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ANÁLISIS DE LOS EFECTOS DEL USO DE LOS COMBUSTIBLES DERIVADOS DEL PETRÓLEO Y ESTUDIO DE VIABILIDAD DEL MODELO DE INTERCAMBIO DE BATERÍAS PARA EL VEHÍCULO ELÉCTRICO. Autor: Jorge Medrano Montes Director del proyecto: Antonio Serrano Nicolás Ingeniería Técnica Mecánica Escuela de Ingeniería y Arquitectura Junio 2014 Proyecto Fin de Carrera Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Agradecimientos: Agradezco a mis padres y mi hermano por el apoyo prestado todos estos años, al ingeniero industrial D. Diego Alonso Pellón y al Licenciado en Administración de Empresas D. Daniel López Arbués por el apoyo prestado a la realización de este proyecto y a Romina, sin la cual nada de esto habría sido posible. A todos, gracias. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Resumen: en la actualidad el consumo de combustibles de origen fósil supone uno de los mayores problemas para el ser humano en todos los ámbitos, tanto a nivel económico como medioambiental o de salud pública. El objeto de presente proyecto es en primer lugar el análisis de los efectos y consecuencias que el masivo uso de los combustibles fósiles en nuestra sociedad genera, preferentemente su uso para el transporte. Primero se analizará la producción del petróleo, la evolución de la misma y las expectativas de la misma en los próximos años a la vez que se observará la evolución del precio de forma paralela. Se observará como es posible que se haya alcanzado el pico petrolero estimado, el punto a partir del cual la producción de petróleo únicamente decrecerá al ir paulatinamente agotando las reservas. Por otro lado, otro de los problemas generados por el consumo masivo de productos derivados del petróleo es la alta dependencia que los países no productores, particularmente los países desarrollados, generan. Debido a ello los países productores obtienen unos réditos políticos muy importantes al controlar la principal fuente energética de la economía de un país. Además, particularmente en los últimos años han cobrado fuerza las consecuencias medioambientales y de salud pública, particularmente en el ámbito urbano, donde la concentración de contaminantes atmosféricos provenientes del tráfico es elevada. Se observarán también las alternativas que existen al consumo masivo de combustibles de origen fósil para el transporte, sus principales ventajas e inconvenientes. Por último, se estudiará la viabilidad económica de una instalación para el intercambio de baterías y el impacto económico que supondría la adopción de este método como fuente de recarga para el vehículo eléctrico. Se analizarán los resultados obtenidos en cada una de las diferentes partes. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Índice Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria técnica. 1. Introducción. .................................................................................................................................... 3 1.1. Definición del proyecto................................................................................................................... 3 1.2. Objetivos del proyecto. ................................................................................................................... 4 2. Los problemas asociados al consumo de combustibles fósiles. .................................................... 5 2.1. Introducción. ................................................................................................................................... 5 2.2. Los problemas de tipo económico derivados de la producción. El PeakOil. .................................. 7 2.3. Incidencias del uso de combustibles fósiles en la salud humana y el medio ambiente. ............... 18 2.3.1. Principales agentes constituyentes de las emisiones vehiculares en Europa y España.............. 18 2.3.3. La contaminación atmosférica en España debida al sector del transporte por carretera. .......... 36 2.3.4. Efectos de las emisiones sobre la salud humana. ....................................................................... 42 2.4. Los factores geopolíticos en el mercado petrolífero. .................................................................... 43 2.5. La producción eléctrica en España. .............................................................................................. 53 2.5.1. Demanda final de energía en España. ........................................................................................ 53 2.5.2. Demanda primaria de energía en España. .................................................................................. 55 2.5.3. Déficit y autoabastecimiento. ..................................................................................................... 56 2.5.4. El sector de la energía eléctrica. ................................................................................................ 58 2.5.4.1. Demanda eléctrica ................................................................................................................... 58 2.5.4.2. Producción eléctrica. ............................................................................................................... 59 2.5.4.3. Emisiones del sistema de producción eléctrica en España. .................................................... 63 2.6. Conclusiones ................................................................................................................................. 66 3. Alternativas actuales y en un futuro inmediato a los vehículos con motor de combustión..... 69 3.1. Introducción. ................................................................................................................................. 69 3.2.1 Vehículos híbridos eléctricos. ..................................................................................................... 70 3.2.2 Vehículos híbridos mecánicos. ................................................................................................... 73 3.2.3 Vehículos híbridos neumáticos. .................................................................................................. 76 3.3. Vehículos que usan combustibles de origen vegetal..................................................................... 77 3.4. Vehículos eléctricos. ..................................................................................................................... 79 3.4.1. El vehículo eléctrico mediante pila de combustible. ................................................................. 80 3.4.2. Vehículos eléctricos por almacenamiento de energía eléctrica en baterías. .............................. 84 3.5. Conclusiones ................................................................................................................................. 86 4. Estimación de costes de la implantación de la alternativa eléctrica por acumulación. ........... 91 4.1. Costes asociados a la fabricación de l vehículo eléctrico. El vehículo. ........................................ 91 4.2. Estimación de costes asociados a la fabricación de un vehículo eléctrico. Las baterías. ............. 99 4.2.1. La química de las baterías. ......................................................................................................... 99 4.2.2. Arquitectura y manufactura de las baterías para vehículos eléctricos. .................................... 103 4.2.3. El precio de la batería. ............................................................................................................. 106 4.2.3.1. Nissan. ................................................................................................................................... 106 4.2.3.2. Renault. ................................................................................................................................. 108 4.2.3.3. Tesla Motors. ........................................................................................................................ 109 4.2.3.4. Cuadro resumen. ................................................................................................................... 110 4.3. Estimación del coste de uso del vehículo eléctrico. Comparación con vehículos térmicos similares. ........................................................................................................................................ 111 4.3.1. Características técnicas. ........................................................................................................... 112 Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. 4.3.2. Estimación de gastos de mantenimiento. ................................................................................. 113 4.3.3. Estimación costes operativos. .................................................................................................. 115 4.3.4. Estimación coste de adquisición .............................................................................................. 117 4.3.5. Estimación total de gastos de la alternativa eléctrica. .............................................................. 118 4.4. Conclusiones. .............................................................................................................................. 121 5. Formas de recarga. Propuesta y estudio de modelo comercial para la recarga de vehículos eléctricos........................................................................................................................................ 123 5.1. La recarga de la batería del vehículo eléctrico. Modos, tipos y sistemas de recarga actuales. ... 123 5.2. El intercambio de baterías. Concepto y antecedentes. ................................................................ 130 5.2.1. El concepto............................................................................................................................... 130 5.2.2. Antecedentes. ........................................................................................................................... 131 5.3. Propuesta de estudio de viabilidad económica del modelo de intercambio de baterías en régimen de alquiler....................................................................................................................................... 135 5.3.1. El modelo escogido. Consideraciones previas. ........................................................................ 135 5.3.2. Estimación de inversiones y gastos requeridos para la puesta en marcha y operación de la instalación de intercambio de baterías. .......................................................................................... 139 5.3.3. Estimación de ingresos de la estación de intercambio de baterías. .......................................... 145 5.3.4. Cuenta de resultados. ............................................................................................................... 146 5.4. Impacto sobre los posibles usuarios del servicio. ....................................................................... 147 5.4.1. Análisis comparativo del coste para los usuarios de la recarga por intercambio de baterías. . 148 5.4.1. Usuarios potenciales. Capacidad máxima del servicio. ........................................................... 147 5.5. Conclusiones. .............................................................................................................................. 152 6. Conclusiones generales. ............................................................................................................... 155 7. Bibliografía. .................................................................................................................................. 157 Anexo1. Estimación de los costes de recarga de las baterías. ...................................................... 160 Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 7 desarrollo de nuevas formas de energías llamadas sostenibles por pretender serlo desde el punto de vista económico y medioambiental. Son dos elementos clave que desde hace alrededor de una década están transformando en el primer caso la forma de comunicarnos entre los seres humanos y en el segundo, aunque de desarrollo más tardío, posibilitando la aparición de nuevas fuentes de energía que pueden, en gran medida, solucionar los problemas derivados del uso intensivo del MACI que hace el ser humano en la actualidad. 2.2. Los problemas de tipo económico derivados de la producción. El PeakOil. El Peak Oil o pico petrolero es el nombre que recibe la teoría de explotación petrolífera propuesta por el geofísico estadounidense Marion King Hubbert que muestra una aproximación teórica al modelo de explotación de los combustibles fósiles-particularmente petróleopor el ser humano y del momento de su cénit. Posee forma de campana de Gauss. En 1956 el profesor Hubbert predijo mediante esta teoría que el pico petrolero en la producción de Estados Unidos tendría lugar entre mediados y finales de la década de los 60, alcanzándose finalmente este hecho en 1970. Según esta teoría el pico de producción petrolífera a nivel mundial debería haber sido alcanzado en la primera década del s. XXI y aunque hay diferentes opiniones la Agencia Internacional de la EnergíaIEA por sus siglas en inglésemitió un informe en noviembre de 2010 2 en el que admitía por primera vez la posibilidad de que se hubiera dado este fenómeno y lo situaba alrededor del año 2006, por lo que de nuevo la teoría propuesta por Hubbert estaría en sintonía con lo remarcado por los resultados. Incluso el Economista jefe de la IEA, Fatih Birol advirtió en un programa de radio en Australia que las investigaciones de su departamento probaban que prácticamente ningún país de la OCDE estaba preparado para afrontar la llegada del Peak Oil, cuyas consecuencias podrían empezar a notarse de forma importante en el período 2014-2016. Según la teoría de Hubbert, la curva seguida por la explotación petrolífera se asemeja a la campana de Gauss y por tanto si bien el crecimiento de la explotación se ajusta exponencialmente el decrecimiento no es menos brusco y rápido, lo que podría provocar incrementos en el precio del petróleo rápidos y elevados. 2 IEA 2010Executive Summary. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 8 Figura 2.1 : aproximación a la explotación petrolífera. Fuente: PeakOil.com A la vista de la gráfica podemos observar que las predicciones más pesimistas datan el fin de la era del petróleo aproximadamente a finales del s. XXI y las más optimistas lo sitúan entre el 2150 y el 2175, pero en cualquier caso estamos hablando de situaciones en las que la producción mundial de petróleo se reduce en más de un 80% respecto de la actualidad, pero es de estimar que bastante antes de llegar a este punto, en función de la demanda, el precio evolucionará de forma notablemente ascendente haciendo su consumo inviable para gran parte de al economía mundial. Veremos más adelante las estimaciones de precios del crudo a futuro. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 9 Figura 2.2 : Estimación explotación petróleo mundial. Fuente: EIA. En la gráfica anterior podemos observar una aproximación del informe de la IEA ligeramente más optimista pues prevé una reducción de la producción similar al anterior gráfico aunque estima que con los yacimientos descubiertos y previsiblemente explotables más los que estima pueden ser descubiertos la producción de petróleo puede haberse estancado alrededor del año 2010 aproximadamente. Según los datos de producción petrolífera para el año 2013 propuestos por la IEA, esta asciende a 88 millones de barriles diarios, alrededor de un 8% superior a la estimación mostrada en la gráfica 2 lo que se aproxima bastante. Aunque existen más dudas acerca de la posibilidad de descubrimiento de nuevos yacimientos que en el informe de ésta suponen casi un 20% de la extracción total para el año 2035. Por otro lado destaca el repunte de los fluidos procedentes de la extracción de gas natural así como del llamado Petróleo no convencional, básicamente petróleo de origen sintético-obtenido a partir de síntesis del carbón, mediante algas o por producción industrial, más difícil-. Por tanto, si tomamos sólo los datos adoptados a día de hoy por la IEA tenemos que los yacimientos en explotación y los descubiertos y pendientes de explotación supondrán tan sólo el 50% de la producción energía proveniente de origen fósil para el año 2035 y que el resto es supuesto o estimado. Por tanto a todas luces la producción de energía de origen fósil va a sufrir un importante cambio en las próximas dos décadas. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 10 Figura 2.3 : estimación de descubrimiento de yacimientos. Fuente: Colin Campbell. La gráfica anterior muestra una serie histórica del descubrimiento de grandes yacimientos y una predicción basada en la continuidad de la curva expuesta, perteneciente al geólogo británico Colin Campbell, quién predijo con bastante exactitud que el pico de producción petrolífera se daría en el año 2007. Como podemos observar no es muy optimista en cuanto al número de grandes descubrimientos a llevar a cabo a partir de 2002 y por líneas similares se mueven los demás estudios en la materia, pudiendo observar incluso en la misma gráfica la comparación entre descubrimientos presentes y futuros de nuevos yacimientos y la producción actual y la esperada en el corto plazo así, la gráfica siguiente nos muestra lo comentado, donde podemos observar que la producción actual de petróleo ya ha superado los descubrimientos de nuevas fuentes actuales y como se espera que al ritmo de crecimiento de la producción actual la brecha entre ambos va incluso a aumentar, dando como resultado una situación insostenible. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 11 Figura 2.4 : estimación de descubrimientos de yacimientos. Fuente: www.hubbertpeak.com. De similar forma a la anterior gráfica se muestra la siguiente en la que aparecen tres funciones representadas: de un lado la producción actual de líquidos procedentes de combustibles fósiles tanto procedentes de la licuefacción de gas como derivados del petróleo; por otro lado, el descubrimiento anual de nuevas reservas de origen petrolífero y por último una aproximación en cómputo medio de 5 años del incremento de las reservas. Todo ello sintetizado de la siguiente manera: Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 12 Figura 2.5 : variación del incremento de las reservas líquidas frente a consumo de las mismas. Fuente: IHS.com. Resumiendo lo visto hasta el momento podemos decir que multitud de estudios coinciden en que el actual ritmo de consumo de productos derivados del petróleo no se corresponde con las posibilidades de producción a escala global no ya de cara al futuro lejano sino incluso en un futuro próximo. Gran parte de los datos anteriormente reseñados y a pesar de estar detrás de ellos instituciones y personalidades con grandes conocimientos y prestigio son elucubraciones racionales de tendencias de cara al futuro y por tanto pueden sufrir, de cara a su comportamiento real, variaciones significativas tanto de forma positiva como negativa. No obstante, sirven de muestra acerca de la tendencia actual en la producción y consumo de energía procedente de combustibles fósiles y los datos que aparecen son fidedignos y corroborados por dichas instituciones y personalidades. En adición a esto, dichas elucubraciones son compartidas en general por amplios sectores de la comunidad científica y económica y si bien como se ha reseñado las diferentes expectativas pueden modificarse, en lo sustancial es ampliamente aceptado que la posible variación de las mismas será escasa a excepción de aquellas que puedan ser impuestas de forma más o menos brusca, tales como una caída de la demanda drástica en épocas de escasez y especulación. En resumidas cuentas: el ritmo actual de consumo de derivados del petróleo no es sostenible en forma técnica-no hay suficienteni económica-nuestra economía es totalmente dependiente del mismo y por tanto inviable sin él-. De todo lo anterior podemos deducir que si la demanda no decrece al ritmo que lo hace la producción, el precio del barril en cualesquiera modalidad se incrementará de forma elevada, sin contar naturalmente con la especulación que pueda darse en los mercados primarios o secundarios. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 13 Si se acepta que la capacidad de producción de combustibles de origen fósil va a disminuir en las formas que hemos visto con anterioridad, parece razonable que a largo medio y plazo el consumo del mismo decrecerá por pura escasez, pero mientras se llegue a ese escenario el camino a recorrer tiene distintas posibilidades en función de cómo evolucione la demanda global del mismo: constante, creciente o decreciente. Que la demanda de combustibles de origen fósil sea decreciente por deseo expreso nuestro en el futuro inmediato requiere de un estudio y una planificación sistemáticas y consistentes que, al menos en la actualidad, no existen como tales en la mayoría de países occidentales, al menos no de forma seria como planes de ejecución posible en el corto o medio plazo, lo que lleva a pensar que en los próximos 10/15 años la demanda probablemente no siga este camino. No obstante, es posible que la demanda no decaiga de forma planificada y ordenada si no debido a la actual crisis económica que padecemos, especialmente en occidente y particularmente en España, en la actualidad. Pero esta posible caída es una cuestión puramente coyuntural, al no estar planificada ni ordenada se corresponde a una cuestión de evolución de la economía y por tanto no a un cambio en el modelo energético, luego en este caso el decrecimiento en el consumo será moderado y seguirá una senda evolutiva paralela a la economía de forma que si esta se recupera y aparece el tan ansiado crecimiento, el consumo de combustibles fósiles es de esperar que tome también una senda creciente. La probabilidad de una demanda creciente en el corto o medio plazo es bastante elevada debido sobre todo al consumo reciente y creciente de los llamados países emergentes, a saber, Brasil, Rusia, China y la India, entre los cuales totalizan alrededor de 2.600.000.000 de habitantes que cada día incrementan su acceso a automóviles o mejoras en su calidad de vida que requieren energía para poder suplirse y con un crecimiento medio en torno al 6% anual en la última década-caso de Chinaes probable que a pesar de la actual crisis y en cuanto esta se vea superada, el crecimiento en su consumo se incremente. En el caso concreto de China podemos observar con una gráfica el crecimiento en el consumo de energía de origen fósil en los últimos años: Figura 2.6 : evolución de la producción y consumo de petróleo en China. Fuente: Theoildrum.com. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 14 El caso chino sirve como ejemplo a otros de los comentados países emergentes siendo sus gráficas de evolución similares a la China aunque sea esta la más notable de todas por su rápido incremento y gran magnitud. Otra posibilidad es simplemente que la demanda real se ajuste a las posibilidades de la oferta, es decir, con una demanda que alcanza el 100% de la oferta debido a que la demanda deseada es mayor a la producción real. En este caso el precio del combustible puede dispararse de manera escandalosa siendo cada vez menos accesible y ahogando a las economías de manera sucesiva mientras su precio crece. Este parece el caso más probable dados los datos que hemos visto hasta ahora y la ausencia de planes creíbles para modificar el modelo energético en el corto-medio plazo en ningún país. Existen planes a largo plazo pero en general son a muy largo plazo y por tanto carecen de una definición clara y concisa y de un estudio en profundidad que devenga en unos plazos definidos para alcanzar una meta. Por lo general son planes o estudios estratégicos y declaraciones de intenciones en el largo plazo. Debido a las limitaciones naturales de la oferta-futura escasez de combustibles fósilesy la escasa preparación para realizar un decrecimiento de la demanda las previsiones que se pueden hacer acerca de la evolución de los precios del petróleo no son en absoluto halagüeñas, encontrándonos actualmente en una zona cercana al máximo histórico y con previsión de superarlo en los próximos años. Tan sólo el actual devenir de la economía, como hemos apuntado con anterioridad, merman levemente la escalada de precio. Figura 2.7 : evolución en los últimos 25 años del precio del petróleo y extrapolación continuista del mismo para los próximos 10 años. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 15 La gráfica anterior muestra la evolución del precio del barril de petróleo Texas desde 1987 hasta 2011 con una curva de regresión ajustada y una extrapolación siguiendo la misma ecuación en forma de polinomio de grado 3 nos lleva a esperar un precio que aumente en casi un 100% entre 2010 y 2020. Existen gráficas en las que analistas de diversos lugares tienen en cuenta otras variables para modificar los datos conocidos y no basar sus estimaciones únicamente en series de datos históricos pero los resultados no varían en exceso. Figura 2.8 : Evolución precio del petróleo 1990-2010. Fuente: Thompson Reuters. En la anterior gráfica, en este caso del barril Brent-de referencia en Europaun tanto más ajustada a la variación de los precios reales y no sólo a las tendencias de los mismos, podemos observar que sigue parecida evolución a la anteriormente observada para el barril Texas aunque aquí se puede apreciar con mayor claridad los efectos de la recesión económica en el continente europeo y cómo entre los años 2008-2009 el precio del barril decreció desde un máximo histórico de 147.28 Dólares/barril hasta los 73, para continuar con al senda alcista desde finales de 2009 hasta 2011 donde se situó entorno a los 110-120 Dólares/barril. Si nos fijamos en la gráfica no alcanza estos valores por que la fuente ha realizado un tipo de ajuste en función de costes “logísticos” que lo rebajan sensiblemente; no obstante estas diferencias de apreciaciones, la tendencia es claramente alcista. Otros estudios de instituciones gubernamentales como el ministerio de energía del Reino Unido dan aproximaciones y posibles escenarios en coyunturas alcistas, bajistas o continuistas; en la siguiente gráfica vemos una muestra de ello. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 16 Figura 2.9 : Evolución precio del petróleo 1990-2009 y posibles escenarios futuros. Quizá algunas de las opciones más razonables siguen una curva de crecimiento exponencial pero tienden a suavizarse debido a que si hasta ahora se había considerado una demanda cuanto menos constante o simplemente se habían tenido en cuenta diferentes e hipotéticos escenarios, en este siguiente caso se tiene en cuenta la variación del precio en lo que este puede afectar a la variación de la demanda, dado que normalmente es éste el principal factor que regula esta en la mayoría de los bienes. Figura 2.10 : evolución prevista del precio del petróleo teniendo en cuenta la demanda asociada a la evolución del mismo. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 23 2004 15.636 297.147 21 3.498 501.715 973.735 115.098 66 91 14.653 1923664 2005 14.210 344.120 13 4.002 476.926 1.044.417 210.044 152 114 17.108 2113111 2006 14.807 351.179 32 3.690 454.821 1.056.025 264.778 108 64 18.405 2165915 2007 12.820 352.430 41 3.835 433.436 1.035.509 276.107 133 72 20.877 2137267 2008 6.826 196.251 9 3.733 321.345 732.509 216.509 65 38 15.027 1494320 2009 4.565 124.291 10 2.852 277.234 646.770 137.865 51 31 5.502 1201180 2010 3.977 136.467 17 2.390 270.874 663.136 139.490 47 38 7.125 1225571 2011 3.529 126.165 15 2.540 239.307 547.118 122.923 48 32 9.982 1053670 TOTAL 582.725 4.476.049 783 60.669 10.510.112 11.763.255 2.793.794 2.220 1.661 194.280 Tabla 2.1 : composición del parque automotor español. Fuente: Dirección General de Tráfico. En el anteriormente citado informe se recogen igualmente estimaciones muy acertadas acerca del consumo de combustible en función del tipo (gasóleo, gasolina, GNC, GLP…). Es de suma importancia conocer el consumo aproximado del parque, tanto en cantidades como en tipos, pues dependiendo de ambas variables los niveles de emisión así como los tipos de contaminantes emitidos varían en gran medida. En la siguiente tabla se recogen los datos de este tipo, en kilo toneladas. GASÓLEO GASOLINA GAS AÑO BIOGÉNICA TOTAL SIN PLOMO CON BIOGÉNICA GLP NATURA TOTAL FÓSIL PLOMO (BIODIÉSEL) (FÓSIL) (BIOETANOL) L (FÓSIL) 1990 7.974 7.974 0 8145 98 8.047 0 26 0 1991 8.501 8.501 0 8534 233 8.301 0 40 0 1992 8.880 8.880 0 9194 362 8.832 0 50 0 1993 8.961 8.961 0 8851 983 7.868 0 60 0 1994 9.617 9.617 0 9160 1.508 7.652 0 65 0 1995 10.502 10.502 0 8534 2.266 6.268 0 74 0 1996 11.179 11.179 0 9093 3.154 5.939 0 76 0 1997 11.513 11.513 0 8970 3.645 5.325 0 80 2 1998 13.470 13.470 0 9007 4.286 4.721 0 85 4 1999 14.734 14.734 0 8928 4.823 4.105 0 75 7 2000 15.849 15.769 80 8524 5.415 3.109 0 75 9 2001 17.097 17.017 80 8481 7.289 1.192 0 72 11 2002 18.065 17.990 75 8206 8.094 0 112 72 13 2003 19.504 19.401 103 8040 7.886 0 154 71 15 2004 20.870 20.757 113 7650 7.534 0 116 73 17 2005 22.020 21.858 162 7437 7.260 0 177 45 19 2006 23.160 23.097 63 7107 6.928 0 179 41 21 2007 24.546 24.243 303 6846 6.669 0 177 40 33 2008 23.727 23.139 588 6287 6.143 0 144 13 38 2009 22.601 21.574 1.027 6002 5.765 0 237 16 44 2010 22.341 20.997 1.344 5671 5.311 0 360 19 55 2011 21.625 19.957 1.668 5293 4.941 0 352 21 61 Tabla 2.2 : Evolución del consumo anual de carburante. Fuente: Eurostat. Ministerio de Economía. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 24 Figura 2.12 : evolución del consumo de carburantes en España. A la vista de la anterior gráfica podemos observar que el consumo de gasóleo se ha incrementado de forma notable mientras el de la gasolina ha ido cayendo de forma constante y paulatinamente. Esto tiene consecuencias inevitables para las emisiones a la atmósfera, baste citar un ejemplo es que la OMS ha calificado al humo de escape de los motores diésel como cancerígeno. Como el consumo y las emisiones vehiculares dependen fuertemente de las condiciones en que estas se realicen y del monto total de la distancia recorrida, los datos se han calculado en base a las estimaciones de pautas de conducción y distancias recogidas en las siguientes tablas: VELOCIDAD (km/h) SEGÚN PAUTA DE CONDUCCIÓN CATEGORÍA INTERURBANA RURAL URBANA CICLOMOTORES NO APLICABLE 45 25 LIGEROS 100 65 25 MOTOCICLETAS 105 65 25 TURISMOS 105 65 25 Tabla 2.3 : pauta estimada de conducción. Fuente: inventario nacional de emisiones. AÑO RED ESTATAL RED CC.AA. DIPUTACIONES 1990 64.730.195 1991 68.070.310 1992 74.299.400 1993 76.363.110 1994 80.092.315 1995 82.780.540 Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 25 1996 85.329.700 71.895.069 15.192.877 1997 89.476.100 73.494.119 15.903.208 1998 96.128.955 76.958.676 14.875.500 1999 100.307.475 85.691.557 15.404.133 2000 104.802.450 90.316.951 18.066.577 2001 110.838.820 93.531.617 13.536.359 2002 114.752.350 97.945.491 15.477.822 2003 119.528.740 100.930.346 15.661.744 2004 122.529.040 104.357.804 14.708.396 2005 125.722.060 104.426.926 14.792.399 2006 129.021.295 103.290.320 15.351.700 2007 133.249.900 107.198.265 16.090.537 2008 128.835.647 107.675.505 15.342.790 2009 125.679.200 104.900.740 18.230.225 2010 123.575.000 101.722.202 15.758.384 2011 121.638.700 100.394.531 13.944.680 Tabla 2.4 : estimación de kilómetros recorridos. Fuente: Dirección General de Carreteras. Ministerio de Fomento. A continuación podemos observar también la distribución por tipo de vehículo en cuanto a kilómetro recorrido, dado que nuestro análisis se centra fundamentalmente alrededor de los vehículos de turismo, es interesante observar como estos realizan aproximadamente alrededor del 80% del kilometraje total. Aunque el gráfico expresa la proporción en carreteras del estado, la proporción es extrapolable tanto a las autonómicas como a las diputacionales. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 26 Figura 2.12 : Distribución del kilometraje por tipo de vehículo. Fuente: inventarios nacionales. A modo de resumen de los datos anteriormente observados podemos citar varias cosas: • La práctica totalidad de los camiones y autobuses en servicio con menos de 10 años son diésel, así como la práctica totalidad de los tractores agrícolas en servicio. • Casi el 80% de los automóviles de turismo vendidos en la actualidad son diésel, aunque actualmente en el parque de turismos estos representan apenas un 12% más que los de gasolina. • La crisis económica surgida a finales de 2007 ha provocado la reducción de las matriculaciones de vehículos nuevos a prácticamente la mitad que en 2006. • Existen alrededor de 22.000.000 de automóviles de turismo para unos 47.000.000 millones de habitantes, esto es, casi 1 vehículo automóvil por cada 4 habitantes y casi 5.000.000 de camiones entre pesados y ligeros. • La edad media del parque automovilístico español ronda los 10 años en el caso de turismos y se va acentuando a medida que persiste la crisis económica. • El consumo de gasóleo para automoción en España prácticamente cuadruplica al consumo de gasolina. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 27 • Hasta hace 10 años la presencia de combustibles de tipo “bio” era prácticamente inexistente, siendo en la actualidad de alrededor del 7%, tanto en gasolina como en gasóleo. • El desarrollo del GNC y GLP en España es prácticamente testimonial, suponiendo apenas un 0,5% respecto del total de gasolina consumida. • El número de kilómetros recorridos en España se ha multiplicado por 3 en los últimos 20 años. • El 80% del kilometraje total realizado corresponde a automóviles de turismo particulares. Una vez expuesto todo lo anterior y obtenidas unas conclusiones a modo de resumen con los datos útiles necesarios, vamos a adjuntar las tablas que resultan de estimaciones de emisiones vehiculares en España, pero ciñéndonos fundamentalmente a la parte correspondiente a los vehículos de turismo y vehículos comerciales ligeros por ser estas lo más interesante teniendo en cuenta la razón que nos ocupa. Igualmente el cómputo de emisiones totales es interesante para conocer en profundidad el monto total de estas que vierte el sistema de transporte por carretera en España al completo. Emisiones producidas por los vehículos de turismo y comerciales ligeros. ACIDIFICADORES, PRECURSORES DEL OZONO Y GASES DE EFECTO INVERNADERO CLASE DE VEHÍCULO SO2 NOX COVNM CH4 CO CO2 N2 O NH3 (t) (t) (t) (t) (t) (kt) (t) (t) COMERCIAL LIGERO GASÓLEO 28,00 21.126,00 1.367,00 34,00 10.807,00 5.505,00 152,50 22,40 COMERCIAL LIGERO GASOLINA - 54,00 19,00 5,00 980,00 75,00 2,40 12,90 TURISMO GASÓLEO 173,00 136.177,00 2.706,00 266,00 18.480,00 34.058,00 1.456,30 211,60 TURISMO GASOLINA 72,00 14.366,00 8.914,00 1.680,00 109.775,00 14.360,00 249,60 3.375,20 TURISMO GLP 26,00 6,00 1,00 178,00 63,00 1,90 TOTAL 273,00 171.749,00 13.012,00 1.986,00 140.220,00 54.061,00 1.862,70 3.622,10 Tabla 2.5 : Total de emisiones de gases precursores del ozono y gases de efecto invernadero por turismos. Fuente: elaboración propia a partir de las tablas de inventario nacional. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 28 METALES PESADOS CLASE DE VEHÍCULO As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Se Zn (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) COMERCIAL LIGERO GASÓLEO 0,2 16,5 55,7 39 9,3 16,7 731 0,2 3.296 COMERCIAL LIGERO GASOLINA 0 0,3 0,4 1 0,2 0,3 94 0 54 TURISMO GASÓLEO 1,1 102 344,3 244 57,4 103,1 4.519 1,1 20.375 TURISMO GASOLINA 1,4 52 73,2 200 39,2 61,9 18.158 0,9 10.419 TOTAL 2,70 170,80 473,60 484,00 106,10 182,00 23.502,00 2,20 34.144,00 Tabla 2.6 : Total de emisiones de metales pesados de vehículos de turismo y comerciales ligeros. COMPUESTOS ORGÁNICOS PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN PERSISTENTES CLASE DE VEHÍCULO DIOX HAP PST PM10 PM25 (g) (kg) (t) (t) (t) COMERCIAL LIGERO GASÓLEO 0,034 861 1.446 1.446 1.446 COMERCIAL LIGERO GASOLINA 0,008 1 0 0 0 TURISMO GASÓLEO 0,317 8.141 6.986 6.986 6.986 TURISMO GASOLINA 2,285 384 99 99 99 TURISMO GLP 0 0 0 0 TOTAL 2,64 9.387,00 8.531,00 8.531,00 8.531,00 Tabla 2.7 : Total de emisiones de compuestos orgánicos y partículas en suspensión de turismos y vehículos comerciales ligeros. Fuente: elaboración propia a partir de las tablas de inventario nacional. misiones totales del parque de vehículos a motor en España. Podemos comparar los datos observados en las tablas anteriores con los datos totales de emisiones del sistema de transporte español por carretera: COMBUSTIBLE ACIDIFICADORES, PRECURSORES DEL OZONO Y GASES DE EFECTO INVERNADERO SO 2 NOX COVNM CH 4 CO CO 2 N 2 O NH 3 (t) (t) (t) (t) (t) (kt) (t) (t) GAS NATURAL 1348 13 359 319 166 13 Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 29 GASÓLEO 319 319.096 7.614 1.093 63.063 62.814 2.218 GASOLINA 79 16.671 22.688 2.583 171.740 15.846 279 GLP 26 6 1 178 63 2 TOTAL 398,00 337.141,00 30.321,00 4.036,00 235.300,00 78.889,00 2.512,00 3.737 Tabla 2.8 : Emisiones totales de gases precursores del ozono y de efecto invernadero del sistema de transporte español por carretera. METALES PESADOS CLASE DE VEHÍCULO As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Se Zn (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) GASÓLEO 2 188,1 634,6 448,9 105,8 190 8.329,20 2 37.554,20 GASOLINA 1,5 57,1 80,4 219,7 43 68 19.931,30 1 11.437,10 TOTAL 3,50 245,20 715,00 668,60 148,80 258,00 28.260,50 3,00 48.991,30 Tabla 2.9 : Emisiones totales de metales pesados del sistema de transporte español por carretera. COMBUSTIBLE PERSISTENTES PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN DIOX (g) HAP (kg) PST (t) PM10 (t) PM25 (t) GAS NATURAL 1,32 1,32 1,32 GASÓLEO 0,67 10.057,36 10.881,26 10.881,26 10.881,26 GASOLINA 2,68 451,25 271,85 271,85 271,85 GLP 0,49 0,45 0,45 0,45 TOTAL 3,35 10.509,11 11.154,87 11.154,87 11.154,87 Tabla 2.10 5 : Emisiones totales de compuestos orgánicos y partículas en suspensión del sistema de transporte español por carretera. Emisiones totales nacionales. Igualmente podemos tomar del citado informe de inventario nacional de emisiones el total estimado de emisiones a nivel nacional para realizar una comparación similar a la anterior con éste, es decir, estimar que proporción de las emisiones totales en España son causadas por los vehículos de turismo: 5 En Inventarios Nacionales se considera igual la emisión de partículas PST, PM 10 y PM 2.5 . Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 30 ACIDIFICADORES, PRECURSORES DEL OZONO Y GASES DE EFECTO INVERNADERO SO2 NOX COVNM CH4 CO CO2 N2 O NH3 (t) (t) (t) (t) (t) (kt) (t) (t) 540.512,83 1.060.105,87 1.934.075,15 1.658.815,04 1.946.180,74 284.407,33 77.471,70 386.682,42 Tabla 2.11 : total de emisiones a nivel nacional de gases precursores del ozono y gases de efecto invernadero. METALES PESADOS As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Se Zn (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) 14.520,82 9.821,83 31.139,46 223.987,46 6.667,55 189.760,94 185.070,51 70.539,95 389.140,70 Tabla 2.12 : total de emisiones a nivel nacional de metales pesados. PERSISTENTES PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN DIOX (g) HAP (kg) PST (t) PM10 (t) PM25 (t) 112,28 218.396,64 75.769,97 107.110,70 158.890,85 Tabla 2.13 : total de emisiones de partículas a nivel nacional. Relación representada por las emisiones de los vehículos de turismo y comerciales ligeros frente al total de emisiones del sistema nacional de transporte por carretera. A la vista de lo anterior, podemos representar la proporción que suponen los vehículos comerciales ligeros y turismos respecto al total de emisiones del sistema de transporte español: Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 31 Figura 2.13 : proporción entre las emisiones de vehículos comerciales ligeros y turismos respecto del total del sistema de transporte nacional por carretera en cuanto a gases precursores de ozono y gases de efecto invernadero. Figura 2.14 : proporción entre las emisiones de vehículos comerciales ligeros y turismos respecto del total del sistema de transporte nacional por carretera en cuanto a metales pesados. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% SO2 NOX COVNM CH4 CO CO2 N2O NH3 Vehículos comerciales y de turismo Total transporte por carretera 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Se Zn Vehículos comerciales y de turismo Total transporte por carretera Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 32 Figura 2.15 : proporción entre las emisiones de vehículos comerciales ligeros y vehículos de turismo respecto del total del sistema de transporte nacional por carretera en cuanto a partículas y compuestos volátiles. Observando los gráficos anteriores, determinamos que respecto del total de emisiones del sistema de transporte por carretera en España, los automóviles de turismo y vehículos comerciales ligeros suponen en la mayoría de los tipos de emisión valores en torno al 70% o incluso superiores, así, en el caso del CO 2 , considerado uno de los principales causantes del llamado efecto invernadero, supone un 67% respecto del total. En el caso del amoníaco, observamos que las emisiones de turismos y comerciales ligeros suponen alrededor del 95% de las emisiones de dicho gas para todo el sistema de transporte por carretera en España. En el caso de las partículas, en todos los indicadores las emisiones provenientes de este subgrupo suponen más del 80% sobre el total. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% DIOX (g) HAP (kg) PST (t) PM10 (t) PM25 (t) Vehículos comerciales y de turismo Total transporte por carretera Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 39 radicales libres que da lugar al conocido como smog una neblina grisácea propia de las grandes ciudades. En España los niveles de NO 2 son elevados en numerosas estaciones de control con fuerte componente de tráfico; en numerosas ocasiones dichas estaciones exceden el número de superaciones del valor límite horario permitido por año de acuerdo a la legislación europea vigente (1999/30/CE); además, en una proporción importante se incumplen también los requisitos concernientes al valor límite anual del NO 2 . Figura 2.22 : Niveles medios de SO 2 y NO 2 en estaciones urbanas de control de la calidad del aire en ciudades españolas. Fuente: Calidad del aire urbano en España. CSIC. Por otro lado y como ya hemos mencionado con anterioridad, otro contaminante urbano de especial importancia y muy vinculado al tráfico son las partículas, tanto PM 2.5 como PM 10 , aunque hay que hacer especial mención que parte de ellas proviene del desgaste del pavimento y los Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 40 neumáticos, factor que no ha sido tenido en cuenta aquí al no provenir de la combustión de un MACI dado que cualquier vehículo, independientemente de su fuente de potencia, que transite por las vías va a provocar dicho desgaste y la aparición de dichas partículas. Además, como también se ha comentado, el clima de algunas regiones de España, como otros países del sur de Europa, favorece el mantenimiento de dichas partículas en suspensión en lugar de su deposición. Figura 2.23 : Niveles medios de PM 10 en estaciones de control de la calidad del aire en ciudades españolas. Fuente: Calidad del aire urbano en España. CSIC. Al igual que en el caso del NO 2 , las estaciones de control con fondo de tráfico son las que registran con mayor frecuencia superaciones de los valores límites diarios (el máximo permitido es de 35 superaciones anuales, fijadas en 50mg/m 3 ). Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 41 Figura 2.24 : Niveles medios anuales de PM 10 y superaciones anuales en las ciudades españolas en función del tipo de estación. Fuente: Calidad del aire urbano en España. CSIC. Los contaminantes más problemáticos atendiendo a su concentración y efectos perniciosos sobre la salud son las partículas (PM 10 y PM 2.5 ), el dióxido de nitrógeno (NO x ), el ozono troposférico (O 3 ) y el dióxido de azufre (SO 2 ) 7 . La población española que respira aire considerado contaminado, ateniéndonos a la directiva comunitaria 2008/50/CE alcanza los 17.3 millones de personas, un 37% de la población total, pero si se tienen en cuenta los valores recomendados por la OMS, más restrictivos que los mostrados en la directiva europea, el porcentaje de la población que respira aire contaminado asciende al 94%, alrededor de 44.1 millones de personas. Se estima igualmente que los costes económicos que tiene la contaminación en España representan entre un 1.7 y un 4% del PIB nacional 8 . No es el objeto del presente dar una información detallada de la distribución y superaciones en todas las provincias y todos los tipos de contaminantes atmosféricos provenientes de las emisiones vehiculares, no obstante, para quien ello desee puede consultarse el informe Calidad del aire en el estado español 2012 que edita ecologistas en acción donde se recoge provincia por provincia y principales ciudades españolas los principales indicadores obtenidos a partir de los datos de la administración (Ministerio de medioambiente). 7 Informe de calidad del aire en el estado español 2012, Ecologistas en Acción. 8 Observatorio de la sostenibilidad en España, 2007. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 42 2.3.4. Efectos de las emisiones sobre la salud humana. Dado que estamos hablando de emisiones atmosféricas, es razonable suponer que la principal vía de exposición a dichos contaminantes es la vía aérea. Así, los principales problemas de salud generados por la contaminación atmosférica están relacionados de forma directa con el sistema respiratorio, siendo afecciones de tipo respiratorio, alteraciones de la función pulmonar, cáncer de pulmón y problemas de tipo cardiovascular. El efecto de la contaminación atmosférica tiene una gradación tanto en la gravedad de sus consecuencias como en la población a riesgo afectada, de esta forma, una mayor parte de la población está afectada de efectos menores mientas una parte menor se halla altamente afectada. Figura 2.25 : relación entre la población afectada y la gravedad de los efectos causados por la contaminación atmosférica. Fuente: Observatorio del medio ambiente en España 2010, DKV seguros. Los efectos de las PM sobre la salud se producen a los niveles de exposición a los que está sometida actualmente la mayor parte de la población urbana mundial tanto en países en vías de desarrollo como en países desarrollados. La exposición crónica a estos niveles de partículas aumenta el riesgo de padecer enfermedades cardiovasculares y respiratorias así como el cáncer de pulmón. La mortalidad en ciudades con niveles elevados de contaminación supera entre un 15 y un 20% la registrada en ciudades más limpias, incluso se estima que en la UE la esperanza de vida promedio es de 8.6 meses inferior debido a la exposición a las PM 2.5 generadas por la actividad humana. En el caso del NO 2 , en concentraciones elevadas (200mg/m 3 ) es un gas tóxico que causa infecciones en las vías respiratorias; es la fuente principal de los aerosoles de nitrato, que constituyen una parte importante de las PM 2.5 y en presencia de la luz ultravioleta es generador del ozono troposférico. Los síntomas de bronquitis en niños asmáticos aumentan en relación con la exposición prolongada al NO 2 . La disminución en el desarrollo de la función pulmonar también se asocia con las concentraciones de NO 2 registradas en la actualidad en ciudades de países desarrollados de Europa y Estados Unidos. Las personas con asma pueden presentar cambios en la función pulmonar y síntomas respiratorios tras estar expuestos a altas concentraciones de SO 2 durante tan sólo 10 minutos. El SO 2 Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 43 puede afectar al sistema respiratorio y las funciones pulmonares y además causa irritación en los ojos. La inflamación del sistema respiratorio causa tos, secreciones mucosas y agravamientos del asma y la bronquitis crónica; igualmente, aumenta la posibilidad de contraer infecciones respiratorias. Está demostrado que los ingresos hospitalarios aumentan los días en que los niveles de SO 2 son más elevados y en combinación con el agua atmosférica se transforma en ácido sulfúrico, principal componente de la conocida como lluvia ácida que provoca la deforestación. El ozono troposférico puede causar problemas respiratorios, producir asma, reducir la función pulmonar y originar enfermedades pulmonares. Es uno de los contaminantes más peligrosos en Europa, se ha probado que la mortalidad en días de altas concentraciones aumenta entre un 0.3 y un 0.4% con tan sólo un aumento de 10mg/m 3 . 9 Podemos concluir entonces que el tráfico rodado es responsable aproximadamente del 70% de los contaminantes presentes en el entorno urbano y responsable directo de multitud de problemas de tipo respiratorio y cardiovascular. Aunque a veces sus efectos no sean perceptibles o reconocibles de forma directa, en la actualidad la población urbana (la mayor parte de la población en países desarrollados) se encuentra expuesta a dichos contaminantes de forma crónica, viéndose su esperanza de vida reducida por este hecho. 2.4. Los factores geopolíticos en el mercado petrolífero. Otro de los factores a tener en cuenta en cuanto al uso de los combustibles de origen fósil (petróleo y sus derivados) es lo que se conoce como geopolítica del petróleo. Hace referencia a la política a nivel internacional derivada de la extracción, refino y uso de este material y sus consecuencias pueden ser sumamente importantes para la mayor parte de la población mundial dada la dependencia energética de este tipo de combustibles debido a diversos factores que estudiaremos a continuación. La OPEP (Organización de Países Exportadores de Petróleo) se fundó en Irak el 14 de Septiembre de 1960 en el marco del primer congreso petrolero árabe, siendo sus socios integrantes inicialmente Irán, Irak, Kuwait, Arabia Saudí y Venezuela, a instigación del primer ministro venezolano, con el objetivo de buscar la unión de los principales países productores de crudo y poder influir en el mercado del mismo, hasta entonces en mano de las principales compañías petroleras occidentales. La OPEP surgió con la idea de poder hacer frente al control que ejercían dichas compañías petroleras con total independencia de los países productores que se limitaban hasta entonces por lo común a regular la extracción de crudo en su territorio, pero con un prácticamente nulo control sobre el precio o la producción del mismo en el mercado a nivel mundial. Surgió entonces, tras vislumbrar la gran dependencia que un petróleo barato había causado sobre las economías occidentales, la posibilidad de utilizar este como instrumento de control económico y de presión política. 9 La mayoría de los datos han sido obtenidos del informe ciudad y transporte, que a su vez los ha extraído de los informes anuales de la OMS Europa. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 44 En la actualidad la OPEP engloba además de los socios fundadores a otros 8 países, con lo que está formada por: Angola, Argelia, Arabia Saudita, Ecuador, Emiratos Árabes Unidos, Indonesia, Irak, Kuwait, Nigeria, Qatar, Irán, Libia y Venezuela. Estos 13 países (una sola organización) se estima que tienen el control sobre aproximadamente el 43% de la producción mundial y algo más del 75% de las reservas petrolíferas a nivel mundial. Figura 2.26 : La OPEP: países fundadores, actuales y observadores. Estimación de producción y de reservas mundiales. Fuente: Diario Expansión. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 45 Figura 2.27 : Principales productores de petróleo a nivel mundial. Fuente: Agencia Internacional de la Energía. Nota: la producción por colores va desde rojo (mayor producción) a blanco (menor producción o sin producción). Figura 2.28 : Reservas estimadas por país. Fuente: Agencia Internacional de la Energía. Nota: la mayor reserva por colores va desde rojo (mayores reservas) a blanco (menores reservas o sin reservas). Hasta aquí hemos visto quienes son los principales productores y exportadores de petróleo a nivel mundial. Observemos ahora cuáles son los principales países receptores de dichas exportaciones y la importancia de las mismas para su economía. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 46 Figura 2.29 : Principales consumidores de petróleo a nivel mundial. Fuente: Agencia Internacional de la Energía. Nota: el consumo por colores va desde rojo (mayor consumo) a blanco (menor consumo). Figura 2.30 : Reservas estimadas, producción y consumo actuales (2011) en millones de barriles diarios. Fuente: Repsol. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 47 A la vista de las imágenes anteriores podemos observar una serie de pautas importantes: la mayor parte de la producción mundial se concentra en menos de una docena de países, la mayor parte de los cuales se concentra en el golfo pérsico, junto con Venezuela, EEUU, Rusia y parte de África. La mayor parte de las reservas estimadas para el futuro se concentra en sudamérica y oriente medio, algo menos en norteamérica (fundamentalmente Canadá) y el consumo es mayoritario en Asia-Pacífico, Norteamérica (particularmente EEUU) y Europa, siendo parte de los principales productores pequeños consumidores, como Rusia, Oriente Medio o África. Así, podemos observar como los principales consumidores, particularmente Europa a pesar de algunos yacimientos de importancia en el Mar del Norte , no son productores de petróleo, lo que conlleva una alta dependencia de sus economías respecto de los países citados como principales productores. No obstante, hay que reseñar que productores y exportadores no son sinónimos pues dependiendo de las relaciones entre consumo y producción hay algunos países o regiones cuya producción es íntegra para consumo interno o almacenamiento, como es el caso de los yacimientos en EEUU o en el Mar del Norte. Figura 2.31 : orden de países más dependientes del petróleo como fuente de energía primaria. Fuente: BP Statistical review of world Energy 2010. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 48 En el gráfico anterior podemos observar la dependencia relativa considerada del petróleo como fuente de energía primaria a fecha del año 2010 según la compañía BP, donde podemos observar donde España figura en el puesto número 10 a nivel mundial con una dependencia de alrededor del 55%, lo que la pone en una situación delicada a nivel político internacional a la hora de negociar con países productores. Todo lo anterior nos sitúa en el hecho de que los países exportadores de petróleo son los grandes beneficiados desde el punto de vista político, dado que de sus exportaciones depende en suma medida la economía de los países receptores de crudo, pudiendo afectar a estos últimos en función de la producción decretada por los primeros. A lo largo de la historia reciente, particularmente en la segunda mitad del s. XX y principios del XXI, numerosos incidentes de tipo político han contribuido a hacer del suministro de petróleo a nivel mundial un problema potencial, provocando importantes altibajos en la economía a nivel global y demostrando así el principal punto débil de las economías de los países no productores. Podemos citar algunos ejemplos históricos relevantes: • Guerra del Yom Kipur y crisis del petróleo de 1973: el 6 de Octubre de 1973, coincidiendo con la festividad judía del Yom Kipur y conmemorando la batalla de Badr, Egipto y Siria lanzaron un ataque sorpresa sobre Israel, que si bien inicialmente la sorpresa llevó a grandes avances a los dos países árabes finalmente el triunfo total en la contienda caería por el lado judío. Como parte de la estrategia los países árabes pertenecientes a la OPEP mas Egipto, Siria y Túnez decretaron el embargo a los países occidentales que apoyaron a Israel, especialmente EEUU y Países Bajos, duplicando el precio real del barril de crudo y provocando una larga recesión que se prolongó por toda la década de los 70 en occidente. Esto tuvo como consecuencia el que los países occidentales fueran más conscientes de su alta dependencia del petróleo extranjero y particularmente en los EEUU, donde llegaron a darse casos de desabastecimiento de gasolinas y tuvo lugar el racionamiento de los productos petrolíferos. El embargo petrolífero sobre los EEUU se prolongó hasta la primavera de 1974. • Revolución islámica de Irán, 1979: en 1979 las turbulencias que asolaban lo que entonces era Persia, uno de los mayores productores y exportadores de crudo hacia occidente de todo Oriente Medio provocó la salida del país de Mohammed Reza Palevi, Sha de Persia, al llegar la que es conocida como revolución islámica de Irán, donde el ayatolá Jameini pasó a gobernar el país, convirtiéndolo en una autocracia de tipo religioso. Los disturbios y al falta de estabilidad afectaron a la producción y suministro exterior del crudo del país (la revolución comenzó con una huelga de los trabajadores de las principales instalaciones de extracción del país), provocando de nuevo un importante repunte en el precio del crudo cuando tan apenas las economías occidentales estaban superando la recesión causada por la crisis de 1973. • Guerra Irán-Irak 1980: En 1980, poco tiempo después de la revolución islámica en Irán, Irak invadía a su vecino por disputas territoriales y rencillas históricas. En un conflicto que se saldó con casi un millón de muertos y más de dos millones de heridos las economías de ambos países quedaron desechas y la producción y suministro de crudo se vio seriamente afectado. Hay que tener en cuenta que la salida del petróleo Iraní se realiza a través del golfo pérsico teniendo que atravesar un punto estratégico clave como es el estrecho de Ormuz Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 55 2.5.2. Demanda primaria de energía en España. El consumo de energía primaria, o fuente energética principal en España, en el año 2011 muestra lo siguiente: Tabla 2.15 : consumo energético primario en España en 2011, en ktep. Fuente: Ministerio de Industria. Según la tabla anterior, el consumo de energía primaria en España en el año 2011 cayó un 0,6% con respecto al año anterior, fundamentalmente debido a la situación económica que atraviesa el país. Podemos observar varios datos importantes: por un lado existe una gran caída en el aporte de la energía hidráulica debido al aporte excepcional del año 2010 mientras en el año hubo un aporte inferior. Por otro lado observamos el crecimiento del carbón en más de un 74%, pero ello es debido al cambio en el uso de carbón para la generación de energía eléctrica en 2011. Podemos observar también que las únicas fuentes de energía primaria que crecen en su aportación entre ambos años son las renovables y los biocombustibles, aunque el peos de ambas es muy inferior: alrededor de un 4% para las energías renovables y un 5.6% para los biocombustibles. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 56 Figura2.37 : proporción de consumo de cada tipo de fuente energética sobre el consumo primario de energía en España en 2011. Fuente: Ministerio de industria. Podemos observar en el gráfico anterior que los combustibles de origen fósil representan alrededor del 77% del consumo primario de energía en España en la actualidad, mientras la suma de las energías hidráulica, eólica, geotérmica, solar y procedente de la biomasa y los biocombustibles supone apenas un 11.4% del total. 2.5.3. Déficit y autoabastecimiento. Tabla 2.16 : producción interior de energía primaria en España en 2011 en ktep. Fuente: Ministerio de Industria. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 57 En la tabla anterior vemos la producción de energía primaria en España, en ktep. Podemos observar que la producción interna del país de energía primaria apenas representa un 24% del total de la energía primaria consumida, por tanto la dependencia en materia energética del país respecto del exterior supone alrededor de un 76%, uno de los valores más elevados a nivel UE. Figura 2.38 : distribución por fuente de energía de la energía primaria producida en España, en ktep en 2011. Fuente: Ministerio de Industria. En el gráfico anterior observamos como de toda la energía primaria producida en España alrededor del 50% corresponde a la energía nuclear, aproximadamente un 43.6% a energías de tipo renovable y alrededor de un 7.8% a combustibles de origen fósil, lo que da buena muestra de la prácticamente nula producción de combustibles de origen fósil del país. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 58 2.5.4. El sector de la energía eléctrica. 2.5.4.1. Demanda eléctrica Tabla 2.17 : consumo de energía eléctrica en España, año 2011 en gWh. Fuente: Ministerio de Industria. En el cuadro anterior podemos observar como la demanda eléctrica en España cayó a lo largo de 2011 un 3% en comparación con el año anterior, lo que va en línea con los demás consumos energéticos que hemos visto, debido a la coyuntura económica. Llama la atención especialmente la caída de un 33% en el autoconsumo en régimen especial fruto de la entrada en vigor de legislación más restrictiva. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 59 2.5.4.2. Producción eléctrica. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 60 Tabla 2.18 : producción eléctrica en España en 2011 en gWh por tipo. Fuente: Ministerio de Industria. En la tabla precedente podemos observar la producción eléctrica en España desglosada y la variación entre 2010 y 2011, donde se aprecia una caída del 3.6%, similar a los otros indicadores. Podemos destacar de nuevo la gran caída de la energía hidráulica, un 28% mientras la energía térmica eléctrica crece respecto al año anterior en un 1.4%, fruto del elevado consumo de carbón como hemos visto anteriormente. También aumenta considerablemente el consumo de productos petrolíferos para la producción de energía eléctrica, aunque dada la escasa proporción que representan su uso sigue sin ser determinante, de forma similar a como le ocurre a la energía solar termoeléctrica. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 61 Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 62 Tabla 2.19 : consumo de energía primaria para la generación eléctrica en España, por tipos, en 2011 en ktep. Fuente: Ministerio de Industria. En la tabla anterior vemos el consumo de energía primaria por tipos en España en el 2011 expresado en ktep. Podemos observar el fuerte incremento en la energía solar, aunque esta apenas representa el 2.5% del total de energía primaria, y el crecimiento del 78% del carbón como hemos comentado con anterioridad, pasando a representar el 20.2% del total de energía primaria consumida. Podemos observar también que el 49% del consumo de energía primaria fue de gas natural mientras la derivada de los productos petrolíferos supuso alrededor del 6%. Así, el conjunto de las energías no renovables supuso el 54.4% del total de energía consumida, mientras la nuclear supone un 29% del consumo y las energías renovables suponen alrededor del 16%. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 63 Figura 2.39 : producción eléctrica en España por tipos de fuente en 2011. Fuente: Red Eléctrica Española. Por otro lado, podemos observar en el gráfico anterior de Red Eléctrica Española la generación en 2011 de la energía eléctrica en España por fuente, proviniendo en este caso de energías renovables el 40% de la energía eléctrica. Es de destacar el escaso impacto que supone la energía solar en España dada la teórica capacidad del país para la explotación de dicha fuente de energía. Por otro lado observamos que las energías no renovables suponen el 40.7% y la nuclear el 19.3%. Hay que recordar la caída en ese año particular de la energía hidráulica y el gran incremento del carbón. Es de destacar también como la principal fuente de energía primaria del país, el petróleo, prácticamente no existe en la generación eléctrica, aunque sí el gas natural. 2.5.4.3. Emisiones del sistema de producción eléctrica en España. Gases de efecto invernadero (GEI). ACIDIFICADORES, PRECURSORES DEL OZONO Y GASES DE EFECTO INVERNADERO SO2 NOX COVNM CH4 CO CO2 N2 O NH3 (t) (t) (t) (t) (t) (kt) (t) (t) 169.645,62 218.774,72 6.669,40 5.913,57 28.669,32 85.009,35 1.723,72 77,29 Tabla 2.20 : emisiones de gases de efecto invernadero del sistema nacional de producción de energía eléctrica. Fuente: Ministerio de Medioambiente. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 64 Figura 2.40 : relación entre las emisiones de gases de efecto invernadero del sistema nacional de producción de energía eléctrica y las emisiones totales nacionales. En los anteriores gráficos podemos observar la importancia de la producción eléctrica a nivel nacional en lo que a emisiones de gases contaminantes se refiere, donde es de destacar su contribución a las emisiones de SO 2 , NO x y CO 2 , representando cada una alrededor del 20% del total (15% para el NO x ). Metales pesados. METALES PESADOS As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Se Zn (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) 3.332,24 2.852,67 8.526,61 6.652,62 3.767,62 94.289,14 4.913,91 2.982,17 14.813,76 Tabla 2.21 : emisiones de metales pesados del sistema nacional de producción de energía eléctrica. Fuente: Ministerio de Medioambiente. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% (t) (t) (t) (t) (t) (kt) (t) (t) SO2 NOX COVNM CH4 CO CO2 N2 O NH3 Total nacional Producción eléctrica Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 71 como apoyo, reduzca la necesidad de energía del MACI en las situaciones que requieran mayor gasto de energía como aceleraciones y pendientes. Figura 3.1 : Esquema arquitectura de la cadena cinemática de un vehículo híbrido en configuración paralela. Fuente: Ecconex.com En este tipo de situaciones el motor térmico se ve obligado a proporcionar mayor potencia y a trabajar fuera de su rango óptimo de revoluciones, decayendo su rendimiento y resultando en un incremento del consumo de combustible y en consecuencia, de las emisiones a la atmósfera. Esto es posible paliarlo en parte añadiendo un motor (o varios) eléctrico que surta esa necesidad de potencia extra, tratando, en la medida de lo posible, de mantener el motor térmico dentro de unos márgenes de funcionamiento óptimos. Este motor eléctrico es suministrado de energía eléctrica mediante unas baterías de acumulación instaladas en el propio coche y mediante los llamados sistemas de regeneración (frenado regenerativo), es decir, sistemas de generación de energía que aprovechan la rotación de las ruedas (o eje) para la generación de energía, de manera inversa a lo realizado para apoyar al motor térmico, mientras se realiza el frenado del vehículo. De esta forma se realiza un mejor aprovechamiento de la energía del motor térmico, usándolo en condiciones más cercanas a as ideales, mientras se utiliza para estas situaciones más desfavorable energía eléctrica, con un rendimiento mayor (el rendimiento de un motor térmico apenas alcanza un 35% en condiciones óptimas, mientras un motor eléctrico supera el 70%). Figura 3.2 : Esquema de uso de la energía por parte de un vehículo híbrido en configuración paralela. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 72 En los híbridos de las primeras generaciones (y en la mayoría de los actuales) la energía eléctrica se almacena en unas baterías y se genera bien mediante los sistemas de frenado regenerativo o bien mediante el motor de combustión, que transforma parte de su energía en eléctrica y la almacena para su uso posterior. Desde hace algunos años han aparecido en el mercado vehículos híbridos eléctricos de configuración en paralelo con baterías que pueden ser cargadas tanto en enchufes específicamente diseñados para ello como en algunos casos, enchufes domésticos; de esta forma es posible recargar las baterías sin necesidad de que entre en acción el motor térmico. Un ejemplo de este tipo de vehículos es el Honda Insight. • Sistema en serie: algunos fabricantes también llaman a los vehículos con este sistema eléctricos con rango extendido. A diferencia de los híbridos en serie, en este modo de funcionamiento el motor de combustión sólo se utiliza para recargar las baterías y no está directamente engranado con la cadena de transmisión del vehículo, correspondiéndole la tracción únicamente al motor o los motores eléctricos. Dado que además la mayoría de los recientes vehículos de este tipo son enchufables, permiten recargar las baterías, de forma que es factible dependiendo de las distancias y de si se dispone de tiempo para la recarga, realizar toda la conducción en modo eléctrico, ahorrándonos por completo el combustible y evitando emisiones de gases de ningún tipo. Figura 3.3 : Esquema arquitectura de la cadena cinemática de un vehículo híbrido en configuración en serie. Fuente: Ecconex.com Como podemos imaginar, ya no es posible hablar como los híbridos en paralelo de una disminución del consumo de combustible en un X%, dado que si las condiciones de conducción lo permiten es posible realizar una conducción 100% eléctrica eliminando por completo las emisiones. Un ejemplo de este tipo de vehículos lo constituye el Chevrolet Volt/Opel Ampera. • Sistema combinado: como su nombre indica, en este tipo de arquitectura de la cadena de transmisión del automóvil se mezclan los dos sistemas anteriormente citados. Básicamente se trata de un sistema híbrido en paralelo con mayor capacidad en las baterías y mayor potencia en el motor eléctrico, pero que sigue dependiendo del motor térmico para la mayor parte de los desplazamientos por carretera, en condiciones de conducción donde los requerimientos de potencia sean más elevados. En principio, la idea es utilizar el motor eléctrico para el Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 73 arranque, no sólo como apoyo al motor térmico, sino de forma individual, hasta una cierta necesidad de potencia, donde ya incapaz el motor eléctrico por sí mismo entraría en la cadena el motor térmico. Figura 3.4 : Esquema arquitectura de la cadena cinemática de un vehículo híbrido en configuración combinada. Fuente: Ecconex.com Esto está pensado así por que en la actualidad en países desarrollados como Japón, países de Europa o Estados Unidos, la mayor parte de la población es urbana y gran parte del recorrido que realizan los automóviles a diario es de este tipo. Por ello, como hemos comentado antes, utilizar el motor eléctrico para impulsar el coche cuando la demanda de energía es menor (movimiento a bajas velocidades con poca aceleración) ahorra gran parte de la energía. Ejemplos de este tipo de vehículos son los Toyota, entre ellos el conocido Toyota Prius. 3.2.2 Vehículos híbridos mecánicos. Mucho menos extendidos que los híbridos eléctricos, los vehículos híbridos mecánicos parten de una concepción similar a los anteriores pero varían en el tipo de energía a empelar, en este caso energía mecánica (cinética), que es almacenada en un volante de inercia encapsulado en una cámara de vacío girando a muy alta velocidad. En la actualidad no existe ningún vehículo comercializado que cuente con este sistema, pero es reseñable por que se trata de un modelo en estudio por parte de una marca como Volvo que valora la posibilidad de incluirlo en sus próximos modelos. El sistema en estudio por Volvo ha sido el M-KERS, diseñado por Ricardo y Torotrak, consiste en un volante de inercia encapsulado capaz de girar a alrededor de 60.000 rpm y conectado a la transmisión de manera directa a través de una caja de cambios continua de tipo variable. No fue hasta el desarrollo de esta última cuando el sistema pasó a tener cierta viabilidad técnica, dado que hasta entonces el principal problema residía en el hecho de tener que liberar la energía del volante de forma inmediata y brusca sobre la cadena de transmisión, pero con la llegada de la caja de cambios Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 74 continua pero de transmisión variable fue posible entregar la potencia retenida en el volante de forma gradual. Figura 3.5 : esquema del sistema Flywheel Kers o M-KERS de Torotrak de estudio en Volvo. Fuente: Volvo Press. El sistema puede ser conectado durante períodos de unos 10 segundos y proporciona un salto de potencia de hasta 80CV como máximo, con una finalidad similar al sistema empleado en los híbridos en paralelo, al aplicársele este método en los momentos en que el motor térmico está más solicitado (aceleraciones y pendientes). Las principales ventajas del sistema radican en una mayor simplicidad frente a los sistemas híbridos eléctricos (no hay componentes de este tipo en el mismo) y por consiguiente una reducción importante del coste junto con una disminución del peso, pues el propio volante pesa tan sólo 6 kilogramos. Según Volvo, el sistema ha sido testado en un Volvo V60 consiguiendo una reducción aparente de consumo del 25% frente a un modelo convencional similar con costes muy reducidos (no han sido facilitados). Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 75 Figura 3.6 : Esquema de la arquitectura del sistema de transmisión del M-KERS en un Volvo. Fuente: departamento de prensa de Volvo. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 76 3.2.3 Vehículos híbridos neumáticos. Al igual que sus hermanos eléctricos y mecánicos, este sistema consiste en combinar parte de la energía obtenida en el motor de combustión por otro tipo de energía, en este caso, hidráulica. El sistema, patentado por Bosch y PSA y llamado Hybrid Air por PSA, funciona de nuevo de forma similar a un híbrido en paralelo, donde a la cadena cinemática tradicional le añadimos una nueva de tipo hidráulica, compuesta fundamentalmente de un motor hidráulico y dos depósitos de fluido hidráulico, uno para alta y muy alta presión y otro para baja. Figura 3.7 : Esquema de la cadena de transmisión de un Citröen C3 con el sistema híbrido Hybrid Air. Fuente: PSA-Peugeot-Citröen. Similarmente al sistema híbrido mecánico, este sistema comparte con él la mayoría de ventajas. Pese a requerir más elementos y tener una mayor complejidad, es un sistema más sencillo y accesible desde el punto de vista económico que el sistema híbrido eléctrico y a diferencia del mecánico, la capacidad de almacenamiento del mismo es superior. Siempre según cifras del departamento de prensa del grupo PSA, instalado en un Citröen C3 es posible obtener un consumo homologado según el ciclo europeo NEDC de 2.9 l/100 km y emisiones de CO 2 de 69 gr./km, aproximadamente un 35% menos que los modelos comunes sin este sistema. Igualmente, según PSA, estiman que con la cantidad de energía almacenada por el sistema pueden llegar a realizarse del orden del 80% de los desplazamientos diarios usando la energía hidráulica. Su máximo interés reside en que económicamente los elementos son más sencillos que en el híbrido eléctrico, es una tecnología muy madura y conocida y su coste es bastante inferior, de forma que está pensada para equipar vehículos de segmentos de pequeño tamaño de una marca generalista a costes más ajustados. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 77 3.3. Vehículos que usan combustibles de origen vegetal. También llamados biocarburantes o biocombustibles, son carburantes para motores de combustión interna formados parcialmente por combustibles de origen vegetal mezclados con gasolinas o gasóleo convencional. Existen fundamentalmente dos tipos distintos de biocombustibles como son por un lado los alcoholes para su mezcla con gasolinas y los aceitosos para su mezcla con gasóleo. Los alcoholes(etanol) se obtienen por fermentación alcohólica de los azúcares del almidón presente en muchas plantas, de forma que se suelen obtener de algunas tales como la remolacha, la melaza, la caña de azúcar, el maíz, la patata o la yuca. En el caso del conocido como biodiesel, este se obtiene de la esterificación y transesterificación de lípidos de origen vegetal o animal, pudiendo mezclarse con el gasóleo convencional o sustituirlo por completo. Entre sus propiedades destacan un mayor poder lubricante que el gasóleo convencional, lo que hace que alargue la vida de inyectores y otros componentes de tipo mecánico del motor, tiene una capacidad calorífica alrededor de un 10% inferior al gasóleo de origen fósil y requiere de la sustitución de elementos de caucho y ciertos polímeros plásticos, dado que los ataca químicamente. Carece en su práctica totalidad de contenido en azufre y disminuye hasta en un 90% alguno de los principales contaminantes en relación a los emitidos por el gasóleo convencional, tales como los óxidos de azufre, de nitrógeno, partículas volátiles, etc. En el caso del biodiesel es posible usar hasta B-80 sin necesidad de modificar los componentes del bloque motor, exceptuando los elementos de caucho independientemente de la proporción de biodiesel que se emplee. En el caso de los alcoholes a la mezcla combustible con gasolina se le denomina por una “E” seguida de un número que indica el porcentaje de etanol presente en la mezcla y en el caso del biodiesel se actúa igual pero sustituyendo la letra “E” por la “B”, así, una gasolina E-10 significaría que dicha gasolina contiene un 10% de etanol de origen vegetal. Generalmente se estima y en algunos países se legisla, que el E-10 es viable técnicamente en los motores de combustión a gasolina actuales sin necesidad de modificación, no obstante, a partir de este 15% de etanol en la mezcla se hace necesario la modificación del motor como consecuencia de las diferentes características que posee el combustible, tales como un mayor octanaje. En algunos países el E-10 o E-15 (E-25 en Brasil) es obligatorio en sustitución o combinación con la gasolina común, mientras en otros como Suecia o EEUU existe la posibilidad de usar E-85 aunque en invierno suele reducirse la mezcla hasta E-70 por dificultades en el arranque. En Brasil, el segundo productor mundial de etanol por detrás de EEUU, hasta el 50% de los vehículos han sufrido modificaciones en su planta motriz para adaptarla al uso de E-100, habiendo disminuido su dependencia de energía proveniente del petróleo. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 78 A pesar de lo anteriormente comentado, los biocombustibles (y la palabra bio ya tiene sus detractores) no constituyen una alternativa viable ni desde el punto de vista técnico ni económico a los combustibles de origen fósil, si no que a lo sumo pueden llegar a complementarlos, exceptuando Brasil que es el único país en el que la mayor parte de su flota de vehículos puede ser abastecida mediante este tipo de combustibles dada la capacidad productiva del país, aunque medioambientalmente esto tampoco sea sostenible. Aunque los biocombustibles puedan parecer atractivos, especialmente para los países que no poseen petróleo, realmente el único de los problemas derivados del uso de los combustibles fósiles que pueden atajar es el de la independencia energética y sólo parcialmente, dado que la capacidad productiva real a nivel mundial no alcanzaría para sustituir por completo a los combustibles de origen fósil al nivel de demanda actual ni al estimado a corto o medio plazo. Por poner un ejemplo, en la actualidad España sólo produce biodiesel alrededor de un 0.0022% del gasóleo total que consume y 0.015% de etanol respecto al total de gasolina consumida y entre esta producción y la importación apenas supone el 8,4% del consumo total de combustibles para transporte 12 . La Unión Europea ha reducido el objetivo de implantación de los mismos al 5% para 2020. No sólo eso, si no que en orden de obtener biocombustibles, es necesario dedicar más tierra cultivable a los mismos, por lo que o bien se sustituye cultivo destinado a alimentos lo que puede ocasionar problemas de abastecimiento en el caso más extremo, o bien se roturan nuevas tierras de bosque o selva, pudiendo ocasionar graves problemas de deforestación, como es el caso en países como Brasil, donde la selva amazónica ha visto su ritmo de decrecimiento aumentado por efecto de la producción de los biocombustibles. Tengamos en cuenta que una hectárea de caña de azúcar tiene un rendimiento aproximado de 3.200 litros por hectárea y año. A este punto negativo se suma otro: aunque las emisiones de elementos contaminantes a la atmósfera son inferiores hasta en un 30% en Co y CO 2 a las gasolinas y las emisiones de partículas e hidrocarburos también son muy inferiores, no evitan al 100% la contaminación atmosférica y al seguir el mismo patrón de movimientos que los vehículos que usan combustibles tradicionales, no evitan la contaminación local particularmente en un entorno urbano. Por todo ello, los biocombustibles son una apuesta actual para la reducción de emisiones en cierta medida y de la dependencia energética en mayor medida, pero la capacidad productiva real de los mismos es inferior a la demanda existente y por tanto desde el punto de vista económico no pueden sustituir a los combustibles de origen fósil. 12 Fuente: CNE, informe biocarburantes Diciembre 2012. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 79 3.4. Vehículos eléctricos. El vehículo eléctrico es incluso anterior al vehículo de combustión interna, dado que apareció al igual que aquel a finales del s.XIX y su desarrollo inicial está considerado por algunos como anterior al MACI, pero por las limitaciones propias del sistema (que en la actualidad siguen siendo similares) y por las de la época su utilidad cayó frente al competidor surgido del MACI, en una época donde el uso del petróleo era escaso y su precio iba en consonancia. Los primeros MACI funcionaban con carbón pulverizado como combustible aunque pronto dejarían paso a los derivados del petróleo (gasolina y diésel). La economía pues, se impuso, en un momento donde las condiciones de la misma eran tan diferentes a las actuales y donde las implicaciones políticas y ambientales o de salud no eran de la importancia actual. Fue pues este factor el primordial para que el vehículo eléctrico fuera apartado de la carrera futura en el desarrollo humano y de nuevo es este factor uno de los predominantes en su vuelta a la misma, aunque como hemos visto no es privativo y en la sociedad del s. XXI factores como la política o el medioambiente también están contribuyendo a su regreso e implantación. Vamos a estudiar a continuación los diversos tipos de vehículos eléctricos que podemos encontrarnos actualmente tanto en el mercado como en estados de desarrollo avanzado, siendo fundamentalmente de dos tipos: el vehículo eléctrico mediante pila de combustible de hidrógeno y el vehículo eléctrico por almacenamiento de energía eléctrica mediante baterías. Entre sus principales ventajas podemos contar varias que enfrentan de forma directa los problemas acarreados con el uso de combustibles fósiles antes expuestas, tales como emisiones nulas, menor contaminación acústica, posibilidad de generar la energía en el lugar de consumo evitando con ello largas cadenas de suministro y logísticas o problemas de tipo geopolítico. En el caso de las emisiones no acarrea la completa eliminación de las mismas sino que depende de las fuentes de energía primarias de obtención de energía eléctrica del sistema de producción, pero en cualquier caso permite una reducción significativa dado su mayor rendimiento así como un efecto localizador de los focos emisores de las mismas y la posible intervención sobre dichos focos con el objeto de reducir su impacto e importancia. Prácticamente elimina la mayor parte de la contaminación atmosférica local en el ámbito urbano y sus consecuencias. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 80 3.4.1. El vehículo eléctrico mediante pila de combustible. El vehículo eléctrico de pila de combustible, comúnmente conocido como vehículo de hidrógeno es un vehículo de tracción eléctrica que utiliza lo que se da en llamar una pila o celda de combustible para, mediante el uso de hidrógeno, paliar el principal hándicap del vehículo a baterías: la propia batería El funcionamiento de la cadena cinemática es similar al el vehículo eléctrico por acumulación en baterías: una batería (aunque menor), un inversor/transformador y uno o varios motores eléctricos. Eso, en el apartado eléctrico. En el mecánico podríamos hablar de un reductor, caja de cambios (CVVT), etc. En cualquier caso, tanto el componente mecánico como el eléctrico/electrónico son los mismos en ambos. Donde se aprecian las diferencias como hemos comentado es en la forma de almacenar la energía, pues en el caso del vehículo de pila de combustible nos encontramos con que para paliar los altos costos del desarrollo y fabricación de baterías se recurre al empleo de hidrógeno, en lo que se ha dado en llamar “vector energético”, es decir, no se contempla el hidrógeno como elemento de almacenamiento de energía eléctrica, si no como un método de transporte de esta, dado que a través de la conocida como pila de combustible es posible la oxidación del hidrógeno para transformarlo en agua liberando energía, mientras que para su obtención previamente ha sido necesario el desembolso de energía. Figura 3.7 : esquema de funcionamiento de una pila de combustible. Fuente: Unizar.es. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 87 • •• • Los vehículos híbridos mecánicos o incluso hidráulicos son más asequibles que los eléctricos y pueden ser introducidos en los segmentos más asequibles del mercado, aunque actualmente están en fase de desarrollo y no se les espera hasta dentro de al menos un par de años a escala global. • •• • Los vehículos eléctricos puros (de hidrógeno o batería) son los únicos que pueden enfrentar absolutamente todos los problemas generados por los combustibles fósiles. • •• • Los vehículos eléctricos que utilizan hidrógeno en una pila de combustible como fuente de energía enfrentan varios problemas de calado: o La generación del hidrógeno actualmente se realiza a través del tratamiento de gas natural, no evitando la emisión de contaminantes a la atmosfera. Generar hidrógeno a partir de la electrólisis es posible pero energéticamente no es rentable (TRE<1). Puede resultar oneroso desde el punto de vista económico y su impacto medioambiental puede ser importante, particularmente en países interiores (sin costa). o Los elementos que componen el almacenamiento y gestión del hidrógeno son costosos por los propios materiales que utilizan, aunque en la actualidad existen líneas de investigación para paliar este inconveniente, no es probable que se vean resultados a nivel de mercado en menos de una década. o No existe una red de generación, transporte o suministro de hidrógeno para el vehículo de hidrógeno. A diferencia de los vehículos híbridos, con una red completa en todos sus aspectos (combustibles fósiles) y los eléctricos mediante acumulación, que tienen parcialmente desarrollada dicha red (generación y transporte), la red para el uso del hidrógeno en automoción no existe como tal y debería ser desarrollada por completo en todas sus vertientes. • •• • Tanto los vehículos eléctricos por acumulación como por hidrógeno son costosos de producir debido a que no se benefician, al menos de momento, de economías de escala ni en el vehículo en si ni sus componentes. • •• • Los vehículos eléctricos por acumulación tienen en las baterías su principal inconveniente, dado que suponen un peso y coste excesivos en muchos aspectos. • •• • El precio de las baterías es una grave barrera para la introducción de los vehículos eléctricos por acumulación, particularmente en los segmentos más asequibles del mercado. • •• • La red de apoyo necesaria para el vehículo eléctrico por acumulación se encuentra apenas parcialmente desarrollada, dado que la generación y transporte de electricidad ya están implementadas, pero carece de una red de recarga que haga su uso viable. • •• • La recarga de vehículo eléctrico por acumulación presenta varios inconvenientes. o En estaciones de recarga lenta la duración de la carga puede ser de varias horas Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 88 o En estaciones de carga rápida la recarga en menos tiempo difícilmente baja de 15 minutos para el 80% de la batería, siendo lo normal algo más de 30 minutos para el 100% (aunque depende del tipo y capacidad de la batería así como del tipo de conector y su potencia). • •• • Un factor importante y no comentado anteriormente es el legislativo, tanto en lo concerniente a emisiones vehiculares como a fabricantes: o Por un lado, son conocidas las normas EURO en Europa y la normativa estadounidense de la EPA: en Europa, desde la aparición dela norma EURO I en 1993 que fijaba unos primeros estándares de emisiones se han ido sucediendo distintas normativas hasta la actualidad, cuando para 2015 se espera que entre en vigor la normativa EURO VI, cada vez más restrictivas en cuanto a emisiones tanto para vehículos gasolina como diésel (dependiendo de cada categoría e vehículo). Figura 3.11 : evolución en las emisiones permitidas por vehículo en la UE según normas EURO. Fuente: Tecmovía. o Por otro lado, existe normativa comunitaria (CE 443/2009 y CE 715/2007) que impone un límite medio a la gama de vehículos de un fabricante en lo tocante a emisiones, tomando como medida el CO 2 en 130gr/km. Dicha medida pretende ser sustituida en un futuro cercano por la limitación de 95gr/km, aunque por el momento Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 89 la presión de los fabricantes alemanes ha conseguido suspenderla. No obstante a la hora de realizar el cómputo se tiene en cuenta toda la gama del fabricante, sus ventas por modelo y cada uno lleva asociado un multiplicador, de forma que el exceso en emisiones de un modelo puede ser subsanado con las inferiores emisiones de otro. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 90 Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 91 4. Estimación de costes de la implantación de la alternativa eléctrica por acumulación. En el siguiente capítulo se van a estudiar los principales costes para el usuario que quiera optar por la alternativa eléctrica por acumulación como medio de transporte en un vehículo de turismo. Se van a hacer los cálculos y las estimaciones basándonos en estudios anteriores de la materia así como en datos de carácter público o que hayan sido facilitados por los fabricantes. Estos datos no siempre se hayan disponibles y en ocasiones habrán de ser estimados tratando de dar la mayor exactitud posible a los cálculos. 4.1. Costes asociados a la fabricación de l vehículo eléctrico. El vehículo. Conocer con exactitud cuales son los costes de fabricación de un automóvil, no importa cual, es prácticamente imposible de forma pública dado que se trata de datos confidenciales y ninguna compañía manufacturera los facilita de forma precisa y pública. No obstante, existen estudios que realizan estimaciones mediante comparaciones de los componentes de fabricación y sus precios de mercado y comparativas con datos conocidos de algunos fabricantes. Aquí hemos tomado el informe Evaluation of Electric Vehicle Production and Operating Costs 14 , que a pesar de que data de 1999, los aspectos generales en estudio no han variado y al tratarse de comparativas de la misma época las variables que entran en juego son las mismas. En todo caso, en los últimos 20 años el avance de la electrónica e informática ha sido incluso mayor que la rama mecánica tradicional en el sector del automóvil, con precios en decrecimiento en la primera en mayor medida al ser la segunda una rama mucho más madura en su desarrollo e implantación. En primer lugar se analiza, respecto al precio final al por menor de un vehículo automóvil de tipo compacto, la proporción que cada parte de la cadena y los procesos de fabricación suponen. 14 Center for Transportation Research, United States Department of Energy. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 92 Tabla 4.1 : relación de coste de cada una de las partes que concurren para la fabricación y venta de un automóvil de turismo. Fuente: Evaluation of Electric Vehicle Production and Operating Costs. Así, en la tabla anterior se puede ver que la propia fabricación del vehículo supone alrededor del 50% del coste final 15 que el consumidor paga por él; el coste de la garantía, desarrollo, ingeniería, administración y gestión de la compañía y costes sociales como el pago de planes de pensiones y seguridad social suponen alrededor del 25% del coste final; a esto hay que añadir un 23% más aproximadamente que suponen los costes de distribución, publicidad y apoyo directo a los concesionarios (esfuerzos promocionales), para formar aproximadamente un 97.5% del coste final, resultando un margen para el fabricante del 2.5%, aunque hay que tener en cuenta que esto es una aproximación, dado que depende de multitud de factores y épocas. Por lo general, las marcas de lujo suelen jugar con márgenes mayores, en torno al 10% que las marcas llamadas generalistas que cuentan con los márgenes mencionados, entre 1 y 4%, con la excepción de las marcas asiáticas Toyota, Hyundai y Kia. 15 MSRP: Manufacturer Sugested Retail Price: precio de venta al público sugerido por el fabricante. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 93 Figura 4.1 : margen porcentual y cuantitativo medio por marca antes de impuestos en el mercado europeo en el año 2013. Marcas generalistas. Fuente: Focus.de. Figura 4.2 : margen porcentual y cuantitativo medio por marca antes de impuestos en el mercado europeo en el año 2013. Marcas de lujo y superlujo. Fuente: Focus.de. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 94 Tabla 4.2 : relación de coste respecto del total de cada uno de los principales componentes de un automóvil convencional (térmico) respecto al total de costes de manufactura. Fuente: Evaluation of Electric Vehicle Production and Operating Costs. En la tabla anterior es posible observar la proporción de costes de los principales componentes de un automóvil convencional respecto del total del coste de manufactura, donde la carrocería al completo ostenta alrededor del 25%, los componentes asociados al motor alrededor del22%, la transmisión un 5%, los componentes del chasis (subchasis, suspensión, dirección, sistemas de frenado, etc;) suponen alrededor del 26% y el ensamblaje final de todos ellos aproximadamente el 21%. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 95 Tabla 4.3 : resumen comparativo con las similitudes y diferencias entre los distintos grupos de componentes que conforman un vehículo convencional y uno eléctrico. En la tabla anterior es posible ver una comparativa de los diferentes componentes de un vehículo convencional y las similitudes en los mismos respecto a un vehículo eléctrico. Como era de esperar comparten la mayoría de componentes excepción hecha de aquellos relacionados con la transmisión, el almacenaje y distribución de combustible, sistemas de frenado y climatización y componentes eléctricos. En cuanto a los sistemas de frenado la principal diferencia radica en que pese a que el vehículo eléctrico posee un sistema de frenado similar al convencional, añade un sistema de regeneración energética normalmente a través del motor eléctrico (frenado regenerativo). Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 96 Tabla 4.4 : estimación del coste de fabricación añadido debido al motor eléctrico de corriente contínua. Tabla 4.5 : estimación de coste de los componentes electrónicos de control de un vehículo eléctrico. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 103 iones de Litio. La principal desventaja es la poca estabilidad de la reacción de oxidación mediante aire con electrólito líquido. • Litio-Azufre: con hasta 8 veces mayor densidad energética que las baterías de iones de Litio. Científicos de la Universidad de Berkeley han conseguido recientemente producir una batería que resiste 1.500 ciclos. Tienen una gran capacidad de descarga y admiten cargas rápidas sin apenas deteriorarse. • Litio-Silicio-Grafeno: consiguen triplicar la densidad energética de las baterías actuales de iones de Litio con una gran estabilidad tanto en los procesos de carga como de descarga. Experimentales, en inicio de desarrollo. Aunque muchas veces se habla de la vida de la batería como una función exclusiva del número de ciclos de carga/descarga hay que tener en cuenta también que las baterías de iones de litio pierden capacidad con el tiempo pese a no usarse dado que en su interior se producen reacciones químicas de forma continua aunque no intencionada entre las partículas del ánodo y las del cátodo. 4.2.2. Arquitectura y manufactura de las baterías para vehículos eléctricos. Figura 4.3 : composición de una batería de iones de Litio de un automóvil eléctrico. Fuente: Axeon. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 104 Las baterías de iones de Litio para vehículos eléctricos están compuestas de una serie de elementos: • •• • Celdas de energía: son las celdas que contienen la química antes comentada y las que contienen la energía propiamente dicha. Dependiendo de la química interna tienen diferentes capacidades medidas en amperios/hora (Ah) y voltajes. Suelen oscilar entre 2-3.5Ah en cuanto a capacidad y entre 2 y 4 voltios. Pero la celda de energía es una unidad muy pequeña y suele agruparse en unidades mayores en serie (para obtener mayor capacidad) o en paralelo (para alcanzar mayores diferencias de potencial): o Módulos: es la unión de varias células, aisladas entre sí, con conectores y, cuando sea necesario, fluidos refrigerantes. o Packs: es la unidad mayor. Cada “pack” está conformado por una serie de módulos. A veces suele denominarse “pack” de baterías al conjunto de elementos encargados del almacenaje de energía de una batería de automóvil de forma autónoma con su propio control electrónico. • •• • Electrónica de control: circuitos impresos que se encargan de monitorizar los principales parámetros de la batería (voltaje, capacidad restante, temperatura…). Conecta con la electrónica de control del vehículo, determina el uso seguro de la batería. • •• • Electrónica de potencia: distribuye la corriente y potencia en función de la demanda exterior (vehículo). Controla así mismo los relés y fusibles de seguridad para evitar sobre cargas durante la fase de carga de la batería o intensidades de descarga excesivas en la fase de descarga. • •• • Cableado: para permitir el transporte de la energía desde los módulos de celdas o packs hasta el vehículo. • •• • Carcasa de montaje de cada elemento: a nivel celda, modulo y pack, así como la carcasa exterior de la batería. Ha de aportar la forma al conjunto, así como contener toda la electrónica y los sistemas de refrigeración, control y seguridad cuando correspondan, garantizando el funcionamiento de todos ellos y en especial del o los sistemas de seguridad. • •• • Sistemas de control de temperatura: cuando correspondan, tales como ventiladores, disipadores, etc. Es necesario mantener las baterías en unas condiciones establecidas de temperatura para alargar su vida útil y por seguridad. Por todo ello el coste de las celdas de energía por sí mismas es sólo una parte del coste de fabricación de la batería en su conjunto, dado que los procesos de manufactura de la misma aún no han sido automatizados ni lanzados a gran escala. De forma similar a lo que hemos visto con el vehículo en sí mismo, la fabricación de las baterías se lleva a cabo de forma paralela a éste, por lo que los actuales volúmenes de producción no permiten generar economías de escala al nivel de los automóviles térmicos. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 105 Figura 4.4 : empleo de las baterías de Litio a nivel mundial. La producción destinada a automóviles eléctricos apenas supera el 3%, siendo aproximadamente la mitad destinada a ordenadores portátiles y tabletas. Fuente: Cost and Performance of EV batteries. Una muestra importante de este hecho es que uno de los fabricantes más comprometidos con el vehículo eléctrico, el norteamericano Tesla, tiene actualmente en construcción una factoría para la fabricación de sus propias baterías con la colaboración de Panasonic y SolarEnergy que cuando alcance la plena producción, alrededor de 2020, supondrá duplicar la producción total de baterías de Litio para el año 2013. También es posible comprobar como la fabricación se ha incrementado en alrededor de un 70% en apenas 4 años, desde 2010 a 2013 y un 350% en una década. Figura 4.5 : estimación de producción de la factoría para baterías de Tesla para el año 2020. Fuente: Tesla Motors. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 106 Figura 4.6 : estimación de los diferentes costes que concurren en la fabricación de una batería para automóvil eléctrico. Fuente: Cost and Performance of EV batteries. Algunas estimaciones valoran el coste de los materiales entre el 40 y el 50% mientras el resto corresponde a otros componentes antes citados de la batería, su fabricación y el ensamblaje final del conjunto. 4.2.3. El precio de la batería. Conocer el coste en que incurren actualmente los fabricantes de baterías es imposible, al menos de forma exacta, dado que es una parte fundamental del negocio del vehículo eléctrico y ningún fabricante facilita el precio real de oferta de sus baterías al mercado. No obstante, a través de algunas entrevistas concedidas por los directores de los principales fabricantes, así como sus suministradores o los precios a los que venden el conjunto automóvil + batería podemos hacer una aproximación del precio que supone la batería por sí sola para el usuario. 4.2.3.1. Nissan. El caso de Nissan es particularmente importante pues se considera un éxito dado que se han fabricado ya más de 100.000 unidades de su único vehículo eléctrico, el Nissan Leaf, y se trata del vehículo eléctrico más vendido en la historia. La batería del Nissan Leaf es producida por NEC en Japón. Según el ciclo NEDC, la autonomía del vehículo con esta batería es de 200km, aunque al igual que ocurre con el consumo en los vehículos térmicos esta depende en gran medida de las Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 107 condiciones que rodean a la conducción, así, en las condiciones ideales de temperatura, sin usar el aire acondicionado o el sistema de calefacción ( mediante bomba de calor al no haber motor térmico que pueda suministrar calor) y realizando una conducción mayoritariamente urbana a bajas velocidades puede alcanzar hasta 233 kilómetros de autonomía. Por otro lado, en condiciones desfavorables, con pronunciadas pendientes, velocidades en autopista elevadas y temperaturas elevadas o frías la autonomía puede descender hasta los 135 km. Las principales características técnicas de la batería del Nissan Leaf son. • •• • Batería de iones de litio-manganeso. • •• • 24 kWh de capacidad total. • •• • 48 módulos. • •• • 192 celdas. • •• • Una densidad energética de 157 kWh/kg. • •• • Refrigeración por aire forzado. Por otro lado, la oferta económica de Nissan es la siguiente: • •• • Si las baterías van incluidas estas tienen una garantía de 5 años o 100.000 kilómetros, tomando como referencia una capacidad mínima de carga del 75% respecto del total. • •• • Si se opta por el alquiler de baterías con los precios variables, las baterías están garantizadas de por vida, sin límite de tiempo o kilometraje. De nuevo, tomando como referencia mínima una capacidad de carga del 75%. Para estimar el precio que el consumidor paga a Nissan por la batería podemos hacer una primera aproximación dado que Nissan ofrece la modalidad o bien de compra del vehículo con batería incluida o bien sin ella, pagando un alquiler por usarla. En el primer caso y en España el precio del conjunto es de 29.900 €, donde el precio incluye el Precio Franco de Fábrica, el IVA (no existe impuesto de matriculación para vehículos eléctricos), el transporte y el servicio de asistencia Nissan para vehículos eléctricos. En caso de optar por la opción de alquiler de baterías el precio del vehículo es de 24.000 € en las mismas condiciones, por lo que podemos deducir que el precio que Nissan le factura al consumidor en concepto de la batería es de 5.900 €, por lo que el precio del kWh en este caso es de 246 €. Figura 4.7 : batería completa del modelo Nissan Leaf. Fuente: Nissan. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 108 4.2.3.2. Renault. A pesar de la alianza que mantiene con Nissan, Renault desarrolló sus vehículos eléctricos por separado y en algunos casos con anterioridad. Renault cuenta en su gama con el Twizy, un cuadriciclo ligero, el Fluence ZE, derivado del Renault Fluence térmico, el Kangoo ZE, vehículo comercial ligero derivado del Kanggo térmico y finalmente el que sería su primer vehículo concebido como eléctrico desde el principio: el Renault ZOE. A pesar de las similitudes entre el modelo ZOE y el Leaf no comparten prácticamente ningún componente, aunque dada la alianza que mantienen ambos fabricantes se espera que para las segundas generaciones del Leaf (esperada para 2016) y del ZOE o el sustituto del Fluence ZE desarrollen conjuntamente la mayor parte de dichos componentes, baterías incluidas. Por ello tomaremos al Renault ZOE como base para nuestra estimación de precio de la batería, aunque en el caso de Renault todavía no vende el vehículo con las baterías incluidas, únicamente existe la opción de alquiler (únicamente se da este caso en Noruega, pero está en estudio su aplicación a toda Europa) . Con dicha batería de 22 kWh fabricada en Corea por LGChem el Renault ZOE homologa según el ciclo NEDC una autonomía de 210 km, aunque igual que en el caso del Leaf esta autonomía depende fuertemente de las condiciones de conducción, pudiendo variar así entre los 230 y los 150 km aproximadamente. A diferencia del Nissan Leaf, que comenzó su andadura en el año 2010 el Renault ZOE lo hizo a mediados de 2013 y su andadura comercial no ha sido todo lo exitosa que se esperaba (<10.000 unidades en 2013 y se esperan menos de 23.000 en 2014), aunque hay que tener presente que lleva apenas un año y medio en el mercado y no llega a mercados como los Estados Unidos o Japón, cosa que si hace el Leaf. Las principales características técnicas de la batería de Renault son: • •• • Batería de iones de LitioFePO-. • •• • 22 kWh de capacidad total. • •• • 12 módulos. • •• • 192 celdas. En España el Renault Zoe no se vende con las baterías, sino que sólo existe la opción de alquilar las mismas, pero por contra en Noruega existen las dos opciones y sin ningún tipo de ayuda a la compra de forma directa, pero añade una exención de impuestos (IVA en el caso de España), de forma que podemos obtener la diferencia en Noruega y hacer el cambio a Euros. Renault garantiza el 75% de carga de sus baterías por 5 años o 100.000 kilómetros, de la misma forma que Nissan. • •• • El precio del Renault ZOE en Noruega con baterías en propiedad es de 191.980 Coronas, que al cambio son 23.200 € (Marzo 2014). Hay que hacer notar que en el precio va incluida la instalación de un cargador de pared de 3.6 kW (en España esta opción se valora aproximadamente alrededor de 1.000 € en función del instalador). Si a estos 22.200 € restantes le añadimos el IVA que sí paga en España y le restamos las ayudas el precio final que queda es de 21.362 €. • •• • Por contra, la opción con alquiler de baterías supone un precio en España de 15.750 €, IVA y ayudas incluidos. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 109 • •• • La diferencia de precio es entonces de 5.612 €. El precio del kWh es, teniendo en cuenta la capacidad de 22kWh, de 255 €. Figura 4.8 : esquema de Renault ZOE donde se muestran los componentes electrónicos así como las baterías. Fuente: Renault. 4.2.3.3. Tesla Motors. El caso Tesla es un poco diferente de los anteriores dado que apenas acaba de llegar al mercado europeo y no está disponible en todos los países (en España por ejemplo no existe aún concesionario de la marca) y no contempla bajo ningún caso la opción de alquiler de baterías, únicamente la venta del conjunto vehículo + batería. No obstante, el CTO (Chief Technical Officer) de Tesla Jeffrey Straubel, anunció que el coste de la batería en su Model S supone menos de un tercio de su precio final y que en los casos con los vehículos más equipados supone menos incluso de un cuarto. Tomando el dato oficial de 63.570 $ ,el precio del Model S y dividiéndolo entre 3 en el peor de los casos, el coste en euros una vez sustituimos los impuestos en Estados Unidos (8.5% en California, sede de la compañía) por los impuestos en España (IVA 21%) al cambio sería de 17.062 €, lo que nos deja un coste por kWh de 284 €. Si por el contra utilizamos el precio del Model S tope de gama con batería de 85kWh y siguiendo los mismos cálculos, el precio por kWh baja hasta los 208 €. Tesla garantiza la capacidad de sus baterías hasta 8 años y 125.000 millas (200.000 km aproximadamente) u 8 años con kilometraje ilimitado si se trata de los vehículos de mayor precio. El modelo de fabricación de la batería de Tesla es particular dado que no han diseñado los módulos de forma específica para su batería, si no que han cogido celdas estandarizadas de Panasonic, su socio para las baterías, del tipo 18650 (LiFePO 4 ) y las han unido dentro de un encapsulado diseñado por ellos formando 18 módulos y totalizando 7104 celdas, lo que permite darle Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 110 una forma plana e incorporarlo al vehículo de forma horizontal debajo del piso, consiguiendo unas buenas características de espacio y habitabilidad en su vehículo a la par que han reducido el coste de manufactura sensiblemente. Figura 4.9 : celda estándar 18650 (derecha) y módulo Tesla (izquierda). 4.2.3.4. Cuadro resumen. Nissan Leaf Renault ZOE Tesla Model S Masas y dimensiones Longitud(mm) 4445 4084 4976 Ancho(mm) 1770 1730 1963 Alto(mm) 1550 1568 1435 Batalla (mm) 2700 2588 2959 Peso(kg) 1474 1428 2108 Propulsión Tipo AC síncrono AC síncrono AC síncrono Potencia(kW/CV) 80/107 65/88 270/362 Par motor(Nm) 254 220 440 Tipo batería Ión-Litio Ión-Litio Ión-Litio Capacidad(kWh) 24 22 85 Consumo ZE(Wh/km) 120 105 169 Autonomía (km)NEDC 199 210 500 Prestaci ones Velocidad máxima(km/h) 144 135 200 Aceleración 0-100 11,5 13,5 5,6 Tabla 4.8 : características técnicas de los principales vehículos eléctricos en el mercado occidental. Fuente: elaboración propia. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 111 Hemos estimado el consumo en kWh/100km en función de la autonomía homologada. En algunos casos como en el de el Renault ZOE el fabricante del vehículo aporta otro dato más cercano al consumo real: 14.6 kWh/100km y no los 105 kWh/100 km estimados mediante la cifra de autonomía homologada. 4.3. Estimación del coste de uso del vehículo eléctrico. Comparación con vehículos térmicos similares. Para realizar la comparativa hemos seleccionado el Renault ZOE y el Renault Clío, dado que se trata de dos vehículos de la misma marca de dimensiones similares y por tanto pertenecientes ambos al mismo segmento. Algunos de los parámetros adoptados para la realización de la comparación los hemos supuesto en anteriores apartados o vienen indicados de expresa forma por el fabricante. Así: • •• • Vamos a adoptar los consumos homologados según el ciclo NEDC para el Renault Clío. En el ZOE vamos a adoptar como una única cifra de consumo ponderada los 14.6 kWh/100 kilómetros expresados como consumo medio, dado que se desvía menos de los consumos reales. • •• • Vamos a estimar el ciclo de vida en 7 años dado que es un tiempo razonable para la vida de la batería. (Nissan y Renault las garantizan por 5 años en Europa. Tesla la garantiza por 8 años y 160.000 km). • •• • El kilometraje recorrido será de 180.000 kilómetros, de esta forma hacemos coincidir los intervalos de servicio de ambos modelos (en el caso del Clío en sus versiones tanto gasolina como gasóleo). • •• • Hemos escogido los niveles de equipamiento más básicos en ambos modelos. Aunque el equipamiento difiere ligeramente de uno a otro, para la comparativa nos vamos a centrar en los aspectos energéticos. Este punto juega ligeramente en contra del vehículo eléctrico puesto que aumenta el peso relativo del precio de la batería respecto al total. • •• • Todos los precios e impuestos han sido calculados conforme a la normativa vigente y según el precio propuesto por el fabricante. Los descuentos especiales (en el caso del ZOE por ser eléctrico) están incluidos, los descuentos coyunturales aplicables a los tres han sido desestimados (el Plan PIVE). • •• • Hemos seleccionado dos posibles escenarios para el uso de la batería, uno mediante alquiler y otro con el coste de compra estimado para el mercado español. En el primer caso la batería está cubierta por la garantía incluida dentro de la cuota de alquiler. En el caso de adquisición de la batería, asumimos que esta será sustituida cuando alcance los 5 años o 100.000 kilómetros por una nueva, por lo que al coste de la inicial añadiremos el coste de la parte proporcional de la nueva batería. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 112 4.3.1. Características técnicas. Renault Clío 1,2 Authentique Renault Clío (1,5dCi)Authentique Renault Zoe Life Masas y dimensiones Longitud(mm) 4062 4062 4048 Ancho(mm) 1732 1732 1730 Alto(mm) 1448 1448 1568 Peso(kg) 1055 1146 1428 Propulsión Tipo Del. Transversal 4 cil. Del. Transversal 4 cil. Delantero transversal Combustible Gasolina Gasóleo Electricidad Cilindrada(cm^3) 1149 1461 n.a. Potencia(kW/CV) 55/75 55/75 65/88 Par motor(Nm) 107 200 220 Tipo batería n.a. n.a. Ión-Litio Capacidad(kWh) n.a. n.a. 22 Consumos y emisiones C. Urbano(l/100km) 7 4,3 n.a. C. Extraurbano(l/100km) 4,7 3,2 n.a. C. Mixto(l/100km) 5,5 3,6 n.a. Emisiones CO2(g/km) 127 95 0 Consumo ZE(Wh/km) n.a. n.a. 146 Prestacio nes Velocidad máxima(km/h) 167 168 135 Aceleración 0-100 15,4 14,3 13,5 Tabla 4.9 : principales características técnicas de los modelos en estudio. En la tabla anterior podemos observar que ambos vehículos son muy similares en cuanto a dimensiones y entrarían dentro del mismo segmento de mercado, cosa que no era posible realizar con cualquiera de los dos otros vehículos eléctricos comentados, dado que o bien las propias marcas no fabrican vehículos térmicos similares o bien el fabricante no ha querido facilitar ningún dato útil. Podemos observar que los vehículos difieren fuertemente en cuanto a la masa, siendo el ZOE 373kg más pesado que la versión gasolina del Clío y es debido al peso extra que aportan las baterías. La aceleración de los tres es similar aunque la velocidad en el Renault ZOE está limitada electrónicamente según el límite de revoluciones del motor dado que no dispone de cambio de marchas. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 119 Figura 4.14 : resumen del estudio comparativo, en siete años y 180.000 kilómetros. A la vista de los anteriores gráficos podemos observar que los gastos derivados de la adquisición, mantenimiento y operación de los vehículos comparados son muy similares en el tiempo y el kilometraje establecido, con excepción hecha del vehículo diésel. Así, en la peor situación contemplada, el vehículo eléctrico con las baterías en régimen de alquiler es tan sólo un 1.5% más caro que la versión gasolina. Por su parte, si optamos por la adquisición de las baterías, el precio es superior a la versión gasolina en un 1.1%. Por otro lado, la opción diésel es sensiblemente más económica a largo plazo como se muestra en este estudio, así, los vehículo eléctricos con baterías en alquiler y con baterías en propiedad son, respectivamente un 10.7 y un 10.3% más costosos a lo largo de su ciclo de vida. Figura 4.14 : comparación de los diferentes conceptos en los que se divide el coste total del vehículo eléctrico en función de si las baterías van incluidas o en alquiler. €0,00 €5.000,00 €10.000,00 €15.000,00 €20.000,00 €25.000,00 €30.000,00 €35.000,00 €40.000,00 Resumen general Renault Clío 1.2 Authentique Renault Clío 1.5dCi Authentique Renault Zoe Life (propiedad) Renault Zoe Life (alquiler) Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 120 En el gráfico anterior podemos confirmar lo ya anotado anteriormente, cómo en el caso de adquirir las baterías en propiedad junto con el vehículo, esto supone un desembolso de aproximadamente el 70% del coste total a lo largo de la vida del vehículo, mientas el alquiler no reduce el gasto total que prácticamente se mantiene constante, pero reduce el desembolso inicial al 42% del total del coste a lo largo de la vida útil del vehículo. Igualmente podemos observar que los costes relacionados con la operación, el coste de la energía, supone en ambos casos un 14%, bastante inferior a sus homólogos térmicos, particularmente en el caso del gasolina. Por tanto, en lo que a vehículos eléctricos se refiere, el coste que evidencian el propio vehículo y particularmente las baterías son dos factores determinantes a la hora de la adquisición del vehículo, pues suponen entre ambos alrededor del 70% (independientemente de cómo se distribuyan dichos costes) del coste del vehículo a lo largo de su vida útil, siendo este así mismo inferiormente dependiente del precio de la energía. Figura 4.15 : comparación de los diferentes conceptos en los que se divide el coste total del vehículo a lo largo del ciclo de vida estimado (gasolina y diésel). Observando el gráfico anterior vemos que en el caso de los vehículos térmicos, a diferencia de las opciones eléctricas, el coste de cada uno de los conceptos está repartido de forma más uniforme, aunque en el caso del vehículo de gasolina los gastos de operación son los más elevados de todos proporcionalmente, mientas el diésel se sitúa en una posición intermedia en este concepto. Por otro lado, el coste de adquisición del vehículo de gasolina es el más económico de todos mientras el diésel proporcionalmente se encuentra en el mismo caso que el vehículo eléctrico con las baterías en propiedad. En ambos casos, los vehículos térmicos son más sensibles en sus costes a la variación del precio de los combustibles, dado que en el caso del vehículo diésel representan más del doble de la proporción de gasto frente al eléctrico, mientras en el caso del gasolina representa alrededor del triple. Una variación del precio del petróleo afectará en mayor medida a las opciones térmicas que a la eléctrica. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 121 4.4. Conclusiones. A la vista de los datos representados en el capítulo hemos podido obtener una serie de conclusiones relativas a los costes y gastos generados por el uso de la alternativa eléctrica frente a sus homólogos térmicos, así: • •• • La tecnología de movilidad eléctrica es una tecnología madura desde el punto de vista técnico y tecnológico, pues las prestaciones, capacidad de marcha y confort que es posible alcanzar con el vehículo eléctrico no difieren de las mismas en los vehículos térmicos. • •• • Por el contrario, no se trata de una alternativa económica madura, pues su fabricación en cortas series, hasta hace menos de una década de forma casi artesanal, no han permitido alcanzar unas cotas en cuanto a precios y costes que permitan su comercialización competitivamente en el mercado del automóvil. • •• • En términos de fabricación, el automóvil eléctrico no supone prácticamente ningún concepto nuevo que no se venga usando en la fabricación de vehículos térmicos, no supone un salto o una ruptura con las técnicas o tecnologías actuales. • •• • Los costes derivados de la fabricación tanto del vehículo eléctrico como de la batería suponen todavía el principal escollo para la implantación del vehículo eléctrico desde el punto de vista económico, dado que suponen la mayor parte de los costes del vehículo a lo largo del ciclo de vida útil del mismo. • •• • Al ser su demanda relativamente baja y su producción limitada (ningún vehículo eléctrico supone más de 35.000 unidades anuales) por este motivo, no se han alcanzado economías de escala ni en la fabricación del propio vehículo ni en las baterías, al menos no en los términos en que se mueven actualmente los vehículos térmicos. • •• • No es descabellado suponer reducciones en el precio de los vehículos en hasta un 25% dependiendo del modelo como consecuencia de la adopción de grandes series de fabricación, resultando en un precio de venta similar al de vehículos térmicos de similares características. • •• • La fabricación global de baterías de Litio para vehículos eléctricos ha aumentado un 70% en los últimos 4 años. • •• • Las reducciones de costes en las baterías han experimentado en los últimos 4 años caídas de hasta un 50%, fruto del avance en materiales así como en técnicas de fabricación. Hace unos 6-7 años la fabricación de baterías para vehículos eléctricos era prácticamente artesanal dada la práctica inexistencia de estos. • •• • Nuevos avances en la estandarización de componentes de las baterías pueden llevar a nuevas reducciones en sus costos de fabricación. Recordemos que en el caso de Nissan y Renault sus baterías se ensamblan a partir de módulos específicos diseñados para ellas, mientras en el caso de Tesla sus módulos se conforman a partir de un modelo de celda estandarizado fabricado por Panasonic. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 122 • •• • Aunque el descenso del precio de las baterías ha sido importante en el último lustro, no se esperan espectaculares reducciones en los próximos años salvo cambios tecnológicos en el área de materiales que lleven a la adopción de materiales más barato. Para finales de la década la producción podría doblarse o triplicarse frente a la actual, pudiendo en este caso significar ello importantes reducciones de precio. • •• • Los costes de operación y mantenimiento son sensiblemente inferiores a los de sus homólogos térmicos. • •• • Los costes de adquisición suponen una barrera importante a día de hoy a pesar de las ayudas gubernamentales en la compra de un vehículo eléctrico, suponiendo hasta un 70% del coste total a lo largo de la vida útil del vehículo. • •• • La alternativa del alquiler de baterías en lugar de su adquisición no reduce el coste global del vehículo, pero facilita el pago de una parte importante al aplazarlo y distribuirlo en el tiempo. • •• • Los vehículos térmicos son más sensibles a las fluctuaciones del precio de los combustibles, dado que el coste operativo de estos representa una mayor proporción frente al coste total que en el caso de los vehículos eléctricos. • •• • Actualmente el vehículo eléctrico se halla prácticamente a la par frente al vehículo térmico de gasolina en términos económicos, al ser tan sólo un 1% más costoso según las estimaciones realizadas, que en función de los parámetros escogidos podría variar el coste. • •• • Los parámetros escogidos para la comparación son relativos al uso de los vehículos en territorio español peninsular, pudiendo variar dichos parámetros en las islas o en otros países, así, por ejemplo, en países de la Unión Europea donde la gasolina alcanza de media 1.55 €/litro frente a los 1.45 €/litro utilizado en nuestra comparativa y además la energía eléctrica puede ser hasta un 30% más barata (0.1995 €/kWh frente a 0.1437 €/kWh) el vehículo eléctrico aventaja en términos económicos al térmico a gasolina en hasta un 10%. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 123 5. Formas de recarga. Propuesta y estudio de modelo comercial para la recarga de vehículos eléctricos. 5.1. La recarga de la batería del vehículo eléctrico. Modos, tipos y sistemas de recarga actuales. Para la recarga de las baterías de los vehículos eléctricos en la actualidad el método más extendido es el de recarga directamente de la red a través de algún tipo de conexión (puntos de recarga) establecida para ello. Normalmente estos pueden clasificarse en función de su localización (privado, público), del tipo de recarga según su potencia, según el protocolo de comunicación entre el punto de recarga y el vehículo (modo) y la compatibilidad del conector. Tipos de recarga. Normalmente se conoce por tipo de recarga a las diferentes posibilidades en cuanto a potencia eléctrica disponible para la recarga de la batería. Así, existen principalmente 3 tipos de carga: lenta, semirápida y rápida. Existe además un cuarto tipo, la recarga ultrarápida, únicamente en uso por Tesla. • Recarga lenta (o convencional): se trata por lo general de recarga monofásica con unos niveles de tensión y corriente similares a los de la vivienda, unos 230V y 16A, lo que supone una potencia nominal máxima de 3.7kW.Ello conlleva: o Recarga lenta: como su nombre indica, la capacidad máxima teórica de carga sería de 3.7kW a la hora, lo que para el tamaño de las baterías de coche actuales supone entre 6 y 8 horas. o Picos de tensión bajos: uno de los posibles problemas de la generalización del automóvil eléctrico es el hecho de que de conectar el parque de automóviles a la red de forma simultánea conllevaría un gran pico de potencia en el consumo de energía eléctrica. Con este tipo de recarga ese pico de potencia es el mínimo posible. o La recarga lenta aumenta la duración de las baterías: es posible que la recarga lenta sea la que afecta en menor medida la vida útil de la batería. • Recarga semirápida: la recarga semirápida utiliza el doble de amperaje (32A), dando con ello una potencia máxima de recarga de entre 3.7kW y hasta los 22kW, aproximadamente el doble: o Recarga más rápida: el doble de potencia de carga que la recarga lenta significa la mitad de tiempo de carga. o La recarga semirápida no afecta a la vida útil de la batería. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 124 • Recarga rápida: recarga a más de 22kW, normalmente hasta 50kW en corriente continua: o La recarga rápida utiliza una mayor corriente energética, consiguiendo reducir el tiempo de carga en gran medida. o Utiliza corriente continua en lugar de corriente alterna, cargando directamente la batería. o Los elementos necesarios tanto a nivel de vehículo (cargador) como a nivel de red (toma, creación de punto específico) son costosos por la alta exigencia a la que se ven sometidos. • Recarga ultrarápida: consiste en una carga con mayor potencia aún que la rápida, del orden de hasta 120kW, en muchos casos experimental con la excepción hecha de Tesla Motors, que la usa para su Model S. Modos de recarga. Los modos de carga dependen de los protocolos de comunicación entre el vehículo y el punto de carga, así, existen 4 modos fundamentales. • Modo 1: toma tipo Schuko o enchufe convencional, existente en todas las viviendas, cuyas características dependen únicamente de la red del lugar donde se halle. La conexión es directa y el cargador del vehículo se encarga de transformar la corriente alterna a corriente continua para la recarga de las baterías. • Modo 2: de forma similar al modo 1 se realiza a través de una toma tipo Schuko o convencional, pero en este caso existe un cierto grado de comunicación entre la toma y el vehículo, dado que la carga no se realiza de forma directa si no a través de un conector con sistema de seguridad integrado. Utiliza una intensidad de carga normalmente de 16 Amperios aunque puede ser limitado (caso de EEUU). • Modo 3: el modo de recarga 3 es el más indicado para vehículos eléctricos. En este modo, existe una “caja” de conexión propia para el vehículo eléctrico con esa única función. Incorpora sistemas de seguridad y dependiendo del modelo puede contar con sistemas de retraso y programación de la carga telemáticos. En este modo de recarga entra el tipo de conector de cada fabricante, así, dependiendo de este es posible que el punto no sea apto para todos los vehículos. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 125 • Modo 4: es el modo de recarga rápida, utiliza corriente continua que recarga de forma directa las baterías. No es un tipo de conexión común, sino específica de los puntos de recarga rápidos. No es viable para viviendas o vías públicas. Tabla 5.1 : diferentes modos de carga del vehículo eléctrico. Fuente: Circutor. Conectores. Los conectores son elementos fundamentales en la recarga del vehículo eléctrico y de ellos depende en muchas ocasiones el modo y el tipo de recarga que es posible llevar a cabo. Algunas asociaciones, como la SAE (Society of Automotive Engineers) están trabajando de cara a su estandarización, pues es posible que cada modelo de vehículo eléctrico tenga diferentes conectores para diferentes modos de carga y en un punto de recarga no sea posible conectar más de un modelo. Así, recientemente la ACEA (European Automobiles Manufacturer Association) y la SAE llegaron a un acuerdo para adoptar un conector para recarga combinada estándar, pero no han conseguido sumar a los fabricantes franceses (Renault, fundamentalmente) y japonenses (estándar CHAdeMO). • Conector tipo Schuko o convencional: responde al estándar CEE7/4 tipo F y es compatible con las tomas de corriente europeas, soporta 16A (carga lenta) y no es posible comunicación alguna entre el vehículo y la toma. • SAE J1772 o Tipo 1, es el estándar norteamericano específico para vehículos eléctricos y posee comunicación entre el vehículo y la red. Tiene 5 bornes: dos para corriente, una toma de tierra y otros dos para comunicación. Puede ser de dos niveles en función de la corriente que pase por el, siendo nivel 1 hasta 16 amperios para recarga lenta y nivel 2 hasta 80 amperios para recarga rápida. • Conector Mennekes o Tipo 2, conector alemán de tipo industrial con 7 bornes, los tres para las fases, neutro, tierra y dos para comunicación, aunque admite tanto la opción monofásica (16A y recarga lenta) como la trifásica (63A y recarga rápida). Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 126 • Conector combinado (CCS) o único, propuesto por SAE y ACEA como solución única, tiene 5 bornes, admite comunicación y es posible usarlo tanto para carga rápida como lenta. • Conector SCAME, fundamentalmente utilizado por los constructores franceses, puede tener 5 o siete bornes en función de que sea usado con corriente monofásica o trifásica. También posee comunicación pero únicamente admite recarga lenta o semirápida (32A), en ningún caso rápida. • CHAdeMO: es el conector estándar de los fabricantes japoneses, está pensado para recarga rápida en corriente continua, posee hasta diez bornes, comunicación y acepta hasta 200A para recargas ultrarápidas. Tabla 5.2 : tipos de conectores más usados en la recarga de vehículos eléctricos. Fuente: Circutor. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 127 Posibilidades de uso de la red con el modelo actual. Una de las ventajas fundamentales del sistema de recarga del vehículo eléctrico es la posibilidad de crear una red amplia que permite su uso en prácticamente cualquier lugar, desde lugares públicos hasta viviendas unifamiliares, aunque como todo sistema tiene sus ventajas y sus inconvenientes. Figura 5.1 : diferentes tipos y ubicaciones de puestos de recarga para el vehículo eléctrico. Fuente: Circutor. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 128 Ventajas del modelo actual. Entre las principales ventajas del sistema de recarga del vehículo eléctrico podemos citar: • Alta flexibilidad geográfica: allí donde se encuentre una red doméstica es posible instalar un punto de recarga, pudiendo ser cada uno propietario de su propio punto. Dependiendo de las características del punto serán necesarios distintos tipos de conectores y protecciones. • Red de generación y distribución completas: en la mayoría de países desarrollados existe una completa red de generación de energía eléctrica y de transporte y distribución de la misma, pudiendo llevar los puntos de recarga a cualquier lugar. • Independencia de la red: no es estrictamente necesario estar conectado a la red, dado que es posible instalar un punto de recarga en el mismo lugar donde se genera la energía, siendo posible hacerlo en cualquier propiedad con estas características (instalaciones fotovoltaicas particulares). • Sencillez y fiabilidad: se trata únicamente de tomas de corriente, no requieren ningún tipo de maquinaria y en los casos más sencillos (Modo1) tampoco requiere de sistemas especiales de protección o comunicación, lo cual redunda en un coste contenido. • Flexibilidad en la modalidad de carga: pudiendo elegir los modos y los tipos, carga rápida o lenta, existe amplia variabilidad para satisfacer todas las necesidades de recarga. • Posibilidad de realizar cargas rápidas: en algunos modelos y con los estándares de conexión adecuados es posible realizar cargas rápidas (>50kW) que permiten en esos casos recargas del 80% de la batería partiendo desde 0 en menos de 30 minutos. Desventajas del modelo actual. Por otro lado, el modelo actual del sistema de recarga tiene una serie de inconvenientes que han limitado su implantación: • Baja demanda o “círculo cerrado”: una baja demanda del vehículo eléctrico condiciona una escasa demanda de puntos de recarga, además, dicha demanda puede ser baja y estar a la vez muy distribuida, haciendo del punto de recarga una inversión difícilmente amortizable. Una escasa red de recarga dificulta la adopción del vehículo eléctrico de forma masiva, con lo que nos encontramos en un bucle de difícil solución. • Estaciones de carga lenta: o Escasa potencia de carga: en muchos casos la potencia disponible para la recarga es escasa (<4kW) lo que provoca, en los modelos actuales, tiempos de recarga de hasta 8 horas para obtener menos de 200km de autonomía. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 135 Figura 5.6 : estación tipo de BetterPlace y Renault Fluence ZE saliendo de la misma. Tesla. Aunque todavía es una instalación experimental en fase de construcción, Tesla Motors ha apostado también por el intercambio de baterías, aunque en su caso de forma más destinada a la investigación que a una verdadera alternativa comercial, así, tiene previsto inaugurar su primera estación de cambio de baterías a fines de 2014, aunque el caso de Tesla es un tanto particular dado que no alquila las baterías de sus automóviles, únicamente las vende. 5.3. Estudio de viabilidad económica del modelo de intercambio de baterías en régimen de alquiler. 5.3.1. El modelo escogido. Consideraciones previas. El modelo de intercambio de baterías. Como se ha visto en apartados anteriores, el vehículo eléctrico enfrenta varios problemas que limitan sus características y reducen su aceptación en el mercado del automóvil. Algunos de los principales problemas son de tipo económico como los elevados precios de la fabricación de baterías y vehículos mientras otros son de tipo técnico, como la escasa autonomía y los problemas (o limitaciones) a la hora de recargar las baterías. Tanto la autonomía como las limitaciones a la hora de recargar suponen el principal impedimento para el vehículo eléctrico y están estrechamente relacionados: una autonomía escasa (< 150 km) no sería problema grave si existiera una red de recarga adecuada y esta fuera capaz de dar una respuesta acorde a las necesidades de movilidad de los potenciales usuarios, pero esto no es posible ni parece que lo vaya a ser en el corto o medio plazo, por lo que se buscan alternativas como el modelo de intercambio de baterías. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 136 El modelo de cambio de baterías supone la superación de la mayoría de los obstáculos de tipo técnico, dado que permite la recuperación de la autonomía en apenas minutos, sin la necesidad de cambiar sustancialmente el paradigma actual de repostaje de vehículos convencionales, al tardar un tiempo similar y poderse realizar en circunstancias e infraestructuras similares. Además, permite la recarga lenta de las baterías de forma programada, lo que permitiría recargar dichas baterías en horarios valle cuando la demanda es menor, evitando sobrecargas en la red debido a picos de demanda y ahorrando costes, dado que la recarga en horario valle y tarifa industrial (6 Períodos) es sustancialmente más asequible que la tarifa doméstica de último recurso. También podrían usarse energías renovables propias como placas solares o energía eólica en horario nocturno. No es, sin embargo, capaz de solucionar otros problemas de tipo técnico como es el hecho de que la necesaria estandarización para la recarga sería en este caso igualmente necesaria para suponer un ahorro de costos importante. En el modelo de BetterPlace la propia compañía era la propietaria de todas las baterías en circulación en los modelos que se vendieran bajo su modo de operar, siendo el usuario únicamente propietario del vehículo y pagando una cuota mensual por el servicio. El estudio que aquí se propone es un modelo similar con algunas variaciones: • La compañía no es propietaria de las baterías, únicamente arrienda al fabricante el número que desee operar en sus instalaciones. • Las instalaciones no tienen por qué pertenecer a una única compañía, pueden operarse en régimen de concesión, dado que el negocio consiste en la prestación de un servicio, no en la venta de elementos físicos. • El propietario del vehículo no tiene relación contractual con la compañía prestataria del servicio. Puede acudir al mismo cuando lo desee si lo desea, abonando la tasa correspondiente por el mismo. • El propietario del vehículo no lo es de las baterías, si no que las obtiene en régimen de alquiler (similar al modelo actual en Renault-Nissan). La no propiedad por parte de la compañía que explote las instalaciones de las baterías evita la creación de un régimen de monopolio práctico como ocurrió con BetterPlace, que puede ser fuente de controversia, dudas por parte de los potenciales clientes (al disponer únicamente de las instalaciones de una compañía) y problemas con las administraciones reguladoras del mercado. Por otro lado, el hecho de que mediante este sistema cualquier propietario de las instalaciones necesarias puede entrar en el circuito de cambio de baterías sin más que aportar las instalaciones al circuito y el arrendamiento de las baterías para dichas instalaciones facilita el acceso al mercado de potenciales oferentes. Así, la inversión inicial se reduce a construcción y puesta en funcionamiento de las instalaciones necesarias para la prestación del servicio y estas pueden pertenecer a diferentes propietarios. De forma similar, cuando se llegue a la estandarización de las baterías y se liberen las patentes de las mismas el número de fabricantes de las mismas podrá ser amplio, de forma similar al mercado de las baterías y pilas domésticas actual. De esta forma, el propietario de las instalaciones es libre de contratar el arrendamiento de las baterías con diferentes fabricantes, evitando de nuevo la Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 137 creación de monopolios. En un caso ideal de mercado maduro y estable sería un modelo similar al actual para las estaciones de servicio. Cuando una batería alcance el final de su vida útil, su capacidad de carga sea inferior al 75%, esta será retirada de circulación por el fabricante y repuesta por una nueva unidad en la misma estación en que fue detectada. El modelo de alquiler de baterías. Como se pudo ver en capítulos anteriores, uno de los factores determinantes del precio de un vehículo eléctrico para el usuario es la batería, que puede alcanzar aproximadamente un 30% del valor de venta final del vehículo y, particularmente en vehículos de marcas generalistas, supone un sobrecosto excesivo y una importante barrera de cara a su comercialización. Para paliar este importante hándicap del vehículo eléctrico la compañía Francesa Renault, una de las pioneras en el lanzamiento comercial de vehículos eléctricos, lanzó sus vehículos con las baterías en régimen de alquiler, como medida para abaratar el coste de adquisición. Como se ha podido ver anteriormente, el alquiler de la batería no evita el pago de la misma, pero permite hacerlo de forma continua a lo largo del tiempo, reduciendo así el coste inicial de adquisición del vehículo. En el caso de Renault, el precio mensual de alquiler de las baterías varía en función del kilometraje estimado y de la duración del contrato de la siguiente forma: Duración del contrato en meses 12 24 36 48 60 72 84 Kilometraje anual 2500 X X X X 79,00 € 79,00 € 79,00 € 5000 X X 79,00 € 79,00 € 79,00 € 79,00 € 79,00 € 7500 X 89,00 € 79,00 € 79,00 € 79,00 € 79,00 € 79,00 € 10000 X 89,00 € 79,00 € 79,00 € 79,00 € 79,00 € 79,00 € 12500 99,00 € 89,00 € 79,00 € 79,00 € 79,00 € 79,00 € 79,00 € 15000 106,00 € 96,00 € 86,00 € 86,00 € 86,00 € 86,00 € 86,00 € 17500 114,00 € 104,00 € 94,00 € 94,00 € 94,00 € 94,00 € 94,00 € 20000 122,00 € 112,00 € 102,00 € 102,00 € 102,00 € 102,00 € 102,00 € 22500 132,00 € 122,00 € 112,00 € 112,00 € 112,00 € 112,00 € 112,00 € 25000 142,00 € 132,00 € 122,00 € 122,00 € 122,00 € 122,00 € 122,00 € 27500 152,00 € 142,00 € 132,00 € 132,00 € 132,00 € 132,00 € 132,00 € 30000 162,00 € 152,00 € 142,00 € 142,00 € 142,00 € 142,00 € 142,00 € 32500 172,00 € 162,00 € 152,00 € 152,00 € 152,00 € 152,00 € 152,00 € 35000 182,00 € 172,00 € 162,00 € 162,00 € 162,00 € 162,00 € 162,00 € 37500 192,00 € 182,00 € 172,00 € 172,00 € 172,00 € 172,00 € 172,00 € 40000 202,00 € 182,00 € 182,00 € 182,00 € 182,00 € 182,00 € 182,00 € Tabla 5.3 : precios oficiales del alquiler de baterías para Renault ZOE en Europa. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 138 Sin embargo Renault no ofrece (aún) la batería en propiedad como si hacen algunos de sus competidores como Nissan o Tesla, aunque la presión del mercado le ha llevado a adoptar también esta posibilidad en países como Noruega y probablemente es una oferta que alcanzará al total del mercado europeo. La razón detrás del deseo de algunos clientes de obtener las baterías en propiedad reside en el hecho de que existen quienes pueden optar por comprarlas en primer lugar, y en segundo en el hecho de que la dependencia del vehículo eléctrico de las baterías es total, dado que no existen aún en el mercado baterías a la venta para su sustitución, de forma que un contrato de alquiler puede dejar al comprador del vehículo sin la batería en caso de litigio con su propietario, resultando en un vehículo inservible. Desde el punto de vista del modelo propuesto para el intercambio de baterías no tiene sentido la adquisición por parte del propietario de las baterías, dado que no es posible entrar de esta forma en el circuito de intercambio de baterías. Consideraciones previas. Para el estudio del modelo propuesto y su análisis de viabilidad económica se toman en primer lugar una serie de condiciones previas: • El dimensionamiento de la instalación es similar a una estación de servicio actual con un servicio de alrededor de 3.000.000 de litros de carburante anuales. El horario de apertura será de 8 a 22 horas. • Se estima que en dicha instalación ha lugar para 200 baterías. • Se estima la demanda de forma constante a lo largo de las horas del día con especial aprovechamiento del horario nocturno o valle para la recarga, en una tarifa de 6 periodos. (ver anexo) • Para el estudio de impacto económico sobre los clientes y para determinar el precio de arrendamiento de baterías de la instalación se estima que de media los conductores en España recorren 12.500 kilómetros al año. 20 • Se supone que la carga a realizar sobre las baterías depositadas en la estación va a ser completa, de 22 kWh, a pesar de que en la realidad esto no vaya a ser así nunca, dado que difícilmente el usuario acudirá a la estación sin ninguna capacidad. El objeto de aceptarlo así es el hecho de que es imposible determinar una cantidad mínima a partir de la cual los usuarios van a acudir al servicio. Además, la energía sobrante en cada batería no es necesario reponerla y por tanto le resulta gratuita a la estación. • No se va a tomar en cuenta la posible pérdida de capacidad con el tiempo de la batería (nunca a niveles inferiores al 80%) dado que la rotación de las mismas hace imposible determinar un estado medio de conservación. 20 Estudio del año 2012 de seguros.es para las compañías aseguradoras cifra la media anual en 12.200 km. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 139 5.3.2. Estimación de inversiones y gastos requeridos para la puesta en marcha y operación de la instalación de intercambio de baterías. Inversiones a realizar. Dado que en la actualidad no existe ninguna instalación de este tipo operativa a nivel mundial, se hace muy difícil realizar una estimación precisa aproximada del coste de una instalación de este tipo, no obstante la instalación reúne una serie de características muy similares a una estación de servicio convencional con algunas diferencias, de forma que tomaremos los costes de inversión de estas como referencia aproximada. Así: • En 2009, Shai Agassi, CEO de BetterPlace 21 dijo en una entrevista que cada una de sus estaciones suponía una inversión de alrededor de 500.000 $ (362.000 €). • Existen propuestas de proyectos para la instalación de estaciones de servicio completas por alrededor de 400.000 €. • Existen franquicias disponibles de estaciones de servicio “low cost” con necesidades de inversión de 290.000 € completas. • En portales de traspaso de negocios existen ofertas públicas de traspaso de estaciones de servicio completas en funcionamiento entre 350.000 € y 3.000.000 €. En el caso actual vamos a optar por una instalación similar a una estación de servicio completa con servicios accesorios (tienda de proximidad y túnel de lavado). A la vista de lo anterior se estima un precio de 1.000.000 € repartido de la siguiente manera 22 : • Construcción del edificio principal: 300.000 €. • Tren de lavado: 240.000 €. • Construcción y equipamiento tienda: 180.000 € • Maquinaria de almacenamiento y carga de baterías: 250.000 €. • Mobiliario general y señalización: 30.000 €. 21 BusinessInsider, 21 April 2009. 22 PFC: Ampliación de las instalaciones de un supermercado, Aida Moya Turbica, 2003. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 140 Las amortizaciones se llevarán a cabo anualmente de acuerdo a la siguiente tabla: Concepto % anual Capital anual Instalación prpal. 5 15.000,00 € Tienda 5 9.000,00 € Mobiliario 10 3.000,00 € Maquinaria 6 15.000,00 € Túnel de lavado 6 14.400,00 € TOTAL 56.400,00 € Tabla 5.4 : tabla de amortización de la inversiones. Gastos corrientes. Existen una serie de gastos necesarios para poner en marcha la instalación y asegurar su correcto funcionamiento: • Personal. • Compras de materias primas. • Compra de material para la tienda. • Gastos de mantenimiento. • Gastos de gestión medioambiental. • Servicios profesionales. • Consumos generales: agua, luz, comunicaciones. • Seguros. • Tributos. • Material de oficina. • Suministros informáticos. • Limpieza. • Consumibles. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 141 Se ha realizado una estimación de todos los gastos anteriores por similitud con una estación de servicio convencional de la compañía Zoilo Ríos 23 : Concepto Cantidad Compras tienda 53.200,00 € Mermas 1.000,00 € Mantenimiento 12.000,00 € Gestion Medioambiental 1.100,00 € Servicios profesionales 2.500,00 € Publicidad/Promociones 1.500,00 € Agua 6.000,00 € Electricidad(usos comunes) 12.000,00 € Teléfono 2.000,00 € Comunicaciones 1.000,00 € Arrendamientos terreno 72.000,00 € Seguros 8.000,00 € Comisiones bancarias 8.000,00 € Amortizaciones 56.400,00 € Tributos 1.000,00 € Personal 101.000,00 € Material de oficina 600,00 € Suministros informáticos 2.000,00 € Limpieza 600,00 € Consumibles 1.500,00 € TOTAL 343.400,00 € Tabla 5.5 : estimación de gastos corrientes de la instalación propuesta para el cambio de baterías. 23 Cortesía de la compañía. Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 142 Gastos operativos Por gastos operativos entendemos los gastos que será necesario cubrir para que las instalaciones puedan trabajar con su principal fuente de ingresos, el intercambio de baterías Por ello, tenemos dos conceptos fundamentales, el arrendamiento de la batería y el coste de la electricidad consumida. Alquiler de las baterías. Las baterías serán arrendadas por el propietario de la instalación al fabricante. El precio de arrendamiento se calcula mediante la tabla de alquiler de baterías que ofrece Renault, para un recorrido de 12.500 kilómetros anuales a la máxima duración posible, dado que el contrato de arrendamiento es indefinido. Esto da un precio de 79 €/mes y garantiza por parte del fabricante la batería por 5 años o 100.000 kilómetros. Dado que en el modelo la instalación dispondrá de 200 baterías para recarga, el coste del alquiler de las mismas asciende a 15.800 € impuestos incluidos. El coste total anual por este concepto es de 189.600 €. Recarga de la batería. Estimación del coste de la energía consumida. Demanda. La recarga de las baterías se va a llevar a cabo mediante slots de carga individuales según el Modo de carga 3 con una potencia de entre 3.7 y 22kW, lo que nos arroja un tiempo de carga por batería de entre 1 y 6 horas. Se utilizará una potencia de 7.3kW para realizar la recarga en 3 horas. No se tienen en cuenta pérdidas posibles que puedan conllevar más tiempo al representar estas menos de un 10%, de forma que contrarresta la carga mínima con que el usuario acudirá a la estación. La energía eléctrica se va a calcular mediante la tarifa 6Períodos (6.2 en este caso) dado que se dispone del tiempo en horario nocturno para la recarga y es posible la programación horaria (en Modo 3) de la carga, resultando de este modo más económico. La estimación de la demanda se realiza mediante comparación con una estación de servicio como la expresada anteriormente. Suponemos que el total de cambios a realizar el día de máxima afluencia es de 700 cambios, siguiendo un patrón de consumo similar al de dicha estación de servicio: Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 143 Figura 5.7 : patrón de repostaje semanal de los usuarios de la estación de servicio escogida como modelo. Fuente: Zoilo Ríos. Suponemos igualmente el día de mayor afluencia el viernes con un total de 700 cambios de batería, número similar al de operaciones realizadas en la estación de servicio, lo que nos deja una media de 611 cambios diarios, 360 días al año, 221.760 cambios anuales. Hemos supuesto una distribución uniforme de la demanda, de forma que se realizarán un total de 44 intercambios por hora. Aunque lo ideal sería realizar la recarga en horario nocturno, en previsión de que la demanda pudiera variar se contratará potencia en todos los periodos tarifarios y se iniciará la carga de 40 baterías por hora según se ha estimado para compensar la demanda (ver anexo I). Teniendo en cuenta la demanda estimada y, considerando la tarifa 6.2, con un consumo total de 4.878.720 kWh, el precio total a pagar en concepto de energía eléctrica al año asciende a 446.784,97 €. 14% 14% 15% 14% 16% 14% 12% 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18% Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo Porcentaje de actividad diaria Análisis de los efectos del uso de los combustibles derivados del petróleo y estudio de viabilidad del modelo de intercambio de baterías para el vehículo eléctrico. Memoria Página 144 Coste total peajes de potencia 59.252,70 € Coste total electricidad consumida 246.113,19 € Coste total energía 305.365,89 € Recargo 15% 351.170,77 € Impuesto elec. (x1,05808x4,864%) 18.073,01 TOTAL 369.243,78 € IVA (21%) 77.541,19 € TOTAL FINAL 446.784,97 € Consumo total (kWh) 4.878.720,00 Precio medio (kWh) 0,09158 € Tabla 5.6 : consumo anual de electricidad. Los gastos operativos relativos por unidad (en este caso el kWh) decrecen a medida que aumentan de forma global, por ello, a mayor instalación y mayor consumo de electricidad los gastos operativos son mayores pero el precio por unidad se reduce, pudiendo presentar un mayor margen operativo. Finalmente, los gastos totales operativos anuales ascienden a un total de 636.384,97 € al sumar los gastos derivados del arrendamiento de las baterías a los producidos por el consumo eléctrico. Resumen gastos corrientes y operativos. Tabla resumen con los principales gastos a cubrir para el resultado de la estación: Total corrientes 343.400,00 € Total operativos 636.384,97 € TOTAL GENERAL 979.784,97 € Tabla 5.7 : resumen de los gastos comunes anuales para el funcionamiento de la instalación.