An evaluation of the potential of the conversion of passenger cars powered by conventional fuels into electric vehicles

• Autorzy: Kryzia Dominik , Kryzia Katarzyna

Identyfikatory

DOI

10.33223/epj/171324

Warianty tytułu

PL

Ocena potencjału konwersji samochodów osobowych zasilanych paliwami konwencjonalnymi na pojazdy elektryczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this article is to assess the potential of converting gasoline-powered passenger cars into electric vehicles in Poland. Based on the available literature data, the vehicle structure was classified using the following criteria: vehicle age, engine capacity, car segment, type of fuel used, and curb weight. The average fuel and electric energy consumption values per vehicle before and after conversion were determined using specially developed statistical models. The conversion and operation costs of a conventionally fueled vehicle and an electric vehicle (after conversion) were estimated using a stochastic simulation model employing probability density distributions of vehicle parameters and the Monte Carlo method. Vehicle parameters were estimated to reflect the real structure of passenger cars in Poland. The estimated costs of converting a gasoline-powered vehicle to an electric vehicle (including the purchase and installation of an electric motor and battery) and its subsequent operating costs enabled the assessment of the economic efficiency of the car conversion process. The potential for converting gasoline-powered cars to electric vehicles was estimated by comparing the operating costs of the vehicle before and after conversion, taking into account the costs of the conversion itself. The potential of the studied conversion process amounted to 535,000 vehicles, which would generate an annual electricity demand of 1,746.36 GWh with electricity prices of 0.6 PLN/kWh. The conversion is economically viable mainly in passenger cars with a spark engine (more than 90% of cases).

PL

Celem artykułu jest ocena potencjału konwersji samochodów osobowych napędzanych silnikiem spalinowym na samochody elektryczne w Polsce. Na podstawie dostępnych danych literaturowych scharakteryzowano strukturę pojazdów za pomocą następujących kryteriów: wiek pojazdu, pojemność silnika, autosegment, rodzaj stosowanego paliwa, masa własna. Średnie zużycie paliwa i energii elektrycznej przez pojazd przed i po konwersji zostało określone na podstawie specjalnie opracowanych modeli statystycznych. Koszty konwersji i eksploatacji pojazdu zasilanego paliwem konwencjonalnym oraz energią elektryczną (po konwersji pojazdu) oszacowano na podstawie stochastycznego modelu symulacyjnego wykorzystującego rozkłady gęstości prawdopodobieństwa parametrów pojazdów oraz metodę Monte Carlo. Parametry pojazdów estymowano tak, aby otrzymany zbiór pojazdów odzwierciedlał rzeczywistą strukturę samochodów osobowych w Polsce. Oszacowane koszty konwersji pojazdu spalinowego na elektryczny (zakup i montaż silnika elektrycznego i baterii akumulatorów) oraz jego późniejszej koszty eksploatacji umożliwiły ocenę efektywności ekonomicznej procesu konwersji samochodu. Potencjał konwersji samochodów spalinowych na elektryczne został oszacowany poprzez porównanie kosztów eksploatacji pojazdu przed konwersją i kosztów eksploatacji pojazdu po konwersji z uwzględnieniem kosztów jej przeprowadzenia. Potencjał badanego procesu konwersji wyniósł 535 tysięcy sztuk pojazdów, co wygeneruje roczne zapotrzebowanie na energię elektryczną na poziomie 1746,36 GWh przy cenie energii elektrycznej na poziomie 0,6 zł/kWh. Konwersja jest ekonomicznie opłacalna głównie w samochodach osobowych z silnikiem iskrowym (ponad 90% przypadków).

Słowa kluczowe

EN

electromobility; conversion; ICE vehicle; Monte Carlo; economic efficiency

PL

elektromobilność; konwersja; samochody spalinowe; Monte Carlo; efektywność ekonomiczna

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Polityka Energetyczna
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 26, z. 3
• Strony: 171--186
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., tab.

Twórcy

autor

Kryzia Dominik

• The Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0639-3485

autor

Kryzia Katarzyna

• Faculty of Civil Engineering and Resource Management, AGH University of Science and Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7693-107X

Bibliografia

• ACEA – European Automobile Manufacturers’ Association. [Online] www.acea.auto [Accessed: 2023-07-25].
• Aggarwal, A. and Chawla, V.K. 2021. A sustainable process for conversion of petrol engine vehicle to battery electric vehicle: A case study. Materials Today: Proceedings 38(1), pp. 432–437, DOI: 10.1016/j.matpr.2020.07.617.
• Desreveaux et al. 2020 – Desreveaux, A., Hittinger, E., Bouscayrol, A., Castex, E. and Sirbu, G.M. 2020. Techno-Economic Comparison of Total Cost of Ownership of Electric and Diesel Vehicles. IEEE Access 8, pp. 195752–195762, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3033500.
• Dornoff et al. 2021 – Dornoff, J., Mock, P., Baldino, C., Bieker, G., Díaz, S., Miller, J., Sen, A., Tietge, U. and Wappelhorst, S. 2021. Fit for 55: A review and evaluation of the European Commission proposal for amending the CO2 targets for new cars and vans. ICCT International Council On Clean Transportation.
• EC 2019. European Commission. Communication: The European Green Deal, COM (2019) 640. [Online] https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:52019DC0640 [Accessed: 2023- 04-15].
• EC 2021. European Commission Communication, ‟Fit for 55”: delivering the EU’s 2030 Climate Target on the way to climate neutrality, COM (2021), 550 final, Brussels 2021. [Online] https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A52021DC055 [Accessed: 2023-04-15].
• Embrandiri et al. 2011 – Embrandiri, M., Isa, D. and Arehli, R. 2011. Performance of an electric vehicle conversion at the University of Nottingham, Malaysia. Innovations in Fuel Economy and Sustainable Road Transport, pp. 35–45, DOI: 10.1533/9780857095879.1.35.
• Guo et al. 2022 – Guo, Y., Kelly, J.A. and Clinch, J.P. 2022. Variability in total cost of vehicle ownership across vehicle and user profiles. Communications in Transportation Research 2, DOI: 10.1016/j. commtr.2022.100071.
• Hagman et al. 2016 – Hagman, J., Ritzén, S., Stier, J.J. and Susilo, Y. 2016. Total cost of ownership and its potential implications for battery electric vehicle diffusion. Research in Transportation Business & Management 18, pp. 11–17, DOI: 10.1016/j.rtbm.2016.01.003.
• Hoeft, F. 2021. Internal combustion engine to electric vehicle retrofitting: Potential customer’s needs, public perception and business model implications. Transportation Research Interdisciplinary Perspectives 9, DOI: 10.1016/j.trip.2021.100330.
• Kaleg et al. 2015 – Kaleg, S., Hapid, A. and Kurnia, M.R. 2015. Electric Vehicle Conversion Based on Distance, Speed and Cost Requirements. Energy Procedia 68, pp. 446–454, doi: 10.1016/j.egypro.2015.03.276.
• Kondev et al. 2023 – Kondev, B., Dixon, J., Zhou, Z., Sabyrbekov, R., Sultanaliev, K. and Hirmer, S.A. 2023. Putting the foot down: Accelerating EV uptake in Kyrgyzstan. Transport Policy 131, pp. 87–96, doi: 10.1016/j.tranpol.2022.12.007.
• Kryzia et al. 2015 – Kryzia, D., Kopacz, M. i Orzechowska, M. 2015. Estimation of carbon dioxide emissions and diesel consumption in passenger cars (Szacowanie emisji ditlenku węgla i zużycia oleju napędowego w samochodach osobowych). Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN 90 (in Polish).
• Lorenc, A. 2012. Methodology of forecasting actual fuel consumption (Metodyka prognozowania rzeczywistego zużycia paliwa). Czasopismo Techniczne. Mechanika. 109(7-M), pp. 135–145 (in Polish).
• Majchrzak et al. 2021 – Majchrzak, K., Olczak, P., Matuszewska, D. and Wdowin, M. 2021. Economic and environmental assessment of the use of electric cars in Poland. Polityka Energetyczna-Energy Policy Journal 24(1), pp. 153–168, DOI: 10.33223/epj/130209.
• Orzechowska, M. and Kryzia, D. 2015. Estimation of the future demand for natural gas in road transport in Poland. 2015 5th International Youth Conference on Energy (IYCE), pp. 1–5, doi: 10.1109/IYCE.2015.7360815.
• Palmer et al. 2018 – Palmer, K., Tate, J.E., Wadud, Z. and Nellthorp, J. 2018. Total cost of ownership and market share for hybrid and electric vehicles in the UK, US and Japan. Applied Energy 209, pp. 108–119, DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.10.089.
• Portal Autocentrum. [Online] www.autocentrum.pl [Accessed: 2023-07-23].
• RP 2023 Rzeczpospolita. Coraz więcej stacji ładowania samochodów elektrycznych w miastach. [Online] www.rp.pl [Accessed: 2023-07-25].
• Sendek-Matysiak, E. and Grysa, K. 2021. Assessment of the Total Cost of Ownership of Electric Vehicles in Poland. Energies 14(16), DOI: 10.3390/en14164806.
• Siłka, W. 1994. Theory of car movement, energy intensity of movement and fuel consumption (Teoria ruchu samochodu, energochłonności ruchu i zużycia paliwa). Opole: Wyższa Szkoła Inżynierska (in Polish).
• Ubysz, A. 2008. Examination of the used fuel maneuvering volume in a car under boundary conditions (Prognozowanie zużycia paliwa w samochodzie osobowym w ruchu rzeczywistym). Czasopismo Techniczne. Mechanika 105(6-M), pp. 209–217 (in Polish).
• Urban Mobility Next 6 Urban vehicle access regulations: from design to implementation. Report delivered to EIT (European Institute of Innovation and Technology) Urban Mobility: Budapest, Hungary, 2022.
• Vražić et al. 2014 – Vražić, M., Vuljaj, D., Pavasović, A. and Pauković, H. 2014. Study of a vehicle conversion from internal combustion engine to electric drive. 2014 IEEE International Energy Conference (ENERGYCON), pp. 1544–1548, doi: 10.1109/ENERGYCON.2014.6850628.
• Wu et al. 2015 – Wu, G., Inderbitzin, A. and Bening, C. 2015. Total cost of ownership of electric vehicles compared to conventional vehicles: A probabilistic analysis and projection across market segments. Energy Policy 80, pp. 196–214, DOI: 10.1016/j.enpol.2015.02.004.
• Zhang et al. 2014 – Zhang, X., Xie, J., Rao, R. and Liang, Y. 2014. Policy incentives for the adoption of electric vehicles across countries. Sustainability 6(11), pp. 8056–8078, DOI: 10.3390/su6118056.
• Żywica, P. 2012. Modeling and Simulation of Fuel Consumption and Emission in City Traffic (Modelowanie i symulacja zużycia paliwa i emisji spalin w ruchu miejskim). Praca magisterska. Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu (in Polish).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).