Techno-economic analysis of implementation of alternative fuels in transport system in energy transition

Ovaj radi bavi se tehno-ekonomskom analizom primjene alternativnih goriva u sustavu prometa u energetskoj tranziciji s ciljem smanjenja emisije stakleničkih plinova. Alternativna goriva u razmatranju su električna energija i vodik. Prikazane su osnovne karakteristike pojedinih tehnologija alternativnih goriva i potrebna infrastruktura. Prikazane su i projekcije cijena tehnologija, cijena goriva i učinkovitosti energetskih pretvorba različitih pogonskih sklopova do 2050. godine. Korištenjem tih podataka izrađena je tehno-ekonomska analiza za pet različitih osobnih vozila različitih pogonskih sklopova na uzorcima od četiri prosječne godišnje kilometraže (12.688, 17.500, 25.000 i 35.000 km) za desetogodišnje razdoblje posjedovanja s kupnjom u petogodišnjim intervalima od 2020. do 2045. Metodom ukupnih troškova posjedovanja uspoređena su vozila s motorom s unutarnjim izgaranjem (Renault Clio, Škoda Octavia), električna vozila (Renault Zoe, Nissan Leaf) i vozilo na vodik (Toyota Mirai). Dobiveni rezultati pokazuju da za više godišnje kilometraže električna vozila dostižu troškovni paritet već 2020., a vozila na vodik 2030. Za manje kilometraže najpovoljnija su vozila s MSUI. Izrađena je analiza osjetljivosti za različite cijene goriva i diskontne stope te su nakon toga predloženi poslovni modeli kojima bi vlasnik vozila na alternativna goriva mogao sudjelovati u radu energetskog sustava. Analizirano je kako primjena različitih poslovnih modela (neregulirano punjenje, pametno punjenje, punjenje na mreži) utječe na vijek trajanja baterija i ustvrđeno je da punjenje na mreži povećava broj ciklusa baterije u 10-godišnjem razdoblju posjedovanja od 31% do 103%. Pokazano je da je pohrana električne energije u baterijama u slučaju veće pohranjene energije po bateriji cjenovno konkurentna drugim tehnologijama pohrane energije.This paper is a techno-economic analysis of implementation of alternative fuels in transport systems in energy transition with the goal of reducing greenhouse gas emissions. Alternative fuels considered are electrical energy and hydrogen. A general overview of hydrogen and electric vehicles is given, as well as the information on necessary infrastructure. Technology and fuel cost projections are given up to 2050, as well as powertrain efficiency projections. Using this data, a case study is performed for five different vehicles with three different powertrains, for four different annual mileages (12,688 km, 17,500 km, 25,000 km and 35,000 km), for a ten-year ownership period with a start date every five years from 2020 up to 2045. Using the total cost of ownership method, the internal combustion engine vehicles (Renault Clio, Škoda Octavia), electric vehicles (Renault Zoe, Nissan Leaf) and a hydrogen vehicle (Toyota Mirai) TCOs are compared. The results of the case study indicate that for higher annual mileage, EV TCO is lower than ICEV TCO from the year 2020, whereas hydrogen vehicle TCO is lower than ICEV from 2030. For a smaller annual mileage ICEV is the best technology for the whole case study period. A sensitivity analysis is performed for different fuel prices and discount rates and afterwards different business models for vehicle owners’ participation in the functioning of the electrical grid are proposed. The proposed business models are analysed (dump charge, smart charge, V2G) and it is concluded that using V2G increases the number of battery cycles during a ten-year ownership period from 31% to 103%. It is also shown that energy storage in EV batteries is commercially viable in systems where relatively more energy is stored annually per battery