Assessing economic viability of battery electric vehicles integration in residential context

In Italy, among the major emitters of greenhouse gases are the transport and the residential sectors. Recent studies demonstrate how investing in low-emitting technologies (including private vehicles) helps in the decarbonization of such sectors. This work aims at assessing under which external conditions battery electric vehicles (BEVs) become economically convenient for a private user and how their integration with a set of other low-emitting domestic technologies for electricity and heat production affects such convenience. Therefore, to analyze a residential energy system, comprehensive of transport technologies, an optimization model has been considered the most suitable option. Such a tool allows for the selection of optimal technologies to fulfill multiple energy needs, according to a minimization of costs criterion. A total of 1920 different cases have been analyzed, obtained by linearly combining different sets of input parameters: three geographical locations and four house sizes, which define different electricity and heat demand profiles, four annual mileages to simulate different transport demand profiles, four minimum expected ownership time, two electricity prices and different incentive levels for low-emission technologies. Such 1920 cases have been furthered clustered in two sub-groups, each one defining a different scenario based on the incentive level: the first scenario, called Full Price Scenario (FPS), includes 384 cases where each technology is considered with their full list price; the second scenario, called Partial Discount Scenario (PDS), includes all the other cases (1536), where incentives are applied to low-emission technologies. The results show that BEV becomes the most advantageous private transport solution for 25% of the cases also without incentives (FPS), in particular this holds true in cases when the minimum expected ownership time is higher than 5 years and with annual mileage higher than 20'000 km. If it is incentivized instead (PDS), BEV is selected for 66% of the 1536 cases. It is worth noticing that also other low-carbon technologies tends to be present in the optimal system configuration only in the PDS, while in FPS the technology mix is completely fossil-based in all changes. The results also show the adoption of BEV seems not to be affected by the change in house location or size. In the end, an additional analysis has been performed to include as a possible alternative transport technology also the vehicles capable of Vehicle-to-Home (V2H) electricity transfer, which on the contrary, shows a slight dependence of the BEV adoption also on the location and house size.

In Italia, tra i maggiori emettitori di gas serra ci sono i settori del trasporto e del residenziale. Recenti studi dimostrano come investire in tecnologie a basse emissioni (compresi i veicoli privati) aiuti nella decarbonizzazione di tali settori. Questo lavoro mira a valutare per quali condizioni i veicoli elettrici a batteria (BEV) diventano economicamente convenienti per un utente privato, e in che modo, la loro integrazione con un insieme di altre tecnologie domestiche a basse emissioni per la produzione di elettricità e calore influisce su tale convenienza. Pertanto, per analizzare un sistema energetico residenziale, completo di tecnologie di trasporto, un modello di ottimizzazione è stato considerato l'opzione più adatta. Questo consente la selezione di tecnologie ottimali per soddisfare i bisogni energetici, secondo un criterio di minimizzazione dei costi. Sono stati analizzati un totale di 1920 casi, ottenuti dalla combinazione lineare di diverse serie di parametri di input: tre posizioni geografiche e quattro dimensioni delle abitazioni, che definiscono diversi profili di domanda di elettricità e calore, quattro chilometraggi annui per simulare diversi profili di trasporto, quattro tempi minimi in cui il privato si aspetta di tenere le tecnologie, due prezzi dell'elettricità e diversi livelli di incentivazione per le tecnologie a basse emissioni. Questi 1920 casi sono stati poi raggruppati in due sottogruppi, ognuno dei quali definisce uno scenario diverso basato sul livello di incentivazione: il primo scenario, chiamato Full Price Scenario (FPS), comprende 384 casi in cui ogni tecnologia è considerata con il proprio prezzo di listino; il secondo, denominato Partial Discount Scenario (PDS), comprende tutti gli altri casi (1536), in cui gli incentivi sono applicati alle tecnologie a basse emissioni. I risultati mostrano che il BEV diventa la soluzione di trasporto privato più vantaggiosa per il 25% dei casi anche senza incentivi (FPS), in particolare questo vale nei casi in cui il tempo minimo di proprietà previsto è superiore a 5 anni e con chilometraggio annuo superiore a 20'000 km. Se invece il BEV è incentivato (PDS), viene selezionato per il 66% dei 1536 casi. Vale la pena notare che anche altre tecnologie a basse emissioni di carbonio tendono ad essere presenti nella configurazione ottimale del sistema solo nel PDS, mentre in FPS il mix tecnologico è completamente basato sui fossili. Inoltre, l'adozione di BEV non sembra essere influenzata dal cambiamento di città o dimensioni della casa. Alla fine, è stata effettuata un'ulteriore analisi per includere come possibile tecnologia di trasporto anche il veicolo in grado di trasferire elettricità alla casa (V2H), e al contrario mostra una leggera dipendenza dell'adozione BEV anche dalla posizione e dalle dimensioni della casa.