Uiton käyttövoimaratkaisut : Tutkimus eri käyttövoimien soveltuvuudesta uitossa käytettäville apualuksille

Abstract

Työn tavoitteena oli selvittää suositeltavin käyttövoimaratkaisu uitossa käytettäviin apualuksiin. Uitto on energiatehokas kuljetusmuoto, jolla kuljetetaan suuria puumääriä Kaakkois-Suomen metsäteollisuuden tarpeisiin. Uittolauttojen kuljettaminen edellyttää apualusten käyttöä, jotka ohjaavat puukuormaa reittien haastavissa kohdissa ja hinaavat pienempiin osiin puretun uittolautan kapeiden kanavien läpi. Jotta uittokuljetusten volyymiä voidaan kasvattaa ja päästöjä pienentää, apualuksia täytyy lisätä ja uusia sekä ottaa käyttöön nykyistä puhtaampia käyttövoimaratkaisuja.

Työssä perehdyttiin polttomoottori-, akku- ja polttokennoteknologiaan sekä hybridiratkaisuihin, joissa näitä teknologioita hyödynnetään yhdessä. Työssä tutkittiin uusiutuvan polttoöljyn, rinnakkais- ja sarjahybridin sekä polttokennohybridin hiilidioksidipäästöjen vähennyspotentiaalia sekä käyttövoima- ja hankintakustannuksia. Hankintakustannuksia lukuun ottamatta tulokset ovat vuosittaisia keskiarvoja 10 vuoden ajanjaksolle. Uusiutuvalla polttoöljyllä voidaan vähentää apualuksen elinkaaren aikaisia päästöjä 82 % ja käyttövoimakustannukset kasvavat 6600 € vuodessa. Polttoaine ei edellytä muutoksia moottoriin, joten hankintakustannukset pysyvät ennallaan 72000 €:ssa. Rinnakkaishybridi vähentää aluksen päästöjä 28 % ja vuosittaisia käyttövoimakustannuksia 1300 €. Rinnakkaishybridin voimansiirtojärjestelmän hankintakustannukset ovat 350000 €. Sarjahybridi pienentää päästöjä 23 % ja käyttövoimakustannuksia 750 € vuodessa. Sarjahybridin hankintakustannukset ovat 380000 €. Polttokennohybridi vähentää päästöjä 96 % ja nostaa vuotuisia käyttövoimakustannuksia 9700 €. Polttokennohybridin hankintakustannukset ovat 510000 €.

Uusiutuvan polttoöljyn käyttö on sekä päästöjen että kustannusten näkökulmasta suositeltavin vaihtoehto apualusten käyttövoimaksi. Apualuksen pienen vuosittaisen kulutuksen, kevyen polttoöljyn edullisuuden sekä hybriditeknologioiden hankintakustannusten takia muut tarkastellut vaihtoehdot eivät ole tällä hetkellä suositeltavia käyttövoimaratkaisuja apualuksille. Hybridiratkaisujen uudelleenarviointi tulevaisuudessa edellyttää hybriditeknologioiden hankintakustannusten laskua, uittokuljetusten volyymin kasvua ja polttoöljyjen hintojen nousua.

The objective of the study was to determine the most recommended propulsion solution for auxiliary vessels used in timber rafting. Timber rafting is an energy efficient transportation method used to transport large amounts of timber for the needs of the forest industry. Auxiliary vessels are needed in timber rafting to steer rafts through challenging parts of the routes and tow dismantled timber rafts through narrow channels. In order to reduce emissions and increase transport volumes, vessel fleets need to be increased and modernized and cleaner propulsion solutions need to be adopted.

The study examined internal combustion engine, battery, and fuel cell technologies, as well as hybrid solutions where these technologies are utilized together. Investigated solutions were renewable fuel oil, parallel hybrid, series hybrid and fuel cell hybrid. These alternatives were evaluated against the potential to reduce carbon dioxide emissions and operational and acquisition costs. Operational costs consist of only fuel and electricity costs. Excluding acquisition costs, the results are annual averages for a 10-year period. The use of renewable fuel oil reduces emissions by 82 % and operational costs increase by 6600 €. The fuel does not require changes to the engine, so the acquisition costs remain unchanged at 72000 €. The parallel hybrid reduces emissions by 28 % and lowers operational costs by 1300 €. The acquisition costs of the parallel hybrid are 350000 €. The series hybrid reduces emissions by 23 % and lowers operational costs by 750 €. The acquisition costs of the series hybrid are 380000 €. The fuel cell hybrid reduces emissions by 96 % and increases operational costs by 9700 €. The acquisition costs of the fuel cell hybrid are 510000 €.

The use of renewable fuel oil is the recommended option for auxiliary vessels from both emission and cost perspectives. Due to the low annual fuel consumption of the auxiliary vessel, low cost of fossil fuel oil, and the high acquisition costs of hybrid technologies, the other examined alternatives are not currently recommended. If the cost of hybrid technologies decreases, the volume of rafting transports increases and the price of fuel oils rises, hybrid solutions could be re-evaluated as an appropriate powertrain solution for auxiliary vessels.