Car sharing elettrico: modellazione e ottimizzazione

  2	
  
SOMMARIO	
  
Negli	
  ultimi	
  anni,	
  l e	
  problematiche	
  ambientali	
   in	
  termini	
  di	
  i nquinamento	
  atmosferico	
  
hanno	
   portato	
   all’esame	
   di	
   soluzioni	
   in	
   grado	
   di	
   consentire	
   un	
   abbattimento	
   delle	
  
emissioni	
  di	
  sostanze	
  inquinanti,	
  in	
  particolare	
  per	
  i	
  veicoli	
  stradali.	
  La	
  quantificazione	
  del	
  
livello	
   globale	
   di	
   inquinamento	
   è	
   effett uata	
   mediante	
   l’analisi	
   della	
   quantit à	
   di	
   CO
2
	
  
presente	
  in	
  atmosfera,	
  attualmente	
   pari	
  a	
   397.13	
  p.p.m.	
  (parti	
  per	
  milione)	
  e 	
  che	
  già	
  dal	
  
1988	
   ha	
  abbondantemente 	
   superato	
  il	
  livello	
  di	
  guardia	
   fissato	
  a	
  350	
  p.p.m. .	
  
Per	
  far	
  fronte	
  a	
  questo	
  problema,	
  nel	
  campo	
  dei	
  trasporti	
  stradali ,	
  la	
  soluzione	
  ideale	
  è	
  
rappresentata	
   dal	
   veicolo	
   elettrico 	
  che	
   non	
   emette	
   alcuna	
   sostanza	
   inquinante	
   allo	
  
scarico	
  anche	
  se,	
  in	
  un’analisi	
  di	
  tutta	
  la	
  catena	
  di	
  produzione	
  dell’energia,	
  si	
  avrebbero	
  
emissioni	
   totalmente	
   nulle	
   se	
   l’energia	
   elettrica	
   utilizza ta	
   dal	
   veicolo	
   fosse	
   prodotta	
  
interamente	
  da	
  fonti	
  rinnovabili. 	
  Il	
  problema	
  dell’autonomia	
  delle	
  batterie	
  e	
  i	
  costi	
  non	
  
competitivi	
  ris petto	
  ai	
  veicoli	
  “tradizionali” 	
   costituiscono	
  un	
   freno	
   per	
  una	
  larga	
  diffusione	
  
di	
  quest o	
  sistema	
  propulsivo .	
  In	
  Itali a	
  con	
  la	
  Legge	
  134/2012	
  e	
   in	
  ambito	
  europeo	
  con	
  
l’ultima	
  Direttiva 	
  U.E.	
  94/2014,	
  si	
  è	
  posta	
  molta	
   attenzione	
  sull’infrastruttura	
  di	
  ricarica	
  
per	
  servire	
  i l	
  territorio	
  e	
  sugli	
  incentivi	
  per	
  agevolare	
  l’acquisto	
  e	
  la	
  diffusione	
  di	
  queste	
  
tipologie	
  di	
  veicoli .	
  
Il	
  servizio	
  di	
  car	
  sharing	
  può	
  usufruire	
  dei	
  veicoli	
  elettrici	
  per	
  la	
  penetrazione	
  del	
  servizio	
  
in	
  ogni	
  zona	
  del	
  tessuto	
  urbano ,	
  nel	
  completo	
  rispetto	
  dell’ambiente.	
  Rispetto	
  al	
  car	
  
sharing	
  tradizionale,	
  dove	
  l’utente	
  deve	
  prelevare	
  e	
  riconsegnare	
  il	
  veicol o	
  nella	
  stessa	
  
postazione,	
   la	
   modalità	
   “one	
   way”	
   costituisce	
   un a	
   novità	
   molto	
   interessante	
   per	
  
concedere	
  più	
  libertà	
  possibile	
  agli	
  utenti,	
  che	
  possono	
  prelevare	
  il	
  veicolo	
   disponibile	
  più	
  
vicino	
   alla	
   propria	
   posizione ,	
   senza	
   effettuare	
   una	
   prenotazione	
   in 	
   anticipo,	
   e	
  
riconsegnarlo	
  al	
  termine	
  della	
  corsa 	
  in	
  un	
  parcheggio	
  qualunque	
  in	
  base	
  alle	
  proprie	
  
esigenze.	
   	
  
Nel	
  presente	
  elaborato	
  si	
  è	
  simulata	
  la	
  gestione	
  di	
  un	
  servizio	
  di	
  car	
  sharing	
  “one	
  way”	
  
mediante	
   l’utilizzo	
   di	
   veicoli	
   elettrici:	
   i	
   risultati	
   dimostrano	
  che	
  questa	
   tipologia	
   di	
  
automobili	
  offre	
  delle	
  garanzie	
   in	
  termini	
  di	
   continuità	
  del	
  servizio,	
  legate 	
  all’autonomia	
  
  3	
  
energetica,	
  in	
  modo	
  da	
  soddisfare	
   al	
  meglio	
   la	
  domanda	
  dei	
  clienti.	
  Per	
  una	
  corretta	
  
collocazione	
  dei	
  veicoli,	
  e	
  per	
  eseguire	
  la	
  rica rica	
  quando	
  il	
  livello	
  di	
  autonomia	
  delle	
  
batterie	
   lo	
   richiede,	
   sono	
   previsti 	
  degli	
   incentivi	
  da	
   corrispondere	
  agli	
   utenti	
   per	
  
convincerli	
  a	
  parcheggiare	
  il	
  veicolo	
  in	
  una	
  postazione	
  maggiormente	
  idonea	
  alla	
  gestione	
  
del	
  servizio	
  per	
  le	
  corse	
  future.	
  Si	
  dimostra	
  che	
  una	
  corretta	
  collocazione	
  dei	
  veicoli,	
  con	
  
conseguente	
   maggiore	
   soddisfazione	
   dei	
   clienti,	
   porta	
   a	
   notevoli	
  vantaggi	
   in	
   termini	
  
economici	
  per	
  l’azienda	
  che	
  gestisce	
  il	
  servizio.	
  La	
  simulazione	
  è	
  svolta	
  mediante	
  l’utilizzo	
  
della	
  Renault	
  ZOE,	
  c ity	
  car	
  completamente	
  elettrica ,	
  e	
  della	
  Renault	
  Twizy,	
  quadriciclo	
  
molto	
  particolare 	
  che	
  unisce	
  l e	
  comodità	
  di	
  un a	
  mini -­‐car	
  con	
  quell e	
  di	
  uno	
  scooter ,	
  la	
  cui	
  
conformazione	
  permette	
  la	
  libera	
  circolazione	
  in	
  strade	
  di	
  difficile	
  penetrazione	
  come,	
  ad	
  
esempio,	
  il	
  centro	
  storico	
  di	
  Genova. 	
  
Una	
  dettagliata	
  analisi	
  dei	
  costi	
  dimostra	
  che	
  l’utilizzo	
  occasionale 	
  dell’automobile,	
  per	
  
brevi	
   percorrenze 	
  all’interno	
   del	
   tessuto	
   urbano,	
   rende	
   il 	
  car	
   sharin g	
   “one	
   way”	
  
maggiormente	
   conveniente 	
  rispetto	
   al	
   possesso	
   di	
   un’automobile	
   privata,	
   con	
   un	
  
risparmio	
   della	
   spesa	
   annua 	
  stimato	
   intorno	
   al	
   58%.	
   Per	
   un’azienda	
   che	
   gestisce	
   un	
  
servizio	
  di	
  car	
  sharing	
  è	
  importante	
  avere	
  a	
  disposizione	
  un	
  numero	
  di	
  veicoli	
  sufficiente	
  a	
  
servire	
  i	
  propri	
  clienti.	
  In	
  particolare ,	
  mediante	
  l’utilizzo	
  di	
  20	
  veicoli	
  el ettrici	
  all’interno	
  
della	
  flotta 	
  a	
  disposizione	
  di	
  800	
  utenti ,	
  si	
  ha	
  un	
  ritorno	
  del	
  capit ale	
  inizialmente	
  investito	
  
dopo	
  8	
  anni.	
   	
  
Rispetto	
   ad	
   un	
   veicolo	
   alimentato	
   a	
   gasolio	
   con	
   caratteristiche	
   simili,	
   l’automobile	
  
elettrica	
  ancora	
  non	
  risulta	
  pienamente	
  c ompetitiva	
  in	
  termini	
  economici 	
  per	
  l’elevato	
  
costo	
  del	
  noleggio	
  delle	
  batterie	
   e	
  per	
  i l	
   costo	
  iniziale	
  di	
  acquisto	
  del 	
  veicolo.	
  Una	
  migliore	
  
distribuzione	
   degl i	
   incentivi	
   statali,	
   destinandoli	
  maggiormente	
  a	
   favore	
   dei	
   veicoli	
   a	
  
ridotte	
  o	
  nulle	
  emissioni,	
   porterebbe	
  ad	
  un	
  aumento	
  del	
  volume	
  di	
  produzione	
   e	
  ad 	
  una	
  
maggiore	
  diffusione	
  di	
  questa 	
  tipologia	
  di	
  automobili,	
  con	
  conseguente	
  riduzione	
  dei	
  
costi.	
  
	
  
  6	
  
1	
   –	
  INTRODUZIONE	
  
L’inquinamento	
  globale,	
  in	
  continua	
  crescita,	
  obbliga	
  a	
  studiare	
  sistemi	
  di	
  trazione	
  per	
  le	
  
automobili	
  in	
  grado	
  di	
  ridurre	
  l’utilizzo	
  dei	
  combustibili	
  fossili. 	
  Negli	
  ulti mi	
  decenni,	
  i	
  
progettisti	
  ed	
  i	
  pianificatori	
  dei	
  trasporti	
  stanno	
  valutando	
  diverse	
  misure	
  per	
  ostacolare	
  
l’aumento	
  dell’inquinamento	
  atmosferico .	
  
La	
  normativa	
  sulle	
  emissioni	
   d’inquinanti	
  allo	
  scarico	
  dei	
  veicoli	
  stradali	
  pone	
  dei	
  vincoli	
  
sempre	
  più	
  strin genti,	
  e	
  i	
  produttori	
  di	
  automobili	
  hanno	
  iniziato	
  a	
  costruire	
  motori	
  a	
  
combustione	
   interna	
   più	
   efficienti,	
   mediante	
   un’ottimizzazion e	
   dell’utilizzo	
   del	
  
combustibile	
   per	
   garantire	
  minori	
  consumi	
  a	
  parità	
  di	
  prestazioni.	
   	
  
Negli	
  ultimi	
  anni	
  si	
  stanno	
  diffond endo	
  i	
  sistemi	
  ibridi,	
   ovvero	
  motori	
  dotati 	
  di	
  due	
  sistemi	
  
di	
  propulsione:	
  un	
  motore	
  elettrico ,	
  ed	
  un	
  motore	
  termico	
  alimentato	
  a	
  benzina	
  o 	
  a	
  
gasolio.	
  Per	
  avere	
  una	
  totale	
  assenza	
  di	
  emissioni	
  allo	
  scarico,	
  i	
  veicoli	
  elettrici	
  sono	
  la	
  
soluzione	
  ideale.	
  Per	
  la	
  ridotta	
  autonomia	
  rispetto	
  ad	
  un	
  veicolo	
  con	
  motore	
  termico,	
  
l’automobile	
  elettrica	
  trova	
  la	
  sua	
  migliore	
  collocazione	
  nel	
  contesto	
  urbano.	
   	
  
Nel	
  presente	
   elaborato	
   le	
   automobili	
   elettriche	
   vengono	
   applicate	
   al	
   servizio	
   di	
   car	
  
sharing,	
  analizzando	
  il 	
  problema	
  legato	
  all’autonomia 	
  delle	
  batterie 	
  e	
  alle	
  operazioni	
  di	
  
ricarica	
  quando	
  il	
  livello	
  di	
  c apacità	
  delle	
  batterie	
  scende	
  al	
  di	
  sotto	
  di	
  una	
  sogli a	
  prevista .	
  
Il	
  car	
  sharing	
  di	
  tipo	
   “one	
  way”,	
  rispetto	
  alla	
  concezione	
  tradizionale	
  del	
  servizio,	
  non	
  
obbliga	
  il	
  cliente	
  a	
  riconsegnare	
  il	
  veicolo	
  nel	
  parcheggio	
  dove	
  l’ha	
  prelevato ,	
  ma	
  lascia	
  più	
  
libertà	
  di	
  scelta	
  all’utente	
  che 	
  potrà	
  riconsegnare 	
  l’automobile	
  nel	
  luogo	
  che 	
  preferisce.	
  
Uno	
  studio	
  sul	
  consumo	
  en ergetico	
  durante	
  le	
   corse	
  previste ,	
  consentono	
  al	
  gestore	
  del	
  
servizio	
   di	
   pr evedere	
   quando	
   sarà	
   opportuno	
   eseguire 	
  le	
   operazioni	
   di	
   ricarica,	
  
incentivando	
  economicamente	
  il	
  cliente	
  a	
  riconsegnare	
  il	
   veicolo	
  in	
  un	
  parcheggio	
  dove	
  
sarà	
   presente	
   l’infrastruttura	
   per	
   ricaricare	
   il	
   veicolo .	
   Il	
   sistema	
   richied e	
  un’ottimale	
  
collocazione	
   dei	
   veicoli	
   per	
   distribuirli 	
  al	
   meglio	
   sul	
   terri torio	
   da	
   servire 	
  al	
   fine	
   di	
  
soddisfare	
   la	
   domanda	
  dei	
  clienti.	
   	
  
E’	
  stata	
  es eguita	
  una	
  stima	
  dei	
  costi	
  dal	
  punto	
  di	
  vista	
  dell’utente	
  privato,	
  per	
  valutare	
  la	
  
convenienza	
  dell’utilizzo	
  del	
  servizio	
  di	
  car	
  sharing 	
  rispetto	
  all’acquisto	
  di	
  un’automobile .	
  
  7	
  
Inoltre,	
  un’analisi	
  benefici-­‐costi	
  permette	
  di	
  valutare 	
  la	
  convenienza	
  dal	
  punto	
  di	
  vista	
  
economico	
  nell’utilizzo	
  di	
  veicoli	
  elettrici	
  per 	
  un’azienda	
  che	
  fornisce	
  un	
  servizio	
  di	
   car	
  
sharing.	
  
Poiché	
  il	
  tema	
  trattato	
  nel	
  presente	
  elaborato	
  di	
  tesi	
  è	
  innovativo 	
  e	
  trova	
  ad	
  oggi	
  poche	
  
applicazioni,	
  sia	
  nella	
  tipolo gia	
  di	
  car	
  sharing ,	
  sia	
  nell’implem entazione	
  dei	
  veicoli	
  elettrici 	
  
a	
  tale	
  servizio ,	
  sono	
  state	
   eseguite	
  un	
  numero	
  notevole	
  d i	
  ipotesi	
   nella	
  scelta	
   dei	
  dati	
  
utilizzati	
  per	
  effettuare	
  le	
  varie	
  stime,	
  cercando	
  di	
  basare	
  le	
  supposizioni	
  su	
  situazioni	
  più	
  
possibilmente	
  realistiche	
  e	
   simili	
  ai	
  casi	
  esaminati.	
  I	
  valori	
   ipotizzati	
  presentano	
  quindi	
  un	
  
margine	
  d’incertezza	
  non	
  trascurabile,	
  ma	
   si	
  ritengono	
   applicabili	
  correttamente	
  per	
  una	
  
prima	
  analisi 	
   del	
  problema .	
  
	
  
	
  
  8	
  
2	
   –	
  IL	
  PROBLEMA	
  DELL’INQ UINAMENTO	
  GLOBALE 	
  
L’inquinamento	
  globale,	
  in	
  continua	
  crescita,	
  obbliga	
  a	
  studiare	
  sistemi	
  di	
  trazione	
  per	
  le	
  
automobili	
  in	
  grado	
  di	
  ridurre	
  l’utilizzo	
  dei	
  combustibili	
  fossili. 	
  Negli	
  ultimi	
   decenni,	
  i	
  
progettisti	
  ed 	
  i	
  pianificatori	
  dei	
  trasporti	
  stanno	
  valutando	
  diverse	
  misure	
  per	
  ostacolare	
  
l’aumento	
   dell’inquinamento	
   atmosferico.	
  Le	
   sostanze	
   inquinanti 	
   possono	
   essere	
  
classificate	
  in	
  tre	
  tipologie: 	
  
• Chimico:	
  immissione	
  di	
  sostanze	
  nell’ambiente; 	
  
• Termico:	
  immissione	
  d i	
  energia	
  nell’ambiente; 	
  
• Acustico:	
  immissione	
   di	
  energia	
  nell’ambiente,	
  in	
  termini	
  di	
  onde	
  sonore. 	
  
I	
   principali	
   composti	
   inquinanti	
   immessi	
   nell’ambiente,	
   a	
   seguito	
   dei	
   processi	
   di	
  
combustione,	
  sono	
  i	
  seguenti: 	
  
• Monossido	
  di	
  carbonio	
  (CO); 	
  
• Idrocarburi	
  incom busti	
  (HC); 	
  
• Ossidi	
  di	
  azoto	
  (NO
x
);	
  
• Ossidi	
  di	
  zolfo	
  (SO
x
);	
  
• Particolato	
  carbonioso	
  (PM); 	
  
• Anidride	
  carbonica	
  (CO
2
).	
  
Il	
  parametro	
  principale	
  per	
  quantificar e	
  l’inquinamento	
  atmosferico 	
  è	
  rappresentato	
  dalla	
  
concentrazione	
  in	
   “p.p.m.”	
  (parti	
  per	
  milione)	
  di	
  CO
2
.	
  L’anidride	
  carbonica ,	
  inquinante	
  di	
  
tipo	
  termico	
  a	
  differenza	
  degli	
  altri	
  elencati	
   sopra	
  che	
  sono	
   inquinanti	
  chimici ,	
  è	
  uno	
  dei	
  
prodotti	
  della	
  combustione	
  completa	
  del	
  carbonio,	
  ed	
  è	
  quindi	
  legata	
  a	
  tutti	
  i	
  composti	
  
che	
  lo	
  contengono 	
  come,	
  in	
  part icolare,	
  i	
  combustibili	
  fossili .	
  E’	
  opportuno	
  sottolineare	
  la	
  
preponderanza	
  della	
  produzione	
  di	
  CO
2
	
  da	
  fonti	
  naturali	
  (il	
  97%	
  circa),	
  ma	
  le	
  principali	
  
cause	
  dell’aumento	
  della	
  concentrazione	
  di	
  questa	
  sostanza	
  nell’atmosfera	
  sono	
  relative