Environmental effects of electric vehicles and conventional vehicles and charge station location planning in İstanbul

Abstract

Trafikteki yoğunluk İstanbul gibi birçok metropolitan şehrin ana problemlerinden biridir. Trafikte bulunan araç tipleri ve bu araç yoğunluğun neden olduğu etkiler çevre için olumsuz sonuçlar doğurmaktadır. İçten yanmalı motor ile çalışan ve fosil yakıt kullanan trafikteki araçlar enerji olarak az verimli olmak ile beraber atmosfere zehirli gazlar salmaktadır. Araçların bu etkilerini azaltmak için onları çevre dostu araçlar ile değiştirmek çok faydalı olacaktır. Bu çalışmada şuan araçların trafikte yarattığı durumu incelenecektir ve çevre dostu araçlar ile fosil yakıt kullanan içten yanmalı araçlar etkileri bakımından karşılaştırılacaktır. Şarj istasyonları gibi ulaşım destek sistemleri incelenecektir. Bu tarz sistemlerin dizayn edilmesi şehir ulaşımı ağı için başlangıç-bitiş noktaları matrisi hazırlama ve şarj ihtiyacı tespiti için çok fazla veri analizi gerektirmektedir.Bu tezde ilk olarak içten yanmalı motora sahip fosil yakıt kullanan araçların ile çevre dostu araçlar ile değiştirilmesinin yaratacağı etkiler incelenecektir. Bu perspektifte, çevre dostu araçlar ve alt yapı gereksinimleri analiz edilecektir. Çevre dostu araç kullanımına insanları teşvik etmek için en önemli şeylerden bir tanesi insanların araçlarıyla rahatça ulaşabilecekleri yerlere şarj istasyonları açmaktır. Kişisel araçların insan yaşamına etkileri ana yollardaki gürültü ve hava kirliliği açısından ele alınacaktır. İstanbul'daki durum grafik ve tablolarda listelenecektir.Tezin ilerleyen kısımlarında, şarj istasyonlarının açılması gereken yerler kararı için matematiksel model geliştirilecektir. Elektrik ihtiyacı, istasyon maliyeti yada çevre dostu araç sayısı gibi etkiler göz önüne alınarak farklı durumlar için modeller geliştirilecektir. Stokastik modelleme yöntemi ile değişen araç sayısına göre hesaplamalar yapılacaktır. Bütün bu model ve senaryolarda amaç şarj istasyonu minimize etmektir. Bu doğrultuda İstanbul'da şuan ki durum incelenecek be MILP problem modeli geliştirilerek şarj istasyonu ağı dizayn edilecektir.

Traffic congestion is one of the most important problems in metropolitan regions including Istanbul. Vehicles running with conventional internal combustion engines have low energy efficiency and release harmful substances into the atmosphere. In order to decrease the effects of conventional vehicles, it is beneficial to use environmentally friendlier cars such as phev, bev, hev and ev. Our work includes the analysis of the current situation on the environmental effects and the design of a network for the charging stations in Istanbul. The design of such a system requires extensive data analysis on the origin destination matrices for urban transportation networks as well as the charging requirements of the vehicles. First part of this thesis focuses on environmental effects of conventional vehicles and how their replacement will affect the environment. In this perspective, we analyse environmental friendlier cars and their infrastructure need. Most important thing for promoting the usage of environmentally friendlier vehicles is opening charging stations in optimal places. We also analyse the effects of passenger vehicles in main roads in aspect of noise and air pollution. Current situation is shown with graphs and tables.In the second part, we analyse the data for Istanbul and develop a MILP formulation to design the network of charging stations to satisfy energy requirements. The objective is to minimize the total station opening costs and electricity needs by deciding how many stations to open in each district of Istanbul. We also develop a stochastic programming model to incorporate the effect of a random acceptance rate parameter which denotes the proportion of vehicle owners who plan to use electrical vehicles. We perform a sensitivity analysis on different parameters of the model.