Postdoc forscht zur Dekarbonisierung des Transportsektors

Dec 19, 2023

Oben: Eine Flotte von Elektrofahrzeugen wird gleichzeitig aufgeladen.

Einfügung: Elisabetta Perotti ist die Erstautorin eines Artikels, der ein komplexes Szenario betrachtet, in dem eine zu 100 % elektrifizierte Fahrzeugflotte in einer Zeit mit hohem Anteil erneuerbarer Energien sowohl Fahranfragen von Kunden als auch Ladeanfragen eines Versorgungsunternehmens bedienen muss Generation.

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Wenn Sie an einer Ecke stehen und auf ein Mitfahrauto warten, wären Sie dann bereit, länger zu warten, wenn Sie wüssten, dass Ihr Fahrer ein Elektrofahrzeug steuert? Was wäre, wenn es zu 100 % mit grüner Energie betrieben würde? Wie lange wären Sie bereit zu warten? Würden Sie mehr für das Privileg bezahlen, wenn die App Sie über die Option informieren würde?

Ein kürzlich bei Nature Scientific Reports eingereichter Artikel von Forschern der Abteilung für Elektrotechnik, Computer und Energietechnik der CU Boulder untersucht diese Fragen im Rahmen eines größeren weltweiten Vorstoßes zur Dekarbonisierung von Transportdienstleistungen.

Die Erstautorin und Postdoktorandin Elisabetta Perotti sagte, dass das Papier ein Szenario betrachte, in dem eine zu 100 % elektrifizierte Fahrzeugflotte sowohl Fahranfragen von Kunden als auch Ladeanfragen eines Versorgungsunternehmens in einer Zeit hoher Erzeugung erneuerbarer Energien bearbeiten müsse.

„Beispielsweise erhält ein Ride-Hailing-Unternehmen wie Lyft beide Arten dieser Anfragen und muss dann ein Optimierungsproblem lösen, um zu entscheiden, wie die verfügbaren Elektrofahrzeuge am besten zugeteilt werden können, um die Betriebskosten zu minimieren“, sagte Perotti. „In diesem Papier schlagen wir Anreize vor, um das Laden von Elektrofahrzeugen während der Stunden mit hoher erneuerbarer Energieerzeugung zu fördern und dies gegen die Servicequalität und die Bereitschaft der Öffentlichkeit, das System zu nutzen, abzuwägen.“

Eine bessere Synchronisierung mit einem Zeitplan, der erneuerbare Energiequellen priorisiert, würde auch negative Auswirkungen auf das Netz vermeiden, die durch einen unkontrollierten Ladeplan für die Flotte entstehen könnten, fügte Perotti hinzu.

Perotti arbeitet in diesem Bereich im Rahmen eines Schmidt-Wissenschaftsstipendiums. Das Eliteprogramm verbindet Postdoktorandenforschung mit einer Disziplin in den Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften, Mathematik oder Informatik, die sich vom bestehenden Fachgebiet und geplanten zukünftigen Forschungsgebiet des Einzelnen unterscheidet. Perotti verfügte bereits durch ihre Doktorarbeit an der Universität Uppsala in Schweden über fundierte Kenntnisse in theoretischer Physik und Mathematik und sagte, sie nutze das Stipendium, um sich auf konkrete Probleme im Bereich der erneuerbaren Energien zu konzentrieren.

„Ich wusste, dass viele Forscher an der CU Boulder ehrgeizige Pläne zur Bekämpfung des Klimawandels haben und daran arbeiten und dass die Universität für die gesamten USA zu einem Vorbild für die Energiewende geworden ist“, sagte sie. „Es wurde schnell klar, dass (das Labor von Emiliano Dall'Anese) gut zu mir passen würde, da es mir ermöglicht, meine Leidenschaft für Mathematik mit dem konkreten Ziel zu verbinden, sich mit Umwelt- und Klimawandelproblemen auseinanderzusetzen.“

Das Papier skizziert einen von der Spieltheorie inspirierten Mechanismus, bei dem das Energieversorgungsunternehmen Anreize vorschlägt und die Mitfahrplattform dann Fahrzeuge sowohl Fahr- als auch Ladeanfragen zuweist. Um ihre Arbeit zu testen, verwendete das Team Beispieldaten, die von der Taxi and Limousine Commission in New York City aufgezeichnet wurden, und Informationen zu erneuerbaren Energien vom New York Independent System Operator.

Die Ergebnisse zeigen, dass es tatsächlich möglich ist, das Laden von Elektrofahrzeugen auf Perioden mit hoher erneuerbarer Stromerzeugung zu verlagern und an die intermittierende Stromerzeugung anzupassen und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Servicequalität der Mitfahrplattformen zu minimieren.

Laut Perotti, der an dem Projekt mit Forschern der Katholischen Universität Löwen in Belgien und des Polytechnischen Instituts von Paris zusammenarbeitete, war es nicht einfach, den Hauptalgorithmus für diese Arbeit zu entwickeln.

„Der Fahrdienstanbieter und das Versorgungsunternehmen haben unterschiedliche Ziele, daher ist es schwierig, ein Optimierungsproblem zu formulieren, das darauf abzielt, ihre Betriebskosten zu senken“, sagte sie. „Das wird noch komplizierter, wenn man finanzielle Anreize und unseren Verhandlungsmechanismus in das ‚Spiel‘ einbezieht, sodass es mit dem Algorithmus viel zu berücksichtigen und zu verwalten gibt.“

Perotti fügte hinzu, dass das Papier auch zeige, dass in Zukunft irgendeine Form von Mitfahrgelegenheiten notwendig sei, um voll von einer aktiven Flotte von Elektrofahrzeugen zu profitieren, die mit erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne betrieben würden.

Perotti sagte, sie habe es genossen, mit außerordentlichem Professor Emiliano Dall'Anese zusammenzuarbeiten und in seiner Gruppe Erfahrungen, Fähigkeiten und Kenntnisse im Bereich der Optimierungs- und Kontrolltheorie zu sammeln.

„Obwohl meine Doktorarbeit theoriebasiert war, habe ich gelernt, gemeinsam mit einem umfangreichen Werkzeugkasten aus Mathematik, Physik, Informatik und Problemlösungstechniken umzugehen“, sagte sie. „Diese interdisziplinären Fähigkeiten erweisen sich in diesem Forschungsbereich als nützlich und werden mir auch in den kommenden Jahren nützlich sein, wenn ich sie in meiner Kernforschung anwende, die sich mit drängenden globalen Herausforderungen befasst.“