Assessing the challenges and opportunities of electric mobility through the optimization of carsharing considering demand uncertainty

Although electric vehicle (EV) sales have been increasing over the years, worldwide EV adoption is still low. The key factors influencing this are the EV high acquisition cost and the reduced charging infrastructure. Therefore, traditional business models may not be adequate for a region and stagnate EV diffusion. Thus, designing innovative business models can be crucial to accelerate the transition to electric mobility. However, the increase in EV charging may come with drawbacks for the DSO. A possible way to mitigate those problems is to implement dynamic tariffs. Therefore, the objective of this thesis is twofold. First, to discuss the application of business models for EV adoption and charging stations (CSs) worldwide. Then, it highlights the challenges and opportunities for some business model options. Second, to assess the profitability of an e-carsharing company based on distribution local marginal price (DLMP) and vehicle-to-grid (V2G) that cooperates with the DSO through a two-stage stochastic model. The AC optimal power flow (ACOPF) is modelled using second-order cone programming (SOCP) linearized by the global polyhedral approximation. The IEEE 33 bus test system and a real Kernel distribution for the EV rental demands are used in four planning cases. The results indicate that planning disregarding the power grid perspective is the most profitable solution, but the operation may not be possible in real applications due to the high-power flows via V2G. Finally, the e-carsharing planning considering the DSO perspective increased the charging cost by 0.24% but also reduced the DLMP peak, peak demand and cable reinforcement cost by 1.5%, 5.1%, and 66%, respectively. The technical benefits brought to the DSO by the e-carsharing company could be turned into public policies and benefit both agents, increasing profit and mitigating negative impacts.Embora as vendas de veículos elétricos (VEs) tenham aumentado ao longo dos anos, a adoção mundial de VEs ainda é baixa. Os principais fatores que influenciam isso são o alto custo de aquisição do VE e a infraestrutura de recarga reduzida. Portanto, os modelos de negócios tradicionais podem não ser adequados para uma determinada região e estagnar a difusão de VEs. Assim, projetar modelos de negócios inovadores pode ser crucial para acelerar a transição para a mobilidade elétrica. No entanto, o aumento no carregamento de VEs pode trazer desvantagens para o operador do sistema de distribuição. Uma possível forma de mitigar esses problemas é pela implementação de tarifas dinâmicas. O objetivo desta tese é duplo. Primeiro, é discutir a aplicação de modelos de negócios para adoção de VEs e eletropostos em todo o mundo. Em seguida, são destacados os desafios e oportunidades para algumas opções de modelos de negócios. Em segundo lugar, é avaliar a rentabilidade de uma empresa de compartilhamento de VEs (e-carsharing) com base no preço marginal local de distribuição e Vehicle-to-Grid (V2G) que coopera com o operador do sistema de distribuição por meio de um modelo estocástico de dois estágios. O fluxo de potência ótimo AC é modelado usando programação de cone de segunda ordem linearizada pela aproximação poliédrica global. São utilizados o sistema de teste IEEE 33 barras e uma distribuição real de Kernel para as demandas de aluguel de VE em quatro casos de planejamento. Os resultados indicam que o planejamento desconsiderando a perspectiva da rede elétrica é o mais rentável, mas a operação pode não ser possível em aplicações reais devido aos altos fluxos de potência do V2G. Por fim, o planejamento da e-carsharing considerando a perspectiva operador do sistema aumentou o custo de carregamento em 0.24%, mas também reduziu o pico do DLMP, pico de demanda e custo de reforço de cabos em 1.5%, 5.1% e 66%, respectivamente. Os benefícios técnicos trazidos ao operador do sistema de distribuição pela companhia de e-carsharing podem ser transformados em políticas públicas e beneficiar ambos os agentes, aumentando o lucro e mitigando impactos negativos.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio