Cuatro startups buscan cambiar el juego tecnológico climático

Utrecht, una ciudad de 350.000 habitantes en gran parte propulsada por bicicletas al sur de Ámsterdam, se ha convertido en un campo de pruebas para las técnicas de carga bidireccional que tienen el gran interés de los fabricantes de automóviles, ingenieros, administradores de ciudades y empresas de servicios públicos de todo el mundo. Esta iniciativa se desarrolla en un entorno en el que todos los ciudadanos quieren viajar sin generar emisiones y son cada vez más conscientes del valor de las energías renovables y la seguridad energética.

“Queríamos cambiar”, dice Eelco Eerenberg, uno de los tenientes de alcalde y concejal de desarrollo, educación y salud pública de Utrecht. Y parte del cambio implica ampliar la red de carga de vehículos eléctricos de la ciudad. “Queremos predecir dónde necesitamos construir la próxima estación de carga eléctrica”.

Por lo tanto, es un buen momento para considerar dónde surgieron por primera vez los conceptos de vehículo a red y ver en Utrecht hasta dónde han llegado.

han pasado 25 años desde Universidad de Delaware El experto en energía y medio ambiente Willett Kempton y el economista de energía de Green Mountain College Steve Letendre describieron lo que vieron como una «interacción alentadora entre los vehículos eléctricos y el sistema de suministro eléctrico». Este dúo, junto a Timothy Lipman de la Universidad de California, Berkeleyy Alec Brooks de Propulsión CAsentó las bases para la energía del vehículo a la red.

El inversor convierte la corriente alterna en corriente continua cuando carga el vehículo y viceversa cuando envía energía a la red. Esto es bueno para la red. Aún no se ha demostrado claramente por qué eso es bueno para el conductor.

Su idea inicial era que los vehículos en garaje tendrían una conexión bidireccional controlada por computadora a la red eléctrica, que podría recibir energía del vehículo y proporcionarle energía. Kempton y Letendre
papel de 1997 en el diario Investigación de transporte describe cómo la energía de la batería de los vehículos eléctricos en los hogares de las personas alimentaría la red durante una emergencia o un apagón. Con cargadores en la calle, ni siquiera necesitarías la casa.

La carga bidireccional utiliza un inversor del tamaño de una canasta de pan, ubicado en una caja de carga dedicada o a bordo del automóvil. El inversor convierte la corriente alterna en corriente continua cuando carga el vehículo y viceversa cuando envía energía a la red. Esto es bueno para la red. Aún no se ha demostrado claramente por qué eso es bueno para el conductor.

Esta es una pregunta irritante. Los propietarios de automóviles pueden ganar algo de dinero devolviendo un poco de energía a la red en los momentos oportunos, o pueden ahorrar en sus facturas de energía, o pueden subsidiar indirectamente la operación de sus automóviles de esta manera. Pero desde el momento en que Kempton y Letendre describieron el concepto, los usuarios potenciales también temieron perder dinero debido al desgaste de la batería. Es decir, ¿el ciclo de la batería más de lo necesario degradaría prematuramente el corazón mismo del automóvil? Esas preguntas persistentes hicieron que no quedara claro si las tecnologías de vehículo a red alguna vez se pondrían de moda.

Los observadores del mercado han visto un desfile de momentos «casi allí» para la tecnología de vehículo a red. En Estados Unidos, en 2011, la Universidad de Delaware y la empresa de servicios públicos NRG Energy, con sede en Nueva Jersey, firmaron un
acuerdo de licencia de tecnología para el primer despliegue comercial de tecnología de vehículo a red. Su asociación de investigación duró cuatro años.

En los últimos años, ha habido un repunte de estos proyectos piloto en Europa y Estados Unidos, así como en China, Japón y Corea del Sur. En el Reino Unido, los experimentos son
ahora teniendo lugar en hogares suburbanos, utilizando cargadores instalados en la pared exterior medidos para dar crédito a los propietarios de vehículos en sus facturas de servicios públicos a cambio de cargar batería durante las horas pico. Otras pruebas incluyen flotas de automóviles comerciales, un conjunto de furgonetas utilitarias en Copenhaguedos autobuses escolares eléctricos en Illinois y cinco en Nueva York.

Sin embargo, estos programas piloto han seguido siendo solo eso: pilotos. Ninguno se convirtió en un sistema a gran escala. Eso podría cambiar pronto. Las preocupaciones sobre el desgaste de la batería están disminuyendo. El año pasado, Heta Gandhi y Andrew White de la
Universidad de Rochestereconomía modelada del vehículo a la red y descubrió que los costos de degradación de la batería eran mínimos. Gandhi y White también señalaron que los costos de capital de las baterías se han reducido notablemente con el tiempo, pasando de más de US $ 1000 por kilovatio-hora en 2010 a aproximadamente $ 140 en 2020.

A medida que la tecnología del vehículo a la red se vuelve factible, Utrecht es uno de los primeros lugares en adoptarla por completo.

La fuerza clave Detrás de los cambios que tienen lugar en esta ciudad holandesa azotada por el viento no hay una tendencia del mercado global o la madurez de las soluciones de ingeniería. Es tener gente motivada que también está en el lugar correcto en el momento correcto.

Uno es Robin Berg, que fundó una empresa llamada
Conducimos energía solar desde su casa de Utrecht en 2016. Se ha convertido en un operador de flotas de automóviles compartidos con 225 vehículos eléctricos de varias marcas y modelos, en su mayoría renault zoepero también Tesla modelo 3s, hyundai konasy hyundai ioniq 5s. Atrayendo socios en el camino, Berg ha trazado formas de llevar la carga bidireccional a la flota de We Drive Solar. Su compañía ahora tiene 27 vehículos con capacidades bidireccionales, y se espera que se agreguen otros 150 en los próximos meses.

Esta imagen muestra a tres hombres de traje parados junto a una estación de carga que está cargando un automóvil eléctrico azul con las palabras u201cEcosistema bidireccionalu201d escritas en la puerta.En 2019, Willem-Alexander, rey de los Países Bajos, presidió la instalación de una estación de carga bidireccional en Utrecht. Aquí el rey [middle] se muestra con Robin Berg [left]fundador de We Drive Solar, y Jerôme Pannaud [right]director general de Renault para Bélgica, Países Bajos y Luxemburgo.Patrick van Katwijk/Getty Images

Reunir esa flota no fue fácil. Los dos Renault Zoes bidireccionales de We Drive Solar son prototipos, que Berg obtuvo al asociarse con el fabricante de automóviles francés. Los Zoes de producción capaces de carga bidireccional aún no han salido. En abril pasado, Hyundai entregó 25 Ioniq 5 de largo alcance con capacidad bidireccional a We Drive Solar. Estos son autos de producción con software modificado, que Hyundai está fabricando en pequeñas cantidades. Planea introducir la tecnología como estándar en un próximo modelo.

Los 1.500 suscriptores de We Drive Solar no tienen que preocuparse por el desgaste de la batería; ese es el problema de la empresa, si es que lo es, y Berg no cree que lo sea. “Nunca llegamos a los bordes de la batería”, dice, lo que significa que la batería nunca se pone en un estado de carga lo suficientemente alto o bajo como para acortar su vida materialmente.

We Drive Solar no es un servicio de flujo libre, de recoger por aplicación y dejar donde quieras. Los automóviles tienen lugares de estacionamiento exclusivos. Los abonados reservan sus vehículos, los recogen y los dejan en el mismo lugar, y los conducen donde quieran. El día que visité a Berg, dos de sus autos se dirigían a los Alpes suizos y uno a Noruega. Berg quiere que sus clientes vean autos particulares (y los lugares de estacionamiento asociados) como suyos y usen el mismo vehículo regularmente, adquiriendo un sentido de propiedad por algo que no les pertenece en absoluto.

No sorprende que Berg haya dado el paso hacia los viajes compartidos en vehículos eléctricos y, en particular, hacia la tecnología de redes eléctricas como la carga bidireccional. A principios de la década de 2000, fundó un proveedor de servicios local llamado LomboXnet, e instaló antenas Wi-Fi de línea de visión en el campanario de una iglesia y en la azotea de uno de los hoteles más altos de la ciudad. Cuando el tráfico de Internet comenzó a saturar su red basada en radio, desplegó cable de fibra óptica.

En 2007, Berg obtuvo un contrato para instalar energía solar en la azotea de una escuela local, con la idea de establecer una microrred. Ahora administra 10,000 paneles de techo de escuela en toda la ciudad. Una colección de medidores de energía se alinean en el armario de su pasillo y monitorean la energía solar que fluye, en parte, hacia las baterías de los autos eléctricos de su compañía, de ahí el nombre de la compañía, We Drive Solar.

Berg no aprendió sobre la carga bidireccional a través de Kempton ni de ninguno de los otros primeros campeones de la tecnología de vehículo a red. Se enteró por el desastre de la planta nuclear de Fukushima hace una década. Él era dueño de un Nissan hoja en ese momento, y leyó cómo estos autos suministraban energía de emergencia en la región de Fukushima.

«Está bien, esta es una tecnología interesante», recuerda haber pensado Berg. «¿Hay alguna manera de escalarlo aquí?» Nissan accedió a enviarle un cargador bidireccional y Berg llamó a los planificadores de la ciudad de Utrecht y les dijo que quería instalarle un cable. Eso condujo a más contactos, incluso en la empresa que administra la red local de bajo voltaje,
Stedin. Después de que instaló su cargador, los ingenieros de Stedin querían saber por qué su medidor a veces funcionaba al revés. Más tarde, Irene ten Dam de la agencia de desarrollo regional de Utrecht se enteró de su experimento y quedó intrigada, convirtiéndose en una defensora de la carga bidireccional.

Berg y las personas que trabajaban para la ciudad a quienes les gustaba lo que estaba haciendo atrajeron a más socios, incluidos Stedin, desarrolladores de software y un fabricante de estaciones de carga. Para 2019,
Willem-Alexander, rey de los Países Bajos, presidía la instalación de una estación de carga bidireccional en Utrecht. «Tanto con la ciudad como con el operador de la red, lo mejor es que siempre están buscando formas de escalar», dice Berg. No solo quieren hacer un proyecto y hacer un informe sobre él, dice. Realmente quieren llegar al siguiente paso.

Esos próximos pasos están teniendo lugar a un ritmo acelerado. Utrecht ya cuenta con 800 cargadores bidireccionales diseñados y fabricados por la firma de ingeniería holandesa Nieuwe Weme. La ciudad pronto necesitará muchos más.

El número de estaciones de carga en Utrecht ha aumentado considerablemente durante la última década.

“La gente compra cada vez más autos eléctricos”, dice Eerenberg, el concejal. Los funcionarios de la ciudad notaron un aumento en tales compras en los últimos años, solo para escuchar las quejas de los habitantes de Utrecht de que luego tuvieron que pasar por un largo proceso de solicitud para instalar un cargador donde pudieran usarlo. Eerenberg, un científico informático de formación, todavía está trabajando para deshacer estos nudos. Se da cuenta de que la ciudad tiene que ir más rápido si quiere cumplir con los mandato del gobierno holandés que todos los autos nuevos sean cero emisiones en ocho años.

La cantidad de energía que se utiliza para cargar vehículos eléctricos en Utrecht se ha disparado en los últimos años.

Aunque mandatos similares para poner más vehículos de cero emisiones en las carreteras de Nueva York y California fracasaron en el pasado, la presión para la electrificación de los vehículos es mayor ahora. Y los funcionarios de la ciudad de Utrecht quieren adelantarse a la demanda de soluciones de transporte más ecológicas. Esta es una ciudad que acaba de construir un estacionamiento subterráneo central para 12,500 bicicletas y pasó años excavando una autopista que atravesaba el centro de la ciudad, reemplazándola con un canal en nombre del aire limpio y la vida urbana saludable.

Una fuerza impulsora en la configuración de estos cambios es Matthijs Kok, gerente de transición energética de la ciudad. Me llevó en un recorrido, en bicicleta, naturalmente, por la nueva infraestructura verde de Utrecht, y me señaló algunas adiciones recientes, como una batería estacionaria diseñada para almacenar energía solar de los muchos paneles programados para instalarse en un desarrollo de viviendas públicas local.

Este mapa de Utrecht muestra la infraestructura de carga de vehículos eléctricos de la ciudad. Los puntos naranjas son las ubicaciones de las estaciones de carga existentes; los puntos rojos indican estaciones de carga en desarrollo. Los puntos verdes son posibles sitios para futuras estaciones de carga.

“Es por eso que todos lo hacemos”, dice Kok, alejándose de su bicicleta apoyada y señalando un cobertizo de ladrillos que alberga un transformador de 400 kilovatios. Estos transformadores son el eslabón final de la cadena que va desde la planta generadora de energía hasta los cables de alta tensión, las subestaciones de media tensión, los transformadores de baja tensión y las cocinas de las personas.

Hay miles de estos transformadores en una ciudad típica. Pero si es necesario cargar demasiados autos eléctricos en un área, los transformadores como este pueden sobrecargarse fácilmente. La carga bidireccional promete aliviar estos problemas.

Kok trabaja con otros en el gobierno de la ciudad para recopilar datos y crear mapas, dividiendo la ciudad en barrios. Cada uno está anotado con datos sobre población, tipos de hogares, vehículos y otros datos. Junto con un grupo de ciencia de datos contratado y con aportes de ciudadanos comunes, desarrollaron un algoritmo basado en políticas para ayudar a elegir las mejores ubicaciones para las nuevas estaciones de carga. La ciudad también incluyó incentivos para implementar cargadores bidireccionales en sus contratos de 10 años con operadores de estaciones de carga para vehículos. Entonces, en estos cargadores fueron.

Los expertos esperan que la carga bidireccional funcione particularmente bien para los vehículos que forman parte de una flota cuyos movimientos son predecibles. En tales casos, un operador puede programar fácilmente cuándo cargar y descargar la batería de un automóvil.

We Drive Solar gana crédito al enviar la energía de la batería de su flota a la red local durante los momentos de máxima demanda y recarga las baterías de los automóviles durante las horas de menor actividad. Si lo hace bien, los conductores no perderán el alcance que puedan necesitar cuando recojan sus autos. Y estos intercambios diarios de energía ayudan a mantener bajos los precios para los suscriptores.

Alentar esquemas de uso compartido de automóviles como We Drive Solar atrae a los funcionarios de Utrecht debido a la lucha con el estacionamiento, una dolencia crónica común en la mayoría de las ciudades en crecimiento. Un enorme sitio de construcción cerca del centro de la ciudad de Utrecht pronto agregará 10,000 nuevos apartamentos. La vivienda adicional es bienvenida, pero 10,000 autos adicionales no lo serían. Los planificadores quieren que la proporción sea más como un automóvil por cada 10 hogares, y la cantidad de estacionamiento público dedicado en los nuevos vecindarios reflejará esa meta.

Esta fotografía muestra cuatro vehículos estacionados, cada uno con las palabras u201cWe Drive Solaru201d en un lugar destacado, y cada uno conectado a un punto de carga.Algunos de los autos disponibles de We Drive Solar, incluidos estos Hyundai Ioniq 5, tienen capacidad de carga bidireccional.Conducimos energía solar

Proyecciones para el electrificación a gran escala del transporte en Europa son desalentadores. De acuerdo a un Informe Eurelectric/Deloittepodría haber 50 millones a 70 millones vehículos eléctricos en Europa para 2030, lo que requerirá varios millones de nuevos puntos de recarga, bidireccionales o no. Las redes de distribución de energía necesitarán una inversión de cientos de miles de millones de euros para soportar estas nuevas estaciones..

La mañana antes de que Eerenberg se sentara conmigo en el ayuntamiento para explicarme el algoritmo de planificación de la estación de carga de Utrecht, estalló la guerra en Ucrania. Los precios de la energía ahora presionan a muchos hogares hasta el punto de ruptura. La gasolina ha alcanzado los $6 el galón (si no más) en algunos lugares de los Estados Unidos. En Alemania, a mediados de junio, el conductor de un modesto VW Golf tuvo que pagar unos 100 euros (más de 100 dólares) para llenar el depósito. En el Reino Unido, las facturas de servicios públicos se dispararon en promedio más del 50 por ciento el primero de abril.

La guerra trastornó las políticas energéticas en todo el continente europeo y en todo el mundo, centrando la atención de la gente en la independencia y la seguridad energéticas, y reforzando las políticas que ya estaban en marcha, como la creación de zonas libres de emisiones en los centros de las ciudades y la sustitución de los coches convencionales por eléctricos. unos. La mejor manera de lograr los cambios necesarios a menudo no está clara, pero el modelado puede ayudar.

Nico Brinkel, quien está trabajando en su doctorado en
Wilfried van SarkEl laboratorio de integración fotovoltaica de la Universidad de Utrecht, enfoca sus modelos a nivel local. En
sus calculos, calcula que, en Utrecht y sus alrededores, los refuerzos de la red de baja tensión cuestan unos 17 000 € por transformador y unos 100 000 € por kilómetro de cable de sustitución. “Si nos estamos moviendo hacia un sistema completamente eléctrico, si estamos agregando mucha energía eólica, mucha energía solar, muchas bombas de calor, muchos vehículos eléctricos…”, su voz se apaga. “Nuestra red no fue diseñada para esto”.

Pero la infraestructura eléctrica tendrá que mantenerse al día.
Uno de los estudios de Brinkel sugiere que si una buena fracción de los cargadores EV son bidireccionales, dichos costos podrían distribuirse de una manera más manejable. “Idealmente, creo que sería mejor si todos de los nuevos cargadores eran bidireccionales”, dice. “Los costos adicionales no son tan altos”.

Berg no necesita que lo convenzan. Ha estado pensando en lo que ofrece la carga bidireccional en todos los Países Bajos. Calcula que 1,5 millones de vehículos eléctricos con capacidades bidireccionales, en un país de 8 millones de automóviles, equilibrarían la red nacional. “Entonces podrías hacer cualquier cosa con energía renovable”, dice.

Al ver que su país está comenzando con solo cientos de automóviles capaces de carga bidireccional, 1,5 millones es una gran cantidad. Pero algún día, los holandeses podrían llegar allí.

Este artículo aparece en la edición impresa de agosto de 2022 como «Una prueba práctica para la tecnología de vehículo a red».

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