Escuela Técnica Superior de Ingenieros De Minas

1. UNIVERSIDADE DE VIGO Escuela Técnica Superior de Ingenieros De Minas Departamento de Tecnología Electrónica “IMPLANTACIÓN DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN EL AYUNTAMIENTO DE VIGO” Autor: Alberto González Pérez Director: Jorge Marcos Acevedo Junio, 2010

2. Índice UNIVERSIDADE DE VIGO Escuela Técnica Superior de Ingenieros De Minas Departamento de Tecnología Electrónica VEHÍCULOS CONVENCIONALES VEHÍCULOS ELÉCTRICOS “IMPLANTACIÓN DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN EL AYUNTAMIENTO DE VIGO” MODELADO CASO PRÁCTICO SOLUCIÓN SOSTENIBLE CONCLUSIONES Autor: Alberto González Pérez Director: Jorge Marcos Acevedo Junio, 2010 Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

3. Vehículos convencionales • PROBLEMAS ENERGÉTICOS • Agotamiento del petróleo • Dependencia de países inestables • Bajo rendimiento de los motores • PROBLEMAS MEDIOAMBIENTALES • Emisión de gases de efecto invernadero • Vertidos de hidrocarburos al mar • PROBLEMAS DE SALUD Y BIENESTAR • Emisión de gases nocivos para la salud • Ruido excesivo y olores desagradables Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

4. Índice VEHÍCULOS CONVENCIONALES VEHÍCULOS ELÉCTRICOS MODELADO CASO PRÁCTICO SOLUCIÓN SOSTENIBLE CONCLUSIONES Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

5. Vehículos eléctricos • PERSPECTIVA HISTÓRICA • 1er vehículo eléctrico data de 1830 • Predominaban hasta la década de 1920 • ESTADO DE LAS TECNOLOGÍAS DE LOS VE • Baterías de Litio, frenada regenerativa, V2G • MERCADO DE LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS • Dilixi, Smith Electric Vehicles, Modec, Think City… • ANTECEDENTES • Better Place • Ayuntamiento de Londres, Barcelona… Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

6. Análisis de otros aspectos • HÁBITOS DE MOVILIDAD • Distancias medias recorridas (30 y 40 km al día) • Velocidades medias de circulación (25 km/h en Madrid) • BALANCE ENERGÉTICO • Origen y destino de la energía generada • Ciclo de vida de los VCI vs. VE • Capacidad de la red eléctrica • EMISIONES EN LAS PLANTAS DE GENERACIÓN ELÉCTRICA • PERCEPCIÓN DE LOS CIUDADANOS • MÁS ASPECTOS TRATADOS • Efectos de los gases nocivos sobre la salud • Reciclabilidad de las baterías y abundancia del litio • Energías renovables Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

7. Índice VEHÍCULOS CONVENCIONALES VEHÍCULOS ELÉCTRICOS MODELADO CASO PRÁCTICO SOLUCIÓN SOSTENIBLE CONCLUSIONES Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

8. Modelado de una batería Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

9. Modelado del vehículo eléctrico Pte = Fte·  Frr = μrr·m·g Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

10. Modelado del recorrido • CICLOS DE CONDUCCIÓN • Caracterización de velocidades, aceleraciones, pendientes • Registro de la fluidez del tráfico urbano • Utilización de dispositivos GPS con software datalogger • Toma de datos simulando mismas condiciones de circulación • Exportación y acondicionado de los datos en Excel Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

11. Índice VEHÍCULOS CONVENCIONALES VEHÍCULOS ELÉCTRICOS MODELADO CASO PRÁCTICO SOLUCIÓN SOSTENIBLE CONCLUSIONES Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

12. Selección del vehículo Modelización de la flota Recopilación y procesado de los datos de la flota en Excel • Tablas con múltiples características de todos los vehículos Selección del servicio Aplicación criterios genéricos (agilidad, ruido, imagen...) Aplicación criterios técnicos (especialización, dureza, etc) • Servicios seleccionados: jardines y gestión interna Selección del vehículo convencional Ordenación por criterios técnicos (antigüedad, distancias…) • Vehículo seleccionado: furgón Nissan Trade del año 1989 • 75 kW recorre 40 km/día, puntualmente 75 km Selección de un vehículo eléctrico Búsqueda entre fabricantes de VE comerciales • Vehículo seleccionado: furgón MODEC • 70 kW, batería de litio con autonomía hasta 160 km Selección de VCIs nuevos Búsqueda vehículos convencionales nuevos equivalentes • Iveco Daily, Nissan Cabstar y Fiat Ducato

13. Caso práctico: Ayuntamiento de Vigo • RECORRIDO • Registro de más de 5.000 s de datos GPS/NMEA • Obtención de 3 ciclos de conducción representativos del municipio A.- Sin desniveles, tráfico fluido, y velocidades moderadas B.- Recorrido entre cotas extremas, velocidades moderadas C.- Tráfico congestionado, bajas velocidades, fuertes pendientes Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

14. Caso práctico: resultados • SIMULACIÓN A MÁXIMA POTENCIA • DE 0 A 80 KM/H EN 16,6 s • CON CARGA MÁXIMA (2.300 kg) ALCANZA 50 KM/H EN 11s • SÓLAMENTE SUPERADO POR FIAT DUCATO (+20 kW) VIDA ÚTIL EMISIONES PRESTACIONES AUTONOMÍA CONSUMO Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

15. Caso práctico: resultados • SIMULACIÓN HASTA BATERÍA AGOTADA (10%) 132,4 km VIDA ÚTIL EMISIONES PRESTACIONES AUTONOMÍA CONSUMO • ASPECTOS QUE AFECTAN A LA AUTONOMÍA CARGA -55 % CONDUCCIÓN TRÁFICO -20 % -4 % RATIO REGENERACIÓN -3,3 % CONSUMO ACCESORIOS -3 % TEMPERATURA Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

16. Caso práctico: resultados • CONSUMO ENERGÉTICO EN LA APLICACIÓN • Se incluyen pérdidas en la carga (5%) • Distancia media recorrida (40,9 km/día) VIDA ÚTIL EMISIONES PRESTACIONES AUTONOMÍA CONSUMO • CONSUMO DIARIO • 14,6 kWh • CONSUMO ANUAL • 3.750 kWh • CONSUMO A LOS 100km • 37,5 kWh Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

17. FRECUENCIA DE CARGA/DESCARGA TASA DE DESCARGA CONDICIONES DE OPERACIÓN Corriente de descarga Temperatura Voltaje final Tiempo de descarga Carga y descarga de Baterías de Tracción SALUD DE LA BATERÍA Auto-descarga Tiempo de descarga Voltaje de carga %DOD Tiempo Tiempo de carga TASA DE CARGA TOTAL ALMACENAMIENTO DE LA BATERÍA Caso práctico: resultados • Condicionado por la pérdida de capacidad de la batería • Falta de modelos científicos completos • Estimaciones basadas en evitar ciertos abusos conocidos • Aplicación de 40,9 km: 28% de la capacidad inicial EMISIONES PRESTACIONES AUTONOMÍA CONSUMO VIDA ÚTIL • VIDA ÚTIL DEL VEHÍCULO • 10 años • 10 a 15 años: autonomías < 80 km Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

18. Caso práctico: resultados • Cálculos según configuración tecnologías REE • Consumo diario (40,9 km):10,3 kWh/día242 • Consumo por distancias de 37,5 kWh/100km • Pérdidas del transporte y distribución 92% PRESTACIONES AUTONOMÍA CONSUMO VIDA ÚTIL EMISIONES • EMISIONES DE CO2 (g/km) • 68,6 g/km • 1,88 kgCO2/día242 MODEC 68.6 g/km IVECO DAILY 264 247 NISSAN CABSTAR 230 FIAT DUCATO • Reducción de emisiones de la REE en el futuro Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

19. Balance económico Coste de funcionamiento 0,61 €/km Nissan Cabstar: 0,43 €/km (49,5 km/día ó 12.000 km/año242) Rentabilidad a partir de 30.000 km/año ó 124 km/día (calendario 242días) Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

20. Índice VEHÍCULOS CONVENCIONALES VEHÍCULOS ELÉCTRICOS MODELADO CASO PRÁCTICO SOLUCIÓN SOSTENIBLE CONCLUSIONES Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

21. Solución sostenible • FUENTES 100% RENOVABLES Y NO CONTAMINANTES • PRINCIPALES FUENTES EN LA ZONA: SOL Y VIENTO • CÁLCULO DE PLANTAS PARA 3.750 KWH/AÑO • CONEXIÓN A RED (RÉGIMEN ESPECIAL) CÁLCULO A PARTIR DE DATOS DE EXPOSICIÓN LOCALES CALCULO DE TODAS LAS PÉRDIDAS SELECCIÓN DE COMPONENTES DISPONIBLES EN EL MERCADO MINI-EÓLICA SOLAR FOTOVOLTAICA AEROGENERADOR DE 1.500W TORRE DE 15M + INVERSOR INVERSIÓN DE 8.400€ (16 años) 13x PANELES 230 Wp ESTRUCTURA + INVERSOR INVERSIÓN DE 18.800€ (17 años) Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

22. Índice VEHÍCULOS CONVENCIONALES VEHÍCULOS ELÉCTRICOS MODELADO CASO PRÁCTICO SOLUCIÓN SOSTENIBLE CONCLUSIONES Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

23. INVIABLE • VIABLE Conclusiones del caso de estudio • Coste de funcionamiento • 0,61 €/km • Nissan Cabstar: • 0,43 €/km • POCO MANTENIMIENTO BENEFICIOS PARA LA SALUD  • IMAGEN CORPORATIVA ENCARECIMIENTO COMBUSTIBLES D E C I S I Ó N R E Q U I S I T O S • MADUREZ • Cientos de vehículos vendidos • INNOVACIÓN Y PROGRESO  • PRESTACIONES • 16,6 s vs.15,8 – 21,8 s • BENEFICIOS AMBIENTALES  • AUTONOMÍA • 132,4 km vs. 40,9 (80 km  • VIDA ÚTIL • 10 años (15 años)  • VELOCIDAD MÁXIMA • 80 km/h vs 75 km/h  • CAPACIDAD CARGA • 2.300 kg vs 1.450 kg  • CONFORT • Conducción más sencilla  • SEGURIDAD • Mismos sistemas Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

24. SE HAN RESUELTO INEQUÍVOCAMENTE • LOS PARÁMETROS MÁS RELEVANTES • DE UN VE EN UNA APLICACIÓN CONCRETA • DESARROLLO SATISFACTORIO DE MODELOS VIRTUALES: • · DEL FUNCIONAMIENTO DE LAS BATERÍAS DE LITIO • Basado en los modelos más avanzados, validados por la comunidad científica • · DEL FUNCIONAMIENTO DE UN VEHÍCULO ELÉCTRICO • Representando las leyes físicas y calculando pérdidas mecánicas y eléctricas • · DE LA CONDUCCIÓN, VÍAS Y TRÁFICO DE LA ZONA DE CIRCULACIÓN • Procesado en Matlab de los datos recopilados con GPS Conclusiones del proyecto • “HERRAMIENTA DE REFERENCIA • PARA EL ANÁLISIS DE LA VIABILIDAD • DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS CONCRETOS • EN APLICACIONES CONCRETAS” • SE HAN ANALIZADO EN PROFUNDIDAD • EL RESTO DE ASPECTOS QUE AFECTAN • A LA DECISIÓN DE ADQUISICIÓN DE UN VE • SE HA HECHO UN REPASO DE LAS TECNOLOGÍAS • QUE ACTUALMENTE COMPONEN Y RODEAN • A LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS Implantación de Vehículos Eléctricos en el Ayuntamiento de Vigo

25. “Gracias por su atención” Consulte el proyecto en detalle en: http://vehiculoselectricos.uvigo.es Junio, 2010