Elektrikli araçların şehir içi yük taşımacılığında kullanımı
The adoption of electric vehicles in urban freight transportation
Yazar: ŞÜKRÜ İMRE
Danışman: PROF. DR. DİLAY ÇELEBİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İşletme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering ; Ulaşım = Transportation

Özet:
Tüm dünyada artan çevre kirliliği çevresel endişeleri gündeme getirmektedir. Karbondioksit emisyonu çevre kirliğine neden olan etmenlerin başında gelmektedir. Her ne kadar fosil yakıtlar dünyada tükenmeye başlasa da halihazırda ulaşım
sektörünün yoğun kullandığı yakıt türü olarak karbon emisyonuna olan olumsuz etkisi devam etmektedir. Hem azalsa da zarar verici olmaya devam eden fosil kaynaklara olan bağımlılığı azaltmak hem de petrol fiyatlarının artmasının getirdiği maliyet sorunlarını aşmak için ulaşım sektörü yeni arayışlara yönelmektedir. Bu noktada, gelişen teknolojiyle birlikte elektrikli araçların kullanımı bir çözüm olarak görülmektedir. Yük taşımacılığında elektrikli araçların yayılması ve dolayısıyla yaşanan çevresel kirliğinin azaltılması mümkün hale gelmektedir. Bu çalışmada, pilot bölge olarak seçilen İstanbul'da, kent içi yük taşımacılığında elektrikli araçların kullanımı potansiyelinin tahmin edilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaca erişebilmek için elektrikli araçların kullanımıyla ilgili seçimler ve ilgili faktörlerin analitik bir analizi yapılmıştır. Bu analitik analiz yardımıyla, İstanbul'daki şehir içi yük taşımacılığında faaliyet gösteren kurumlar için mesafe ve yük bazlı elektrikli yük araç seçim modeli oluşturulmuş ve bu seçim modeli yardımıyla ilk olarak çalışma kapsamına alınan firma için filo içerisinde elektrikli araç ve geleneksel araçların birlikte yönetildiği hibrit filoya ait araç tür yüzdeleri bulunmuştur. Böylelikle, İstanbul kent içi yük ulaşımındaki sektörler ve seçilen firma için elektrikli araç kullanım potansiyeli tahmin edilmiştir. Dolayısıyla, İstanbul kent içi yük
taşımacılığında faaliyet gösteren firmalar ve seçilen firmanın kent içi yük taşımacılığı faaliyetlerinde kullandığı araç filosuna, elektrikli araçların eklenmesi için bir karar modeli önerilmiştir. Bu analitik analiz içerisinde ilk olarak elektrikli araçların kullanım potansiyeline etki eden değişkenler ortaya çıkarılmıştır. Bununla birlikte, elektrikli yük araçların karşılaştıkları engelleyicileri ve kolaylaştırıcıları bulmak için elektrikli araç ekosistemde bulunan paydaşlar ile bir araya gelerek bir arama toplantısı düzenlenmiştir. Bu aşamaya kadar elde edilen iç görüler literatür çalışmasının bulgularıyla birleştirilerek seçim modelinde kullanılacak değişkenler seçilmiştir. Çalışma kapsamında seçilen pilot bölgede faaliyet gösteren bir perakende firmasının sefer verilerinden yararlanılarak seçim senaryolarını içeren bir seçim (stated preference) anketi oluşturulmuştur. Anket tasarımında ortogonal deney tasarımından (orthogonal design of experiment) yararlanılmıştır. Çalışmanın bulgularına göre, elektrikli araç kullanım potansiyeli araç türlerine ve sektörlere göre farklılık göstermektedir. Ayrıca, araç tipleri arasındaki sefer süreleri farkına göre senaryolar üretilmiştir ve bu senaryolar kapsamında araç kullanım potansiyeli değişmektedir. Kısaca oluşturulan senaryolar, geleneksel ile elektrikli aracın sefer sürelerinin eşit olmasından başlayarak sonraki her bir senaryoda kademeli %10 arttırılmıştır. Toplamda beş farklı senaryo ile araç kullanım potansiyeli ortaya çıkarılmıştır. İstanbul'da kent içi taşımacılıkta kullanılabilecek elektrikli araç oranları, sektörlere göre ağırlıklandırıldığında ve çalışma kapsamında değerlendirilen iki tür araç arasındaki sefer süresi farkına dayalı senaryolar dikkate alındığında %20,4, %11,6, %6,4, %3,5 ve %2,0 olarak ortaya çıkmıştır. Diğer yandan, çalışma kapsamına alınan firma filosuna ait elektrikli araç kullanma oranı senaryolar baz alınarak %31,7, %25,4, %21,0, %17,5 ve %14,6 olarak belirlenmiştir. Firma ve filo özelliklerine
(barındırdığı araç türleri, taşıdığı yük türü vb.) göre bu oranlar değişkenlik göstermektedir. İstanbul geneli ve firmaya ait filo için elde edilen bu oranlar, filoların çoğuna elektrikli araç eklenebileceğini göstermektedir. Ayrıca, elde edilen bu oranlar ve ilgili diğer veriler yardımıyla İstanbul'da yük taşımacılığındaki sektörlerden ve seçilen firmadan kaynaklı karbondioksit emisyon miktarının, elektrikli araçların kullanımı ile sırasıyla %15,0 ve %25,8 oranında azalabileceği tahmin edilmiştir. Böylelikle, yük taşımacılığında kullanılan geleneksel ve elektrikli araçların bir arada
olacak şekilde hibrit bir filo yapısına geçilebileceği sonucuna varılmıştır. Bu geçişin ilk olarak perakende, imalat, konaklama ve yiyecek sektörlerinden başlaması diğer sektörlere göre elektrikli araç kullanımının daha olumlu sonuçlar
verme potansiyeli olduğu bulgusuna varılmış ve bu sektörlerde ulaşımda elektrikli araçların katılımını hızlandıracak düzenlemelerin yapılması önerilmiştir. Ayrıca, elektrikli araçlarla yapılan seferlerde geleneksel araçlara göre sürenin artması, kullanım potansiyelini düşürdüğünden elektrikli araçlara sefer süresini kısaltacak, özel park alanlarının tahsis edilmesi, şehir içindeki belirli noktalara sadece elektrikli araçların girmesine yönelik düzenlemelerin yapılması önerilmiştir.

Abstract:
Increasing environmental pollution in the world causes environmental anxieties for the world. Recently, the significant increase in carbon emissions is a one of the factors that deteriorated environmental pollution. Decreasing air quality in cities negatively affects health and quality of life. With rapid urbanization, the more the internal combustion engine vehicles are used in urban roads, the more greenhouse gas emission and extracting particles from those vehicles damage the air quality. There are many sectors such as energy, manufacturing, transportation, etc. that increase emissions. The carbon emissions stemming from transportation play an important role in contributing to overall greenhouse gas emissions in the world. On the other hand, fossil-fuel resources have been depleted and the price of fossil-fuel is rising and therefore, the transportation sector is in search of alternative sources of energy. Rising
demand for passenger and freight transport as well as rising urbanization has led to air and noise pollution, and health problems and aggravated the quality of life. On the other hand, the freight transportation has been recently under transformation by increasing delivery frequency and shrinking package volume with wide spreading activities of e-commerce. As a response to related environmental and economic issues brought about by this increase, the electrification of the fleets that are operating in urban transport has become a pressing issue. Nevertheless, developments in
technology sector provide an opportunity for the adoption of electric vehicles in the transportation sector. Accordingly, the issue of the suitability of electric vehicles for freight fleets has emerged as a prominent research topic for improving sustainability of cities. This study aims at exploring the potential adoption and diffusion rate of electric vehicles for a pilot area. To achieve this objective, this study developed an analytical approach to estimate the electric freight vehicle (EFV) adoption rates in urban delivery fleets. The study differs from the previous literature by taking trip characteristics into account, as it examines how time, cost and environmental variables impact the inclusion of EFVs in transport fleets for various payload and trip distance categories. This study has used conjoint analysis to estimate the trade-offs among various EFV related attributes and predict EFV adoption probabilities in urban freight fleets, based on real delivery data. Conjoint analysis is a stated preference-based technique which is largely used and discussed in transportation studies on freight and passenger transportation. The study conducted a stated-preference survey to analyze the preferences of companies engaged in urban freight transport. Based on the results of
the survey, the study developed six choice models for different cases defined by trip distances and payload. Then, a choice model is used to predict the adoption probability of EFVs for delivery operations of a retail company, located in Istanbul, Turkey. In addition to these steps, the study approach consists of the selection of the variables that will serve as the input of the EFV choice model, experimental design, survey generation and execution, creation of a choice model in line with the results produced by the survey, and prediction of the potential rate of adoption of EFVs based on the choice model. From among the long list of mode choice variables, the study first identified the ones that may contribute to the increased use of EFVs and help distinguishing them from conventional vehicles. These are route distance, transportation costs, time, freight load amount and the environmental impact, because their values are likely to differ between EFVs and conventional vehicles. In addition, to facilitate the participants' responses to the survey, the levels of the variables are determined to reflect real-life values. The study used the inter-city delivery data of a
leading retail transport company in Istanbul to estimate the levels of variables. The environmental impact of the vehicles is represented based on emission levels, which are considered dummy variables and categorized into two levels: low emissions and high emissions. A stated preference survey is developed to model the carriers' decision mechanisms on the basis of various combination levels of the decision variables as discussed above. Those combinations also indicate of the values inherent to the preference scenarios presented to participants in the survey. An orthogonal design is
used for developing the survey, in which every variable level can be assessed independently of the other variable levels. Since the primary aim of this study is to create an EFV choice model for firms engaged in the urban freight transportation, the target group of the survey consists of firms and organizations of all sizes that are involved in this form of transport. A purposive sampling technique is used in order to reach participants from the target group. In
purposive sampling, participants are chosen deliberately with the expectation that each participant will provide unique and rich information for the research. The questionnaire is responded by 35 decision makers who are responsible for logistics operations in their companies. These companies include retail, automotive, third party logistics, public institutions (waste management etc.). According to the results of the questionnaire, the fleet belonging to only a few of those companies include electric vehicles that are light commercial vehicles and their payload is lower than 3,5 tons and thus, a limited information about the usage of electric vehicles is obtained from the questionnaire. The results of the questionnaire provide insights on the inner-city logistics activities, for example, the usage of package types, the fleet composition and firm attributes. The study used choice models to calculate the potential adoption rate of EFVs in the fleet of a retail company and urban freight transportation in Istanbul. The adoption rate methodology is developed with the help of choice models for each modes and secondary data resources. This analytics approach incorporates how to obtain related data for reaching adoption rate of a firm's fleet, calculate cost of selected vehicles (electric vehicles and internal combustion engine vehicles), determine the use of variables in choice-model and generalize the results for finding electric vehicles' adoption rate. With this analytics approach, the potential of the use of electric vehicles
in freight transportation for both the firm and Istanbul's city logistics is predicted. The adoption rates of the usage of electric vehicles in both the selected company and innercity logistics in Istanbul are forecasted based on the scenarios set outs based on the duration of running a typical route. The first scenario assumes that travel time of
conventional vehicles is the equal electric vehicles' travel time. The travel times in other scenarios are gradually inceared by %10. The potential of electric vehicle's adoption has been totaly obtained with five different scenarios. According to the adoption rates obtained for each scenario, quite a high number of electric vehicles would start to be operated in roads, for both the fleet of the selected company and the fleets of other companies operating in urban freight transportation in Istanbul. According to the results, the adoption rates for the selected company's fleet are
respectively %31,7, %25,4, %21,0, %17,5 and %14,6. In other words, all vehicles in the fleet of the company have internal combustion engine vehicles and therefore, it can be concluded that between %14,6 and %31,7 of those vehicles in the fleet of the company can be electric vehicles. On the other hand, the adoption rates for Istanbul are found to be %20,4, %11,6, %6,4, %3,5 and %2,0. The adoption rates of those vehicles vary based on their load categories. The study shows that a significant number of electric vehicles would be in roads. As a matter of fact, most fleet of companies that serve city logistics would be electric vehicles. The emission rates stemming from the urban freight transportation in Istanbul will decrease by these rates. Likewise, the amount of emissions generated by the fleet of the company is estimated to decrease from the current situation. There is a reduction by 15,0% and 25,8% in the amount of emissions emitted by Istanbul's urban freight transportation and the selected company fleet, respectively. Consequently, it has been concluded that the transition to a hybrid fleet structure in freight transportation with conventional and electric vehicles together has led to a reduction in environmental pollution. The study found that the transition to electric vehicles in retail, manufacturing and accommodation and food sectors is more potential than other sectors in freight transportation of İstanbul. With this information, it has been suggested to make regulations that will accelerate the
participation to fleets of electric vehicles in these sectors. In addition, since the increase in the time of the trips with electric vehicles decreases the usage potential of electric vehicles, it is recommended to make regulations to decrease the trips time of electric vehicles. To reach this aim, it is suggested to make regulations such as allocating private parking areas, entrying of only electric vehicles to certain areas inner-city.