An analysis of the impact of electric mobility on the electric power system in 2030

The global warming, the climate change, the exploitation of the natural resources as well as the increase of emissions of polluting gases lead to a definition of ambitious objectives in terms of energy sustainability and carbon neutral world. In this evolving general picture, several measures have been taken into account in order to protect the planet and don’t compromise the future situation. Between them, the introduction of the electric mobility has a fundamental role in the achieving of the established environmental objectives. The aim of the thesis is to analyse the impact of the electric vehicle on the electric power system in 2030. The case of study is the Lombardy region and the first goal is to investigate the movements inside it by exploring the OD matrix. The aim of this section is to obtain the regional travel profile and the journey frequency. All the routes are processed with a specific tool and the main properties that characterize the trips are extracted such as instantaneous speed, length and duration of the path. By constructing an algorithm that computes the consumption based on the travelled speed, the daily energy requirement due to electric vehicles can be estimated. According to forecasts present in official documents, the process is repeated with two different levels of EV penetration in order to evaluate two possible scenarios in 2030. At this point, four type of charging modes are assumed: domestic charge, work charge and two types of public charge. For each one, it has been defined the main properties in terms of charging power and time when the process takes place. Based on the energy consumptions of each route estimated in the previous step, the daily power withdrawal profile of the region is extracted. The outcomes obtained underline the fact that the electric vehicles are not characterized by a high energy requirement. However, the charging processes are concentrated in the same time windows creating significant peaks in the power demand trend. After the methodology is validated, the same analysis is applied to the case of the province of Milano. Finally, some improvement actions and control strategies are proposed with the aim of limiting the grid problems caused by the uncontrolled charging processes.

Il riscaldamento globale, il cambiamento climatico, lo sfruttamento delle risorse naturali, nonché l’aumento delle emissioni di gas inquinanti impongono la definizione di obiettivi ambiziosi in termini di sostenibilità energetica. In questo quadro generale in evoluzione, sono state prese in considerazione diverse misure per salvaguardare il pianeta e non compromettere la situazione futura. Tra questi, l'introduzione della mobilità elettrica ha un ruolo fondamentale nel raggiungimento degli obiettivi ambientali prefissati. Lo scopo della tesi è quello di analizzare l’impatto dei veicoli elettrici sul sistema elettrico nel 2030. Il caso di studio è la regione Lombardia e il primo obiettivo è analizzare gli spostamenti attraverso l’elaborazione dei dati contenuti nella matrice OD. Lo scopo di questa sezione è quello di ottenere il profilo di distribuzione dei viaggi regionali e le relative frequenze di spostamento. Tutti i percorsi sono elaborati con una piattaforma specifica da cui vengono estratte la velocità istantanea, la lunghezza e la durata del tragitto. Implementando un algoritmo che calcola il consumo in base alla velocità di viaggio, è possibile stimare il fabbisogno energetico giornaliero dovuto ai veicoli elettrici. Sulla base delle previsioni presenti nei documenti ufficiali, il processo viene ripetuto con due diversi livelli di penetrazione di veicoli elettrici al fine di valutare due possibili scenari al 2030. A questo punto, si considerano quattro tipi di modalità di ricarica: ricarica domestica, ricarica sul luogo di lavoro e due tipi di ricarica pubblica. Per ognuna di esse sono stati definiti i principali parametri in termini di potenza di ricarica e frequenza con cui avviene il processo. Sulla base dei consumi energetici di ciascuna tratta stimati nel passaggio precedente, è stato estratto il profilo di prelievo giornaliero in potenza della regione. I risultati ottenuti evidenziano che i veicoli elettrici non sono caratterizzati da un alto fabbisogno energetico. Tuttavia, i processi di ricarica sono concentrati nelle stesse finestre temporali creando picchi significativi nell’andamento della potenza prelevata dalla rete. Una volta verificata l’accuratezza della metodologia, la stessa analisi viene applicata al caso della provincia di Milano. Infine, vengono proposte alcune azioni migliorative e strategie di controllo con l'obiettivo di limitare le problematiche di rete causate dai processi di ricarica non regolamentati.