Perspectivas de sustitución tecnológica · de autos más grandes del planeta, con una demanda...

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Dr. Juan Pablo Zagorodny Dr. Juan Pablo Zagorodny Energía y Movilidad Sustentables Perspectivas de sustitución tecnológica www.AAVEA.org 24 de Agosto de 2016 24 de Agosto de 2016

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Dr. Juan Pablo Zagorodny Dr. Juan Pablo Zagorodny

Energía y Movilidad Sustentables

Perspectivas de sustitución tecnológica

www.AAVEA.org

24 de Agosto de 2016 24 de Agosto de 2016

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¿Por qué es necesario (y urgente) sustituir tecnologías en el sector del transporte?

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Ahorro de energía y emisiones con Vehículos Eléctricos (VE)

Sustitución de tecnología en la oferta y en la demanda de energía

Motivaciones, Matrices Energéticas… y Energías Renovables

Resumen…

Calidad de vida

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0

20

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100

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1976

1979

1982

1985

1988

1991

1994

1997

2000

2003

2006

2009

u$s/barril WTI

Brent

Dubai

Nigerian 2 Argumentos 2 Argumentos

Económicos

Motivaciones... Para liderar el cambio…

Argumentos 1 Argumentos

Ambientales Emisiones…

3 Argumentos 3 Argumentos

Éticos !!

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¿Por qué es necesario (y urgente) sustituir ¿Por qué es necesario (y urgente) sustituir tecnologías en el sector de transporte?

10%

28%

24%

24%

0,1 6%

Consumo de Energía Argentina (2014)

No energético

Transporte Industria

Residencial

Comercial y Público

Agropecuario

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¿Cuánto de nuestra energía primaria es renovable?

“Renovable”

11,5 %

No renovable

88,5 %

Fuente: Sec. de Energía - Balance Energético Nacional 2014

Oferta Interna de Energía Primaria Argentina - Año 2014

kTEP GWh %

Gas Natural 44.157 513.189 52,42

Petróleo 27.183 315.920 32,27

Nuclear 1.690 19.641 2,01

Carbón Mineral 1.489 17.305 1,77 88,47

Energía Hidráulica 3.556 41.327 4,22

Leña 1.151 13.377 1,37

Bagazo de caña 1.155 13.420 1,37

Aceites vegetales 2.816 32.731 3,34

Alcoholes vegetales 357 4.147 0,42

Eólica 269 3.123 0,32

Solar 1 16 0,00

Otros Primarios 408 4.742 0,48 11,53

TOTAL 84.231 978.938 100,00

1 kTEP = 11,622 GWh

En la oferta de energía primaria las ER participan al 11,5% En la generación de electricidad, las ER contribuyen el 1,5% (próxima pag.)

En la oferta de energía primaria las ER participan al 11,5% En la generación de electricidad, las ER contribuyen el 1,5% (próxima pag.)

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¿Hay Crisis de O&G ? … ¿La “Era de la de Renovables”?

Vaca Muerta es una oportunidad económica… Vaca Muerta es una oportunidad económica…

Precio de Gas en aprox. 5 usd/MMBTU hacia 2020 ??

La economía no debe ser motivo para postergar el desarrollo de energías renovables & los VE.

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TODA

CRISIS

(volatilidad!)

ES UNA

OPORTUNIDAD!

(¿Para quién?) Liderar

el cambio!

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¿Cuánto de nuestra energía eléctrica es renovable?

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Cubrimiento de la Demanda Eléctrica por Tipo [ GWh ]

2010 2011 2012 2013 2014 2015 Térmica 66.465 73.573 82.495 82.953 83.265 86.625

Hidráulica 40.226 39.339 36.626 40.330 40.663 41.464

Nuclear 6.692 5.892 5.904 5.732 5.258 6.519

Eólica y Solar 16 356 462 629 608

Importación 2.351 2.412 423 342 1.390 1.655

TOTALES 115.734 121.232 125.804 129.819 131.205 136.871

Crecim. Anual 4,0% 4,8% 3,8% 3,2% 1,1% 4,3%

Cubrimiento de la Demanda Eléctrica por Tipo [ % ] 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Térmica 57,43 60,69 65,57 63,90 63,46 63,29

Hidráulica 34,76 32,45 29,11 31,07 30,99 30,29

Nuclear 5,78 4,86 4,69 4,42 4,01 4,76

Eólica y Solar 0,01 0,28 0,36 0,48 0,44

Importación 2,03 1,99 0,34 0,26 1,06 1,21

TOTALES 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 1.000 autos eléctricos consumirían 8 GWh/año, 1.000 autos Diesel consumen 18 GWh/año, 1.000 autos a GNC consumen 29 GWh/año

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EPIA – the European Photovoltaic Industry Association

Mientras Argentina tiene enormes recursos energéticos Renovables (solar, eólica, biomasa, geotérmica, etc.)

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20 de Abril de 2010: Explosión de Deep Water Horizon (BP), Golfo de Méjico

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Conceptos

Energía Renovable

Ambiente Medio

Ambiente

Movilidad Sustentable

Planeamiento Planeamiento Territorial

Calidad Calidad de

Vida!!

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Energía y Vehículos Eléctricos: Movimiento Mundial

www.iea.org/topics/transport/electricvehiclesinitiative/

Iniciativa de Vehículos

Eléctricos (Electric

Vehicles Initiative - EVI)

produjo este reporte en

Abril 2013.

“Entendiendo el

Panorama de Vehículos

Eléctricos hacia 2020”

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E-Mobility: Closing the Gap

Movilidad Eléctrica – Cerrando la Brecha

Hallazgos:

1. Objetivos de Mejora de la Economía de Combustibles de aprox. 30% de

2015 a 2020 fueron impuestos en USA, UE, y China. Estos son los mercados

de autos más grandes del planeta, con una demanda colectiva de 40 millones

de vehículos de pasajeros.

1. Objetivos de Mejora de la Economía de Combustibles de aprox. 30% de

2015 a 2020 fueron impuestos en USA, UE, y China. Estos son los mercados

de autos más grandes del planeta, con una demanda colectiva de 40 millones

de vehículos de pasajeros.

2. Los VE representan hoy menos de 1% del mercado de autos de pasaje-

ros. Para alcanzar los objetivos de mejora de economía de combustibles, se

necesita que la participación de los VE en el mercado de autos de pasajeros

se incremente al menos hasta el 16% hacia 2020.

2. Los VE representan hoy menos de 1% del mercado de autos de pasaje-

ros. Para alcanzar los objetivos de mejora de economía de combustibles, se

necesita que la participación de los VE en el mercado de autos de pasajeros

se incremente al menos hasta el 16% hacia 2020.

3. El número de VE necesarios para cumplir estas metas se llama “EV Gap”

(“Brecha de EVs”). En la UE es aprox. 1,4 millones (10% de las ventas totales

proyectadas a 2020), en USA es aprox. 0,9 millones (11% de las ventas), en

China es de aprox. 5,3 millones (22% de las ventas totales a 2020).

3. El número de VE necesarios para cumplir estas metas se llama “EV Gap”

(“Brecha de EVs”). En la UE es aprox. 1,4 millones (10% de las ventas totales

proyectadas a 2020), en USA es aprox. 0,9 millones (11% de las ventas), en

China es de aprox. 5,3 millones (22% de las ventas totales a 2020).

WORLD WORLD ENERGY COUNCIL

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Mercado: perspectivas

El objetivo de EVI: 20 millones de VE en las calles en 2020representará el 2% de todos los autos de pasajeros

El objetivo de EVI: 20 millones de VE en las calles en 2020 representará el 2% de todos los autos de pasajeros

Good News: La I+D (R&D) está pagando bien:

Con los gobiernos de los países EVI

aportando más de USD 8.700 millones desde 2008,

se redujo el costo de baterías a la mitad,

tendencia que sigue igual en 2013-14.

EVI: Electric Vehicles Initiative A 2012 autos,

EVI: Electric Vehicles Initiative A 2012 el stock global de VE superaba los 180.000 autos, el 90% de ellos en países de EVI.

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Informes de Mercado...

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El ascenso de los Vehículos Eléctricos...

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Prediciendo la próxima crisis de petróleo

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Vehículos Eléctricos: costo de baterías

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Vehículos Eléctricos: costo de baterías

15.000 (500 USD/kWh)

) y

80 al 90% de la batería a la rueda

Un pack típico de 30 kWh USD 15.000 (500 USD/kWh)

pero: la carga es muy barata (aprox. usd 1 a 4 ct / kWh) y

la eficiencia es muy alta: 80 al 90% de la batería a la rueda

En comparación

40 Litros de Nafta Premium (97 RON) ≈> 350

pero

En comparación

40 Litros de Nafta Premium (97 RON) ≈> 350 kWh ≈> más energía,

pero... la eficiencia es muy baja: 20 % del combustible a la rueda

AAVEA AAVEA -- 24/08/2016 24/08/2016 –– 2020

Hasta el 50% del COSTO de un EV batería de Litio,

son muy caras

Hasta el 50% del COSTO de un EV es su batería de Litio,

todavía son muy caras

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ACTUAR SOBRE ACTUAR SOBRE

LA OFERTA

DE ENERGÍA

Integración ... en la sustitución tecnológica

ACTUAR SOBRE ACTUAR SOBRE

LA DEMANDA

DE ENERGÍA

I + D NACIONAL

Redes

inteligentes

Sistemas

Integrados

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Sustitución Tecnológica en el Transporte

Motores Eléctricos …¿Por qué cambiar?

LA Ventaja de motores eléctricos: Alta Eficiencia

Nuestras redes eléctricas (S.A.D.I.) son adecuadas Nuestras redes eléctricas (S.A.D.I.) son adecuadas para aceptar la nueva demanda, y serían más estables con (baterías y smart chargers de) Vehículos Eléctricos

http://aavea.org/biblioteca/ZAGORODNY_Argentina_Necesita_Leyes_Vehiculos_Electricos_2012-06-14.pdf http://aavea.org/biblioteca/ZAGORODNY_Argentina_Necesita_Leyes_Vehiculos_Electricos_2012-06-14.pdf

: motores Diesel turbo: baja eficiencia

22-25%

motores eléctricos: Alta eficiencia

93-95%

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Los materiales deben ser COMPOSITES

Eficiencia es también...

AHORRO de energía

por AHORRO de peso

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Acumulación: la clave para pensar la “integración”

Demanda Demanda aleatoria

Oferta Intermitente

Acumulación Acumulación de Energía !

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Sustitución Tecnológica en el Transporte

Los MOTORES deben ser ELÉCTRICOS

independientemente de la reserva y recarga de energía…

• Recarga o suministro directo: por contacto o inalámbrica

Baterías sólidas

Baterías de Flujo Baterías de Flujo

(Súper) Capacitores (Súper) Capacitores

Hidrógeno (FC)

Moto generador Moto-generador Aire comprimido Aire comprimido

Fly-wheels

Turbina + Gen. Otros… Otros…

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Ejemplo... Baterías de flujo

Aprox. USD 350 kW y kWh

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Tipos de Vehículos Eléctricos

VE = Vehículo Eléctrico (inglés: EV)

VEH = V.E. Híbrido (inglés: HEV)

PHEV = V.E. Híbrido Plug-In

(“híbrido enchufable”)

Las proporciones de electricidad/combustible, y las emisiones, varían según la matriz de generación eléctrica de cada país.

Nissan Leaf

Toyota Prius

Chevy Volt

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Híbridos en serie y en paralelo

VE. Híbrido en paralelo: Ambos motores traccionan

Volvo XC90 SUV T8 Twin Engine GO. 2.0 Litros Electric 60 kW (80hp)

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Híbridos en serie y en paralelo

Chevy Volt Motor eléctrico: 111 kW / 149 hp Generador Diesel: 1,4 L 55 kW / 74 hp Batería Litio: 16 kWh Autonomía: 350 milllas

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VE. Híbrido en serie: motor eléctrico como generador

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Eficiencia Energética … fuente virtual de energía renovable

Pregunta Pregunta CLAVE

1. Híbridos No-Enchufables (HEV): Sí, bastante obvio. Toyota (aprox. 50

1. Híbridos No-Enchufables (HEV): Sí, bastante obvio. Toyota Prius HEV (no se enchufa): 1.100 km / tanque. (aprox. 50 mpg , o bien: 4,5 Litros / 100 km)

¿Ahorran energía los VE?

1 MPG = 1,61 km / 3,786 Litros 1 MPG = 1,61 km / 3,786 Litros = 0,425 km/L

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Evaluaciones de EPA (www.fueleconomy.gov)

Chevrolet VOLT: híbrido diesel-eléctrico Modo eléctrico: 39,3 km/lt equiv. Modo híbrido: 15,6 km/lt. (2,54 lt / 100 km equiv.)

Nissan LEAF all electric: 41,8 km / lt. equiv.

(2,4 lt / 100 km equiv.)

1 MPG = 0,425 km/L 1 MPG = 0,425 km/L

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Eficiencia Energética … fuente virtual de energía renovable

2. Enchufables (EV y PHEV): Sí, aunque no tan obvio.

2. Enchufables (EV y PHEV): Sí, aunque no tan obvio.

Considerar la fuente de la electricidad

En Argentina: 60% térmica, 35% hidro, 5% nuclear…

¿Ahorran energía los VE? (2)

Kangoo eléctrica

en TECNÓPOLIS, 2012

Kangoo Eléctrica en KDT,

Buenos Aires, 2014,

con cargador de EDESUR

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Ejercicio: 1.000 taxis

(1) Fiat Siena Diesel TD 1.7

(2) Datos de Phoenix

SUV: 160 km / carga

35 kWh / carga

100 kW nominal

km/dia 75

km/año (1) 24.000

Nº vehículos 1000

PCI GasOil (kWh/lt) 11,9

(MWh/m3)

Precio GasOil

(U$S/m3) 1.000

DIESEL (1) ELECTRICO (2)

tanque (lt) 40 batería (Ah) 730

batería (V) 48

energía (kWh) 488 energía (kWh) 35

autonomía (km) 650 autonomía (km) 160

km/litro 15,9

km/kWh 1,33 km/kWh 4,6

MWh/año/vehículo 18 MWh/año/vehiculo 5,25

Incluyendo contenido de

HC 7,9

MWh/año/flota 18.000 MWh/año/flota 7.900

M3 Gas Oil 1.514 Equivalente M3 Gas Oil 663

DIFERENCIA en M3 Gas Oil equivalente / año = 851

Valor Económico U$S / año = 851.000

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Consumos de Energía de vehículos (ve) Diesel y GNC, vs. Eléctricos, recorridos de ciudad

km/dia 75 PCI GasOil (kWh/lt)

(=MWh/m3) 11,9

PCI GNC @200bar (kWh/lt) 2,7

km/año (1) 24.000

Nº ve / flota 1.000 Precio (5) (u$d/m3) 1.000 PCI GNL (MWh/m3) 5,7

Precio GNL (6) (u$d/m3) 342

ELECTRICO (3) GasOil (GO) (2) GNC (4)

batería (Ah) 730 tanque, V (litros) 41 tanque, P (bares) 200

batería (V) 48 tanque, V (litros) 100

energía (kWh) 35,0 energía (kWh) 487,9 energía (kWh) 270

autonomía (km) 160 autonomía (km) 650 autonomía (km) 220

kWh(elec.) / 100 km 21,9 kWh(GO) / 100 km 75,1 kWh(GNC) / 100 km 122,7

km / kWh(elec.) 4,57 km / kWh(GO) 1,33 km / kWh(GNC) 0,815

km / litro (equiv. GO) 54,3 km/litro 15,9 km/litro (equiv. GO) 9,7

Contenido de Hidrocarburo (HC) en electricidad argentina: MWh(HC) / MWh (eléc.) = 1,5

MWh/año/ve (*) 7,88 MWh/año/ve 18,01 MWh/año/ve 29,45

MWh/año/flota (*) 7.884 MWh/año/flota 18.015 MWh/año/flota 29.455

Equiv. en m3 de GO 663 m3 GasOil 1.514 Equiv. en m3 GO: 2.475

Equiv. en m3 de GNL 1.383 Equiv. en m3 GNL (#) : 5.167

Dif. en m3 de GO equivalente / año/1000 vehic. = 851 Dif. en m3 GO equiv. 1.813

Valor ahorrado en GO en u$d / año /1000 vehic. = 851.325 Dif. en m3 GNL equiv. 3.784

Valor ahorrado en GNL en u$d / año /1000 vehic. = 1.294.233

(1) excluido domingos (*) MWh de Hidrocarburos en electricidad

(2) Fiat Siena Diesel TD 1.7 (2004) (#) PCI GNL ≈ (600 x GN) (MWh/m3): 5,7

(3) Datos de Phoenix SUV: 160 km / carga Rendimientos Comparados

100 kW nominal 35 kWh / carga eléctrico / Diesel 3,43

(4) Fiat Siena con equipo de GNC eléctrico / GNC 5,60

(5) precio del GasOil importado para transporte: 26 USD/MBTU - (6) Precio de m3 de GN de regasificación de GNL importado en buques por ENARSA: 17 USD/MBTU

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Estado Actual: Argentina y el Cono Sur…

Dado que ¿Cómo se entiende que patentar

Dado que ahorran Energía, ¿Cómo se entiende que no se pueda patentar los VE en Argentina?

FALTA: Legislación y Regulaciones. Uruguay, Chile, Brasil, ya las tienen y tienen VE en sus calles

auto REVA (India) auto REVA (India) en Santiago de Chile

Dado que ahorran Energía, ¿Cómo se entiende que sean tan caros los VE en Argentina?

Tenemos impuestos mal aplicados sobre autos que ahorran energía: deberían recibir ventajas impositivas

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La cuestión de los cargadores y las redes…

Estaciones de Recarga hogar8 a 10 horas NO perturban la red

Estaciones de Recarga lenta: hogar, bajo amperaje, 8 a 10 horas NO perturban la red eléctrica

Estaciones comercial1 a 2 horas combinar

Estaciones de Recarga rápida: comercial, alto amperaje, 1 a 2 horas (se pueden combinar con energía solar FV)

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Infraestructura de recarga: Solar y Car Sharing

Estación de carga

Share´N Go

(car sharing)

Aeropuerto de Pisa,

Italia, Jul. 2014.

Sistema Car2go: Amsterdam, 2011

Evita congestiones, evita que los

usuarios paguen costos de las baterías

de Litio (500 usd/kWh)

y resuelve su disposición final

Movilidad Sustentable Movilidad Sustentable es más que el uso de VE,

implica “sistemas” multimodales

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Sustitución tecnológica en el transporte

ocurrió ya otras veces Larga historia…

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Motos Eléctricas…

Vectrix: http://www.vectrix.com

Quantya: http://www.quantya.com

Killacycle: http://www.killacycle.com

Blade XT: http://www.electricmoto.com

Zero X: http://zeromotorcycles.com

ETC.

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Harley Davidson LiveWire

Brammo Empulse

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Bellezas Eléctricas ...

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Los Eléctricos ya están entre nosotros...

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Esfuerzos Argentinos...

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Esfuerzos Argentinos...

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Esfuerzos Argentinos

Bravo Motor Company Bravo Motor Company

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Esfuerzos Argentinos: Sistemas Bondi y Sunflower

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Trolebuses, Premetros, Tranvías... (Maglevs ...)

“Sistemas” de movilidad sustentable... “Sistemas” de movilidad sustentable...

Trolebús en Córdoba Trolebús en Mendoza

Buses híbridos TATSA

Y SEMTUR en Rosario

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HyFleet CUTE

10 ciudades

3 continentes

47 colectivos www.global-hydrogen-

bus-platform.com

Mercedez Benz “Citaro” 70 personas

Fuel Cell, 205 KW 200 km

9 x 40 kg H2 @ 350 bar 80 km/h

MAN Lion s City H

83 personas - 220 km - 80 km/h

1) Fuel Cell, 150 KW

2) Combustión Interna, 200 KW

10 x 50 kg H2 @ 350 bar

Sustitución tecnológica en el Transporte: Hidrógeno

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Trenes a Hidrógeno?

BNSF invirtió en Hidrógeno y GNL.

Está inclinándose por el GNL en el corto plazo.

También: CSR Qingdao Sifang Company (CSR Sifang) + Ballard FC.

Probablemente serán sistemas muy caros, PERO quizás

compitan contra la electrificación de ramales:

2 a 4 millones USD/km

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Problemas del Hidrógeno: Origen y Eficiencia global

Eficiencia Global: 0,21 … 0,22 …

2. Por ahora, el único método para H2 limpio, es electrólisis,

energéticamente cara

Electrolizador

agua

0,75

Generación Eléctrica Eficiencia: 0,55 – 0,6

x 0,95

Compresor y

Compresor y

Almacenaje

x 0,55

Celdas de

Combustible

1. El Hidrógeno “limpio” debe provenir del agua (H2O). Si sale del Gas

Natural, para que sea “limpio” , debe resolverse el secuestro y la

utilización del CO2, entre otros... Cuestión de costos comparados.

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Generación

Próxima

Generación

Baterías:

0,4 a 0,6

kWh/litro

= 0,35 kWh/litro +

0,65 kWh/litro Hidrógeno @ 350 bar

0,25 kWh/litro

Baterías de Flujo (hoy) 0,16 kWh/litro

Baterías LiFePO4 (hoy)

Otro problema del Hidrógeno: la densidad de energía

Pero, a nivel sistema:

=< 0,20 kWh/litro +

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1) Habilitar y regular la homologación y patentamiento de VE con requisitos de

seguridad eléctrica y vial

2) Habilitar y regular el otorgamiento de Licencias de Conductor para VE

3) Regular las instalaciones eléctricas asociadas a los VE (estaciones de carga) compatibilizar y beneficiar a la red eléctrica del S.A.D.I.

4) Estimular y promover la industria nacional de los VE y sus asociadas

5) Promover el uso y la creación de mercados de los VE

6) Promover la industria nacional de baterías de litio, declarar a esta industria de interés nacional.

Argentina necesita Leyes de Movilidad Eléctrica

7) Regular la disposición y reciclado de residuos (electrónicos, baterías, etc.)

AAVEA AAVEA -- 24/08/2016 24/08/2016 –– 5555

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Asociación Argentina de Vehículos Eléctricos y Alternativos

www.AAVEA.org

Promover el uso y la adopción generalizada

de los Vehículos Eléctricos y Alternativos,

dado que ahorran energía y emisiones,

promoviendo la industria nacional de estos

Vehículos, y sus instalaciones auxiliares, en

particular de las baterías de litio

AAVEA AAVEA -- 24/08/2016 24/08/2016 –– 5656

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Perspectivas

El futuro de la movilidad eléctrica a corto y mediano plazo, tendrá cada vez mayor efecto positivo en la matriz energética,

dada su alta eficiencia y su capacidad de almacenar energías renovables directamente

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Qué tenemos que hacer…

• www.AAVEA.org Biblioteca • AAVEA en facebook

Argentina necesita actualizar sus Normativas y Leyes para promover los

mercados y la industria local de Vehículos Eléctricos, como un modo efectivo y rápido para ahorrar energía

y aumentar calidad de vida

AAVEA AAVEA -- 24/08/2016 24/08/2016 –– 5858