Road freight electrification: drivers, opportunities and strategies
Pysyvä osoite
Kuvaus
Opinnäytetyö kokotekstinä PDF-muodossa.
The road freight industry is under great pressure to decarbonise, yet the adoption of Battery Electric Trucks remains low due to high acquisition costs, limited charging infrastructure, and concerns about increased operational time. A Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model was developed to quantify the operational and financial impacts of fleet electrification of a hypothetical regional network with one freight company depot and eight customers. This was based on the total cost of ownership (TCO) which accounted for asset acquisition and operation costs as well as the emissions penalties from fuel use.
Despite the barriers to electrification, road freight operators are driven to electrify their fleets by regulatory mandates, corporate sustainability commitments, customer expectations, and the economic advantage offered by electric vehicles amidst volatile diesel fuel prices. They are further supported by other companies that are setting up public charging networks, developing fleet management platforms, and depot energy management systems to offer more TCO advantages.
Multiple scenarios were designed to evaluate the impact on TCO of factors such as technology availability and growth, public charging availability, and truck and fuel price variability.
Results indicate that TCO parity is achievable, and a fully electrified fleet can reduce daily CO2 emissions by 26.4% for the study network. However, achieving these benefits requires departing from 1:1 vehicle replacement strategies, and instead re-plan the delivery routes to account for the additional operational requirements of electric trucks. It was also shown that having larger battery capacity trucks on the market can reduce the need for on-route charging, supporting the investment in higher battery capacity trucks. Based on these findings, it is recommended that road freight companies should prioritise fit-for purpose truck purchase, overnight charging at the depot, plan EV routes to integrate public charging, and consider dynamic routing solutions to manage range anxiety.
Maanteiden rahtiliikenneala on suuressa paineessa hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi, mutta akkukäyttöisten kuorma-autojen käyttöönotto on edelleen vähäistä korkeiden hankintakustannusten, rajallisen latausinfrastruktuurin ja käyttöajan pidentymistä koskevien huolenaiheiden vuoksi. Kehitettiin sekamääräinen lineaarinen ohjelmointimalli (MILP) kvantifioimaan ajoneuvokannan sähköistämisen toiminnallisia ja taloudellisia vaikutuksia hypoteettisessa alueellisessa verkostossa, jossa on yksi rahtiyhtiön varikko ja kahdeksan asiakasta. Malli perustui kokonaisomistuskustannuksiin (TCO), joissa otettiin huomioon omaisuuden hankinta- ja käyttökustannukset sekä polttoaineen käytöstä aiheutuvat päästösakot.
Sähköistämisen esteistä huolimatta maanteiden rahtiliikenteen toimijat ovat pakotettuja sähköistämään ajoneuvokantansa sääntelyvaatimusten, yritysten kestävän kehityksen sitoumusten, asiakkaiden odotusten sekä sähköajoneuvojen tarjoamien taloudellisten etujen vuoksi dieselpolttoaineen hintavaihteluiden keskellä. Niitä tukevat lisäksi muut yritykset, jotka perustavat julkisia latausverkostoja, kehittävät ajoneuvokannan hallinta-alustoja ja varikon energianhallintajärjestelmiä tarjotakseen lisää TCO-etuja.
Tutkimuksessa laadittiin useita skenaarioita, joilla arvioitiin tekijöiden, kuten teknologian saatavuuden ja kasvun, julkisten latauspisteiden saatavuuden sekä kuorma-autojen ja polttoaineiden hintavaihteluiden, vaikutusta kokonaiskustannuksiin.
Tulokset osoittavat, että kokonaiskustannusten (TCO) tasapaino on saavutettavissa ja että täysin sähköistetty ajoneuvokanta voi vähentää päivittäisiä CO2-päästöjä 26,4 % tutkimuksen kohteena olleella verkostolla. Näiden hyötyjen saavuttaminen edellyttää kuitenkin luopumista 1:1-ajoneuvonvaihtostrategioista ja toimitusreittien uudelleen suunnittelua sähkökuorma-autojen lisävaatimusten huomioon ottamiseksi. Tutkimuksessa osoitettiin myös, että markkinoilla olevat suuremman akkukapasiteetin omaavat kuorma-autot voivat vähentää reitin varrella tapahtuvan lataamisen tarvetta, mikä tukee investointeja suuremman akkukapasiteetin omaaviin kuorma-autoihin. Näiden tulosten perusteella suositellaan, että maantiekuljetusyritykset priorisoivat käyttötarkoitukseen sopivien kuorma-autojen hankintaa, yön yli tapahtuvaa lataamista varikolla, suunnittelevat sähköajoneuvojen reitit siten, että niihin integroidaan julkiset latauspisteet, ja harkitsevat dynaamisia reititysratkaisuja ajomatkan pituudesta aiheutuvan huolen hallitsemiseksi.
El sector del transporte de mercancías por carretera se encuentra sometido a una gran presión para descarbonizarse; sin embargo, la adopción de camiones eléctricos a batería sigue siendo baja debido a los elevados costes de adquisición, la limitada infraestructura de recarga y las preocupaciones sobre el aumento del tiempo de funcionamiento. Se desarrolló un modelo de programación lineal mixta entera (MILP) para cuantificar los impactos operativos y financieros de la electrificación de la flota de una red regional hipotética con una terminal de una empresa de transporte de mercancías y ocho clientes. Este modelo se basó en el coste total de propiedad (TCO), que tenía en cuenta los costes de adquisición y explotación de los activos, así como las sanciones por emisiones derivadas del uso de combustible.
A pesar de las barreras a la electrificación, los operadores de transporte de mercancías por carretera se ven impulsados a electrificar sus flotas por los mandatos normativos, los compromisos corporativos de sostenibilidad, las expectativas de los clientes y la ventaja económica que ofrecen los vehículos eléctricos en un contexto de volatilidad de los precios del gasóleo. Cuentan además con el apoyo de otras empresas que están creando redes públicas de recarga, desarrollando plataformas de gestión de flotas y sistemas de gestión energética para las bases, con el fin de ofrecer más ventajas en cuanto al TCO.
Se diseñaron múltiples escenarios para evaluar el impacto en el TCO de factores como la disponibilidad y el crecimiento de la tecnología, la disponibilidad de puntos de recarga públicos y la variabilidad de los precios de los camiones y del combustible.
Los resultados indican que es posible alcanzar la paridad en el coste total de propiedad (TCO) y que una flota totalmente electrificada puede reducir las emisiones diarias de CO₂ en un 26,4 % en la red objeto del estudio. Sin embargo, para lograr estos beneficios es necesario abandonar las estrategias de sustitución de vehículos en una proporción de 1:1 y, en su lugar, replantear las rutas de reparto para tener en cuenta los requisitos operativos adicionales de los camiones eléctricos. También se ha demostrado que la presencia en el mercado de camiones con mayor capacidad de batería puede reducir la necesidad de recargas durante el trayecto, lo que respalda la inversión en camiones con mayor capacidad de batería. A la luz de estos resultados, se recomienda que las empresas de transporte de mercancías por carretera den prioridad a la adquisición de camiones adecuados para su finalidad, a la recarga nocturna en las instalaciones, a la planificación de rutas para vehículos eléctricos que integren puntos de recarga públicos y a considerar soluciones de planificación dinámica de rutas para gestionar la «ansiedad por la autonomía».
Le secteur du transport routier de marchandises subit une forte pression pour se décarboner, mais l’adoption des camions électriques à batterie reste faible en raison des coûts d’acquisition élevés, des infrastructures de recharge limitées et des craintes liées à l’allongement des temps d’exploitation. Un modèle de programmation linéaire en nombres entiers mixtes (MILP) a été développé afin de quantifier les impacts opérationnels et financiers de l’électrification de la flotte d’un réseau régional hypothétique comprenant un dépôt d’une entreprise de transport et huit clients. Ce modèle s’est appuyé sur le coût total de possession (TCO), qui tenait compte des coûts d’acquisition et d’exploitation des actifs ainsi que des pénalités liées aux émissions résultant de la consommation de carburant.
Malgré les obstacles à l’électrification, les opérateurs de transport routier de marchandises sont incités à électrifier leurs flottes par des obligations réglementaires, les engagements des entreprises en matière de développement durable, les attentes des clients et l’avantage économique offert par les véhicules électriques dans un contexte de volatilité des prix du diesel. Ils bénéficient en outre du soutien d’autres entreprises qui mettent en place des réseaux publics de recharge, développent des plateformes de gestion de flotte et des systèmes de gestion énergétique des dépôts afin d’offrir davantage d’avantages en termes de coût total de possession.
Plusieurs scénarios ont été élaborés afin d’évaluer l’impact sur le TCO de facteurs tels que la disponibilité et la croissance des technologies, l’accès aux bornes de recharge publiques, ainsi que la variabilité des prix des camions et du carburant.
Les résultats indiquent que la parité du coût total de possession (TCO) est réalisable et qu’une flotte entièrement électrifiée peut réduire les émissions quotidiennes de CO₂ de 26,4 % pour le réseau étudié. Toutefois, pour bénéficier de ces avantages, il faut s’écarter des stratégies de remplacement des véhicules à raison de 1 pour 1 et repenser les itinéraires de livraison afin de tenir compte des exigences opérationnelles supplémentaires liées aux camions électriques. Il a également été démontré que la présence sur le marché de camions dotés de batteries de plus grande capacité peut réduire le besoin de recharge en cours de route, ce qui justifie l’investissement dans des camions équipés de batteries plus puissantes. Sur la base de ces conclusions, il est recommandé aux entreprises de transport routier de marchandises de privilégier l’achat de camions adaptés à leurs besoins, de mettre en place une recharge nocturne au dépôt, de planifier les itinéraires des véhicules électriques de manière à intégrer les bornes de recharge publiques, et d’envisager des solutions de calcul d’itinéraires dynamiques pour gérer l’angoisse liée à l’autonomie.