Spatial-temporal approach of electric vehicles in urban zones: traffic, infrastructure, decrease in local pollution, recharge, and impact on the electric network

Abstract

Veículos elétricos têm sido incentivados nos últimos anos à medida que se tornam difundidos na sociedade em termos de uma nova tecnologia, por serem mais eficientes que os veículos a combustão e podendo reduzir a poluição local. No entanto, devido aos preços ainda elevados para aquisição dos veículos elétricos, espera-se que sua aquisição ocorra de forma gradual, através de incentivos financeiros, diminuição do preço, difusão da tecnologia na sociedade. Com o aumento, mesmo que gradual, da aquisição destes veículos ao longo dos anos, será necessária uma rede de infraestrutura para atender a demanda de recarga destes veículos na zona urbana e um planejamento das redes de distribuição para que se tenha demanda para a recarga. Assim, este trabalho propõe uma metodologia completa para a introdução dos veículos elétricos em uma zona urbana. Primeiramente, uma metodologia é proposta para a aquisição de veículos elétricos ao longo do tempo. Com a introdução, uma metodologia de tráfego veicular é proposta para encontrar as variáveis relacionadas aos veículos elétricos como estado da carga e padrões de condução na zona urbana. Com os resultados do tráfego veicular, são propostas estações de recarga nos locais mais críticos. Um módulo para obter a diminuição da poluição local com a introdução dos veículos elétricos ao longo do período é criada. Calcula-se o aumento de carga residencial oriundo da recarga residencial noturna e por fim uma metodologia para a conexão das estações de recarga na rede de distribuição é proposta. A metodologia é aplicada em uma zona urbana de cerca de 200 mil habitantes com o uso e integração de ferramentas de programação computacional, de tráfego, sistemas de informação geográfica e dos sistemas de distribuição de energia. Os resultados são mostrados através de mapas temáticos espaciais ao longo do período de estudo e auxiliam as empresas de distribuição na tomada de decisões e planejamento, donos de estações de recarga, donos de concessionárias de veículos elétricos, planejadores urbanos e demais agentes públicos e privados que estarão envolvidos em alguma etapa do processo de introdução dos veículos elétricos nas zonas urbanas.

Electric vehicles have been encouraged in recent years as they have become widespread in society in terms of new technology, more efficient than combustion vehicles, and can reduce local pollution. However, due to the high price for purchase an electric vehicle, it is expected that their acquisition will occur gradually through financial incentives, price reduction, and diffusion of technology in society. With the increase in the purchase of these vehicles over the years, network infrastructure will meet the demand for recharging these vehicles in the urban zone and planning the distribution networks to meet the demand for recharging. Thus, this work proposes a complete methodology for the introduction of electric vehicles in an urban zone. First, a method is proposed for the acquisition of electric vehicles over time. With the introduction, a vehicle traffic methodology is proposed to find variables such as state of charge and driving patterns in the urban zone. With the results of vehicular traffic, charging stations are presented in the most critical locations. A module is created to find the local pollution reduction with the introduction of electric vehicles over the period. The increase in residential load from residential night charging is calculated, and finally, a methodology for connecting the charging stations to the distribution network is proposed. The method is applied in an urban zone of about 200,000 inhabitants using and integrating computational programming, traffic, geographic information systems, and energy distribution systems tools. The results are shown through spatial thematic maps over the study period. Helps to assist distribution companies in decision-making and planning, owners of charging stations, owners of electric vehicle dealerships, urban planners, and other public and private agents who will be involved in introducing electric vehicles in some stage urban zones.