Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Utslipp og driftsegenskaper for
en hybrid gassbuss i linjedrift i
Bergen
Lars Magne Nerheim, Petter Seip, Harald Moen, Roger Aamot, Ørjan Høyvik
Høgskolen i Bergen, HiB AIØ
DEN NORSKE GASSKONFERANSEN 2015 PARALLELLE SESJONER: “ENERGIGASS I LANDTRANSPORT” ONS 25.MARS
Bakgrunn og motivasjonen for prosjektet:
Standardiserte utslippsmålinger utføres i laboratorier på «rullende vei»:
- Euro VI for tunge kjøretøy ser slik ut:
- Men hva slipper en Euro VI-buss ut under drift i Bergens-trafikken?
Oppdragsgiver ønsket å danne seg et inntrykk av forskjeller og likheter mellom to
Euro VI gassbuss-konsepter, konvensjonell og hybrid, under så realistiske forhold
som mulig. Derfor ønsket de å få utført sammenlignende målinger under drift langs
en gitt busslinje i Bergen.
I det følgende omtales resultater og erfaringer med fokus på hybridbussen…
Testsyklus
Grense-
verdier
Oppdraget:
Institutt for maskin- og marinfag, IMM, ved Høgskolen i Bergen
(HiB AIØ) fikk derfor i oppdrag av Hordaland Fylkeskommune gjennom
SKYSS og HOG å gjennomføre følgende omfattende oppdrag:
Under mest mulig lik, ordinær drift av test-bussene etter Linje 2 i Bergen skulle
følgende avgassutslipp måles;
- CO2 , CH4 , NO, NO2 og CO
- Måle forskjeller i gassforbruk mellom busstypene
- Måle innflytelse på resultatene av bussenes belastningstilstand
- Støymålinger
Målingene skulle utføres best mulig etter gjeldende standarder for
avgassmålinger og være så representativ som mulig….
Om oppdraget (2):
Standardiserte syklusmålinger (Euro VI osv) utføres i laboratorier på «rullende
vei» og hvor total-utslippet fra testsyklusen samles opp for deretter å bli
analysert med de dertil foreskrevne apparatene, se fig.
De målte utslippene er gjennomsnittsverdier som gjenspeiler hva kjøretøyet «har
vert i gjennom» av belastning og hastighetsendringer i løpet av den «kjøreturen»
som syklusen representerer..
Oppsamling av avgassene ifm syklustesting
på «rullende vei» i et spesial-laboratorium
Måleoppsettet skjematisk
Om oppdraget (3):
Hovedutfordringene med «på veien-målinger»:
- Måleteknisk å få registrert de nødvendige parameterne på en kjørende buss,
samt sikre repeterbarheten av disse (pga ulike forstyrrelser)
- Komme frem til pålitelige «midlere utslippsverdier» for en gitt kjøretur i
trafikken på basis av in-stasjonære og ofte sprikende enkelt-målinger…
Dagens situasjon:
Interessen for «på veien» (= faktiske) utslippsmålinger» er sterkt økende
Omfattende (og kostbart) måleutstyr tilbys etter hvert for formålet, men var
ikke tilgjengelig
HiB sitt dilemma:
Kun konvensjonelle analysatorer for stasjonære målinger tilgjengelig og
begrenset med spesialkompetanse på området
Vi kunne derfor bare ta på oss en sammenlignende måling test-bussene i
mellom heller enn en generelt gyldig «absolutt-måling»
MEN: - vi hadde god tverrfaglighet i kollegiet på HiB AIØ og stor velvillighet fra
operatøren Tide Buss og bussleverandørene MAN og Truck Nord / van Hool
til å støtte gjennomføringen
På veien-målinger à là HiB :
Strategi for å bestemme utslippet...
På veien-målinger à là HiB (2):
Nødvendig måleutstyret i bussene..
Testbussene:
Begge bussene skal drives på anriket biogass, men ble under
testene kjørt på samme std naturgass fra Gasnor, Kollsnes
Gassmotorene:
Begge motorene opererer støkiometrisk med ƛ = 1, og er utstyrt
med tre-veis katalysatorer («TWC»)
Testruten: «Linje 2» i Bergen
(= «testsyklusen»)
1 passasjer tilsv. 68 kg iht standarden
Om forsøksgjennomføringen:
Alle testløpene ble kjørt tre ganger og gjennomsnittsverdier beregnet
Det ble lagt stor vekt på å følge rutetidene for linje 2 så nøyaktig som
mulig, til dels ved å følge en normal buss i rute
Testene ble utført i helgene for å minske innflytelsen fra tilfeldige
trafikksituasjoner
Forskriftsmessige kalibreringsgasser ble medført i bussene, og om-
givelsestilstanden (luftrykk, –temperatur og -fuktighet ble logget
kontinuerlig for kompensering av resultatene
Gassforbruket ble også målt ifm oppfyllingene, for kontroll
Det avanserte måleutstyret viste seg å være meget vibrasjonsømfintlig
og div. forsøk ble gjort for å dempe og sikre dette bedre under drift
Om resultatbearbeidingen:
Det ble nødvendig med en god del korrigering av måledata i ettertid for å
få ut plausible resultater:
- kompensere for tidsforsinkelser: noen analysatorer gir umiddelbar
respons, andre har en betydelig tidskonstant. Dette måtte tas
hensyn til gjennom tidskorrektur av de ulike forløpene
- stryke negative verdier: noen analysatorer kunne også i visse
situasjoner gi ut negative verdier (sans. pga vibrasjonsinnflytelser).
Disse ble strøket.
- overvåke THC-analysatoren: ved sterkere vibrasjoner kunne denne
falle ut og måtte re-startes manuelt så fort som mulig
- innflytelsen fra varm og kald katalysator: dette hadde meget stor
innflytelse på spesielt NOx-utslippene, og ble dessverre ikke godt nok
tatt hensyn til under målingene (Hybrid-bussen verst her, da den
hadde størst relativ katalysatorvolum) Derfor ble et gitt avsnitt i
traseen hvor dette slo spesielt sterkt ut, trukket fra på alle resultatene
(ca 10% av distansen).
13
Resultater:
Sammenligning av CO2 & THC – utslipp
CO2 fra ~20% til ~15% redusert for hybridbussen avhengig av belastningen
Større forskjell ved lav belastning viser at batteriene bidrar mest der (last-sensitiv)
THC meget lave verdier for begge konseptene ~10-15 mg/km, hvor hybriden gir
mellom 30% (lav~) og 45 % (høy last scenario) reduksjon vs. konv. buss
Basert på gass-sammensetningen kan man anta at CH4 utgjør ~95% av THC
CO2 THC
14
Hybrid. NOx ~50 mg/km (= 75% red.) & CO ~400 mg/km (= 20 – 30% red.) i forhold til
referansebussen, dvs NOx er lavere enn kravet for Euro 6 personbiler !
MERK: TWC / lyddemper-enheten er lik, dvs rel. størst for Hybridbussen
Fordelaktige effekter av hybridiseringen:
bidraget fra batteriene understøtter gassmotoren ved akselerasjoner
som gir jevnere motordrift uten belastningsspissser, bedre effekt av katalysatoren
NOx CO
Resultater:
Sammenligning av NOx & CO – utslipp
Driftsegenskaper ved Hybridbussen:
NOx – utslipp ved akselerasjon
15
0
5
10
15
20
25
30
0
50
100
150
7500 8000 8500 9000
Sp
eed
in
km
/h
NO
x in
pp
m,d
ry
Distance in m
NOx Speed
0
5
10
15
20
25
30
0
50
100
150
7500 8000 8500 9000
NO
x in
pp
m,d
ry
Distance in m
NOx Speed
Detalje-situasjon fra sentrum med “stop and go” trafikk:
Konstant og meget lavt NOx-utslipp for hybridbussen…
Lignende trafikk-situasjon gir varierende og vesentlig høyere NOx for den
konvensjonelle bussen
Hybrid Konvensjonell
Driftsegenskaper ved Hybridbussen(2):
CO2 – utslipp ved akselerasjon
16
Detalje-situasjon fra sentrum med “stop and go” trafikk:
Rel. konstant lavt midlere CO2-utslipp for hybridbussen…
Lignende trafikk-situasjon gir igjen mer varierende drift og derav høyere
CO2 –utslipp for den konvensjonelle bussen
Hybrid Konvensjonell
Sammendrag og konklusjon:
Gjennom omfattende målinger under drift er CO2 , THC, NOx og CO fra en
CNG-buss med hybrid drivlinje blitt sammenlignet mot en konvensjonell CNG-buss
under drift på Linje 2 i Bergen under så like forhold som praktisk mulig og med tre
ulike belastningstilstander.
Hybridbussen gir betydelig lavere utslipp av alle de foreskrevne avgass-
komponentene. Dette tilskrives en mindre forbrenningsmotor som gir mellom
15 – 20% lavere gassforbruk og CO2 -utslipp (alt etter belastning) samt den jevnere
driften av motoren.
Tilskuddet fra batteriet har gjort seg mest merkbart ved lite last i bussen og som viser
at konseptet er last-sensitivt. Gjennomsnittlig syklus-hastighet har også vært litt
lavere for Hybridbussen.
Når det gjelder de spesifikke CO2 utslippene, så må Hybridbussen ha minst 18
passasjerer for å komme under en grenseverdi på 100 g/pass-km, mot den konv.
bussen som må ha minst 23 passasjerer.
Sammendrag og konklusjon(2):
For NOx utslippene, så ligger Hybridbussen selv med full belastning langs
Linje 2 på 50 mg/km, som er under dagens gjeldende syklus-verdier for Euro 6
bensin personbiler (60 mg/km), mens den konv. bussen er målt å ligge ca 4x
høyere enn dette (ca 200 mg/km).
Begge bussene oppviste ingen målbare utslipp av NO2 og ca 95% av de lave
THC-utslippene på 10 – 15 mg/km anslåes å være metan CH4 .
Dette tilskrives at begge motorene kjører etter «ƛ = 1 + TWC konseptet», som er
spesielt effektivt mht å redusere disse.
I kompliserte trafikksituasjoner ble det i enkelttilfeller observert at også
Hybridbussens gassmotor gikk ujevnt. Videre merket man seg at den aldri slo seg
av, men gikk kontinuerlig uansett trafikksituasjon. - Her er det åpenbart rom for
videre optimalisering.
Det må bemerkes at det er store forskjeller i størrelse og vekt på de to buss-
konseptene (og sans. også pris !), selv om nyttelasten stort sett er den samme.
Resultatene for Hybridbussen må også sees opp mot dette.