Sustainable mixed urban transit system with electric and conventional buses

Med økt fokus på fornybare energikilder, fremstår batterielektriske busser som en høyaktuell teknologi for bærekraftige kollektivsystem på grunn av høy energieffektivitet. En vellykket utrulling av elektriske busser kan redusere oljeavhengighet, forbedre luftkvalitet, og redusere klimagassutslipp. Derfor forventes det at konvensjonelle busser vil bli erstattet av elektriske busser i tiden fremover. Allikevel er det flere mulige hinder for at elektriske busser kan opprettholde dagens servicenivå i kollektivsystemet, for eksempel begrenset rekkevidde, tap av batterikapasitet over tid, og ladeproblematikk. Derfor vil det i en overgangsperiode være mer realistisk å fokusere på et bærekraftig kollektivsystem med en miks av elektriske og konvensjonelle busser. Formålet med prosjektet er å utvikle en løsning for systemendring fra konvensjonelle busser til elektriske busser med hensyn til servicenivå, økonomi, klima og miljø. Dette vil minimere eventuelle bieffekter av å elektrifisere bussparken. Samtidig, ved å optimere bruken av elektriske busser, vil prosjektet søke å optimere økonomiske og klimamessige fordeler. Basert på data samlet inn fra busser i trafikk i Kina og Norge, er det utviklet en energimodell for elektriske busser. Modellen kan brukes til strategisk planlegging ved å beregne energiforbruk fra en begrenset mengde med inndata, i form av ruteplan, informasjon om bussen, driftstemperatur, og estimerte passasjermengder. Arbeidet med modellutviklingen viser at en betydelig andel av energiforbruket stammer fra støttesystemer på bussen, eksempelvis ventilasjon, oppvarming og AC. Det er dermed et potensial for å redusere energiforbruket ved å unngå unødvendig åpning av bussdørene, eller å utvikle teknologi som reduserer varmetapet ved av- og påstigning. I tillegg er det sett på hvordan levetiden på batteriene kan økes. Ved å aktivt holde batteristatusen innenfor et lavt og smalt nivå, kan levetiden økes med opptil 3 år, og dermed redusere livssykluskostnaden på elektriske busser med 24,7 %. I tillegg utvikler vi en samarbeidsoptimaliseringsmodell for livssykluskostnaden for BEB -systemet, med tanke på både over natten og mulighetsmetoder. Denne modellen tar sikte på å optimalisere startkostnadene og driftskostnadene i bruk-fase i fellesskap ved å planlegge infrastrukturinnkjøp og flåteplanlegging synkront. Resultatene indikerer at den foreslåtte optimaliseringsmodellen kan bidra til å redusere livssykluskostnadene med henholdsvis 7,77% og 6,64% for overnatting og mulighetssystemer, sammenlignet med den konvensjonelle styringsstrategien. Tatt i betraktning lokale vær- og driftsegenskaper, evalueres livssyklusen miljømessig og økonomisk ytelse for elektriske busser. Resultatet viser at kollektivsystemet med både hybrid- og elbusser kan være god kompensasjon for økonomiske og miljømessige behov i stedet for å bruke elektriske busser til å erstatte alle de konvensjonelle bussene.

First of all, the project has been conducted in three countries. The energy consumption data was collected from several different places and help electric vehicle manufacturers and operators to provide better service and suitable technologies according to the local condition. Second, the energy consumption has been applied by global researchers to better estimate the real world situation of the public transit system. Third, the solution provided by this project helps the government to develop a proper policy to improve the electrification process of the public transit system. Fourth, this project provides a system-level solution for public transit system operation companies to maximize economic benefits in terms of purchase strategy, electric bus usage, and charging infrastructure usage. Fifth, taking the long-term view, this project also maximizes the environmental benefits considering the service quality. Moreover, this project has involved a number of master's students, PhD students, and Postdoc fellows. This project has contributed to different educational programs. It significantly increased the virtual mobility between Chinese, Norwegian and Swedish partners.

Battery electric buses are seen as a well-suited technology for sustainable urban transit system because it has high energy efficiency and generates zero tailpipe emissions. Therefore, conventional buses are likely to be continuously replaced by electric buses. However, the limitations of electric buses, such as range limitations, battery capacity loss and required charging times of battery, are critical issues for the service quality of the urban transit system. Therefore, it is more realistic to develop a sustainable urban transit system mixed with conventional and electric buses in a transitional period until the limitations of electric buses are overcome. The goal of this project is to provide a system-level solution for the transition process from conventional to electric bus system considering the service quality, circular economy, and environmental benefit. Based on observed data, energy consumption and charging behavior models of electric buses will be developed considering different traffic state, weather and travel demand. Moreover, a feasibility analysis will be conducted for the bus transit system to develop a proper replacement plan. According to the feasibility analysis result, a repurposing-plan will be developed for batteries, vehicles, and equipment. Consequently, a charging infrastructure placement plan will be developed to satisfy the charging demand of electric buses. Moreover, the proper scheduling and dispatching strategies will be developed for the sustainable mixed urban transit system to maintain highly reliable schedule and achieve optimal environmental benefit.