1,197 research outputs found

    Classification of potential electric vehicle purchasers: A machine learning approach

    Get PDF
    13 p.Among the many approaches towards fuel economy, the adoption of electric vehicles (EV) may have the greatest impact. However, existing studies on EV adoption predict very different market evolutions, which causes a lack of solid ground for strategic decision making. New methodological tools, based on Artificial Intelligence, might offer a different perspective. This paper proposes supervised Machine Learning (ML) techniques to identify key elements in EV adoption, comparing different ML methods for the classification of potential EV purchasers. Namely, Support Vector Machines, Artificial Neural Networks, Deep Neural Networks, Gradient Boosting Models, Distributed Random Forests, and Extremely Randomized Forests are modeled utilizing data gathered on users’ inclinations towards EV. Although a Support Vector Machine with polynomial kernel slightly outperforms the other algorithms, all of them exhibit comparable predictability, implying robust findings. Further analysis provides evidence that having only partial information (e.g. only socioeconomic variables) has a significant negative impact on model performance, and that the synergy across several types of variables leads to higher accuracy. Finally, the examination of misclassified observations reveals two well-differentiated groups, unveiling the importance that the profiling of potential purchaser may have for marketing campaigns as well as for public agencies that seek to promote EV adoption

    Techno-economic optimization and environmental evaluation of electric vehicles in commercial fleets

    Get PDF
    Die Einführung von batterieelektrischen Fahrzeugen (E-Pkw) gilt als eine wichtige Maßnahme zur Emissionsverringerung im Straßenverkehr. Gewerbliche Flotten in Deutschland bilden hierfür einen vielversprechenden Markt. Um dieses Potential zu realisieren, ist sowohl eine techno-ökonomische Optimierung als auch eine ökologische Bewertung über den Lebenszyklus erforderlich. Das Ziel der Dissertation ist es, hierfür ein methodisches Rahmenwerk zu liefern. Die kumulative Dissertation besteht aus fünf Artikeln, die sich den einzelnen Bestandteilen des Rahmenwerks widmen und großteils auf Technologie- und Nutzungsdaten aus eigenen Messungen aufbauen. Der erste Artikel, Schücking et al. (2016) [Paper I], ist eine technische Analyse. Sie untersucht den realen Energieverbrauch von E-Pkws im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen und identifiziert optimale Betriebspunkte. Die Ergebnisse heben den Einfluss verschiedener Faktoren auf den Energieverbrauch als wichtige Komponente detaillierter techno-ökonomischer und ökologischer Betrachtungen hervor. Der zweite und der dritte Artikel haben einen techno-ökonomischen Fokus. Sie beschäftigen sich mit der Frage, wie E-Pkws einen schnelleren wirtschaftlichen Break-even im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen erreichen können. Der zweite Artikel, Schücking et al. (2017) [Paper II], stellt Ladestrategien vor, welche eine höhere Auslastung der E-Pkw ermöglichen und damit zu geringen Gesamtkosten im Vergleich zu konventionellen Pkw führen können. Unsicherheiten in Fahrprofilen und Energieverbrauch begrenzen die Anwendbarkeit dieser Strategien. Der dritte Artikel, Schücking & Jochem (2020) [Paper III], knüpft hieran an. Er schlägt ein zweistufiges stochastisches Optimierungsmodell zur Minimierung der Investition und Betriebskosten eines E-Pkw unter Berücksichtigung dieser Unsicherheiten vor. Neben der stochastischen Betrachtung ist auch die Abwägung zwischen Batteriekapazität und Ladeleistung in der Investitionsentscheidung ein neuer Beitrag zur Forschung. Im Kontext der stochastischen Optimierung werden ein Hidden Markov Modell zur Generierung komplexer Fahrprofile und eine neue Szenario-Reduktionsheuristik als methodische Weiterentwicklungen angewandt. Artikel vier und fünf liefern eine ökologische Bewertung. Die empirischen Daten sowie der Fokus auf den deutsch-französischen Grenzverkehr zeichnen beide Artikel aus. Der vierte Artikel, Ensslen et al. (2017) [Paper IV], konzentriert sich auf die E-Pkw Nutzungsphase. Er verdeutlicht den Einfluss unterschiedlicher Strommixe und Ladezeitpunkte auf die CO2- Emissionen und Reduktionspotentiale. Der fünfte Artikel, Held & Schücking (2019) [Paper V], betrachtet verschiedene ökologische Wirkungskategorien (wie z.B. Klimawandel, Versauerung Eutrophierung) über den gesamten Lebenszyklus mittels eines modularen Screening-Modells. Die Ergebnisse unterstreichen den Einfluss der Batterie und der Nutzungsphase auf die ökologische Gesamtbilanz. Dem übergreifenden Forschungsziel folgend, zeigen die Ergebnisse der einzelnen Artikel in ihrer Kombination, dass die Optimierung des wirtschaftlichen Nutzens auch die ökologischen Vorteile erhöhen kann. Die ex-ante Ermittlung der optimalen Batteriekapazität sowie ein hoher Betriebsgrad erhöhen nicht nur die Wettbewerbsfähigkeit von E-Pkw, sondern beschleunigen unter bestimmten Voraussetzungen auch den ökologischen Break-even in einem Großteil der betrachteten Wirkungskategorien. Die Eigenschaften, die gewerbliche Anwendungen aus wirtschaftlicher Sicht zu einem vielversprechenden Einführungsmarkt für E-Pkws machen, können damit auch die angestrebten ökologischen Vorteile unterstützen

    A reference architecture for cloud-edge meta-operating systems enabling cross-domain, data-intensive, ML-assisted applications: architectural overview and key concepts

    Get PDF
    Future data-intensive intelligent applications are required to traverse across the cloudto-edge-to-IoT continuum, where cloud and edge resources elegantly coordinate, alongside sensor networks and data. However, current technical solutions can only partially handle the data outburst associated with the IoT proliferation experienced in recent years, mainly due to their hierarchical architectures. In this context, this paper presents a reference architecture of a meta-operating system (RAMOS), targeted to enable a dynamic, distributed and trusted continuum which will be capable of facilitating the next-generation smart applications at the edge. RAMOS is domain-agnostic, capable of supporting heterogeneous devices in various network environments. Furthermore, the proposed architecture possesses the ability to place the data at the origin in a secure and trusted manner. Based on a layered structure, the building blocks of RAMOS are thoroughly described, and the interconnection and coordination between them is fully presented. Furthermore, illustration of how the proposed reference architecture and its characteristics could fit in potential key industrial and societal applications, which in the future will require more power at the edge, is provided in five practical scenarios, focusing on the distributed intelligence and privacy preservation principles promoted by RAMOS, as well as the concept of environmental footprint minimization. Finally, the business potential of an open edge ecosystem and the societal impacts of climate net neutrality are also illustrated.For UPC authors: this research was funded by the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities and FEDER, grant number PID2021-124463OB-100.Peer ReviewedPostprint (published version

    Challenge and Research Trends of Forecasting Financial Energy

    Get PDF
    The measurement of economic entities' financial strength is one of the significant challenges of modern economic and financial research. With increased financial globalization, faster economic changes, and a new dimension of increased financial risk in the context of the COVID-19 pandemic crisis due to its biological nature and broad scope, affecting the whole world simultaneously, the issue of forecasting financial energy is gaining much more importance currently. This Special Issue entitled „Challenge and Research Trends of Forecasting Financial Energy” is devoted to the broad research area of forecasting financial energy of economic units such as enterprises, households, local governments, etc. Conceptualizing the term of financial energy, we aim to capture a wide spectrum of predicting and evaluating the financial standing, including various aspects of corporate finance, personal finance, and public finance

    Self-Forecasting Energy Load Stakeholders for Smart Grids

    Get PDF
    The unpredictability of energy loads is responsible for a significant portion of efficiency loss in power grids. In order to reduce load uncertainties, emerging Smart Grid business models call for the active participation of traditionally passive stakeholders. The contribution of this work enables self-forecasting energy load stakeholders whose deterministic load behaviour make them reliable resources that can greatly benefit themselves and other Smart Grid stakeholders

    A Smart Charging Assistant for Electric Vehicles Considering Battery Degradation, Power Grid and User Constraints

    Get PDF
    Der Anstieg intermittierender Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen erschwert zunehmend einen effizienten und zuverlässigen Betrieb der Versorgungsnetze. Gleichzeitig steigt die Zahl der Elektrofahrzeuge, die zum Aufladen erhebliche Mengen an elektrischer Energie benötigen, rapide an. Energie- und Mobilitätssektor sind somit unweigerlich miteinander verbunden, was zur Folge hat, dass zuverlässige Elektromobilität von einer robusten Stromversorgung abhängt. Darüber hinaus empfinden Fahrzeugnutzer ihre individuelle Mobilität als eingeschränkt, da Elektrofahrzeuge im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor derzeit eine geringere Reichweite aufweisen und mehr Zeit zum Aufladen benötigen. In der vorliegenden Arbeit wird daher ein neuartiges Konzept sowie eine Softwareanwendung (Ladeassistent) vorgestellt, die den Nutzer beim Laden seines Elektrofahrzeuges unterstützt und dabei die Interessen aller beteiligten Akteure berücksichtigt. Dafür werden zunächst Gestaltungsmerkmale möglicher Softwarearchitekturen verglichen, um eine geeignete Struktur von Modulen und deren Verknüpfung zu definieren. Anschließend werden anhand realer Daten sowohl Energieverbrauchs- als auch Batteriemodelle entwickelt, verbessert und validiert, welche die Fahr- und Ladeeigenschaften von Elektrofahrzeugen abbilden. Die wichtigsten Beiträge dieser Arbeit resultieren aus der Entwicklung und Validierung der folgenden drei Kernkomponenten des Ladeassistenten. Als Erstes wird das individuelle Mobilitätsverhalten der Nutzer modelliert und anhand von aufgezeichneten und halbsynthetischen Fahrdaten von Elektrofahrzeugen ausgewertet. Insbesondere wird ein neuartiger, zweistufiger Clustering-Algorithmus entwickelt, um häufig besuchte Orte der Nutzer zu ermitteln. Anschließend werden Ensembles von Random-Forest-Modellen verwendet, um die nächsten Aufenthaltsorte und die dort typischen Parkzeiten vorherzusagen. Als Zweites wird gemischt-ganzzahlige stochastische Optimierung angewandt, um Ladestopps in einem zukünftigen Zeithorizont möglichst komfortabel und kostengünstig zu planen. Dabei wird ein graphenbasierter Algorithmus eingesetzt, um den Energiebedarf und die Eintrittswahrscheinlichkeit von Mobilitätsszenarien eines Elektrofahrzeugnutzers zu quantifizieren. Zur Validierung werden zwei alternative Ladestrategien definiert und mit dem vorgeschlagenen System verglichen. Als Drittes wird ein nichtlineares Optimierungsschema entwickelt, um vorhandene Zeit- und Energieflexibilität in Ladevorgängen von Elektrofahrzeugen zu nutzen. Die Integration eines detaillierten Batteriemodells ermöglicht eine genaue Quantifizierung der Kosteneinsparungen aufgrund einer geringeren Batteriealterung und dynamischer Stromtarife. Anhand von Daten aus realen Ladevorgängen von Elektrofahrzeugen können Einflüsse auf die Rentabilität von Vehicle-to-Grid-Anwendungen herausgearbeitet werden. Aus der Umsetzung des vorgestellten Ansatzes in einer realistischen Umgebung geht ein Architekturentwurf und ein Kommunikationskonzept für optimierungsbasierte intelligente Ladesysteme hervor. Dabei werden weitere Herausforderungen im Zusammenhang mit standardisierter Ladekommunikation, Eingriffen der Energieversorger und Nutzerakzeptanz aufgedeckt

    Management and modelling of battery storage systems in microGrids and virtual power plants

    Get PDF
    In the novel smart grid configuration of power networks, Energy Storage Systems (ESSs) are emerging as one of the most effective and practical solutions to improve the stability, reliability and security of electricity power grids, especially in presence of high penetration of intermittent Renewable Energy Sources (RESs). This PhD dissertation proposes a number of approaches in order to deal with some typical issues of future active power systems, including optimal ESS sizing and modelling problems, power ows management strategies and minimisation of investment and operating costs. In particular, in the first part of the Thesis several algorithms and methodologies for the management of microgrids and Virtual Power Plants, integrating RES generators and battery ESSs, are proposed and analysed for four cases of study, aimed at highlighting the potentialities of integrating ESSs in different smart grid architectures. The management strategies here presented are specifically based on rule-based and optimal management approaches. The promising results obtained in the energy management of power systems have highlighted the importance of reliable component models in the implementation of the control strategies. In fact, the performance of the energy management approach is only as accurate as the data provided by models, batteries being the most challenging element in the presented cases of study. Therefore, in the second part of this Thesis, the issues in modelling battery technologies are addressed, particularly referring to Lithium-Iron Phosphate (LFP) and Sodium-Nickel Chloride (SNB) systems. In the first case, a simplified and unified model of lithium batteries is proposed for the accurate prediction of charging processes evolution in EV applications, based on the experimental tests on a 2.3 Ah LFP battery. Finally, a dynamic electrical modelling is presented for a high temperature Sodium-Nickel Chloride battery. The proposed modelling is developed from an extensive experimental testing and characterisation of a commercial 23.5 kWh SNB, and is validated using a measured current-voltage profile, triggering the whole battery operative range

    Open Data and Models for Energy and Environment

    Get PDF
    This Special Issue aims at providing recent advancements on open data and models. Energy and environment are the fields of application.For all the aforementioned reasons, we encourage researchers and professionals to share their original works. Topics of primary interest include, but are not limited to:Open data and models for energy sustainability;Open data science and environment applications;Open science and open governance for Sustainable Development Goals;Key performance indicators of data-aware energy modelling, planning and policy;Energy, water and sustainability database for building, district and regional systems; andBest practices and case studies
    corecore