Sähköisen liikenteen tulevaisuudessa on monta rautaa tulessa

Lappeenrannan yliopisto (LUT) on panostanut sähköisen liikenteen tutkimukseen ja opetukseen jo vuosia. Energiamurros on vasta alkuvaiheessa, ja monet kysymykset ovat vielä auki. Suomi ja muut Pohjoismaat ovat eurooppalaisen kehityksen kärjessä.

Lapeenrannan yliopistossa on käynnissä useita projekteja, joissa tutkimuksen kohteita ovat mm. energiantuotanto, sähkönsiirto, kalusto, logistiikka, latausjärjestelmät, käyttövoimat ja akkutekniikka. Sähköisen liikenteen professori Lassi Aarniovuori työskentelee LUTin sähkökäyttötekniikan laboratoriossa, jossa tutkitaan ennen kaikkea loppukäyttöä kuten sähköisiä voimalinjoja ja latausjärjestelmiä. Lisäksi siellä tehdään mm. kuluttajakäyttäytymisen selvityksiä ja sähköisen liikenteen infraan liittyviä kartoituksia. Aarnivuori myös vastaa sähköisen liikenteen opetuksesta LUTin Lahden kampuksella, jossa toimii Electric Transportation Systems –maisteriohjelma.

Aarniovuori kertoo, että sähköisen liikenteen tekniikassa ei ole tapahtunut mullistavia innovaatioita, mutta jo olemassa olleet teknologiat ovat kehittyneet:

– Merkittävin kehitys on, että akun varauskyky on parantunut niin paljon, että sitä on järkevää kuljettaa mukana. General Motorsin EV1-sähköautoa valmistettiin jo 1990-luvun lopulla, mutta se lopetettiin kannattamattomana. Akkua lukuun ottamatta sen tekniikka on käytännössä samanlaista kuin tämän päivän sähköautoissa.

Raskaan liikenteen sähköistymisessä pöydällä on useita vaihtoehtoja

Joukkoliikenteen käyttäjät saavat jo useissa kaupungeissa hypätä sähköbussin kyytiin. Kaupunkiliikenteessä linja-autot ajavat lyhyitä matkoja, joiden reitit ovat etukäteen tiedossa, joten energiankulutus on melko pientä. Kuorma- ja rekka-autojakin pystytään sähköistämään, mutta kantama on rajallinen:

– Sähköisillä rekoilla pystytään ajamaan 200–250 km. Siihen, miten kantamaa pystytään lisäämään, on olemassa eri vaihtoehtoja, joista yksi on vety ja polttokennot. Energia varastoidaan vetytankkiin, joka polttokennon kautta muutetaan sähköksi. Tulevaisuudessa vetyä käytetään jollakin tavalla sähköisen liikenteen tukemiseen. Aika näyttää, missä ja kuinka paljon sitä on saatavilla, Aarniovuori pohtii.

Toinen vaihtoehto liittyy akunvaihtotekniikkaan, missä tyhjä akku vaihdetaan täyteen automaattisesti akunvaihtoasemalla. Lisäksi on olemassa skenaario nimeltä e-highway:

– Johdinautoja on käytetty kaupunkien bussiliikenteessä paljon ja testattu, että vaihtamalla bussiin isompi akku niillä pystyy ajamaan myös lankaverkoston ulkopuolelle. Samanlaisia lankoja on asennettu moottoritieosuuksille, joiden pituus on 5–10 km ja joilla rekkojen akut latautuvat ajon aikana. Tämä vaihtoehto ei ole vielä ottanut kovin paljoa tuulta alleen, mutta on yhä pöydällä.

Tällä hetkellä ajankohtaista on erityisesti latausasemien tehojen kasvattaminen. Sen seurauksena myös autojen latauskykyä pitää kasvattaa.

– Jotta rekan lataaminen olisi yhtä vaivatonta kuin henkilöauton, latausasemille tarvittaisiin kymmenkertainen latausteho, ja sellaisten järjestelmien kehittäminen ja markkinoille tuominen vie aikansa. Mitä parempi latausjärjestelmä, sitä pienemmillä akuilla autot pystyvät toimimaan. Kun autojen kuljettama akkukuorma pienenee, niistä tulee edullisempia ja ympäristöystävällisempiä.

Toinen ajankohtainen kehityskohde liittyy tehon siirtoon, jossa trendinä on jännitteen tason nousu. Kun jännitettä lisätään, pystytään sama teho siirtämään ajoneuvoon nopeammin.

– Sähköautojen tullessa markkinoille aloitettiin 400 voltin järjestelmistä, joka on tällä hetkellä yleinen sähköautoissa. Nyt olemme etenemässä 800 volttiin, ja seuraava hyppäys on 1200 volttia. Se vaatii uusien latureiden asentamista.

Kaikkien osapuolien tahtotila tarvitaan

Liikenteen sähköistymisen maailmanlaajuisessa kehityksessä Suomi asemoituu kärkipäähän. Sähköisten ajoneuvojen määrässä ykkönen on Kiina.

– Eurooppa tulee hyvänä kakkosena, ja siellä Pohjoismaat ovat kärjessä. Norja johtaa tilastoja. Yhdysvalloissa ei olla yhtä pitkällä, siellä ihmiset ovat tottuneet ajamaan pitkiäkin matkoja halvalla polttoaineella. Euroopassa on tiiviimpi kaupunkirakenne ja lyhyemmät välimatkat, Aarniovuori kertoo.

Liikenteen sähköistymisen parissa toimii monien eri toimijoiden ekosysteemi. Aarniovuori painottaa, että kaikkien osapuolten tahtotila tarvitaan, jotta liikennettä pystytään sähköistämään.

– Regulaation kautta alalle muodostuu standardit ja niiden mukaiset laitteet. Energiantuotannolta vaaditaan edullista sähköenergiaa, joka pitää jakaa turvallisesti. Lisäksi tarvitaan latausverkosto ja mahdollisesti myös energiavarastoja, jonne sähköä voidaan varastoida. Tietenkin tarvitaan myös loppukäyttäjiä. Kaikkia sähköisen liikenteen osapuolia ei vielä edes tunnisteta.

Uusien teknologioiden käyttöönotto ja infran rakentaminen vaatii myös rahaa. Olemme vasta kehityksen alkuvaiheessa, mikä tekee vaikeaksi arvioida esimerkiksi latausasemien käyttöikää ja arvoa. Aarniovuori toteaa, että sähköisen latausaseman rakentamisen kustannukset ovat paljon pienemmät kuin perinteisen polttoaineaseman, sillä se ei vaadi isoja altaita tai maansiirtotöitä. Tosiasia on, että edessä on latausasemien päivitys uudempaan teknologiaan:

– Latausasemat eivät ole samanlaista infraa kuin sillat tai muuntamot, joiden eliniän odotetaan olevan 30–50 vuotta. Tästä huolimatta latausasemista saatavat hyödyt ovat niin merkittävät, että niitä kannattaa asentaa. Sähköautoilla, joilla ajetaan paljon, on saatu aikaan merkittäviä säästöjä.