Analysis of energy and sustainability impacts of electric vehicles on the island Fernando de Noronha

Abstract

Resumo: O uso eficiente de energia e a redução das emissões causadas por gases poluentes passaram a ser a agenda de sustentabilidade mundial entre governos, indústria e sociedade. O Acordo de Paris estabelecido em 2015 colocou em prática ações para diminuir a temperatura global e o Brasil se comprometeu a reduzir as emissões de gases de efeito estufa em 37% abaixo dos níveis de 2005 até 2025. Como o transporte e a geração de eletricidade emitem dois terços do CO2 global, é crucial desenvolver novos sistemas sustentáveis de mobilidade para fazer frente a essas metas ambientais. A interação de veículos eletrificados e geração de energia usando fontes renováveis constitui uma área interessante para limitar a pegada de carbono, considerando uma abordagem poço-à-roda (well-to-wheel). Na ilha de Fernando de Noronha, reconhecida pela UNESCO como Patrimônio Mundial da Humanidade, o programa Noronha Carbono Zero proíbe novos veículos a combustão em 2022 e estabelece a proibição total até 2030. O objetivo deste estudo é realizar uma avaliação de mobilidade e a integração de geração de energia fóssil e solar com veículos elétricos a bateria com base no despacho da geração de energia, suas consequências no balanço energético, o custo total de propriedade e o impacto ambiental. Este trabalho compreende três fases: a primeira consiste em verificar os dados atuais de mobilidade como quilometragem anual, emissão de gases e consumo de energia, para avaliar a geração de energia elétrica, distribuição na infraestrutura da rede, consumo de energia e balanço energético. A segunda fase estuda o uso de veículos elétricos e gerenciamento de carga. A terceira fase inclui um roteiro de simulação para a inserção progressiva do veículo elétrico na Ilha de Fernando de Noronha com foco no balanço de emissões, geração de energia e custo total de propriedade. O roadmap proposto confirma que a substituição do veículo de combustão interna pelo elétrico é economicamente viável pela consequente expansão da geração de energia solar para 3,7 m2 para cada veículo elétrico inserido na Ilha de Fernando de Noronha, o que representa um investimento de R$ 3850 para cada veículo e economiza 310 litros de Diesel por ano. Recursos energéticos como sistema de armazenamento de energia por bateria e planta de energia fóssil tornam-se necessárias para garantir a segurança e cumprir com os padrões de qualidade de energia.

Abstract: Efficient use of energy and reduction of emissions caused by polluting gases became the wold's sustainability agenda among Governments, industry, and society. The Paris Agreement established in 2015 put in place actions to decrease global temperature and Brazil committed to reducing greenhouse gas emissions by 37% below 2005 levels until 2025. As transport and electricity generation emits two-thirds of global CO2, it is crucial to develop new sustainable mobility modalities to cope with these environmental targets. The interaction of electrified vehicles and energy generation using renewable sources constitutes an interesting area to limit carbon footprint considering a Well-to-Wheel approach. In the island of Fernando de Noronha, recognized by UNESCO as a World Heritage Site, the Noronha Zero Carbon program prohibits new combustion vehicles in 2022 and sets a complete ban by 2030. The purpose of this study is to perform a mobility assessment and the integration of fossil and solar energy generation with BEV based on energy generation dispatch, its consequences to energy balance, the total cost of ownership, and environmental impact. This work comprehends three phases: the first phase consists of verifying current mobility data as annual mileage, gas emission, and energy consumption, to evaluate electrical energy generation, distribution in grid infrastructure, power consumption, and energy balance. The second phase consists of studying electric vehicle usage, charging management, and cycling. The third phase includes a simulation for the progressive insertion of the electric vehicle in Fernando de Noronha Island focusing on emission balance, energy generation, and total cost of ownership. The proposed roadmap confirms that internal combustion vehicle replacement by electrical is economically feasible by consequent solar energy generation expansion to 3.7 m2 for each electric vehicle added to Fernando de Noronha Island, this represents an investment of R$3,850 for each vehicle and it saves 310 liters of Diesel per year. Energy resources such as battery energy storage systems and fossil energy plants become necessary to respect safety and power quality standards.