Scheduling of EV Charging within a Parking Structure

Abstract

Τα τελευταία χρόνια, υπήρξε μια τεράστια αύξηση της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας, κυρίως λόγω των τεχνολογικών εξελίξεων. Αυτό έχει παρουσιάσει αρκετές προκλήσεις, συμπεριλαμβανομένων των ελλείψεων ενέργειας, τις εκπομπές θερμοκηπίου και της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, αναγκάζοντας τον δημόσιο και τον ιδιωτικό τομέα να επενδύσουν στην ανάπτυξη εναλλακτικών πηγών ενέργειας και στη μετάβαση σε μια κυκλική οικονομία χαμηλών εκπομπών άνθρακα. Η απαλλαγή από τις εκπομπές άνθρακα στον τομέα των μεταφορών είναι μία από τις δράσεις στην Ευρωπαϊκή Πράσινη Συμφωνία (European Green Deal). Για να επιτευχθεί ο στόχος της Ευρωπαϊκής Ένωσης για μείωση των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου (GHG) κατά 80 έως 95 τοις εκατό έως το 2050, τα κράτη μέλη θα πρέπει όχι μόνο να υιοθετήσουν σε αυξημένο βαθμό τα ηλεκτρικά οχήματα αλλά και να βρουν καινοτόμες μεθόδους για τις ανάγκες φόρτισής τους. Αυτή η διπλωματική εργασία εστιάζει στην περίπτωση της Κύπρου και στοχεύει στην ανάπτυξη αποτελεσματικών τεχνικών προγραμματισμού φόρτισης για ηλεκτρικά οχήματα εντός μιας δομής στάθμευσης που έχει περιορισμένο αριθμό θέσεων φόρτισης. Συγκεκριμένα, γίνεται υπόθεση σε ένα στατικό πρόβλημα όπου τα αυτοκίνητα ειδοποιούν εκ των προτέρων (στην ώρα άφιξής τους) τον διαχειριστή στάθμευσης για την άφιξη και την αναχώρησή τους καθώς και την υπολειπόμενη χωρητικότητα της μπαταρίας τους. Στόχος είναι να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις των καταναλωτών, καθώς και να αξιοποιηθεί αποτελεσματικά το ηλεκτρικό δίκτυο, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης ενέργειας που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές. Γίνεται επίσης προσπάθεια να μεγιστοποιηθεί ο αριθμός των οχημάτων που φορτίζονται και να ελαχιστοποιηθεί ο χρόνος φόρτισης των αυτοκινήτων, ενώ επίσης αποτρέποντας πιθανές διακοπές ρεύματος κατά τις ώρες αιχμής ζήτησης.

Over the recent years, there has been a massive increase in global power consumption, driven mainly by technological evolution. This has led to various challenges, including energy shortages, greenhouse gases, and air pollution, compelling the public and private sectors to invest in the development of alternative energy sources and the transition to a circular, low-carbon economy. The decarbonization of the transportation sector is one of the causes of action in the European Green Deal. To meet the European Union's target of reducing greenhouse gas (GHG) emissions by 80 to 95 percent by 2050, member states will need to not only rapidly adopt electric vehicles but also to find innovative methods for their charging needs. This thesis focuses on the use case of Cyprus and aims to develop efficient charging scheduling techniques for electric vehicles within a parking structure that has a limited number of charging spots, assuming a static problem where cars notify the parking management a priori regarding their arrival and departure times as well as their battery remaining capacity. The goal is to satisfy consumer demands, as well as to efficiently utilize the power grid, including the usage of power generated by renewable sources, in an effort to maximize the number of vehicles that are charged, and minimize the cars’ charging time while also preventing potential power disruptions during peak demand hours.Over the recent years, there has been a massive increase in global power consumption, driven mainly by technological evolution. This has led to various challenges, including energy shortages, greenhouse gases, and air pollution, compelling the public and private sectors to invest in the development of alternative energy sources and the transition to a circular, low-carbon economy. The decarbonization of the transportation sector is one of the causes of action in the European Green Deal. To meet the European Union's target of reducing greenhouse gas (GHG) emissions by 80 to 95 percent by 2050, member states will need to not only rapidly adopt electric vehicles but also find innovative methods for their charging needs. This thesis focuses on the use case of Cyprus and aims to develop efficient charging scheduling techniques for electric vehicles within a parking structure that has a limited number of charging spots, assuming a static problem where cars notify the parking management a priori regarding their arrival and departure times as well as their battery remaining capacity. The goal is to satisfy consumer demands, as well as to efficiently utilize the power grid, including the usage of power generated by renewable sources, in an effort to maximize the number of vehicles that are charged, and minimize the cars’ charging time, while also preventing potential power disruptions during peak demand hours.