Συνδυασμένες αποφάσεις δρομολόγησης και φόρτισης ηλεκτρικών φορτηγών στις αστικές εμπορευματικές μεταφορές

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία εξετάζει τον συνδυασμένο σχεδιασμό δρομολογίων και διαδικασιών φόρτισης ηλεκτρικών φορτηγών στις αστικές εμπορευματικές μεταφορές. Αφετηρία της αποτελεί η αυξανόμενη ανάγκη περιορισμού των εκπομπών από τις οδικές μεταφορές, σε συνδυασμό με τις επιχειρησιακές απαιτήσεις του τελευταίου μιλίου και τους περιορισμούς που επιβάλλουν η αυτονομία των οχημάτων, η χωρητικότητα φορτίου και η διαθεσιμότητα υποδομών φόρτισης. Αρχικά παρουσιάζονται η δομή των αστικών δικτύων διανομής, οι περιβαλλοντικές και λειτουργικές προκλήσεις του κλάδου, το ευρωπαϊκό και εθνικό θεσμικό πλαίσιο για την ηλεκτροκίνηση, καθώς και οι βασικές παραλλαγές του Προβλήματος Δρομολόγησης Οχημάτων, με έμφαση στο Electric Vehicle Routing Problem. Στο εμπειρικό μέρος διατυπώνεται μοντέλο Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού για τη δρομολόγηση ηλεκτρικών οχημάτων σε δίκτυο διανομής, λαμβάνοντας υπόψη τη ζήτηση των πελατών, τη μεταφορική ικανότητα των οχημάτων, τις αποστάσεις, την κατανάλωση ενέργειας και περιορισμούς λειτουργίας του στόλου. Το μοντέλο υλοποιείται υπολογιστικά σε περιβάλλον R και LINDO και αξιολογείται μέσω εναλλακτικών σεναρίων χωρητικότητας οχήματος και μεγέθους δικτύου. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τη σημαντική επίδραση της χωρητικότητας των οχημάτων στην εφικτότητα των δρομολογίων, στον απαιτούμενο αριθμό φορτηγών και στη συνολική διανυόμενη απόσταση. Παράλληλα, επισημαίνεται ότι η ενσωμάτωση ενεργειακών και χρονικών περιορισμών είναι αναγκαία για τη ρεαλιστική υποστήριξη αποφάσεων ηλεκτρικών στόλων. Η εργασία καταλήγει σε προτάσεις για πληρέστερη μοντελοποίηση της φόρτισης, αξιοποίηση πραγματικών δεδομένων και ανάπτυξη πιο αποδοτικών μεθόδων επίλυσης. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη δυνατότητα αξιοποίησης του μοντέλου από επιχειρήσεις διανομής για τον σχεδιασμό στόλου, την επιλογή κατάλληλης χωρητικότητας οχημάτων και την αποδοτικότερη οργάνωση των καθημερινών λειτουργιών σε συνθήκες περιορισμένων ενεργειακών πόρων και υποδομών φόρτισης.This master’s thesis examines the integrated planning of routing and charging operations for electric trucks in urban freight transport. It is motivated by the growing need to reduce emissions from road transport, together with the operational requirements of last-mile delivery and the constraints imposed by vehicle range, load capacity, and the availability of charging infrastructure. The study initially presents the structure of urban distribution networks, the environmental and operational challenges of the sector, the European and national regulatory framework for electromobility, and the main variants of the Vehicle Routing Problem, with particular emphasis on the Electric Vehicle Routing Problem. The empirical part formulates a Mixed-Integer Linear Programming model for routing electric vehicles within a distribution network, taking into account customer demand, vehicle carrying capacity, travel distances, energy consumption, and fleet operating constraints. The model is computationally implemented in R and LINDO and evaluated through alternative scenarios involving vehicle capacity and network size. The results highlight the substantial effect of vehicle capacity on route feasibility, the required number of trucks, and the total distance travelled. They also indicate that incorporating energy-related and time-related constraints is essential for the realistic support of electric fleet decisions. The thesis concludes with recommendations for more comprehensive charging modelling, the use of real-world data, and the development of more efficient solution methods. Particular emphasis is placed on the potential use of the model by distribution companies for fleet planning, the selection of appropriate vehicle capacity, and the more efficient organisation of daily operations under conditions of limited energy resources and charging infrastructure.