Advancing the life cycle energy optimisation methodology

Tid: Fr 2020-01-24 kl 10.00

Plats: E2, Lindstedtsvägen 3, Stockholm (English)

Ämnesområde: Farkostteknik

Licentiand: Hamza Bouchouireb , VinnExcellence Center for ECO2 Vehicle design, Farkostteknik och Solidmekanik

Granskare: Professor Tracy Bhamra, Loughborough University, Loughborough Design School, United Kingdom

Huvudhandledare: Associate Professor Ciarán J. O'Reilly, VinnExcellence Center for ECO2 Vehicle design; Professor Peter Göransson, VinnExcellence Center for ECO2 Vehicle design; Professor Rupert J. Baumgartner, University of Graz, Institute of Systems Sciences Innovation & Sustainability Research, Austria; Professor José Potting, VinnExcellence Center for ECO2 Vehicle design

Abstract

Livscykelenergioptimerings-metodologin (LCEO) syftar till att hitta en designlösning som använder en minimal mängd av energi ackumulerat över de olika faserna av en produkts (i detta arbete i formen av ett fordon) livscykel, samtidigt som den uppfyller en förutbestämd uppsättning funktionella begränsningar. Genom detta kan avvägningar balanseras effektivt, och därmed undviks suboptimala förskjutningar mellan energibehovet för vagga-till-produktion av material, fordonets användningsfas samt hantering av det uttjänta fordonet, på engelska kallad End-Of-Life (EOL). Detta arbete vidareutvecklar LCEO-metodologin och utvidgar dess omfattning genom tre huvudsakliga metodologiska bidrag, som, för illustrativa syften, har applicerats på en fallstudie av ett fordons sub-systemdesign.

En EOL-modell baserad på substitution med korrigeringsfaktorer, är inkluderad för att uppskatta energikrediter och bördor som härrör från hanteringen av det uttjänta fordonet. Flera olika scenarier som beskriver återvinning med olika nivåer av antagen degradering av egenskaper hos de återvunna materialen har definierats, och deras respektive LCEO utfall har jämförts med motsvarande resultat för scenarier baserade på deponering och förbränning med energiåtervinning. Resultaten visar att införandet av en EOL-modell i LCEO-metodologin kan ändra flöden och mönster kring materialanvändning och har en signifikant påverkan på den totala livscykelenergin i de optimala fordonsdesignen

Då valet av EOL-modell har signifikans för LCEO utfallet, har de föregående, statiska modellerna kompletterats med en utvidgning mot en mer holistisk systemstudie utifrån LCEO. I denna utvidgning studeras frågor kring optimerade produktsystem, framförallt avseende en delmängd av EOL processernas parametrar som har inkluderats i form av kontinuerliga designvariabler med antagna barriärfunktioner som modellerar deras genomförbarhet. Resultaten visar att LCEO kan användas för att finna den optimala designen av en fordonskomponent tillsammans med dess associerade, ideala, syntetiska EOL-scenario. Dessutom demonstreras metodens förmåga att identifiera de underliggande mekanismer som möjliggör den optimala lösningens avvägningar.

För att utöka komplexiteten i de ansatta funktionella begränsningarna har även form-relaterade variabler och aerodynamiska motståndsberäkningar tagits med. I det här fallet används krökningen på den studerade fordonskomponenten som ytterligare en variabel i LCEO analyser, med dess inverkan på det aerodynamiska motståndet och i och med detta variationer i användningsfasens energibehov. I detta fallet har det aerodynamiska motståndet tagits med i analysen genom uppskattning av motståndskoefficienten av en fordonskomponent framtagen genom strömningsmekaniska beräkningar. Denna uppskattning används sedan för att modellera den energi som krävs av fordonet för att övervinna det aerodynamiska luftmotståndet. I detta sammanhang visas också på behovet av en strategi för allokering av den aerodynamiska motståndsenergin hos en sub-komponent i relation till helheten, när fokus ligger på design av ett sub-system hos ett fordon. Resultaten visar att LCEO beskriver den underliggande funktionella synergin mellan de ansatta strukturella och de aerodynamiska kraven.

Detta arbete bidrar till att LCEO utvecklas i flera olika avseenden som utgör väsentliga steg mot en pro-aktiv metod som kan hantera livscykel- och funktionella avvägningar i en optimal fordonsdesign ur ett livscykelenergiperspektiv.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-265556

Innehållsansvarig:Kerstin Gustafsson
Tillhör: Skolan för teknikvetenskap (SCI)
Senast ändrad: 2019-12-19