Simulação de um terminal de transporte urbano operando com ônibus elétrico híbrido: avaliação do consumo de energia e estratégias de recarga
Recently, the replacement of fossil fuel energy matrix for clean energy has received great attention in public transport. Several Brazilian cities have provided resources for the acquisition of electric or hybrid electric buses whose battery recharge can be made by an external source (plug-in). In t...
| Autor principal: | Souza, Gustavo Rodrigues de |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2022
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27970 |
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riut-1-279702022-04-13T06:07:27Z Simulação de um terminal de transporte urbano operando com ônibus elétrico híbrido: avaliação do consumo de energia e estratégias de recarga Simulation of an urban transport terminal operating with hybrid electric bus: energy consumption assessment and recharging strategies Souza, Gustavo Rodrigues de Lüders, Ricardo https://orcid.org/ 0000-0001-6483-4694 http://lattes.cnpq.br/5158617067991861 Rosa, Marcelo de Oliveira https://orcid.org/ 0000-0002-8885-7003 http://lattes.cnpq.br/0897919842779594 Luders, Ricardo https://orcid.org/ 0000-0001-6483-4694 http://lattes.cnpq.br/5158617067991861 Silveira, Semida . Transporte urbano Ônibus elétrico Métodos de simulação Pesquisa operacional Energia elétrica - Consumo Urban transportation Electric buses Simulation methods Operations research Electric power consumption CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO Engenharia Elétrica Recently, the replacement of fossil fuel energy matrix for clean energy has received great attention in public transport. Several Brazilian cities have provided resources for the acquisition of electric or hybrid electric buses whose battery recharge can be made by an external source (plug-in). In this context, there is a great challenge in evaluating energy consumption and establishing strategies for recharging buses. In this dissertation, a simulation model from the literature for the operation of a hybrid-electric bus is used to evaluate the energy consumption of the bus from a given driving cycle. A driving cycle is determined by a speed profile during the journey taken by the bus. From GPS data acquired during the movement of buses in the public transport of Curitiba, a speed profile is built for different bus lines of Pinheirinho terminal. About 5,500 driving cycles are then obtained for buses of 21 lines of the terminal. The objective is to simulate the electric energy consumption of buses and obtain the State of Charge (SOC) of the batteries for each bus returning to the terminal. Based on this information, another (discrete event) simulation model was developed to simulate the operation of Pinheirinho terminal in Curitiba, by replacing buses of 11 bus lines of the terminal by hybrid electric ones. In the discrete event simulation, a charging station installed inside the terminal allows recharging batteries of the hybrid electric buses. Two scenarios of battery recharge are evaluated when buses enter the terminal: i) SOC below 30%; ii) opportunity recharge, when SOC is between 30-50% and the bus stop time at the terminal is greater than 10 min. The results show that the performance indicators for scenario 2 are slightly better than for scenario 1. The performance indicators are: average recharge time, average waiting time for recharge, average time spent in the terminal and size of the queue generated by using the charging station. In particular, scenario 2 is able to better distribute recharges throughout the day, reducing the length of the charging station queue at certain times of the day. Recentemente, a substituição da matriz energética de combustíveis fósseis para energia limpa tem recebido grande atenção no transporte público. Várias cidades brasileiras têm destinado recursos para aquisição de ônibus elétricos ou elétrico-híbridos com capacidade de recarga por uma fonte externa (“plug-in”). Neste contexto, existe um grande desafio na avaliação do consumo de energia e estabelecimento de estratégias para recarga dos ônibus. Nesta dissertação, um modelo de simulação da literatura do funcionamento de um ônibus elétrico-híbrido é utilizado para avaliar o consumo de energia do ônibus a partir de um ciclo de condução dado. Um ciclo de condução é determinado por um perfil de velocidade durante o trajeto realizado pelo ônibus. A partir de dados de GPS adquiridos durante a movimentação dos ônibus do transporte público de Curitiba, um perfil de velocidade é construído para diferentes linhas de ônibus do terminal Pinheirinho. Cerca de 5.500 ciclos de condução são então obtidos para os ônibus de 21 linhas de ônibus do terminal. O objetivo é avaliar por simulação o consumo de energia elétrica dos ônibus e obter o “State of Charge” (SOC) das baterias de cada ônibus ao retornar ao terminal. A partir desta informação, um outro modelo de simulação (de eventos discretos) foi desenvolvido para simular a operação do terminal Pinheirinho de Curitiba, substituindo-se os ônibus de 11 linhas do terminal por ônibus elétrico-híbridos. Na simulação de eventos discretos, uma estação de recarga instalada dentro do terminal permite que as baterias dos ônibus elétrico-híbridos sejam recarregadas. Dois cenários de recarga das baterias são avaliados quando os ônibus entram no terminal: i) SOC abaixo de 30%; ii) recarga de oportunidade, quando o SOC está entre 30-50% e o tempo de parada do ônibus no terminal é maior que 10 min. Os resultados mostram que os indicadores de desempenho para o cenário 2 são um pouco melhores do que para cenário 1. Como indicadores de desempenho tem-se: tempo médio de recarga, tempo médio de espera para recarga, tempo médio de permanência no terminal e tamanho da fila gerada pela utilização da estação de recarga. Particularmente, o cenário 2 é capaz de distribuir melhor as recargas ao longo do dia, reduzindo o tamanho da fila da estação de recarga em determinados períodos do dia. 2022-04-12T17:11:30Z 2022-04-12T17:11:30Z 2021-12-15 masterThesis SOUZA, Gustavo Rodrigues de. Simulação de um terminal de transporte urbano operando com ônibus elétrico híbrido: avaliação do consumo de energia e estratégias de recarga. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27970 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Transporte urbano Ônibus elétrico Métodos de simulação Pesquisa operacional Energia elétrica - Consumo Urban transportation Electric buses Simulation methods Operations research Electric power consumption CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO Engenharia Elétrica |
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Transporte urbano Ônibus elétrico Métodos de simulação Pesquisa operacional Energia elétrica - Consumo Urban transportation Electric buses Simulation methods Operations research Electric power consumption CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO Engenharia Elétrica Souza, Gustavo Rodrigues de Simulação de um terminal de transporte urbano operando com ônibus elétrico híbrido: avaliação do consumo de energia e estratégias de recarga |
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Recently, the replacement of fossil fuel energy matrix for clean energy has received great attention in public transport. Several Brazilian cities have provided resources for the acquisition of electric or hybrid electric buses whose battery recharge can be made by an external source (plug-in). In this context, there is a great challenge in evaluating energy consumption and establishing strategies for recharging buses. In this dissertation, a simulation model from the literature for the operation of a hybrid-electric bus is used to evaluate the energy consumption of the bus from a given driving cycle. A driving cycle is determined by a speed profile during the journey taken by the bus. From GPS data acquired during the movement of buses in the public transport of Curitiba, a speed profile is built for different bus lines of Pinheirinho terminal. About 5,500 driving cycles are then obtained for buses of 21 lines of the terminal. The objective is to simulate the electric energy consumption of buses and obtain the State of Charge (SOC) of the batteries for each bus returning to the terminal. Based on this information, another (discrete event) simulation model was developed to simulate the operation of Pinheirinho terminal in Curitiba, by replacing buses of 11 bus lines of the terminal by hybrid electric ones. In the discrete event simulation, a charging station installed inside the terminal allows recharging batteries of the hybrid electric buses. Two scenarios of battery recharge are evaluated when buses enter the terminal: i) SOC below 30%; ii) opportunity recharge, when SOC is between 30-50% and the bus stop time at the terminal is greater than 10 min. The results show that the performance indicators for scenario 2 are slightly better than for scenario 1. The performance indicators are: average recharge time, average waiting time for recharge, average time spent in the terminal and size of the queue generated by using the charging station. In particular, scenario 2 is able to better distribute recharges throughout the day, reducing the length of the charging station queue at certain times of the day. |
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Dissertação |
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Souza, Gustavo Rodrigues de |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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2022 |
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SOUZA, Gustavo Rodrigues de. Simulação de um terminal de transporte urbano operando com ônibus elétrico híbrido: avaliação do consumo de energia e estratégias de recarga. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
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