Liikenteen sähköistymisen edellytyksenä on oikein toteutettu latausinfra

Artikkelit
Marko Paakkinen

Nopeasti sähköistyvässä liikenteessä on paljon potentiaalia niin ympäristövaikutusten suhteen kuin Suomen kansantaloudellekin. Ajoneuvojen käyttötapaukset ovat avainasemassa sen suhteen, mihin käyttöön nykyisin tarjolla oleva sähköajoneuvokalusto sopii. Helposti sähköistettävät käyttötapaukset kannattaa sähköistää mahdollisimman nopeasti, mutta vaikeasti sähköistettäviin käyttötapauksiin tarvitsemme myös muita käyttövoimavaihtoehtoja. Kaupallinen ajoneuvokalusto tarvitsee seuraavaksi itselleen sopivaa latausinfraa.

Liikenne sähköistyy etenkin henkilöautoissa ja kaupunkibusseissa nyt hyvin nopeasti. Henkilöautojen osalta täyssähköautojen markkinaosuus ohitti dieselin ensimmäisen kerran joulukuussa 2020 ja uudelleen tänä kesänä. Henkilöautoissa sähköistymistä ohjaavat pääasiassa EU:n kiristyvät päästörajat, jotka ovat pakottaneet autovalmistajat tuomaan valikoimaansa sähköisiä vaihtoehtoja, ja myös saamaan niitä kaupaksi. Uusi ”Fit for 55” säädösehdotuspaketti tulisi läpi mennessään kiihdyttämään liikenteen sähköistymistä entisestään. Myös uuden Euro 7-päästönormin odotetaan kiihdyttävän sähköistymistä, koska se voi tehdä esimerkiksi pienten ajoneuvojen osalta polttomoottoreiden käyttämisen kannattamattomaksi. 

Täyssähköisten henkilöautojen ajoneuvokannan kehitystä kuvaava diagrammi vuosineljänneksittäin.
Kuva. Täyssähköisten henkilöautojen ajoneuvokanta vuosineljänneksittäin.

Sähköbusseissa tilanne on hieman toinen – niissä sähköisen kaluston elinkaarikustannukset ovat jo alittaneet monessa tapauksessa dieselkaluston kustannukset, ja sitä kautta bussioperaattoreilla on kaupallinen kannustin vaihtaa sähköiseen kalustoon uusissa liikennöintisopimuksissa. Myös bussien sähköistymistä ohjataan regulaatiolla, puhtaiden ajoneuvojen direktiivin avulla, joka vaatii vuosien 2021 ja 2025 välillä noin joka viidennen Suomessa myytävän bussin olevan sähköinen. 

Sähköbussien taloudellinen kannattavuus alkaa näkyä uusissa liikennöintisopimuksissa. Harva liikennöitsijä haluaakaan sitoutua esimerkiksi seuraavaksi seitsemäksi vuodeksi enää pelkkään dieselkalustoon. Suomessa uusia sähköbusseja sisältäviä liikennöintisopimuksia on julkistettu viime aikoina tiuhaan, ja tällä hetkellä näyttää siltä, että sähköbussien tavoitteen saavuttamisessa ei tule vastaan suurempia ongelmia. Kuluneen vuoden aikana tapahtuneista bussien ensirekisteröinneistä joka toinen bussi on ollut sähköbussi.

Sähkö on nousemassa myös muissa ajoneuvoluokissa. Pakettiautoihin tuli eri merkeille vuoden 2020 aikana tarjolle hyvin erilaisia sähköisiä vaihtoehtoja, ja myös sähköpakettiautojen myynti on lähtenyt nousuun tarjonnan kasvaessa.

Täyssähköisten paketti, linja ja kuormaautojen ajoneuvokanta vuosineljänneksittäin.
Kuva. Täyssähköisten paketti-, linja- ja kuorma-autojen ajoneuvokanta vuosineljänneksittäin.

Kuorma-autoissa lähes kaikki valmistajat ovat julkistaneet omat sähköautomallinsa, ja esimerkiksi Volvolla alkaa olla vaihtoehtoja jo hyvin monenlaisiin käyttötapauksiin. Haasteena kuorma-autojen osalta on vielä tuotannon pienuus, ja selkeästi dieselversioita kalliimmat hankintahinnat. Suomen ajoneuvokannasta löytyykin elokuun 2021 lopussa vasta seitsemän sähkökuorma-autoa.

Elinkaarikustannus vaihtelee käyttötapauksen mukaan, mutta hiljattaisen VTT:n toteuttaman KAROLIINA-projektin mallinnusten pohjalta sähkökuorma-autot ja -rekat voivat olla jo nyt kilpailukykyisiä tietyissä käyttötapauksissa. Esimerkiksi 15 tonnin kuorma-autoissa elinkaarikustannukset ovat tasoissa dieselversion kanssa jo noin 40 000 km vuosittaisen ajosuoritteen kohdalla.

Mitä sähköistyminen tarkoittaa ympäristön kannalta?

Sähköisten ajoneuvojen ympäristövaikutuksista on ilmestynyt viime vuonna laaja Euroopan komission tilaama raportti, jonka mukaan sähköisen ajoneuvokaluston ympäristövaikutukset ovat jo tänä päivänä selkeästi muita vaihtoehtoja pienemmät lähes kaikissa vertailtavissa kategorioissa ja ajoneuvoluokissa, raskaimpia ajoneuvoja lukuun ottamatta. Vuoteen 2050 mennessä tilanne on muuttunut lähes täysin akkusähkövoimalinjan eduksi myös raskaissa ajoneuvoissa. Raportti ei verrannut pelkästään tuotannon ja käytön kasvihuonekaasupäästöjä, vaan myös muita ympäristövaikutuksia. 

Eri maiden välillä on eroja kasvihuonekaasupäästöissä, johtuen eroista sähköntuotannon puhtaudessa, mutta keskimäärin Euroopassa sähköautoilla voitaisiin puolittaa henkilöautoliikenteen hiilidioksidipäästöt nykyisillä sähkön tuotannon päästöillä laskettaessa. Vuoteen 2030 mennessä tilanne on parantunut niin, että sähköautoilla on potentiaalia pudottaa päästöt noin neljäsosaan vastaavien bensiiniautojen päästöistä.

Jo nykypäivänä, ajettaessa Suomessa henkilöautolla vähähiilisellä sähköllä, sähköauton elinkaaren aikaiset hiilidioksidipäästöt ovat vain noin neljäsosa vastaavan bensiiniauton päästöistä. Raskaassa kalustossa ero on vielä suurempi – hiljattain Scanian julkaisemassa sähkökuorma-auton elinkaarilaskelmassa, sähköauto tuottaa elinkaarensa aikana vain 14 prosenttia vastaavan dieselversion hiilidioksidipäästöistä.

Auto- ja akkuvalmistajat dekarbonisoivat kilpaa sekä auto- että akkutuotantoaan, joten tulevaisuudessa tilanne tulee entisestään paranemaan. Sähköverkon puhtaus vaikuttaa sähköajoneuvojen elinkaaripäästöihin, mutta myös sähkön tuotanto on kehittymässä koko ajan puhtaammaksi. Tekemistä ympäristövaikutusten minimoimisessa silti vielä riittää, etenkin tarvittavan kaivosteollisuuden puolella. 

Pakettiautojen pienhiukkaspäästöt muodostavat peräti 33 % kaikista liikenteen pienhiukkaspäästöistä Helsingissä!

Yksi konkreettinen käytännön esimerkki sähköisen liikenteen positiivisista paikallisista ympäristövaikutuksista on tarkastella tieliikenteen pienhiukkas- ja CO2-päästöjä Helsingin kaupungin alueella, ja pakettiautojen vaikutusta siinä. VTT:n LIPASTO-mallin mukaan, vaikka Helsingin kaupungin alueella liikkuvien dieselpakettiautojen CO2-päästöt ovat vain 7 % kaikista alueen tieliikenteen päästöistä, ja ajosuorite noin 10 % koko alueen tieliikenteen ajosuoritteesta, pakettiautojen pienhiukkaspäästöt muodostavat peräti 33 % kaikista liikenteen pienhiukkaspäästöistä Helsingissä!

Turhaan ei olekaan nostettu esiin sähköajoneuvojen potentiaalia etenkin kaupunkien hengitysilman laadun parantamisessa. Pakokaasupäästöjen vähenemisen lisäksi myös jarru- ja rengaspölyn määrä tulee vähenemään sähköajoneuvojen myötä. Sähköbussien ollessa jo nyt muodostumassa uusissa liikennöintisopimuksissa valtavirraksi, on syytä kääntää katse seuraaviin helppoihin sähköistettäviin kohteisiin, kuten kaupunkijakeluun ja takseihin, sekä mainittuihin pakettiautoihin.

Ilmanlaadun paranemisen lisäksi, kaupunkien sisäisen liikenteen sähköistämisellä voidaan vaikuttaa merkittävästi myös kaupunkien melusaasteen määrään. Etenkin bussit ja kuorma-autot tuottavat merkittävästi melua kiihdyttäessään liikennevaloista tai pysäkeiltä liikkeelle.

Systeemitason muutosta tarvitaan

Liikenteen sähköistyminen on kuitenkin monimutkaisempi asia kuin pelkkä käyttövoiman vaihtaminen. Koska ajoneuvojen käyttötapa ja niiden energian jakelu muuttuu täysin entisestä, muuttuu haaste systeemiseksi. Liikenteen sähköistyminen tuleekin ottaa jatkossa huomioon kaikessa toiminnassa – asuinkiinteistöjen latauspisteiden rakentamista tulee helpottaa, julkisia latauspisteitä täytyy olla riittävästi myös alueilla, missä ei ole mahdollisuutta kotilataukseen, kaavoituksessa tulee huomioida etenkin raskaiden ajoneuvojen lataukseen tarvittavia tiloja ja latausjärjestelmissä täytyy huomioida kyvykkyys älykkääseen latauksen ohjaukseen, jotta tulevaisuudessa voidaan välttää niin kiinteistöjen kuin paikallisten sähkönjakeluverkkojen ylikuormitustilanteet.

Sähköistyminen leviää myös muihin ajoneuvoluokkiin. Sähköpyörien myynti on useassa maassa ylittänyt sähköautojen myynnin, joten niiden turvallinen lataaminen kiinteistöissä on tärkeää huomioida, samoin kuin esimerkiksi nopeassa kasvussa olevien sähköisten tavarapyörien huomattavasti tavallisia polkupyöriä suuremmat tilavaatimukset. Kiinteistöjen ja kaupunkien suunnittelussa täytyy lähteä huomioimaan toisaalta kasvava kevyt liikenne erilaisine muotoineen ja kaupunkien halu liikkumismuotojen vaihtamiseksi kestävämmiksi, mutta myös tarpeet henkilöautojen lataukselle niin yksityisten ihmisten, yhteiskäyttöajoneuvojen kuin kaupallisten ajoneuvojenkin osalta.

Käyttötapaus määrää, sopiiko sähköajoneuvo tarpeisiin

Käyttötapaukset, ja ajoneuvojen tarjolla oleva teknologia, määrittävät paljolti sen, missä sovelluksissa kulloinkin on parhaat edellytykset sähköistymiselle. Hyviä kohteita tällä hetkellä ovat esimerkiksi henkilöautot, taksit, kaupunkien sisäisessä työkäytössä olevat pakettiautot, jakeluautot ja kaupunkibussit. Kaikissa näissä nykyinen tarjolla oleva ajoneuvokalusto soveltuu hyvin näiden käyttötapausten tarpeisiin. Aivan kaikkia tarpeita ne eivät vielä täytä, mutta valtaosaan edellä mainituista käyttötapauksista ne jo soveltuvat, ja myös kannattavuus niissä alkaa olla tasoissa tai parempi kuin fossiilisilla käyttövoimilla, riippuen paljolti vuotuisesta ajosuoritteesta ja kuormituksesta.

Sähköajoneuvojen soveltuvuutta uusiin käyttötapauksiin voidaan joissakin tapauksissa parantaa entisestään oikein toteutetun latausinfran avulla. Yhtenä esimerkkinä voidaan tarkastella pitkän matkan rahtia. Jos ajatellaan vaikkapa lohen rahtaamista Pohjois-Norjasta Etelä-Suomeen, ei koko reittiä ole mahdollista suorittaa akkusähkörekalla ilman välilatauksia tämänhetkisellä kalustolla, koska matkalla tarvittava energiamäärä kasvattaisi tarvittavan akkukoon liian suureksi. On syytä kuitenkin huomioida kuljettajien työaikamääräykset, missä edellytetään aina 4,5 tunnin ajon jälkeen vähintään 45 minuutin taukoa. 

Neljän ja puolen tunnin ajo rekalla tarkoittaa maksimissaankin noin 300 kilometrin matkaa, jonka energiantarve noin 40 tonnin kokonaispainolla olisi suunnilleen 600 kilowattituntia. Jos käytettävissä olisi yhden megawatin lataustehon tarjoava laturi, se ehtisi ladata tuon energiamäärän kuljettajan 45 minuutin lakisääteisen tauon aikana. Tällöin autoon riittäisikin akuston kooksi pienillä varmuusvaroilla esimerkiksi 700 kWh, jonka lisäpaino verrattuna dieselvoimalinjaan ei olekaan enää merkittävä, vaan esimerkiksi vasta valmistuneen tutkimuksen mukaan kantavuudesta menetettäisiin nykypäivän akuilla vain noin 11 % verrattuna dieselrekkaan. Megawatin lataustehokaan ei ole niin kaukana kuin voisi olettaa – se vastaa esimerkiksi kolmea henkilöautoille tarjolla olevaa IONITY:n 350 kW suurteholaturia.

EU on myös sallimassa täyssähköisille kuorma-autoille ja rekoille suuremman kokonaismassan, jolloin noin 40 tonnin kokoluokassa sähkörekka voisi olla jo nyt toteutettavissa myös pitkän matkan rahtiin soveltuvana, ilman että kantavuudesta tarvitsee tinkiä.

Kun rekkojen suhteen mennään aivan suurimpiin kokoluokkiin, esimerkiksi 76 tonnin kokonaismassan ajoneuvoyhdistelmiin, akkusähkö ei ole vielä niissä kilpailukykyinen, ja näihin ajoneuvoihin tarvitaankin ainakin toistaiseksi muita vaihtoehtoja, esimerkiksi synteettisiä polttoaineita, biokaasua tai vetypolttokennoja. 

Megawattitason latausinfraa tarvitaan mahdollistamaan pitkän matkan kuljetukset

Megawatt Charging System (MCS) on megawattitason latausstandardi, jota ollaan parhaillaan valmistelemassa CCS-latausstandardin takana olevan CharIN-organisaation toimesta. Standardointi etenee raskaan kuljetuksen tarpeet ensimmäisenä huomioiden, ja sen tarpeesta on jo tehty ensimmäisiä Euroopan laajuisia mallinnuksia ja hahmotelmia esimerkiksi Fraunhofer-instituutin toimesta. 

Megawattilatauksessa päästään uusiin haasteisiin sähköverkkojen osalta, kun rekkaparkkeja lähdetään varustelemaan tämän tehoisella latausinfralla. Suomalainen sähkön siirtoverkko pystyy hoitamaan kasvavan lataustarpeen tarvitseman energian siirron, mutta paikallisissa jakeluverkoissa etenkin suuritehoisemmat latauskeskittymät vaativat älykkäämpää latausta, etenkin jos samaan yhtälöön halutaan yhdistää uusiutuvan energian maksimaalista hyödyntämistä. 

Ratkaisuiksi tarvitaan sähköjärjestelmän joustoja, paikallisia energiavarastoja ja pidempikestoisiin kysynnän ja tuotannon vaihteluihin myös esimerkiksi vetyä energiavarastoksi, joiden avulla voidaan välttää paikalliset pullonkaulat energian jakelussa ja tuotannon ja kysynnän kohtaamisessa.

Kaupallinen ajoneuvokalusto tarvitsee omaa latausinfraa

Henkilöautojen osalta sähköistyminen etenee nyt vauhdilla, ja alkaa olla aika kääntää katse pikkuhiljaa kaupallisiin ajoneuvoihin. Tarvitaan pilotteja, joiden avulla uusista sähköajoneuvoista saadaan kokemuksia Suomen olosuhteissa, ja samalla kehitettyä uusia ratkaisuja ja liiketoimintamalleja tarvittavalle latausinfralle. 

Yhteiskäytössä olevat latauskentät, missä niin henkilöautot kuin raskaskin liikenne voisivat ladata, niin kaupungeissa kuin tärkeimmissä liikenteen solmukohdissa ja taukopaikoissa, olisivat yksi pilottikohde, joita itse soisin näkeväni jo lähiaikoina pilotoinnissa jossain päin Suomea. Näissä latauskentissä voisi jo alusta alkaen huomioida ajoittaisten huippukuormitustilanteiden aiheuttamat energiankulutuspiikit, kuten esimerkiksi loma-aikojen meno- ja paluuliikenne, jolloin niissä kehitettyjä ratkaisuita voitaisiin monistaa niin vientiin kuin kotimaahankin.

Meiltä löytyy osaamista megawattitason latausinfran rakentamiseen.

Olisi mahtavaa nähdä Suomessa, ensimmäisten joukossa, kokeiluita pitkän matkan rekkakuljetuksista megawattitason latausinfraa hyödyntäen. Meiltä löytyy kuitenkin osaamista tuon tason latausinfran rakentamiseen, akkuvarastoihin ja sähkövoimalinjoihin. Polttokennorekkojenkin osalta olisi hienoa saada ensimmäiset pilotit liikkeelle, ja kokemusta niistäkin karttumaan.

Lyhyen matkan syöttöliikenteen osalta lentoliikenne on myös lähdössä sähköistymään, ja ensimmäiset pienen kapasiteetin sähkölentokoneet ovat tulossa käyttöön noin vuosikymmenen puolivälissä. Tämä on uusi mahdollisuus lyhyille reiteille, esimerkiksi Suomen poikittaisliikenteeseen, missä junaliikenne ei ole kovin sujuvaa. Pienet lentokentät voisivat hyvin kokea uuden tulemisen sähkölentokoneiden myötä. On hienoa, että Finnair onkin jo tehnyt aiesopimuksen ensimmäisistä sähkölentokoneista Heart Aerospacen kanssa.

Uuden Nokian jäljillä?

Oikein toteutettu latausinfraverkosto, jossa huomioidaan käyttäjien tarpeet ja erilaiset käyttötapaukset, ja joka huomioi myös kysynnän vaihtelun ja paikalliset sähkönjakeluverkon rajoitukset, tulee olemaan avainasemassa liikenteen sähköistymisen osalta. Tässä on myös paljon mahdollisuuksia uusille vientituotteille – esimerkiksi akkuvarmistetut, paikallista uusiutuvan energian tuotantoa maksimaalisesti hyödyntävät, huippukuormituksessa joustavat latauskenttäkonseptit tulevat olemaan sellaisia, että niiden kysyntä tulee tulevaisuudessa kasvamaan, ja kokonaistoimituksena sellaisia voisi toimittaa jo nyt täysin kotimaisin voimin.

Jos seuraa lahtelaisen Kempowerin kasvuvauhtia, voi hyvin nähdä, että sähköisessä liikenteessä ollaan todellakin uuden Nokian syntytarinan alkulähteillä. Riippuu nyt tehtävistä päätöksistä, miten paljon tuosta uudesta potentiaalista saadaan siirrettyä kotimaisiksi työpaikoiksi ja vientituotteiden kautta myös hiilikädenjäljeksi. Sähköajoneuvoille toteutettua latausinfraa ei kannata rakentaa siiloissa, vaan mahdollisimman laajalla yhteistyöllä, jotta vältetään ylimääräiset investoinnit ja toisaalta maksimoidaan tehtyjen investointien vaikuttavuus. Koska teknologinen kehitys on nopeaa, tarvitaan päätöksenteon tueksi jatkuvasti lisää tutkimusta ja ennen kaikkea rohkeaa pilotointia.

 

Artikkeli ilmestyi Ilmansuojelu-lehdessä 10/2021.
 

Jaa
Marko Paakkinen

Marko Paakkinen

Research Team Leader