Analysis and preliminary assessment of the energy and infrastructure requirements for passenger electric vehicles : the case of Germany 2030

Electric vehicles and renewable energy sources have the potential to substantially decrease carbon emissions from both the transportation and power generation sectors of the economy. Mass adoption of EVs will have a number of impacts and benefits, including, in some cases, the ability to assist in the integration of renewable energy into existing electric grids. The analysis of the penetration of electric vehicles implies also the evaluation of the charging infrastructure network for re-fueling purposes. The additional electricity demand from electric vehicles leads to a number of observations and evaluations to be done. This work reviews the current situation and the future proposed penetration scenarios relevant to the energy and transport sectors, focusing on the case of Germany. German potential electromobility model for 2030 is implemented, considering the number of EVs and the specific targets of Climate Action Programme 2030 and German Energiewende. The model includes the determination of the charging infrastructure number, taking into account the diverse modes of recharging, basing on geographical criteria and user daily travel patterns. Moreover, it implies the evaluation of electricity production and load profiles, here projected in the 2030 scenario. To this purpose, the current literature on EVs, electric grid and renewable energy integration in Germany is reviewed and discussed. The environmental and grid impact of electromobility is assessed through emission factors relevant to fossil fuel energy sources. In order to reduce the carbon footprint of the entire system, a battery energy storage system is provided and the final results, obtained in three cases, are compared among each other and with the forecasted data on future energy storage in Germany. The work concludes with the reasoning behind the model implementation and suggestions on future research and analysis, which can be further developed on the same topic.

I veicoli elettrici e le risorse rinnovabili contribuiscono al processo di decarbonizzazione, rispettivamente nel settore trasporti e nel settore energetico. L’impiego dei veicoli elettrici nel quotidiano comporta l’adozione di misure, atte ad integrare tali mezzi nel sistema nazionale elettrico, favorendo anche l’integrazione delle risorse rinnovabili nello stesso settore. L’analisi che sussegue all’introduzione dei veicoli elettrici su strada richiede una valutazione più ampia, riguardante le stazioni di ricarica dei veicoli elettrici, differenti dalle stazioni di rifornimento dei veicoli convenzionali. Inoltre, la domanda di energia da parte dei veicoli elettrici si aggiunge alla richiesta da parte degli altri settori e, dunque, deve essere analizzata e soddisfatta nelle medesime modalità. Il presente lavoro intende definire i settori trasporto ed energia allo stato attuale ed indentificare i futuri scenari, negli stessi settori, proposti al 2030, focalizzandosi, in particolare, sul caso specifico della Germania. Dunque, un modello di sviluppo della mobilità elettrica in Germania è valutato e descritto, alla luce dei documenti ufficiali del governo federale, quali Climate Action Programme 2030 ed Energiewende, che riportano gli obiettivi e target tedeschi per energia e clima al 2030. Il modello include anche la determinazione del numero di infrastrutture di ricarica, suddivise per modalità di ricarica e potenza, secondo un criterio di tipo geografico e basandosi sui comportamenti usuali giornalieri degli utenti in Germania. Inoltre, i profili orari di produzione e domanda elettrica, scalati al 2030, sono individuati. A tal proposito, la letteratura disponibile sui temi della mobilità elettrica, rete elettrica e risorse energetiche rinnovabili permette di ottenere i database rilevanti e, dunque, è citata e discussa all’interno del lavoro. Viene, inoltre, effettuata l’analisi di impatto ambientale e sulla rete attraverso i fattori di emissioni associati alle risorse energetiche fossili. Al fine di ridurre le emissioni inquinanti è previsto un sistema di accumulo dell’energia a batteria. Il dimensionamento del sistema di accumulo è condotto in tre casi, per raggiungere obiettivi ambientali ed economici differenti. In conclusione, sono identificati i limiti dell’analisi descritta e future linee di sviluppo incentrate sul medesimo tema.