Vehicle consumption detail in modeling the integration between road transport and energy systems : a literature review and further improvements

Road passenger transport sector is on the verge of radical transformations driven by rapid technology advancements in fuels and powertrains. This sector contributes to a significant share of global CO2 emissions and fuel consumption. Integrated assessment models (IAMs) and sector-coupling models are widely used to explore transport sector decarbonization scenarios. The advantage of using IAMs is that the scenarios derived from them consider interactions of the transport system with other productive sectors linking human activities and environmental impacts. The drawback is the level of detail in representing the transport sector and more in particular the road passenger cars segment. To increase the degree of representation of this sector, exisiting models should be supplemented with other models and approaches like travel based models. Driving cycles (DC) are considered as travel based models used to estimate emission inventories. The present thesis work aims at carring out a literature review of the existing outlooks, transportation models and driving cycles. A classification within each topic is provided, focusing on road passenger transport sector. The work then focuses on comparing the frameworks and scenarios from thirteen global transportation models with a considerable technological detail highlighting modeling structures, data, assumptions, intermediate parameters and projections. The sources of divergence and consistency between models are identified, as well as criticisms. A possible idea to overcome some of the criticisms of model is given by driving cycles, by far used in the validation step of new models. Nevertheless, additional work is required to confirm the solution proposed in this manuscript, and to delineate a methodology to implement the resulting DC into a model framework.

Il settore trasporti passeggeri su strada è soggetto ad una fase di grande evoluzione guidata dal rapido progresso nei carburanti e nei gruppi propulsori. Questo settore contribuisce ad una quota significativa di emissioni globali di CO2 e di consumi di carburanti. I modelli di valutazione integrata (IAM) e altri modelli di accoppiamento settoriale sono ampiamente utilizzati per esplorare percorsi di decarbonizzazione del settore dei trasporti. Il grande vantaggio degli IAM è che gli scenari che ne derivano prendono in considerazione le interazioni del sistema dei trasporti con altri settori. Lo svantaggio è il livello di dettaglio di rappresentazione del settore dei trasporti e in particolare il segmento relativo alle autovetture. Per aumentare il livello di dettaglio tecnologico nella rappresentazione di questo settore, i modelli esistenti dovrebbero essere supportati con altri modelli e approcci come ad esempio i modelli basati sui viaggi. I cicli di guida sono considerati come modelli di questo genere e sono utilizzati per stimare gli inventari delle emissioni. Infatti il presente lavoro di tesi mira a realizzare una revisione della letteratura sulle proiezioni, sui modelli legati ai trasporti e sui cicli guida esistenti. Viene fornita una classificazione all’interno di ciascun argomento, incentrata sul settore del trasporto passeggeri stradale. Il lavoro si concentra quindi sul confronto delle strutture e delle proiezioni di tredici modelli di trasporto a livello globale con notevoli dettagli tecnologici evidenziando le strutture, i dati, le ipotesi, i parametri intermedi e le proiezioni. Le fonti di divergenza e congruenza tra i vari modelli sono identificati, nonché le criticità. Una possibile soluzione ad alcune delle critiche rivolte ai modelli è fornita dai cicli di guida, utilizzati fino a questo momento nelle fasi di validazione dei nuovi modelli. Tuttavia, sono necessari ulteriori sviluppi per confermare la soluzione proposta in questo manoscritto e per stabilire una metodologia per implementare questi cicli guida nella struttura dei modelli.