Raskaan tieliikenteen sähköistymisen vaihtoehdot

Abstract

Suomen logistiikka nojautuu vahvasti fossiilisten polttoaineiden käyttöön ja raskaan tieliikenteen päästöt ovatkin kolmanneksen koko Suomen tieliikenteen päästöistä. Ilmastonmuutoksen hidastamisen ja tiukkojen päästötavoitevaatimusten saavuttamiseksi on raskaan tieliikenteen käyttövoiman muutos päästöttömään tai vähäpäästöiseen välttämätöntä. Tässä työssä tutkitaan raskaan tieliikenteen sähköistymisen vaihtoehtoja logistiikan osalta. Työn tavoite on perehtyä tarkemmin raskaan tieliikenteen sähköistymisen vaihtoehtoihin, niiden haasteisiin ja taloudelliseen kannattavuuteen.

Työ alkaa nykytilan katsauksella. Alussa käydään läpi alan erikoispiirteet ja esitellään tarkemmin tässä työssä käytävät sähköistymisen vaihtoehdot. Tämän jälkeen tarkastellaan sähköistymisen tuomia haasteita sekä taloudellista kannattavuutta. Työssä käsiteltiin tarkemmin täyssähköajoneuvoja sekä sähköpolttoaineita raskaan tieliikenteen sähköistymisen vaihtoehtoina. Työssä havaittiin kummankin vaihtoehdon kannalta keskeisemmät edut ja haasteet. Täyssähköisen kuorma-auton osalta käytössä oli jakeluliikenteessä toimivan täyssähköisen kuorma-auton dataa, jonka avulla sähköistymisen haasteita pystyttiin analysoimaan tarkemmin. Työn lopussa tehtiin myös käyttövoimien välinen vertailu elinkaarikustannusten suuruudesta työssä esillä olleille käyttövoimille.

Työssä havaittiin raskaan tieliikenteen keskeisimpiä sähköistymisen hidastavien tekijöiden olevan sähköisen kaluston kallis hankintahinta, raskaalle tieliikenteelle suunnatun latausverkon puuttuminen, sään aiheuttamat haasteet sekä pitkät latausajat ja/tai pienempi kantama verrattuna dieselkäyttöiseen ajoneuvoon. Sähköpolttoaineiden kehityksen todettiin olevan alkutekijöissä ja että kaupallisen tuotannon alkaminen vaatii suuria investointeja uusiutuvaan sähköön ja uusiin tuotantolaitoksiin. Jakelukäytössä olevalle täyssähköisen kuorma-auton datan avulla todettiin erityisesti kylmän kelin vaikutus energiankulutukseen sekä maantieajonvaikutus energiankulutukseen positiivisesti. Työssä havaittiin myös, että jo nykyään ja tulevaisuudessa vähäpäästöisistä ja päästöttömistä kuljetuksista tulee kilpailutekijä kuljetusmarkkinoille, jolloin kuljetusten tilaajat alkavat vaatimaan kuljetusyrityksiltä yhä vähäpäästöisimpiä kuljetuksia. Jokaiselle käyttövoimalle tehtiin työn lopussa kustannuslaskenta-arvio. Elinkaarikustannukset laskettiin jakelukuorma-autolle, puoliperävaunuyhdistelmälle sekä perävaunuyhdistelmälle. Tuloksien pohjalta huomattiin täyssähköisen ajoneuvon olevan kaikista edullisin vaihtoehto kaikkialla muualla paitsi jakelukäytössä pienien ajokilometrien takia. Jakelukäytössä syntyvät kilometrit ovat huomattavasti pienemmät verrattuna puoliperävaunu- sekä perävaunuyhdistelmään, jonka vuoksi korkealla hankintahinnalla on suurempi osuus ajoneuvon elinkaarikustannuksissa.

Logistics in Finland is mainly based on the use of fossil fuels, and emissions from heavy road transport account for one-third of all emissions produced in Finnish road traffic. Slowing down global warming and achieving strict emission goals are the main reasons why alternative energy sources for heavy-duty road transport need to be found. This thesis researches alternative electrification solutions for heavy duty road transport in Finland to achieve low and zero emissions. This thesis aims to research electrification technologies, challenges, and economic feasibility for heavy-duty road transport.

This thesis begins with an overview of the current state. In the beginning, the special features of the field are reviewed, and alternative electrification alternatives are presented. After that, challenges related to electrification and economic viability are reviewed. In this thesis, battery electric vehicles and electric fuels are reviewed as alternatives. In this thesis, main advantages and disadvantages were discovered. Battery electric vehicles were also analyzed using data from battery electric-powered delivery truck. Delivery truck data helped with analyzing challenges and most of the challenges were discovered during analysis. At the end of this thesis there is life cycle cost analysis between all alternative electrification solutions discussed in this thesis.

In this thesis, it was discovered that the main reasons for the slow electrification of heavy-duty road transport are the expensive purchase price of vehicles, lack of public charging stations for heavy-duty vehicles, challenges posed by weather conditions, and long charging times and/or limited driving distance per charge. The development of electric fuels was discovered to be in its early stages. Electric fuels have only been produced on a pre-commercial scale during research project. The beginning of commercial electric fuels production requires significant investments in renewable energy and production facilities. Based on data from electric delivery truck, cold weather was discovered to reduce driving range, while highway driving was discovered to increase range. It has been discovered that low and zero emissions deliveries are and will continue to be competitive factors in the transportation market. At the end of this thesis, a life cycle cost analysis was conducted for all alternative electrification options. Life cycle costs were calculated for delivery trucks, semi-trailer combinations and trailer combinations. Results showed that the most affordable vehicle was battery electric vehicles, except for delivery truck use. The main reason for this was discovered to be low mileage during the life cycle of the delivery truck. Semi-trailer combination and trailer combination vehicles get more mileage during their lifecycle. The high purchase cost of a delivery truck has significant impact on its life cycle costs.