Development of a CO2 emissions quantification tool for road transport – connecting detailed vehicle simulation and macro emission tools

Abstract

CO2 emissions from road transport have an increasing importance on the discussion about climate change. Today several models exist potentially capable of evaluating the effect of technology and policy on the energy performance of a transportation system, though they either lack the accuracy required, or they require a level of detail on their inputs, which is prohibiting for large-scale simulations and/or integration with other models or software, e.g. traffic simulation models, cost calculation components, etc. In this light, the objective of the present thesis is the combination of standard vehicle emission simulation approaches, used in vehicle simulation models, with limited statistical/empirical relationships provided by measurement data, and advanced data analysis and machine learning technics, to provide a robust and reliable, yet flexible and quick, integrated framework for analyzing and evaluating the influence of technology and policy on passenger cars’ fuel consumption and CO2 emissions. The integrated simulation-based framework is used mainly to support and assess the effects of the transition from the, up-to-recently used, NEDC-based type approval process, to the newly-defined WLTP, which has taken effect in September 2017. Moreover, the tool is used to evaluate the effect of the newly introduced amendments in the type-approval legislation concerning hybrids and other low emission vehicle segments, and, lastly, to replicate real driving emissions gathered through a Portable Emissions Measurement Systems (PEMS) tests campaign.

Οι εκπομπές CO2 από την οδική κυκλοφορία έχουν ολοένα μεγαλύτερη σημασία στη συζήτηση για την κλιματική αλλαγή. Διάφορα μοντέλα και πρακτικές εφαρμόζονται σήμερα για την εκτίμηση της επίδρασης τεχνολογικών και πολιτικών επιλογών στην κατανάλωση καυσίμου επιβατικών οχημάτων και στην ενεργειακή αξιολόγηση συστημάτων μεταφοράς, ωστόσο, αυτά, είτε δεν διαθέτουν την απαιτούμενη ακρίβεια στο τελικό αποτέλεσμα, είτε χρειάζονται ένα επίπεδο λεπτομέρειας στις παραμέτρους εισόδου που απαγορεύει τις προσομοιώσεις σε μεγάλη κλίμακα ή/και τον συνδυασμό με άλλα μοντέλα ή λογισμικά, όπως μοντέλα προσομοίωσης κυκλοφορίας, μοντέλα υπολογισμού κόστους κ.α.. Υπό αυτό το πρίσμα, η παρούσα διδακτορική διατριβή στοχεύει στο συνδυασμό προσεγγίσεων προσομοίωσης κατανάλωσης καυσίμου οχημάτων, όπως αυτά χρησιμοποιούνται σε αναλυτικά μοντέλα προσομοίωσης, με εμπειρικές σχέσεις που προκύπτουν από τον συνδυασμό και την ανάλυση δεδομένων μετρήσεων και άλλων διαθέσιμων δεδομένων, σε ένα ολοκληρωμένο, ευέλικτο και ακριβές εργαλείο, το οποίο επιτρέπει την αξιολόγηση της επίπτωσης σύγχρονων τεχνολογιών και πολιτικών επιλογών στην κατανάλωση καυσίμου επιβατικών οχημάτων. Το συγκεκριμένο εργαλείο χρησιμοποιείται κυρίως για την υποστήριξη και την εκτίμηση της επίπτωσης της μετάβασης από το μέχρι πρότινος ισχύον πρωτόκολλο μέτρησης το οποίο εφαρμόζεται στην έγκριση τύπου κατανάλωσης καυσίμου και εκπομπών CO2 επιβατικών οχημάτων στην Ευρώπη, το NEDC, στο νέο, το οποίο αναπτύχθηκε από τα Ηνωμένα Έθνη και ξεκίνησε να εφαρμόζεται στην ευρωπαϊκή νομοθεσία από το Σεπτέμβριο του 2017, το WLTP. Επιπλέον, το εργαλείο εφαρμόζεται για την εκτίμηση της επίπτωσης των αλλαγών της σχετικής νομοθεσίας οι οποίες αφορούν οχήματα χαμηλών εκπομπών (ηλεκτρικά, κ.α.), και, τέλος, για την αναπαραγωγή δεδομένων εκπομπών υπό πραγματικές συνθήκες οδήγησης, τα οποία συλλέχθησαν μέσω φορητών συστημάτων μέτρησης εκπομπών (PEMS).