Uusi keksintö vähentää dieselpolttoaineen kulutuksen puoleen – viikossa yksi työkone säästää jopa 800 litraa dieseliä

Hybriditekniikan tuominen myös työkoneisiin toisi yrityksille merkittävät säästöt.

dieselmoottorit
Kaivinkoneen kauha
Isot työkoneet voivat kuluttaa jopa 20 litraa dieseliä tunnissa.Yle

Suurissa työkoneissa on oltava isot ja tehokkaat moottorit, jotta ne pystyisivät siirtämään esimerkiksi painavia kivikasoja paikasta toiseen. Siksi myös niiden polttoaineen kulutus on suuri. Keskimäärin työkone kuluttaa noin 20 litraa dieselpolttoainetta tunnissa.

Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa tulevana perjantaina tarkastettava diplomi-insinööri Jarkko Nokan väitöskirja osoittaa, että hybriditekniikan avulla työkoneiden polttoaineen kulutus saadaan vähenemään puoleen nykyisestä.

– Hybridityökone maksaisi polttoainekulusäästöinä itsensä takaisin jo muutamassa vuodessa, kertoo Jarkko Nokka.

Dieselistä sähköä

Isot työkoneet käyttävät polttoaineenaan pääasiassa dieselöljyä. Nykyisin käytössä olevalla tekniikalla saadaan dieselöljystä vain 20 prosenttia muutettua mekaaniseksi energiaksi. Hybridityökoneessa dieselmoottorista tulee eräänlainen voimalaitos, joka tuottaa työkoneeseen energiaa.

– Me saadaan sillä nostettua hyötysuhde maksimiin eli noin 40 prosenttiin.

Hybridityökoneessa on dieselmoottorin lisäksi sähkömoottori. Se saa voimansa litiumakuista, joihin varaus on saatu dieselmoottorin avulla.

Henkilöautoissa hybriditekniikka on ollut käytössä jo muutamien vuosien ajan. Työkone poikkeaa henkilöautosta kuitenkin siinä, että henkilöauton kuormitus esimerkiksi maantieajossa on hyvin tasainen eivätkä muutenkaan kuormitusvaihtelut ole kovin suuria.

Työkoneella sen sijaan on valtaviakin kuormitusvaihteluja.

– Kun kauhakuormaaja työntää kauhaa kivikasaan ja alkaa nostaa sitä, niin siinä tulee moottoriin valtavia kuormituspiikkejä, kertoo Jarkko Nokka.

Näitä kuormituspiikkejä varten työkoneissa on myös tehokkaat moottorit. Sitä suurta tehoa tarvitaan kuitenkin vain silloin, kun työkone tekee suurta tahoa vaativaa työtä.

Dieselmoottori tehokäytössä

Esimerkiksi 20 tonnia painavassa työkoneessa on yleensä 100–150 kilowattinen dieselmoottori. Niin tehokas moottori siinä vain siksi, että työkone tarvitsee sen 150 kilowattia hetkellistä tehoa, kun kone työntää kauhansa esimerkiksi kivikasaan. Tasaisella tiellä tai alamäessä ajaessaan tehoa tarvitaan kuitenkin huomattavasti vähemmän.

– Sen sijaan että me mitoitetaan dieselmoottori maksimitehon tarpeen mukaan, me voimmekin laittaa sähkömoottorit tuottamaan sen hetkellisesti tarvittavan suuren tehon. Dieselmoottorit voidaan silloin mitoittaa sen mukaan, mikä on työkoneen keskimääräinen tehon tarve.

Jarkko Nokan mallinnuksessa dieselmoottori tuottaa jatkuvasti vakiotehoa, esimerkiksi 30 kilowattia. Kun työkone tarvitseekin hetkellisesti 150 kilowattia, niin tarvittava 120 kilowattia otetaan työkoneen litiumakuista.

Siinä vaiheessa kun työkone ajaa tasaista matkaa, on tyhjäkäynnillä tai kulkee alamäessä, litiumakut latautuvat ja keräävät varausta seuraavaa kulutuspiikkiä varten. Jarkko Nokan tutkimuksen mukaan akkujen varaustila säilyy pitkällä aikavälillä melko vakiona, kun akut jatkuvasti latautuvat.

Valtava säästö

Jos perinteinen dieselöljyllä toimiva työkone olisikin uudenlainen hybridityökone, toisi se polttoaineen kulutukseen valtavat säästöt. Jarkko Nokan tutkimuksen mukaan kulutus voi vähentyä jopa yli puoleen nykyisestä.

– Tavallinen 26 tonnia painava kaivoslastari kuluttaa 20 litraa tunnissa dieseliä. Me voimme hybridisoinnin avulla pudottaa kulutukseen jopa alle 10 litraan tunnissa. Kahdeksan tunnin työvuorossa säästöä tulee 80 litraa ja kahdessa perättäisessä vuorossa 160 litraa. Viiden päivän aikana se tekee jo neljä 200 litran tynnyriä.

Hybridityökoneiden suorituskyky pysyi tutkimuksessa samana verrattuna pelkästään dieselmoottorilla toimivaan työkoneeseen.

Jarkko Nokan mukaan kuluu kuitenkin aikaa, ennen kuin hybridityökoneet ovat arkipäivää. Hybridivoimalinjat ovat isoja muutoksia työkoneissa, joten niitä ei hetkessä saada tuotantoon. Jarkko Nokka kuitenkin uskoo, että ympäristöystävällisyys ja taloudellisuus ovat jatkossa entistä merkittävämmät seikat myös hankittaessa uusia työkoneita.

– Työkonevalmistajat joutuvat tekemään muutoksia dieselmoottoreiden uusien päästövaatimusten takia. Henkilöautoteollisuudessa ei enää ajatella vain auton kiihtyvyyttä ja suorituskykyä, vaan energiatehokkuutta ja polttoaineenkulutusta. Se sama tulee tänne työkonepuolellekin. Työkoneet kuluttavat paljon, joten polttoainekulut ovat merkittävät, kertoo Jarkko Nokka.