Προσομοίωση ενεργειακής συμπεριφοράς ηλεκτροκίνητων οχημάτων και επιπτώσεις στο περιβάλλον
Authors: Μαμαρίκας-Ίτσιος Σωκράτης 
Published: November 2023

H παρούσα Διδακτορική Διατριβή πραγματεύεται το ζήτημα της ενεργειακής συμπεριφοράς των ηλεκτρικών οχημάτων κατά τη χρήση τους, και διερευνά τις συνολικές περιβαλλοντικές τους επιπτώσεις. Η διερεύνηση του αντικειμένου της Διατριβής ξεκινά από το δεδομένο ότι τα ηλεκτρικά οχήματα έχουν ευεργετικά αποτελέσματα στο αστικό περιβάλλον, καθώς το ανακουφίζουν, λόγω της μη άμεσης εκπομπής ρύπων. Λαμβάνοντας όμως υπόψη τις πρωτογενείς εκπομπές από την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας και την κατασκευή των οχημάτων προκύπτει η ανάγκη της ανάλυσης του συνολικού περιβαλλοντικού αποτυπώματος των οχημάτων στον κύκλο ζωής τους (Ανάλυση Κύκλου Ζωής - ΑΚΖ). Η Διατριβή δίνει βάρος στη συστηματική αξιολόγηση της επίδρασης που έχουν οι κυκλοφοριακές συνθήκες στην κατανάλωση ενέργειας των ηλεκτρικών οχημάτων. Μελετά τα διάφορα οδικά περιβάλλοντα, εστιάζει σε συνθήκες όπως η κυκλοφοριακή συμφόρηση και η ελεύθερη ροή, προσεγγίζει όμως και τη σχετική επίδραση ορισμένων κυκλοφοριακών μέτρων. Μελετήθηκε κατά πρώτον η κατανάλωση ενέργειας ηλεκτρικών οχημάτων με μπαταρία και οχημάτων με κινητήρα εσωτερικής καύσης (συμβατικών: Βενζίνη, Ντίζελ), σε περισσότερους από 100 κύκλους οδήγησης και εντοπίσθηκαν οι επιπτώσεις μιας σειράς κυκλοφοριακών συνθηκών στην κατανάλωση ενέργειας των κινητήρων. Οι εκτιμήσεις της κατανάλωσης ενέργειας που πραγματοποιήθηκαν είναι κατάλληλες για τη γενίκευση της ενεργειακής απόδοσης των οχημάτων στο μακροσκοπικό επίπεδο της κυκλοφορίας, δεδομένου ότι χρησιμοποιούν τη μέση ταχύτητα ως επεξηγηματική μεταβλητή, στη βάση πολλών τυποποιημένων κύκλων οδήγησης. Το μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε αναπτύχθηκε στην πλατφόρμα προσομοίωσης AMESIM και ανήκει στην κατηγορία των στιγμιαίων, με βάση την ισχύ, προτύπων. Εξετάσθηκε, στη συνέχεια, η περίπτωση των ηλεκτρικών λεωφορείων με μπαταρία. Μελετήθηκε πώς οι συνθήκες κυκλοφορίας επηρεάζουν την ενεργειακή απόδοση των λεωφορείων αυτών και αναπτύχθηκε μια συνάρτηση που εκτιμά την κατανάλωση της ενέργειάς τους χρησιμοποιώντας μεσοσκοπικές μεταβλητές κυκλοφορίας. Η εν λόγω συνάρτηση προσδιορίζεται μεταξύ μακροσκοπικών και μικροσκοπικών προσεγγίσεων που έχουν ήδη εφαρμοσθεί στον τομέα των μεταφορών, καλύπτοντας την ανάγκη για ακρίβεια στις εκτιμήσεις και απλότητα στη χρήση. Για την ανάπτυξη αυτής της συνάρτησης, διεξήχθη αρχικά μια λεπτομερής κινηματική ανάλυση σε πολλούς κύκλους οδήγησης για να κατανοηθεί η δυνατότητα που έχουν διαφορετικές μεταβλητές κυκλοφορίας στην έκφραση της κατανάλωσης των ηλεκτρικών λεωφορείων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι καλύτερες στατιστικές μετρήσεις εμφανίζονται για μια σχέση που συνδέει την κατανάλωση με μεταβλητές που σχετίζονται με τον αριθμό και τη διάρκεια των στάσεων. To μοντέλo εφαρμόστηκε για την αξιολόγηση των κυκλοφοριακών συνθηκών σε πραγματικές πόλεις (Αθήνα, Χονγκ-Κονγκ). Η Διατριβή πραγματεύτηκε κατόπιν την αξιολόγηση του συνολικού αποτυπώματος των ηλεκτρικών οχημάτων που σχετίζεται με την κυκλοφορία των στόλων των οχημάτων (δίνοντας δηλαδή έμφαση στην επιρροή της κυκλοφορίας), προτείνοντας μια νέα μέθοδο για την πραγματοποίηση αυτών των περιβαλλοντικών αξιολογήσεων σε κυκλοφοριακές ροές. Η μέθοδος ποσοτικοποιεί τις εκπομπές από ένα συγκεκριμένο οδικό δίκτυο, λαμβάνοντας υπόψη την ακριβή κατάσταση της κυκλοφορίας, ως προς τις συνθήκες και τον αριθμό των οχημάτων. Η σημασία των διαφόρων συνθηκών κυκλοφορίας στις επιπτώσεις του κύκλου ζωής των στόλων αντιμετωπίζεται έτσι σε μεγαλύτερη διάσταση, απ’ ό,τι στις τυπικές ΑΚΖ. Για το σκοπό της εργασίας (που αφορά την αναγνώριση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος ολόκληρων κυκλοφοριακών ροών,) πραγματοποιήθηκε μελέτη περίπτωσης για δύο τυπικές ευρωπαϊκές πόλεις (Ζυρίχη και Θεσσαλονίκη), σε μέρος του αστικού τους δικτύου.