• Descripción del sistema
• Potencial de reducción de emisiones
• Confiabilidad técnica
• Consideraciones de costos
• Experiencias y penetración de mercado
• Desafíos

Los vehículos eléctricos híbridos (HEV) tienen dos fuentes de energía. Una convierte el combustible en energía usable, y la otra, un motor eléctrico propulsado por un avanzado dispositivo de almacenamiento de energía , disminuye la demanda puesta sobre la primera fuente de poder. Cuando las dos fuentes de poder del HEV están ordenadas en paralelo, una o ambas pueden ser usadas, dependiendo de la situación. El motor eléctrico puede a menudo potenciar el HEV por si solo, en la conducción de ciudad o sobre terreno plano. Cuando el híbrido está acelerando y escalando cerros, las dos fuentes de poder pueden trabajar juntas para un rendimiento óptimo. En un híbrido de configuración en serie, un combustible primario es convertido en energía eléctrica por un conjunto generador interno (usualmente, el motor y un motor eléctrico que funcionan como generador).

Un bus híbrido usualmente combina un motor de combustión interna de un vehículo convencional con la batería y un motor eléctrico de un vehículo eléctrico ( w1 ) ( 1 ).

Muchas configuraciones son posibles para los HEVs, pero siempre contienen las siguientes partes:

1. Un sistema de almacenamiento de energía
2. Un generador
3. Un sistema de propulsión del vehículo

La combinación del motor de combustión interna, una batería y motor eléctrico es el tipo más común y, por lo tanto, esta sección se centrará en éste. El motor de combustión interna puede llenarse con gasolina, diesel u otros combustibles alternativos. En el largo plazo, hay interés por los vehículos híbridos a celdas de combustible. Para los híbridos con mayor almacenamiento de energía secundaria (recargables), cargar desde la red de electricidad (generalmente de noche) es una opción para aumentar la autonomía y reducir las emisiones locales.

Hay dos configuraciones básicas de HEV ( ). En ambas, la electricidad viene exclusivamente del motor: 1

• Configuración híbrida de serie: aquí el motor de combustión maneja un generador que alimenta al motor eléctrico o la batería.
• Configuración híbrida paralela: aquí, tanto el motor como el motor eléctrico están unidos a la transmisión de manera que cualquiera de ellos, o ambos al mismo tiempo, puedan proveer la potencia para hacer girar las ruedas.

Los sistemas híbridos tienen las siguientes ventajas (ver también ( w1 )):

• Los vehículos pueden funcionar en el modo de emisión cero cuando se requieren (ejemplo, en la ciudad)
• Los vehículos pueden ser propulsados "convencionalmente", ejemplo, fuera de la ciudad y cuando se requieren mayores velocidades.
• El motor de combustión funciona mayoritariamente bajo condiciones óptimas, de este modo se reducen el consumo de energía y las emisiones
• El motor puede ser reducido en comparación con un tren de conducción convencional con el mismo rendimiento, lo que significa menor peso del motor y mayor eficiencia
• La capacidad de frenaje regenerativo ayuda a minimizar la pérdida de energía y puede recuperar la energía usada para bajar la velocidad de un vehículo
• Autonomía de conducción más larga comparada con la mayoría de los buses eléctricos a batería.

Las desventajas, por otro lado, son:

• Equipamiento de dos sistemas lleva a incremento del peso y, por lo tanto, consumo de energía adicional, (aunque normalmente los ahorros de energía del frenaje regenerativo y otras características híbridas más que compensan esta penalización.
• Dos diferentes sistemas pueden necesitar requerimientos de mantención adicionales

"Los buses híbridos pueden potencialmente reducir las emisiones al usar menos combustible y operar el motor en un estrecho ámbito de velocidades y cargas" ( 2 ). Los motores pueden ser más pequeños que los convencionales y, en adición, el frenaje regenerativo permite el almacenar energía en las baterías que de otro modo se perdería al frenar ( 1 ).

"Los vehículos eléctricos híbridos diesel ofrecen reducidas emisiones de ciclo de conducción en relación con buses diesel convencional, comparable a lo logrado por los buses GNC y en la mayoría de los casos establecen el punto de referencia en uso. Sólo las emisiones de óxido de nitrógeno de los híbridos fallaron para establecer el punto de referencia en cuando al rendimiento. ... El proyecto confirmó significativos beneficios de economía de combustible de más de un ciento por ciento en comparación a un bus GNC comparable cuando se operó en severos ciclos de servicios, tales como los buses de New York " ( 3 ).

Algunas comparaciones de emisiones con los buses GNC pueden encontrarse en ( 4 ).

Debido a que los vehículos híbridos tienen el potencial para usar menos combustible, su uso puede también llevar a menores emisiones de gas de efecto invernadero comparados a los buses diesel convencional. ( w1 ), "Los primeros híbridos en el mercado cortarán las emisiones contaminantes de calentamiento global desde un tercio hasta un 50%, y modelos posteriores pueden cortar las emisiones por un margen mayor".

Debiera observarse que estas ventajas ecológicas locales no necesariamente justifican una selección a favor de los buses híbridos. Como los buses GNC, un análisis cuidadoso se aconseja, evaluando hasta qué nivel las emisiones locales puedan reducirse usando buses de diesel mejorados (avanzados o modificados) o buses GNC, los cuales pueden ser la opción más económica y más rápida.

Al igual que con los buses eléctricos, todavía hay experiencia muy limitada sobre la operación de los buses eléctricos híbridos, y de aquí que sea difícil comentar sobre su confiabilidad técnica.

Sin embargo, según ( 5 ), "los sistemas de conducción eléctricos híbridos están siendo agresivamente investigados como una forma de facilitar varios importantes objetivos de diseños de buses de tránsito , incluyendo economía de combustible mejorada, emisiones menores, y menores requerimientos de mantención para reducir los costos de operación." Además, " si la propulsión híbrido- eléctrica consigue reducciones significativas en la mantención del freno y la transmisión, pueden necesitarse menores atenciones de garage y repuestos de mantención que los de una flota de similar tamaño de buses a motor. Sobre la base del rendimiento de los sistemas de propulsión de riel eléctrico, sistemas comercializados, ya maduros, de conducción híbrido- eléctrica deberían ser bastante confiables y durables. Las capacidades de frenado de los buses eléctricos- híbrido deberían producir una baja espectacular de las tasas de desgaste y extender los intervalos de reparación de los frenos mecánicos de servicio, también."

Por otro lado, la operación de dos diferentes sistemas, por ejemplo uno eléctrico y uno convencional, puede aumentar los requerimientos de mantención.

"En diciembre de 1999, la NYCT contrató con Orion la compra de 125 buses híbridos a un costo de US$ 385.500 por bus. La cifra excede bastante el precio de un bus diesel estándar, el cual cuesta aproximadamente US$270.000, y el más reciente precio de los buses GNC, el cual fue US$302.000 en una orden de compra de 125-buses en diciembre de 1999. La NYCT no prevé que el precio de los buses híbridos se aproxime al costo de los buses diesel, pero la agencia dice que el precio debiera bajar al nivel de los buses GNC, ya que la tecnología madura y el volumen de las órdenes de compra aumenta. Críticamente, no son necesarias las modificaciones en la bodegas para los buses eléctricos- diesel híbridos, lo que representa un ahorro de costos espectacular al compararse con el uso de buses GNC" ( 4 ).

Según ( 1 ), el costo mayor de los buses híbridos (cerca de 50% más que los buses convencionales), estando en una etapa muy temprana de comercialización, se debe en parte a los siguiente factores:

• El sistema de control electrónico
  
• El paquete de baterías para el almacenamiento de energía
  
• El motor de conducción eléctrico
  
• La recuperación de la inversiones de I&D (Investigación y Desarrollo)
  

"Es posible que los buses híbridos tendrán menores costos de operación que otras tecnologías de buses (excluyendo los costos inversión). Las razones incluyen menor consumo de combustible y más extendida vida de la almohadilla del freno. Sin embargo, estos ahorros de costos están compensados por costos de componente más caros (la electrónica del poder), reemplazos de baterías que se necesitan a lo largo de la vida del bus, y la necesidad de personal más calificado para la mantención" ( 2 )

Esta comparación, sin embargo, se basa en vehículos livianos, no en buses híbridos de transporte público.

El Departamento de Energía de EEUU (US DOE) asevera que "los HEVs disponibles para la venta son muy competitivos en costos con los vehículos convencionales similares. Cualquier prima de costo que pueda asociarse con los HEVs del futuro pueda ser compensada con ahorros de combustibles totales y posibles incentivos" ( w1 ).

El Toyota "Prius", un coche de pasajeros de 4 puertas, es el primer vehículo híbrido a gasolina y eléctrico producido masivamente en el mundo. El Prius actualmente se vende en Japón, los EE UU y Europa donde ostenta tener cerca del doble de la eficiencia de combustible de los motores a gasolinas convencionales. Consiste en un motor de gasolina de 1.5 litros y batería. Además de conservar el combustible, el Prius reduce el CO2 en 50% y el CO, HC y NOx en un 90% por debajo de los estándares japoneses basados en el procedimiento de prueba japonés. Las pruebas de la EPA indican significativos beneficios bajo las condiciones de conducción del tipo norteamericano,también. Toyota está vendiendo este vehículo un 35% más caro que su precio real. Ellos han afirmado que podrían vender el vehículo a aproximadamente al mismo precio que un vehículo convencional y recuperar los gastos si la producción se incrementa a cerca de 200.000 unidades anualmente.

Eletra ha desarrollado un bus híbrido eléctrico diesel relativamente simple que ella estima tiene 20 - 30% menores costos operacionales que un diesel convencional. El consumo de combustible en operación real se encontró que era de 33% a 39% mejor que un diesel convencional con una vida de servicio más larga para el diesel, debido a que opera a una velocidad constante. Las emisiones de NOx son menores que Euro III y las emisiones de MP son menores que Euro V.

La International Energy Agency (IEA) da la siguiente tabla de estimaciones de costos ( 6 ):

"La tecnología de bus híbrido esta recién siendo desarrollada, con unos pocos sistemas prototipos en uso en los EE UU. Varios departamentos de transporte colectivo en los EE UU están experimentanto con los buses híbridos, pero ellos están lejos de ser un producto comercial confiable." El DOE está comprometido a hacer que los HEVs sean comunes en las carreteras norteamericanas durante la próxima década y ha creado el Programa de Propulsión de HEV para acelerar su desarrollo" ( 7 ).
Unos pocos buses híbridos se han mostrado en proyectos locales con finaciamiento nacional y de la EU en Europa. Dentro del Infopool de Tecnologías Limpias, el único proyecto descrito en el cual se incluyen buses híbridos es Diesel Retrofits in New York City.

Un proyecto de demostración de bus híbrido pronto se pondrá en marcha en Sao Paulo, Brasil. Buses híbridos también serán probados en Ciudad de México en 2004.

Como se señala para las diferentes tecnologías y mercados, la disponibilidad de tecnologías nuevas en un mercado dado está sujeta a la existencia de empresas fabricantes y a ventascompetentes y activas, y a lasventas para aquel mercado en cuestión. Esto puede obstaculizar la introducción en esos mercados donde el productor no vea un mercado razonable y sostenible para su producto.

Según el DOE, la penetración generalizada de HEVs "en el mercado automotor depende principalmente de la economía de producir un sistema de potencia híbrido complejo, más que en las capacidades inherentes de la tecnología misma."

En la experiencia de la ciudad de New York, se requieren las siguientes mejoras:

• Periódica compensación y "acondicionamiento" de la batería son necesarios
  
• La programación debe dar un sistema de control estable
  
• Algunos componentes con fallas tempranas necesitaban rediseño
  
• La durabilidad del filtro de escape catalítico queda por determinar - importante para el rendimiento de emisiones
  
• Se necesitan motores diesel pequeños "más limpios", con programación del motor híbrido específico
  

El DOE ( 3 ) encuentra desafios claves que deberían incluir lo siguiente:

• Dispositivos de almacenamiento de energías adecuados
  
• Sistemas de control y monitoreo avanzado
  
• Deben reducirse los costos de los dispositivos electrónicos de potencia, el peso y el tamaño
  
• La eficiencia de las unidades de potencia híbridas (HPUs) debe ser aumentada y, al mismo tiempo, cumplir con los estándares de emisión
  
• Se requieren modelos matemáticos más avanzados de componentes de sistemas de propulsión
  

Finalmente, debe analizarse cuidadosamente si las ventajas ecológicas justifican los gastos adicionales en comparación a otras opciones, tales como buses GNC o de diesel mejorado.