La gran mayoría de los propietarios de vehículos eléctricos cargan sus coches en casa por la tarde o durante la noche. Lo estamos haciendo mal, según un nuevo estudio de Stanford.

En marzo, el equipo de investigación publicó un artículo sobre un modelo que crearon para cobrar la demanda que se puede aplicar a una variedad de poblaciones y otros factores. En el nuevo estudio, publicado el 22 de septiembre en Nature Energy, aplicaron su modelo a todo el oeste de los Estados Unidos y examinaron el estrés al que se verá sometida la red eléctrica de la región para 2035 debido a la creciente propiedad de vehículos eléctricos. Descubrieron que en poco más de una década, el rápido crecimiento de los vehículos eléctricos por sí solo podría aumentar la demanda máxima de electricidad hasta en un 25 por ciento, suponiendo un dominio continuo de la carga nocturna residencial.

Para limitar los altos costos de toda esa nueva capacidad para generar y almacenar electricidad, dicen los investigadores, los conductores deberían pasar a la carga diurna en el trabajo o a las estaciones de carga públicas, lo que también reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero. Este hallazgo tiene implicaciones de política e inversión para la región y sus servicios públicos, especialmente desde que California tomó medidas a fines de agosto para prohibir las ventas de automóviles y camiones ligeros a gasolina a partir de 2035.

«Alentamos a los legisladores a considerar tarifas de servicios públicos que fomenten la carga diaria e incentiven la inversión en infraestructura de carga para cambiar a los conductores de casa al trabajo para cargar», dijo el coautor principal del estudio, Ram Rajagopal, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental en Stanford..

En febrero, las ventas acumuladas de vehículos eléctricos en California alcanzaron 1 millón, lo que representa alrededor del seis por ciento de los automóviles y camionetas. El estado se ha fijado como objetivo 5 millones de vehículos eléctricos en las carreteras para 2030. Cuando la penetración alcance el 30 % o el 40 % de los automóviles en las carreteras, la red experimentará una tensión significativa sin grandes inversiones ni cambios en los hábitos de carga, dijo Rajagopal. La construcción de esa infraestructura requiere un tiempo de espera significativo y no se puede hacer de la noche a la mañana.

«Consideramos toda la región occidental de los EE. UU. porque California depende en gran medida de las importaciones de electricidad de otros estados del oeste. La carga de vehículos eléctricos y todos los demás usos de electricidad tienen consecuencias para toda la región occidental dada la naturaleza interconectada de nuestra red eléctrica», dijo Siobhan Powell, autor principal del estudio de marzo y del nuevo.

«Pudimos demostrar que con menos carga en el hogar y más carga durante el día, el oeste de EE. UU. necesitaría menos capacidad de generación y almacenamiento, y no desperdiciaría tanta energía solar y eólica», dijo Powell, ingeniero mecánico PhD ’22.

«Y no se trata solo de California y los estados del oeste. Es posible que todos los estados deban repensar las estructuras de precios de la electricidad a medida que aumentan sus necesidades de carga de vehículos eléctricos y cambia su red», agregó Powell, quien recientemente asumió un puesto de investigación posdoctoral en ETH Zurich.

Una vez que el 50 por ciento de los automóviles en las carreteras funcionen con electricidad en el oeste de los EE. UU. de los cuales aproximadamente la mitad de la población vive en California, se necesitarían más de 5,4 gigavatios de almacenamiento de energía si los hábitos de carga siguen su curso actual. Esa es la capacidad equivalente a 5 grandes reactores de energía nuclear. Un gran cambio hacia la carga en el trabajo en lugar de en casa reduciría el almacenamiento necesario para los vehículos eléctricos a 4,2 gigavatios.

Cambio de incentivos

Las tarifas actuales según el tiempo de uso alientan a los consumidores a cambiar el uso de electricidad al horario nocturno siempre que sea posible, como usar el lavavajillas y cargar vehículos eléctricos. Esta estructura de tarifas refleja el tiempo previo a los suministros significativos de energía solar y eólica, cuando la demanda amenazaba con superar la oferta durante el día, especialmente al final de la tarde en el verano.

Hoy, California tiene un exceso de electricidad durante las últimas horas de la mañana y las primeras de la tarde, gracias principalmente a su capacidad solar. Si la mayoría de los vehículos eléctricos se cargaran durante estos tiempos, entonces la energía barata se usaría en lugar de desperdiciarse. Alternativamente, si la mayoría de los vehículos eléctricos continúan cargándose por la noche, entonces el estado necesitará construir más generadores, probablemente alimentados por gas natural, o almacenamiento de energía costoso a gran escala. La electricidad que va primero a una batería enorme y luego a una batería EV pierde energía por la parada adicional.

A nivel local, si un tercio de los hogares en un vecindario tienen vehículos eléctricos y la mayoría de los propietarios continúan configurando la carga para que comience a las 11 p. m. o cuando las tarifas de electricidad bajen, la red local podría volverse inestable.

«Los hallazgos de este documento tienen dos implicaciones profundas: la primera es que las señales de precios no están alineadas con lo que sería mejor para la red y para los contribuyentes. La segunda es que requiere considerar inversiones en una infraestructura de carga para donde la gente trabaja», dijo Inés Azevedo, la otra coautora principal del nuevo artículo y profesora asociada de ciencia e ingeniería energética en la Escuela de Sostenibilidad Stanford Doerr, que abrió sus puertas el 1 de septiembre.

“Necesitamos avanzar rápidamente hacia la descarbonización del sector del transporte, que representa la mayor parte de las emisiones en California”, continuó Azevedo. «Este trabajo brinda información sobre cómo llegar allí. Asegurémonos de aplicar políticas y estrategias de inversión que nos permitan hacerlo de una manera sostenible».

Otro problema con el diseño de precios de la electricidad es el cobro de grandes tarifas a los clientes comerciales e industriales en función de su uso máximo de electricidad. Esto puede desincentivar a los empleadores de instalar cargadores, especialmente una vez que la mitad o más de sus empleados tienen vehículos eléctricos. El equipo de investigación comparó varios escenarios de disponibilidad de infraestructura de carga, junto con varias tarifas residenciales por tiempo de uso y cargos por demanda comercial. Algunos cambios de tarifa empeoraron la situación a nivel de red, mientras que otros la mejoraron. Sin embargo, un escenario de tener una infraestructura de carga que fomente más carga durante el día y menos carga en el hogar proporcionó los mayores beneficios, encontró el estudio.

Rajagopal y Azevedo también son codirectores de la Iniciativa Bits & Watts en el Precourt Institute for Energy de Stanford. Otros coautores de este estudio son Gustavo Cezar, estudiante de doctorado e ingeniero de planta en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC de Stanford; y Liang Min, director gerente de Bits & Watts Iniatiave.

Este trabajo fue financiado por la Comisión de Energía de California, por la Fundación Nacional de Ciencias y por la Iniciativa Bits & Watts con el apoyo de Volkswagen.