LIIKENNESEKTORI JA TYÖKONEET ENERGIATEKNOLOGIA PITKÄN AIKAVÄLIN ILMASTO- JA ENERGIASTRATEGIAN POLITIIKKASKENAARIOSSA Seminaari 12.02.2008 Juhani Laurikko
CO 2 -PÄÄSTÖJEN JAKAUTUMINEN SEKTOREILLE Lähde: Tilastokeskus (2006) Energiasektori kokonaisuudessaan 82 % Liikenne (kaikki muodot) 18 % 2
LIIKENTEEN ENERGIANKULUTUKSEN JA CO 2 -PÄÄSTÖJEN JAKAUTUMINEN Rautatieliikenne (diesel), 2[PJ], 1 % Vesiliikenne (kotimaa), 9[PJ], 5 % Ilmaliikenne (kotimaa), 4[PJ], 2 % Tavaraliikenn e 58[PJ], 35 % Tieliikenne, 163[PJ], 92 % Henkilöliikenne, 105[PJ], 65 % Tieliikenteen osuus hallitseva, yli 90% Tavaraliikenne 35%, henkilöliikenne 65% Kokonaisenergiankäyttö 160 PJ = 45 TWh 3
LIIKENTEEN ENERGIANKULUTUKSEN JA CO 2 -PÄÄSTÖJEN JAKAUTUMINEN Tieliikenteessä henkilöauton osuus on hallitseva! 4
TIELIIKENTEEN CO 2 -PÄÄSTÖJEN JAKAUTUMINEN Henkilöautoliikenne n. 2/3 osaa PK-seutu ympäristöineen n. 6% Pitkän matkan liikenne yli 40% 5
LIIKENTEEN ENERGIANKÄYTTÖÖN VAIKUTTAVIA TEKIJÖITÄ Liikenteen määrään ja kulkuvälineen tai kulkumuodon valintaan vaikuttavat sekä tekniikka että yhteiskunnan ja elinkeinoelämän rakenteet 6
LIIKENNEINFRASTRUKTUURI Liikenneinfrastruktuuriin lasketaan kuuluviksi väylät ja terminaalit sekä liikennöintiin liittyvät telematiikkajärjestelmät Liikenneinfrastruktuurin kehittämisen perustavoitteet: teollisuuden kilpailukyvyn varmistava tavoitettavuus ja kohtuulliset kuljetuskustannukset ruuhkautumisen poistamisen vaatiman kapasiteetin tarjoaminen Merkittävä liikenneinfrastruktuurin kehittämissuunta nykyään on erilaisten liikenne- ja matkakeskusten luominen niin tavarakuljetuksille kuin henkilöliikenteellekin tavoitteena helpottaa eri välineiden yhteiskäyttöä ts. vaihtoja ja siirtoja. 7
LIIKENNEINFRASTRUKTUURI Energiakysymykset ovat yksi osa kustannuksia, kun liikennehankkeiden hyötyjä arvioidaan päätöksentekotilanteissa. Nykyisillä valintakriteereillä kuljetus- ja matkustusaikoja lyhentävät ja liikenneturvallisuutta parantavat hankkeet saavat usein paremmat tunnusluvut kuin energian käyttöä tehostavat vaihtoehdot, varsinkin kun otetaan huomioon väylien rakentamisen energiankäyttö suhteessa saavutettaviin etuihin. 8
LOGISTIIKKA JA ELINKEINOELÄMÄN KULJETUKSET Nykyaikainen kulutus- ja investointihyödykkeiden valmistus ja kauppa perustuu pitkälle optimoituihin prosesseihin, joita ohjaavat tuotantorakenne ja tuotantomallit. Alihankkijaketjut muuttuvat yhä moniulotteisemmiksi. Prosessin olennaisen osan muodostavat hallitut, oikea-aikaiset ja häiriöttömät kuljetukset. Tehokkuuden tavoittelu johtaa usein osien ja puolivalmisteiden varastoinnin minimointiin, jolloin myös välituotteiden kuljettaminen lisääntyy. 9
LOGISTIIKKA JA ELINKEINOELÄMÄN KULJETUKSET Tietyissä tuoteryhmissä lopputuotteen jakelun eräkoot pienentyvät täsmätarjonnan seurauksena kokonaiskysynnän silti muuttumatta. Tämä ei välttämättä lisää energian kulutusta, vaan jakelussa tulisi aina hyödyntää teknologian mahdollistamat välineet energiatehokkaaseen kuljettamiseen. Esimerkiksi raideliikennettä ei kuitenkaan voida vetää joka paikkaan, vaan myös kuorma- ja pakettiautoja tarvitaan kuljetusten hoitamiseen suurenkin kuljetusvolyymin ollessa kyseessä. 10
LOGISTIIKKA JA ELINKEINOELÄMÄN KULJETUKSET Kuljetusten merkitys tuotannon käynnissä pysymisen kannalta on noussut ratkaisevaan asemaan. Tämä on johtanut myös kuljetuskysynnän suuntautumista entistä nopeampiin kuljetuksiin, koska silloin myös markkinoiden ja kysynnän muutoksiin voidaan reagoida nopeammin. Kuten henkilöliikenteessäkin, nopeuden nostaminen johtaa yleensä energian käytön lisääntymiseen. Energiatehokkuuden seuranta ja siitä tiedottaminen sekä energiansäästösopimukset sekä lisäävät tietoisuutta että myös käytännössä vähentävät energiaa turhaan kuluttavia kuljetuksia. 11
HENKILÖLIIKENNE Liikennevälineiden suhteellinen energiatehokkuus vaihtelee kuormituksen mukaan Energian kulutus vs. kuljetusnopeus myös merkittävä seikka!!! 12
KULUTUKSEEN JA PÄÄSTÖIHIN VAIKUTTAVAT Polttoaine Käyttöolosuhteet Käyttö Teknologiavalinnat Moottori Ajotapa Puhdistimet 13
ENERGIATEHOKKUUDEN ERI KEHITYSLINJAT Vähennetään ajoneuvon Hybridikäytöt Jarrutusenergian liikkumiseen tarvittavan regeneraatio energian akkuun tarvetta ja kehitetään energian talteenottoa Ajoneuvo Kevyemmät autot Hitaammat ajonopeudet Käytetään uusiutuvaa Biopolttoaineet tai enemmän vetyä suhteessa hiileen sisältävää polttoainetta Maakaasu Polttoaine Vety (tuotettu ei-fossiilisella energialla) Moottori Tuotetaan enemmän mekaanista energiaa (tai sähköä) polttoaineen sisältämästä Suoraruiskutusmoottorit ja uudet työkierrot (HCCI) kemiallisesta energiasta eli parannetaan muuntohyötysuhdetta Polttomoottori Polttokenno Useimmat näistä mahdollisia yhdistää! 14
PERINTEISESSÄ TEKNIKASSA VIELÄ POTENTIAALIA! Erilaisten häviöiden minimoimisella kokonaishyötysuhde paranee 15
POLTTOMOOTTORI EDELLEEN VAHVOILLA Kohtuullinen hinta Mittavat investoinnit valmistukseen Hyvä suorituskyky Koeteltu konsepti = uskottava ja luotettava 16
Dieselkäyttö lisääntyy Elektroninen säätö Suoraruiskutus HCCI ENERGIAN KULUTUKSEN OSATEKIJÄT JA VÄHENTÄJÄT MOOTTORI tyyppi (otto/diesel) koko <> kuormitusaste
KOLARITESTIT OHJAAVAT KORITURVALLISUUDEN KEHITYSTÄ Turvatekijöiden lisääminen on kasvattanut auton massaa jopa 500 kg!!! 18
ENERGIAN KULUTUKSEN OSATEKIJÄT JA VÄHENTÄJÄT Startti-laturi -yhdistelmä Sähköinen apuvoima Täysin sähköinen voimalinja >> hybridiautot Toyota Prius VOIMANSIIRTO rakenne energian talteenotto (regeneraatio) Honda Civic GX Hybrid
Suomen markkinoilla olevia hybridiautoja 39,800 EUR* 29,950 EUR 35,500 EUR 28,900 EUR Toyota Prius II 2003 Honda Civic GX Hybrid - 2006 82,000 EUR 76,500 EUR 84,000 EUR 78,300 EUR 163,700 EUR Lexus RX400h 2005 Lexus GS 450h 2006 Lexus LS 600h 2007 TOISTAISEKSI VIELÄ "ELITISTINEN" VAIHTOEHTO, EI EKOLOGINEN! *Vuoden 2007 hinnat / Nykyhinnat 20
UUSIA HYBRIDIMALLEJA TULOSSA... Diesel Toyota Avalon Mercury Meta Peugeot 308 Nissan Altima Citroen C4 Mercury Mariner Saturn Vue Bensa Opel Corsa 21
Bensa-hybridi vs. Diesel Liikenneympäristö vaikuttaa energiatalouteen! 22
HYÖDYT VS. KUSTANNUKSET 23
Vaihtoehtojen lukumäärä on hyvin suuri, mutta kaikki eivät ole kilpailukykyisiä 24
Polttoaineen tuotanto: lähteestä tankkiin Pathway analysis Well to Tank (WTT) Raakaainetuotanto Raw Material Extraction primaarienergia (primary energy use) Polttoainetuotanto Fuel production Jakelu ja tankkaus Distributio n & refuelling Polttoaine tankissa On-board fuel
Polttoaineen käyttö: tankista pyöriin Pathway analysis - Tank to Wheels (TTW) Polttoaine tankissa On-board fuel Polttoaineen käyttö Fuel use (energian muunto) (energy conversion)
Analyysin mittatekijät Pathway analysis (WTW) - Dimensions CO 2 päästöt (CO 2eqv. /km) CO 2 Emissions (CO 2eqv. /km) WTT+TTW=WTW Energian käyttö (MJ/100 km) Total Energy Use (MJ/100 km)
Source: EU/JRC-EUCAR-CONCAWE 28
Tulevaisuusnäkymiä Visions of the Future 29
VAIHTOEHTO: SÄHKÖ H2 Etuja & hyötyjä: monipuolinen tuotantorakenne mahdollisuus käyttää uusiutuvaa ja kotoperäistä energiaa jakeluverkko olemassa voimakas CO 2 vähenemä mahdollinen (sähkön tuotantotavasta riippuen) Haittoja & haasteita: vaikea varastoida, akut vielä kehitteillä > vety on kiertotie käyttöturvallisuus? (korkeat jännitteet) vaatii uuden kaluston 30
Li-ioniakulla saavutettavissa sekä hyvä tehotiheys että energiatiheys http://www.arb.ca.gov/msprog/zevprog/symposium/presentations/andrew.pdf 31
UUSIMPIA HYBRIDIAUTOPROTOJA GM Chevrolet VOLT Plug-in hybrid electric drivetrain: E-Flex http://www.greencarcongress.com/2007/01/gm_introduces_e.html 32
UUSIMPIA HYBRIDIAUTOPROTOJA GM Chevrolet VOLT Plug-in hybrid electric drivetrain: E-Flex Ladataan yön aikana sähköverkosta (6 h) Litiumioni-akut, toimintamatka sähköllä noin 65 km Lataus ajon aikana 53 kw bensiinimoottorilla (1.0L/3- syl.) Bensiiniä n. 45 litraa Kokonaismatka yli 1000 km http://www.greencarcongress.com/2007/01/gm_introduces_e.html 33
UUSIMPIA HYBRIDIAUTOPROTOJA http://www.greencarcongress.com/2007/01/gm_introduces_e.html 34
LATAUSHYBRIDI JA SÄHKÖJÄRJESTELMÄ Lataushybridi eli pluggari (plug-in electric hybrid vehicle, PHEV) Vehicle with at least two motors (at least one electric) that can charge from the electric grid and drive considerable distance in electric mode sähkön kulutus sähkömoodissa ajettaessa 0,2 kwh/km akuston kapasiteetti rajoitettu, esim. vastaten 50 km Esimerkki 1: 500 000 lataushybridiautoa työmatka-ajossa 20 km suuntaansa á 4 kwh per auto per suunta eli yhteensä 2 GWh arkiaamupäivisin oletetaan 5 tunnin latausaika, jolloin 400 MW sähkökuormitus sähkön kulutus nousee n. 5 % ko. tunteina sähkö on suoraan otettavissa autojen sähkölämmitystolpista ilman muutoksia tai erityistä rasitusta sähköjärjestelmälle Esimerkki 2: 500 000 lataushybridiä, keskimäärin 10 000 km vuodessa sähköllä vuositasolla sähkön kulutus kasvaa 1 TWh, eli alle 1% Suomen sähkön kulutuksesta 20 m 2 aurinkosähköä tuottaa karkeasti 2000 kwh/vuosi, eli vastaa 10 000 km sähköajoa sähköautojen älykäs lataus voisi toimia esimerkiksi tuulivoimatuotannon säätönä 35
VAIHTOEHTO: VETY H2 Etuja & hyötyjä: monipuolinen tuotantorakenne mahdollisuus käyttää uusiutuvaa ja kotoperäistä energiaa voimakasco 2 vähenemä (tuotantotavasta riippuen) Haittoja & haasteita: huono energiasisältö puuttuva jakeluinfra käyttöturvallisuus? (painesäiliöt) vaatii uuden kaluston (=polttokenno) KUSTANNUKSET! KUSTANNUKSET! KUSTANNUKSET! 36
vety(kaas u) -säiliöt jäähdyttimet VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND energiabufferi (kondensaattori t) Polttokennoauto Honda FCX:n anatomia polttokenno apulaitteineen tehoelektroniikka ja ajomoottori
POLTTOKENNOAUTOJEN KÄYTTÖKOKEET Autoja koekäytössä kuitenkin vasta alle 1000 kpl! 38
ENERGIAN KULUTUKSEN OSATEKIJÄT JA VÄHENTÄJÄT KULJETTAJA & YMPÄRISTÖ POLTTOAINE AJOVASTUKSET MOOTTORI VAIHTEISTO ja VOIMANSIIRTO Tekniikka antaa mahdollisuuksia, mutta ottavatko markkinat ne vastaan?
AUTONSUUNNITTELUN RISTIPAINEET * Valmistus * Huollot ja ylläpito Kustannukset * Ajostabilitetti ja ajodynamiikka * Kolariturvallisuus Turvallisuus Markkinoitavuus * Kuljetus- ja suorituskyky * Varusteet * Haluttavuus * Melu * Pakokaasupäästöt * Energian kulutus * Kierrätettävyys Ympäristö 40
YHTEENVETO UUDET VOIMALAITEKONSEPTIT Dieselmoottorin suosio kasvaa Hybriditekniikka tulee polttomoottorin avuksi Polttomoottorin toiminta optimisäädöillä, kun sähkömoottori hoitaa tehonvaihtelutarpeet Regeneratiivinen jarrutus & lyhyt ajomatka sähköllä lisää hyötysuhdetta & rajoitettu ZEV mahdollisuus Polttokenno korvaa polttomoottorin, kunhan hinta ja kestoikä saadaan kohdalleen! Vetypolttoaineen jakelujärjestelmän rakentaminen on mittava investointi & haaste
MUUT LIIKENNEMUODOT - LENTOLIIKENNE Sekä maailmanlaajuisesti että Suomessa nopeimmin kasvava liikennemuoto Kaluston käyttöiät pitkiä > hidas uusiutuminen Voimalaitteelle asetetut, samanaikaiset vaatimukset erittäin hyvästä luotettavuudesta, keveydestä, vähäpäästöisyydestä ja pienestä energiankulutuksesta on hyvin vaikea täyttää muulla kuin nykytekniikalla. Lentokoneiden polttoainetalous on parantunut vuosien mittaan kuitenkin huomattavasti, noin 70 % / 40 v Pitkämatkaisessa liikenteessä suihkumatkustajakone kuluttaa noin 3 litraa/100 km matkustajaa kohden, joten ominaiskulutus on henkilöauton luokkaa! 42
MUUT LIIKENNEMUODOT - LAIVALIIKENNE Kaluston käyttöikä on todella pitkä ja uusiutuminen hidasta. Merikuljetusten (suhteellinen) halpuus heikentää investointiintensiteettiä. Uudet kuljetusjärjestelmät (kontit) tehostavat lastinkäsittelyä, mutta samalla myös houkuttelevat kuljettamaan tavaraa entistä pidemmillä etäisyyksillä. Meriliikenne on kansainvälistä liikennettä, johon ei päästä vaikuttamaan kansallisilla päätöksillä kuin osittain ja laajemmassa määrin vain rajoitetuilla merialueilla (Itämeri, Pohjanmeri). Nämäkään rajoitukset eivät puutu kulutukseen. Meriliikenne pyrkii kustannussyistä parantamaan energiatehokkuutta ja uudet moottorisukupolvet ovat energiatehokkaampia kuin vanhat. 43
MUUT LIIKENNEMUODOT - LAIVALIIKENNE Laivakäytössä polttokenno on periaatteessa yhtä mahdollinen kuin autoissa, ja itse asiassa koekäyttöjä on jo tehty. Tietä uudelle tekniikalle tasoittaa nykyaikaisten risteilylaivojen teknologia, joka perustuu sähkökäyttöön, ja polttomoottorit toimivat vain sähkövoimaloina >> periaatteessa voisi korvata polttokennoilla, hajautettu rakenne olisi jopa edullinen. Myös ydinreaktorin voimin kulkevia laivoja on tehty jo 1960- luvulta alkaen, tosin enimmäkseen sotilaskäyttöön. Mitään nopeaa muutosta tuskin kuitenkaan nähtäneen, sillä laivojen käyttöiät ovat kymmeniä vuosia, ja tällä hetkellä ne käyttävät moottoriensa polttoaineena yleensä halvimpia mahdollisia raakaöljytuotteita (raskas polttoöljy ja ns. pohjaöljyt). Kynnys kalliimman tekniikan ja polttoaineen omaksumisessa on siten varsin korkea. 44
MUUT LIIKENNEMUODOT - RAIDELIIKENNE Kiskoliikenne on ainoa merkittävä liikennemuoto, jossa käyttövoima jo nyt on jokin muu kuin raakaöljystä jalostettu tuote Suomessa pääradat on sähköistetty, likimain 80 % liikenteestä ajetaan sähkökäyttöisellä kalustolla Rataverkon uudistuksilla pyritään lyhentämään matkoja ja ratoja parantamalla nostamaan nopeuksia, jolloin matka-ajat lyhenevät tullen kilpailukykyisemmiksi lentämisen kanssa Aluekehityksen nimissä kuitenkin tekohengitetään lentolinjoja! 45
MUUT LIIKENNEMUODOT - RAIDELIIKENNE Dieselkäyttöistä kalustoa joudutaan käyttämään siellä missä ratoja ei ole sähköistetty Nykyinen dieselkalusto on vanhaa ja sen uudistusvauhti on erittäin hidasta Olennaisia teknisiä ratkaisuja kulutuksen vähentämiseen ei juuri ole käytettävissä VR pyrkii tehostamaan nykyisen kaluston käyttöä mm. taloudellisella ajotavalla ja siihen liittyvällä instrumentoinnilla Dieselkäyttöisen matkustajaliikenteen (mm. kiskobussit) lisääminen ei ole parannus linjaautoliikenteeseen verrattuna! 46
TYÖKONEET Työkoneisiin pätevät samat kehitystrendit kuin yleensä kulkuneuvomoottorieihin Uudet moottorisukupolvet ovat energiatehokkaampia kuin vanhat Säänneltyjen pakokaasupäästöjen rajoittaminen myös työkoneissa vähentää mahdollisuutta parantaa energiatehokkuutta 47
KIITOS MIELENKIINNOSTANNE! Keskustelua!
MUUT LIIKENNEMUODOT Lentokoneet, laivat, kiskokalusto Voimalaitteiden energiatalouden kehitys etenee Kaluston käyttöikä on pitkä ja uusiutuminen hidasta Kuljetusaloilla matala investointi-intensiteetti Uudet kuljetusjärjestelmät (kontit) tehostavat lastinkäsittelyä, mutta samalla myös houkuttelevat kuljettamaan tavaraa entistä pidemmillä etäisyyksillä, kun kustannukset laskevat 49