Härtill 3 uppsatser

Lic.-avh. (sammanfattning) Stockholm : Kungliga Tekniska högskolan, 2020

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.

The Life Cycle Energy Optimisation (LCEO) methodology aims at finding a design solution that uses a minimum amount of cumulative energy demand over the different phases of the vehicle’s life cycle, while complying with a set of functional constraints. This effectively balances trade-offs, and therewith avoids sub-optimal shifting between the energy demand for the cradle-to-production of materials, operation of the vehicle, and end-of-life phases. This work further develops the LCEO methodology and expands its scope through three main methodological contributions which, for illustrative purposes, were applied to a vehicle sub-system design case study. An End-Of-Life (EOL) model, based on the substitution with a correction factor method, is included to estimate the energy credits and burdens that originate from EOL vehicle processing. Multiple recycling scenarios with different levels of assumed induced recyclate material property degradation were built, and their impact on the LCEO methodology’s outcomes was compared to that of scenarios based on landfilling and incineration with energy recovery. The results show that the inclusion of EOL modelling in the LCEO methodology can alter material use patterns and significantly effect the life cycle energy of the optimal designs. Furthermore, the previous model is expanded to enable holistic vehicle product system design with the LCEO methodology. The constrained optimisation of a vehicle sub-system, and the design of a subset of the processes which are applied to it during its life cycle, are simultaneously optimised for a minimal product system life cycle energy. In particular, a subset of the EOL processes’ parameters are considered as continuous design variables with associated barrier functions that control their feasibility.