Development of electric vehicles load profiles for sector coupling in European energy system models

In the context of energy system decarbonization strategies, sector coupling is increasingly recognised as a cost-effective solution to provide the necessary flexibility in a system characterised by high shares of Variable renewable energy sources (VRES). To accurately account for the heating and transport sector in energy system models, the availability of hourly demand profiles for different countries is crucial. Therefore, a stochastic model to simulate the Electric Vehicles (EVs) load profiles with high temporal detail in 28 European countries is proposed, with the goal of filling this gap in the literature. This is called RAMP-Mobility, and is released as open-source software. Furthermore, the resulting profiles are used as inputs to assess the flexibility potential provided by sector coupling in a future, highly decarbonized, European energy system. This is performed via the soft-linking between the Dispa-SET optimal dispatch and the long-term JRC-EU-TIMES energy planning models. Four scenarios are analysed, starting from a base case without sector integration, and gradually introducing the Thermal energy storage (TES) and Vehicle-to-grid (V2G) technologies. RAMP-Mobility is validated against two sets of measured data, testing the reliability of both the algorithms computing mobility and charging demand. A satisfying degree of accuracy is registered in the results of both validations. Then, the database of Europe-wide EVs load profiles is presented, and the main differences among countries are discussed. Results show that the average mobility demand per car is the main parameter affecting the final profile. Moreover, also the population composition proves to be a relevant variable, especially in determining the difference between the base load and the height of the demand peaks. Subsequently, the results of the Dispa-SET simulations demonstrate the benefits of sector integration in terms of greenhouse gases emissions, total operational costs and system adequacy. Nevertheless, it is highlighted how the lack of stronger interconnection lines between countries is a key factor hindering the possibility to fully exploit the storage capacity available. Finally, a deeper analysis on the storage technologies shows that the base case already almost meets the flexibility required by the system, obtaining 80% emission reduction with respect to 1990 levels. Nevertheless, even if not strictly necessary for the technical feasibility of the system, sector coupling proves to play an important role in providing cheaper and more efficient storage solutions, reducing the cost of the energy transition.

Tra le diverse strategie per decarbonizzare il sistema energetico, l’accoppiamento tra settori è sempre più riconosciuto come una soluzione efficiente per garantire la flessibilità necessaria a un sistema dominato da fonti di energia rinnovabile intermittenti. Per simulare il settore del riscaldamento e dei trasporti all’interno di modelli del sistema energetico, è fondamentale avere a disposizione i profili di domanda oraria nei diversi paesi. Viene quindi proposto un modello stocastico con l’obiettivo di simulare con elevato dettaglio temporale i profili di carico dei veicoli elettrici in 28 paesi Europei, al fine di colmare questo vuoto nella letteratura. Il modello è chiamato RAMP-Mobility, ed è pubblicato come software open-source. Successivamente, i profili generati dal modello sono usati come input per valutare le potenzialità dell’accoppiamento tra settori nel fornire flessibilità in un sistema energetico Europeo fortemente decarbonizzato. Questa valutazione avviene tramite l’accoppiamento tra i modelli di dispacciamento ottimale Dispa-SET e di pianificazione energetica a lungo termine JRC-EU-TIMES. Gli scenari analizzati sono quattro, un caso base senza integrazione tra settori, seguito dall’introduzione graduale delle tecnologie di accumulo termico e di Vehicle-to-grid (V2G). RAMP-Mobility viene poi validato usando due serie di dati misurati, per testare l’affidabilità degli algoritmi di calcolo della domanda di mobilità e di ricarica. Entrambe le validazioni mostrano un grado di accuratezza soddisfacente. Successivamente, il database di profili di ricarica per l’Europa viene presentato, discutendo le principali differenze tra paesi. La domanda di mobilità media per veicolo risulta essere il parametro che influenza maggiormente il profilo finale. In aggiunta, anche la composizione della popolazione risulta essere una variabile rilevante, specie nel determinare la sporgenza dei picchi di domanda. Successivamente, tramite i risultati delle simulazioni con Dispa-SET, vengono dimostrati i benefici dell’integrazione tra settori in termini di emissioni di gas serra, costi operativi totali e adeguatezza del sistema. Ciò nonostante, la mancanza di linee di connessione più potenti tra i paesi si configura come un fattore chiave nel limitare la possibilità di usufruire a pieno la capacità di accumulo disponibile. Infine, un’attenta analisi circa le tecnologie di accumulo mostra come il caso base soddisfi quasi completamente la flessibilità richiesta dal sistema, ottenendo l’80% di riduzione delle emissioni rispetto al 1990. Tuttavia, nonostante non risulti essere una condizione necessaria per la fattibilità del sistema, l’accoppiamento tra settori gioca un ruolo importante nel fornire soluzioni di accumulo più economiche ed efficienti, riducendo il costo della transizione energetica.