Optimization model for charge scheduling of electric freight vehicles : the Italian case

The transition towards more sustainable modes of transport is on going. The technological progress, environmental concerns and social factors make electric vehicles increasingly attractive and popular. Scheduling of charging activities for a commercial company operating a fleet of electric vehicles is a key. Harmonizing these activities in manner that balances energy costs while avoiding congestion on the electric grid is precisely the focus of this thesis. In particular, we study the optimization of charging activities in the context of companies operating in Italy which own a fleet of electric freight vehicles used for logistics. The first part of this thesis consists in the analysis of the structure of Italian electric bills to comprehend charges applied to commercial users. This is done by examining electric invoices of three Italian factories. After this first phase, an optimization model is implemented with the mathematical language AMPL to optimize the charging scheduling of an electric freight vehicle fleet, considering a planning horizon of three days. In the optimization, we minimize costs for withdrawing electricity from the grid, while considering costs related to the maximum charging power required. The objective function also accounts for battery degradation cost, which (in the studies cases) are mainly due to maintaining it under high states of charge. We ran experiments on different input conditions. The analysis particularly focuses on the potential use of fast chargers and examines their utilization.

La transizione verso modelli più sostenibili è ormai iniziata. Il progresso tecnologico, le tematiche ambientali e i fattori sociali rendono sempre più attraenti e popolari i veicoli elettrici, sollecitandone lo sviluppo. Un aspetto di fondamentale importanza che interessa il trasporto elettrico riguarda la pianificazione di ricarica dei veicoli per evitare congestioni e aggravi sulla rete elettrica, ed è proprio su questo aspetto che il seguente lavoro si sofferma. In particolare, viene considerata l’ottimizzazione delle attività di ricarica nel contesto di aziende operanti in Italia che possiedono una flotta di autoarticolati elettrici. La prima fase consiste nell’analisi, attraverso le fatture fornite da tre aziende italiane, della struttura di una bolletta per la fornitura elettrica, per comprendere le voci di costo addebitate a ogni utenza. Terminata questa prima ricerca, viene implementato, con l’utilizzo del linguaggio matematico AMPL, un modello per ottimizzare l’operazione di ricarica di una flotta di autoarticolati elettrici in un arco temporale di tre giorni. Si minimizzano i costi relativi al prelievo di energia elettrica dalla rete e quelli riguardanti la massima potenza prelevata. La funzione obiettivo inoltre tiene conto della spesa per la degradazione della batteria dovuta principalmente agli elevati stati di carica. Il modello è testato con i dati acquisiti e sono studiate le risposte a particolari condizioni in input. L’analisi si sofferma in particolare sul potenziale utilizzo dei caricatori veloci e ne esamina l’impiego.