Un análisis de los efectos de la introducción del vehículo eléctrico sobre el mercado eléctrico español

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español Autor: Manuel López Moreno Tutores: Dr. Fernando Núñez Hernández Dr. Ángel Arcos Vargas Dpto. de Organización Industrial y Gestión de Empresas I Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 20 20 iii Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español Autor: Manuel López Moreno Tutores: Dr. Fernando Núñez Hernández Profesor Titular de Universidad Dr. Ángel Arcos Vargas Profesor Contratado Doctor Dpto. de Organización Industrial y Gestión de Empresas I Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 v Trabajo Fin de Grado: Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español Autor: Manuel López Moreno Tutores: Dr. Fernando Núñez Hernández Dr. Ángel Arcos Vargas El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2020 El Secretario del Tribunal vii A mi familia ix Agradecimientos Todo lo que tengo y lo que soy se lo debo a mi familia. Gracias a mis padres por ayudarme, animarme y aguantarme, lo que no siempre es fácil. Gracias a mis hermanos por estar siempre ahí, por enseñarme paciencia, empatía y cariño, con vosotros sé que nunca estaré solo. Gracias al Colegio Mayor San Juan Bosco por acogerme durante toda mi etapa universitaria y por todos los buenos amigos que me ha dado y que me llevo para toda la vida. Gracias también a mis tutores, por su paciencia y sus consejos. Sin ellos este trabajo no habría sido posible. Manuel López Moreno Sevilla, 2020 xvii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Tipos de baterías más comunes en los coches eléctricos. Fuente: RACE, Real Automóvil Club de España. 17 Tabla 2: Resumen de los conectores con las cargas más utilizadas en cada uno de ellos. Fuente: elaboración propia. 21 Tabla 3: Vehículos eléctricos más vendidos en España, primer semestre de 2020. Fuente: Ideauto (Instituto de Estudios de Automoción) y los diferentes fabricantes de vehículos. 27 Tabla 4: Escenarios simulados. 29 Tabla 5: Ofertas de venta en el mercado diario. Fuente: OMIE. 45 Tabla 6: Ofertas de compra en el mercado diario. Fuente: OMIE. 46 xix ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: Nuevas matriculaciones de turismos eléctricos en España. Fuente: EAFO, European Alternative Fuels Observatory. 14 Figura 2: Puntos de recarga en España. Fuente: EAFO. 15 Figura 3: Esquema de la carga en modo 1. 18 Figura 4: Esquema de la carga en modo 2. 18 Figura 5: Esquema de la carga en modo 3. 19 Figura 6: Esquema de la carga en modo 4. 19 Figura 7: Comparativa de los porcentajes de turismos eléctricos. España vs. Unión Europea. Fuente: EAFO. 23 Figura 8: Coches eléctricos en la Unión Europea según tipo. Fuente: EAFO. 24 Figura 9: Coches eléctricos en España según tipo. Fuente: EAFO. 24 Figura 10: Comparativa vehículos eléctricos por países. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de IEA y EAFO. 25 Figura 11: Simulador de recarga del vehículo eléctrico. Fuente: REE. 27 Figura 12: Comparativa demanda promedio de electricidad para un día laborable en invierno y demanda promedio de 2018. Fuente: REE. 30 Figura 13: Comparativa de demandas en los diferentes escenarios para un día laborable en invierno. Fuente: REE. 31 Figura 14: Comparativa demanda promedio de electricidad para un día festivo en invierno y demanda promedio de 2018. Fuente: REE. 32 Figura 15: Comparativa de demandas en los diferentes escenarios para un día festivo en invierno. Fuente: REE. 33 Figura 16: Comparativa demanda promedio de electricidad para un día laborable en verano y demanda promedio de 2018. Fuente: REE. 34 Figura 17: Comparativa de demandas en los diferentes escenarios para un día laborable en verano. Fuente: REE. 35 Figura 18: Comparativa demanda promedio de electricidad para un día festivo en verano y demanda promedio de 2018. Fuente: REE. 36 Figura 19: Comparativa de demandas en los diferentes escenarios para un día festivo en verano. Fuente: REE. 37 Figura 20: Las curvas de oferta y demanda del mercado y el equilibrio. 40 Figura 21: Desplazamiento de la demanda y nuevo equilibrio. 41 Figura 22: Diferenciales de los escenarios 1, 2 y 3. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 42 Figura 23: Diferenciales de los escenarios 4, 5 y 6. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 42 Figura 24: Diferenciales de los escenarios 1 y 4. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 43 Figura 25: Curvas agregadas de oferta y demanda. Fuente: OMIE. 47 Figura 26: Evolución anual del precio de equilibrio sin VE. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 49 Figura 27: Evolución anual de la demanda de equilibrio sin VE. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 50 Figura 28: Evolución anual de la media diaria del diferencial de la demanda de equilibrio. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 51 Figura 29: Evolución anual de la media mensual del diferencial de la demanda de equilibrio. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 52 Figura 30: Evolución anual de la media diaria del diferencial del precio de equilibrio. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 53 Figura 31: Evolución anual de la media mensual del diferencial del precio de equilibrio. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 53 Figura 32: Evolución del precio de la electricidad el día 15 de enero. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 55 Figura 33: Variación media en el precio de la electricidad ante un incremento porcentual en el número de vehículos eléctricos. Fuente: Elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 56 Figura 34: Evolución de la elasticidad precio de la oferta durante el año. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 57 xxi 1 1 INTRODUCCIÓN La Unión Europea, en adelante UE, busca avanzar hacia una economía neutra en carbono; esto significa que las emisiones de CO2 derivadas de la actividad humana en los diferentes países miembros deben ser, al menos, iguales que el CO2 que puede ser absorbido por la naturaleza (fundamentalmente océanos y bosques) y que el balance sea, por tanto, nulo. Esto se conoce comúnmente como huella cero de carbono. Para acercarse a este objetivo, la UE planteó una serie de metas con tres fechas clave: 2020, 2030 y 2050. La UE acordó en el año 2007, con la vista puesta en el año 2020, un bloque de medidas sobre el clima y el medio ambiente cuyos objetivos fundamentales eran los llamados “Objetivos 20-20-20”; esto es, reducir un 20% las emisiones de gases de efecto invernadero (respecto a los niveles de 1990), fijar en un 20% la energía consumida en la UE procedente de fuentes renovables y mejorar un 20% la eficiencia energética –eficiencia medida en términos de reducción del consumo de energía–. Estas acciones fueron incorporadas a la normativa europea en el año 2009, a través de la Directiva 2009/28 CE de Energías Renovables. En el año 2014 se fijaron los objetivos de cumplimiento de la agenda medioambiental para el año 2030, y posteriormente, en el año 2018, dichos objetivos fueron revisados al alza. Los puntos principales de este marco de actuación son: al menos un 40% de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, al menos un 32% de cuota de energías renovables y al menos un 32,5% de mejora de la eficiencia energética. Para 2050, el objetivo es alcanzar una economía neutra en carbono, aunque las medidas concretas que se van a articular para lograr esta meta se tienen que discutir en el presente año 2020. Centrándonos en el marco de actuación planteado para cumplir los objetivos mencionados en primer lugar, aquellos con fecha límite en 2020, y en concreto en el objetivo de utilización de energías renovables, los Estados miembros acordaron objetivos nacionales vinculantes que se establecieron siguiendo dos criterios: la producción de energías renovables de cada Estado miembro y la capacidad para poder incrementarla. Con estas medidas, la UE pretende conseguir, además del ya referido porcentaje del 20% de energía renovables, un objetivo añadido: que el 10% de la energía utilizada en el transporte provenga de fuentes renovables. Para España, el objetivo del porcentaje de participación de las energías renovables con respecto al total de la energía generada a nivel nacional se fijó en el 20% en la normativa llamada Ley de Economía Sostenible, que proporciona al Plan de Energías Renovables 2011-2020 el apoyo legislativo necesario para el logro de sus objetivos, entre dichos objetivos el acordado con la UE Introducción 2 sobre energías renovables. En España, según informa Red Eléctrica Española (REE) en su “Informe del Sistema Eléctrico Español 2018” [1], un 46,7% de la potencia eléctrica instalada en 2018 correspondía a instalaciones de energía renovable. Sin embargo, y según ese mismo informe, la cuota de la demanda de energía que se ha cubierto con energías renovables se ha mantenido relativamente estable desde 2013 (41,9% en 2013, 42,3% en 2014, 36,7% en 2015, 40,5% en 2016, 33,7% en 2017 y 40,1% en 2018). El consumidor, cada vez más concienciado con el mantenimiento del medio ambiente, empieza a utilizar productos más respetuosos con la naturaleza (transporte, alimentación, textil…). Uno de estos productos cotidianos, utilizado por hogares y empresas, cuyo uso ha aumentado, es el vehículo eléctrico, que empieza sustituir al vehículo de combustión. Por otra parte, los consumidores del vehículo eléctrico ven incentivado su uso mediante políticas de ayuda que provienen de todos los niveles de la Administración Pública (estatal, municipal, …), incentivos como el acceso con vehículos eléctricos a zonas restringidas a los vehículos de combustión, la exención en algunos municipios de las tasas de circulación de vehículos y las ayudas estatales a la compra de vehículos eléctricos para fomentar la sustitución de los vehículos de combustión. Según datos de la Dirección General de tráfico (DGT), en 2018 [2], en España existían 14.563.270 vehículos de gasolina y 18.574.542 de gasoil. Asimismo, se prevé que para finales de 2020 existan en circulación unos 60.000 vehículos eléctricos. En esta misma línea, el estudio “Un modelo de transporte descarbonizado para España en 2050” realizado por Deloitte [3], estima que, para alcanzar la descarbonización del transporte de pasajeros en 2050, en 2030 debería haber entre 4,4 y 6 millones de vehículos eléctricos. El uso del vehículo eléctrico afectará directamente en la demanda de energía eléctrica, añadiendo una carga eléctrica a la red con el objetivo de cargar las baterías que alimentarán el motor eléctrico que lo propulsa. Un mayor número de coches eléctricos, por tanto, exigirá mayores cantidades de electricidad, lo que se traduce en una presión mayor sobre las instalaciones eléctricas ya existentes y en cambios significativos en el precio de la electricidad. El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado es analizar los efectos que causará sobre el mercado diario eléctrico español la introducción de automóviles alimentados por energía eléctrica. Como destacan Arcos, Maza y Núñez [4], el impacto de este tipo de vehículos dependerá de la penetración de éstos, que vendrá condicionada por una serie de barreras (económicas, técnicas y de infraestructura). Por supuesto, al coche eléctrico también lo acompañan una serie de instalaciones imprescindibles para su uso: electrolineras y puntos de carga particulares con diferentes niveles de inteligencia en la gestión de la carga. Todos estos factores influirán en los efectos anteriormente mencionados, por lo que su análisis también forma parte de este trabajo. Para ello, se ha optado por dividir el proyecto en seis secciones. Tras esta introducción, numerada como sección 1, en la 3 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español sección 2 se realiza una breve presentación de los principales organismos que constituyen el sector eléctrico tanto a nivel español como europeo, para posteriormente exponer el funcionamiento del Sistema Eléctrico Español. La sección 3 desarrolla un análisis integral del coche eléctrico: introducción histórica, tecnología empleada actualmente, evolución de la implantación del vehículo eléctrico en España (y comparación con la existente en otros países) y, para terminar, descripción de los distintos escenarios posibles de implantación del vehículo eléctrico en el Reino de España, escenarios que se van a emplear en el análisis empírico que proponemos y que desarrollamos en secciones posteriores. La sección 4 ofrece una introducción teórica a algunas de las hipótesis sobre las que se fundamenta este trabajo, como la existencia de un mercado cercano que se puede suponer en competencia perfecta. Bajo dicho marco teórico, se introducen una serie de conceptos importantes, como el equilibrio del mercado o la elasticidad. Además, también se explica la obtención de los datos necesarios para el análisis del mercado eléctrico en los escenarios de implantación del coche eléctrico anteriormente mencionados. Por su parte, la sección 5 desarrolla un análisis de estática comparativa del mercado diario de la electricidad en España (analizando precios y cantidades horarios del año 2018), que consiste en comparar el antes y el después de la introducción del coche eléctrico, variando (como consecuencia de dicha introducción) la demanda de electricidad y dejando el resto de variables del mercado constantes (aplicamos por tanto el principio ceteris paribus). Finalmente, la sección 6 expone las principales conclusiones extraídas del proyecto. El Sistema Eléctrico Español 10 o Regulación terciaria: Está compuesta por la variación máxima de potencia que se puede reclutar como máximo en 15 minutos y puede sostenerse durante 2 horas. Su misión es la recuperación de la reserva secundaria. El precio y cantidad se regula a través de un mercado que tiene lugar a última hora el día antes de que se preste el servicio. Sólo conlleva remuneración si lo utiliza el Operador del Sistema.  Gestión de desvíos: Este método de control busca ajustar posibles desequilibrios detectados entre la generación y el consumo de electricidad tras el cierre de cada sesión del mercado intradiario pero antes de que se produzca el despacho de electricidad acordado en el mercado diario. Funciona mediante mecanismos de mercado, aunque sólo entra en funcionamiento si se supera un desequilibrio de 300 MW en media hora. 2.2. Actividades del sector eléctrico. La ley básica de partida de regulación del Sistema Eléctrico Español actual es la ley 54/1997, que ha sido actualizada por la ley 24/2013. Esta ley divide al sistema eléctrico español, como se ha comentado anteriormente, en dos actividades reguladas (transporte y distribución) y dos actividades liberalizadas (generación y comercialización). Las actividades de transporte y distribución tienen condición de monopolios naturales, ya que su estructura de costes presenta fuertes economías de escala. La actividad de transporte tiene como objetivo llevar la electricidad desde los lugares en los que se genera hasta el punto de entrega a los distribuidores, manteniendo calidad y seguridad en el suministro. Estaría formado por las líneas eléctricas y las redes de transformación que tienen, con carácter general, un valor igual o superior a 220 kV. La actividad de distribución recibe la electricidad de la red de transporte en las subestaciones eléctricas y las lleva hasta el consumidor final. En España existen 5 grandes distribuidoras y algo más de 300 pequeñas distribuidoras. La actividad de generación es la que se encarga de producir la energía eléctrica que luego utilizará la red de transporte. En 2018, en los sistemas peninsulares, el 21,5% de la producción fue de origen nuclear, el 19,8% eólico, el 14,1% carbón, el 13,8% hidráulico, 11,9% cogeneración, 10,7% ciclo combinado, 4,8% solar y un 3,4% de otras tecnologías, haciendo un total de 246.893 GWh. En los sistemas extrapeninsulares la generación se repartió entre las siguientes tecnologías: 47,5% fuel-gas, 4,4% eólica, el 17% carbón, 0,3% cogeneración, 25,9% ciclo combinado, 2,7% solar y un 2,2% en otras tecnologías, sumando un total de 14.081 GWh (fuente: REE, Informe del Sistema Eléctrico Español 2018). La comercialización se encarga de ofrecer al cliente final la electricidad y recibe a cambio una contraprestación económica por parte de éste. El suministro se realiza mediante alguna de las 11 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español siguientes formas:  Suministro de referencia: o Precio Voluntario para el Pequeño Consumidor (PVPC), que es un precio calculado por REE determinado por el precio de los mercados diario e intradiario. Pueden acogerse a ella los consumidores con potencia contratada menor a 10 kW. o Precio Fijo Anual en Mercado Regulado, que es el precio ofrecido por las comercializadoras de referencia (empresas obligadas al suministro por la Administración)  Mediante un contrato negociado con una comercializadora en el mercado liberalizado.  Mediante Bono Social, al que pueden acogerse los consumidores más vulnerables. 13 3 EL COCHE ELÉCTRICO 3.1. Historia Como ocurre con otros inventos, no podemos establecer un origen claro del primer prototipo de vehículo eléctrico (VE). Existían desarrollos tecnológicos de este tipo en Centroeuropa, Estados Unidos y Gran Bretaña en el primer tercio del siglo XIX. Como anécdota, el primer coche eléctrico en España lo diseñó el ingeniero industrial sevillano Francisco Domínguez-Adame Romero en 1946 y, con una autonomía de 80 kilómetros, lo utilizó como vehículo familiar durante 12 años. La utilidad de estos vehículos era muy limitada, debido fundamentalmente a las baterías: eran pesadas, no recargables y de baja capacidad, con lo cual, las distancias que se podían recorrer eran cortas, por lo que estos modelos se utilizaron en circuitos cerrados y no fueron considerados una alternativa viable de movilidad. Pese a ello, el vehículo eléctrico siguió evolucionando. En 1859 la invención de la batería recargable de plomo-ácido en Francia por parte del científico Gaston Planté impulsó la utilización de este tipo de vehículos. A partir de aquí se empieza a popularizar el uso del vehículo eléctrico, y por tanto su fabricación, aunque su utilización se limitó a recorridos urbanos. A final del siglo XIX, aparece el gran competidor del motor eléctrico: el motor de combustión interna. Ya en el siglo XX, en concreto en el año 1901, en Estados Unidos, el inventor Thomas Edison desarrolla una nueva batería de níquel-hierro que mejora las prestaciones de la batería de Planté. Los distintos desarrollos que se estaban produciendo en el ámbito del coche eléctrico parecían indicar que éste se encontraría en el futuro de la industria del automóvil, que se estaba desarrollando a principios de este siglo. En 1903 se crea la Ford Motor Company, fabricante de vehículos propulsados por motor de combustión, y en 1908, con la aparición de fabricación en serie de su modelo Ford T, se produce el principio del fin del coche eléctrico, que no volverá a tomar protagonismo hasta el siglo XXI. 3.2. Actualidad. El transporte representa un cuarto de las emisiones de gases de efecto invernadero en la Unión Europea [6]. La sustitución de los vehículos con motor de combustión interna por sus homólogos eléctricos es uno de los caminos más prometedores en la lucha contra el cambio climático. La reducción de los gases expulsados por los vehículos de combustión supone no sólo una disminución en las emisiones de gases de efecto invernadero, sino también una mejora directa en la calidad de vida de los seres vivos, puesto que la contaminación atmosférica, especialmente en las grandes ciudades, causa diversos problemas de salud, como aquellos que afectan al sistema respiratorio. El Coche Eléctrico 14 Las estimaciones realizadas por la Comisión de Expertos de Transición Energética [7] sitúan el número de turismos eléctricos en España en 2030 entre 1 y 2,4 millones. Figura 1: Nuevas matriculaciones de turismos eléctricos en España. Fuente: EAFO, European Alternative Fuels Observatory. Nota: BEV: Battery electric vehicle, PHEV: Plug-in hybrid electric vehicle. Sólo echando un vistazo a la prensa y a la información comercial de los diferentes fabricantes de vehículos, podemos observar que el coche eléctrico es ya una realidad, aunque aún serán necesarios algunos ajustes (tanto tecnológicos como de creación de incentivos para su uso) para que su adopción sea mayoritaria. Según un estudio de la consultora Deloitte [3] a final del año 2020 debería haber en España un parque de 300.000 vehículos eléctricos para cumplir los objetivos medioambientales comprometidos con la Unión Europea. La autonomía de los últimos modelos de coche eléctrico oscila entre los 200 y los 400 kilómetros. Ésta es una de las principales desventajas que presentan ante sus competidores de motor de combustión. Otras desventajas son que la red de puntos de recarga es todavía incipiente, que el tiempo de recarga no es comparable al de un vehículo de motor de combustión –un turismo eléctrico de gama media tarda en cargar el 70% de la batería, aproximadamente, entre 1 hora, usando la carga rápida, y 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Matriculaciones Año BEV PHEV Total 15 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español unas 24 horas, usando la carga doméstica– y que su precio es superior al de un vehículo de motor de combustión de una gama similar (entre un 50% y un 100% más caro). Figura 2: Puntos de recarga en España. Fuente: EAFO. Numerosas ciudades españolas han implementado medidas de apoyo a la utilización del vehículo eléctrico, como la exención del impuesto de circulación de vehículos o el uso de zonas restringidas a vehículos de motor de combustión. 3.3. Funcionamiento. Existen 4 tipos básicos de vehículos eléctricos:  HEV (Hybrid Electric Vehicle, Vehículo Eléctrico Híbrido).  PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, Vehículo Eléctrico Híbrido Enchufable).  BEV (Battery Electric Vehicle, Vehículo Eléctrico de Batería).  EREV (Extended Range Electric Vehicle, Vehículo Eléctrico de Autonomía Extendida). 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Número de puntos de carga Año Carga Rápida (>22 kW) Carga normal (<=22 kW) El Coche Eléctrico 16 - El HEV es un vehículo que tiene dos motores, uno de combustión y otro eléctrico, y que utiliza el motor eléctrico mientras exista carga en la batería y en ciertos rangos de conducción. Cuando no es posible esto, entra en funcionamiento el motor de combustión. La batería se carga mediante el motor eléctrico utilizando las frenadas y las inercias del motor de combustión. - El PHEV presenta las características de un híbrido y la batería puede recargarse externamente. Las baterías son de más capacidad que en los HEV y, por tanto, el modo eléctrico tiene más autonomía. - Los BEV, son los que podemos llamar “eléctricos puros”. Constan de motores eléctricos alimentados por una batería que se puede cargar externamente, conectándola a la red, o utilizando los sistemas de frenada regenerativa. - Los EREV son vehículos que llevan un motor de combustión que utilizan exclusivamente para cargar la batería, mientras que sólo el motor eléctrico se encarga de propulsar su movimiento. Por lo tanto tienen mayor autonomía que los BEV. Si bien, tienen el inconveniente de no ser eléctricos puros. En definitiva, los componentes fundamentales de un coche eléctrico (BEV) son: uno o más motores eléctricos, baterías y un sistema de carga. El motor eléctrico va acoplado al eje motriz. En el caso de que haya 2 motores se acoplan a cada uno de los ejes. Incluso hay casos en los que el vehículo tiene 4 motores eléctricos, cada uno de los cuales iría acoplado a cada una de las ruedas. Para turismos de gama media, el motor eléctrico que mueve al turismo oscila entre los 80 y los 100 kW de potencia. Por su parte, las baterías podemos encontrarlas de distintos tipos: níquel-cadmio, níquel-metalhidruro, ión-litio, polímero de litio y las de plomo-ácido, que están ganando popularidad de nuevo gracias al uso del grafeno. 17 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español Tabla 1: Tipos de baterías más comunes en los coches eléctricos. Fuente: RACE, Real Automóvil Club de España. Tipo de batería Ventajas Desventajas Ciclo de vida Mantenimiento Níquelcadmio Fiabilidad Posibilidad de reciclado total Alto precio Efecto memoria Contaminante Baja resistencia a la temperatura Entre 1500 y 2000 ciclos de carga-descarga Necesidad de cuidado específico Níquelmetalhidruro Reducción del efecto memoria Eliminan el cadmio Baja fiabilidad No soporta fuertes descargas Baja resistencia a la temperatura Entre 300 y 500 ciclos de cargadescarga Elevado Ión-litio Segura Ligera Eficiente No tiene efecto memoria Alto precio Frágil Necesita circuitería especial Entre 400 y 1200 ciclos de carga-descarga No requiere mantenimiento Polímero de litio Ligera Eficiente Alto precio Ciclo de vida corto Menos de 1000 ciclos de cargadescarga No requiere mantenimiento Plomo-ácido Bajo coste Buena respuesta en frío Pesadas Tóxicas Recarga lenta Entre 500 y 800 ciclos de cargadsecarga Mantenimiento periódico El Coche Eléctrico 18 3.4. Modos de carga. Existen hasta 4 modos de carga en los que se utilizan distintos conectores y que permiten distintas velocidades. - Modo 1: es un modo de carga que podemos denominar como “doméstico”. Consiste en un cable conectado a una base de enchufe tipo SCHUKO y que en el otro extremo del cable tiene un conector específico para el vehículo eléctrico. Sólo permite una carga lenta y carece de una protección eléctrica específica por lo que no es recomendable su uso para turismos eléctricos, sino para pequeños vehículos de movilidad individual (patinetes, bicicletas…). Figura 3: Esquema de la carga en modo 1. - Modo 2: en este modo existe una protección específica en el cable de conexión, que además permite la comunicación entre el vehículo y el punto de carga. La carga es lenta y los conectores normalmente son tipo SCHUKO en el lado del punto de carga (permite también otro tipo de conectores), mientras que son específicos en el extremo del vehículo. El punto de carga suministra corriente alterna (CA), por lo que dentro del vehículo existirá un convertidor de corriente alterna a corriente continua. Figura 4: Esquema de la carga en modo 2. 19 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español - Modo 3: en este modo el punto de carga suministra corriente alterna y permite una carga más rápida que los modos anteriores. Las protecciones y el control de la conexión se realizan en el lado de la red, lo que permite, por ejemplo, detectar que el coche no está conectado. Existe comunicación entre el vehículo y el punto de carga. El cable de conexión suele estar integrado por uno de sus extremos en el punto de carga y en el otro extremo tiene un conector específico para el vehículo. Al igual que en el modo 2, deberá exisitr un convertidor de corriente alterna a corriente continua. Figura 5: Esquema de la carga en modo 3. - Modo 4: la alimentación se produce en corriente continua lo que elimina la condición de tener un convertidor de corriente en el vehículo. Permite una carga rápida. El cable de conexión está integrado en el lado de la red y es específico en el extremo del vehículo. Figura 6: Esquema de la carga en modo 4. 3.5. Niveles de carga. La Sociedad de Ingenieros de Automoción (SAE, Society of Automotive Engineers) establece 3 niveles de carga según la transferencia de electricidad que se realice, con lo que se limita el uso de los El Coche Eléctrico 26  Acceso a zonas exclusivas de circulación y aparcamiento. Los vehículos eléctricos tienen acceso a circular en zonas restringidas prohibidas para los vehículos de combustión interna. Además, en algunas regiones se les autoriza a utilizar el carril Bus-VAO (Autobuses y Vehículos de Alta Ocupación). Numerosos ayuntamientos permiten también que los vehículos eléctricos estacionen en zonas de aparcamiento regulado (zonas azules) gratuitamente. En relación con las políticas de estímulo relativas al coche eléctrico, es interesante tener en cuenta el resultado obtenido por Núñez y Arcos [8], que destaca que, para apoyar el despliegue del vehículo eléctrico, resultan más efectivas aquellas políticas destinadas a favorecer las industrias auxiliares, como la de los puntos de carga, sobre las orientadas a estimular el mercado. 3.9. Modelos de vehículos eléctricos más vendidos en España. El incremento en la popularidad de los coches eléctricos ha llevado a que las diferentes empresas automovilísticas oferten numerosos modelos de este tipo de vehículos. Estos modelos tienen diferentes características, en función del público objetivo al que se dirigen. A continuación, se presenta una tabla comparando los 5 modelos de PHEV y los 5 modelos de BEV más vendidos en España en el primer semestre de 2020, ordenados por precio en orden creciente. En ella se han incluido los aspectos que los distintos constructores reflejan con mayor importancia en sus catálogos de venta, entendiendo que son los criterios de búsqueda principales de los futuros compradores. Para determinar la autonomía de las baterías, los fabricantes han seguido para todos los modelos expuestos el procedimiento WLTP (World Harmonized Light-duty Vehicle Test Procedure, Procedimiento de Ensayo de Vehículos Ligeros a Nivel Mundial). Éste es un nuevo estándar que busca medir el consumo de los vehículos de forma más realista que el estándar anterior, el llamado NEDC (New European Driving Cycle, Nuevo Ciclo de Conducción Europeo). Sobre la autonomía de la batería es importante destacar dos puntos. En primer lugar, la autonomía de los PHEV está referida a un modo de conducción completamente eléctrico, sin intervención del motor de gasolina. En segundo lugar, aunque la utilización del WLTP ofrece una imagen más real de la autonomía de las baterías, ésta depende de diversos factores: el estilo de conducción del usuario, el recorrido a realizar (pendientes, paradas, carga en el maletero, …) o incluso el clima. Los vehículos híbridos eléctricos enchufables (PHEV), como se ha comentado anteriormente, disponen de dos tipos de motores, uno eléctrico y otro de combustión. En modo eléctrico, el vehículo permite una autonomía en torno a 50 km. Los motores pueden funcionar independientemente o de forma conjunta. En la columna “potencia del motor”, para los PHEV, las potencia que se refleja es la del conjunto del sistema (suma de la potencia del motor de combustión y del motor eléctrico). 27 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español Tabla 3: Vehículos eléctricos más vendidos en España, primer semestre de 2020. Fuente: Ideauto (Instituto de Estudios de Automoción) y los diferentes fabricantes de vehículos. 3.10. Diferentes escenarios de implantación del vehículo eléctrico en España. Para conocer la demanda actual de energía eléctrica y el impacto que el coche eléctrico tendría sobre ésta, se ha utilizado el Simulador de Recarga del Vehículo Eléctrico disponible en la web de Red Eléctrica de España (https://www.ree.es/sites/all/SimuladorVE/simulador.php). Figura 11: Simulador de recarga del vehículo eléctrico. Fuente: REE. MODELO Nº PLAZAS CAPACIDAD MALETERO (litros) TIPO BATERÍA (kWh) AUTONOMÍA MÁXIMA (km) POTENCIA DEL MOTOR (kW) PRECIO (euros) SEAT Mii electric 5 251 100% VE 36,8 259 83 17.800 RENAULT ZOE 5 338 100% VE 40 - 52 390 80 - 100 28.485 - 32.162 PEUGEOT e-208 5 311 100% VE 50 340 100 30.050 NISSAN LEAF 5 394 100% VE 40 - 62 270 - 385 110 - 160 31.900 - 38.950 HYUNDAI IONIQ PHEV 5 341 PHEV 8,9 52 104 33.525 KIA Niro PHEV 5 324 PHEV 8,9 58 103 35.800 FORD KUGA PHEV 5 411 PHEV 14,4 56 168 37.800 PEUGEOT 3008 Hybrid 5 395 PHEV 13,2 53 212 38.700 MINI Cooper SE ALL4 Countryman 5 405 PHEV 10 52 162 41.800 TESLA Model 3 5 425 100% VE 50 - 75 409 – 560 228 - 365 49.000 - 65.300 El Coche Eléctrico 28 Como se puede observar en la imagen, este simulador permite modificar los siguientes parámetros:  Año: para este estudio se ha seleccionado el año 2018, puesto que los datos del OMIE que se van a analizar son los de dicho año.  Porcentaje de vehículos eléctricos sobre el parque total de turismos: cambiando esta variable podemos simular escenarios con diferentes niveles de penetración del vehículo eléctrico.  Porcentaje de vehículos eléctricos puros y de vehículos híbridos enchufables: La herramienta considera solo los vehículos cuya batería puede cargarse conectándose a la red.  Nivel de inteligencia de la carga doméstica: Esta variable permite modificar el nivel de gestión de los puntos de carga instalados en plazas de aparcamiento particulares. Se consideran tres niveles: - Sin gestión: el usuario no cuenta con sistemas de optimización de la recarga. - Discriminación horaria: el vehículo se cargará durante aquellas horas en las que la electricidad es más barata. - Inteligente: existe comunicación entre el vehículo y la red. Se tienen en cuenta las necesidades del sistema y de los usuarios.  Acceso a recarga en el lugar de trabajo y en electrolineras.  Tipo de día y temporada: el simulador considera dos tipos de día, laborable y festivo, y dos temporadas, verano e invierno. Las horas de mayor demanda varían según la temporada (uso de calefacciones, aire acondicionado, …) y el nivel de actividad laboral. Para obtener una imagen más completa del posible impacto del vehículo eléctrico en la demanda de electricidad, se han simulado seis escenarios diferentes variando los parámetros anteriormente mencionados: 29 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español Tabla 4: Escenarios simulados. Los escenarios 4, 5 y 6 consideran un menor número de puntos de carga inteligentes instalados en garajes particulares (65 % de los puntos no tendrían ningún tipo de gestión, un 25 % funcionaría con un modelo de tarifa con discriminación horaria y el 10 % restante serían puntos de carga inteligente) con respecto al estudiado en los escenarios 1, 2 y 3, donde el 70 % tendría algún nivel de inteligencia en la carga. Según la evolución de los precios de compra de estos puntos de carga para particulares, la demanda se aproximará más a unos escenarios u otros. Por otra parte, se ha considerado un nivel máximo de penetración del vehículo eléctrico (% VE) de un 20% con respecto al total de turismos que circulaban en 2018 (escenarios 3 y 6), lo que se traduce en unos 4,5 millones de unidades de vehículos eléctricos. Los demás escenarios de implantación del VE son menos optimistas en este sentido, pues se simulan porcentajes del 10% y del 15% de vehículos eléctricos respecto al total de turismos en España en 2018, representando respectivamente unos 2,25 y 3,5 millones de unidades de vehículos eléctricos. Teniendo en cuenta los números actuales de vehículos eléctricos en circulación en España, estos escenarios nos permiten estimar, para un futuro cercano, la variación positiva de la demanda de electricidad debida a este tipo de vehículos. 3.10.1. Análisis de la demanda de electricidad en los diferentes escenarios de implantación del coche eléctrico. En este apartado se procede a analizar gráficamente la demanda de electricidad diaria para el año 2018 en función del tipo de día (laborable o festivo) y de la estación (distinguiendo, grosso modo, 6 meses de calor o verano y 6 meses de frío o invierno), y considerando además los 6 escenarios descritos anteriormente. Para cada combinación “tipo de día / tipo de estación”, comparamos en un primer gráfico la demanda diaria promedio para esa combinación y la demanda promedio del año, ofrecidas por REE, todo ello sin adición de nueva demanda debida a la venta de coches eléctricos. En una Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Escenario 4 Escenario 5 Escenario 6 10 15 20 10 15 20 % Híbrido (PHEV) 20 20 20 20 20 20 % Puro (BEV) 80 80 80 80 80 80 % Sin gestión 30 30 30 65 65 65 % Discriminación horaria 40 40 40 25 25 25 % Inteligente 30 30 30 10 10 10 50 50 50 50 50 50 25 25 25 25 25 25%Carga en electrolineras (0 - 100%) Tipo de VE (0-100%) Parámetros % VE (0 - 100%) Gestión carga (0-100%) % Carga en lugar de trabajo (0 - 100%) El Coche Eléctrico 30 segunda figura se comparan las demandas que existirían en cada uno de los seis escenarios de penetración del coche eléctrico considerados.  Laborable invierno Figura 12: Comparativa demanda promedio de electricidad para un día laborable en invierno y demanda promedio de 2018. Fuente: REE. Para la combinación “laborable invierno”, REE registra una demanda diaria promedio que supera al promedio diario del año 2018. Destaca como la diferencia máxima entre ambas es de 8000 MWh aproximadamente, aunque tanto en las primeras como en las últimas horas del día esta diferencia se reduce drásticamente. 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Demanda en MWh Hora Demanda promedio día laborable invierno Demanda promedio 2018 31 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español Figura 13: Comparativa de demandas en los diferentes escenarios para un día laborable en invierno. Fuente: REE. Al analizar la Figura 13, se aprecia que, aproximadamente, entre las horas 1 y 8 de un día laborable en invierno son los escenarios con más puntos de carga inteligentes los que exigen una mayor demanda de electricidad a la red, mientras que los escenarios 4, 5 y 6, con menos puntos de carga inteligente, se sitúan por encima entre las horas 18 y 24, con una pequeña subida del escenario 3 sobre la hora 23. 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 55000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Demanda en MWh Hora Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Escenario 4 Escenario 5 Escenario 6 El Coche Eléctrico 32  Festivo invierno Figura 14: Comparativa demanda promedio de electricidad para un día festivo en invierno y demanda promedio de 2018. Fuente: REE. La Figura 14 pone de manifiesto que la demanda promedio de electricidad para la combinación “día festivo en invierno” es inferior, en general, a la demanda promedio para el año 2018, siendo la diferencia máxima entre ambas unos 5000 MWh. Destaca como ambas gráficas se aproximan para las últimas horas del día. 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Demanda en MWh Hora Demanda promedio día festivo invierno Demanda promedio 2018 33 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español Figura 15: Comparativa de demandas en los diferentes escenarios para un día festivo en invierno. Fuente: REE. Se aprecia, al estudiar la Figura 15, un fuerte aumento en la demanda a últimas horas de la tarde, aumento que se aproxima a los 15000 MWh en el escenario 6 entre las horas 12 y 21. Sin embargo, si comparamos las Figuras 15 y 13, se observa como la demanda del día festivo de invierno es inferior, comparando los mismos escenarios entre sí, que la existente en los días laborables de invierno. 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Demanda en MWh Hora Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Escenario 4 Escenario 5 Escenario 6 El Coche Eléctrico 34  Laborable verano Figura 16: Comparativa demanda promedio de electricidad para un día laborable en verano y demanda promedio de 2018. Fuente: REE. Los días laborables de verano, la demanda promedio vuelve a ser mayor que la demanda media para 2018, como ocurría con los días laborables de invierno. A pesar de este dato, los promedios reflejados en la Figura 16 mantienen una diferencia menor durante el día que en el caso anteriormente mencionado. Destaca también como existe un único pico de demanda, que se alcanza en torno a las 13 horas, mientras que para las dos combinaciones de invierno anteriormente estudiadas obteníamos dos máximos de demanda, uno al mediodía aproximadamente y otro al final de la tarde. 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Demanda en MWh Hora Demanda promedio día laborable verano Demanda promedio 2018 35 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español Figura 17: Comparativa de demandas en los diferentes escenarios para un día laborable en verano. Fuente: REE. Llama la atención de la Figura 17 como, para cada escenario, la demanda se mantiene aproximadamente constante en las primeras horas del día y a lo largo de la tarde, salvo para los escenarios 5 y 6, que registran picos de demanda en torno a la hora 21. El elevado número de coches eléctricos de estos escenarios y el bajo número de puntos de carga inteligente justifica este incremento en la demanda. 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Demanda en MWh Hora Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Escenario 4 Escenario 5 Escenario 6 El Mercado Diario de la Electricidad 42 Figura 22: Diferenciales de los escenarios 1, 2 y 3. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. Figura 23: Diferenciales de los escenarios 4, 5 y 6. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0 Diferencial de precio en euros/MWh Diferencial de demanda en MWh Diferenciales escenario 1 Diferenciales escenario 2 Diferenciales escenario 3 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0 Diferencial de precio en euros/MWh Diferencial de demanda en MWh Diferenciales escenario 4 Diferenciales escenario 5 Diferenciales escenario 6 43 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español Por último, se hará un estudio diferencial de la elasticidad de la oferta, concretamente de la elasticidad precio de la oferta. La elasticidad se define como la sensibilidad de la oferta (o de la demanda) de un bien ante un cambio en uno de sus determinantes, siendo el precio el determinante que cambia en el caso de la elasticidad precio. Para evaluar con más precisión el comportamiento de la oferta en el entorno del punto de equilibrio original, utilizaremos el escenario con adición de coche eléctrico que menos desplace la curva de demanda, de forma que el análisis se aproxime a un análisis diferencial. Como se puede observar en las Figuras 22 y 23, los diferenciales en los escenarios 1 y 4 son los que más se aproximan al origen, es decir, al punto de equilibrio original. Por tanto, el escenario que escogeremos debe ser uno de estos dos. A continuación, se representa en la Figura 24 una comparación de estos dos escenarios. Figura 24: Diferenciales de los escenarios 1 y 4. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. Se observa que existe una importante superposición en los diferenciales, si bien los puntos del escenario 1 se encuentran ligeramente más cercanos al origen. Es por esto que se elegirá finalmente el escenario 1 para el estudio de la elasticidad precio de la oferta. 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0 1400,0 1600,0 DIferencial de precio en euros/MWh Diferencial de demanda en MWh Diferenciales escenario 1 Diferenciales escenario 4 El Mercado Diario de la Electricidad 44 4.2. Los datos del OMIE. Obtención de la oferta y la demanda. Equilibrio. El OMIE recopila la información por horas de todos los días del año de la oferta y demanda de electricidad de los distintos agentes participantes. Estos registros los ofrece en archivos de microdatos que incluyen las disposiciones a pagar y a cobrar (OMIE habla de ofertas de compra y de venta) de los diferentes agentes individuales del mercado. Estos datos por sí solos, constituyen la oferta y demanda individual de cada agente del mercado, lo que, por sí mismo, no proporciona información sobre el comportamiento agregado del mercado. Para obtener la demanda y la oferta del mercado a partir de los datos individuales del OMIE, se agregan para cada día y hora del año (8760 horas) las cantidades de electricidad demandadas y ofertadas por cada agente individual. Es decir, la oferta de electricidad resultará de la suma de todos los MWh ofertados individualmente, a un mismo precio, en la misma hora del mismo día del año. Este proceso de agregación se ha implementado en Excel para un número pequeño de horas y luego se ha calculado para todas las horas del año usando el software estadístico STATA. Una vez realizadas estas agregaciones de conductas individuales, obtenemos las curvas de oferta y demanda de electricidad del mercado y calculamos su punto de equilibrio. Este punto de equilibrio define el precio final al que las ofertas de compra y venta casadas se formalizarán. Es interesante destacar que las empresas generadoras ofertarán todos aquellos MWh que reporten a la empresa un ingreso marginal, dado por este precio de equilibrio, mayor que su coste marginal (o disposición a cobrar), mientras que las empresas distribuidoras o el consumidor directo, operan al contrario, es decir, demandarán todos aquellos MWh que supongan mayor ingreso marginal (disposición a pagar) que gasto marginal, dado este último por el precio de equilibrio. A modo de ejemplo, se exponen parte de las tablas de ofertas de venta y compra del mercado diario de electricidad (Fuente: OMIE), en este caso para las 12 horas del día 1 de abril de 2018. En ambas tablas se observan los siguientes campos:  Hora: hora de un día en la que se registra la oferta.  Día: día del año en el que se registra la oferta.  Unidad: código exclusivo para cada agente interviniente en el mercado.  Tipo de oferta: este campo puede mostrar la letra “V”, si la oferta es de venta de electricidad (empresas generadoras), o la letra “C” si la oferta es de compra de electricidad (comercializadoras o consumidores directos).  Energía Compra/Venta: cantidad de energía, medida en MWh, que un participante desea comprar o vender.  Precio Compra/Venta: precio al que un agente desea ofrecer o comprar una determinada cantidad de electricidad. 45 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español  Ofertada (O)/Casada (C): este campo registra si la oferta de compra fue emparejada con una oferta de venta y viceversa (casada), o si finalmente la oferta no se casó y se quedó únicamente como ofertada. Como ejemplo, se puede observar en la tabla de ventas (Tabla 5) la unidad EGVD094, que corresponde a la empresa Axpo Iberia, S.L. que ofertó 18,1 MWh a 10,5 euros el MWh; mientras que en la tabla de compras (Tabla 6) el agente FORTC01, Fortia Energía, S.L., realizó una oferta de compra de 20 MWh a 78,45 euros/MWh. Ambas ofertas fueron casadas, por lo que consiguieron su oferta y su compra al precio de equilibrio para ese día a esa hora. La oferta agregada de energía para ese día, a esa hora, resultaría de sumar las ofertas de venta de todos los agentes individuales según su precio, del mismo modo, todas las ofertas de compra definirían de forma conjunta la demanda agregada. Tabla 5: Ofertas de venta en el mercado diario. Fuente: OMIE. Hora Fecha Unidad Tipo Oferta Energía Compra/Venta Precio Compra/Venta Ofertada (O)/Casada (C) 12 01/04/2018 EONVD33 V 17,4 10,3 C 12 01/04/2018 EONVD31 V 6,6 10,3 C 12 01/04/2018 EONVD30 V 0,3 10,3 C 12 01/04/2018 EONVD35 V 0,6 10,3 C 12 01/04/2018 EONVD32 V 5,1 10,3 C 12 01/04/2018 EGVD094 V 18,1 10,5 C 12 01/04/2018 EONVD29 V 0,4 10,61 C 12 01/04/2018 EONVD29 V 0,2 10,65 C 12 01/04/2018 EONVD29 V 0,1 10,71 C 12 01/04/2018 WMVD088 V 1 12 C 12 01/04/2018 GNRVD35 V 6,5 12 C 12 01/04/2018 EGVD085 V 38,3 12 C 12 01/04/2018 EONVD29 V 0,1 12,05 C 12 01/04/2018 ECYRRE1 V 4,6 12,06 C 12 01/04/2018 UFBG V 17 12,13 C 12 01/04/2018 EGEDVD3 V 12,9 12,4 C 12 01/04/2018 EGEDRE1 V 1,8 12,79 C 12 01/04/2018 COGEVD8 V 8,2 15,89 C El Mercado Diario de la Electricidad 46 Tabla 6: Ofertas de compra en el mercado diario. Fuente: OMIE. Es importante destacar ahora una condición especial que tienen las ofertas, tanto de compra como de venta, realizadas en el mercado eléctrico español. Para evitar posibles situaciones de poder de mercado, las ofertas tienen un precio máximo permitido de 180,3 euros/MWh. Las ofertas de compra a ese precio la realizan principalmente comercializadoras de electricidad, de manera que se garantiza un precio techo a sus clientes (hogares, empresas y AA. PP.) –incluso en condiciones donde la oferta de electricidad fuera muy escasa–. En cualquier caso, recuérdese que el precio final que la comercializadora pagará por la electricidad comprada no es el precio al que realiza su puja de compra, sino que pagará por cada MWh el precio que determine el equilibrio del mercado para esa hora. Este precio límite es importante también para comprender el proceso de desplazamiento de la demanda seguido en este Trabajo. En cada escenario, la adición de nuevos vehículos eléctricos supone la introducción de un lote de MWh adicionales en cada hora del día, para los 365 días del año. Para desplazar la curva de demanda horaria de electricidad en dicho lote adicional de MWh, y obtener así la curva de cada escenario de implantación del coche eléctrico, se han sumado estos MWh adicionales a las demandas individuales (ofertas de compra) ya existentes al precio de 180,3 euros/MWh, de forma que toda la curva de demanda queda desplazada hacia la derecha de forma paralela. La casación de las ofertas la gestiona el OMIE utilizando el algoritmo Euphemia. Las ofertas de venta pueden ser simples o complejas: la oferta de venta simple es aquella que las empresas generadoras realizan para una cantidad de energía, a un precio determinado, para cada hora; mientras que las ofertas complejas son ofertas que tienen unos condicionantes técnicos o económicos añadidos. Euphemia Hora Fecha Unidad Tipo Oferta Energía Compra/Venta Precio Compra/Venta Ofertada (O)/Casada (C) 12 01/04/2018 ENMEC01 C 0,7 80 C 12 01/04/2018 CESUC01 C 0,9 80 C 12 01/04/2018 GOIRM02 C 0,1 80 C 12 01/04/2018 IM3C01 C 0,9 80 C 12 01/04/2018 MOIAC01 C 0,2 80 C 12 01/04/2018 FETEC01 C 0,1 80 C 12 01/04/2018 FORTC01 C 20 78,45 C 12 01/04/2018 RSPRC01 C 18,5 78 C 12 01/04/2018 LAURM03 C 5,1 77,96 C 12 01/04/2018 CRNRC01 C 3,6 75,01 C 12 01/04/2018 GUISC02 C 8,8 75,01 C 12 01/04/2018 PALOC01 C 2,1 75,01 C 12 01/04/2018 CORNC01 C 3 75,01 C 12 01/04/2018 VITRM03 C 2 75 C 12 01/04/2018 VITRM05 C 37,5 75 C 12 01/04/2018 VITRM06 C 9,3 75 C 12 01/04/2018 VITRM09 C 0,1 75 C 12 01/04/2018 VITRM10 C 4,9 75 C 47 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español evalúa las ofertas de venta y de compra y realiza la casación, es decir, convierte las ofertas en compromisos firmes de compra y venta de energía. De este proceso de casación se obtiene el punto de equilibrio del mercado que, posteriormente, podrá sufrir ligeras modificaciones debido a cambios de las condiciones en algunas ofertas complejas o a restricciones técnicas. Figura 25: Curvas agregadas de oferta y demanda. Fuente: OMIE. 49 5 ANÁLISIS DE ESTÁTICA COMPARATIVA 5.1. Situación inicial: análisis del mercado diario de la electricidad en el año 2018. Se analiza a continuación la situación inicial del mercado diario eléctrico español desde el 1 de enero de 2018 al 31 de diciembre de ese mismo año. En las figuras siguientes (Fig. 26 y 27) se han representado las series temporales del precio y la cantidad de equilibrio a lo largo del año. En concreto, representamos la media diaria de la variable en cuestión, que nos permite estudiar la evolución de la misma con mayor precisión, y la media mensual, con la que se trata de mitigar el efecto de la elevada volatilidad de la serie diaria. Figura 26: Evolución anual del precio de equilibrio sin VE. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 01-ene 01-feb 01-mar 01-abr 01-may 01-jun 01-jul 01-ago 01-sep 01-oct 01-nov 01-dic Precio en euros/MWh Día del año Media diaria precio sin VE Media mensual precio sin VE Análisis de Estática Comparativa 50 Como se puede observar en la figura, los precios más altos se dan desde finales de verano hasta final de año, mientras que los precios descienden en marzo y crecen progresivamente durante los meses de primavera y verano. Figura 27: Evolución anual de la demanda de equilibrio sin VE. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. En la figura 27 se ha representado la evolución de la demanda de equilibrio a lo largo del año 2018. Se observa que la curva de la demanda mantiene una cierta estabilidad a lo largo de todo el año. La demanda alcanza sus puntos más altos en los primeros meses del año, tiene un pequeño repunte a principios de verano, desde aquí cae levemente y se da otro repunte en noviembre. 5.2. Situación final: análisis de las variaciones de precio y cantidad tras el cambio en la demanda eléctrica. Se analizan ahora los diferentes escenarios de implantación del vehículo eléctrico anteriormente definidos. Para obtener resultados con mayor claridad, se ha realizado un análisis diferencial; es decir, se analiza la diferencia entre la variable estudiada (demanda o precio de la electricidad) en el escenario bajo estudio y la misma variable en el escenario real del año 2018, esto es, sin adición virtual de vehículo eléctrico. 0,0 5000,0 10000,0 15000,0 20000,0 25000,0 30000,0 35000,0 40000,0 01-ene 01-feb 01-mar 01-abr 01-may 01-jun 01-jul 01-ago 01-sep 01-oct 01-nov 01-dic Demanda en MWh Día del año Media diaria demanda sin VE Media mensual demanda sin VE 51 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español Al igual que en el apartado anterior, se han representado medias diarias y mensuales de los 6 diferenciales calculados. A continuación en las Figuras 28 y 29 se representan, respectivamente, la evolución anual de la media diaria del diferencial de la demanda de equilibrio y la evolución anual de la media mensual del diferencial de la demanda de equilibrio Figura 28: Evolución anual de la media diaria del diferencial de la demanda de equilibrio. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de OMIE. 0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0 01-ene 01-feb 01-mar 01-abr 01-may 01-jun 01-jul 01-ago 01-sep 01-oct 01-nov 01-dic Diferencial de demanda en MWh Día del año Media diaria diferencial demanda escenario 1 Media diaria diferencial demanda escenario 2 Media diaria diferencial demanda escenario 3 Media diaria diferencial demanda escenario 4 Media diaria diferencial demanda escenario 5 Media diaria diferencial demanda escenario 6 59 6 CONCLUSIONES Aunque los coches eléctricos no son un invento reciente, la tecnología existente en la época de sus inicios no hacían de él una alternativa real a otros medios de transporte. Con los conocimientos técnicos actuales, fundamentalmente asociados a la capacidad de las baterías, el coche eléctrico está abriéndose un hueco en la movilidad actual, desplazando a los vehículos de combustión. Bajo el nombre “coche eléctrico” o “vehículo eléctrico” subyacen varios tipos de vehículos (fundamentalmente PHEV y BEV), con diferentes particularidades, pero cuya idea básica es la misma: una batería alimenta un motor eléctrico que permite que el coche se desplace. A pesar de las ventajas que este tipo de vehículos representa (cero emisiones, con las repercusiones positivas que esto conlleva en la salud, acceso a zonas restringidas al tráfico a otro tipo de vehículos), sigue presentando algunos inconvenientes, como su mayor precio o la escasa autonomía que presenta al compararlo con sus homólogos de combustión. Otro problema, es la variedad de estándares que existen en los adaptadores para la carga. Actualmente son 8 los estándares más utilizados, variando según el país o, incluso dentro del mismo país, existen distintos adaptadores para distintos tipos de carga. Esto supone un problema de cara a la instalación de electrolineras, puntos de carga en garajes, etc., lo que representa una traba añadida a la implantación del vehículo eléctrico. Las cifras actuales de turismos eléctricos, tanto en España como en la Unión Europea, son casi anecdóticas comparadas con el número de turismos totales, pero la tendencia en los últimos años permite observar un rápido crecimiento, ayudado por los incentivos que los diferentes organismos han asociado a la movilidad eléctrica. Desde el punto de vista de la red, tener las infraestructuras adecuadas para afrontar este incremento de demanda es fundamental para garantizar la calidad del suministro. Asimismo, la globalización también ha llegado al mercado de la electricidad. La interconexión del sistema eléctrico español con los sistemas eléctricos de otros países, fundamentalmente de Europa, ya es una realidad. El objetivo de un mercado unificado europeo de la electricidad otorgará progresivamente un papel más relevante a las instituciones europeas en el marco internacional. De hecho, ya se ha visto como los objetivos de reducción de emisiones de la Unión Europea han acelerado la implantación del vehículo eléctrico en los diferentes países miembros. El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado ha sido simular los efectos que la implantación del coche eléctrico provocaría en el mercado eléctrico español en el corto plazo (dada la estructura actual de la oferta eléctrica). Para ello es necesario conocer tanto el punto de partida del mercado eléctrico antes de la introducción del coche eléctrico como su estado final tras la llegada del mismo. Para acercarnos tanto a la demanda como a la oferta actual de energía eléctrica generada, se ha recurrido a los datos Conclusiones 60 ofrecidos por el operador de mercado OMIE, el cual registra las ofertas de compra y venta de electricidad de los diferentes agentes individuales que participan en el mercado diario mayorista. Estas ofertas se han agregado, primero en Excel y luego en el software STATA, para obtener las curvas agregadas de oferta y demanda para las 8760 horas del año 2018. Posteriormente, para poder conseguir una buena aproximación del incremento de demanda eléctrica que supondría la penetración del coche eléctrico, se han utilizado los datos que proporciona un simulador de implantación del vehículo eléctrico que ofrece Red Eléctrica Española, simulador web que permite variar diversos parámetros para conseguir un análisis más realista de dicha implantación. De este simulador se han obtenido los resultados de diferentes escenarios posibles de penetración del coche eléctrico en España; en concreto, hemos generado 6 escenarios diferentes. Los escenarios 1, 2 y 3 se caracterizan por simular los mismos porcentajes de puntos con gestión de la carga (un 30% de puntos sin gestión de carga, un 40% de puntos con tarifas de discriminación horaria y un 30% de puntos con gestión inteligente), mientras que la penetración del vehículo eléctrico se ha considerado un 10%, un 15% y un 20% respectivamente. De forma similar, en los escenarios 4, 5 y 6 también se ha simulado una implantación del coche eléctrico un 10%, un 15% y un 20%, respectivamente, mientras que los tres comparten los mismos porcentajes relativos a los puntos con gestión de la carga (un 65% de puntos sin gestión, un 25% de puntos con discriminación horaria y un 10% de puntos inteligentes). El resto de los parámetros se ha mantenido constante en los 6 escenarios. Por tanto podríamos clasificar los escenarios atendiendo a dos criterios: aquellos con un mismo nivel de implantación del coche eléctrico (escenarios 1 y 4, escenarios 2 y 5 y escenarios 3 y 6) y escenarios con mismo porcentaje de puntos con gestión de la carga (escenarios 1, 2 y 3 y escenarios 4, 5 y 6). Los datos de los 6 escenarios posibles simulados se han combinado con los datos de la demanda actual de electricidad, procedentes del OMIE, para conseguir la demanda final de cada escenario. Para ello se ha añadido en la curva de la demanda real el lote adicional de MWh, que supone la entrada en circulación de nuevos coches eléctricos, al precio máximo (180,3 euros/MWh). De esta forma toda la curva queda desplazada hacia la derecha, obteniéndose la demanda para cada escenario. Analizando los respectivos equilibrios del mercado podemos obtener los precios que la electricidad alcanzaría en cada escenario y las cantidades de electricidad intercambiadas. Para interpretar correctamente los resultados de este análisis hemos efectuado, como paso previo, una revisión del funcionamiento del sistema eléctrico español (relacionándolo además con el sistema eléctrico europeo) y de la tecnología actualmente empleada en el vehículo eléctrico. Conocer estos datos nos permite obtener conclusiones prácticas, que no se limitan a lo teórico, a partir del análisis económico desarrollado. Realmente, el marco temporal de este proyecto es de corto plazo, puesto que aunque los escenarios obtenidos del simulador de REE nos permiten obtener los incrementos estables de demanda eléctrica, adoptamos el supuesto de corto plazo de que el mix de tecnologías que compone la oferta de 61 Un Análisis de los Efectos de la Introducción del Vehículo Eléctrico sobre el Mercado Eléctrico Español electricidad en el mercado diario no cambia. Además, según los datos del “Informe del Sistema Eléctrico Español 2018” publicado por REE, la cuota de demanda cubierta por las energías renovables se ha mantenido aproximadamente constante desde 2013. Si esta tendencia de estabilidad continúa, los resultados de nuestro estudio podrían tener cierta validez en el medio plazo (esto es, en la próxima década). Al analizar los diferentes escenarios se ha visto, como era de esperar, que una mayor penetración del vehículo eléctrico se traduce en una mayor demanda de electricidad y, por tanto, al mantener la oferta constante, en un mayor precio medio. Al comparar, por ejemplo, los escenarios 1 y 3, se registra en junio el mayor incremento en la demanda media mensual, 1.343,5 MWh, con un incremento en el precio de 1,6 euros/MWh, mientras que el menor incremento en la demanda se produce en el mes de marzo, 1.150,5 MWh, con una subida de precio de 3,3 euros/MWh. Las oscilaciones del precio de la electricidad a lo largo del día, debido a los diferentes niveles de demanda horaria durante el mismo, permiten que cargar el coche en las horas valle sea más barato. Según el escenario, las diferencias pueden superar los 30 euros/MWh entre las horas pico y las horas valle. Adicionalmente, los puntos de carga juegan en este aspecto un papel fundamental. Un punto de carga inteligente facilita al usuario cargar su vehículo en las horas más baratas. Sin embargo, un resultado muy interesante, y que puede observarse en este estudio es que las diferencias de precio entre las horas donde la electricidad es más barata y aquellas donde es más cara es mayor en los escenarios con menor número de puntos de carga inteligente (escenarios 4, 5 y 6). Teniendo en cuenta que las horas más baratas serán siempre aprovechadas por los puntos más inteligentes, esto significa que en los escenarios con menor número de puntos inteligentes éstos consiguen un mayor ahorro para el usuario. Es decir, es recomendable la instalación temprana de un punto de carga inteligente particular, puesto que esto permitirá recuperar mucho antes la inversión que supone para el usuario la compra de este tipo de puntos, además del consiguiente ahorro una vez se amortice. Por otro lado, hemos observado que en los escenarios con mayor número de puntos de carga inteligente, los puntos de carga no inteligentes obtienen mejores resultados que en los escenarios donde son mayoría. Adoptar un punto de carga inteligente, aunque obtenga mejores precios, en un estado avanzado de implantación del vehículo eléctrico puede resultar menos atractivo para un usuario particular, puesto que, aunque consiguen precios más bajos para la carga al realizarla en horas de menor demanda, la diferencia de precio en la electricidad entre las horas pico y las horas valle es menor, por lo que el usuario tardaría más tiempo en recuperar la inversión. También es interesante conocer el incremento promedio anual del precio de la electricidad por cada 1% de aumento en la implantación del vehículo eléctrico. Para los escenarios 1, 2 y 3, dicho incremento es de 0,24 euros/MWh, mientras que para los escenarios 4, 5 y 6, el incremento es de 0,213 euros/MWh. Continuando con el análisis de otras variables económicas, se ha estudiado la elasticidad de la oferta a lo largo del año. Cuando la elasticidad, en este caso de la oferta, es mayor que 1, se dice que la Conclusiones 62 oferta es elástica, lo que significa que ante un incremento en el precio, la oferta aumenta más, porcentualmente, que el precio, mientras que si la elasticidad es menor que 1 se dice que la oferta es rígida o inelástica, y se observa el fenómeno opuesto: ante un incremento en el precio, la oferta experimenta un incremento menor, porcentualmente, que el precio. Se observa que la elasticidad varía a lo largo del año, siendo los primeros meses del año los que tienen una oferta más rígida, alcanzando incluso el valor 0,4 en marzo y subiendo hasta llegar a alcanzar el valor 1,6 en los meses con mayor elasticidad (final de primavera y principios de otoño). Este Trabajo de Fin de Grado deja abiertas algunas líneas de investigación futuras. Una primera línea sería estudiar el cambio en la demanda junto con un cambio en la oferta de electricidad, debido, por ejemplo, a la entrada de un mayor número de MWh de energías renovables en el mix energético, como parece que ocurrirá en los próximos años. Otra posible línea de investigación podría ser el cálculo de los excedentes de los productores y de los compradores, pudiendo estimar el beneficio que la sociedad obtiene de los cambios en el mix energético y por la implantación del coche eléctrico. Por último, queda abierta una interesante línea de investigación futura asociada la elasticidad de la oferta de la electricidad. Aunque no es objeto de este proyecto, se ha observado que aquellos meses en los que la oferta es más inelástica, las centrales de carbón y ciclo combinado aportan más energía (en julio de 2018 la electricidad procedente del carbón y ciclos combinados alcanzaron a cubrir más del 25% de la demanda diaria de electricidad, asimismo, la energía eólica solo llegó a cubrir el 20% en momentos puntuales); mientras que en aquellos meses en los que la elasticidad es más alta son las energías renovables las que cubren la mayor parte de la demanda (en marzo de 2018, la energía eólica llegó a cubrir más de un 45% de la demanda diaria de electricidad). Un estudio en profundidad sobre los datos anteriormente mencionados puede aportar datos interesantes sobre el funcionamiento del mercado eléctrico español. 63 REFERENCIAS [1] Red Eléctrica de España (2019). Informe del Sistema Eléctrico Español 2018. Recuperado de: https://www.ree.es/sites/default/files/11_PUBLICACIONES/Documentos/InformesSistemaElectrico/20 18/inf_sis_elec_ree_2018.pdf [2] Dirección General de Tráfico, DGT (2019). parque_2018_anuario.xlsx. Recuperado de: http://www.dgt.es/es/seguridad-vial/estadisticas-e-indicadores/parque-vehiculos/tablas-estadisticas/ [3] Deloitte (2017). Un modelo de transporte descarbonizado para España en 2050 [4] Arcos Vargas, Á., Maza Ortega, J.M. y Núñez Hernández, F. (2018). Propuestas para el fomento de la movilidad eléctrica: barreras identificadas y medidas que se deberían adoptar. Real Academia de Ingeniería de España. [5] Boletín Oficial del Estado, 170, de 14 de julio de 2018, 71012 a 71013. Recuperado de: https://www.boe.es/boe/dias/2018/07/14/pdfs/BOE-A-2018-9859.pdf [6] European Environment Agency, EEA (2017). Monitoring progress of Europe’s transport sector towards its environment, health and climate objectives. [7] Comisión de Expertos de Transición Energética (2017). Análisis y propuestas para la descarbonización. [8] Núñez Hernández, F. y Arcos Vargas, Á. (2019). Análisis comparativo a nivel internacional de la expansión del vehículo eléctrico. Economía Industrial, 411, 55-68. [9] Mankiw, N. G. (2012). Principios de economía, Paraninfo, 6ª Ed.