Sähkökäyttöisen hydrauliikan mitoitus

No Thumbnail Available
Files
Koskinen_Oskari_2024.pdf (656.28 KB)
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Date
2024-05-24
Department
Major/Subject
Elektroniikka ja sähkötekniikka
Mcode
ELEC3013
Degree programme
Sähkötekniikan kandidaattiohjelma
Language
fi
Pages
32
Series
Abstract
Tämän työn tarkoitus oli selvittää sähköisen voimalinjan mitoitus hydrauliikalle päästöjen vähentämiseksi ja tutkia sen vaikutuksia. Työssä vertailtiin ensiksi sähkön ja dieselin ominaisuuksia voimalinjan energialähteenä yleisellä tasolla, ja sen jälkeen tarkemmin kaivinkoneessa. Kaivinkoneessa tutkittiin vaatimuksia kahdeksan tunnin eli yhden työpäivän käytölle ilman pikalatausmahdollisuutta päivän aikana. Esimerkkitapauksen perusteella laskettiin kannattavuutta kustannuksien osalta ja ylläpitävän latausverkon vaatimuksia. Tutkittava kaivinkone oli markkinoilla olevien eri kokoisten sähköisten kaivinkoneiden valmistajien ilmoittamien ominaisuuksien keskiarvo. Sitä verrattiin samalla lähtöteholla olevaan dieselkäyttöiseen kaivinkoneeseen, ja vertailuihin käytettiin voimalinjojen teoreettisia hyötysuhteita. Yleisellä tasolla vertailtaessa sähkön todettiin olevan parempi vaihtoehto käytetyn energian ja kokonaispäästöjen kannalta, mutta akun tuomat lisäkustannukset nostivat sähkön hankintakustannuksia merkittävästi dieseliä korkeammalle. Dieselin etuna oli myös käytön ylläpito, koska tankkaus ei vaadi samanlaista infrastruktuuria verrattuna sähköön ja se on nopeampaa lataukseen verrattuna. Sähkön ta-pauksessa mitä suurempi akku voimalinjassa oli, sitä suurempi latausteho vaadittiin, jotta yön yli ylläpito olisi mahdollista. Pitkällä käyttöajalla ei siis pystytty aina poistamaan pikalatauksen tarvetta. Esimerkkitapauksessa akusta aiheutuvat lisähankintakustannukset maksoivat itsensä takaisin noin neljän vuoden intensiivisen käytön jälkeen ja pitkällä aikavälillä sähköisen voimalinjan huomattiin tuovan merkittävän säästön kokonaiskustannuksiin. Yhteenvetona sähköinen voimalinja työpäivän mitoituksella on päästöjen ja kustannusten kannalta parempi vaihtoehto dieselille, mutta sen toimivuuden ja kannattavuuden edellytyksenä on latauksen mahdollistava sähköverkko ja korkea käyttöaste vuodessa takaisinmaksuajan minimoimiseksi ajallisesti.

The purpose of this work was to investigate the sizing of an electric powertrain for hydraulic applications to reduce emissions and to examine its impacts. The study first compared the properties of electricity and diesel as energy sources for powertrains at a general level, and then more specifically in an excavator. In the excavator, the requirements for full workday operation without fast charging were examined. Based on a case example, the cost-effectiveness and the requirements for a supporting charging network were calculated. The excavator examined was an average of the specifications provided by manufacturers of different sizes of electric excavators available on the market. It was compared to a diesel-powered excavator with the same output power, and theoretical efficiencies of the powertrains were used for comparisons. At a general level, electricity was found to be a better option in terms of energy usage and overall emissions, but the additional costs of the battery significantly increased the acquisition costs of electric drivetrain compared to diesel. One major advantage for diesel was its ease of use, as refuelling does not require the same infrastructure as electricity and is quicker compared to charging. In the case of electricity, the larger the battery in the powertrain, the higher the charging power required to maintain overnight operation. Therefore, the need for fast charging could not always be eliminated with a large battery. In the case example, the additional acquisition costs of the battery paid off after approximately four years of intensive use, and in the long run, the electric powertrain was found to bring significant savings in total costs. In summary, an electric powertrain, when sized for a workday, is a better option than diesel in terms of emissions and costs, but its feasibility and cost-effectiveness depend on the availability of a charging network and a high annual usage rate to minimize the payback period.
Description
Supervisor
Turunen, Markus
Thesis advisor
Vepsäläinen, Jari
Keywords
kaivinkone, sähköinen voimalinja, hydrauliikka, työkone
Other note
Citation