Charge scheduling for a fleet of electric buses considering vehicle-to-grid technologies

The current climate condition has made a transition towards sustainability necessary. The transport sector is deeply involved in such a transition as it is responsible for a significant portion of air pollution. In urban environments, public transportation systems are converting their fleets into electrical ones. In this scenario an optimised charging schedule is absolutely necessary to ensure the proper operation of the fleet. Furthermore, coordination is necessary to keep the cost for withdrawing energy low while avoiding the overloading of the grid. At the same time, a proper charging schedule may slow the degradation of batteries. Furthermore, bidirectional flow of the current can be achieved thanks to Vehicle-to-Grid (V2G) technologies. Such technologies are thought to be beneficial for the operations of the fleet. In this work a MILP formulation for the charge scheduling of a fleet of electric buses is developed. The model takes into account the costs of energy, the maximum power requested from the grid and the degradation of batteries. Furthermore, V2G technologies are explicitly modelled. A matheuristic is then proposed for the efficiently solving the resulting problem. A set of instances based on the real operational conditions in Milan is proposed. Extensive experiments are performed to validate the model and the heuristic. Finally, a sensitivity analysis investigating the impact of V2Gs over a variety of setting is performed.

Il cambiamento climatico ha reso la transizione verso la sostenibilità un processo necessario. Il settore dei trasporti è profondamente coinvolto in tale transizione in quanto è uno dei maggiori responsabili dell’inquinamento atmosferico. Nel contesto urbano, i sistemi di trasporto pubblico stanno convertendo le loro flotte in elettriche. In questo scenario è assolutamente necessaria una corretta pianificazione per ricaricare i veicoli per garantire il corretto funzionamento del servizio. Tale piano e’ inoltre indespensabile affinchè i costi dell’energia e quelli per la potenza richiesta alla rete siano ottimizzati. Allo stesso tempo, un corretto processo di ricarica può aiutare a rallentare il deterioramento delle batterie. Tramite nuove tecnologie chiamate Vehicle-to-Grid, i veicoli elettrici sono in grado di restituire energia alla rete scaricando parzialmente la loro batteria. Queste tecnologie possono risultare vantaggiose per la gestione della flotta. In questo lavoro viene sviluppata una formulazione MILP per pianificare il piano di ricarica di una flotta di autobus elettrici. Il modello tiene conto dei costi dell’energia, della potenza massima richiesta alla rete e cerca di quantificare anche un costo causato dal deterioramento delle batterie. Inoltre, le sopracitate tecnologie Vehicle-to-Grid sono integrate nel contesto. Il modello si basa sul sistema di trasporto pubblico della città di Milano. Vengono modellizzate anche delle istanze di test basate su di esso. Viene quindi proposta una strategia per la risoluzione del problema e questa è anche applicata su un insieme di istanze basate sulle reali condizioni operative a Milano. Vengono poi eseguiti alcuni esperimenti per convalidare sia modello che l’euristica. Infine, attraverso un’analisi di sensibilità è indagato l’impatto delle tecnologie V2G sulla flotta.