Tulokset antavat karkean arvion eri talteenottotapojen tarvittavasta määrästä ja näiden kyvystä luovuttaa energiaa. Talteenottotapojen tarvittavat määrät ovat teoreettisia, esimerkiksi akkuja tarvitaan enemmän, koska niiden kyky varastoida energiaa vaihtelee latauksen mukaan. Saatuihin tuloksiin vaikuttaa talteenottotapojen ilmoitettu kyky varastoida energiaa, joskin luvut vaihtelevat jonkin verran riippuen lähteestä.
Talteenottotavat kehittyvät jatkuvasti ja niiden kyky varastoida energiaa kasvaa, joten parin vuoden sisällä talteenottojärjestelmien paino saattaa puolittua, mikäli uusimmat tutkimukset esimerkiksi, superkondensaattorista päätyvät tuotantoon. Akkujen kyky vastaanottaa energiaa lyhyellä ajan jaksolla vaatii lisää tutkimusta, samoin energiavarastojen todellisten hintojen selvittäminen.
Tuloksista selviää, että nykyään raskaissa työkoneissa menee paljon sellaista energiaa hukkaan, mikä on mahdollista saada talteen. Talteenottotavoissa on vielä kehittämistä ja tutkimista, erityisesti energianvarastoinnin latausnopeudessa sekä energiatiheyden parantamisessa. Työkoneissa tehopiikit ovat lyhyitä ja voimakkaita, joten ne asettavat erittäin tiukat vaatimukset tämänhetkisille talteenottomenetelmille. Tarkempi talteenottotavan mitoitus vaatii todellisen työkoneen tehonkäytön tallentamista ja sen tarkastelua.
LÄHTEET
Alanen, R., Koljonen, T., Hukari S. & Saari, P. 2003. Energian varastoinnin nykytila. VTT Tiedotteita. 237 s. ISBN 951-38-6160-0. [Julkaisu saatavissa VTT:n www-sivuilla]
[Viitattu 3.2.2011].
Saatavissa < http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2003/T2199.pdf >
Armand, M. & Tarascon, J.-M. 2008. Building better batteries. Nature. Volume 451, Issue 7 February, 2008. s. 652-657. [Artikkeli saatavissa www-muodossa LUT:n verkosta käsin]
[viitattu 3.2.2011].
Saatavissa < http://www.nature.com/nature/journal/v451/n7179/full/451652a.html >
Baker, J. 2008. New technology and possible advances in energy storage. Energy Policy.
Volume 36, Issue 12 December, 2008. s. 4368-4373. [Artikkeli saatavissa www-muodossa LUT:n verkosta käsin] [Viitattu 3.2.2011]
Saatavissa < linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0301421508004527 >
Buchmann, I. 2011. Net calorific value [verkkodokumentti] [Viitattu 13.03.2011]
Saatavissa < http://batteryuniversity.com/learn/article/net_calorific_value >
Cyphelly, I. 2002. Storage technology report WPST8 Pneumatic storage. 18 s. [Investire-projekti] [Viitattu 13.03.2011]
Saatavissa < http://www.itpower.co.uk/investire/pdfs/compairrep.pdf >
Green, A. & Jehoulet, C. 2002. THE NON-BATTERY – THE POTENTIAL ROLE OF SUPERCAPACITORS IN STANDBY POWER APPLICATIONS. Greenpaper. 2002. 7 s.
[Artikkeli saatavissa Battcon www-sivuilta] [Viitattu 15.02.2011]
Saatavissa < http://www.battcon.com/PapersFinal2002/GreenPaper2002.pdf >
Korhonen, I. 2009a. AKKUTEKNIIKAN OSAAMISEN KEHITTÄMINEN
VARKAUDESSA. 2009. 10 s. [Julkaisu saatavissa Savonian ammattikorkeakoulun www-sivuilla] [Viitattu 8.2.2011]
Saatavissa <
http://dmkk.savonia.fi/vyyt/images/stories/AKKUTEKNIIKAT_LUT_VARKAUS_V3.pdf
>
Korhonen, I. 2009b. Litiumakut - uusia mahdollisuuksia. 4 s. Promaint, Volume 23, Issue 8. 2009. ISSN 1797-2000 [Artikkeli saatavissa Promaint-lehden verkkosivuilta] [Viitattu 10.03.2011]
Saatavissa < http://www.promaint.net/downloader.asp?id=3420&type=1 >
Larminie, J. & Lowry, J. 2003. Electric Vehicle Technology Explained. John Wiley &
Sons. 304 s. ISBN 978-0-470-85163-0. [Kirja saatavissa www-muodossa LUT:n verkosta käsin] [Viitattu 15.02.2011]
Saatavissa <
http://www.knovel.com/web/portal/browse/display?_EXT_KNOVEL_DISPLAY_bookid=
2117&VerticalID=0 >
Linden, D. & Reddy, T.B. 2002. Handbook of Batteries (3rd Edition). McGraw-Hill, 2002.
43 kappaletta. ISBN 978-0-07-135978-8. [Kirja saatavissa www-muodossa LUT:n verkosta käsin] [Viitattu 8.2.2011]
Saatavissa <
http://www.knovel.com/web/portal/basic_search/display?_EXT_KNOVEL_DISPLAY_bo okid=627 >
Liu, C., Yu, Z., Neff, D., Zhamu, A. & Jang, B.Z. 2010. Graphene-Based Supercapacitor with an Ultrahight Energy Density. 7 s. [Johtopäätökset] [Viitattu 12.03.2011]
Saatavissa <
http://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/nl102661q/suppl_file/nl102661q_si_001.pdf >
Miller, J.M. 2009. Energy Storage System Technology Challenges facing Strong Hybrid, Plug-in and Battery Electric Vechiles. Vechile Power and Propulsion Conference, 2009.
VPPC ’09. IEEE. 2009. s. 4-10. [Artikkeli saatavissa www-muodossa LUT:n verkosta käsin] [Viitattu 8.2.2011]
Saatavissa < http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5289879 >
Ruddel, A. 2003. Storage Technology Report: WP-ST6 Flywheel. 30 s. [Investire-projekti]
[Viitattu 12.03.2011]
Saatavissa < http://www.itpower.co.uk/investire/pdfs/flywheelrep.pdf >
Seppänen, R., Kervinen, M., Haavisto, A., Tiihonen, S., Smolander, J., Karkeala, L., Wuolijoki, H. & Varho, K. 2004. MAOL-taulukot, 5. uudistettu painos. Keuruu: Otava, 2004. 159 s. ISBN 951-1-16053-2.
Superkondensaattori. 2008. Sähkö&Tele 1, s. 59. ISSN 0789-676X [Artikkeli saatavissa Teknowaren verkkosivuilta.] [viitattu 12.03.2011]
Saatavissa < http://www.teknoware.fi/kuvat/73/Superkond_ST12008.pdf >
Valtanen, E. 2007. Tekniikan taulukkokirja, 15. painos. Genesis-Kirjat Oy, 2007. 1037 s.
ISBN 978-952-9867-32-5.
Laskennassa käytetyt tuote-esitteet ja materiaalit:
Kalmar. 2011. Maintenance manual Ottawa 4x2, 6x4. 196 s. [verkkodokumentti] [viitattu 29.03.2011]
Saatavissa <
http://www.kalmarind-northamerica.com/source.php/1284435/Book%20Ottawa%204x2,%206x4_EN.pdf >
Konecranes. 2009. Kumipyöräkonttinosturit. [verkkodokumentti] [viitattu 28.03.2011]
Saatavissa <
http://www.konecranes.fi/portal/fin/tuotteet/satamanosturit/konttien_kasittely/kumipyorako nttinosturit/ >
KABUS. 2011. Kabus kaupunkiliikenneauto. [verkkodokumentti] [viitattu 22.03.2011]
Saatavissa < http://www.kabus.fi/tuotteet/kabus-kaupunkiliikenneauto >
Patterson, D.W. 2007. Landowner’s Guide to Determining Weight and Value of Standing Pine Trees. 4s. [verkkodokumentti] [Viitattu 5.4.2011]
Saatavissa < http://ozarkforestry.org/FindingWtandValueofPine.pdf >
PONSSE. 2010a. PONSSE Beaver – tekniset tiedot. [verkkodokumentti] Päivitetty 18.10.2010 [viitattu 16.03.2011]
Saatavissa < http://www.ponsse.fi/suomi/tuotteet/harvesterit/beaver/teknisettiedot.php >
PONSSE. 2010b. H6 harvesteripää – tekniset tiedot. [verkkodokumentti] Päivitetty 10.09.2010. [viitattu 16.03.2011]
Saatavissa < http://www.ponsse.fi/suomi/tuotteet/harvesteripaat/H6/tekniset_tiedot.php >
PONSSE. 2010c. PONSSE C22 liikeratanosturi. [verkkodokumentti] Päivitetty 18.10.2010. [viitattu 16.03.2011]
Saatavissa < http://www.ponsse.fi/suomi/tuotteet/nosturit/c22.php >
PONSSE. 2010d. Harvesting Head Ponsse H6. [Video] Kesto 3:50. [Viitattu 5.4.2011]
Saatavissa < http://www.youtube.com/watch?v=wiNwknUEi5U >
Volvo. 2007. Volvo articulated haulers A25E, A30E. 28 s. [verkkodokumentti] [viitattu 13.03.2011] Saatavissa < http://www.volvo.com/NR/rdonlyres/2240789E-77C1-4ABB-B103-B1FFE3944528/0/brochureA25EA30E_21B1003154_200709.pdf >
Volvo. 2010. Volco excavator EC210C. 28 s. [verkkodokumentti] [viitattu 05.03.2011]
Saatavissa <
http://www.volvo.com/NR/rdonlyres/9CFEB87A-62AD-441F-96DA-86DC238E126D/0/ProductBrochure_EC210C_EU_EN_21_20000474D_201001.pdf >
DUMPERIN TEOREETTINEN TEHON TARVE
Esimerkiksi dumperin kiihdytys 1 m/s2 30km/h nopeuteen.
Kiihtyvyys a = 1.0 m/s2
DUMPERIN TEOREETTINEN TEHON TARVE
Tehty työ
W=F·s=21560 N·34.69 m=747916.4 J Tarvittava teho
P=W
t =747916.4 J
8.33 s =89785.88 W ≈89.786 kW
HARVESTERIN TEOREETTINEN TEHON TARVE
Lähde: PONSSE 2010a, PONSSE 2010b, PONSSE 2010c, PONSSE 2010d, Patterson 2007, 3-4
Esimerkiksi harvesterin kiihdytys levosta 1 m/s2 8 km/h nopeuteen.
Kiihtyvyys a = 1.0 m/s2
Nopeus v = 8 km/h = 2.22 m/s Voima
F= mtotbeaver·a=17950 kg·1.0 m
s2=17950 N
HARVESTERIN TEOREETTINEN TEHON TARVE
Esimerkiksi puun kaatumisesta saatava teho.
Puun painopiste 1/3 korkeudessa.
hpainopiste=1
Puun kaatuessa aiheutuu momentti, jonka suuruus riippuu puun kallistuksesta. Tässä on laskettu neljällä eri kulmalla. Esimerkiksi momentin suuruus silloin kun puu on 45 asteen kulmassa.
Tangentin suuntaan vaikuttava voima
Fx=cos(45 )·mpuu·g=cos 45 ·948 kg·9.81m
KAIVINKONEEN TEOREETTINEN TEHON TARVE
Perustiedot: Volvo EC210C Kokonaismassa mec210 = 21 000kg Nostopuomin massa mpuomi = 1785 kg (5.7 m) Kääntöpuomin massa mkääntöp = 1000 kg (2.9 m) Kauhan massa mkauha = 1000 kg
Maksiminostokuorma -3.0m syvyydessä ja 6.0m etäisyydellä mmax = 6180 kg
Nostettavien kokonaismassa mtot = mpuomi + mkääntöp + mkauha + mmax = 1785 kg + 1000 kg + 1000 kg + 6180 kg = 9965 kg
Teho Pec210 = 123 kW
Hytin pyörimisnopeus !ec210 = 11.8 rpm = 0.1966 r/s = 1.236 rad/s Pyörimisnomementti M = 76 600 Nm
Lähde: Volvo 2010, s 14, 18, 22
Kaivinkoneen pyörimiseen tarvittava teho.
P=M·ωec210=76 600 Nm∙1.236=94677.6 W≈94.678 kW
Nostamiseen tarvittava teho.
Raskaimmillaan nostettava puomi painaa mtot = 9965 kg, jolloin tehon tarve on maksimi eli Pec210 = 123 kW. Yksinkertaistamisen vuoksi ajatellaan, että tehon tarve ajatellaan lineaariseksi nostettavan massan mukaan.
Täydellä kuormalla 9965 kg tehon tarve 123 kW.
Puolella kuormalla 9965 kg / 2 = 4982.5 kg tehon tarve puolet maksimista eli 61.5 kW.
Esim. 1500kg kuorman nostamiseen tarvittava teho.
mmax = 1500 kg
m = mpuomi + mkääntöp + mkauha + mmax = 1785 kg + 1000 kg + 1000 kg + 1500 kg = 5285 kg
KAIVINKONEEN TEOREETTINEN TEHON TARVE
Tarvittava teho saadaan verrannosta.
P
m=Pec210
mtot => P=Pec210·m
mtot =123000 W·5285 kg
9965 kg =65233.82 W ≈65.234 kW
Kaivinkoneen liikkumiseen tarvitaan myös koneen täysi teho eli 123 kW.
LINJA-AUTON TEOREETTINEN TEHON TARVE Perustiedot: Kabus TC-4A4/6450
Massa mbussi = 8400 kg
Kuorma mkuorma = 1600 kg
Kokonaismassa mbussik = mbussi + mkuorma = 8400 kg + 1600 kg = 10 000 kg Maksimiteho Pbussi = 118 kW
Lähde: KABUS 2011
Esimerkiksi linja-auton kiihdytys levosta 1.6 m/s2 50 km/h nopeuteen.
Kiihtyvyys a = 1.6 m/s2
SATAMANOSTURIN TEOREETTINEN TEHON TARVE
Seuraavassa laskussa laskettu 37 000 kg kontin nostamiseen tarvittavat tehot. Kuvassa 14 on myös 17 000 kg kontin tehon tarve.
Perustiedot: Konecranes RTG
Levittäjä m1 = 3000 kg
Kontti m2 = 37 000 kg
Yhteensä m = m1 + m2 = 3000 kg + 37 000 kg = 40 000 kg Nostonopeus kuormitettuna v1 = 26 m/min = 0.433 m/s
Nostonopeus tyhjä levittäjä v2 = 52 m/min = 0.866 m/s Portaalin pituussuuntainen nopeus v3 = 135 m/min = 2.25 m/s
Nostokorkeus h = 10 m
Painovoima kiihtyvyys g = 9.81 m/s2 Lähde: Konecranes 2009
Vaihe 1. Kontin nosto maasta.
Nostoon tarvittava teho:
P = F·v =m·g·v1=40 000 kg ·9.81m
s2·0.433 m
s =169909.2 W ≈170 kW
Vaihe 2. Kontin kiihdytys vaakatasossa.
Kiihdytykseen käytetty aika t = 4.5 s
Lähtönopeus v0 = 0 m/s
SATAMANOSTURIN TEOREETTINEN TEHON TARVE Vaihe 3. Kontin jarrutus vaakatasossa.
Jarrutukseen käytetty aika t = 4.5 s
SATAMANOSTURIN TEOREETTINEN TEHON TARVE Vaihe 4. Kontin laskeminen maahan.
Laskemisesta saatava teho:
P=F·v=m·-g·v1=40 000 kg ·-9.81m
s2·0.433 m
s =-169909.2 W ≈-170 kW Vaihe 5. Levittäjän nostaminen.
Nostamiseen tarvittava teho:
P =F·v=m·g·v2=3000 kg ·9.81m
s2·0.866 m
s =25504.038 W ≈25.5 kW Vaihe 6. Levittäjän kiihdyttäminen.
Kiihdytykseen käytetty aika t = 4.5 s
Lähtönopeus v0 = 0 m/s
SATAMANOSTURIN TEOREETTINEN TEHON TARVE
LIITE VI: TERMINAALITRAKTORIN TEOREETTINEN TEHON TARVE (1/1)
Perustiedot: Kalmar Ottawa 4x2
Massa mottawa= 6577 kg
Maksimikuorma mmax = 27216 kg
Kokonaispaino mkok= mottawa + mmax = 6577 kg + 27216 kg = 33793 kg
Teho Pottawa = 120 kW
Kuorman nostamiseen kuluva aika t = 2 s
Kuorman nosto matka h = 0.5 m
Lähde: Kalmar 2011, 189
Kiihdytyksen ja jarrutuksen laskenta samalla periaattella kuin liitteessä II, harvesterin kiihdytys.
Esimerkiksi Kalmar Ottawa 4x2 täyden kuorman nosto.
Nostoon tarvittava energia
Ep = mmaxgh=27216 kg·9.81m
s2·0.5m=133494.5 J Nostoon tarvittava teho
P =w t =Ep
t =133494.5 J
2 s =66747.24 W ≈66.747 kW