Työkoneiden hybridisointi säästää merkittävästi polttoaineenkulutusta ilman suorituskyvyn heikkenemistä

Tuoreen Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa (Lappeenranta University of Technology, LUT) tarkastettavan väitöstutkimuksen mukaan työkoneiden polttoainekulutus voidaan puolittaa hybridisoinnilla heikentämättä koneen suorituskykyä. Näin merkittävällä säästöllä vielä toistaiseksi kallis hybridityökone voi maksaa itsensä takaisin jo muutaman vuoden kuluessa.

Diplomi-insinööri Jarkko Nokka tutki väitöstutkimuksessaan työkoneiden hybridisointia virtuaalisten työkoneiden avulla.  Riippuen työkoneen tyypistä ja työnkuvasta, hybridisoinnilla saavutetaan selkeä säästö polttoaineenkulutuksessa. Kolmella työkoneella tehdyn energiatehokkuustutkimuksen tulokset osoittavat, että hybridisoinnilla polttoaineenkulutus voidaan puolittaa heikentämättä suorituskykyä. Testeissä työkoneet kykenivät esimerkiksi kuljettamaan saman määrän kiviä samassa ajassa, polttoaineen pudotessa 20 litrasta tunnissa noin kymmeneen.

"Näin merkittävillä säästöillä vielä toistaiseksi kallis hybridityökone voi maksaa itsensä takaisin jo muutaman vuoden kuluessa", arvioi Nokka.

Sarjahybridisoidussa työkoneessa dieselmoottori toimii käytännössä ainoastaan koneeseen asennetun akuston latauslaitteena, ja koneen toimintoja käytetään sähkömoottoreiden avulla.

Pitkien ja kalliiden tuotekehitysprosessien tueksi nykytekniikka mahdollistaa työkoneiden virtuaalisen mallintamisen, jossa työkoneesta työstetään tarkasti esikuvansa tavoin käyttäytyvä digitaalinen kaksoiskappale. Virtuaalisen työkoneen muokkaaminen ja sitä kautta esimerkiksi energiavaraston tai tarvittavan dieseltehon mitoittaminen on helpompaa ja nopeampaa. Työkonetta voidaan analysoida tarkemmin ja pidemmälle ennen varsinaisen, todellisen prototyypin rakentamista.

Öljyn hinnan kasvu, energiatehokkuusajattelu sekä dieselmoottorien kiristyvät päästömääräykset ovat ajamassa työkonevalmistajia kohti uusia ratkaisuja työkoneiden energiatehokkuuden ja päästöjen hallinnassa. Täyssähköistys ja hybridisointi ovat olleet tehokkaita menetelmiä henkilöautoteollisuudessa polttoaineenkulutuksien ja paikallispäästöjen pienentämiseksi, ja näistä hybridisointi soveltuu myös liikkuvaan työkonetyyppiin hyvin. Dieselmoottorin kokoa voidaan pienentää ja sen käyttö tehostuu.

DI Jarkko Nokan sähkötekniikan alaan kuuluva väitöskirja "Energy Efficiency Analyses of Hybrid Non-Road Mobile Machinery by Real-Time Virtual Prototyping" (Työkoneiden Hybridisoinnin Energiatehokkuusanalyysit Reaaliaikaisen Virtuaaliprototypoinnin Avulla) tarkastetaan 12.01.2018 klo 12 LUT:n salissa 2310. Vastaväittäjinä toimivat professori Kari Tammi Aalto yliopistosta sekä TkT Veli-Matti Leppänen ABB Oy:stä. Kustoksena toimii professori Juha Pyrhönen Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta. Tutkimuksen päärahoittajana on toiminut Innovaatiorahoituskeskus Tekes.

Väitöskirja on julkaistu yliopiston Acta Universitatis Lappeenrantaensis -tutkimussarjassa numero 785. ISBN 978-952-335-192-9, ISBN 978-952-335-193-6 (PDF) ja ISSN 1456-4491. Väitöskirja on luettavissa Lappeenrannan teknillisen yliopiston LUTPub-tietokannassa osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-335-193-6. Väitöskirjan painetun version voi ostaa Aalef-kirjakaupasta, puh. 044 744 5511 tai kirjakauppa@aalef.fi sekä LUT Shopin verkkokaupasta osoitteessa https://lutshop.lut.fi.

Tietoa väittelijästä:

Nimi: Jarkko Nokka

Syntymävuosi ja -paikka: 1988, Virolahti

Kotikunta: Lappeenranta

Koulutus: DI (sähkötekniikka), Lappeenrannan teknillinen yliopisto (LUT), 2013

Työsuhteet: Mevea Oy, Project Engineer, 2013 alkaen

Lisätietoja:

Jarkko Nokka, p.040 5684196, jarkkonokka@gmail.com