Projektiryhmä PUUTAVARA-AUTOJEN POLTTOAINEEN KULUTUS Jouni Väkevä, Olavi Pennanen ja Jouko Örn Rahoittajat Metsähallitus, Metsäteollisuus ry, Metsäliitto Osuuskunta, Stora Enso Oyj, UPM-Kymmene Oyj, Vapo Timber Oy, Yksityismetsätalouden Työnantajat r.y. ja Liikenne- ja viestintäministeriö Kumppanit Jyväskylän ammattikorkeakoulu, Tekniikka ja liikenne: logistiikan lehtori Mikko Keskinen; insinööriopiskelijat: Pasi Sauna-aho, Erno Lehtinen, Janne Herukka, Timo Nisula ja Henri Vuolle EC-Tools Oy: Matti Liedes Tiehallinto: Olavi Koskinen Vemosim Oy: Jussi Sauna-aho ja Pasi Sauna-aho P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 1
Projektin tavoitteet ja raportit Tavoitteet Selvittää polttoaineen kulutuksen tasoa ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Kokeilla ja kehittää polttoaineenkulutuksen mittausmenetelmiä. Kokeilla simuloinnin käyttökelpoisuutta polttoaineen kulutuksen ja päästöjen määrittämisessä. Tavoitteisiin pyrittiin kolmella osatutkimuksella: A. Kyselytutkimus, B. Kulutusmittaukset, ja C. Simuloinnit. Raportit Puutavara-autojen polttoaineen kulutus Metsätehon raportti nro 166, 9.1.2004 Puunkuljetuksen kulutusseuranta, loppuraportti, Jyväskylän ammattikorkeakoulu, 6.8.2003 Raakapuukuljetusten energiakulutuksen ja päästöjen määrittäminen ajoneuvosimulaattori Vemosimilla, opinnäytetyö, Pasi Sauna-aho, Jyväskylän ammattikorkeakoulu, toukokuu 2003 P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 2
A. Kyselytutkimus: menetelmät ja aineisto Aineiston tunnuslukuja Vastauksia 31 autosta eri puolilta Suomea (kts. kartta). Kulutustietoja yhteensä 249 kk ajalta, jolloin ajettiin 3,4 milj.km ja polttoainetta kului 2,0 milj. litraa. Kuormia 16 500, keskimatka 129 km, tyhjänäajoa keskimäärin 38 %. Aineiston korjaukset Kulutukset muunnettiin 50 %:n tyhjänäajolle. Alle 12 kk jaksolta kertyneeseen kulutukseen tehtiin kausikorjaus. P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 3
Kulutus, litraa/100 km 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 A. Kyselytutkimus: tulokset KULUTUS KESKIMATKAN MUKAAN Kyselytutkimus (29 autoa), tulokset oikaistu 50 % tyhjänäajolle ja tehty kausikorjaus 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 Kuljetusmatka, km = auton keskikulutus ja kuljetusmatka = keskimääräinen kulutus koko aineistossa P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 4
B. Kulutusmittaukset: menetelmät ja aineisto Menetelmät Tiedonkeruu SkalNet laitteistolla Keski-Suomen alueelta 23.8.2002 30.6.2003. Tutkimusauto: Sisu E14M-530, vm. 1999, moottori 14 litran Cummins (euro2). Autosta kerätyt tiedot yhdistettiin kuormatietoihin ja laskettiin ns. päivän keskikuormalle keskikulutus ja keskimääräinen ajomatka kuormattuna ja tyhjänä. Aineiston tunnuslukuja Ajomatka yhteensä 97 000 km ja polttoaineen kulutus kuormattuna- ja tyhjänäajossa yhteensä 52 150 litraa keskikulutus 53,8 litraa/100 km. Kuormia yhteensä 527 kpl, joiden kuormaukseen, purkamiseen ja muihin pysähdyksiin kului polttoainetta 4 111 litraa keskimäärin 7,8 litraa/kuorma. P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 5
B. Kulutusmittaukset: tulokset 1. Kuormattuna- ja tyhjänäajolle laadittiin seuraavat kulutusfunktiot: Kulutus, litraa/100 km 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 Kuormattuna-ajo Tyhjänäajo 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Matka, km/kuorma 2. Lisäksi kuormaukseen, purkamiseen ja muihin pysähdyksiin kului polttoainetta keskimäärin 7,8 litraa/kuorma P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 6
C. Simulointi: tutkimusmenetelmät Mittausten ja simuloinnin vertailu Mittaukset: SkalNet laitteisto Simuloinnit: VEMOSIM Auto: Sisu E14M-530, vm. 1999, Cummins moottori (euro2) Testiajo kuormattuna: VT 9 Jämsä Jyväskylä, 56 km (26.9.2002) Tien pystygeometria määritettiin Tiehallinnon tierekisteritietojen avulla. Muut kulutus- ja päästösimuloinnit: Simuloimalla lasketut päästölajit: NO x, CO 2, CO, PM ja HC Vaikuttavien tekijöiden tarkastelu mm: tavoitenopeus, ajoneuvon massa, vetopyörästön välitysuhde ja vaihteiden vaihtostrategia. Simulointeja metsätiellä ajosta tehtiin Kekomäki Uimaharju tietiedoilla. P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 7
C. Simulointi: tulokset 1/2 Keski-Suomi Jämsä Jyväskylä Päätie Itä-Suomi Kekomäki - Uimaharju Metsäautotie Metsäautotie + päätie Ajomatka, km 56,3 1,0 98,8 Keskinopeus, km/h 75,7 20,5 64,2 Polttoaineen kulutus, l/100km 58,9 116,3 61,3 CO 2, g/km 1 789 3 400 1 800 NOx, g/km 22,3 50,5 25,0 Metsätiellä kulutus ja päästöt noin kaksinkertaisia verrattuna päätiehen. P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 8
C. Simulointi: tulokset 2/2 Simuloinnin käyttökelpoisuus kulutuksen ja päästöjen määrittämisessä: Mittauksilla ja simuloinnilla päädyttiin samaan ajonopeuteen ja kulutukseen testiajoreitillä. Toistaiseksi kustannustehokkain menetelmä laskea päästöt. Hyvä työkalu kulutukseen ja päästöihin vaikuttavien tekijöiden tarkasteluun. Jatkossa tarvitaan uusia menetelmiä tien pystygeometrian määrittämiseen. Uudesta autokalustosta tarvitaan moottorikarttoja. P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 9
Keskikulutukseen vaikuttavia tekijöitä Kuormattuna- ja tyhjänäajon suhde: tyhjänäajon vähentäminen nostaa keskikulutusta (l/100 km)., mutta pienentää kokonaiskulutusta ja yksikkökulutusta (l/m 3 ). Keskimatka: lyhyellä matkalla keskikulusta nostaa terminaalivaiheiden kulutuksen (litraa/kuorma) suhteellisen osuuden nousu kokonaiskulutuksesta. Kuorman koko: yksi lisätonni nostaa keskikulutusta 0,6 litraa/100 km, mutta pienentää yksikkökulutusta (l/m 3 ). Kuljetusten suunnittelu: kulutusta nostavat mm. nosturin kuljettaminen, pienten erien keräily, purkaminen omalla nosturilla ja pysähdykset ajon aikana. Tietyyppi: kulutus nousee alempiasteisilla, huonolaatuisilla ja kuntoisilla ja mäkisillä teillä (metsätiellä kulutus ja päästöt olivat noin kaksinkertaiset päätiellä ajoon verrattuna). Vuodenaika: talven huippukulutus oli 12 % korkeampi verrattuna kesään. Kaluston mitoitus: moottorin ja voimansiirtolinjan valinta ja kaluston keveys. Taloudellinen ajotapa: tavoitenopeuden valinnalla ja vaihteiden vaihtostrategialla merkittävä vaikutus. Muita tekijöitä: kaluston huolto, kesä- ja talvilaadun oikea-aikainen käyttö, korkealuokkaiset voiteluaineet. P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 10
Projektin lopputuloksena uusi kulutusmalli Kulutus, litraa/100 km 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Tasokorjaus 100 km kohdalla +1,64 l/100 km Kuljetusmatka, km Kyselytutkimus Kulutusmittaus Kulutusmalli Tyhjänäajon osuus 50 % kokonaisajomatkasta Kulutusmallin rakenne perustuu kulutusmittauksiin ja taso kyselytutkimukseen. Malli koostuu kuormattuna- ja tyhjänäajon ja terminaalivaiheiden kuluksesta. P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 11
Kulutus, litraa/100 km Vertailu muihin tuloksiin Tyhjänäajon osuus vertailussa on 50 % kokonaisajomatkasta 72 70 Uusi kulutusmalli 68 Vanha kulutusmalli 66 Skogforskin tutkimus 2002 64 (neljän auton keskikulutukset) 62 60 58 56 54 52 50 48 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Kuljetusmatka, km Uuden ja vanhan kulutusmallin ero esim. 100 km matkalla +4,9 % P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 12
Jatkotutkimukset Tutkimustulokset Taso ja vaikuttavat tekijät Toteutumatiedot Kulutustasot eri olosuhteissa Kulutus A. Mittaukset B. Simulointi C. Kyselytutkimukset Päästöt A. Mittaukset B. Simulointi Kulutus Kuljetuksen suorittaja raportoi kulutuksen ( ympäristöjärjetelmät) Kulutustiedot yhdistetään suorite ja olosuhdetietoihin Ympäristölaskenta Kustannuslaskenta Tutkimustietoa kulutuksesta tarvitaan kustannustehokkuuden parantamiseksi (polttoaineen säästäminen) ja ympäristölaskennan tarpeisiin (kulutus ja päästöt). Uudet mittaustekniikat mahdollistavat laajempien ja tarkempien aineistojen keruun. Kulutustietoja tarvitaan kuljetusten suorittajilta, jos ympäristöraportointia edellytetään kaikilta puunhankintaketjun toimijoilta. P271 Metsäkoneiden ja puutavara-autojen polttoaineen kulutus 13