Ανάπτυξη και Αξιολόγηση Συντελεστών Εκποµπής Ρύπων και Κατανάλωσης Υβριδικού Οχήµατος

Transcript

1 Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 2-3 Ιαν., 26 Ανάπτυξη και Αξιολόγηση Συντελεστών Εκποµπής Ρύπων και Κατανάλωσης Υβριδικού Οχήµατος Γεώργιος Φονταράς, Σάββας Γκεϊβανίδης, Λεωνίδας Ντζιαχρήστος, Ζήσης Σαµαράς Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Τµήµα Μηχανολόγων Μηχανικών Εργαστήριο Εφαρµοσµένης Θερµοδυναµικής Τ.Θ. 458, 5424 Θεσσαλονίκη Τηλ , Fax s: george@auth.gr; aki@auth.gr, leon@auth.gr; zisis@auth.gr Περίληψη Η µείωση των εκποµπών αερίων του θερµοκηπίου από την οδική κυκλοφορία αποτελεί σήµερα ένα πρόβληµα παγκόσµιου ενδιαφέροντος. Τα ηλεκτρικά-υβριδικά οχήµατα, που συνδυάζουν το θερµικό κινητήρα µε ηλεκτροκινητήρα, θεωρούνται σήµερα µια αποτελεσµατική τεχνολογική λύση για την ταυτόχρονη µείωση εκποµπής των αερίων του θερµοκηπίου και των συµβατικών ρύπων. Ο στόλος αλλά και η διαθεσιµότητα υβριδικών οχηµάτων παραµένουν σήµερα περιορισµένα αλλά η κατάσταση αυτή αναµένεται να µεταβληθεί στα επόµενα χρόνια, καθώς ο αριθµός αυτοκινητοβιοµηχανιών που αποφασίζουν να κινηθούν σε αυτή την κατεύθυνση αυξάνει. Σε αυτό το πλαίσιο, απαιτείται η ανάπτυξη συντελεστών εκποµπής και κατανάλωσης από υβριδικά οχήµατα ώστε να είναι δυνατή η διαµόρφωση στόχων για σενάρια που αφορούν την ποιότητα της ατµόσφαιρας και τη συνολική έκλυση αερίων του θερµοκηπίου. Η ανάπτυξη ρεαλιστικών συντελεστών εκποµπής υβριδικών οχηµάτων είναι ωστόσο µια σύνθετη διαδικασία, καθώς τα επίπεδα εκποµπής εξαρτώνται από τη στάθµη φόρτισης του συσσωρευτή του οχήµατος. Η παρούσα εργασία παρουσιάζει τις µετρήσεις που πραγµατοποιήθηκαν σε ένα ηλεκτρικό-υβριδικό όχηµα Prius 2, τόσο σε νοµοθετηµένους όσο και σε πραγµατικούς κύκλους οδήγησης, ώστε να αποτυπωθεί η λειτουργία του οχήµατος σε ένα ευρύ πεδίο συνθηκών. Η εργασία επίσης παρουσιάζει και αναλύει τις υποθέσεις και τη λογική που εφαρµόστηκε για την ανάπτυξη των συντελεστών εκποµπής. Τα αποτελέσµατα καταδεικνύουν ότι η υπάρχουσα υβριδική τεχνολογία δίνει τη δυνατότητα παραγωγής οχηµάτων ιδιαίτερα χαµηλής ρύπανσης σε ότι αφορά τους συµβατικούς ρύπους και µε σηµαντικό πλεονέκτηµα στα αέρια του θερµοκηπίου. Λέξεις-Κλειδιά: Υβριδικά-ηλεκτρικά οχήµατα, συντελεστές εκποµπής, κατανάλωση, αέρια θερµοκηπίου. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ιστορικά, τα πρώτα υβριδικά οχήµατα εµφανίσθηκαν στην έκθεση Paris Salon το 899 []. Έκτοτε πραγµατοποιήθηκαν πολλές προσπάθειες από διάφορους κατασκευαστές για τη δηµιουργία ενός υβριδικού οχήµατος µαζικής παραγωγής. Μόλις το 997 οι Ιάπωνες κατασκευαστές κατάφεραν να επιτύχουν το στόχο, παρουσιάζοντας στην αγορά τα πρώτα υβριδικά οχήµατα ευρείας κυκλοφορίας Toyota Prius και Honda Insight [2]. Στη συνέχεια έγιναν σηµαντικά βήµατα για την ανάπτυξη και διάδοση της υβριδικής τεχνολογίας. Επίσης, η ανάγκη για περιορισµό εκποµπής CO 2 και η αύξηση της τιµής του πετρελαίου έχουν καταστήσει τις τεχνολογίες αυτές ακόµα πιο ελκυστικές. Έτσι, τα υβριδικά οχήµατα καθιερώνονται στην Αµερικανική αγορά, η οποία παραµένει κλειστή στον κινητήρα ντίζελ, ως η µόνη λύση για οδηγούς που απαιτούν οχήµατα µε χαµηλή κατανάλωση καυσίµου Ακόµα και στην Ευρωπαϊκή αγορά ωστόσο, όπου τα ντίζελ οχήµατα έχουν εξίσου σηµαντική παρουσία µε τα βενζινοκίνητα, κυκλοφορούν τουλάχιστον 3 υβριδικά µοντέλα ενώ, εντός των επόµενων ετών, αναµένονται αρκετά ακόµα. Έτσι, η συµµετοχή των υβριδικών οχηµάτων στον ευρωπαϊκό στόλο αναµένεται να αυξηθεί σηµαντικά µέσα στα επόµενα χρόνια. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η αξιολόγηση της συµπεριφοράς ενός υβριδικού οχήµατος σε ό,τι αφορά τις εκποµπές αερίων ρύπων και την κατανάλωση καυσίµου σε συνθήκες πραγµατικής λειτουργίας, ώστε να παραχθούν αντιπροσωπευτικοί συντελεστές εκποµπής. Η αξιολόγηση αυτή πραγµατοποιείται στη βάση µετρήσεων εκποµπής αερίων ρύπων που πραγµατοποιήθηκαν από το Εργαστήριο Εφαρµοσµένης Θερµοδυναµικής (ΕΕΘ) σε υβριδικό όχηµα τύπου Toyota Prius ΙΙ. Ωστόσο θα πρέπει να γίνει σαφές ότι το συγκεκριµένο όχηµα είναι το µοναδικό υβριδικό/ηλεκτρικό όχηµα που έχει κυκλοφορήσει στην ευρωπαϊκή αγορά σε µεγάλη κλίµακα. Αυτό σηµαίνει από τη µια µεριά ότι η συµπεριφορά του συγκεκριµένου οχήµατος σε ό,τι αφορά την κατανάλωση και την εκποµπή αερίων ρύπων δε θα πρέπει υποχρεωτικά να θεωρηθεί τυπική για όλα τα υβριδικά οχήµατα, αφού οι τεχνολογικές λύσεις που υιοθετεί ο κάθε κατασκευαστής µπορεί να διαφέρουν. Από την άλλη µεριά, οι µετρήσεις παρουσιάζουν ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον δεδοµένου του ότι τα υβριδικά οχήµατα αναµένεται να αποσπάσουν ένα υπολογίσιµο κοµµάτι - -

2 Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 2-3 Ιαν., 26 της Ευρωπαϊκής αγοράς αυτοκινήτων κατά τα προσεχή χρόνια [3] και θα πρέπει να είµαστε σε θέση να εκτιµήσουµε τη συνεισφορά τους στις συνολικές εκποµπές ρύπων από την οδική κυκλοφορία. Στην συνέχεια του κειµένου παρατίθενται πληροφορίες αναφορικά µε τα πρωτόκολλα µετρήσεων που ακολουθήθηκαν καθώς και τον τρόπο µε τον οποίο διεκπεραιώθηκαν οι µετρήσεις. Παράλληλα παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα των µετρήσεων ενώ ακολουθεί σχολιασµός τους. Τέλος συνοψίζονται τα συµπεράσµατα που προέκυψαν από τις µετρήσεις αυτές ενώ γίνονται και προτάσεις για περαιτέρω έρευνα η οποία παρουσιάζει ιδιαίτερο επιστηµονικό ενδιαφέρον. 2. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ Για την αξιολόγηση οχηµάτων αναφορικά µε τις εκποµπές ρύπων και την κατανάλωση καυσίµου χρησιµοποιείται η µέθοδος ολικής δειγµατοληψίας και ανάλυσης καυσαερίων. Κατά τη µέθοδο αυτή το εξεταζόµενο όχηµα οδηγείται εντός εργαστηρίου σε ειδική εξέδρα προσοµοίωσης της κίνησης στον δρόµο (πέδη οχηµάτων). Η πέδη οχηµάτων προσοµοιώνει τόσο τις αεροδυναµικές αντιστάσεις και τις αντιστάσεις τριβής όσο και την αδράνεια του οχήµατος µε ηλεκτρικά και µηχανικά µέσα. Η ταχύτητα του οχήµατος κατά τη δοκιµή ακολουθεί προκαθορισµένη χρονική εξέλιξη που ονοµάζεται κύκλος οδήγησης. Για τη χορήγηση έγκρισης τύπου σε οχήµατα εντός της Ευρωπαϊκής Ένωσης ο κύκλος οδήγησης που χρησιµοποιείται είναι ο Νέος Ευρωπαϊκός Κύκλος Οδήγησης (NEDC) και παρουσιάζεται στην Εικόνα α. Ο NEDC διακρίνεται στο αστικό () και το υπεραστικό (E) τµήµα. Κατά τη διάρκεια της µέτρησης συλλέγεται σε σάκκους δείγµα αραιωµένου καυσαερίου µε σταθερό ρυθµό δειγµατοληψίας. Στο τέλος της µέτρησης το δείγµα αναλύεται και προκύπτουν οι συνολικές τιµές των εκποµπών σε g/km. 4 4 URBAN 2 E (α) Χρόνος Κύκλου (s) (β) Χρόνος κύκλου (s) 4 ROAD 4 MOTORWAY (γ) Χρόνος κύκλου (s) (δ) Χρόνος κύκλου (s) Εικόνα. Κύκλοι οδήγησης που χρησιµοποιήθηκαν στις µετρήσεις. (α) Νέος Ευρωπαϊκός Κύκλος Οδήγησης (NEDC), (β) Αστικός κύκλος ARTEMIS, (γ) Περιαστικός κύκλος ARTEMIS, (δ) Υπεραστικός κύκλος ARTEMIS Κύριος στόχος των µετρήσεων που πραγµατοποιήθηκαν ήταν η ποσοτικοποίηση των εκποµπών αερίων ρύπων του οχήµατος, όχι µόνο στις συνθήκες οδήγησης που εφαρµόζονται κατά τη δοκιµή έγκρισης τύπου αλλά και σε - 2 -

3 Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 2-3 Ιαν., 26 πραγµατικές συνθήκες λειτουργίας. Για το λόγο αυτό χρησιµοποιήθηκαν οι κύκλοι οδήγησης is που δηµιουργήθηκαν στα πλαίσια του οµώνυµου ερευνητικού προγράµµατος [4]. Οι κύκλοι προσοµοιώνουν διαφορετικές συνθήκες κίνησης του αυτοκινήτου σε αστική οδήγηση (URBAN), σε περιαστική οδήγηση (ROAD) που αντιστοιχεί σε κίνηση σε περιφερικό δρόµο µέσης ταχύτητας, και σε υπεραστική οδήγηση (MOTORWAY) που αντιστοιχεί σε κίνηση σε δρόµο ταχείας κυκλοφορίας. Η εξέλιξη της ταχύτητας των κύκλων is παρουσιάζεται στις εικόνες β έως δ. Το συνολικό πρωτόκολλο µέτρησης περιελάµβανε έναν NEDC ψυχρής εκκίνησης, έναν θερµής εκκίνησης και ακολούθως τους τρεις µη νοµοθετηµένους κύκλους. Για το συγκεκριµένο όχηµα, η µάζα αναφοράς που χρησιµοποιείται κατά τη δοκιµή έγκρισης τύπου διαφέρει στη δοκιµή µέτρησης των εκποµπών αερίων ρύπων (47kg) από τη δοκιµή µέτρησης της κατανάλωσης καυσίµου (36kg) [5]. Στις µετρήσεις που πραγµατοποιήθηκαν στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας χρησιµοποιήθηκε µόνο µια µάζα αναφοράς (36kg), η οποία αντιστοιχεί στη µάζα αναφοράς που προβλέπεται από τη νοµοθεσία βάσει του δηλωθέντος βάρους του οχήµατος. 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τα αποτελέσµατα των µετρήσεων που πραγµατοποιήθηκαν συνοψίζονται στις εικόνες 2 και 3. Στα διαγράµµατα αυτά παρουσιάζονται οι τιµές των µετρηµένων µεγεθών ανά κύκλο οδήγησης για κάθε µία από τις δύο επαναλήψεις της µέτρησης. Η µια οριζόντια γραµµή αντιστοιχεί στα επίπεδα εκποµπής του συγκεκριµένου οχήµατος όπως αυτά προσδιορίστηκαν κατά τη δοκιµασία έγκρισης τύπου πριν την εισαγωγή του συγκεκριµένου µοντέλου στην αγορά, ενώ η δεύτερη οριζόντια γραµµή αντιστοιχεί στα όρια εκποµπών Euro 4 που ισχύουν για τα βενζινοκίνητα επιβατηγά οχήµατα που εντάσσονται στον Ευρωπαϊκό στόλο από //25. Υπενθυµίζεται ότι το όριο Euro 4 αναφέρεται στον κύκλο οδήγησης «NEDC». Όπως φαίνεται στην εικόνα 2, οι εκποµπές ρύπων του οχήµατος ήταν πολύ χαµηλότερες από το ισχύον όριο Euro 4, σε όλους τους κύκλους οδήγησης. Επιπλέον, οι εκποµπές CO και HC εµφανίζονται πρακτικά µηδενικές σε πραγµατικές συνθήκες οδήγησης µε θερµή εκκίνηση ενώ παραµένουν πολύ χαµηλές και σε κύκλους οδήγησης ψυχρής εκκίνησης..2 Euro 4.2. Euro 4 CO [g/km] HC [g/km] E NEDC E NEDC NOx [g/km] E NEDC Euro 4 Εικόνα 2. Εκποµπές νοµοθετηµένων αέριων ρύπων (CO, HC, NO x) - 3 -

4 Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 2-3 Ιαν., CO2 [g/km] FC [l/ km] E NEDC E NEDC Εικόνα 3. Εκποµπές CO 2 και κατανάλωση καυσίµου (FC) Συγκρίνοντας τα αποτελέσµατα των µετρήσεων µε αυτά της δοκιµής έγκρισης τύπου φαίνεται πως οι συγκεκριµένες µετρήσεις βρίσκονται ακόµα χαµηλότερα. Αυτό αρχικά µπορεί να οφείλεται στη χρήση διαφορετικής µάζας αναφοράς για τη δοκιµή σε σχέση µε την έγκριση τύπου. Επίσης, η µέθοδος γίνεται ιδιαίτερα ευαίσθητη στα επίπεδα ρύπων στο υπόβαθρο του περιβάλλοντος καθώς το απόλυτο επίπεδο εκποµπής είναι πολύ χαµηλά. Αυτό µπορεί να επηρεάσει την ακρίβεια της µέτρησης. Ωστόσο, οι δύο επαναλήψεις της κάθε δοκιµής εµφανίζουν µικρή διασπορά των µετρηµένων τιµών, γεγονός που επιβεβαιώνει την αξιοπιστία των δεδοµένων. Πιο συγκεκριµένα, στον ψυχρό αστικό νοµοθετηµένο κύκλο ( Cold), που ουσιαστικά είναι ο µόνος που εµφανίζει σχετικά υψηλό επίπεδο εκποµπής, οι ρύποι και η κατανάλωση καυσίµου παρουσίασαν απόκλιση κάτω από το όριο του 5% που προβλέπεται από τη νοµοθεσία. Στο υπεραστικό κοµµάτι του κύκλου παρουσιάσθηκε ελαφρά µεγαλύτερη διασπορά στα αποτελέσµατα των αερίων ρύπων, αλλά τα επίπεδα εκποµπής είναι σχεδόν µηδενικά. Η εικόνα του συνολικού νοµοθετηµένου µικτού κύκλου (Cold NEDC) εντούτοις παραµένει αρκετά ικανοποιητική δεδοµένου του ότι η απόκλιση της κατανάλωσης καυσίµου βρίσκεται στο 5.7% µεταξύ των δύο µετρήσεων, ενώ οι αποκλίσεις των αερίων ρύπων, αν και µεγαλύτερες, πρέπει να θεωρηθούν αποδεκτές λόγω των εξαιρετικά χαµηλών τιµών εκπεµπόµενων ρύπων. Εξετάζοντας λεπτοµερέστερα τις µετρήσεις και τους παράγοντες που τις επηρεάζουν είναι απαραίτητο να γίνει αναφορά στην επίδραση του ηλεκτρικού τµήµατος στις εκποµπές ρύπων. Η ακριβής µέτρηση των εκποµπών ενός υβριδικού οχήµατος απαιτεί την παρακολούθηση της κατάστασης φόρτισης της µπαταρίας του (SOC - state of charge). Πραγµατικές εκποµπές θεωρούνται εκείνες οι οποίες προκύπτουν όταν η µεταβολή της φόρτισης της µπαταρίας ( SOC) κατά τη διάρκεια του κύκλου είναι µηδενική. Επειδή η επίτευξη µηδενικής µεταβολής φόρτισης στη διάρκεια του κύκλου οδήγησης είναι κάτι το οποίο δεν µπορεί να προκαθοριστεί, η επικρατούσα µεθοδολογία για την εξαγωγή των εκποµπών του οχήµατος προβλέπει την εφαρµογή γραµµικών σχέσεων µεταξύ τιµών των εκπεµπόµενων ρύπων και της µεταβολής της φόρτισης της µπαταρίας. Αναλυτικότερα, µετά από ορισµένες επαναλήψεις των µετρήσεων τα δεδοµένα εκποµπών και των αντίστοιχων µεταβολών στη φόρτιση αποτυπώνονται σε ένα διάγραµµα και έτσι βρίσκεται η ευθεία η οποία διέρχεται από τα σηµεία αυτά. Οι εκποµπές του οχήµατος προκύπτουν για την τιµή της ευθείας η οποία αντιστοιχεί σε µηδενική SOC. Από τα παραπάνω γίνεται αντιληπτό πως η παρακολούθηση της SOC είναι απαραίτητη για την ορθότητα των µετρήσεων όπως επίσης είναι αναγκαίος και ένας ελάχιστος αριθµός επαναλήψεών τους. Για να βρεθεί η επίδραση του SOC στην κατανάλωση και στην εκποµπή CO 2 κυρίως, πραγµατοποιήθηκε µια συµπληρωµατική σειρά µετρήσεων µε διαφορετικά επίπεδα φόρτισης της µπαταρίας. Για την καταγραφή της µεταβολής φόρτισης χρησιµοποιήθηκε το ενσωµατωµένο ενδεικτικό όργανο που υπάρχει στο όχηµα. Το καταγραφικό αυτό έχει ικανοποιητική ακρίβεια, αλλά η ανάλυσή του είναι περιορισµένη, αφού η κατάσταση φόρτισης της µπαταρίας αντιστοιχεί µόνο σε µια οκταβάθµια κλίµακα. Στο µέλλον, η καταγραφή της φόρτισης θα γίνει µε καταγραφή της έντασης του ρεύµατος που µεταφέρεται υπό σταθερή τάση από και προς την µπαταρία. Χρησιµοποιώντας τα αποτελέσµατα των επιπλέον αυτών µετρήσεων ακολουθήθηκε η συνιστώµενη διαδικασία της γραφικής αποτύπωσής τους και της εύρεσης της ευθείας που συνδέει το µετρούµενο µέγεθος µε τη SOC. Οι γραφικές αυτές παραστάσεις παρουσιάζονται στην εικόνα 4α για τους νοµοθετηµένους κύκλους και στην εικόνα 4β για τους κύκλους is. Πρέπει να σηµειωθεί πως η κλίµακα SOC των διαγραµµάτων είναι σχετική: οι ακραίες τιµές αντιστοιχούν στην περίπτωση της πλήρους εκφόρτισης (-) και πλήρους φόρτισης () της µπαταρίας ενώ η τιµή αντιστοιχεί σε επίπεδο φόρτισης 5%

5 Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 2-3 Ιαν., Τιµές µετρήσεων που παρουσιάζονται y = 6.998x CO2 g/km 8 6 y = x y = 25.48x COLD E HOT SOC 2 ARTEMIS URBAN ARTEMIS ROAD Linear (ARTEMIS URBAN) Linear (ARTEMIS ROAD) y = x CO2 g/km y = 7.426x Τιµές µετρήσεων που παρουσιάζονται SOC Εικόνα 4. Επίδραση της κατάστασης φόρτισης της µπαταρίας στις εκποµπές CO 2, κατά τη διάρκεια (α) νοµοθετηµένων και (β) µη νοµοθετηµένων κύκλων οδήγησης. Από την εικόνα 4 φαίνεται πως η γραµµικότητα που συνδέει τα δυο µεγέθη επαληθεύεται από τις µετρήσεις, όπως και θα ανέµενε κανείς. Επίσης µέσα σε πλαίσιο περικλείονται οι µετρήσεις που πραγµατοποιήθηκαν µε βάση το προηγούµενο πρωτόκολλο µέτρησης. Οι µετρήσεις του ψυχρού νοµοθετηµένου αστικού κύκλου βρίσκονται πολύ κοντά στη µηδενική SOC πράγµα που επαληθεύει και την πολύ καλή προσέγγιση των τιµών των µετρήσεων µε την δοκιµή έγκρισης τύπου Για τους λοιπούς κύκλους παρατηρείται πως υπάρχει απόκλιση από τη µηδενική SOC της τάξης του.2. Αυτό αποτελεί µια πιθανή αιτία απόκλισης η οποία όµως κυρίως επηρεάζει την κατανάλωση καυσίµου και τις εκποµπές CO 2 και λιγότερο τις εκποµπές των λοιπών ρύπων οι οποίες είναι ήδη πολύ χαµηλές. Παρατηρώντας την εικόνα 4β προκύπτει πως οι µετρήσεις στους κύκλους is που παρουσιάστηκαν στην εικόνα 2 βρίσκονται πολύ κοντά στη µηδενική τιµή SOC, γεγονός που ενισχύει την ποιότητα των αποτελεσµάτων. Συνοψίζοντας πρέπει να επισηµανθεί πως το βασικό ενδιαφέρον στη µελέτη ενός υβριδικού οχήµατος εστιάζεται στην ενεργειακή συµπεριφορά του και δευτερευόντως στα επίπεδα εκποµπής αερίων ρύπων. Με αυτό το γνώµονα, η παρούσα µελέτη επιβεβαιώνει τις χαµηλές τιµές της δοκιµής έγκρισης τύπου στον κύκλο οδήγησης NEDC. Αλλά και σε συνθήκες πραγµατικής κίνησης, όπως αυτές προσεγγίζονται µε τους κύκλους is, η κατανάλωση παραµένει σε ιδιαίτερα χαµηλά επίπεδα, σε σχέση µε οχήµατα συµβατικής τεχνολογίας. Σε ό,τι αφορά τους αέριους ρύπους πρέπει να επισηµανθεί ότι τα επίπεδα εκποµπής βρίσκονται πολύ χαµηλότερα από τις υφιστάµενες προδιαγραφές Euro 4 και σε ορισµένες περιπτώσεις οι συγκεντρώσεις βρίσκονται εντός του υπόβαθρου περιβάλλοντος

6 Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 2-3 Ιαν., ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΣΥΜΒΑΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Οι πληροφορίες που προήλθαν από τις παραπάνω µετρήσεις χρησιµοποιήθηκαν για την ανάπτυξη συντελεστών εκποµπής (EF-emission factors) υβριδικών οχηµάτων [6]. Οι συντελεστές αυτοί εκφράζουν τις εκποµπές ρύπων και την κατανάλωση καυσίµου ως συνάρτηση της µέσης ταχύτητας οδήγησης (V) σε µονάδες g/km. Οι νέοι συντελεστές εκποµπής θα χρησιµοποιηθούν σε µοντέλα εκτίµησης εκποµπών ρύπων, όπως το COPERT και το TREMOVE και έχουν τη µορφή: EF(V)= a + c V + e V² () Οι παράµετροι της εξίσωσης αυτής για κάθε ρύπο συνοψίζονται στον πίνακα. ΠΙΝΑΚΑΣ Ι ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΩΝ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΥΒΡΙ ΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ Ρύπος a c e CO,95E-4 3,8E-5-2,64E-7 HC 5,5E-4-8,54E-6 4,94E-8 NO x,48e-2-4,2e-4 4,29E-6 FC,94E+ 6,6E-2 7,54E-4 Σε σύγκριση µε τα συµβατικά Euro 3 & 4 οχήµατα οι συντελεστές εκποµπής αλλά και κατανάλωσης των υβριδικών οχηµάτων είναι σηµαντικά χαµηλότεροι. Αυτό σηµαίνει ότι η υβριδική τεχνολογία είναι ιδιαίτερα «καθαρά» οχήµατα και σε ό,τι αφορά τη συµβατική ρύπανση. Η σύγκριση υβριδικών και συµβατικών οχηµάτων παρουσιάζεται στην Εικόνα 5. Κατανάλωση (g/km) Diesel 4-2cc Βενιζινοκίνητο 4-2cc Υβριδικά Prius NOx (g/km) CO (g/km).. HC (g/km) Εικόνα 5. Σύγκριση των εκποµπών υβριδικού οχήµατος µε συµβατικά οχήµατα diesel (Euro 3) και βενζίνης (Euro 4)

7 Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 2-3 Ιαν., 26 Εξετάζοντας κάποιος τις παραπάνω καµπύλες µπορεί να υποστηρίξει ότι οι εξαιρετικά χαµηλές εκποµπές που εµφανίζονται για τους συµβατικούς ρύπους υβριδικών οχηµάτων δε θα πρέπει να θεωρηθούν αντιπροσωπευτικές όλων των υβριδικών οχηµάτων γιατί βασίζονται σε µετρήσεις µόνο ενός τύπου οχήµατος. Αυτό είναι µεν αληθές αλλά, από την άλλη µεριά, το συγκεκριµένο όχηµα αντιπροσωπεύει σήµερα την πλειοψηφία των πωλήσεων υβριδικών οχηµάτων σε παγκόσµια κλίµακα. Εποµένως αναµένεται ότι τα περισσότερα από τα υβριδικά οχήµατα που θα εµφανιστούν µελλοντικά θα ακολουθήσουν την ίδια τάση. Όντως, οι διαφηµιστικές καµπάνιες οχηµάτων όπως τα Lexus RX4h και Ford Escape, επικεντρώνεται τόσο στη σχετικά χαµηλή τους κατανάλωση, όσο και στις εξαιρετικά χαµηλές εκποµπές τους. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Με βάση τα όσα αναφέρθηκαν παραπάνω προκύπτουν τα ακόλουθα συµπεράσµατα: Οι µετρήσεις που πραγµατοποιήθηκαν έδωσαν µια καλή πρώτη εικόνα της λειτουργίας του υβριδικού οχήµατος και παρουσιάζουν ιδιαίτερο επιστηµονικό ενδιαφέρον λόγω της πρωτοτυπίας τους. Η κατανάλωση του οχήµατος σε πραγµατικούς κύκλους οδήγησης κινήθηκε στην περιοχή 3 5 l/ km. Ειδικά σε συνθήκες αστικής οδήγησης, η κατανάλωση του οχήµατος βρέθηκε περίπου στο 5% ή και χαµηλότερα από τα συµβατικά βενζινοκίνητα οχήµατα. Η διαφορά γίνεται µεγαλύτερη για συνθήκες οδήγησης µε εξαιρετικά µικρές µέσες ταχύτητες κίνησης (stop-and-go). εν έγινε διερεύνηση της επίδρασης της ατµοσφαιρικής θερµοκρασίας στις τιµές κατανάλωσης. Η µικρή κατανάλωση οδηγεί αντίστοιχα και σε σηµαντικά χαµηλές εκποµπές CO 2. Τα επίπεδα εκποµπής, σε όλους τους κύκλους οδήγησης που µετρήθηκαν, κινήθηκαν κάτω από τα 2g/km που έχει τεθεί ως µακροπρόθεσµος στόχος για τις µέσες εκποµπές στόλου το 22. Οι εκποµπές συµβατικών αερίων ρύπων (CO, HC, NO x ) ήταν σηµαντικά χαµηλότερες από τα όρια Euro 4 και πληρούν και τα προτεινόµενα όρια για τη νοµοθεσία των Euro 5. Τα χαµηλά επίπεδα εκποµπής διατηρούνται και σε κύκλους οδήγησης (µε θερµή εκκίνηση) που προσοµοιώνουν πραγµατικές συνθήκες οδήγησης. Η συµµετοχή του υβριδικού συστήµατος είναι έντονη σε χαµηλές ταχύτητες <4km/h και µειώνεται σηµαντικά καθώς η ταχύτητα του οχήµατος αυξάνει. Ωστόσο η κατάσταση φόρτισης της µπαταρίας µπορεί να επηρεάσει τα επίπεδα κατανάλωσης, ακόµα και στην περιοχή ±5%, ειδικά σε αστικούς κύκλους οδήγησης. Τα συµπεράσµατα εξήχθησαν στη βάση µετρήσεων ενός µόνο τύπου υβριδικού οχήµατος, που αντιπροσωπεύει ωστόσο το µεγαλύτερο τµήµα της αγοράς. Στο µέλλον η εικόνα θα πρέπει να συµπληρωθεί και σε άλλους τύπους υβριδικών οχηµάτων που ενσωµατώνουν διαφορετική τεχνολογία. 6. ΑΝΑΦΟΡΕΣ [] E.H. Wakefield, History of the electric automobile: Battery only Powered Cars, SAE, Warrendale, PA, 994 [2] Mehrad Ehsani, Yimin Gao, Sebastien E. Gay, Ali Emadi, "Modern Electric, Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles", CRC Press 25. [3] De Ceuster Griet, Laurent Franckx, Bart Van Herbruggen, Steven Logghe, Bruno Van Zeebroeck, Stijn Tastenhoye, Stef Proost, Jasper Knockaert, Ian Williams, Gordon Deane, Angelo Martino, Davide Fiorello, 25. TREMOVE 2.3 Model and Baseline Description FINAL REPORT, 25, διατίθεται από το [4] Andrè, M. 24. "The ARTEMIS European driving cycles for measuring car pollutant emissions". Science of the Total Environment , [5] ΤΟΥΟΤΑ, "Technical notes on Toyota Prius II [6] Z. Samaras, S. Geivanidis, Speed dependent emission and fuel consumption factors for Euro level petrol and diesel passenger cars, LAT Report 47, Thessaloniki, October