Sähköisen liikenteen ekosysteemit – Kunnalliset joukkoliikennejärjestelmät kehitysalustana

Suunnitelma ”eFöli”-hankkeen tutkimustyökokonaisuudesta

Turun ammattikorkeakoulu Oy

Tutkimusinsinööri Panu Aho

2.3.2016

Tässä tutkimussuunnitelmassa sekä sen liitteessä esitetyt toimenpiteet, menetelmät ja aikataulut ovat alustavia ja ne on laadittu kirjoitushetkellä saatavilla olleen parhaan tiedon mukaan. Turun ammatti­korkeakoulu Oy varaa oikeuden vaikutukseltaan vähäisiin muutoksiin projektin edetessä. Muutoksista keskustellaan etukäteen muiden projektiosapuolten kanssa.

Taustaa

Liikennesektori on modernissa yhteiskunnassa merkittävä energian kuluttaja sekä ilmasto­kuormituksen aiheuttaja. Se on lisäksi lähes täysin riippuvainen maapallon raakaöljyvaroista, sillä ylivoimaisesti suurin osa nykyisestä ajoneuvokannasta on edelleen perinteisiä diesel- tai bensiiniajoneuvoja. Tieliikenteen kuljetussuoritteen arvioidaan edelleen olevan kasvussa ainakin 2000-luvulla. Vaikka nykyistä polttomoottoriteknologiaakin kehitetään koko ajan energiatehokkaammaksi ja vähäpäästöisemmäksi, on silti välttämätöntä entistä aktiivisemmin edistää myös fossiilisten liikennepolttoaineiden korvautumista muilla vaihtoehdoilla.

Vaihtoehtoisten liikennemuotojen edistämistä edellytetään myös EU:n taholta. EU:n ns. jakeluinfradirektiivi (2014/94/EU) velvoittaa jäsenvaltioita esittämään toimenpidesuunni­telman, jolla vaihtoehtoisten polttoaineiden markkinoita kehitetään kansallisella tasolla. Direktiivi sisältää määräyksiä sähköautojen latauspisteiden sekä maa- ja biokaasun, vedyn ja etanolin tankkausverkoston osalta. Latauspisteiden osalta liikenne- ja viestintäministeriö on asettanut tavoitteeksi julkisten latauspisteiden lisäämisen nykyisestä 150:stä 400:n vuoteen 2020 mennessä (LVM 2015, 38).

Kuva 1. Liikenne- ja viestintäministeriön suunnitelma vaihtoehtoisten polttoaineiden infrastruktuurin kehittämiseksi (LVM 2015, 38)

Kunnilla ja julkisilla hankinnoilla on tärkeä rooli vähäpäästöisen liikenteen ekosysteemien kehittämisessä. Kaupunkien joukkoliikenteen osalta erityisen mielenkiinnon kohteena eFöli-hankekokonaisuudessa ovat täyssähköiset linja-autot. Sähköajoneuvot eivät tuota lainkaan lähipäästöjä (pois lukien polttonestekäyttöiset lisälämmittimet), millä on välittömästi merkittävä kaupunkien ilmanlaatua parantava vaikutus. Mikäli niiden käyttämä sähköenergia tuotetaan uusiutuvista primäärienergialähteistä (esim. aurinko, tuuli, biomassa), elinkaaren hiilidioksidipäästöt ovat myös hyvin lähellä nollaa. Lisäksi sähköbussit ovat hiljaisia, mikä lisää matkustusmukavuutta ja tuo kaupungeille merkittävää imagoarvoa.

Hankkeen yleiskuvaus

Turun kaupunginhallitus on 8.10.2013 § 412 päättänyt, että Turun sisäisen joukkoliikenteen kaluston osalta pyritään siirtymään kilpailutusten yhteydessä asteittain sähkö- ja sähkö­hybridibussien käyttöön (Turun kaupunginhallitus 2013). Turun kaupungin ja TEKESin rahoittamassa eFöli-hankkeessa muunnetaan Turun joukkoliikenteen bussilinja nro 1 operoimaan sähköisellä kalustolla. Kyseinen linja on valittu ensimmäiseksi pilottikohteeksi kaupungin teettämien esiselvitysten perusteella. Kyseinen linja ajaa reittiä satama – kauppatori – lentokenttä. Tarkoitusta varten Turun kaupunki on kilpailuttanut ja hankkii 6 kappaletta sähköbusseja kotimaiselta Linkker Oy:ltä. Ruuhka-aikoina ajoneuvokiertoa täydennetään perinteisillä dieselkäyttöisillä busseilla. (Paasikivi 2016.)

Kuva 2. Hankkeen kohteena olevan linjan 1 reitti (Turun kiinteistöliikelaitos, opaskartta.turku.fi 2016)

Pilottilinjan avulla saadaan tutkimus- ja kokemusperäistä tietoa Turun kaupungin toiminta­ympäristössä siitä, miten sähköbussien lisäämistä kannattaa jatkaa, mille linjoille ne soveltuvat ja mikä on tällaisen liikennöinnin, kaluston ja latausratkaisujen todellinen kokonais- ja elinkaarikustannus. Projektin aikana tullaan toteuttamaan myös sähköbussien käytön laajentamissuunnitelma, kun kaluston soveltuvuudesta, kustannuksista ja toimivuudesta on riittävät tiedot olemassa. (HSL & Turun kaupunki 2015.)

Turun kaupunki toimii hankkeen pääkoordinaattorina sekä raportointivastuullisena TEKES:n suuntaan. Turun ammattikorkeakoulu on hankkeessa alihankkijan roolissa ja toteuttaa tässä suunnitelmassa kuvatun tutkimustyökokonaisuuden.

Tutkimusongelma ja rajaukset

Tutkimuksella pyritään saamaan vastauksia seuraaviin tutkimuskysymyksiin:

•Mikä on sähköbussien todellinen toteutunut energiankulutus eri olosuhteissa ja vaikutus hiilidioksidipäästöihin?

•Miten linja-autoista, latausjärjestelmistä ja avoimista web-rajapinnoista kerätystä datasta voidaan yhdistelemällä saada kunnallisen joukkoliikenteen tulevia kalusto­ratkaisuja hyödyttävää teknistä aineistoa?

•Miten kuljettajakoulutuksella, ajotavan optimoinnilla ja kuljettajaa avustavilla teknologioilla voidaan vaikuttaa energiankulutukseen?

•Mitkä ovat tekniset ja operatiiviset pullonkaulat sähköbussiliikenteen vakiinnutta­miseksi ja laajentamiseksi Turun seudulle ja miten ne voidaan poistaa?

•Mikä on sähköbussien luotettavuus ja todelliset käyttökustannukset suhteessa dieselkalustoon?

Tutkimus rajataan koskemaan Turun alueen seudullista joukkoliikennettä eli mm. henkilöautoliikenteen sähköisiä ratkaisuja ei lähtökohtaisesti tarkastella, pois lukien tilanteet milloin on nähtävissä selkeää synergiaetua joukkoliikenteen kannalta. Myöskään mm. kaupungin sisäistä vesiliikennettä ei tarkastella tämän hankkeen osana. Teknologiselta kannalta rajaus tehdään täyssähköisiin ajoneuvoihin.

Toiminta, mihin vaaditaan vahvasähköjärjestelmien asennuspätevyydet, on lähtökohtaisesti rajattu pois tästä tutkimuskokonaisuudesta. Näiltä osin esimerkiksi huoltoon liittyvää koulutustoimintaa voidaan kuitenkin arvioida laadullisesti hankkeen aikana kerättävän teknisen, taloudellisen ja haastatteluaineiston perusteella sekä esittää sen perusteella kehittämisehdotuksia.

Turun AMK järjestää hankkeen puitteissa taloudellisen ajon koulutusta Turun Kaupunki­liikenne Oy:n kuljettajille. Kuljettajien ja vuorokausihuoltohenkilökunnan peruskoulutus ajoneuvon ja latausjärjestelmien käyttöön sitä vastoin ei kuulu tämän hankkeen piiriin, vaan sen toteuttaminen on lähtökohtaisesti Linkker Oy:n vastuulla. Turun AMK tulee tarjoamaan Linkker Oy:lle mahdollisuutta toteuttaa peruskoulutus Linkkerin toimeksiannosta ja kustannuksella.

Aineisto ja tutkimusmenetelmät

Aineiston keruumenetelmät perustuvat erilaisiin teknisiin ratkaisuihin, taloudellisiin asia­kirjoihin sekä empiiriseen havainnointiin ja haastattelututkimuksiin. Seuraava lista ei ole lopullinen eikä kaiken kattava ja siihen voi tulla muutoksia projektin edetessä.

Teknisiin järjestelmiin perustuva aineisto:

•Sähkön kulutustieto bussin järjestelmistä (valmistajan etähallintajärjestelmä) ja/tai latauspisteiltä

•Toteutuneet latauskestot, akkujen varaustasot

•Autojen telematiikkatiedot (mm. gps-koordinaatit, nopeus, toteutuneet-matka ajat) data.foli.fi –avoimesta rajapinnasta

•Matkustajalaskenta kamerajärjestelmästä ja/tai rahastusjärjestelmästä

•Käytetyn sähköenergian tuotantotapa ja hiilidioksidipäästövaikutus

•Huoltotoiminnan diagnostiikkatiedot autoista ja latausjärjestelmistä kokeilun ajalta

•VTT:n mittausten tulosaineisto

•Bussien melunmittaus

Operatiivinen aineisto:

•Operatiiviset perustiedot ja liikennöintiin liittyvät suunnitelmat (mm. bussikaluston ja latausasemien omistus- ja/tai hallinointijärjestelyt, sähköenergian laskutuslogiikka, pilottilinjan liikennöinti- ja ajoneuvokiertosuunnitelmat, poikkeuksiin varautuminen)

•Toteutuneet operointikustannukset

•Kuljetussuoritepohjaiset tunnusluvut

•Huoltotoiminnan aineistot ja havainnot autoista ja latausjärjestelmistä (esim. huoltopäivien lukumäärä, huoltojen kestot, toteutuneet kustannukset)

Havainnointi ja haastattelut

•Visuaalinen havainnointi (ajon aikana, lataustapahtumat, huolto)

•Haastattelut: Kuljettajat, huoltohenkilökunta, matkustajat, liikennöitsijöiden edustajat ja muut sidosryhmät

•Ilmenneet poikkeamat/kaluston luotettavuus eri olosuhteissa

Aineiston keräämisessä hyödynnetään Turun AMK:n opiskelijoita. Työskentely­muotoina ovat mm. erilaiset opinnäytetyöt sekä projektikurssit.

Toiminnallisina tutkimusmenetelminä hyödynnetään tarpeen mukaan erilaisia laskennallisia menetelmiä ja simulaatioita. Esimerkiksi busseista kerätyn telematiikka-aineiston perusteella voidaan profiloida myös muita joukkoliikenteen bussireittejä ja haarukoida niistä parhaiten sähköistettäväksi soveltuvia vaihtoehtoja. Lisäksi osallistutaan kuljettajien kouluttamiseen optimaaliseen sähköbussien ajotapaan.

Työohjelma

Projekti toteutetaan aikavälillä 15.2.2016 – 31.12.2018. Tarkempi alustava aikataulutus esitetään liitteessä 1. Projekti on jaettu seuraaviin osakokonaisuuksiin:

WP 1: Pilot-linjan tunnusluvut

Työpaketin tarkoituksena on kerätä ja analysoida kattava aineisto operoinnin ajalta kertyvästä linja-autoihin, latausjärjestelmiin, operatiivisiin tunnuslukuihin, kaluston luotettavuuteen ja huoltotoiminnan toimivuuteen liittyvästä datasta. Työpaketin tuotokset muodostavat pohjan seuraavan vaiheen kehitystyölle, jossa tuotetaan ehdotuksia Turun seudun sähköisen joukkoliikenteen kehittämiseksi.

Työpaketti sisältää myös 2 taloudellisen ajon koulutuspakettia, jotka toteutetaan keväällä 2017 ja 2018, kumpikin n. maksimissaan 30 kuljettajan ryhmälle. Kuljettajien ja vuorokausihuoltohenkilökunnan peruskoulutus ajoneuvon ja latausjärjestelmien käyttöön ei kuulu tämän hankkeen piiriin, vaan asiasta käydään erilliset sopimusneuvottelut Linkker Oy:n kanssa.

Vertailukelpoisesta dieselbussilinjasta, esim. 55A tehdään kesällä ennakoiva 2016 energiankulutustutkimus.

Työpaketin tärkeimmät tuotokset:

5/2016 Datankeruujärjestelmät määriteltyinä ja tarvittaessa hyväksytettyinä järjestelmä­toimittajilla

08/2016 Mahdolliset asennukset

09/2016 Datan kerääminen busseista ja latauspisteiltä alkaa

10/2017 Tekninen aineisto kerättynä analyysiä varten

2/2018 Operatiivinen/liiketaloudellinen aineisto kerättynä

5/2018 Analyysit valmiina

2/2017 1. EcoDrive-koulutus pidetty

2/2018 2. EcoDrive-koulutus pidetty

WP 2: Tulevaisuuden sähköbussiekosysteemi

Työpaketissa hyödynnetään WP1:ssä tuotettuja analyyseja ja tuotetaan ehdotukset sähköbussiekosysteemin jatkokehittämiseksi. Ekosysteemiä tarkastellaan teknologisesta, operatiivisesta sekä ympäristön näkökulmasta. Pilotista saadun datan ohella työpaketissa hyödynnetään benchmarkingia muista kaupungeista sekä kirjallisuusselvityksiä. Työpaketin yhteydessä järjestetään, 1 – 2 seminaaria/keskustelutilaisuutta sähköisen joukkoliikenteen mahdollisuuksista ja haasteista. Tilaisuuksien tarkemmat teemat, ohjelma ja kohderyhmät päätetään myöhemmin.

Työpaketin tärkeimmät tuotokset:

5/2018 Kirjallisuusselvitys ja benchmarking tehtynä

7/2018 Pilottilinjan tulokset arvioitu

11/2018 Suositukset jatkotoimenpiteiksi

WP 3: Julkaisutoiminta ja raportointi

Turun AMK tuottaa eFÖLI TEKES-hankkeen väli- ja loppuraportointiaikataulun mukaiset sisältöraportit. Hankkeen aikana teetetään useita, mahdollisesti eritasoisia (AMK/YAMK) opinnäytetöitä. Lisäksi muuta julkaisutoimintaa, seminaariosallistumisia yms. tehdään aikataulun ja budjetin sallimissa rajoissa. Esimerkiksi eKEKO-ohjelman tilaisuudet tarjoavat mahdollisuuden tehdä tiedonvaihtoa muiden sähköbussikaupunkien kanssa.

AMK voi projektisopimuksen, salassapitosäädösten yms. sallimissa rajoissa käyttää tutkimuk­sesta saatuja tuloksia myös oman opetuksensa kehittämiseen ja opetusmateriaalin tuottamiseen.

Työpaketin tärkeimmät tuotokset:

Väliraportit: 5/2016, 1/2017, 8/2017, 1/2018, 8/2018,

Loppuraportti 12/2018

Budjetti, henkilöresurssit ja aikataulu

Turun kaupunki rahoittaa AMK:n hanketta 150 000 eurolla vuosina 2016 – 2018. Turun AMK laskuttaa kaupungilta summat erikseen sovittavan aikataulun mukaisesti (tutkimussopimus). Lisäksi AMK osallistuu kustannuksiin omarahoitusosuudella. Turun AMK:n budjetista valtaosa varataan henkilöstökustannuksiin alla olevan suunnitelman mukaisesti:

Hankkeen toteuttamiseen varattu kokonaistyöresurssi vuosien 2016 – 2018 on 33 htkk. Lisäksi hyödynnetään opiskelijaresurssia opinnäytteiden ja projektitöiden muodossa. Tutkimus­insinööri toimii myös hankkeen projektipäällikkönä Turun AMK:ssa.

Projektiin osallistuvat Turun AMK:n henkilökunnasta ainakin Panu Aho (Tutkimusinsinööri, Projektipäällikkö) Markku Ikonen (Lehtori) ja Rami Wahlsten (Lehtori), Jani Viinikka (Päätoiminen tuntiopettaja). Tutkimustoimenpiteet toteutetaan aikavälillä 15.2.2016 – 31.12.2018. Tutkimuksen pääasialliset osakokonaisuudet esitetään alustavine aikatauluineen liiteessä 1.

Lähteet

Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2014/94/EU vaihtoehtoisten polttoaineiden infrastruktuurin käyttöönotosta.

HSL & Turun kaupunki. 2015. Sähköbussiliikenteen kansalliset ekosysteemihankkeet. TEKES-projekti­suunnitelma.

Liikenne- ja viestintäministeriö. 2015. Vaihtoehtoisten käyttövoimien jakeluverkko. Ehdotus kansalliseksi suunnitelmaksi 2020/2030.

Paasikivi, J. 2016. Henkilökohtainen tiedonanto 11.2.2016. Turun kaupunki.

Turun kaupunginhallitus. 2013. Kaupunginhallituksen päätös 8.10.2013 § 412. Viitattu 15.2.2016 http://ah.turku.fi/kh/2013/1008023x/2977251.htm

Liitteet

Liite 1, projektin aikataulu.

2019