Network design for public transport with battery electric vehicles

Abstract

La transición a vehículos eléctricos de batería (BEV por sus siglas en inglés) en el transporte público es un paso crucial hacia la movilidad sostenible, pero presenta importantes desafíos operativos, como una autonomía limitada y la necesidad de infraestructura de carga. Esta tesis amplía el Problema de Diseño de Redes de Transporte Público con Ajuste de Frecuencia (TNDFSP por sus siglas en inglés) incorporando flotas diésel y de BEV, introduciendo modelos de programación entera mixta y técnicas de optimización heurística adaptadas a la planificación del transporte eléctrico.

Un enfoque clave es el Problema de Diseño de Redes de Transporte Público Eléctrico y Ajuste de Frecuencia (E-TNDFSP por sus siglas en inglés), que explora la electrificación de flotas mediante formulaciones lineales discretas-continuas binivel, optimización multiobjetivo y enfoques heurísticos. Al considerar diferentes tecnologías de carga (carga en depósito y carga de oportunidad en paraderos), la investigación facilita análisis hipotéticos para comprender cómo las características de la flota y las estrategias de carga impactan en la experiencia del usuario y la eficiencia operativa. Los análisis comparativos y de sensibilidad destacan que la potencia de carga juega un papel más decisivo que la capacidad de la batería a la hora de determinar el rendimiento de la flota.

El estudio también examina escenarios de flotas mixtas, donde coexisten autobuses diésel y BEV debido a la naturaleza gradual de las transiciones de flota. Mediante técnicas de optimización como el método de épsilon restricción y un Algoritmo Genético de Ordenamiento No Dominado de segunda generación (NSGA-II por sus siglas en inglés), evaluamos las compensaciones entre el tamaño de la flota, las inversiones en infraestructura y las métricas de resiliencia, ofreciendo perspectivas prácticas para las ciudades que avanzan hacia un transporte público sostenible. Los hallazgos enfatizan la eficiencia de la carga de oportunidad a medida que aumenta la disponibilidad de cargadores y subrayan los desafíos de equilibrar la electrificación de la flota con la viabilidad operativa.

Al impulsar la modelación matemática y las estrategias de optimización, esta investigación proporciona una valiosa guía a los planificadores y responsables de políticas de transporte público. Los conocimientos generados respaldan la toma de decisiones basada en datos sobre la electrificación de la flota, el despliegue de infraestructura de carga y la movilidad urbana sostenible.