrategias para implementar las tasas de tiempo de uso. Es posible que otras regiones deseen observar de cerca y adoptar las lecciones aprendidas en esos lugares a medida que aumenta el número de vehículos eléctricos en la carretera.

El camino por delante

Si bien los EV pueden aumentar la cantidad de electricidad que consume los EE. UU., La inversión requerida para acomodarlos puede ser menor de lo que parece. Muchas regiones ya tienen suficiente capacidad de generación si los vehículos se cargan durante las horas de menor actividad. El almacenamiento de energía a bordo de los EV podría proporcionar la flexibilidad necesaria para cambiar los tiempos de carga y ayudar a los operadores de la red a gestionar mejor el suministro y la demanda de electricidad.

Además, según nuestros cálculos, el dinero que los estadounidenses ahorrarían solo en costos de combustible podría compensar estas inversiones.

Por ejemplo, si la mayoría de los vehículos de California hubieran sido eléctricos para 2017, estimamos que sus conductores habrían ahorrado alrededor de $ 25 mil millones ese año en costos de combustible, según los precios promedio de la electricidad y la gasolina.

Además del ahorro de combustible, algunos analistas del mercado esperan que los autos eléctricos sean más baratos que los convencionales para 2026, otro beneficio económico potencial.

Si bien es difícil predecir los precios futuros de la gasolina, la electricidad y los vehículos, creemos que es probable que el uso generalizado de vehículos eléctricos reduzca los costos generales del transporte en California y en otros lugares. Estos ahorros son aún mayores si se toman en cuenta los beneficios ambientales, especialmente las emisiones de carbono más bajas.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation por F. Todd Davidson, Dave Tuttle, Joshua D. Rhodes y Kazunori Nagasawa. Lee el artículo original aquí.