Energiatehokas ja älykäs raskas ajoneuvo â HDENIQ ... - VTT
Energiatehokas ja älykäs raskas ajoneuvo â HDENIQ ... - VTT
Energiatehokas ja älykäs raskas ajoneuvo â HDENIQ ... - VTT
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
114 (142)<br />
Energiamuodonmuutoksiin liittyy aina enemmän tai vähemmän häviöitä. Ajoneuvoissa<br />
nämä häviöt ilmenevät yleensä lämpönä. Tunnettuahan on, että esimerkiksi<br />
polttomoottorin energiasta suurin osa häviää pakokaasujen <strong>ja</strong> jäähdytysjärjestelmän<br />
kautta. Parhaimmillaan polttomoottorin hyötysuhde voi olla jopa yli 50 %,<br />
mutta käytännössä hyötysuhde kevyellä kuormituksella toimittaessa on vain muutamia<br />
prosentte<strong>ja</strong>. Tästä johtuu mielenkiinto pakokaasujen <strong>ja</strong> jäähdytysjärjestelmän<br />
sisältämän energian hyödyntämiseen.<br />
Hybriditeknologian myötä tarve moottorin lämmön lyhytaikaiseen varastointiin<br />
on noussut uudestaan esille. Hybridijärjestelmille on ominaista, että polttomoottori<br />
sammutetaan usein varsin lyhyeksi a<strong>ja</strong>ksi joko sähköllä ajettaessa tai liikennetilanteen<br />
aiheuttaman seisahduksen a<strong>ja</strong>ksi. Tällöin moottorin uudelleen käynnistämisen<br />
varmistaminen <strong>ja</strong> päästöjen hallitseminen hyötyisivät lämpöenergian lyhytaikaisesta<br />
varastoinnista. Raportissa on käyty läpi eri työprosesse<strong>ja</strong> <strong>ja</strong> niiden eroavaisuuksia.<br />
Käytettäessä mekaanista tehoturbiinia ahdettu moottori sinällään säilyy muuttumattomana.<br />
Pakojärjestelmään lisätään imuilmaa ahtavan turbiinin jälkeen toinen<br />
turbiini, joka hyödyntää pakokaasuissa jäljellä olevaa energiaa. Turbiini on hammasvälityksellä<br />
kytketty auton voimansiirtoakselille. Kir<strong>ja</strong>llisuudesta löytyvät tiedot<br />
tehoturbiinin tuottamasta energiankulutuksen pienenemisestä vaihtelevat suuruusluokassa<br />
2,5 - 5 %. Ricardon arvion hyöty jää luokkaan 1,5%. Mekaanisen tehoturbiinin<br />
kustannus on suuruusluokkaa 5 - 10 % voimansiirron kokonaiskustannuksesta.<br />
Sähköinen tehoturbiini muistuttaa mekaanista tehoturbiinia lukuun<br />
ottamatta sitä, että turbiini käyttää sähköä tuottavaa generaattoria. Järjestelmällä<br />
väitetään saavutettavan jopa 10 % energiasäästöä. Ricardon arvion mukaan<br />
todelliset säästöt olisivat luokkaa 3 %. Sähköisen tehoturbiinin kustannuksista Ricardo<br />
arvioi niiden olevan suuruusluokkaa 22 - 42 % voimansiirron kustannuksista.<br />
Tämä johtuu osittain pakokaasupäästöjen säätelyn monimutkaistumisesta.<br />
Pakokaasujen jäännösenergiasta suuri osa on lämpöenergian muodossa. Tämä on<br />
kohdistanut tutkijoiden mielenkiinnon erilaisiin termosähköisiin ratkaisuihin, joilla<br />
pyritään tuottamaan sähköenergiaa suoraan lämmöstä.<br />
Ricardo arvioi Seebeck-ilmiöön perustuvien termosähköisten muuntimien energiansäästömahdollisuudeksi<br />
2 %. Järjestelmät ovat edelleen tutkimuksen alkuvaiheessa<br />
<strong>ja</strong> niiden menestyminen riippuu voimakkaasti materiaalien kehittymisestä.<br />
Seebeck-ilmiön lisäksi tutkimuksen kohteena ovat Litium-hydridikennot, lämpövalosähköinen<br />
ilmiö (termal emitter + valokenno) <strong>ja</strong> terminen tunnelointi / lämpöioninen<br />
emissio. Autovalmistajista ainakin BMW <strong>ja</strong> Volkswagen ovat kehitelleet<br />
Seebeck-ilmiöön perustuvia termosähköisiä muuntimia pakokaasujen energian<br />
talteen ottamiseksi. BMW:n prototyypin kerrotaan tuottavan 200 W <strong>ja</strong> Volkswagenin<br />
600 W moottoritieajossa. BMW on arvellut, että ensimmäiset laitteella<br />
varustetut <strong>ajoneuvo</strong>t saattaisivat tulla markkinoille vuonna 2014. Paitsi lämpöenergian<br />
talteenottoa, lämpösähköisiä ilmiöitä <strong>ja</strong> stirling-prosessia voidaan hyödyntää<br />
myös vaikkapa lämmityksessä <strong>ja</strong> jäähdytyksessä. Esimerkkinä termosähköinen<br />
lämpöpumppu penkinjäähdytyksessä.<br />
Energiankäytön kannalta kehittynyt säätötekniikka tarjoaa mahdollisuuksia energiankulutuksen<br />
<strong>ja</strong> tehon optimointiin. Tällä alueella kehitystyö on vasta aluillaan<br />
vaikka markkinoilta löytyy jo sovelluksia, joissa energiaa säännöstellään kokonaisuutta<br />
silmälläpitäen. Alkuvaiheen järjestelmät olivat yksinkertaisia. Niissä moottorin<br />
kuormittuessa tilapäisesti tavanomaista enemmän pienennettiin hetkellisesti<br />
sähköistä kuormaa kytkemällä vaikkapa penkin tai takalasin lämmitys pois toiminnasta.
Change language