Maccherozzi Rudy - Car Sharing Elettrico: Modellazione e Ottimizzazione
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Transcript of Maccherozzi Rudy - Car Sharing Elettrico: Modellazione e Ottimizzazione
Relatore: Prof. Ing. Sacco Nicola
Correlatore: Ing. Cangialosi Edoardo
Candidato: Maccherozzi Rudy
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria della
Sicurezza: Trasporti e Sistemi Territoriali
Obiettivo
Il Car Sharing:
E’ inteso come un servizio
complementare al TPL
Rappresenta una valida alternativa
alla “seconda auto”, soprattutto in
città
Offre una buona flessibilità, rispetto
agli altri sistemi di trasporto
pubblico, in relazione alla distanza
da coprire
Studio di un servizio di Car Sharing innovativo di tipo “One Way”, che non richiede la restituzione
dei veicoli nei parcheggi di prelievo, e con l’utilizzo di automobili elettriche.
Per giungere a questo obiettivo, si prenderanno in considerazione:
Distribuzione ottima dei veicoli all’interno del territorio da servire
Analisi delle problematiche relative all’autonomia energetica delle batterie
Valutazione della convenienza economica per un’azienda che fornisce questo servizio
Motivazioni che portano allo studio di sistemi di mobilità
condivisa e propulsioni alternative
L’inquinamento globale, in continua
crescita, rende necessario lo studio di
sistemi per ridurre le emissioni di sostanze
inquinanti, anche nel campo dei trasporti
Le “parti per milione” di CO2 quantificano
l’inquinamento: attualmente il livello è di
397.13 p.p.m.
La soglia “di guardia”, pari a 350 p.p.m., è
stata superata nel 1988
Con la mobilità condivisa si hanno meno
automobili in circolazione
La scelta dell’utilizzo di veicoli elettrici ha un impatto molto
positivo sull’inquinamento atmosferico, ed anche acustico
Le reti stradali dei centri
urbani sono sempre più
congestionate
Interventi normativi per l’abbattimento delle emissioni di
inquinanti allo scarico dei veicoli stradali
Dagli anni ’70 sono state
introdotte delle restrizioni per
l’abbattimento delle
emissioni dei veicoli
La Commissione Europea,
con il Regolamento 443/2009
ha imposto l’obiettivo di 130
g/km per quote
progressivamente crescenti
della flotta di veicoli
120 g/km di CO2
corrispondono ad un
consumo di 5 l/100km di
benzina e 4,5 l/100km di
gasolio
Confronto tra le emissioni di veicoli con differenti sistemi
propulsivi
Il veicolo elettrico non emette
inquinanti allo scarico, ma… Ricorso a fonti rinnovabili per la produzione dell’energia
E’ opportuno considerare il bilancio “Well to Wheel”, che
tiene conto di tutta la catena di produzione dell’energia
Emissioni totali di automobili elettriche ed endotermiche
per l’intero ciclo di vita
Considerando il mix energetico italiano, che ha determinato un fattore emissivo
pari a 410 gCO2/kWh, le emissioni totali prodotte da un’auto elettrica ed una con
motore endotermico durante l’intero ciclo di vita (240000 km) sono le seguenti
Auto elettrica: 20005 kg di CO2 di emissioni totali, pari a 83,3 gCO2/km
Auto endotermica: 33009 kg di CO2 di emissioni totali, pari a 137,5 gCO2/km
Car Sharing (CS)
CS Tradizionale (con
vincolo di riconsegna del
veicolo nel posto in cui è stato
prelevato)
CS Free Floating (l’utente riconsegna il veicolo nel
punto che preferisce)
CS Innovativo (senza
vincolo di riconsegna del
veicolo nel posto in cui è stato
prelevato)
CS One Way (l’utente
riconsegna il veicolo in punti precisi
all’interno della zona di destinazione)
Rilocazione
manuale
Rilocazione
gestita dall’utente
Veicoli
Tradizionali
Veicoli
Elettrici
Veicoli
Elettrici
Veicoli
Tradizionali
Car Sharing (CS)
CS Tradizionale (con
vincolo di riconsegna del
veicolo nel posto in cui è stato
prelevato)
CS Innovativo (senza
vincolo di riconsegna del
veicolo nel posto in cui è stato
prelevato)
Rilocazione
manuale
Rilocazione
gestita dall’utente
Veicoli
Tradizionali
Veicoli
Elettrici
Veicoli
Elettrici
Veicoli
Tradizionali
CS Free Floating (l’utente riconsegna il veicolo nel
punto che preferisce)
CS One Way (l’utente
riconsegna il veicolo in punti precisi
all’interno della zona di destinazione)
Car Sharing One Way: allocazione ottima dei veicoli
Il Car Sharing One Way è una soluzione
molto interessante, ma occorre gestire
la corretta distribuzione dei veicoli nel
territorio da servire
Un modello, già presente in letteratura,
genera l’allocazione ottima dei veicoli e
calcola differenti scenari sulla base del
comportamento medio degli utenti, che
possono scegliere se accettare o meno
le proposte di riconsegna del veicolo
da parte dell’azienda
La rilocazione è una necessità per le aziende
Per ridurne i costi, si può cercare di far gestire il
problema direttamente dagli utenti, incentivandoli
mediante sconti sulla tariffa di utilizzo
Car Sharing Tradizionale, One Way e Veicolo Privato
Entrambe le tipologie di Car Sharing sono rivolte agli utenti che utilizzano
occasionalmente l’automobile. La modalità One Way è particolarmente indicata
per coloro che utilizzano il veicolo per brevissime percorrenze
Car Sharing One Way con Veicoli Elettrici
Si pone l’obiettivo di simulare l’andamento
del livello di carica delle batterie dei veicoli
elettrici che forniscono questo servizio
La Capacità nella destinazione successiva è
influenzata dal livello di carica all’inizio della
prenotazione, ed è proporzionale al consumo
energetico chilometrico e alla distanza percorsa
Lo scenario considerato è
caratterizzato da un numero medio di
35 corse settimanali per ciascun
veicolo, e 5 km per ogni corsa
Si è considerata un’infrastruttura di
ricarica dotata di colonnine a “ricarica
accelerata” in grado di erogare una
potenza di 22 kW
Car Sharing One Way con Veicoli Elettrici: criteri utilizzati per
la gestione del servizio
Nello scenario analizzato, al fine di soddisfare al meglio la domanda degli
utenti, si impone che l’operazione di ricarica abbia una durata massima
prefissata, durante la quale il veicolo è da considerare indisponibile
L’entità della ricarica, da eseguire quando la capacità scende al di sotto di una
soglia “S”, sarà quindi fissa e pari alla quantità di energia che la colonnina è in
grado di erogare in quell’intervallo di tempo
Car Sharing One Way con Veicoli Elettrici: Renault ZOE
Capacità energetica delle batterie di 20 kWh
Consumo energetico di 0,13 kWh/km
Autonomia pari, indicativamente, a 130 km
Potenza del motore elettrico di 65 kW (88 CV)
Velocità massima di 135 km/h
Car Sharing One Way con Veicoli Elettrici: Renault ZOE,
risultati della simulazione
Si è imposto un tempo necessario per ricaricare le batterie pari a 30 minuti.
Questo comporta una soglia pari a 10,1 kWh, e l’operazione di ricarica fornisce al
veicolo 9,9 kWh
Car Sharing One Way con Veicoli Elettrici: Renault Twizy
Capacità energetica delle batterie di 6,1 kWh
Consumo energetico di 0,08 kWh/km
Autonomia pari, indicativamente, a 70 km
Potenza del motore elettrico di 13 kW (17 CV)
Velocità massima di 80 km/h
Car Sharing One Way con Veicoli Elettrici: Renault Twizy,
risultati della simulazione
Si è imposto un tempo necessario per ricaricare le batterie pari a 10 minuti.
Questo comporta una soglia pari a 2,8 kWh, e l’operazione di ricarica fornisce al
veicolo 3,3 kWh
Analisi Benefici-Costi per un’azienda di Car Sharing One Way
Flotta composta da 20
veicoli elettrici
800 utenti che utilizzano il
servizio
Un parametro importante per il calcolo dei costi di gestione, è rappresentato dai
“Veicoli per Km”, che fornisce una misura dell’utilizzo totale di tutta la flotta
Costo per la rilocazione dei veicoli e per gli incentivi economici
agli utenti
La stima del costo medio annuo per la rilocazione è calcolato mediante alcuni parametri:
Costo orario per l’operazione di rilocazione manuale
Distanza mediamente percorsa per ogni rilocazione, ad una certa velocità media
Numero di corse medie giornaliere effettuate da ciascun veicolo
Numero di veicoli della flotta
Utilizzazione media annua del servizio, in termini di “giorni / anno”
Rapporto tra i veicoli che hanno bisogno della rilocazione manuale, e quelli totali della flotta
Gli incentivi dovranno essere inferiori al costo medio annuo di rilocazione.
In particolare, il costo annuo per gli incentivi è stato fissato pari al 70% del
costo per la rilocazione manuale
Analisi Benefici-Costi per un’azienda di Car Sharing One
Way: stima dei costi
I costi annui per l’azienda sono composti da:
Costi per l’investimento iniziale (acquisto dei veicoli, realizzazione
dell’infrastruttura, acquisto di locali amministrativi)
Costi annui di gestione del servizio
Analisi Benefici-Costi per un’azienda di Car Sharing One
Way: stima dei ricavi
I ricavi annui derivano dagli utenti, che pagano una tariffa proporzionale
al tempo di utilizzo dei veicoli:
Tariffa per ogni minuto di viaggio
Tariffa, di minore entità, per ogni minuto di sosta
Analisi Benefici-Costi per un’azienda di Car Sharing One
Way: calcolo dei parametri di convenienza economica
Parametro “BC”: rapporto
Benefici / Costi,
rappresenta il rendimento di
ogni Euro investito. Deve
essere >1 per valutare
positivamente
l’investimento iniziale
Valore Attuale Netto
(VAN):
attualizzazione dei
flussi di cassa
Anno VAN [€]
0 -750000,00
1 -638382,54
2 -531058,07
3 -427861,46
4 -328633,94
5 -233222,88
6 -141481,46
7 -53268,57
8 31551,53
9 113109,31
10 191530,25
Analisi Benefici-Costi per un’azienda di Car Sharing One
Way: risultati del VAN e del BC
E’ stato scelto un tasso di interesse del 4% per i calcoli effettuati, ed
un orizzonte temporale di 10 anni
Rilocazione manuale e incentivi per gli utenti: confronto su
come incidono sui costi
Si ipotizza un servizio con 15 veicoli a disposizione di 600
utenti. Sono stati considerati due differenti scenari, a
seconda del comportamento degli utenti sulle proposte, da
parte dell’azienda, del luogo di riconsegna che ottimizza la
distribuzione dei veicoli
Tutti gli utenti RIFIUTANO le
proposte dell’azienda
Tutti gli utenti ACCETTANO le
proposte dell’azienda
Si considerano i costi per la
RILOCAZIONE MANUALE
Si considerano i costi per gli
INCENTIVI
Modello di allocazione ottima dei veicoli per il Car Sharing
One Way
Per l’ottimale allocazione dei veicoli, è
opportuno stimare il numero medio di
prenotazioni effettuate nell’intervallo
di tempo considerato
Il modello è caratterizzato dalla
seguente formulazione
Modello di allocazione ottima dei veicoli per il Car Sharing One Way:
modello di scelta degli utenti
L’utilità della scelta
percepita
dall’utente ha la
seguente
formulazione
L’utilità sistematica è funzione
della distanza tra il punto preferito
dall’utente, e quello proposto
dall’azienda; e dell’ammontare
dello sconto offerto
La probabilità di accettazione e
non accettazione, è calcolabile
con un modello Logit Binomiale
Modello di allocazione ottima dei veicoli per il Car Sharing One Way:
risultati degli scenari di comportamento degli utenti
Fissando il numero dei veicoli a disposizione, e la percentuale di utenti che
accettano le proposte di riconsegna del veicolo, sono stati generati i seguenti
scenari determinando le percentuali di domanda insoddisfatta
Rilocazione manuale e incentivi per gli utenti: confronto su
come incidono sui costi
In caso di totale collaborazione da parte degli utenti, si ha un “payback time”
anticipato di due anni rispetto al caso in cui tutti gli utenti decidano di rifiutare
le proposte di riconsegna del veicolo fornite dall’azienda
Confronto tra i costi totali di un veicolo a gasolio ed uno
elettrico
Ford Fiesta 1.6 TDCi 95 CV Renault ZOE
Costo di acquisto [€] 17000 22000
Costo energetico annuo [€] 830 250
Costo gestione e manutenzione [€/km] 0,22 0,22
Percorrenza media annua [km] 7200 7200
Confronto tra i costi totali di un veicolo a gasolio ed uno
elettrico
AnnoFord Fiesta 1.6
TDCi 95 CVRenault ZOE
0 17000 25000
1 19321 26763
2 21553 28459
3 23699 30090
4 25763 31657
5 27747 33165
6 29655 34614
7 31489 36008
8 33253 37348
9 34949 38636
10 36580 39875
Nonostante i costi di gestione e manutenzione del veicolo elettrico
siano notevolmente più bassi rispetto all’auto a gasolio, i costi iniziali di
acquisto dei veicoli elettrici e di noleggio delle batterie sono ancora
troppo elevati per essere pienamente concorrenziali
Conclusioni
Il Car Sharing One Way è un sistema molto interessante, che però
richiede lo studio dell’allocazione ottimale dei veicoli
Soddisfare al meglio la domanda, massimizzando le adesioni
Minimizzare il numero di veicoli necessari
Veicoli Elettrici: nessun problema di autonomia energetica, ma è
necessaria una capillare infrastruttura di ricarica
Ritorno dell’investimento iniziale, per un’azienda di Car Sharing
One Way con veicoli elettrici, in un tempo inferiore ai 10 anni
Incentivi statali: distribuirli non per tutti i veicoli, ma concentrarli a
favore delle auto a bassissime o nulle emissioni
Grazie per l’attenzione!