HENKILÖAUTOLIIKENTEEN ENERGIATEHOKKUUDEN PARANTAMINEN KÄYTTÄJÄLÄHTÖISIN TOIMIN EFFICARUSE Juhani Laurikko, VTT 18.11.2010
22.11.2010 2 PÄÄSTÖMÄÄRÄN PERUSTEKIJÄT Yhdyskuntarakenne, joukkoliikenteen tarjonta etc. Ajokustannukset Henkilöautojen ominaisuudet (=ominaispäästöt) + Auton perustekniikka eli auton valinta Ajotapa & muu käyttöön liittyvä Ajosuoritteet
Henkilöautojen CO 2 päästöt Suomessa 22.11.2010 3
22.11.2010 4 TOIMENPITEIDEN KOHDISTUVUUS Ajoneuvoliikenteen aiheuttamien kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen tähtäävät toimet voidaan jakaa periaatteellisella tasolla kahteen pääryhmään: autokannan ominaisuuksien kehittämiseen (autokannan uudistuessa), tai olemassa olevan autokannan käyttämiseen mahdollisimman energiatehokkaasti
22.11.2010 5 LIIKENTEEN ENERGIATEHOKKUUDEN PARANTAMINEN käyttö hankinnat Polttoaineen kulutus / CO päästö 2 ajamisen tehostamisella luotua vähennyspotentiaalia olemassa oleva autokanta nykyhetki tuleva autokanta autokantaa muuttavaa kehityspotentiaalia uusissa autoissa
22.11.2010 6 ALATEHTÄVÄKOKONAISUUDET Energiataloudellinen ajaminen ja auton käyttö Ecodriving & ajajan apuneuvot; ohjeistus Henkilöautojen propulsiotekniikat ominaisuuksien back to back vertailu Suomen olosuhteissa Sähkö ja hybridiajoneuvojen suorituskyky & energiatalous erityisesti kylmissä käyttö olosuhteissa
Energiataloudellinen ajaminen ja auton käyttö
22.11.2010 8 ENERGIATEHOKAS AJAMINEN PERUSTEET A) Energian TARPEEN minimointi vältetään turhia & voimakkaita kiihdytyksiä ajetaan mahdollisimman pienellä nopeudella vältetään pysähdyksiä liikennetilanteen ennakoinnilla vähennetään ajovastuksia (turha kuorma pois, korotetut rengaspaineet jne.) B) Energian tehokas TUOTTAMINEN käytetään aktiivisesti vaiheistoa ja kaasupoljinta siten, että moottori tuottaa tehoa hyvällä hyötysuhteella
22.11.2010 9 ENERGIATEHOKKUUDEN OSATEKIJÄT Vääntömomentti (Nm) suuri vaihde, pieni kulutus 250 270 300 400 g/kwh vakio ajonopeus (km/h) 500 g/kwh 600 pieni vaihde, suuri kulutus Moottorien ominaisuudet päästö = f (moottori,auto,tie) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Käyntinopeus (rpm) Auton ominaisuudet Tiestön ominaisuudet
22.11.2010 10 VAIHTEEN VALINNAN MERKITYS Vääntömomentti (Nm) suuri vaihde, pieni kulutus 250 270 300 400 g/kwh vakio ajonopeus (km/h) 500 g/kwh 600 pieni vaihde, suuri kulutus 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Käyntinopeus (rpm)
22.11.2010 11 ENERGIATEHOKAS AJAMINEN OSATEHTÄVÄT Energiatehokkaan ajamisen ohjeistus uusimmille autoille Kuljettajan apuvälineet taloudelliseen ajoon Normikulutusten oikeellisuus; kulutus todellisessa ajossa Käyttöolosuhteiden (=kylmäkäyttö) vaikutukset ja niiden lievittäminen Huolto, ylläpito, rengasvalinnat, varustelu Mallilaskelmat ja simulaatiot
22.11.2010 12 ENERGIATEHOKAS AJAMINEN HYÖDYT & TUOTOT Polttoaineen kulutuksen ja hiilidioksidipäästöjen vähenemä henkilöautoliikenteessä Liiketoimintamahdollisuuksien paraneminen taloudellisen ajon koulutuksessa Uudenlaisten tuotteiden (laite, ohjelmisto) syntyminen apulaitemarkkinoille
HENKILÖAUTOJEN PROPULSIOTEKNIIKAT Ominaisuuksien vertailu käytännön olosuhteissa
22.11.2010 14 LÄHTÖKOHTA JA TAVOITE Hankkia keskenään vertailukelpoiset perustiedot henkilöautojen voimalaite ja käyttövoimavaihtoehdoista, jotka ovat markkinoilla tai tulevat markkinoille seuraavien 5 vuoden kuluessa Nämä vaihtoehdot ovat ne rakennuspalikat, joista autokantamme koostetaan seuraavan 20 vuoden aikana, eli 2020 autokannan ominaisuudet, mahdollisuudet CO 2 vähenemiin, uusiutuvan energian käyttöön jne., syntyvät näistä osatekijöistä antaa pohjaa myös eri polttoaineketjujen tarkasteluille, ja vertailutason eri tekniikoiden kehityshankkeille
22.11.2010 15 NÄKÖKULMAT Näkökulmat, joista tiedonhankintaa ja siihen perustuvaa arviointia tehdään: Energian/polttoaineen tarve ja kulutus Pakokaasupäästöt etenkin NO&NO 2 ja PM, mutta myös muut säännellyt & ei säännellyt, mikäli mahdollista Käytettävyys & energiatehokkuus etenkin kylmissä olosuhteissa Mahdolliset riskit pitkäaikaisessa käytössä esim. mutkikas pakokaasujen jälkikäsittely saattaa vikaantua; sähköauton akun lyhyt käyttöikä jne.
22.11.2010 16 TULOKSET & HYÖDYT Luo tarvittavaa perustietoa eri moottori/voimalaite & polttoaine/energia yhdistelmien OBJEKTIIVISEN well to wheel vertailun eri näkökulmista Tukee syvemmälle rinnakkaisia osatehtäviä antamalla niille benchmarking tyyppistä vertailupohjaa Välttämätön mahdollisten autonvalintaan liittyvien ohjaustoimien kohdentamiseksi oikein
SÄHKÖ JA HYBRIDIAJONEUVOJEN SUORITUSKYKY & ENERGIATALOUS Erityisesti kylmissä käyttöolosuhteissa
22.11.2010 18 LÄHTÖKOHTA JA TAVOITE Sähkön osuus auton käyttövoimana on kasvussa, ja sähkökäyttöisten autojen teknologia elää voimakasta kehitysvaihetta Sähkön myynti liikennekäyttöön on alkamassa Suomessa relevanttia osaamista mm. akuista, latausjärjestelmistä, sähkökäytöistä jne, joille voi murroksessa löytyä voimakasta markkinaimua, jos reagoidaan nopeasti Tarvitaan vertailukelpoista perustietoa sähköautojen ja sähköhybridiautojen suorituskyvystä suomalaisissa olosuhteissa ratkaisuista, jotka ovat markkinoilla tai tulevat markkinoille seuraavien 2 3 vuoden kuluessa
22.11.2010 19 NÄKÖKULMAT Tutkittua ensi käden tietoa sähköautojen ja plug in hybridien suorituskyvystä Sähkön ja/tai polttoaineen kulutus ja sen jakauma Käytettävyys & energiatehokkuus Eri lämpötiloissa, etenkin kylmissä olosuhteissa Verrokkeina PROPULSIO osiossa ajettavat tavanomaiset ratkaisut bensiini diesel metaani E85 etanolipolttoaine FFV autoissa
22.11.2010 20 TULOKSET & HYÖDYT Luo tarvittavaa perustietoa sähköautoista erilaisiin moottori/voimalaite & polttoaine/energia yhdistelmien OBJEKTIIVISEEN well to wheel vertailuun Auttaa alan tuotekehitystä määrittämällä energian kulutuksen eri käyttötilanteissa ja olosuhteissa tuoteparannukset (akut, ohjausjärjestelmät jne.) erilaiset strategiat sähkön ja moottorin käytöille & lämmityksille Auttaa auton käyttäjiä määrittämällä suorituskyvyn & energian kulutuksen todellisissa käyttötilanteissa ja ajoolosuhteissa autojen käytön edellytykset ja potentiaali lataustarpeen määrittelyt
22.11.2010 21 Sähköauton energiatase ja kokonaishyötysuhde
22.11.2010 22 Sähköauton energiatase ja kokonaishyötysuhde
Sähköauton järjestelmäkavio 22.11.2010 23
22.11.2010 24
Total Efficiency for Various Duty Cycles 22.11.2010 25
22.11.2010 26
22.11.2010 27 HEV & PHEV PERFORMANCE IN NORDIC DRIVING CONDITIONS A FIELD TEST TEST VEHICLE CONFIGURATIONS AND EXPERIMENTAL PROCEDURES
22.11.2010 28 Test Vehicle A MY 2009 Toyota Prius Factory original HEV
22.11.2010 29 Test Vehicle B MY 2009 Toyota Prius HEV retrofitted as PHEV
22.11.2010 30
22.11.2010 31
22.11.2010 32 NORDIC DRIVING CONDITIONS ARE CHALLENGING, FUEL ECONOMY INCLUDED! Cold starts at low temperatures increase fuel consumption Keeping passenger compartment warm or cool also requires energy EU has no official or legal procedure to assess cold ambient effects
22.11.2010 33 Ambient temperature swing during field test below 0 C 100 days 35% below 10 30 days 10% below 20 C 2 3 days <1% Ambient Temperature Range 50 o C
FUEL ECONOMY IN NORMAL DRIVING 22.11.2010 34
LONG DISTANCE COMMUTERS 22.11.2010 35
SHORT DISTANCE COMMUTERS 22.11.2010 36
22.11.2010 37 CONCLUSIONS 1 The use of an add on battery with plug in capability for grid electricity uptake was proven to be highly successful On average, some 25 % reduction in fuel use, and at best, 40 to 50 % reduction achieved Both urban type of driving and long distance extra urban commuting were analysed Urban driving offered somewhat larger potentials in fuel savings, because of lower speeds and adequate capacity of the battery
22.11.2010 38 CONCLUSIONS 2 However, the adverse effect of cold ambient temperature was also demonstrated Main parameter is engine running time, needed for heating of the interior space Therefore, the reduction potential in short distance commuting suffers in wintertime, but use of block heater can compensate to some extent The field test continues to complete a 36 month period with better instrumentation on board allowing more accurate recording of key parameters during driving & charging
22.11.2010 39 Fuel Economy and Energy Consumption of Hybrid and Plug in Hybrid Cars in Nordic Climate Conditions Session: A3 2, June 2, 2010 Juhani Laurikko, Ari Pekka Pellikka, VTT Field Testing of Hybrid and Plug In Hybrid Cars in Nordic Climate Conditions Session: 5E November 9, 2010 Juhani Laurikko, VTT
22.11.2010 40 Kiitos mielenkiinnostanne!