Public charging of electric vehicles: an evaluation of the power demand in 2030

In the last decades, the energy sector has been facing a constant evolution dictated by the global rise of energy demand. In the meantime, climate change and the global warming issues have become more and more relevant, as a direct consequence of the increasing emission of Green House Gases (GHG) caused by human activity. In this respect, the European Union (EU) has drawn up a set of goals to be achieved in the years ahead, aiming to reduce emissions and counteract the previously mentioned phenomena. Inside this future scenario of changes, a relevant role will be played by the evolution of the transport sector through the wider adoption of Electric Vehicles (EVs). The e-mobility transition will certainly involve the development of an appropriate public charging service, which should be able to satisfy the needs of future EV owners. The aim of this thesis is to study how the charging service installed inside public parking lots will affect the power demand in a future Italian 2030 scenario, and how this phenomenon changes depending on the context analyzed. To accomplish this goal, the timely occupancy of several existing parking lots, located in many Italian cities, has been monitored. From this process, it has been possible to study the vehicles’ turnout of those car parks and the average permanence inside them during both midweek and weekend’s days. Being those parking lots located in different parts of the cities, it has been determined if there was any correlation between the ones located in similar urban contexts. It has been then studied the diffusion of EVs inside the circulating car fleet, and from the information derived, it has been drafted an EV fleet model containing the top 40 selling EVs of the last years. The EV fleet model has been then adjusted to fit a 2030 scenario, basing this step on the forecasted evolution of the EV’s battery size. Next, the charging process of those vehicles has been defined, studying all the factors that determine the amount of power drawn from the grid during charging. It has been studied how those vehicles consume energy during their use and how the distance covered by a driver on a day can vary. The collection of all this information allowed the implementation of an algorithm able to simulate the charging process of the EVs entering the parking lots analyzed, with the aim of computing the generated power demand. The outcomes obtained by the simulations of different scenarios highlighted how the power demand can change depending on the parking lot and the day of the week considered.

Negli ultimi decenni, il settore energetico ha subito una costante evoluzione dettata dall'aumento globale di domanda energetica. Nel frattempo, i temi del cambiamento climatico e del riscaldamento globale sono diventati sempre più rilevanti, come diretta conseguenza dell'aumento delle emissioni di gas serra causate dall'attività umana. A tal proposito, l'Unione Europea ha elaborato una serie di obiettivi da raggiungere nei prossimi anni, con lo scopo di ridurre le emissioni e contrastare i fenomeni menzionati. All'interno di questo futuro scenario di cambiamenti, un ruolo rilevante sarà giocato dall'evoluzione del settore dei trasporti attraverso una più ampia adozione di veicoli elettrici. La transizione verso la mobilità elettrica comporterà sicuramente lo sviluppo di un adeguato servizio di ricarica pubblica, il quale dovrà essere in grado di soddisfare le esigenze dei proprietari di veicoli elettrici. L'obiettivo di questa tesi è studiare come il servizio di ricarica effettuato all'interno dei parcheggi pubblici potrebbe influire sulla domanda di energia elettrica in ambito nazionale al 2030, e come questo fenomeno cambi a seconda del contesto analizzato. Per raggiungere questo obiettivo, è stata monitorata l'occupazione puntuale di alcuni parcheggi situati in diverse città italiane. Da questo processo è stato possibile studiare l'affluenza dei veicoli e la permanenza media al loro interno sia nei giorni infrasettimanali che nel fine settimana. Essendo i parcheggi situati in zone diverse delle città, è stato determinato se ci fossero correlazioni tra quelli situati in contesti urbani simili. È stata poi studiata la diffusione dei veicoli elettrici all'interno del parco auto circolante e, a partire dalle informazioni ricavate, è stato elaborato un modello di flotta di veicoli elettrici contenente i 40 più venduti negli ultimi anni. Il modello di flotta è stato poi adattato allo scenario del 2030, basandosi sull'evoluzione prevista delle dimensioni delle batterie dei veicoli. Successivamente, è stato definito il processo di ricarica dei veicoli, studiando tutti i fattori che determinano la quantità di energia prelevata dalla rete durante la ricarica. È stato anche studiato come questi veicoli consumano energia durante il loro utilizzo anche in funzione della distanza percorsa. La raccolta di tutte queste informazioni ha permesso di implementare un algoritmo in grado di simulare il processo di ricarica dei veicoli elettrici che entrano nei parcheggi analizzati, con l'obiettivo di calcolare la conseguente domanda di potenza. I risultati ottenuti dalle simulazioni di diversi scenari hanno evidenziato come la domanda possa cambiare a seconda del parcheggio e del giorno della settimana considerato.