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Edwin Javier CuervoJunio 27 de 2017
CURSO: El vehículo eléctrico, su infraestructura y los retos de las
empresas distribuidoras.
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Bloque #1. Tendencia mundial en el tema del Vehículo Eléctrico 08:30 a 10:00 a.m.
Bloque #2. Infraestructura necesaria para impulsar el mercado de vehículos eléctricos. 10:30 a 12:00 p.m.
Bloque #3. Impacto de los V.E en la infraestructura del sistema eléctrico actual. 01:30 a 03:00 p.m.
Bloque #4 Los cambios y retos que deberán afrontar las empresas eléctricas con la aparición del mercado de vehículos eléctricos. 03:30 a 05:00 p.m.
Agenda
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Bloque #1. Tendencia mundial en el tema del Vehículo Eléctrico
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Antecedentes.
Aumento en las emisiones de CO2
Incertidumbre en el abastecimiento del petróleo.
Incremento en el costo de los combustibles
Monopolio de países petroleros (Rusia, Irán, Arabia Saudí, Irak y Qatar).
Aumento en la población automotriz (5% anual).
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Fortalecer y usar las energías renovables.
Integrarlos a Smart Grid.
Mitigar la contaminación del medio ambiente.
Reducción del ruido
Impulsores del Transporte Eléctrico
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Tipos de Vehículos Eléctricos.
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Características de los tipos de Vehículos eléctricos
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Vehículo Híbrido en Serie
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Vehículo Híbrido en Paralelo
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Operación de los vehículos híbridos
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Componentes del VE.
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Eficiencia del Vehículo Eléctrico
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Características dispositivos de almacenamiento de energía
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Relación potencia peso en función de la relación potencia volumen de cada tipo de batería
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Comparación de tipos de baterías
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Tipo Tecnologías Actuales Ventajas Desventajas
Batería Química
Plomo acido- Menor costo que Li Ión- Vida útil de 2.000 ciclos
- Elevada temperatura- Baja Eficiencia
Li Ion- Alta densidad energía
potencia- Alto rendimiento
- Degradación con la edad- Sensibles a la temperatura
SúperCapacitores
La superficie es aumentada por el uso de materiales porosos o nano partículas, lo que aumenta la capacitancia
- Voltaje limitado
Volante de Inercia Giros de alta velocidad
- Funcionamiento sencillo- Alta potencia- Alta capacidad de
almacenamiento
- Efecto giroscópico- Aislamiento mecánico- Altas medidas de
seguridad
Sistemas de Almacenamiento de Energía Eléctrica
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Utiliza la energía SC para desplazarse entre líneas del SD
Almacena la energía durante el frenado
Utiliza la energía SD y SC para acelerar
SD: Sistema de DistribuciónSC: Súper Capacitores
Aplicación de Súper Capacitores
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Fuente: Bloomberg New Energy finance Fuente: Lux Research INC
Proyecciones de costo de baterías
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Motos eléctricas
ModeloVel
(km/h)kWh/100km
Tiempo de
Carga (h)
Autonomía
(km)
E-bike LQ35-40
0,63 4-6 40
E-bike Pretty 1,12 6-8 60
Generalmente utilizan Baterías plomo acido
Precio competitivo vs combustión.
Baja Autonomía
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Comparativos vehículos eléctricos
Marca Mitsubishi Renault Renault Nissan BYD BMW
Modelo i miev Kangoo Z.E Twizy Leaf EV E6 - 2016 I3
tipo de batería
Ion de litio Ion de litio Ion de Litio Ion de litioLitio / Fosfato
de HierroIon de litio
kWh Batería 16 22 6,1 24 80 22
Autonomíakm
150 80 - 120 50-80 140 400160
Carga lenta SAE J1772Tipo 2
MennekesConector Schuko
SAE J1772Tipo 2
MennekesTipo 2
Mennekes
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Ejemplos de consumo – vehículo Eléctrico
140 km - 24 kWh
* Encuesta del recorrido medio anual de los vehículos en circulación en Costa Rica –CEPAL – 2009** Encuesta de consumo de energía en el sector residencial – Ministerio ambiente y energía - 2001
Consumo automóvil
Promedio anual* kWh-año kWh - mes
20.768 3.560 297
86.109 14.762 1230
Consumo promedio**
240 kWh-mes
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Comparativos buses eléctricos
Marca Proterra BYD EBUS
Modelo CATALYST K9 EBUS 22
tipo de batería -Fosfato de
hierro y litio(LiFePO4 )
Fosfato de hierro y litio
(LiFePO4 )
kWh Batería 79 - 660 324 130
Autonomía (km)
80 - 120 250 200
Tipo de cargaJ1772-CCS
Overhead fast-charger
Cargador desde 60 kW
SAE J1772
Buses híbridos
Fuente: http://ebus.com/bus-type/http://www.byd.com/la/auto/es/ebus.html#specs
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Ejemplos de consumo – Bus Eléctrico
250 km - 324 kWh
* Encuesta del recorrido medio anual de los vehículos en circulación en Costa Rica –CEPAL – 2009** Encuesta de consumo de energía en el sector residencial – Ministerio ambiente y energía - 2001
Consumo Bus
Promedio anual* kWh-año kWh - mes
43.417 54.104 4509
Consumo promedio**
240 kWh-mes
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Proyección de mercado VE
ICE + HEV: Internal Combustion Engine + Hybrid Electric VehicleBEV: Battery Electric VehiclePHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle
Fuente: Bloomberg New Energy finance
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Iniciativas a nivel mundial
Plan MOVEA 2017 - España
Continuación de Plan PIMA Aire y elPlan MOVELE
subvenciona 5.500 euros a losparticulares por VE
1.000 euros adicionales en caso deinstalar EDC
Piloto Taxis eléctricos - Colombia.
Implementación de 50 taxis eléctricos en la ciudad de Bogotá
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Bloque #2. Infraestructura necesaria para impulsar el mercado de vehículos eléctricos
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Estaciones de carga - Electrolineras
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Normativa relacionada – Estaciones de carga VE
• IEC 61851-1. Electric vehicle conductive charging system-Part 1: General requirements
• IEC 61851-21. Electric vehicle conductive charging system – Part 21: Electric vehiclerequirements for conductive connection to an ac/dc supply.
• IEC 61851-22. Electric vehicle conductive charging system – Part 22: AC electric vehiclecharging station.
• IEC 61851-23. Electric vehicle conductive charging system – Part 23: DC electric vehiclecharging station.
• IEC 62196-1: Plugs, socket-outlets, vehicle connectors and vehicle inlets - Conductivecharging of electric vehicles - Part 1: General requirements
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< 250 V< 3.7 kW
Modo 1• Enchufe no dedicado• Para vehículos pequeños
Fuente imagen: http://electromovilidad.net/modos-de-recarga-del-vehiculo-electrico/
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Modo 2
< 250 V< 3.7 kW
• Enchufe no dedicado• Dispositivo de protección
Fuente imagen: http://electromovilidad.net/modos-de-recarga-del-vehiculo-electrico/
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Modo 3
< 250 V< 7.4 kW
Conectores:• SAE J1772 (tipo 1)• Mennekes (Tipo 2)
Fuente imagen: http://electromovilidad.net/modos-de-recarga-del-vehiculo-electrico/
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Modo 4: Carga rápida.
< 480 V125 kW
Conectores:• CHAdeMO• CCS
Fuente imagen: http://electromovilidad.net/modos-de-recarga-del-vehiculo-electrico/
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Tipos de conectores AC
Conector Schuko
Conector Tipo 1 (SAE J1772)
Conector tipo 2 (Mennekes)
Nissan Leaf.Mitsubishi Outlander.Mitsubishi iMiev.KIA SOUL EV.
BMW i3 y BMW i8BYD E6.Renault ZoeRenault Kangoo ZE
Renault Kangoo
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Tipos de conectores DC
CHadeMO CCS (COMBO)
• 10 pines (2 de Potencia, 7 de señal y 1 sin asignación).
• DC hasta 200A y 500V
• 110A hasta 50% capacidad batería, 44A hasta el 80%, y finaliza la recarga a 14A.
• 62.5 kW de potencia máxima.
• Tensiones de 200V-450V
• 80A para 36 kW o 200A para 90 kW
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GE BOSCH eMotorWerksAerovironme
ntLeviton Circontrol
Tensión de entrada (V)
208-240 240 100 - 250 240 208 -240 230
Corriente (A) 30 12 - 30 40 40 40 32
Potencia (kW)
7,2 7,2 10 7,2 9,6 7,2
tipo de conector
SAE J1772 SAE J1772 SAE J1772 SAE J1772 SAE J1772SAE J1772Mennekes
Ejemplos de estaciones de carga A.C para V.E.
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Ejemplos de estaciones de carga D.C para V.E.
• Voltaje 400 VAC• Potencia requerida 45 kVA • Factor >0,98 • Potencia entregada 22 kW• Frecuencia: 50/60 Hz
Fuente: http://circarlife.com/sites/default/files/products/pdf/Raption_Trio.pdf
• Voltaje 400 VAC• Potencia requerida 98 kVA • Factor >0,96• Potencia entregada 50 o 22 kW• Frecuencia: 50/60 Hz
Fuentehttps://library.e.abb.com/public/dc34300718f440cb8c238da96408db0d/4EVC204308-LFEN_Terra53C-CT-CJ-CJG.pdf
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Estaciones de carga de V.E. Solares
Fuente: General electric
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Grandes infraestructuras.
Vehículos lo permitan
Alquiler de baterías
Estación de cambio de baterías Better Place
Intercambio de baterías
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Caracteristicas:
Input 380 VAC - 3 phases
Input Current 126A
Output power: 80 kWh
Max Output Current 300 A
Frequency 60 Hz
Charging Time 3hEstación de Carga del Bus eléctrico K9 - BYD
Cargador buses eléctricos
Fuente: http://www.byd.com/la/auto/es/ebus.html#specs
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Carga Rápida buses
Fuente: https://www.proterra.com/technology/chargers/http://www.abb.com/cawp/seitp202/79839e570a6765ddc1257edf00521b75.aspx
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Software gestión de las estaciones de Carga.
Fuente: http://greenlots.com/sky-network/
• Precios basados en: tiempo (horas / minutos) kWh sesión de carga
• Precios flexibles por horas del día o pordías de la semana.
• Gestión de usuarios y estaciones
• Políticas de uso (usos restringidos odescuentos)
• Cobro mensual – detalle consumo
Empresas
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Software gestión de las estaciones de Carga.
Fuente: http://greenlots.com/sky-network/
• Directorio y mapeo de estaciones
• Notificaciones - recibir alertas si hay unproblema
• Ajuste de precio único por hora, por kWho por sesión.
• políticas de uso y precios son uniformesen todas las estaciones
Administrador estaciones
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APP para los usuarios de los V.E.
Fuente: http://greenlots.com/sky-network/
Empresas de software de gestión
Has to be
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http://www.openchargealliance.org
Protocolos de comunicación
OCPP: Open Charge Point Protocol
solución uniforme para el método decomunicación entre el punto de cargay el sistema central.
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Bloque 3: Impacto de los V.E en la infraestructura del sistema eléctrico
actual.
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Caso estudio Valle del Cauca - Colombia
Automóviles particulares Taxis
# Existentes 19.000 4.000
% VE 2020 20% 100%
# VE 2020 3.800 4.000
Fuente: Una Propuesta Metodológica para Dimensionar el Impacto de los Vehículos Eléctricos sobre la Red Eléctrica
Recorrido promedio diario: 35km
Potencia de recarga: 3.7kW
Ciudad intermedia de Colombia
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Caso estudio Valle del Cauca - Colombia
# EDC en la ciudad # VE recargados X hora
32 2
EDC rápida proyectadas:
Energía necesaria de los vehículos eléctricos para el recorrido promediodiario:
Consumo promedio de los V.E
(kWh/km)
Recorrido diario promedio
(km)
Consumo para el recorrido
diario promedio (kWh)
0,2 35 7
Fuente: Una Propuesta Metodológica para Dimensionar el Impacto de los Vehículos Eléctricos sobre la Red Eléctrica
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Instante de recarga: Periodos 19, 20 y 21 de un día promedio.
3,7 kW 7,4 kW 50 kW Potencia total (kW)
28.742 - 1.600 30.342
Carga total de las líneas de 13,2 kV, teniendo en cuenta los vehículos eléctricos:
Carga promedio de la hora en
la ciudad, sin los V.E (kW)
Carga total de la red (kW)
22.054 52.396
Fuente: Una Propuesta Metodológica para Dimensionar el Impacto de los Vehículos Eléctricos sobre la Red Eléctrica
Escenario de recarga extremo superior:
Potencia de recarga de los vehículos eléctricos en una hora:
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Escenario de recarga extremo superior:
Carga total V.E (kW) Carga total de la Red (kW)
Fuente: Una Propuesta Metodológica para Dimensionar el Impacto de los Vehículos Eléctricos sobre la Red Eléctrica
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Cargabilidad de los transformadores de distribución
Escenario de recarga extremo superior:
Cargabilidad de las líneas de distribución de 13.2 kV
Fuente: Una Propuesta Metodológica para Dimensionar el Impacto de los Vehículos Eléctricos sobre la Red Eléctrica
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Fuente: Una Propuesta Metodológica para Dimensionar el Impacto de los Vehículos Eléctricos sobre la Red Eléctrica
Diferentes escenarios de recarga
Periodos de tiempo
Cargabilidad de líneas 13.2 kV
Cargabilidad transformadores
distribución
Punta 19 al 21 mayor a 100% 44%
Valle 1 al 7 46% 38%
Nocturna 17 al 23 61% 44%
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Corriente en el lado de baja de los transformadores
Tensión en el lado de baja de los transformadores.
Se conecta una EDC Rápida de 50 kW por cada transformador de 400 kVA
Impacto en la calidad de la energía de un circuito
674,3 Vpeak
(476,8 Vrms)
377,5 Apeak
(266,9 Arms)
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Fundamental HD3 HD5 HD7 HD9 HD11 HD13 HD15 THDv
674,3 Vpeak (100%) 0,16 5,86 3,04 0,77 1,42 0,22 0,56 7,01
Fuente: Una Propuesta Metodológica para Dimensionar el Impacto de los Vehículos Eléctricos sobre la Red Eléctrica
Norma IEEE 519/92
Distorsión armónica de tensión en el lado de baja de los transformadores de 400 kVA
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Fundamental HD3 HD5 HD7 HD9 HD11 HD13 HD15 HD17 HD19 THDi
377,5 Apeak (100%) 2,11 35,18 26,52 4,37 7,14 4,7 4,39 3,50 2,15 45,76
Fuente: Una Propuesta Metodológica para Dimensionar el Impacto de los Vehículos Eléctricos sobre la Red Eléctrica
Distorsión armónica de corriente en el lado de baja de los transformadores de 400 kVA:
Norma IEEE 519/92
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Caso estudio - España
Fuente: http://www.fgcsic.es/lychnos/es_es/articulos/evaluacion_impacto_integracion_coche_eléctrico
Red de distribución analizada
zona costera del Mediterráneo español, aprox 400 km²
170.000
30.000 VE Año 2030
3 kW
Periodos de tiempoPunta 20 a 22Valle 4 a 6
Inteligente Controlado
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Resultados caso estudio España
Fuente: http://www.fgcsic.es/lychnos/es_es/articulos/evaluacion_impacto_integracion_coche_eléctrico
Curva agregada a la demanda eléctricadiaria para 3 tipos de recarga
Incremento costos de inversión por lapenetración de los V.E
Baja Tensión Transformador Media Tensión
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Vehículo a Red (V2G Vehicle to Grid)
Fuente: Review of Benefits and Challenges of Vehicle-to-GridTechnology
EEUU los Vehículos viajan sólo 4-5% del tiempo
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V2G Retos
Evitar sobrecargar la red de distribución
Organizar todos los vehículos que se cargarán cuando sea necesario
Maximizar el uso de electricidad baja en carbono
Fuente: UK Electric Vehicles Programme: The challenges of V2G (Vehicle to Grid) operation
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Vehículo a Red (V2G Vehicle to Grid)
Beneficios
Regulación de Voltaje y Frecuencia
Nivelación de Carga y Pico de Potencia (Cambio de Carga)
Soporte y equilibrio de la energía renovable (Solar – Eólica)
Barreras
Reducción de la vida útil de la batería y la capacidad de almacenamiento.
Uso intensivo de las TICs
cambios de infraestructura eléctrica
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Conclusiones
Cargadores domésticos específicos (tipo 3).
California 1 vehículo = 1 casa adicional
Fuente: https://www.technologyreview.es/s/3729/son-los-coches-electricos-una-amenaza-para-la-red
Adquisición de vehículos es aleatoria por circuito
cargas lenta 110 voltios.Estaciones públicas de carga rápida
Tarifas especiales en cargas nocturnas fuera de las horas pico.
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Conclusiones
V2G Acelerador de la tecnología
Fuente: https://www.technologyreview.es/s/3729/son-los-coches-electricos-una-amenaza-para-la-red
EDC edificios de viviendas - copropiedades
la resistencia de los sectores del automóvil y del petróleo
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Bloque #4 Los cambios y retos que deberán afrontar las empresas eléctricas con la aparición del
mercado de vehículos eléctricos.
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Dilema de la Movilidad eléctrica
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Incentivos en Europa V.E.
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Incentivos en Colombia V.E
Decreto 2909 de 2013, el cual autoriza a la importación de hasta 750 automóviles eléctricos
sin aranceles e híbridos conectables con un arancel del 5%.
Finalmente se importaron 700.
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Gobierno
Compa-ñías
asegura-doras
Servicios periféricos
(Reciclaje de baterías)
Fabrica-ción de baterías
Fabricante de estaciones de carga con/sin
marca
Publicidad y otros servicios
Provee-dores de compo-nentes
Servicios de
Instala-ción
Servicios de
manteni-miento
Venta al por menor de estaciones de carga
Carga rápida DC-DC
Estacio-nes semi-públicas
Carga pública
Carga domés-
tica
Interfaz SmartGrid
Capacidad de Carga Inteligent
e
Capacidad de
factura-ción
Capacidad de
medición
Software de
Gestión de Red
Servicios periféricos (compra/
reemplazo de vehículos)
Acceso a
energía
Servicios periféricos (manteni-miento)
Servicios periféricos
(operación de vehículos)
Muni-cipios
Hospi-tales
Zonas de trabajo públicas
Administradores de
flotas
Gestión SmartGrid
Distribu-ción de energía
Gestión de facturación de consumo de energía
OEM (Fabricante original de equipos)
Fabrica-ción de
motores
Otros proveedo-
res de primer nivel
Información de
infraestructura de carga a
bordo
Información de
rendimiento y diagnóstico del vehículo
Portal móvil/web
y CRM
Herramien-tas para gestión
de flotas
Esfera de Infraestructurade carga Esfera de E.S.P
Esfera del Cliente
Esfera OEM
Administración de infraestructura física
Operador de red de la Estación de Carga
Redes de Estaciones de Carga
Cliente EV
Proveedor de Energía
Paquete de servicios relacionados
Actividades Clave
Actividades adicionales
Producto
Hardware
Software
Servicio
Una vez
Contrato periódico de servicios
Telemática/Manejode datos
Eco
sist
ema
de
carg
a d
e ve
híc
ulo
s el
éctr
ico
s
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Escenarios futuros de negocio de vehículos eléctricos
Fuente: www.ey.com
MODELO DE NEGOCIO RIESGO UTILIDAD
1. Constructor
2. Operador/Instalador
3. Operador/Intermediario
4. GridMaster
5. Guardián
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En este modelo de negocio, la empresa de energía crea la infraestructura física necesaria para realizar el proceso de carga de las baterías (Estaciones de carga).
No considera la operación de los VE ni la gestión eléctrica.
1. CONSTRUCTOR
Suministrar puntos de conexión (provisión del servicio).
Fabricante de estaciones de carga sin marca (“unbranded”).
Fabricante de estaciones de carga con marca propia.
Venta al por menor de estaciones de carga
Actividades involucradas:
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1. CONSTRUCTOR
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En este esquema de negocio la compañía instalaría y gestionaría elmanejo confiable de las estaciones de recarga.
2. INSTALADOR / OPERADOR
Venta al por menor de estaciones de carga, implica desarrollar el modelo «Constructor».
Instalación de estaciones de carga.
Mantenimiento y servicio de las estaciones de carga.
Actividades involucradas:
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2. INSTALADOR / OPERADOR
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Además de la instalación y mantenimiento de las estaciones de carga, en el modelo “operador/intermediario” se debe gestionar:
o El servicio de energíao Los costos asociados al servicioo La cantidad que debe ser facturada al cliente.
Una de las principales fortalezas de este modelo de negocio reside en sus capacidades de gestión y monitoreo de la energía, permite proponer otros negocios:
o Servicios de comunicación/información acerca de la ubicación de las estaciones de carga
o Agendar citas para realizar las recargaso Monitoreo de las variables técnicas del EV, etc.
3. OPERADOR / INTERMEDIARIO
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o Diagnóstico del desempeño de los vehículos eléctricos para grandes flotas de EV.
o Información de infraestructura de recarga portable para conductores de EV.
o Portal para clientes móvil/web.
o Interfaz para SmartGrid.
o Carga inteligente.
o Capacidad de facturación.
o Capacidad de medición.
o Software de gestión de red de estaciones de carga.
3. OPERADOR / INTERMEDIARIO
Actividades involucradas:
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3. OPERADOR / INTERMEDIARIO
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Ademas de lo realizado en el modelo anterior, más allá del monitoreodel proceso de carga, el Gridmaster debe utilizar las baterías de loscarros parqueados como un recurso de almacenamiento de energía.
• Un Gridmaster debe ayudar a disminuir estos problemas haciendotoda la red más eficiente, utilizando las baterías de los carrosestacionados para, en primer lugar, almacenarla y luego, utilizarlapara ayudar a suavizar los picos en la curva de demanda.
4. GRID MASTER
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4. GRID MASTER
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pueden elegir entre ser propietarias de las estaciones de carga, comercializarlas, o tener socios para los esquemas de negocios mencionados en los modelos 1 a 4 y además contar con:
Herramientas para gestión de flotas de vehículos eléctricos.
Servicios de ingeniería.
Servicios adicionales: relacionados con los propietarios de los vehículos
eléctricos.
Servicios adicionales: relacionados con las baterías.
5. GUARDIÁN
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5. GUARDIÁNo Abarca industrias diferentes como:
Fabricantes de vehículos
Telecomunicaciones
Empresas de software
Compañías aseguradoras
o Controlar el registro de operación del VE y el flujo de datos de su operación permitecombinar la utilidad de construir sistemas de control con el uso, por ejemplo, detarjetas para clientes fieles y el potencial de crear una especie de tienda online paralos vehículos eléctricos.
• El “guardián” tiene la oportunidad de personalizar el vehículo y el acceso a paquetes deenergía basados en los requerimientos de sus clientes (empresas o particulares).
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5. GUARDIÁN
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Edwin Javier Cuervo