Älykäs vähähiilinen liikenne Tulevaisuuden liikenne -seminaari Kerubi, Joensuu, 19.11.2015 Nils-Olof Nylund, tutkimusprofessori VTT Click Sisältöto edit Master title style Suuntaviivoja tulevaan Click to edit Master text styles Älyliikenne Second & level liikenteen digitalisaatio Autojen kehitystilanne Liikenteen energiavaihtoehdot VTT:n TransSmart kärkiohjelma Yhteenveto 2 1
Tämä ei ainakaan ole älykäs ja kestävä Click liikennejärjestelmä to edit Master title style Click to edit Master text styles Ruuhkaan juuttunut ajoneuvo kuluttaa energiaa ja tuottaa päästöjä, muttei tuota hyödyllistä työtä! 3 Liikenteen ympäristövaikutukset Click to edit Master title style Määritteleviä tekijöitä Click Yhdyskuntarakenne to edit Master text styles Liikennemäärät ja liikennemuodot Sääntelyä Käyttövoimat ja energia Ajoneuvojen ominaisuudet ja kuljettajien käyttäytyminen Tekniikkaa Käyttäjä Järjestelmä 4 2
Click Tulevaisuus to edit Master title style Koko energiajärjestelmää koskeva kysymys: Saadaanko aikaiseksi kansainvälisesti sitovia sopimuksia kasvihuonekaasupäästöjen Click merkittävistä to edit vähennyksistä Master text styles (suuruusluokka 80 %) vuodelle 2050? Miten hiilidioksidipäästöt hinnoitellaan tulevaisuudessa? Liikenteen osalta ehkä oleellisempaa kuin keskustelu siitä, minkä näköinen tulevaisuuden auto on ja mitä polttoainetta se käyttää on keskustelu siitä, miltä näyttää tulevaisuuden liikennejärjestelmä ja miten kuluttajat toimivat (yksityisautoilun tulevaisuus, autojen yhteiskäyttö, Mobility as a Service, automaattiajoneuvot jne.) Kuva: CVIS 5 Liikenteen aiheuttamat yhteiskunnalliset haasteet Click to edit Master title style Click to edit Master text styles S. Schmerbeck/VW 2014 6 3
Click to edit Master title style Click to edit Master text styles The world cannot support continued business-as-usual growth without some major changes in how we approach transport: either through ICT or mode shifting or some combination of these options. In developing regions in particular, it simply will not be possible to build enough roads to support 3 billion vehicles by 2050, electric, gas or conventional diesel this is certainly a driver for finding real solutions to sustain long-term travel demand growth beyond vehicle and fuel technologies. 7 John Dulac/IEA/2013 Click EU:n vuoden to edit Master 2011 liikenteen title stylevalkoinen kirja Vuoden 2011 valkoinen kirja esittää tiekartan kilpailukykyiseen ja Click resurssitehokkaaseen to edit Master texteurooppalaiseen styles liikennejärjestelmään Tavoitteena mm. öljyriippuvuuden vähentäminen ja liikenteen kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen 60 % vuoteen 2050 mennessä (kasvihuonekaasupäästöt, huoltovarmuus!) 10 toimenpidettä/tavoitetta ryhmiteltynä 3 pääryhmään: Uusien kestävien polttoainevaihtoehtojen ja voimanlaiteratkaisujen kehittäminen ja käyttöönotto Multimodaalisten matka- ja logistiikkaketjujen optimointi ja tehokkaampien liikennemuotojen käyttöönotto Liikennejärjestelmän ja siihen liittyvän infrastruktuurin tehokkaampi käyttö mm. informaatiotekniikkaa hyödyntämällä 8 4
Click Tulevaisuus: to edit Master Tästä voidaan title styleolla aika varmoja Päästöjen rajoittamisen tarve ei katoa Click paikalliset to edit Master päästöt, hiilidioksidipäästöt text styles Liikenteen Second öljyriippuvuutta level halutaan edelleen vähentää Energiatehokkuus nousee kunniaan Elektroniikan, tietotekniikan ja sähkön osuus autoissa lisääntyy Järjestelmät kommunikoivat keskenään autot keskenään, autot ja kiinteä infrastruktuuri Ihmisten käyttäytyminen muuttuu henkilöauton omistaminen ei ehkä olekaan itseisarvo Mitkään suuret muutokset energia- ja liikennejärjestelmissä eivät tapahdu yön yli 9 Click Tulevaisuus: to edit Master Näistä title asioista stylekannatta keskustella! Päästäänkö maailmanlaajuisesti yhteisymmärrykseen CO Click to edit Master text styles 2 päästöjen vähentämisestä? Lyökö täyssähköauto itsensä läpi? Mikä on vetypolttokennoauton tulevaisuus? Tuleeko markkinoille uusia merkittäviä toimijoita? Onko älyliikenne kuitenkin vain yksi hype muiden joukossa? Ottaako kuluttuja ympäristöasiat tosissaan, onko kuluttaja valmis tinkimään omasta mukavuudestaan? 10 5
Uusia trendejä, mm.: Liikennejärjestelmän kehittämisessä eri liikennemuodot yhdistetään infran ja erityisesti ICT:n avulla toisiinsa tehokkaaksi kokonaisuudeksi Liikenne palveluna Mobility as a Service (MaaS) Autojen automatisointi Saattaa vähentää henkilöautojen lukumäärää (käyttöaste kasvaa) mutta lisätä liikennemääriä ja vähentää joukkoliikenteen osuutta Verkkokauppa Tuotteiden kuljetus kotiin asiakkaille saattaa lisätä liikennemääriä 24/11/2015 11 12 24/11/2015 12 http://maas.fi/ 6
TransSmart seminaari 11.11.2015 Tulevaisuuden digitaaliset liikenne- ja logistiikkapalvelut 24/11/2015 13 HSL:n uusi lippu- ja informaatiojärjestelmä Uudistus mahdollistaa matkakortin nettilataamisen ja uuden vyöhykemallin käyttöönoton sekä HSL alueen laajentamisen Lipun ostaminen on entistä helpompaa ja sujuvampaa Entistä kattavammat reaaliaikaiset informaatio- ja verkkopalvelut Uusi reaaliaikainen avoin reittiopas RO4.0 Busseihin asennetaan näytöt, joissa näkyy seuraavan pysäkin nimi Myöhemmin myös pysäkkikuulutusten käyttöönotto Informaatiota hyödynnetään myös liikenteen hallinnassa, joukkoliikenteen suunnittelussa, lipputulojen seurannassa ja talouden suunnittelussa sekä laadun valvonnassa Joukkoliikenteen liikennevaloetuuksia voidaan toteuttaa nykyistä laajemmalla alueella Suvi Rihtniemi/HSL 7
Telematics & e-mobility Zone Management Terminal School Residential Area City Centre Low Speed Zone Zero Emission Zone Zero Emission Zone Electric drive Hybrid drive Magnus Broback/Volvo Buses Ajamisautomaation tasot Taso Nimi Ajosuoritus Havainnointi Varasuorittaja Ihminen vastaa ajoympäristön havainnoinnista Kattavuus 0 Ei automaatiota Ihminen Ihminen Ihminen Ei mitään 1 Kuljettajan tukijärjestelmät 2 Osittainen automaatio 3 Ehdollinen automaatio 4 Korkea automaatio 5 Täysi automaatio Ihminen JA järjestelmä Ihminen Ihminen Järjestelmä Ihminen Ihminen Järjestelmä vastaa ajoympäristön havainnoinnista Järjestelmä Järjestelmä Ihminen Järjestelmä Järjestelmä Järjestelmä Järjestelmä Järjestelmä Järjestelmä Jotkut ajotilanteet Jotkut ajotilanteet Jotkut ajotilanteet Jotkut ajotilanteet Kaikki ajotilanteet 2016 2025? 2030 2050 Mukaillen: SAE, 2014; Innamaa et al., 2015 Eetu Pilli-Sihvola/Trafi 2015 Liikenteen turvallisuusvirasto 8
Palvelun käyttö luonnokset pilotti tarkoitukseen Asiakkaat mukana palvelun kehityksessä (Lean Service Creation) J 11-11-2015 Jouni Sintonen/TeliaSonera 2015 Kuljetusyrityksen toiminnanohjauksen elementtejä sähköä tarvitaan - viivakoodit - rfid - nfc - kuvaus - puhe Tuotteiden tunnistaminen Sähköinen kuljetustilaus Kuljetusten suunnittelu - ajojärjestely / tuotanto - tilausten kohdentaminen - kuljetusyksiköille ja kuljettajille - optimointi - kartta-/reittiohjelmistot - asiakasdata - operatiivinen data - kalustodata - henkilöstödata + palautteet + palkkajärjestelmä - järjestelmäanalyysit Mittarit ja raportointityökalut - reaaliajassa? ehdot? - selfbilling? - lisätiedot? - bonus/malus? Sähköinen kuljetus- /palvelulasku Keikan tietojen välittämi nen - kirjanpitoon, palkanlaskentaan, korjaamo- /huoltoseurantaan Keikan tietojen välittäminen Kuljetusten suorittaminen - mobiiliviestintä - rekkapc:t, tabletit? - järjestelmän toimintavarmuus - toimitusten seuranta + tilapäivitykset asiakkaille - poikkeamatiedot - reklamaatiot - paikannus / - reitinohjaus - asiakaskohtaiset purkutiedot + asiakkaan järjestelmäpäivitykset 18 TransSmart 2015 / Sakari Backlund SKAL 11.11.2015 9
Click Autojen edit kehitystilanne Master title style Click to edit Master text styles 19 Click Missä to ollaan? edit Master title style Autotekninen kehitys on ollut todella ripeää viimeisten 20 vuoden Click to edit Master text styles aikana Sähköisten järjestelmien ja älyn osuus lisääntyy jatkuvasti Autotekniikan kirjo on lisääntymässä, ml. ladattavat hybridit, täyssähköautot ja Fifth jatkossa level myös polttokennoautot Lähipäästöt saadaan kuriin parhaimman nykytekniikan avulla kipupisteinä mm. vanhat dieselautot ja suoraruiskutuksella varustetut bensiinimoottorit myös Volkswagenin dieselpäästöhuijaus on noussut otsikoihin Hiilidioksidipäästöjen rajoittaminen on haastavaa Henkilöliikennejärjestelmä perustuu pitkälti henkilöautoihin ja auton omistamiseen 20 10
Click Kuljettajaa to editavustavat Master title järjestelmät style lisävarustehinnastosta poimittuna Tutkaan perustuva mukautuva vakionopeudensäädin ACC Click to edit Master text styles (Adaptive Cruise Control) Hätäjarrutusautomatiikka Kaukovaloautomatiikka Kaistanpitoavustin Fifth(Lane level Assist) Kaistanvaihtoavustin (Side Assist Plus) Liikennemerkkien tunnistusjärjestelmä Pysäköintiavustin (Park Assist) Kuljettajan vireydentilan seuranta Vakiona tietenkin lukkiutumattomat jarrut (ABS), vetoluiston rajoitus (ASR) ja ajonvakautus (ESP) 21 Click Uudet to raskaat edit Master Euro VI titleautot styleovat erittäin vähäpäästöisiä Click to edit Master text stylesväittämä siitä että jokin polttoaine olisi lähipäästöiltään parempi kuin toinen alkaa olla historiaa Loppupeleissä voittaja on se vaihtoehto joka tarjoaa kustannustehokkaimman CO 2 reduktion 0,25 Laskennallinen päästöhaitta Alhaiseen päästötasoon tarvitaan hyvälaatuisia polttoaineita (rikittömyys, ei epäpuhtauksia )! /km 0,2 0,15 0,1 0,05 0 PM NOx 22 11
Click CO 2 päästöjen to edit Master muodostuminen title style ja niiden vähentäminen Click to edit Master text styles Suorite Energian kulutus Kokonaispäästö Fourth level (km)* * (MJ/km)* * Hiili-intensiteetti (g CO2/MJ) Vähennystoimenpide Vähennetään liikennettä Modal shift, fiksu toiminta & energiatehokkuus Uusiutuva energia * henkilökilometri/tonnikilometri 23 Suoritusarvovertailu Click to edit Master title style VW Golf VII diesel 2015 VW Golf I diesel 1976 Audi A6 Avant 2015 Click to edit Master text styles iskutilavuus (l) 1,6 1,5 3,0 (TDI Competition) huipputeho (kw) 81 37 240 vääntömomentti (Nm) 250 84 650 huippunopeus (km/h) 200 144 250 (rajoitettu) kiihtyvyys 0 100 km/h (s) 10,5 18 5,1 omapaino 1265 780 2005 polttoaineen kulutus (EU yhd. l/100 km) 3.4 6,4 6,4 CO 2 päästö (g/km) 89 169 169 hiukkassuodatin on ei on Mitä jos koko tekninen kehitys olisi suunnattu pelkästään polttoaineen kulutuksen pienentämiseen? 24 12
CO Click 2 päästöjen kehitys raskas kalusto to edit Master title style Click to edit Master text styles Hyötyajoneuvojen kohdalla ei samalla tavalla löysää kuin henkilöautoissa: Logistiikan ja käyttöasteen parantaminen CO 2 tehokkaat biopolttoaineet 25 Liikenteen energiavaihtoehdot 13
27 Polttoainehierarkia Nestemäisten polttoaineiden tarve Lentoliikenne Meriliikenne Tieliikenteen raskaat ajoneuvot Raideliikenne Tieliikenteen kevyet ajoneuvot ja kaupunkiliikenne Sähköistys mahdollinen 27 Miksi hiilivetypolttoaineet ovat niin suosittuja? Nestemäisten hiilivetypolttoaineiden ylivoima perustuu: erinomaiseen energiatiheyteen helppoon käsiteltävyyteen helppoon valmistukseen 100-vuotiseen perinteeseen! Lähde: Goguen/US DOE 2006 14
IEA Energy Balances IEA 2014, Figures for 2012 29 Total final consumption 8979 Mtoe Transport 2507 Mtoe (28 %) Total oil 3652 Mtoe Transport 63.7 %= 2326 Mtoe Transport dependency on oil 93 % Total natural gas 1366 Mtoe Transport 6.6 %= 90 Mtoe or some 4 % of total transport Total electricity 1626 Mtoe Transport 1.6 %= 26 Mtoe Total coal 909 Mtoe Transport 0.4 %= 4 Mtoe Balance transport 61 Mtoe 29 30 Fuel volumes for road transport in EU28 Statistical pocketbook 2015, figures for 2013 Bio-share 4.6 % 30 15
31 Akkusähköllä toimiva tukkirekka (Vitsi vitsi ) 31 32 Pikatankkaus/pikalataus Dieselin tankkaus 70 l/min ~40 MW Sähköbussin pikalataus 650 kw (suunnitteilla) Opbrid/Busbaar V3 32 16
33 Volkswagenin voimalaite- ja polttoainestrategia S. Schmerbeck/VW 2014 33 Click to edit Master title style Ilmassa on sähköä: Sähköautot tulevat? Click to edit Master text styles 34 17
Millä edellytyksillä sähköautoja saadaan liikenteeseen? Sähköautoihin syntyy tarjontaa Sähköautojen suorituskyky (toimintamatka) vastaa ihmisten tarpeita Sähköauto on kustannustehokas Sähköautoille synnytetään järkevä latausinfrastruktuuri Sähköautojen käyttö ja lataus on vaivatonta Sähköauto tuo kuluttajalle lisäarvoa polttomoottoriautoon verrattuna Click Volkswagen to edit Master Golf hinnat title style Bensiini Click to edit Master text styles Etanoli (flex-fuel) Maakaasu (bi-fuel) Lataushybridi (PHEV) Täyssähkö (BEV) http://www.volkswagen.fi/golf/hinnat 24.5.2014 36 18
Norja kulkee sähköisen liikenteen kärjessä, mutta 24/11/2015 37 Simple Charging Scenario Lähde: Larsen 2009 19
Plugged In with Smart Grid Solution Lähde: Larsen 2009 Click Unohtiko to edit joku Master latauksen title style standardoinnin? Click to edit Master text styles Kuva: ABB 40 20
Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Suomalainen latausoperaattori VIRTA 41 Sähkön tarve Suomessa 21
http://www.iea.org/evi/global-ev-outlook-2015-update_2page.pdf Click Sähköautojen edit Master ekonomia title style Sähköauto on kallis hankkia mutta halpa käyttää Click to edit Master text styles Henkilöauto seisoo normaalisti 23 tuntia vuorokaudessa Bussi ajaa jopa 18 20 Fifth level tuntia vuorokaudessa 44 22
Sähköbussi ei ensisijaisesti ole autotekninen haaste vaan laajempi järjestelmätason asia! Siemensin latausjärjestelmä. Kuva Sami Ojamo. ebus-hanke Click to edit Master title style Click to edit Master text styles The vehicle The transport system How do electric buses fit into the public transport system? Ministry of Transport Helsinki Region Transport City of Espoo Veolia, Aalto University Green Public E-Mobility The energy supply Public sector Private sector Bus operator Research organization How do electric buses perform? Veolia, VTT Bus manufacturers (BYD, Caetano, others to follow) Component manufacturers (European Batteries, Vacon) Transport Safety Agency How can electric buses be recharged and how is the grid affected? Smart grid and smart bus depot Fortum Veolia, Metropolia Polytechnic, VTT 46 23
HSL avaa pelin, innovoi ja hankki sähköbusseja Spin-off: Sähköbussivalmistaja Helsingin seudun liikenne HSL ostaa 12 Linkker bussia 24.11.2015 48 24
Polttokennoautot 49 Vaihtoehto: Vety H2 Etuja & hyötyjä: erittäin monipuolinen tuotantorakenne mahdollisuus käyttää uusiutuvaa ja kotoperäistä energiaa voimakas CO 2 vähenemä - vedyn tuotantotavasta riippuen Haittoja & haasteita: pieni energiasisältö (kaasuna) käyttöturvallisuus? (painesäiliöt) vaatii uuden kaluston (=polttokenno) puuttuva jakeluinfra Polttokennoauto on sähköautoautojen eräs alaryhmä: extended range electric vehicle jossa lisäsähkö tuotetaan polttomoottorin sijasta polttokennolla 50 25
51 Toyota panostaa polttokennoautoihin Katsuhiko Hirose Wienissä 20.10.2014 kysymykseen: When will FCVs become mainstream technology? Vastaus: Around 2035! 51 52 Shellillä tällä hetkellä 6 vedyn tankkausasemaa. Shell uskoo tietävänsä vuoteen 2025 mennessä lähteekö vetyteknologia kehittymään. O. Bishop/Shell 2014 52 26
TRANSSMART TRANSSMART: ÄLYKÄS VÄHÄHIILISTÄ ENERGIAA KÄYTTÄVÄ LIIKENNE Kärkiohjelma TransSmart on sujuvan, kustannustehokkaan ja ympäristöystävällisen liikennejärjestelmän kehitysalusta. Päätavoitteena on saattaa liikennejärjestelmä kokonaisuudessaan kestävän kehityksen tielle vähähiilisen energian, vähäpäästöisten ja energiatehokkaiden ajoneuvojen, tehokkaiden ICT-ratkaisujen ja älykkäiden liikennepalvelujen käyttöönoton sekä näitä tukevan sosioteknisen muutoksen avulla. Jotta liikennesektori voisi saavuttaa sille asetetut haastavat tavoitteet palveluiden laadun, tehokkuuden ja ympäristövaikutusten suhteen tarvitaan systeemistä lähestymistapaa. Osaoptimoinneista tulee pyrkiä kokonaisjärjestelmän parempaan ymmärtämiseen ja sen optimointiin. 54 27
TRANSSMART SISÄLTÖ JA TEEMAT Liikenteen biopolttoaineet Vähähiiliset polttoaineet Sähkö- ja polttokennoautojen energiainfrastruktuuri Pikalataus ja verkko-vaikutukset Energian varastointi Älykkäät liikennepalvelut Palvelukonseptit (ml. MaaS) ja liiketoimintaekosysteemit Yhteistoiminnalliset järjestelmät ja liikenteen robotisaatio Liikenteenhallinnan järjestelmät ja palvelut Älykkäät kaupungit ja liikennekäytävät kehitysympäristöinä Vähähiilinen energia Edistykselliset ajoneuvot Liikennejärjestelmä Megatrendit Liiketoimintamahdollisuudet Päätöksenteon tuki Osaamisen kasvattaminen Ajoneuvojen tehokas käyttö Ajoneuvoteknologia Hybridivoimalaitteet Sähkö- ja polttokennoautot Painopisteenä hyötyajoneuvot ja työkoneet Puhdas laivatekniikka Liikennejärjestelmän ennakointi Järjestelmätason vaikutusten arviointi Käyttäjien arvot, tarpeet, toiveet ja hyväksyntä Toimijaverkostot ja niiden hallinta 55 http://www.vtt.fi/inf/pdf/visions/2014/v5.pdf 28
www.transsmart.fi Click Yhteenveto to edit Master title style Vuoden 2020 askelmerkit ovat tiedossa, nyt paalutetaan vuotta 2030 Vuoteen Click to 2030 edit Master ja siitä eteenpäin text styles liittyy paljon epävarmuutta Selvää Second kuitenkin, level ettei yksi energiamuoto tai yksi tekniikkavaihtoehto voi kattaa kaikkia Third liikennemuotoja level tai edes tarpeita yhden liikennemuodon sisällä Liikenteeseen, Fourth varsinkin level tieliikenteeseen tulee uusiutuvaa energiaa biopolttoaineina ja Fifth uusiutuvana level sähkönä, mahdollisesti myös vetynä Liikennejärjestelmän kehittämisessä eri liikennemuodot yhdistetään infran ja erityisesti ICT:n avulla toisiinsa tehokkaaksi kokonaisuudeksi Kuluttajat siirtyvät kulkuvälineiden hankinnasta liikkumispalveluiden hankintaan Tieliikenteeseen tulee älyajoneuvoja ja jossakin vaiheessa myös automaattiajoneuvoja, liikkumisesta muodostuu liikennemuoto-riippumaton oma palvelukokonaisuus 58 29
TEKNOLOGIASTA TULOSTA 30