Analisi energetica e ambientale well-to-wheel di veicoli pesanti elettrici e ibridi a idrogeno mediante simulazione di cicli guida

This work presents a study of the energy and environmental balances through the methodology of the Well-To-Wheel analysis applied to driving cycle simulation for heavy-duty electric vehicle using batteries (BEV) or fuel cell (FCEV). This work is focused on commercial vehicles and urban buses. The analysis is based on different parameters: calculated payload, total energy consumption and CO2 emissions that vehicles generate to move useful load and passengers. Well-To-Wheel balances are carried out considering different scenarios for the primary energy supply. The battery electric vehicles (BEV) are based on Li-ion batteries charged with electricity generated by central power stations either based on renewable energy, coal, natural gas or reflecting the average mix of Italian electric park; in order to get hydrogen the primary feedstock considered are coal with gasification, natural gas with steam reforming and renewable with electrolysis. Results show that in general the technology of pure electric vehicles based on batteries is not the most competitive, while electric vehicles using fuel cells are able to get good results in energy and environmental terms, without excessive penalizations about the payload. Results are finally compared to those of conventional internal combustion engine vehicles, showing the potential advantages of the different alternative solutions proposed in this work.

Questo lavoro presenta uno studio dei bilanci energetici e ambientali attraverso l’analisi Well-To-Wheel (WTW) applicata alla simulazione di cicli guida per veicoli heavy-duty, per trasporto merce e per trasporto passeggeri, elettrici a batterie (BEV) e a celle a combustibile (FCEV). L’analisi si svolge attraverso lo studio di alcuni parametri principali: il carico utile, il consumo energetico globale, calcolato per ogni chilogrammo trasportato, e le emissioni di CO2. L’analisi Well-To-Wheel viene effettuata considerando diversi scenari per la fornitura di energia primaria. I veicoli elettrici a batteria (BEV) sono basati su batterie Li-ion cariche di elettricità generata da centrali elettriche a carbone, gas naturale, energie rinnovabili o attraverso il mix caratteristico del parco elettrico italiano; invece per l’idrogeno che alimenta i veicoli FCEV si considerano, come fonti primarie, il carbone, il gas naturale e le energie rinnovabili. Di seguito si effettua la simulazione del ciclo guida, adeguato al veicolo in esame. Dai risultati ottenuti si evince che la configurazione elettrica a batteria solo in alcuni casi risulta essere una soluzione competitiva, mentre le soluzioni a fuel cell presentano performances migliori e più regolari al variare dell’autonomia; ottenendo buoni risultati in termini energetici e ambientali senza eccessive penalizzazioni in termini di carico utile trasportabile. I risultati infine vengono confrontati con quelli dei veicoli a combustione interna, per mostrare i potenziali vantaggi delle soluzioni alternative proposte nel lavoro di tesi.