As Décadas de 60 e 70, quando os veículos elétricos ressurgiram, a quantidade deles no mercado vem crescendo gradualmente

1. Introdução

Desde as décadas de 60 e 70, quando os veículos elétricos (VEs) ressurgiram, a quantidade deles no mercado vem crescendo gradualmente. Aliado à entrada dos VEs, está à preocupação com o meio ambiente e a redução da dependência dos combustíveis fósseis.

Por mais de um século, a mobilidade vêm dependendo dos motores de combustão interna e, consequentemente, dos combustíveis fósseis. Segundo as últimas estatísticas da Agência Internacional de Energia (IEA)(2011), 60% do consumo mundial de derivados de petróleo é do setor de transportes.

Além disso, o motor de combustão interna está se tornando obsoleto, pois sua eficiência é de, aproximadamente, 30% da energia do combustível. Mesmo com a baixa eficiência, a emissão de gases poluentes, como o dióxido de carbono (CO2), permanece alta. Analisando dados do DENATRAN (2015), o número de automóveis em Vitória-ES era de 124.568, em Vila Velha era de 124.385, na Serra era de 106700 e em Cariacica, era de 77392. Já no estado do ES, era de 876.424. Ou seja, esses quatro municípios juntos correspondem a, aproximadamente, 50% da frota do ES.

É neste cenário que os VEs, puros ou híbridos, vêm ganhando força como alternativa para a independência energética e redução desses gases. Para Lam e Li (2010), veículos elétricos não só podem aliviar a nossa demanda de combustíveis fósseis, mas também ajudam a promover um ambiente melhor para viver. Portanto, os VEs se tornarão os componentes principais no sistema de transporte futuro. Outra vantagem oferecida pelos VEs é o custo por distância percorrida.  Segundo EDP Portugal (2017), o custo estimado de um carro elétrico é de 1315/ano contra 2090 €/ano de um carro a combustão, supondo uma média de 12000 Km rodados/ano.  De acordo com ABVE (2016), o Brasil comercializou 855 modelos de VEs em 2014. Hoje, a frota é formada por 3 mil veículos. [pic 1]

Com o crescente aumento do número destes veículos surgem diversas necessidades, como infraestrutura de recarga. Ainda existem poucas estações de carregamento disponíveis para atender a demanda de VEs. Existe a necessidade de maior número de estações de carregamento em espaços públicos. Hoje, o país possui somente 50, segundo ABVE (2016).

Com isso, surge o problema de localizar estas estações de carregamento em pontos estratégicos nas cidades para atender a demanda dos clientes, para que não haja a necessidade dos clientes viajarem a uma distância muito longa para encontrar uma estação de recarga. Sendo assim, parte-se do pressuposto de que, segundo Cardoso (2011), a pesquisa operacional (PO) visa determinar a programação de forma otimizada de atividades, fornecendo métodos quantitativos para tratar problemas que envolvam a utilização de recursos escassos. Assim, o objetivo deste trabalho é desenvolver um algoritmo que determine a localização de estações de carregamento de VEs, que entregue boas soluções em um tempo computacional baixo.

Dada a redução de espaço nesse trabalho, somente a partir de 8 locais candidatos à estações de carregamento de VEs e 16 clientes para Vitória e com 12 locais candidatos à estações e 58 clientes para a Grande Vitória, foram escolhidos locais candidatos visando a menor distância de deslocamento. Neste trabalho, o custo para localização das estações independe da região, pois o custo foi considerado igual. Foram consideradas distâncias em linha reta e distâncias reais para a região de Vitória e somente distâncias em linha reta para a Grande Vitória e, além disso, serão analisadas as diferenças nos resultados.

O artigo é estruturado da seguinte forma: na segunda seção, uma fundamentação teórica para o problema de localização de estações de carregamento de veículo elétrico é apresentada. Na terceira seção, é mostrado o modelo proposto, com sua formulação matemática e restrições. Na quarta seção, os resultados são discutidos e na última seção são descritas as conclusões.

2. Fundamentação teórica

2.1. Problema de localização de facilidades

Na Engenharia, em muitas aplicações necessitamos tomar decisões para localizar facilidades num determinado ponto do espaço com a finalidade de adquirir melhor aproveitamento destas escolhas e com o objetivo de minimizar custos operacionais. O termo facilidade é bastante genérico e vai além do sentido mais amplo da palavra. Podemos incluir na classificação da palavra facilidade os termos como propõem Current et al. (2002): aeroportos, portos marítimos, fábricas, armazéns, lojas, escolas, hospitais, creches, pontos de ônibus, estações de metrô, centros de comutação eletrônica, concentradores de computadores e terminais, medidores de chuva, sirenes de emergência de alerta, dentre outras. Podemos ainda destacar: estações de carregamento de veículo elétrico (BAOUCHE et al., 2014).

O problema de localização de facilidades é um método da Pesquisa Operacional, que possui diversas aplicações e tem algumas características, como: minimização de uma variável, análise de região geográfica abordada, nos quais os clientes e as facilidades estarão localizados e capacidade de atendimento a demanda (KLOSE E DREXL, 2005).

Esta teoria avançou a partir das pesquisas de Hakimi (1964) com as formulações do problema de p-medianas, que tem como objetivo localizar p facilidades para atender n pontos de demanda, de forma que a distância percorrida do ponto de demanda a facilidade seja a menor possível (TRAGANTALERNGSAK et al., 1999).  

Os problemas de localização de facilidades são considerados NP-hard, ou seja, de difícil solução, devido a sua complexidade (DASKIN, 2015). Assim, métodos heurísticos ou metaheurísticas são propostos para resolvê-los em tempo computacional relativamente baixo.

2.2. Trabalhos relacionados

No trabalho de Lam e Li (2010), o problema de localização de estações de carregamento foi solucionado a partir de quatro modelos propostos e a comparação entre eles. Os métodos apresentaram características próprias e foram adequados para diferentes situações. Lam e Li (2010) estudaram os locais onde as estações de carregamento devem ser construídas em uma cidade para poder minimizar o custo de construção com cobertura da cidade inteira e o cumprimento da conveniência para o motorista.

No trabalho de Baouche et al. (2014), o método de localização de estações de carregamento é baseado numa adaptação de dois modelos de localização clássicos: Fixed Charge Location e p-Dispersão. Ao invés da fixação das estações de carregamento nos pontos de demanda, o modelo dos autores se concentra em minimizar o custo total da viagem para o local da estação e no custo de investimento do servidor. A demanda de energia foi derivada de um modelo de consumo de veículo desenvolvido como parte da biblioteca VEHLIB.  O consumo de energia foi avaliado pelo VEHLIB a partir de viagens realistas.