Προδιαγραφές αερίων θερμοκηπίου στην Ευρωπαϊκή Ένωση από ελαφρά οχήματα, και τρόποι επίτευξής τους

Σακαλίδης, Νικόλαος; Sakalidis, Nikolaos

dc.contributor.author	Σακαλίδης, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Sakalidis, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2018-11-01T10:49:48Z
dc.date.available	2018-11-01T10:49:48Z
dc.date.issued	2018-11-01
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47869
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8637
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Παραγωγή και Διαχείρηση Ενέργειας”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ελαφρά οχήματα	el
dc.subject	Προδιαγραφές εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα	el
dc.subject	Κύκλοι οδήγησης	el
dc.subject	Φαινόμενο του θερμοκηπίου	el
dc.subject	Μείωση εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα	el
dc.subject	Light-duty vehicles	en
dc.subject	Driving cycles	en
dc.subject	Greenhouse phenomenon	en
dc.subject	Carbon dioxide emission standards	en
dc.title	Προδιαγραφές αερίων θερμοκηπίου στην Ευρωπαϊκή Ένωση από ελαφρά οχήματα, και τρόποι επίτευξής τους	el
dc.title	Greenhouse gas emission standards for light-duty vehicles in the European Union and ways to achieve them	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ	el
heal.classification	MECHANICAL ENGINEERING AND TECHNOLOGY	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/5c281cc25ddfbf0bf74fa43c945fa2adbe6bf2ea
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/5c281cc25ddfbf0bf74fa43c945fa2adbe6bf2ea
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-01
heal.abstract	Το θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αποτελείται από δύο βασικούς άξονες, τις ισχύουσες προδιαγραφές εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα σε επιβατικά και ελαφρά φορτηγά οχήματα στην Ευρωπαϊκή Ένωση, καθώς και τους τρόπους μείωσής τους. Αρχικά (1ο κεφάλαιο) γίνεται αναφορά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, δηλαδή του φυσικού φαινομένου σύμφωνα με το οποίο η ατμόσφαιρα ενός πλανήτη συγκρατεί θερμότητα συντελώντας έτσι στην αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειάς του. Καθοριστικό ρόλο σε αυτό το φαινόμενο διαδραματίζουν τα λεγόμενα αέρια του θερμοκηπίου, τα σημαντικότερα από τα οποία είναι οι υδρατμοί (H20), το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), το μεθάνιο (CH4), το υποξείδιο του αζώτου (Ν2Ο), το όζον (O3) και ορισμένα φθοριούχα αέρια. Αν και το φαινόμενο του θερμοκηπίου αποτελεί έναν φυσικό μηχανισμό του πλανήτη, ο όρος του φαινομένου αυτού έχει συνδεθεί τις τελευταίες δεκαετίες με την κλιματική αλλαγή και την παγκόσμια υπερθέρμανση. Αυτό συμβαίνει λόγω των ανθρώπινων δραστηριοτήτων μέσω των οποίων αυξάνεται η συγκέντρωση των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, οδηγώντας στην δράση του ‘ενισχυμένου’ φαινομένου του θερμοκηπίου. Δεδομένης της κατάστασης και της διαρκούς επιβάρυνσης της κλιματικής κατάστασης του πλανήτη, κυρίως λόγω των μη αναμενόμενων και εκτεταμένων μετεωρολογικών μεταβολών, το θέμα συγκέντρωσε το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας, η οποία προέβλεψε ότι στο τέλος του αιώνα είναι πιθανή μια συνολική αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη 1.5-2.5οC πάνω από τα επίπεδα της προβιομηχανικής εποχής. Τα τελευταία χρόνια έχουν ξεκινήσει δράσεις σχετικά με τον περιορισμό της ανθρώπινης δραστηριότητας που συντελεί στην κλιματική αλλαγή. Πρωταρχικό ρόλο σε αυτήν την προσπάθεια διαδραματίζει η Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC) και τα Ηνωμένα Έθνη μέσα από ενέργειες όπως η Σύμβαση-Πλαίσιο του ΟΗΕ για την Κλιματική Αλλαγή (UNFCCC - United Nations Framework Convention on Climate Change), το Πρωτόκολλο του Κιότο και η Συμφωνία του Παρισιού, δράσεις που θα συζητηθούν στα αντίστοιχα κεφάλαια της παρούσας εργασίας. Η θεματική εξέλιξη της παρούσας εργασίας προχωράει με τις προδιαγραφές των εκπομπών CO2 στην Ευρωπαϊκή Ένωση (το οποίο είναι και το μοναδικό αέριο του θερμοκηπίου για το οποίο υπάρχουν προδιαγραφές) από επιβατικά οχήματα και ελαφρά φορτηγά. Ακολουθείται μια ιστορική αναδρομή των προσπαθειών των ευρωπαϊκών θεσμών σχετικά με την τον περιορισμό των εκπομπών CO2 από τις παραπάνω κατηγορίες οχημάτων. Οι προσπάθειες αυτές ξεκίνησαν στα τέλη της δεκαετίας του 1990 με την μορφή εθελοντικών συμφωνιών που υπογράφηκαν ανάμεσα στους ευρωπαϊκούς θεσμούς και τους σημαντικότερους συνδέσμους κατασκευαστών αυτοκινήτων που δραστηριοποιούνται στον ευρωπαϊκό χώρο (ACEA, JAMA, KAMA). Ενώ αρχικά οι κατασκευαστές έδειξαν να ανταποκρίνονται στις εθελοντικές τους δεσμεύσεις, ήταν φανερό αρκετά πριν την χρονική λήξη αυτών (2009), ότι υπήρχε αδυναμία ταύτισης του μέσου όρου των εκπομπών CO2 των οχημάτων με τους στόχους που είχαν τεθεί. Έτσι οι ευρωπαϊκοί θεσμοί έθεσαν σε εφαρμογή υποχρεωτικά όρια εκπομπής για τους στόλους των οχημάτων των αυτοκινητοβιομηχανιών. Η αρχή έγινε το 2009 με την εισαγωγή του ορίου του μέσου όρου εκπομπής των 130 gCO2/km για τα επιβατικά οχήματα με τελικό χρόνο καθολικής εφαρμογής το 2015. Στην συνέχεια, και συγκεκριμένα το 2011, εισήχθη η προδιαγραφή που όριζε για τα ελαφρά φορτηγά μέσο όρο εκπομπών ανά στόλο κατασκευαστή τα 147 g CO2/km με χρονικό ορίζοντα επίτευξης του ορίου το 2020 και ενδιάμεση φάση προσαρμογής τα 175 gCO2/km για το διάστημα 2014-2016. Σήμερα βρίσκονται σε εφαρμογή οι κανονισμοί που υιοθετήθηκαν στο τέλος του 2013 και ορίζουν από το 2020 μέσο όρο εκπομπής τα 95 gCO2/km και 147 gCO2/km για τους στόλους των επιβατικών οχημάτων και ελαφρών φορτηγών των αυτοκινητοβιομηχανιών αντιστοίχως. Όσον αφορά τα μελλοντικά σχέδια, ο στόχος που έχει προταθεί από το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο για τα επιβατικά οχήματα βρίσκεται στο φάσμα των 68-78 gCO2/km με ισχύ από το 2025. Στο Κεφάλαιο 4 θα γίνει ανάλυση των κύκλων οδήγησης, δηλαδή του συστήματος που χρησιμοποιείται από τα διάφορα κράτη και οργανισμούς για την μέτρηση της κατανάλωσης καυσίμου και της εκπομπής καυσαερίων των οχημάτων. Μέχρι τον Σεπτέμβριο του 2017, στην Ευρωπαϊκή Ένωση χρησιμοποιούταν για την μέτρηση των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα (και ρύπων) ο κύκλος NEDC (New European Driving Cycle – Νέος Ευρωπαϊκός Κύκλος Οδήγησης), ο οποίος εγκαταλείφθηκε λόγω της αδυναμίας του να ανταποκριθεί πλήρως σε πραγματικές συνθήκες οδήγησης, οδηγώντας έτσι σε υποεκτιμημένες μετρήσεις. Αυτό έχει αλλάξει πλέον, και χρησιμοποιείται ο πολύ πιο αντιπροσωπευτικός παγκόσμιος κύκλος οδήγησης WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure) για τα ελαφρά οχήματα, ο οποίος έχει σχεδιαστεί βάσει πραγματικών δεδομένων οδήγησης. Στο τελευταίο και σημαντικότερο τμήμα της παρούσας εργασίας (Κεφάλαιο 5) αναλύονται τρόποι μείωσης των εκπομπών CO2 από τα επιβατικά και ελαφρά φορτηγά οχήματα μέσω τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται σήμερα στους κινητήρες εσωτερικής καύσης. Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης διαδραματίζει έναν καθοριστικό ρόλο στις σημερινές μεταφορές κάτι που θα συνεχίσει να ισχύει και στα επόμενα χρόνια. Οι επιδόσεις των κινητήρων, η καύση, η απόδοσή και οι εκπομπές αυτών σχετίζονται με τον σχεδιασμό του κινητήρα, τις παραμέτρους λειτουργίας του και τις ιδιότητες των καυσίμων. Οι παραπάνω παράμετροι είναι σημαντικοί για την βελτιστοποίηση της λειτουργίας του κινητήρα και την μείωση των εκπομπών του. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα των πετρελαιοκινητήρων έναντι των αντίστοιχων βενζινοκινητήρων στην κατανάλωση καυσίμου και επομένως στις εκπομπές CO2 δεδομένης της ένα προς ένα σχέσης σύνδεσης που υπάρχει μεταξύ τους. Ακόμη παρουσιάζονται τεχνολογίες όπως η χρήση συστημάτων υπερπλήρωσης, παύσης της λειτουργίας του κινητήρα κατά τα διαστήματα ακινησίας (start-stop), απενεργοποίησης κυλίνδρων του κινητήρα ανάλογα με το επιβαλλόμενο φορτίο, μεταβλητού χρονισμού των βαλβίδων, μεταβλητού λόγου συμπίεσης και λειτουργία σε κύκλο Miller. Επίσης, θα συζητηθούν τα οφέλη που προκύπτουν από την χρήση υβριδικών και ηλεκτρικών οχημάτων καθώς και τεχνικών που συντελούν στην βελτίωση της αεροδυναμικής και την μείωση του βάρους του οχημάτων.	el
heal.abstract	The subject of this diploma thesis consists of two main axes: the applicable/valid carbon dioxide emission standards for passenger and light commercial vehicles in the European Union and the ways to reduce these emissions. Initially, (Chapter 2) reference is made to the greenhouse effect, i.e. the natural phenomenon according to which the atmosphere of the earth holds heat, thereby increasing its surface temperature. Greenhouse gases, such as water vapor (H2O), carbon dioxide (CO2), methane (CH4), nitrogen monoxide (N2O), ozone (O3) and some fluoride gases, play the most significant and determining role in this phenomenon. Although the greenhouse effect is a natural mechanism of the Earth's planet, the term of this phenomenon has been linked to Climate Change and global warming over the last decades. This is due to the human activities that increase the Concentration of greenhouse gases in the atmosphere, leading to the action of the "enhanced" greenhouse effect. Given the situation and the continuing burden of the global climate, mainly due to unexpected and widespread meteorological changes, the issue raised the interest of the scientific community, which predicted that at the end of the century a total increase in global warming of 1.5-2.5°C above pre-industrial levels is likely to happen. In recent years, actions have been launched to curb human activity that contributes to Climate Change. A primary role in this effort is played by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) and the United Nations through actions such as the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) Change), the Kyoto Protocol and the Paris Agreement, actions to be discussed in the relevant chapters of this thesis. In the third chapter, the standards of CO2 emissions from passenger cars and light trucks in the European Union are discussed (carbon dioxide is the only greenhouse gas for which emission standards exist in the EU). A historical review of the European institutions' efforts to reduce CO2 emissions from the above categories of vehicles is then presented. These efforts began in the late 1990s in the form of voluntary agreements between the European institutions and the major car manufacturers' associations operating in the Europe (ACEA, JAMA, KAMA). While initially manufacturers proved to respond to their voluntary commitments, it was clear enough before their expiration (2009) that there was a failure to match the average CO2 emissions of vehicles with the targets set. Thus, European institutions introduced mandatory CO2 emission limits for automotive vehicles fleets. The start was made in 2009 with the introduction of the average emission target of 130 gCO2/km for passenger vehicles to be fully applicable in 2015. Then, in 2011, the specification was introduced for light trucks (Light Commercial Vehicles) in the order of 147 gCO2/km with a 2020 deadline and an intermediate adjustment phase of 175 g CO2/km between 2014 and 2016. The regulations adopted at the end of 2013 set an average emission level of 95 g CO2/km and 147 g CO2/km for the fleets of the passenger cars and light trucks to be enforced from 2020. For future projects, the European Parliament's proposed target for passenger cars is in the range of 68-78 gCO2/km, to be enforced from 2025. Chapter four discusses the driving cycles test procedure, i.e. of the system used by the various countries and organizations to measure fuel consumption and emissions from vehicles. Until September 2017, the NEDC (New European Driving Cycle), was used in the European Union for the measurement of carbon dioxide and pollutant emissions; this has now been abandoned due to its inability to fully represent actual driving conditions, thus leading to underestimated measurements. Beginning September 2017, the much more representative WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure) procedure for light-duty vehicles is employed, based on real-world driving data. In the last, and most important part, of this thesis (Chapter 5) we analyze ways to reduce CO2 emissions from passenger and light commercial vehicles via technologies currently used (or proposed to be used) in internal combustion engines. The internal combustion engine plays a key role in today's transport, a fact that is expected continue to apply in the years to come. Engine performance, its combustion, efficiency and emissions are related to engine design, operating parameters and fuel properties. The above parameters are important for optimizing engine performance and reducing emissions. In this paper we present the advantages of diesel engines over their respective petrol engines in regard to fuel consumption and therefore CO2 emissions. In addition, technologies, such as the use of turbocharging, engine start-stop, cylinder deactivation depending on the engine load, variable valve timing, variable compression ratio engines and Miller cycle are presented. The benefits of using hybrid or electrified vehicles as well as a variety of techniques that help to improve the aerodynamic efficiency and weight reduction of vehicles are also discussed.	en
heal.advisorName	Γιακουμής, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Χουντάλας, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μπαλλής, Αθανάσιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	181 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true