Híbrido enchufable

Un vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV, por sus siglas en inglés) es un vehículo eléctrico híbrido cuya batería se puede recargar enchufándola a una fuente externa de energía eléctrica, además de su motor y generador a bordo. La mayoría de los PHEV son automóviles de pasajeros, pero también existen versiones PHEV de vehículos comerciales y camionetas, camiones utilitarios, autobuses, trenes, motocicletas, scooters y vehículos militares.

Al igual que en los vehículos totalmente eléctricos, los híbridos enchufables desplazan las emisiones del tubo de escape del automóvil a los generadores que alimentan la red eléctrica. Estos generadores pueden ser renovables o pueden tener menos emisiones que un motor de combustión interna. Cargar la batería de la red puede costar menos que usar el motor a bordo, lo que ayuda a reducir los costos operativos.

Los híbridos enchufables de producción masiva estuvieron disponibles al público en China y los Estados Unidos en 2010. A finales de 2016, había más de 30 modelos de híbridos enchufables legales de autopistas de producción en serie para las ventas minoristas. Los autos híbridos enchufables están disponibles principalmente en los Estados Unidos, Canadá, Europa Occidental, Japón y China. Los modelos más vendidos fueron la familia Chevrolet Volt, el Mitsubishi Outlander P-HEV y el Toyota Prius PHV.

A diciembre de 2016, el stock global de autos híbridos enchufables totalizó casi 800,000 unidades, de los más de dos millones de autos eléctricos enchufables de servicio liviano en las carreteras del mundo a finales de 2016. A diciembre de 2015, Estados Unidos clasificado como el mercado de autos híbridos enchufables más grande del mundo con un stock de 193,770 unidades, seguido por China con 86,580 vehículos, Holanda con 78,160, Japón con 55,470 unidades y el Reino Unido con 28,250.

Terminología
El rango totalmente eléctrico de un híbrido enchufable se designa por PHEV- [millas] o PHEV [kilómetros] km, en el que el número representa la distancia que el vehículo puede viajar solo con la energía de la batería. Por ejemplo, un PHEV-20 puede viajar veinte millas (32 km) sin usar su motor de combustión, por lo que también puede ser designado como un PHEV32km.
Para que estos autos funcionen con baterías, pasan por procesos de carga que usan diferentes corrientes. Estas corrientes se conocen como corriente alterna (CA) utilizada para cargadores a bordo y corriente continua (CC) utilizada para carga externa.
Otros términos populares que se usan a veces para los híbridos enchufables son «híbridos conectados a la red», «Vehículo eléctrico híbrido opcional a gas» (GO-HEV) o simplemente «híbridos opcionales a gas». GM llama a su híbrido enchufable de la serie Chevrolet Volt un «vehículo eléctrico de rango extendido».

Tecnología

Trenes de fuerza
Los PHEV se basan en las mismas tres arquitecturas básicas del tren motriz de los híbridos convencionales; un híbrido en serie es impulsado solo por motores eléctricos, un híbrido paralelo es impulsado tanto por su motor como por motores eléctricos que operan simultáneamente, y un híbrido en serie-paralelo opera en cualquiera de los dos modos. Mientras que un vehículo híbrido simple carga su batería solo de su motor, un híbrido enchufable puede obtener una cantidad significativa de la energía requerida para recargar su batería desde fuentes externas.

Sistemas de carga
El cargador de batería puede ser a bordo o externo al vehículo. El proceso para un cargador a bordo se explica mejor como la energía de CA que se convierte en energía de CC, lo que resulta en la carga de la batería. Los cargadores a bordo tienen una capacidad limitada por su peso y tamaño, y por la capacidad limitada de los tomacorrientes de CA de uso general. Los cargadores exclusivos dedicados pueden ser tan grandes y potentes como el usuario puede permitirse, pero requieren volver al cargador; Los cargadores de alta velocidad pueden ser compartidos por varios vehículos.

El uso del inversor del motor eléctrico permite que los devanados del motor actúen como bobinas del transformador y el inversor de alta potencia existente como el cargador de CA a CC. Como estos componentes ya son necesarios en el automóvil y están diseñados para manejar cualquier capacidad de potencia práctica, se pueden usar para crear una forma muy poderosa de cargador a bordo sin un peso o tamaño adicional significativo. AC Propulsion utiliza este método de carga, denominado «carga reductiva».

Modos de operacion
Un híbrido enchufable funciona en modos de agotamiento de carga y sostenimiento de carga. Las combinaciones de estos dos modos se denominan modo combinado o modo mixto. Estos vehículos pueden diseñarse para conducir en un rango extendido en modo totalmente eléctrico, ya sea solo a bajas velocidades o a todas las velocidades. Estos modos administran la estrategia de descarga de la batería del vehículo, y su uso tiene un efecto directo en el tamaño y tipo de batería requerida:

El modo de agotamiento de la carga permite que un PHEV completamente cargado funcione exclusivamente (o dependiendo del vehículo, casi exclusivamente, excepto durante la aceleración fuerte) en energía eléctrica hasta que su estado de carga de la batería se agote a un nivel predeterminado, momento en el cual la combustión interna del vehículo Se activará el motor o la pila de combustible. Este período es el rango completamente eléctrico del vehículo. Este es el único modo en el que un vehículo eléctrico con batería puede operar, por lo tanto, su rango limitado.

El modo mixto describe un viaje utilizando una combinación de múltiples modos. Por ejemplo, un automóvil puede comenzar un viaje en modo de agotamiento de carga a baja velocidad, luego ingresar a una autopista y operar en modo combinado. El conductor podría salir de la autopista y conducir sin el motor de combustión interna hasta que se agote el rango completamente eléctrico. El vehículo puede volver a un modo de mantenimiento de carga hasta que se alcance el destino final.Esto contrasta con un viaje de agotamiento de carga que se conduciría dentro de los límites del rango completamente eléctrico de un PHEV.

Almacenamiento de energía eléctrica
El tamaño óptimo de la batería varía según si el objetivo es reducir el consumo de combustible, los costos de funcionamiento o las emisiones, pero un estudio reciente concluyó que «la mejor elección de la capacidad de la batería del PHEV depende fundamentalmente de la distancia a la que se conducirá el vehículo entre cargas. Nuestros resultados sugieren que para condiciones de conducción urbana y cargas frecuentes cada 10 millas o menos, un PHEV de baja capacidad con un AER (rango eléctrico total) de aproximadamente 7 millas sería una opción sólida para minimizar el consumo de gasolina, el costo y el gas de efecto invernadero emisiones. Para las cargas menos frecuentes, cada 20–100 millas, los PHEV liberan menos GEI, pero los HEV son más rentables «.

Los PHEV normalmente requieren ciclos de carga y descarga de batería más profundos que los híbridos convencionales. Debido a que la cantidad de ciclos completos influye en la vida útil de la batería, esto puede ser menor que en los HEV tradicionales que no agotan sus baterías por completo. Sin embargo, algunos autores argumentan que los PHEV pronto se convertirán en un estándar en la industria del automóvil. Se deben resolver los problemas de diseño y las compensaciones contra la duración de la batería, la capacidad, la disipación del calor, el peso, los costos y la seguridad. La tecnología avanzada de baterías está en desarrollo, prometiendo mayores densidades de energía tanto en masa como en volumen, y se espera que aumente la vida útil de la batería.

Los cátodos de algunas baterías de iones de litio de principios de 2007 están hechos de óxido de metal de litio-cobalto. Este material es costoso y las células fabricadas con él pueden liberar oxígeno si se sobrecargan. Si el cobalto se reemplaza con fosfatos de hierro, las células no se quemarán ni liberarán oxígeno bajo ninguna carga. A principios de 2007, los precios de la gasolina y la electricidad, el punto de equilibrio se alcanza después de seis a diez años de operación. El período de recuperación puede ser más largo para los híbridos enchufables, debido a sus baterías más grandes y más caras.

Las baterías de hidruro de níquel-metal y de iones de litio se pueden reciclar; Toyota, por ejemplo, tiene un programa de reciclaje establecido en virtud del cual los concesionarios reciben un crédito de US $ 200 por cada batería devuelta. Sin embargo, los híbridos enchufables suelen utilizar paquetes de baterías más grandes que los híbridos convencionales comparables, y por lo tanto requieren más recursos. Pacific Gas and Electric Company (PG & amp; E) ha sugerido que las empresas de servicios públicos podrían comprar baterías usadas para fines de respaldo y nivelación de carga. Afirman que, si bien estas baterías usadas ya no pueden utilizarse en los vehículos, su capacidad residual aún tiene un valor significativo. Más recientemente, General Motors (GM) ha dicho que ha sido «abordado por empresas de servicios públicos interesadas en utilizar baterías Volt recicladas como un sistema de almacenamiento de energía, un mercado secundario que podría reducir el costo del Volt y otros vehículos enchufables para los consumidores». .

Los ultracapacitores (o «supercapacitores») se utilizan en algunos híbridos enchufables, como el prototipo del concepto AFS Trinity, para almacenar energía rápidamente disponible con su alta densidad de potencia, a fin de mantener las baterías dentro de límites de calentamiento resistivos seguros y extender la vida útil de la batería. La UltraBattery de CSIRO combina un supercapacitador y una batería de plomo-ácido en una sola unidad, creando una batería de automóvil híbrida que dura más, cuesta menos y es más poderosa que las tecnologías actuales utilizadas en los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV).

Conversiones de vehículos de producción.
Hay varias compañías que están convirtiendo vehículos no híbridos de combustibles fósiles en híbridos enchufables:

La conversión del mercado de accesorios de un híbrido de producción existente a un híbrido enchufable generalmente implica aumentar la capacidad de la batería del vehículo y agregar un cargador de CA a CC incorporado. Idealmente, el software del tren motriz del vehículo se reprogramaría para aprovechar al máximo la capacidad de almacenamiento de energía adicional y la potencia de salida del paquete de baterías.

Muchas de las primeras conversiones de vehículos eléctricos híbridos enchufables se han basado en el Toyota Prius. Algunos de los sistemas han implicado el reemplazo de la batería de NiMH original del vehículo y su unidad de control electrónico. Otros agregan una batería adicional a la batería original.

Comparación con híbridos no enchufables

Eficiencia de combustible y desplazamiento de petróleo.
Los híbridos enchufables tienen el potencial de ser incluso más eficientes que los híbridos convencionales, ya que un uso más limitado del motor de combustión interna del PHEV puede permitir que el motor se use más cerca de su máxima eficiencia. Si bien es probable que un Prius convierta el combustible en energía motriz en promedio a aproximadamente un 30% de eficiencia (muy por debajo del 38% de eficiencia máxima del motor), es probable que el motor de un PHEV-70 funcione mucho más a menudo cerca de su eficiencia máxima debido a que las baterías pueden satisfacer las necesidades de energía modestas en momentos en que el motor de combustión se vería obligado a funcionar muy por debajo de su eficiencia máxima. La eficiencia real alcanzada depende de las pérdidas por generación de electricidad, inversión, carga / descarga de la batería, el controlador del motor y el motor en sí, la forma en que se usa un vehículo (su ciclo de trabajo) y las oportunidades para recargarse conectándose a la red eléctrica.

Cada kilovatio-hora de capacidad de la batería en uso desplazará hasta 50 galones de EE. UU. (190 l; 42 galones imp.) De combustibles de petróleo por año (gasolina o diesel). Además, la electricidad es de múltiples fuentes y, como resultado, proporciona el mayor grado de resistencia a la energía.

La economía de combustible real para los PHEV depende de sus modos de funcionamiento del tren motriz, su rango completamente eléctrico y la cantidad de conducción entre cargas. Si no se usa gasolina, el equivalente de millas por galón de gasolina (MPG-e) depende únicamente de la eficiencia del sistema eléctrico. El primer PHEV de producción en masa disponible en el mercado de los EE. UU., El Chevrolet Volt 2011, con un rango completamente eléctrico con clasificación EPA de 56 km (56 millas), y un rango extendido adicional de solo gasolina de 344 millas (554 km) tiene un EPA economía de combustible combinada de ciudad / carretera de 93 MPG-e en modo completamente eléctrico, y 37 mpg-EE. UU. (6.4 L / 100 km; 44 mpg-imp) en modo de solo gasolina, para una calificación general de economía de combustible combinada de gas y electricidad de 60 mpg en EE. UU. (3.9 L / 100 km; 72 mpg-imp) equivalente (MPG-e). La EPA también incluyó en la etiqueta de ahorro de combustible del Volt una tabla que muestra el consumo de combustible y la electricidad consumida en cinco escenarios diferentes: 121 km, 30, 45, 60 y 75 millas conducidas entre una carga completa y un escenario sin carga. De acuerdo con esta tabla, la economía de combustible sube a 168 mpg-EE. UU. (1.40 L / 100 km; 202 mpg-imp) equivalente (MPG-e) con 45 millas (72 km) conducidas entre cargas completas.

Para la etiqueta más completa de economía de combustible y medio ambiente que será obligatoria en los EE. UU. A partir del año modelo 2013, la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras (NHTSA) y la Agencia de Protección Ambiental (EPA) emitieron dos etiquetas separadas de economía de combustible para híbridos enchufables porque de la complejidad de su diseño, ya que PHEVS puede operar en dos o tres modos de operación: totalmente eléctrico, combinado y solo de gasolina. Una etiqueta es para vehículos híbridos de serie o eléctricos de rango extendido (como el Chevy Volt), con modos totalmente eléctricos y solo de gasolina; y una segunda etiqueta para el modo mixto o el híbrido en serie-paralelo, que incluye una combinación de gasolina y funcionamiento eléctrico enchufable; Y solo gasolina, como un vehículo híbrido convencional.

La Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) desarrolló su práctica recomendada en 1999 para probar e informar la economía de combustible de los vehículos híbridos e incluyó lenguaje para abordar los PHEV. Un comité de SAE está trabajando actualmente para revisar los procedimientos para probar y reportar la economía de combustible de los PHEV. El Fondo Atmosférico de Toronto probó diez vehículos híbridos enchufables reconstruidos que lograron un promedio de 5.8 litros por 100 kilómetros o 40.6 millas por galón durante seis meses en 2008, lo que se consideró por debajo del potencial de la tecnología.

En las pruebas del mundo real que utilizan controladores normales, es posible que algunas conversiones de Prius PHEV no alcancen una economía de combustible mucho mejor que las HEV.Por ejemplo, una flota de Prius enchufable, cada una con un rango completamente eléctrico de 30 millas (48 km), promedió solo 51 mpg-EE. UU. (4.6 L / 100 km; 61 mpg-imp) en un recorrido de 17,000 millas (27,000 km) ) prueba en Seattle y resultados similares con el mismo tipo de modelos de conversión de batería en la iniciativa RechargeIT de Google. Además, el paquete de baterías adicional cuesta entre US $ 10,000 y US $ 11,000.

Costos de operacion
Un estudio publicado en 2014 por investigadores de la Universidad de Lamar, la Universidad del Estado de Iowa y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge comparó los costos operativos de los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) de varios rangos eléctricos (10, 20, 30 y 40 millas) con los convencionales Vehículos a gasolina y vehículos híbridos-eléctricos (HEV) para diferentes períodos de amortización, teniendo en cuenta los diferentes niveles de despliegue de la infraestructura de carga y los precios de la gasolina. El estudio concluyó que:

Los PHEV ahorran alrededor del 60% o 40% en costos de energía, en comparación con los vehículos de gasolina convencionales y los HEV, respectivamente. Sin embargo, para los conductores con millas diarias recorridas (DVMT) significativas, los vehículos híbridos pueden ser incluso una mejor opción que los híbridos enchufables con un alcance de 40 mi (64 km), especialmente cuando hay una falta de infraestructura de carga pública.
El costo incremental de la batería de los híbridos enchufables de batería grande es difícil de justificar basándose en los ahorros incrementales de los costos operativos de los PHEV, a menos que se ofrezca un subsidio para los PHEV de baterías grandes.
Cuando el precio de la gasolina aumenta de US $ 4 por galón a US $ 5 por galón, la cantidad de conductores que se benefician de una batería más grande aumenta significativamente. Si el precio del gas es de US $ 3, un híbrido enchufable con un rango de 10 mi (16 km) es la opción menos costosa, incluso si el costo de la batería es de $ 200 / kWh.
Aunque los cargadores rápidos pueden reducir el tiempo de carga, contribuyen poco al ahorro de costos de energía para los PHEV, a diferencia de los cargadores de Nivel 2.

Costo de baterias
Las desventajas de los híbridos enchufables incluyen el costo adicional, el peso y el tamaño de un paquete de baterías más grande. Según un estudio realizado en 2010 por el Consejo Nacional de Investigación, el costo de un paquete de baterías de iones de litio es de aproximadamente US $ 1,700 / kW • h de energía utilizable, y considerando que un PHEV-10 requiere aproximadamente 2.0 kW • hy un PHEV-40 aproximadamente 8 kW • h, el costo estimado del fabricante del paquete de baterías para un PHEV-10 es de alrededor de US $ 3.000 y asciende a US $ 14.000 para un PHEV-40. Según el mismo estudio, aunque se espera que los costos disminuyan un 35% para 2020, se espera que la penetración en el mercado sea lenta y, por lo tanto, no se espera que los PHEV afecten significativamente el consumo de petróleo o las emisiones de carbono antes de 2030, a menos que sea un avance fundamental en las tecnologías de baterías. ocurre.

Según el estudio de la NRC de 2010, aunque una milla conducida en electricidad es más barata que una conducida con gasolina, los ahorros de combustible de por vida no son suficientes para compensar los altos costos iniciales de los complementos, y pasarán décadas antes de que se alcance el punto de equilibrio. Además, es probable que se necesiten cientos de miles de millones de dólares en subsidios e incentivos gubernamentales para lograr una rápida penetración de mercado de complementos en los Estados Unidos.

Comparación de costos entre un PHEV-10 y un PHEV-40
(precios para 2010)
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Rango EV
Similar 
producción 
modelo
Tipo de 
transmisión
Fabricante 
costo adicional 
comparado con el convencional 
tamaño medio no híbrido
Costo estimado 
de la batería
Costo de 
sistema electrico 
actualizar en casa
Esperado 
gasolina 
ahorros
comparado 
a un HEV
Anual 
gasolina 
ahorros
comparado 
a un HEV (2)
PHEV-10 Plug-in Prius (1) Paralela US $ 6,300 US $ 3,300 Más de US $ 1,000 20% 70 galones
PHEV-40 Chevy Volt Serie US $ 18,100 US $ 14,000 Más de US $ 1,000 55% 200 galones
Notas: (1) Considera la tecnología HEV utilizada en el Toyota Prius con un paquete de baterías más grande. El alcance eléctrico del Prius Plug-in es de 14.5 millas (23 km) 
(2) Suponiendo 15,000 millas por año.

Un estudio realizado en 2013 por el Consejo Americano para una Economía Eficiente de la Energía informó que los costos de las baterías bajaron de US $ 1,300 por kilovatio / hora en 2007 a US $ 500 por kilovatio / hora en 2012. El Departamento de Energía de EE. UU. Ha establecido objetivos de costos para su investigación patrocinada sobre baterías de US $ 300 por kilovatio hora en 2015 y US $ 125 por kilovatio hora para 2022. La reducción de costos a través de los avances en tecnología de baterías y mayores volúmenes de producción permitirá que los vehículos eléctricos enchufables sean más competitivos con los vehículos convencionales de motor de combustión interna.

Un estudio publicado en 2011 por el Centro Belfer, en la Universidad de Harvard, encontró que los ahorros en costos de gasolina de los autos eléctricos enchufables durante la vida útil de los vehículos no compensan sus precios de compra más altos. Este hallazgo se estimó comparando su valor presente neto de por vida con los costos de compra y operación de 2010 para el mercado estadounidense, y suponiendo que no haya subsidios gubernamentales. Según las estimaciones del estudio, un PHEV-40 es US $ 5,377 más caro que un motor de combustión interna convencional, mientras que un vehículo eléctrico de batería (BEV) es US $ 4,819 más caro. El estudio también examinó cómo este equilibrio cambiará en los próximos 10 a 20 años, asumiendo que los costos de la batería disminuirán mientras que los precios de la gasolina aumenten. Bajo los escenarios futuros considerados, el estudio encontró que los BEV serán significativamente menos costosos que los autos convencionales (de US $ 1.155 a US $ 7,181 más baratos), mientras que los PHEV serán más costosos que los BEV en casi todos los escenarios de comparación, y solo menos costosos que los autos convencionales en un escenario con muy bajos costos de batería y altos precios de gasolina.Los BEV son más fáciles de construir y no usan combustible líquido, mientras que los PHEV tienen motores más complicados y aún tienen motores de gasolina.

Emisiones desplazadas a plantas eléctricas.
Se espera que ocurra un aumento de la contaminación en algunas áreas con la adopción de PHEV, pero la mayoría de las áreas experimentarán una disminución. Un estudio realizado por la ACEEE predice que el uso generalizado de PHEV en áreas muy dependientes del carbón resultaría en un aumento de las emisiones netas locales de dióxido de azufre y mercurio, dados los niveles de emisiones de la mayoría de las plantas de carbón que actualmente suministran energía a la red. Si bien las tecnologías de carbón limpio podrían crear centrales eléctricas que suministran energía de la red a partir del carbón sin emitir cantidades significativas de dichos contaminantes, el mayor costo de la aplicación de estas tecnologías puede aumentar el precio de la electricidad generada por el carbón. El efecto neto sobre la contaminación depende de la fuente de combustible de la red eléctrica (fósil o renovable, por ejemplo) y del perfil de contaminación de las centrales eléctricas. La identificación, regulación y actualización de fuentes de contaminación de un solo punto, como una planta de energía, o la sustitución de una planta en su totalidad, también puede ser más práctica.Desde una perspectiva de salud humana, alejar la contaminación de las grandes áreas urbanas puede considerarse una ventaja significativa.

De acuerdo con un estudio realizado en 2009 por la Academia Nacional de Ciencias, «Los vehículos eléctricos y los vehículos híbridos dependientes de la red (enchufables) mostraron daños un tanto más altos que las otras tecnologías». La eficiencia de los híbridos enchufables también se ve afectada por la eficiencia general de la transmisión de energía eléctrica. Las pérdidas de transmisión y distribución en los Estados Unidos se estimaron en 7.2% en 1995 y 6.5% en 2007. Por el análisis del ciclo de vida de las emisiones de contaminación del aire, los vehículos de gas natural son actualmente el emisor más bajo.

Estructura tarifaria escalonada para facturas eléctricas
El consumo eléctrico adicional para recargar los vehículos enchufables podría empujar a muchos hogares en áreas que no tienen tarifas de temporada baja a un nivel más alto y negar los beneficios financieros. Los clientes que se aplican a dichas tarifas podrían obtener importantes ahorros al tener cuidado con el momento en que se cargó el vehículo, por ejemplo, al usar un temporizador para restringir la carga a las horas de menor actividad. Por lo tanto, una comparación precisa del beneficio requiere que cada hogar evalúe su nivel de uso eléctrico actual y las tarifas comparadas con el costo de la gasolina y el costo operacional real observado de la operación del vehículo en modo eléctrico.

Emisiones de gases de efecto invernadero
El efecto de los PHEV sobre las emisiones de efecto invernadero es complejo. Los vehículos híbridos enchufables que funcionan en modo totalmente eléctrico no emiten contaminantes dañinos del tubo de escape desde la fuente de energía a bordo. El beneficio de aire limpio suele ser local porque, según la fuente de electricidad utilizada para recargar las baterías, las emisiones de contaminantes del aire se desplazan a la ubicación de las plantas de generación. De la misma manera, los PHEV no emiten gases de efecto invernadero desde la fuente de energía a bordo, pero desde el punto de vista de una evaluación de pozo a rueda, el alcance del beneficio también depende del combustible y la tecnología utilizada para la generación de electricidad. Desde la perspectiva de un análisis de ciclo de vida completo, la electricidad utilizada para recargar las baterías debe generarse a partir de fuentes de cero emisiones, como las renovables (p. Ej., Energía eólica, solar o hidroelectricidad) o energía nuclear para que los PEV no tengan casi ningún pozo. Emisiones a rueda. Por otro lado, cuando los PEV se recargan de las plantas de carbón, generalmente producen un poco más de emisiones de gases de efecto invernadero que los vehículos con motor de combustión interna. En el caso de un vehículo eléctrico híbrido enchufable cuando se opera en modo híbrido con la asistencia del motor de combustión interna, el tubo de escape y las emisiones de efecto invernadero son menores en comparación con los automóviles convencionales debido a su mayor economía de combustible.

Ciclo de vida de energía y evaluaciones de emisiones.

Argonne
En 2009, los investigadores del Laboratorio Nacional de Argonne adaptaron su modelo GREET para realizar un análisis completo del uso de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de vehículos eléctricos híbridos enchufables para varios escenarios, considerando diferentes a bordo Combustibles y diferentes fuentes de generación eléctrica para recargar las baterías del vehículo. Se seleccionaron tres regiones de EE. UU. Para el análisis, California, Nueva York e Illinois, ya que estas regiones incluyen las principales áreas metropolitanas con variaciones significativas en sus combinaciones de generación de energía. Los resultados del análisis de ciclo completo también se informaron para la mezcla de generación de EE. UU. Y la electricidad renovable para examinar los casos de mezclas promedio y limpia, respectivamente. Este estudio de 2009 mostró una amplia distribución del uso de petróleo y las emisiones de GEI entre las diferentes tecnologías de producción de combustible y las mezclas de generación de la red. La siguiente tabla resume los principales resultados:

PHEV pozo a ruedas Consumo de energía del petróleo y emisiones de gases de efecto invernadero
para un rango completamente eléctrico de entre 10 y 40 millas (16 y 64 km) con diferentes combustibles a bordo. (1)
(como un% relativo a un vehículo con motor de combustión interna que usa gasolina de combustible fósil)
Análisis Gasolina reformulada
y diesel ultra bajo en azufre
E85 combustible de
maíz y hierba de césped
Pila de combustible
hidrógeno
Reducción del uso energético del petróleo. 40–60% 70–90% más del 90%
Reducción de emisiones de GEI(2) 30–60% 40–80% 10–100%
Fuente: Centro de Investigación en Transporte, Laboratorio Nacional de Argonne (2009). Ver Tabla 1. Notas: (1) Simulaciones para el año 2020 
con el modelo PHEV año 2015. (2) No se incluyen cambios directos o indirectos en el uso de la tierra en el análisis de WTW para las materias primas de biomasa de combustible.

El estudio de Argonne encontró que los PHEV ofrecían reducciones en el uso de energía del petróleo en comparación con los vehículos eléctricos híbridos normales. Se lograron más ahorros de energía del petróleo y también más reducciones de emisiones de GEI a medida que aumentaba el rango completamente eléctrico, excepto cuando la electricidad utilizada para recargar estaba dominada por la generación de energía a carbón o petróleo. Como se esperaba, la electricidad de fuentes renovables se dio cuenta de las mayores reducciones en el uso de la energía del petróleo y las emisiones de GEI para todos los PHEV a medida que aumentaba la gama completamente eléctrica. El estudio también concluyó que los vehículos enchufables que emplean combustibles basados ​​en biomasa (biomasa-E85 e -hidrógeno) pueden no darse cuenta de los beneficios de las emisiones de GEI sobre los híbridos normales si la generación de energía está dominada por fuentes fósiles.

cresta de roble
Un estudio realizado en 2008 por investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge analizó el uso de petróleo y las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de híbridos enchufables en relación con vehículos eléctricos híbridos en varios escenarios para los años 2020 y 2030. El estudio consideró la combinación de fuentes de energía para 13 Estados Unidos. regiones que se utilizarían durante la recarga de vehículos, generalmente una combinación de carbón, gas natural y energía nuclear, y en menor medida energía renovable. Un estudio realizado en 2010 en el Laboratorio Nacional de Argonne alcanzó resultados similares, concluyendo que los PHEV reducirán el consumo de petróleo, pero podrían producir emisiones de gases de efecto invernadero muy diferentes para cada región, dependiendo de la combinación de energía utilizada para generar la electricidad para recargar los híbridos enchufables.

Agencia de Protección Ambiental
En octubre de 2014, la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. Publicó la edición 2014 de su informe anual «Tecnología automotriz de servicio liviano, emisiones de dióxido de carbono y tendencias de ahorro de combustible». Por primera vez, el informe presenta un análisis del impacto de los vehículos con combustibles alternativos, con énfasis en los vehículos eléctricos enchufables, ya que a medida que su participación en el mercado se acerca al 1%, los PEV comenzaron a tener un impacto medible en el nuevo combustible general de los EE. UU. Economía y emisiones de CO2.

El informe de la EPA incluyó el análisis de 12 autos de pasajeros totalmente eléctricos y 10 híbridos enchufables disponibles en el mercado como modelo del año 2014. A los efectos de una estimación precisa de las emisiones, el análisis tomó en consideración las diferencias de operación entre aquellos PHEV como el Chevrolet Volt que puede operar en modo totalmente eléctrico sin usar gasolina, y aquellos que operan en modo mixto como el Toyota Prius PHV, que usa tanto la energía almacenada en la batería como la energía del tanque de gasolina para impulsar el vehículo, pero eso puede Ofrece una conducción completamente eléctrica en modo combinado. Además, dado que la gama totalmente híbrida de híbridos enchufables depende del tamaño de la batería, el análisis introdujo un factor de utilidad como una proyección, en promedio, del porcentaje de millas que se recorrerán usando electricidad (en electricidad). Modos únicos y combinados) por un conductor promedio. La siguiente tabla muestra el ahorro de combustible EV / híbrido total expresado en millas por galón de gasolina equivalente (mpg-e) y el factor de utilidad para los diez híbridos enchufables MY2014 disponibles en el mercado estadounidense. El estudio utilizó el factor de utilidad (ya que en el modo EV puro no hay emisiones del tubo de escape) y la mejor estimación de la EPA de las emisiones del tubo de escape de CO2 producidas por estos vehículos en operaciones de ciudades y autopistas del mundo real basadas en la metodología de etiquetado de 5 ciclos de la EPA, utilizando un 55% ponderado en ciudad / 45% en carretera. Los resultados se muestran en la siguiente tabla.

Además, la EPA contabilizó las emisiones de CO2 ascendentes asociadas con la producción y distribución de electricidad requerida para cargar los PHEV. Dado que la producción de electricidad en los Estados Unidos varía significativamente de una región a otra, la EPA consideró tres escenarios / rangos con el extremo bajo del rango correspondiente al factor de emisiones del motor de California, la mitad del rango representado por el factor promedio nacional de emisiones del motor. y el extremo superior del rango correspondiente al factor de emisiones del motor para las Montañas Rocosas. La EPA estima que los factores de emisión de GEI de la electricidad para varias regiones del país varían de 346 g CO2 / kW-h en California a 986 g CO2 / kW-h en las Montañas Rocosas, con un promedio nacional de 648 g CO2 / kW-h. . La siguiente tabla muestra las emisiones del tubo de escape y las emisiones combinadas del tubo de escape y del flujo ascendente para cada uno de los 10 MIE 2014 PHEV disponibles en el mercado estadounidense.

Oficina Nacional de Investigación Económica
La mayoría de los análisis de emisiones utilizan tasas de emisiones promedio en todas las regiones en lugar de generación marginal en diferentes momentos del día. El enfoque anterior no tiene en cuenta la combinación de generación dentro de los mercados de electricidad interconectados y el cambio de los perfiles de carga a lo largo del día. Un análisis realizado por tres economistas afiliados a la Oficina Nacional de Investigación Económica (NBER), publicado en noviembre de 2014, desarrolló una metodología para estimar las emisiones marginales de la demanda de electricidad que varían según la ubicación y la hora del día en todo Estados Unidos. El estudio utilizó datos de emisiones y consumo de 2007 a 2009, y utilizó las especificaciones para el Chevrolet Volt (rango completamente eléctrico de 35 mi (56 km)). El análisis encontró que las tasas de emisión marginal son más de tres veces más grandes en el Medio Oeste Superior en comparación con el oeste de los EE. UU., Y dentro de las regiones, las tasas para algunas horas del día son más del doble que para otras. Aplicando los resultados del análisis marginal a los vehículos eléctricos enchufables, los investigadores del NBER encontraron que las emisiones de los PEV de carga varían según la región y las horas del día. En algunas regiones, como el oeste de EE. UU. Y Texas, las emisiones de CO2 por milla desde la conducción de PEV son menores que las de conducir un automóvil híbrido. Sin embargo, en otras regiones, como el Upper Midwest, la carga durante las horas recomendadas de la medianoche a las 4 am implica que los PEV generan más emisiones por milla que el automóvil promedio actualmente en la carretera. Los resultados muestran una tensión fundamental entre la gestión de la carga eléctrica y los objetivos ambientales, ya que las horas en que la electricidad es menos costosa de producir tienden a ser las horas con las mayores emisiones.Esto ocurre porque las unidades alimentadas con carbón, que tienen tasas de emisión más altas, se usan más comúnmente para satisfacer la demanda de electricidad de nivel base y fuera de las horas pico; mientras que las unidades de gas natural, que tienen tasas de emisiones relativamente bajas, a menudo se ponen en línea para satisfacer la demanda máxima. Este patrón de cambio de combustible explica por qué las tasas de emisión tienden a ser más altas durante la noche y más bajas durante los períodos de mayor demanda en la mañana y en la noche.