Onko sähköautoissa. tulevaisuus? Markku Ikonen Turun ammattikorkeakoulu Ajoneuvo- ja kuljetustekniikka

Transkriptio

1 Onko sähköautoissa tulevaisuus? Markku Ikonen Turun ammattikorkeakoulu Ajoneuvo- ja kuljetustekniikka

2 Sisältö Miksi bensaa ja dieseliä? Miksi etsimme vaihtoehtoja? Onko sähkö hyvä vaihtoehto? Hybriditekniikka Lataushybridi Polttokennoauto Sähköautojen tarjonta Suomessa Tulevaisuuden autokalusto ja -määrät

3 Turun AMK Ajoneuvo- ja kuljetustekniikka Tutkinto: Insinööri (240 op) 4 vuotta (60 op/v) Aloituspaikkoja 60 Valmistuvia per vuosi Työllistyminen: Ajoneuvoalan jälkimarkkinointi Katsastusala Ajoneuvo- ja työkoneteollisuus Ajoneuvojen ja varusteiden myynti Viranomaistehtävät Vakuutusala

4 Autonostajan (ja myyjän) painajainen 95E10 98E5 GTL BTL NGV CNG LNG LPG FFV E85 RE85 EV BEV HEV PHEV REX EURO 6 EURO VI RME SME FAME HVO CO 2 CO HC NO X PM

5 Miksi bensaa ja dieseliä? Suurin energiatiheys Pisimmät toimintamatkat per tankkaus Pieni massa ja tilantarve Kevytrakenteinen tankki (muovi) Dieselin kulutus pienempi, litraerot liioittelevat taloudellisuuseroa ESIMERKKI: Bens. kulutus 10 l/100 km Dies. kulutus 7 l/100 km % x = 30 % 10 Bens: 10 l x 9 kwh/l = 90 kwh Dies: 7 l x 10 kwh/l = 70 kwh % x = 22 % (myös CO 2 ) 90

6 Miksi bensaa ja dieseliä? Akkusähkön energiatiheys paljon bensiiniä ja dieseliä pienempi DI: 12 kwh/kg, 10 kwh/l, 50 l = 500 kwh ~ 50 kg BE: 12 kwh/kg, 9 kwh/l, 50 l = 450 kwh ~ 45 kg Sähkö vs. diesel: 12 V 60 Ah lyijyakku 0.72 kwh 8.0 litraa, 0.1 kwh/l (= 1/100) 16 kg, 0.05 kwh/kg (= 1/240) Tesla 85 kwh ajoakku 540 kg, 0.16 kwh/kg (= 1/75) (hyötysuhde-ero huomioon otettuna 0.5 kwh/kg) (= 1/25)

7 Miksi etsimme vaihtoehtoja? Ilmastonmuutos ja öljyriippuvuuden vähentäminen V % maailman liikenteestä öljyllä (International Energy Outlook 2012) Useat öljyn suurkuluttajamaat tuonnin varassa, kulutus kasvaa... Suurimmat öljyesiintymät harvojen valtioiden hallussa Poliittiset jännitteet saattavat vaikeuttaa saantia Riittävyysarviot vaihtelevat Sekä kysynnässä että tarjonnassa muutoksia MUTTA: Onko järkevää miettiä öljyn riittävyyttä (ILMASTONMUUTOS!) Ei kivikausikaan loppunut siihen, että kivet olisivat loppuneet.

8 Miksi etsimme vaihtoehtoja? Henkilöautojen osuus energiankulutuksesta merkittävä

9 Miten vähennämme CO 2 :ta? Fossiilispohjaisen hiilen polttamisen vähentämäinen CO 2 BENSIINISTÄ: 2350 g/l => VAIN KULUTUS MERKITSEE CO 2 DIESELISTÄ: 2650 g/l CO 2 -päästön voi laskea kulutuksesta ja päinvastoin Kulutuksen (l/100 km) vähentäminen Ajovastukset, hyötysuhteet, ajotapa, liik.sunnittelu Liikennöintitarpeiden (km) vähentäminen Yhdyskuntasuunnittelu, MaaS ym. Käyttötottumukset (pyöräily, julkinen liikenne ym.) Uusiutuvista (ei syötävistä) ja jätteistä/tähteistä valmistetut polttoaineet

10 Liikenteen CO 2 -päästöt ja tavoitteet Suomen liikenteen CO 2 -päästöt: Tieliikenne 90 % Vesiliikenne 4 % Lentoliikenne 2 % Rautatieliikenne 1 % Tieliikenteen päästöistä 58 % h-autoista 37 % p- ja k-autoista Loput l-autoista ja m-pyöristä ym. Suomen viralliset tavoitteet 2005 => 2030 Päästökaupan ulkopuolisen sektorin kasvihuonepäästöt 39 % pienemmät Liikenteen kasvihuonepäästöt pudotettava puoleen (Ympäristöministeriö)

11 Onko sähkö hyvä vaihtoehto? Sähkömoottorilla runsaasti etuja Vähän liikkuvia osia, yksinkertainen rakenne Voidaan käynnistää kuormitettuna (ei tarvita kytkintä) Momentti huipussaan heti nollakierroksista Laaja pyörintänopeusalue (ei välttämättä vaihteistoa) Hyötysuhde erittäin hyvä verrattuna polttomoottoriin Hankaluutena sähkön varastointi ja hidas tankkaus Toimintamatka jää lyhyeksi, ellei akku erittäin painava, tilaavievä ja kallis Lataus kestää kauan Chevrolet Volt 2017: Voltec Drive Unit

12 Onko sähkö hyvä vaihtoehto? Sähköauto paikallisesti päästötön, ilmastovaikutus riippuu sähkön tuotantotavasta Kokonaishyötysuhde n. 3-kertainen dieseliin nähden VERTAILU: diesel vs. sähköauto: Diesel: Kulutus 6.0 l/100 km = 60 kwh/100 km Dieselin tuottamisen hyötysuhde l/100 km / 0.9 = 6.7 l/100 km CO 2 : l/km x 2650 g/l = 178 g/km Sähkö: Kulutus 20 kwh/100 km (0.20 kwh/km) (1/3 dieselkulutuksesta) Sähkö hiilellä tehtynä: CO 2 = 860 g/kwh (seur.sivu) 860 g/kwh x 0.20 kwh/km = 172 g/km Sähkö vesivoimalla: CO 2 = 10 g/kwh (seur.sivu) 10 g/kwh x 0.20 kwh/km = 2 g/km TULOS: Hiilisähkö ei anna juurikaan CO 2 -etua dieseliin nähden, vesisähkö ylivoimainen

13 Onko sähkö hyvä vaihtoehto? Source: Carbon Footprint of Electricity Generation. Postnote update Number 383 June Houses of Parliament, Parliamentary Office of Science & Technology, United Kingdom 10 Source: Carbon Footprint of Electricity Generation. Postnote update Number 383 June Houses of Parliament, Parliamentary Office of Science & Technology, United Kingdom

14 Sähköauton lataaminen Normaali pistorasia hidas ja riskialtis Teor. maksimi 3.6 kw, käytännössä alle 2 kw turvallinen Yleensä auton valikosta voi rajata Erillinen kotilatauslaite ( wallbox ) ~ 1000 asennuksineen 3.6 kw (hybridi ~ 2h, km, täyssähkö ~ 12 h, km) 11 kw (täyssähkö ~ 4 h, km) Pikalataus (tasavirralla), ei vielä yleistä 50 kw ~ 40 min 80 %:iin, km 100 kw ~ 20 min 80 %:iin, km

15 Hybriditekniikka vakiintunut Toyota myynyt hybridejä jo 20 vuotta Päästään pieneen kulutukseen ilman seinäsähköä ( itselataava hybridi ) Ideana poltto- ja sähkömoottorin parhaiden ominaisuuksien hyödyntäminen Pieni tehontarve Polttomoottori ei käytössä Keskimääräinen tehontarve Polttomoottori liikuttaa autoa JA lataa akkua Hyötysuhde kasvaa Suuri tehontarve Sähkömoottori auttaa polttomoottoria Normaalia pienitehoisempi ja taloudellisempi polttomoottori riittää (usein Atkinson-työkierto) Akku voi olla pieni, täystehoa tarvitaan vain hetkittäin kuva: Toyota kuva: Toyota

16 Hybriditekniikka: oma kokemus 7.0 Prius II perheessä km Jokainen tankkaus rekisteröity Kulutus < 5 l/100 km Ennätys: 1310 km 55 litralla Vain yksi ylimääräinen huoltokäynti Toyota Toyota Prius Prius - Annual vuotuiset average keskikulutukset fuel consumption Kulutus [l/100km] km] 6,0 5,8 5,6 5,4 5,2 5,0 4,8 Kumulatiivinen polttoaineenkulutus [l / 100 km] Hinta ( /l) [ / l] 4,6 1,80 1,70 1,60 1,50 1,40 1,30 1, Päivämäärä Vuosi / vuosi Bensiinin hinta (6.9. alkaen) 8.9 saakka) 1,10 1, Päivämäärä / vuosi Päivämäärä Päivämäärä / vuosi

17 Hybriditekniikka: oma kokemus Miksi pitää moottoria käynnissä alamäessä ja hidastuksissa? Mitä pitempään auto rullaa vapaalla moottori sammuksissa, sitä pienemmäksi muuttuu kulutus Kun moottori ei käy, jakoviivan päällä oleva lukema (litrat) pysyy vakiona, kun taas alla oleva (km) kasvaa ]l/100 km] l km = 0 l/100 km = l/100 km km 1.5 km 2.0 km

18 Lataushybridi: väliaikaisratkaisu? Tyypillisiä lat. hybridien arvoja: Akku 6 10 kwh Lataus h (230 V, 12 A => 2.7 kw) Latausteho erill. laturilla 3.6 kw Sähköajomatka km Lisämassa kg Bens. kulutus riippuu akkukapasiteetin ylittävien matkojen määrästä Kirjoittajan toteutuneet arvot: km, 830 l => 3.25 l/100 km km, 2468 kwh => 9.95 kwh/100 km Energiakustannus n /100 km Max tankkausväli 2315 km kuva: BMW kuva: BMW

19 Polttokennoauto Polttokenno tuottaa vedystä ja hapesta sähköä Pakokaasut : vesihöyryä ja lämpöä Autoa liikuttaa sähkömoottori Akku tarvitaan jarrutusenergian talteenottoon sekä nopeisiin kuormituksen lisäyksiin Mahdollisesti tulossa pitkän matkan liikenteeseen Jos akkutekniikka harppaa, ei ehkä tarvita Kaupallisia autoja vain muutamia Toyota Mirai Honda Clarity Hyundai Nexo kuva: Hyundai kuva: Toyota Europe

20 Sähköautojen tarjonta Suomessa Merkki ja malli Hinta Akku Teho Omamassa BMW i e 42 kwh 125 kw 1320 kg Hyundai IONIC Electric e 28 kwh 88 kw 1495 kg Hyundai Kona e 64 kwh 150 kw 1510 kg Kia Soul EV e 30 kwh 81 kw 1505 kg Nissan Leaf e 40 kwh 110 kw 1580 kg Nissan e-nv e 40 kwh 80 kw 1573 kg Renault Zoe e 40 kwh 41 kw 1502 kg Renault Kangoo e 33 kwh 44 kw 1501 kg Smart EQ fortwo e 17.6 kwh 60 kw 1085 kg Tesla Model S e kwh 270+ kw kg Tesla Model 3 USD kwh ~150 kw? 1610 kg VW e-up! e? 60 kw? VW e-golf e? 100 kw?? Taulukko: media.autotietokanta.fi ja eri merkkien nettisivut. Voi olla virheitä

21 Lähitulevaisuuden autokalusto Hybridit, lataushybridit yleistyvät Täyssähköautot yleistyvät Polttokennoautot (vetykäyttöiset) lisääntyvät hitaasti, voi jäädä kuriositeetiksi, jos akkutekniikka ottaa hyppäyksiä Maakaasuautot yleistyvät, mahdollisuus biokaasun käyttöön merkittävä etu FFV-autot (E85) kysymysmerkki Dieselmoottori harvinaistuu pikkuautoissa Euro 6:een vaadittava kemiallinen tehdas pakoputkistossa liian kallis ja suuri pikkuautoihin Bensiinimoottorikin kehittyy edelleen Monipuolisemmat venttiilinajoitus ja nosto Monivaiheinen ahtaminen Muuttuva puristussuhde ym.

22 Vuoden 2030 automäärät EU:n h-autokauppa v. 2030: Yli 55 % sähköautoja 40 % hybridejä Vain muutama % polttomoottoriautoja H-autokanta eri mantereilla v. 2030: EU: supistuu yli 25 % => 200 milj. USA: supistuu 22 % => 212 milj. Kiina: rajua kasvua, 276 milj. autoa Uusien myynti ei vähene, vanhoja romutetaan Tulevaisuudessa käyttöikä lyhenee (kuluvat nopeammin, yhteiskäyttö ja automaattiajo) Lähde: PricewaterhouseCoopers Havainto: Biopolttoaineita (uusiutuvat dieselit, etanoli ym.) ja kaasuja ei mainita EU USA KIINA SÄHKÖ HYBRIDIT POLTTOMOOTTORIT Henkilöautot eri alueilla (miljoonaa)