RASKAAN KALUSTON ENERGIANKÄYTÖN TUTKIMUS

Transkriptio

1 RASKAAN KALUSTON ENERGIANKÄYTÖN TUTKIMUS HDENERGIA HANKKEEN ( ) YHTEENVETO RASTU- HANKKEEN ( ) YLEISESITTELY Nils-Olof Nylund 1

2 SUOMI ON KUMIPYÖRIEN VARASSA Suomalainen yhteiskunta ja talouselämä ovat riippuvaisia raskailla ajoneuvoilla tapahtuvista henkilöja tavarakuljetuksista. Liikennepolttoaineiden kulutus oli suomessa 3,9 milj. tonnia vuonna 2005, josta bensiinin osuus oli 1,9 milj. tonnia ja dieselpolttoaineen osuus 2,0 milj. tonnia. Raskaan kaluston osuus dieselpolttoaineen kulutuksesta on arviolta 80 %, eli noin 1,6 milj. tonnia tai milj. litraa. Polttoaineiden hinnannousu näyttäisi jatkuvan. Raskaan kaluston osalta jokainen saavutettava polttoaineen säästön prosenttiyksikkö merkitsee nykyisillä polttoaineen hinnoilla noin 20 M :n säästöä vuositasolla (verollinen polttoaineen hinta). 2

3 ONKO ÖLJY LOPPUMASSA? AINAKIN SE ON KALLISTUMASSA! Lähde: IEA WEO lokakuu 2004 Lähde: WTRG toukokuu

4 LAAJAT TUTKIMUSHANKKEET Raskaan kaluston energiankäytön tehostaminen ajoneuvo- ja käyttöteknisin ratkaisuin HDENERGIA Vuosibudjetti n /a, eli yhteensä n tutkimuksellista alaprojektia, 6 tutkijaosapuolta, 20 rahoittajaa Ajoneuvotekniikka & järjestelmätutkimus Uusi vuodet kattava hanke Raskas ajoneuvokalusto: Turvallisuus, ympäristövaikutukset ja uusi tekniikka RASTU 4

5 HDENERGIAN YHTEISTYÖOSAPUOLET Rahoittajat Tutkijaosapuolet Tekes Ajoneuvohallintokeskus (AKE) Liikenne- ja viestintäministeriö (LVM) YTV Pääkaupunkiseudun yhteistyövaltuuskunta HKL Suunnitteluyksikkö Neste Oil, Perusöljyt Neste Markkinointi Helsingin Bussiliikenne (HKL- Bussiliikenne) Helsingin Kaupungin Rakennusvirasto Tampereen kaupungin liikennelaitos Tampereen kaupungin auto- ja konekeskus Pohjolan Liikenne Kabus Transpoint Linja-autoliikenteen Volvo säätiö AC Sähköautot Buscom Taipale Telematics VTT VTT Prosessit VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka TKK Autotekniikan laboratorio TTY Liikenne- ja kuljetustekniikka Stadia Motiva Oy EC Tools Oy TEC TransEnergy Consulting Oy 5

6 HDENERGIAN TAVOITE - 5 vuoden aikaperspektiivi Kalusto & tekniikka Polttoaineen säästötavoite 5-10 % Järjestelmä & operointi Kuljettaja & informaatio 6

7 HDENERGIAN ALAPROJEKTIT 1. Koordinointi (VTT PRO, TEC TransEnergy Consulting Oy) Ajoneuvotekniikka 2. Mittausmenetelmien kehitystyö (VTT PRO) 3. Eri ajoneuvotyyppien ominaiskulutus (VTT PRO) 4. Ajoneuvon energiankulutuksen mallinnus/kuljettajan mallinnus (TKK Autolaboratorio) 5. Aktiivisen ajo-opastinlaitteen kehittäminen (VTT PRO, VTT RTE, TKK Autolaboratorio) 6. Rengashäviöiden minimointimahdollisuudet (TKK Autolaboratorio) 7. Tienpäällysteen vaikutus renkaan vierintävastukseen (TKK Autolaboratorio) 8. Poltto- ja voiteluainetekniset keinot polttoaineenkulutuksen vähentämiseksi (VTT PRO) 9. Ajoneuvojen huolto, päivitys ja retrofit (VTT PRO) 10. Kuormanpainon tunnistaminen (VTT RTE, VTT PRO) Järjestelmätutkimus 11. Kuljetusyrityksen energia- ja ympäristöseurantajärjestelmän kehittäminen (VTT RTE, VTT PRO) 12. Ajoneuvojen seurantajärjestelmien luominen (TTY Liikenne- ja kuljetustekniikan laitos) 13. Raskaiden ajoneuvojen optimaalinen ajotapa (VTT RTE) 14. Koulutus ja tiedotus (Motiva Oy) 7

8 HDENERGIA: MITÄ SAATIIN AIKAISEKSI? Yhteistoiminta rahoittajien, tutkimuslaitosten ja liikennöitsijöiden kesken selvää synergiahyötyä jatkuva prosessi energiatehokkuuden parantamiseksi kriittistä massaa: antaa mahdollisuuden myös viestinnälle ja tulosten jalkauttamiselle vahva kytkentä Kuorma- ja pakettiautoliikenteen energiansäästöohjelmaan (ESS) ja sen tavoitteisiin Menetelmät ja metodiikka kaupunkibussit, pitkän matkan bussit ja kuorma-autot laboratoriossa maantiemittaukset (CAN -väylä mittaukset, rullauskokeet, perävaunumittaukset) olennaisten polttoaineenkulutukseen vaikuttavien seikkojen tunnistaminen (paino, ilmanvastus, voimalinja, voiteluaineet, renkaat jne.) riittävä tarkkuus kulutusmittauksiin 8

9 MITÄ SAATIIN AIKAISEKSI? Säästöpotentiaalien kvantifiointi, esim.: ajoneuvon paino ja aerodynamiikka jopa 30 % kuljettajan opastus teknisin apuvälinein 5-15 % autojen merkkikohtaiset erot 5 15 % renkaat 5-15 % yhdistelmän ilmanohjaimen vaikutus 4 8 % perävaunun tyyppi 3 5 % voiteluaineet 1 2 % Innovaatioplatformi hybridibussi, etenee Kabus Oy:n yrityshankkeena ajo-opastin kuorman tunnistus liukkauden tunnistus 9

10 & Sivustoilta löytyy mm. täydellinen raporttiarkisto mm. 3 vuosiraporttia ja yhteenvetoraportti 10

11 11

12 12

13 ESIMERKKEJÄ OSAHANKKEISTA Menetelmäkehitys Ajoneuvojen ominaiskulutus Voiteluainetutkimus Rengastutkimus 13

14 ALUSTADYNAMOMETRIMITTAUSTEN MENETELMÄKEHITYS - DYNAMOMETRI Kokonaisien ajoneuvojen mittaamista varten VTT:llä on käytössään raskaiden ajoneuvojen alustadynamometri Alustadynamometrilla voidaan jäljitellä ajoneuvon todellista ajoa liikenteessä ottaen huomioon ajoneuvon ajovastukset ja käyttötarkoitusta vastaava ajoprofiili Mittauksissa tulee näin ollen huomioitua mm.: ilmanvastus ja rullausvastus (ajovastukset) ajoneuvon massa moottorin todellinen kuormitusprofiili vaihteiston ja akseliston vaikutukset apulaitteiden toiminta jne. 14

15 ALUSTADYNAMOMETRIMITTAUSTEN MENETELMÄKEHITYS - AJOVASTUKSET Ajovastuksia nopeuden funktiona ajoneuvolajeittain, täydessä kuormassa Vastusteho kw t yhdistelmä 42t puoliperävaunuyhdistelmä 26t kuorma-auto 18t jakeluauto 2-akselinen kaupunkibussi Kuorma-autokokoluokan pakettiauto Keskikokoluokan pakettiauto Ajonopeus km/h 15

16 ALUSTADYNAMOMETRIMITTAUSTEN MENETELMÄKEHITYS - AJOPROFIILIT Todellisen ajotapahtuman jäljittelemiseksi dynamometrilla tarvitaan käyttötarkoitusta kuvaava ajoprofiili Projektin puitteissa muodostettiin ajosyklit kaupunkilinja-autoille Helsingin keskustassa ja väylillä kuorma-autoille jakeluajossa raskaille ajoneuvoyhdistelmille moottoritie- ja maantieajossa pikavuorolinja-autoille moottoritie- ja maantieajossa Tien kaltevuusmuutokset mukana ajo-ohjelmissa, pois lukien kaupunkibussisykleissä 16

17 ALUSTADYNAMOMETRIMITTAUSTEN MENETELMÄKEHITYS - AJOPROFIILIT Freeway cycle, original onroad data, 420 hp / 50 t Engine power Driving 2.00 speed Road gradient Engine power kw Driving speed km/h Time s Road gradient % 17

18 AKKREDITOITU MITTAUSMENETELMÄ Henkilö- ja pakettiautojen pakokaasumittaukset alustadynamometrissa 70/220/EEC 91/441/EEC 98/69/EC Raskaan kaluston alustadynamometrin mittausmenetelmät akkreditoitiin alkukesästä 2003 Raskaan kaluston moottorien pakokasumittaukset 96/1999/EC Raskaiden ajoneuvojen mittaukset alustadynamometrissa VTT PRO Raskaiden ajoneuvojen mittaukset alustadynamometrissa SAE J2711 Yleiset turvallisuusohjeet 18

19 EURO 3 KUORMA-AUTOT 40 Maantiesykli Polttoaineenkulutus maantie- ja moottoritiesykleissä valmisteittain 42t puoliperävaunuyhdistelmät max ero 4% Moottoritiesykli G/42 C/42 A/42 B/42 35 max ero 5% Polttoaineenkulutus l/100 km max ero 14% max ero 7% max ero 15% max ero 9% 15 0-kuorma 1/2-kuorma 2/2-kuorma 0-kuorma 1/2-kuorma 2/2-kuorma 19

20 ERI AJONEUVOTYYPPIEN OMINAISKULUTUS RAKETRUCK 2005 Polttoaineenkulutus l/100 km Polttoaineenkulutus maantie- ja moottoritiesykleissä valmisteittain 42t puoliperävaunuyhdistelmät Maantiesykli Moottoritiesykli A/42 AE4/42 C/42 CE4/42 G/ kuorma 1/2-kuorma 2/2-kuorma 0-kuorma 1/2-kuorma 2/2-kuorma 20

21 ERI AJONEUVOTYYPPIEN OMINAISKULUTUS RAKETRUCK Euro 4 autot AE4 ja CE4 (42t) PM- ja NOx-päästöt maantie- ja moottoritiesykleissä NOx-päästöt g/kwh Maantie Moottoritie Euro 3 keskiarvo AE4 CE PM-päästöt g/kwh Euro 4 rajat * 1,5 21

22 Voiteluaineiden vaikutus raskaiden ajoneuvojen polttoaineen kulutukseen Kari Kulmala Neste Oil Oyj / Komponentit / Perusöljyt

23 FE-testit HD Energia-projektissa: Kattava otos eri viskositeettiluokkien öljyjä: 0W-30:stä 15W-40:een. Referenssiöljyn ljynä kaupallinen 15W-40 moottoriöljy, joka täytti mm. ACEA E3 ja E5-02 (E7-04), APICH-4 (CI-4), MB ja Volvo VDS-3 vaatimukset. Polttoaineena kaupallinen vähärikkinen diesel. Laaja testimatriisi sisälsi useiden eri valmistajien kaupallisten moottoriöljyjen lisäksi muutamia Neste Oil Oyj:n kehitysvaiheessa olevia moottoriöljyformulaatiota. Polttoaineen kulutusmittauksen mittauspisteet (8kpl) valittiin ESCpäästömittaussyklistä, siten että öljyjen väliset erot olisivat mahdollisimman suuret. Polttoaineen kulutusmittaukset suoritettiin VTT:llä kahdella erilaisella raskaan kaluston moottorilla moottoripenkissä: 23

24 Polttoaineen ominaiskulutustulokset Volvon linja-auton ja Scanian kuorma-auton moottoreilla (0-taso = yleisin kaupallinen 15W-40-luokan raskaan kaluston moottoriöljy) Ominaiskulutusero 15W-40 ref. öljyyn verrattuna, %. 1,00 0,50 0,00-0,50-1,00-1,50-2,00-2,50-3, W-40* 15W-40 10W-40* 10W-40* * = Koeformulaatio ** = Markkinoilta vanhentuneena poistunut tuote 10W-40 10W-40 10W-40 10W-40* 10W-30 5W-30 5W-30 0W-30 Volvo DH285A Euro 2 Scania DC1103 Euro 3 24

25 HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Linja-auton renkaiden energiatehokkuus Teknillinen Korkeakoulu/Kabus Kabus Oy, Tommi Mutanen

26 HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Mittaukset suoritettiin laboratorio-olosuhteissa VTT:n raskaan kaluston alustadynamometrillä. Teknillinen Korkeakoulu/Kabus Kabus Oy, Tommi Mutanen

27 HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Eturenkaat: Michelin XZU+ 275/70 Bridgestone R /70 Takarenkaat: Michelin X One XDU 455/45 Michelin XDU 275/70 Pinnoitettu Michelin 295/80 Pinnoitettu Michelin 275/70 Pinnoitettu Michelin 275/70, kulunut Pinnoitettu Bridgestone 275/70 Teknillinen Korkeakoulu/Kabus Kabus Oy, Tommi Mutanen

28 HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Kulutuksen ero referenssirenkaasen (Michelin XDU 275/70) 4,0 3,5 3,0 2,8 2,0 2,0 1,0 [%] 0,0-1,0-2,0 Pinnoitettu Michelin 275/70 kulunut -0,2 Michelin X One XDU 455/45 0,0 Michelin XDU 275/70 Pinnoitettu Michelin 275/70 Pinnoitettu Michelin 295/80 Pinnoitettu Bridgestone 275/70-3,0-2,7-4,0 Teknillinen Korkeakoulu/Kabus Kabus Oy, Tommi Mutanen

29 HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Yhteenveto Mittausmenetelmäkehitys onnistui. Yksikköpyörä hieman taloudellisempi kuin vastaava paripyörä. Kuluneella renkaalla päästiin yli 4 % pienempään kulutuslukemaan kuin vastaavalla ajamattomalla renkaalla. Huonoissa keliolosuhteissa energiatalous on ristiriidassa turvallisuuden kanssa. Rengasrungon tyypillä näissä mittauksissa 1% vaikutus samalla pinnalla varustetun renkaan kulutukseen. Teknillinen Korkeakoulu/Kabus Kabus Oy, Tommi Mutanen

30 HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Jatkotutkimus Mittauksista saadut tulokset osoittivat, että renkaissa on selviä eroja. HD Energiahankkeessa päätettiin vuonna 2004 toteuttaa lisää rengasmittauksia sekä kaupunki- että maantielinja-autoilla. Teknillinen Korkeakoulu/Kabus Kabus Oy, Tommi Mutanen

31 HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Yhteenveto: Pinnoitetulla renkaalla voidaan päästä yhtä pieneen energiankulutukseen kuin uudella renkaalla. Uudella renkaalla ajettaessa suurin vaikutus kulutukseen on pintakuvion karkeudella. Urituksella renkaalle annetaan lisää käyttöaikaa sen ollessa taloudellisimmillaan. Uritetun renkaan käyttö tulisi ajoittaa mahdollisuuksien mukaan hyvien keliolosuhteiden ajalle. Teknillinen Korkeakoulu/Kabus Kabus Oy, Tommi Mutanen

32 RASKAS AJONEUVOKALUSTO: TURVALLISUUS, YMPÄRISTÖOMINAISUUDET JA UUSI TEKNIIKKA RASTU HDEnergia hankkeen jatko vuosille

33 PÄÄTAVOITTEET Uusiutuvien ajoneuvojen todellinen suorituskyky energiatehokkuus ja ympäristöystävällisyys kehitystyö tähtäimessä raskaiden ajoneuvojen ekomerkintä uuden ajoneuvotekniikan mahdollisimman tehokas soveltaminen Suomen olosuhteisiin poltto- ja voiteluaineiden optimointi uuteen ajoneuvokalustoon IT tekniikan kehittäminen raskaan kaluston energiankäytön tehostamiseen sekä turvallisuus- ja palvelutason lisäämiseen Energiaa säästävien toimenpiteiden todentaminen ja siirto kuljetusyrityksiin, kuorma- ja linja-autoliikenteen energiansäästösopimuksien tukeminen Taajamailman NO 2 /PM laatuun vaikuttaminen ajoneuvotekniikan keinoin 33

34 TUTKIJAOSAPUOLET VTT (vastuuyksikkö), entiset VTT PRO ja VTT RTE TKK autotekniikka TTY liikenne- ja kuljetustekniikan laitos Helsingin yliopisto (ilmakemia), mahdollisesti Oulun yliopisto (elektroniikkasovellukset) Motiva (viestintä) Stadia (ilmanlaatumittaukset), mahdollisesti TEC TransEnergy Consulting (koordinaatio) 34

35 RAHOITTAJAT YHTEENSÄ Tekes 200 AKE 50 LVM 100 Tiehallinto 40 YM (vahvistamatta) 50 HKL Suunnitteluyksikkö 30 YTV 70 Concordia 5 Finnkatalyt 5 Kabus 10 Volvo-säätiö 5 Neste Oil, perusöljyt 10 Neste Oil, öljytutkimus 10 Pohjolan Liikenne 5 Suomen Posti 5 TKL 5 Transpoint 10 Vägverket 30 VTT 165 Yhteensä 805 Ranskan energiaviranomainen ADEME on halukas rahoittamaan hanketta! 35

36 ALAPROJEKTIT Euro 4/5 ajoneuvotekniikka (VTT) uusien autojen todelliset päästöt energiatehokkuus Suomen ilmaston asettamat haasteet, mm. lämmitystarpeet Euro 4/5 autojen poltto- ja voiteluaineet (VTT) biopolttoaineiden käyttömahdollisuudet voiteluaineiden räätälöinti Ajoneuvotekninen kehitystyö (TKK, VTT) aerodynamiikka (bussit, ilmanohjaimet, perävaunut) kevytrakennetekniikka perävaunujen turvatekniikka rengasasiat 36

37 ALAPROJEKTIT Ajoneuvojen IT sovellukset (VTT, OY) turvallisuus & energiatehokkuus ajo-opastinlaite (pilotointi mm. Jokeri linjalla) kuorman tunnistus (pilotointi Transpoint Oy:ssä) liukkauden tunnistus (pilotointi Transpoint Oy:ssä) Linja-autojen liikennöinnin optimointi (VTT) liikennöinnin optimointi palvelutason ja energian käytön suhteen ajo-opastinlaitteessa kehitetyn logiikan hyödyntäminen reitin ominaisuuksien sovittaminen 37

38 ALAPROJEKTIT Kuorma-autoalan energiatehokkuuden hallinta- ja kannustinjärjestelmät (TTY) integroidut järjestelmät (energia + logistiikka) datan käsittelyn automatisointi kuljettajien kannustinjärjestelmien kehitystyö Energiansäästötoimenpiteiden ja päästöjä vähentävien toimenpiteiden tehokkuuden arviointi (VTT, TTY) energiansäästötoimenpiteiden tehokkuuden mittaus teknisten parannusten kokonaisvaikutusten arviointi erilaisten käyttöolosuhteiden ja kuormien vaikutus säästöpotentiaaleihin kuljetusyritysten energiakatselmusten periaatteet 38

39 ALAPROJEKTIT Pakokaasututkimus (VTT, mahdollisesti HY, Stadia) uusiutuvien ajoneuvojen yhteys vilkkaiden liikenneväylien pakokaasujen NO x -yhdiste- ja hiukkaspitoisuuksiin jälkikäsittelytekniikan vaikutus päästöihin yksikköpäästöjen päivitys Menetelmäkehitys (VTT) menetelmäkehitys raskaiden ajoneuvojen mittausmenetelmien parantamiseksi raskaiden ajoneuvojen ekomerkintään tähtäävä kehitystyö kv. yhteistyö mittausmenetelmien yhtenäistämiseksi tiedonvaihto raskaan kaluston päästö- ja polttoaineenkulutusarvojen osalta (EU, ECMT, ERA-NET) Koordinaatio ja viestintä 39

40 40