Het gebruik van wiskundige modellen om het koolstofarm maken van transport mogelijk te maken en klimaatverandering tegen te gaan

Een studie van het National Renewable Energy Laboratory (NREL), uitgevoerd in samenwerking met het US Agency for International Development, waarin het elektrificatiepotentieel van transitvloten in twee Mexicaanse steden werd beoordeeld, bepaalde dat ten minste 80% van de operationele busdagen voor de bestudeerde routes geschikt waren voor elektrificatie – met een batterij van 250 kWh in Mexico-Stad en een batterij van 300 kWh in León.

De evaluatie koppelde gemakkelijk toegankelijke GPS-snelheidssporen aan een elektrisch busmodel om de voertuigvereisten te identificeren. Dergelijke vereenvoudigde evaluaties kunnen wereldwijd worden gedupliceerd om energie-efficiënte mobiliteitsopties te bevorderen. Transitelektrificatie is een belangrijke strategie om ervoor te zorgen dat technologieën die de uitstoot van broeikasgassen verminderen, ook een betere toegang tot mobiliteitsdiensten mogelijk maken.

Onderzoekers hebben hun methodologie en bevindingen uiteengezet in een conferentiedocument dat een prijs voor beste papier heeft gewonnen op de 2020 IEEE Transportation Electrification Conference. De paper, “Transit Bus Electrification Evaluation from GPS Speed ​​Traces”, was gebaseerd op gegevens die drie jaar eerder in Mexico waren verzameld.

In 2017 reisden Andrew Kotz en Eric Miller van NREL naar centraal Mexico om het elektrificatiepotentieel van doorvoerbusvloten in twee steden te evalueren. Het project was het resultaat van een samenwerking met het Mexico Low-Emissions Development Program. Het bekroonde artikel dat ze later op de conferentie presenteerden, was co-auteur van NREL’s Andrea Watson en Kenneth Kelly.

Reispatronen evalueren

Kotz en Miller gebruikten GPS-loggers om de reispatronen van bussen bij drie depots te evalueren: twee in León en één in Mexico-Stad. Door gps-data te koppelen aan een wiskundig model van elektrische bussen, evalueerden ze de voordelen van elektrificatie. Op basis van hun model stelde het team vast dat beide steden de CO kunnen verlagen₂ emissie en verhoging van het diesel-equivalent brandstofverbruik door over te schakelen op batterij-elektrische bussen.

Maar zoals bij veel onderzoeksprojecten was het pad van het genereren van ideeën tot het publiceren op papier niet-lineair en gemarkeerd met onverwachte uitdagingen.

Onverwachte uitdagingen aanpakken

In september 2017 werd Mexico opgeschrikt door twee dodelijke aardbevingen. Op 7 september vond een aardbeving met een kracht van 8,1 plaats nabij de zuidwestkust van het land, waarbij 90 mensen het leven kostten. Op 19 september scheurde een aardbeving met een kracht van 7,1 door centraal Mexico, waarbij minstens 225 mensen om het leven kwamen. Ingeklemd tussen deze twee natuurrampen, begon Kotz en Miller’s weeklange taak om de GPS-loggers te installeren op 14 september.

Toen ze in Mexico aankwamen, waren ze van plan dataloggers op de bussen te plaatsen om informatie te verzamelen over brandstofverbruik, motortoerental en koppel. Ze ontdekten al snel dat de bussen eenvoudiger waren dan verwacht, omdat ze niet de diagnostische verbinding hadden die nodig was om de vereiste gegevens vast te leggen. Terwijl ze nadenken, pasten ze hun loggers aan om alleen GPS-informatie te verzamelen.

De loggers registreerden gps-gegevens tot en met 8 oktober en verzamelden meer dan 14 miljoen datapunten die 65.000 kilometer rijden weerspiegelen. Omdat het team het wiskundige model moest ontwikkelen om de GPS-gegevens te ondersteunen, zei Kotz dat het ongeveer 10 maanden duurde om hun analyse te voltooien. Nadat hij de cijfers had gekraakt, was hij verrast door de nauwkeurigheid van hun model. Toen hun aantal niet veel veranderde na drie rondes van modelverfijningen, voelden ze zich zelfverzekerd.

Toen het team hun resultaten presenteerde aan de Metro Bus-autoriteiten en gouverneurs in Mexico, zei Miller dat ze goed werden ontvangen. Later introduceerden de doorvoerautoriteiten van Mexico-Stad elektrische bussen op sommige van hun routes.

“Het is altijd moeilijk om te weten wat mensen zullen doen met de informatie die u hen geeft,” zei Miller. “Maar de waarde van onderzoek is om toekomstige besluitvorming te informeren – mensen die over de informatie beschikken, is het belangrijkste deel. Ze hebben nog veel werk te doen als ze die informatie eenmaal hebben. Ze moeten nog steeds een risico nemen. Ze moeten nog steeds voelen. goed over wat we hen adviseren te doen voordat ze het doen. “

Maximaliseren van de tractie van vereenvoudigde evaluatiemethodologie

Hoewel soortgelijk onderzoek elders was uitgevoerd om eenvoudige statistieken zoals dagelijkse afstand te analyseren, was het model van NREL gedetailleerder en nauwkeuriger dan eerdere onderzoeken, zei Kotz. Het was dus belangrijk om hun methodologie te delen met de wetenschappelijke gemeenschap.

“Omdat GPS-gegevens bijna universeel zijn, kunnen de tools die in dit onderzoek worden gebruikt, helpen bij het nemen van beslissingen over het elektrificeren van transitbussen op grote schaal over de hele wereld,” zei Kotz. “Het gebruik van gps-loggers om informatie te verzamelen over vervoerspatronen is een relatief goedkope manier om de deuren te openen voor kansen en begrip. Het hebben van dergelijke gegevens helpt de gelijkheidsproblemen tussen rijkere en armere landen te verzachten die proberen om schone energieoplossingen te vinden.”

“Klimaatverandering is een probleem dat geen grenzen kent”, zei Miller. “Het is belangrijk voor de Verenigde Staten, als wereldleider in het aanpakken van klimaatverandering, om andere landen te helpen die openstaan ​​voor samenwerking aan dit mondiale probleem.”