Uusi tutkimus paljastaa piilotetut haasteet julkisen liikenteen sähköistämisessä

Me ihmiset emme oikeastaan pidä kylmästä. Loppujen lopuksi verenkiertomme hidastuu, lämmönhukka kasvaa ja kärsimme heikentyneestä käsitaitosta.

Entä koneet, erityisesti sähköajoneuvomme (EV:t)? Käy ilmi, että nekin eivät pidä kylmästä säästä.

Uusi tutkimus¹ on havainnut, että sähköbussien kokonaisenergiankulutus ja -regenerointi nousevat keskimäärin 48 % lämpötilan ollessa -4 °C–0 °C verrattuna optimaaliseen lämpötila-alueeseen (OTZ). Samaan aikaan keskimääräinen nousu -12 °C–10 °C välillä on 28,6 %.

Miksi sähköistys muuttaa julkista liikennettä ja energiaa maailmanlaajuisesti

Sähköbussit ovat osa sähköistymistrendiä, joka muokkaa nopeasti maailmanlaajuista energianäkymää. Tämä merkitsee siirtymistä sähköajoneuvoihin ja energian varastointiratkaisuihin, korvaten fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Nämä korvaukset ovat tehokkaampia, vähentävät energiankulutusta ja hiilidioksidittavat sähkö- ja liikennesektorit.

Tämä siirtymä ei ainoastaan vähennä kasvihuonekaasupäästöjä (GHG), vaan myös parantaa energian turvallisuutta, edistää kestävää talouskasvua ja tukee puhtaampien, kestävämpien energiajärjestelmien kehittämistä maailmanlaajuisesti.

Osana tätä trendiä sähköajoneuvot (EV:t) saavat paljon huomiota, kun yli 4 miljoonaa sähköautoa myytiin vuoden 2025 ensimmäisellä neljänneksellä, mikä on yli miljoona EV:tä enemmän kuin saman vuoden kolmen kuukauden aikana edellisvuonna.

Kevyet ajoneuvot (LDV:t), kuten autot ja pakettiautot, muodostavat suurimman osan näistä EV-myyneistä. Kansainvälisen energiajärjestön (IEA) raportin mukaan, vaikka sähköbussien ja sähköisten kevytajoneuvojen osuus oli suunnilleen sama vuonna 2024, niiden myyntiosuus kasvaa hitaammin.

Osuuden odotetaan saavuttavan alle 20 % maailmanlaajuisesti tämän vuosikymmenen loppuun mennessä Stated Policies Scenario (STEPS) -mallissa, joka tarjoaa toimialakohtaisen arvioinnin toteutetuista politiikoista energiatavoitteiden saavuttamiseksi. Tämän seurauksena sähköbussien odotetaan muodostavan hieman yli 10 % maailmanlaajuisesta bussivarastosta vuoteen 2030 mennessä.

Silti maailmanlaajuisen sähköbussimarkkinan odotetaan kasvavan 17 miljardista dollarista vuonna 2024 37,5 miljardiin dollariin vuoteen 2030 mennessä, mikä vastaa 14,2 %:n vuotuista kasvukautta (CAGR).

Tämän trendin mukaisesti Tompkins Consolidated Area Transit (TCAT), julkisen liikenteen operaattori Ithacassa, New Yorkissa, sai rahoituksen seitsemän täysin sähköisen bussin hankkimiseen kokeilua varten, mutta kokemus ei vastannut odotuksia. Bussit kamppailivat alueen mäkisessä maastossa ja olivat epäluotettavia kylmässä säässä, kun niiden toimintasäde väheni. Siksi TCAT otti yhteyttä Cornellin tutkijoihin saadakseen tietoa pilot-ohjelmastaan.

Cornellin tutkijat ottivat tehtävän vastaan ja arvioivat tarkasti bussien heikentynyttä suorituskykyä kylmässä säässä sekä sen vaikutuksia valmistajiin, operaattoreihin, päättäjiin, kouluihin, kaupunkeihin ja muihin ryhmiin, jotka harkitsevat kalustonsa sähköistämistä.

Miksi sähköbussit kamppailevat kylmässä säässä: Keskeiset haasteet

Vaikka akku-sähköbussit (BEB:t) ovat osoittaneet suurta potentiaalia kasvihuonekaasupäästöjen vähentämisessä ja niiden odotetaan näyttelevän keskeistä roolia julkisen liikenteen muuttamisessa puhtaisiin energiaratkaisuihin, ne kohtaavat haasteita, jotka rajoittavat niiden laajaa käyttöönottoa.

Näiden teknisten haasteiden joukossa BEB:ien rajoitettu toimintamatka, erityisesti kylmissä olosuhteissa, on merkittävä ongelma.

Asia on se, että kuten muutkin korkean jännitteen akkuja käyttävät EV:t, myös akku-sähköbussit kärsivät merkittävästä energiatehokkuuden heikkenemisestä, kun ne toimivat alle optimaalisen lämpötilan. Tämä koskee erityisesti nollan alaisia olosuhteita, mikä johtaa lisääntyneisiin kokonaiskustannuksiin ja kantama‑ahdistukseen.

Kaupunkiliikennebussit ajavat keskimäärin 42 940 mailia vuodessa, mikä on neljä kertaa enemmän kuin tavallinen auto, ja ne toimivat kiinteillä reiteillä ja aikatauluilla; kylmän sään vaihtelut sähköbussien suorituskyvyssä aiheuttavat vakavia haasteita liikenteen tarpeiden täyttämisessä.

Latauksen ja ajoneuvojen lähettämisen aikatauluttamisen lisäksi haasteisiin kuului vaikeus valita akkujen koko ja suunnitella latausinfrastruktuuria. Kaikki nämä tekijät voivat heikentää BEB:ien taloudellista toteutettavuutta dieselibusseihin verrattuna.

Kun tarkastellaan BEB:ien lyhentynyttä toimintamatkaa kylmässä säässä, siihen vaikuttaa useat toisiinsa kytkeytyvät tekijät.

Ennen kaikkea akkuparien kemialliset ominaisuudet, jotka ovat lämpötilaherkkiä, johtavat kapasiteetin vähenemiseen ja alhaisempiin purkausnopeuksiin. Akkujen pitämiseksi optimaalisessa lämpötilassa on kehitetty akkujen lämpöhallintajärjestelmiä (BTMS), mutta nekin voivat kuluttaa paljon energiaa käyttöolosuhteista riippuen.

Lisäksi on ilmanvaihdon, lämmityksen ja ilmastoinnin (HVAC) järjestelmän lisääntynyt energiankulutus, mikä merkittävästi lyhentää toimintamatkaa.

Regeneratiivisen jarrutusjärjestelmän, joka kerää energiaa jarrutuksen aikana, tehokkuus heikkenee kylmissä olosuhteissa erilaisista teknisistä ja ympäristötekijöistä johtuen. Lisäksi kuljettajien ja operaattoreiden käyttäytyminen, jota vaikuttavat huonot sääolosuhteet ja reittien ominaisuudet, vaikuttaa merkittävästi BEB:ien energiatehokkuuteen.

Siksi näiden ihmisten ja koneiden tekijöiden tarkka ymmärtäminen on olennaista, jotta voidaan kehittää tehokkaita strategioita kylmän sään haitallisten vaikutusten lieventämiseksi BEB:issä. Tämä puolestaan vähentää kaluston operaattoreiden käyttökustannuksia ja mahdollistaa valmistajille ajoneuvosuunnittelun parantamisen paremman kylmässä säässä toimimisen saavuttamiseksi.

Useita tutkimuksia on yrittänyt kvantifioida kylmän sään vaikutusta BEB:ien suorituskykyyn simuloimalla niiden energiankulutusta ja tutkimalla ympäristölämpötilan vaikutusta todellisessa maailmassa.

Kuitenkin merkittäviä aukkoja on edelleen ymmärryksessä siitä, miten vaikutus muuttuu erilaisissa, monimutkaisemmissa skenaarioissa, kuten seisokkeissa ja ajoissa maaseutu- ja kaupunkireiteillä, mikä on ratkaisevan tärkeää kohdennetuille alueellisille toimintastrategioille.

Ei ainoastaan akkujen lämmityksen, regeneratiivisen jarrutuksen ja muiden keskeisten komponenttien vaikutuksia energiatehokkuuteen ole käsitelty riittävästi monimutkaisessa reittisuunnittelussa, vaan myös puuttuu todellisia tutkimuksia, jotka kattavat merkittäviä matkoja pakkaslämpötiloissa. Lisäksi tiedot BEB:ien toteutettavuudesta kylmässä säässä ovat rajallisia, ja ohjeistus kylmässä säässä toimimiseen on riittämätöntä.

Siksi Cornellin yliopiston tutkijat ottivat tehtäväkseen analysoida kylmän sään vaikutusta energiankulutukseen ja regenerointiin, purkaen BEB:t todellisten kahden vuoden tietojen perusteella, jotka on kerätty TCAT:n operoimista seitsemästä akku-sähköbussista. Yli 40 % näiden BEB:ien matkoista tapahtui alle 12 °C lämpötilassa.

Vaikutuksen kvantifioimiseksi tiimi kehitti Optimaalisen Lämpötila-alueen (OTZ) malleja ennustamaan energiankulutusta seisokissa, ajossa ja regeneroinnissa jokaiselle matkalle, olettaen ihanteelliset lämpötilat.

Kun operatiiviset tekijät, jotka aiheuttavat lisääntynyttä kulutusta, on tunnistettu, tutkijat tarjoavat myös suosituksia bussien toiminnan parantamiseksi.

Kylmän sään vaikutuksen kvantifiointi sähköbussien tehokkuuteen

Kuten aiemmin kerroimme, Cornellin yliopiston tutkimus havaitsi, että sähköbussien akut kuluttivat kylmässä säässä jopa 48 % enemmän energiaa, kun lämpötila oli 25 °F–32 °F. Nämä akut kuluttivat myös lähes 27 % enemmän energiaa laajemmassa lämpötila-alueessa, 10 °F–50 °F.

Tämä dramaattinen energiankulutuksen nousu, seniorikirjoittaja Max Zhang, Irving Porter Church -professori Cornell Engineering -laitoksessa, sanoi, oli odottamaton, mutta lisäsi, että “kaikki opit ovat hyviä oppeja. Tämä auttaa meitä oppimaan yhteiskuntana ja tekemään paremmin.”

Pilotikannan lisääntyneen energiankulutuksen kvantifiointi perustuu kahden vuoden TCAT:ilta kerättyyn dataan, mikä tekee siitä ensimmäisen, joka arvioi ja analysoi sähköbussien suorituskykyä Yhdysvaltojen koillisosa-alueella.

Näin TCAT ja Cornellin tutkijat jakavat näkemyksiään keskenään ja oppivat toisiltaan datan ja yhteistyön kautta. Zhangin tiimi tapasi TCAT:n viranomaisia toistuvasti tutkimuksen edetessä.

Erityisenä huomiona TCAT:n aineisto kattoi merkittävän matkan, yhteensä 225 837 kilometriä Tompkinsin maakunnassa, New Yorkissa, toimien moninaisissa olosuhteissa, tarjoten näin kattavamman aineiston kuin aiemmat BEB-tutkimukset.

4,7 % tästä kokonaismatkasta kirjattiin keskimääräisissä ympäristölämpötiloissa, eli nollan alaisissa, kun taas noin 50 000 mailia tai yli 80 000 kilometriä kirjattiin kylmissä lämpötiloissa, eli 0 °C–12 °C alueella.

According to Zhang, who is a provost’s fellow for public engagement:

“Hyödynnämme TCAT:n johtajuutta tällä alueella, ja on todellinen etuoikeus saada pääsy tähän dataan, jotta voimme nähdä suorituskyvyn reaaliajassa. Yksi oppi, jonka olemme saaneet, on että nämä bussit tulisi suunnitella koko maata varten, mukaan lukien kylmemmillä ilmastoilla varustetut osavaltiot. Olemme myös havainneet, että ne eroavat perinteisistä dieselibusseista, erilaisilla käyttäytymisillä, mikä vaatii erilaisia strategioita niiden hyödyntämiseksi.”

Tutkijat mallinnivat ensin, miten ajoneuvot toimisivat ihanteellisissa lämpötiloissa ottaakseen huomioon tekijät, jotka eivät liity pelkästään lämpötilaan, kuten liikenneolosuhteiden vaihtelut.

Tähän he kehittivät innovatiivisen OTZ‑perusmallin, joka simuloi BEB:n suorituskykyä optimaalisissa lämpötiloissa, säilyttäen samalla lämpötilasta riippumattomat olosuhteet sellaisina kuin ne olivat todellisen kylmässä säässä tapahtuvassa toiminnassa.

Sitten he vertasivat sitä todelliseen suorituskykyyn yli 40 monimutkaisella reitillä ja aikataululla.

Tutkijat havaitsivat, että akkujen itselämmitys vastaa puolet kylmässä säässä lisääntyneestä energiankulutuksesta. EV‑akut toimivat parhaiten noin 75 °F lämpötilassa, joten mitä kylmempiä ne ovat käynnistyksessä, sitä enemmän energiaa tarvitaan niiden lämmittämiseen.

Bussin matkustamojen lämmitys on toinen pääsyy. Usein tapahtuvat pysähdykset, erityisesti kaupunkireiteillä, sisältävät ovien avautumisen ja sulkemisen muutaman minuutin välein, mikä tarkoittaa, että akkujen on tehtävä enemmän lämmittääkseen matkustamot.

“Kaikilla sähköajoneuvoilla akku on ainoa paikalla oleva energialähde. Kaiken täytyy tulla siitä.”

– Zhang, joka on myös vanhempi tiedekunnan tutkija Cornell Atkinson Center for Sustainability

Tutkijat havaitsivat, että regeneratiivinen jarrutus on myös vähemmän tehokas matalissa lämpötiloissa. Tämä energiankorjausmekanismi hidastaa liikkuvaa ajoneuvoa muuntamalla sen kineettisen energian sähköenergiaksi, jota voidaan käyttää heti tai varastoida myöhempää käyttöä varten.

Tämä mekanismi löytyy useimmista hybrideistä ja täysin sähköisistä ajoneuvoista. Toisin kuin perinteisessä jarrujärjestelmässä, jossa ajoneuvo hidastuu jarrupaloiden ja roottorien välisen kitkan vuoksi, mikä johtaa lähes kaiken liike-energian menetykseen, regeneratiivinen jarrutus kerää yli 70 % energiasta takaisin.

Nyt tämä järjestelmä muuttuu vähemmän tehokkaaksi kylmässä säässä, todennäköisesti siksi, että akku kamppailee pitääkseen tasaisen lämpötilan soluissaan. Sähköbussien akku on loppujen lopuksi noin kahdeksan kertaa suurempi kuin tavallisen EV‑akun, jotta se pystyy kattamaan pidemmät reitit ja suuremmat matkustajamäärät.

Nyt kysymys on, mitä voidaan tehdä parantamaan akku‑sähköbussien suorituskykyä kylmässä säässä? Tätä varten tutkijat suosittelevat säilyttämään bussit sisätiloissa, kun niitä ei käytetä, akkujen suorituskyvyn parantamiseksi. Lisäksi, pitämällä ympäristölämpötila lämpimämpänä pitkien seisokkien aikana, muita lyhyen aikavälin strategioita, joita operaattorit suosittelevat, ovat akun lataaminen, kun se on vielä lämmin, sivukatteiden asentaminen ilman konvektiosta matkustamoon vähentämiseksi sekä ovien avausajan rajoittaminen pysäkeillä.

Valmistajille tutkijat suosittelivat optimoituja suunnitelmia akkujen lämmitykseen ja HVAC‑järjestelmiin. Tutkimus voi myös auttaa päättäjiä luomaan kannustinjärjestelmiä, arvioimaan toteutettavuutta ja asettamaan reittiprioriteetteja sähköistetylle julkiselle liikenteelle.

Laajemmassa mittakaavassa tohtoriopiskelija Jintao Gu, tutkimuksen ensimmäinen tekijä, totesi, että tämä tutkimus korostaa tarvetta arviointiin ja laajempiin mukautuksiin infrastruktuurissa sähköbussien tukemiseksi.

“Sinun täytyy pyrkiä optimoimaan kaikkien bussien aikatauluja ja ottaa huomioon infrastruktuurisi kapasiteetti – kuinka monta latausasemaa sinulla on, ja onko sinulla oma varikko. Sinun täytyy kouluttaa kuljettajat, lähettäjät ja huoltotyöntekijät. Mielestäni operatiivisesta ja infrastruktuurisesta näkökulmasta on paljon viestejä tulevaa joukkoliikenteen suunnittelua varten.”

– Gu

Ithacan maaseutu- ja kaupunkireitit sekä sen mäkinen maasto mahdollistivat tutkijoille paljon syvällisempien näkemysten saamisen bussien suorituskyvystä.

Tämä auttoi heitä havaitsemaan, että sähköbussit osoittivat kylmässä säässä pienemmän energiankulutuksen kasvun maareiteillä verrattuna kaupunkireitteihin. Hänen mukaansa tällainen tieto voi auttaa kaluston suunnittelijoita tekemään perusteltuja strategisia päätöksiä sähköbussien reittien kohdistamisesta.

Sijoittaminen sähköistymistrendiin

REV Group todennäköisesti hyötyy eniten kasvavasta perinteisiä polttoaineilla toimivia ajoneuvoja sähköajoneuvoiksi muuntavasta trendistä. Se on erikois- ja vapaa-ajan ajoneuvojen suunnittelija ja valmistaja, ja palvelee ensisijaisesti Pohjois-Amerikan markkinoita seuraavilla tuotteilla:

• Palokunta‑laitteet KME-, E-ONE-, Ferrara- ja Spartan ER -brändien alla
• Ambulanssit Leader-, Horton-, Road Rescue-, AEV- ja Wheeled Coach -brändien alla
• Terminaalikuorma-autot Laymor- ja Capacity‑brändien alla
• Vapaa‑ajan ajoneuvot American Coach-, Lance Camper-, Holiday Rambler-, Renegade RV-, Fleetwood RV- ja Midwest Automotive Designs -brändien kautta

REV Group (REVG ) 

Vuonna 2021 REV Fire Group esitteli täysin sähköisen paloauton nimeltä Vector, jossa on 316 kWh autojen tasoisia akkuja. Lisäksi REV Ambulance Group ilmoitti Yhdysvaltojen ensimmäisestä täysin sähköisestä ambulanssista, joka tarjoaa jopa 105 kWh akkukapasiteettia. REB Groupin tytäryhtiö Capacity Trucks on puolestaan valmistanut vetypolttokenno- ja akku‑sähköisen terminaalikuorma‑auton käyttäen litium‑ioni (NMC) -akkuja.

Yritys oli myös mukana bussivalmistusteollisuudessa, mutta päätti poistua markkinoilta viime vuonna myymällä Collins‑koulubussibrändinsä Forest Riverille 1Q24 aikana 303 miljoonan dollarin hintaan ja El Dorado National (ENC) -kaupunkibussiosastonsa Rivazille 4Q25 aikana 52 miljoonan dollarin hintaan osana pyrkimystään virtaviivaistaa toimintoja ja parantaa kannattavuutta.

Kun tarkastellaan REV Groupin markkinasuorituskykyä, 1,9 miljardia dollaria markkina-arvoinen yritys on nauttinut vahvasta nousutrendistä. Kirjoitushetkellä REVG‑osakkeet käyvät 37,49 dollaria, mikä on 17,63 % nousu tänä vuonna. Osakekurssi liikkuu lähellä kaikkien aikojen korkeinta tasoa (ATH) 38,50 dollaria, joka saavutettiin vain muutama viikko sitten.

Sillä on EPS (TTM) 1,76, P/E (TTM) 21,26 ja ROE (TTM) 20,13 % sekä osinkotuotto 0,64 %.

Yrityksen taloustietojen osalta REV Group raportoi nettomyynnin 525,1 miljoonaa dollaria, nettotuloksen 18,2 miljoonaa dollaria tai 0,35 dollaria laimennettua osaketta kohden, sekä ennätyksellisen korjatun EBITDA:n 36,8 miljoonaa dollaria vuoden 2025 ensimmäiselle neljännekselle. Pääomamenot laskivat myös merkittävästi 10,5 miljoonasta dollarista 1Q24:ssä 4,9 miljoonaan dollariin 1Q25:ssä.

Tämä ennätys, joka alkaa vuonna 2025, toimitusjohtaja Mark Skonieczny sanoi, osoittaa “toimintamme toteutuksen vahvuuden ja kurinalaisen lähestymistavan”. Tämä suoritus vahvistaa luottamustamme rakentamaamme vauhtiin ja asettaa meidät hyvin tulevalle vuodelle.

Hyödyntäen vahvaa taloudellista asemaansa yritys aloitti osakkeiden takaisinoston uudelleen, minkä Skonieczny totesi, “näemme sen houkuttelevana pääoman käytönä nykyisessä arvostuksessa.”

Vuoden 2025 ensimmäisellä neljänneksellä REV Group osti takaisin noin 0,6 miljoonaa tavallisia osakkeitaan 19,2 miljoonan dollarin hintaan, keskimääräisellä ostohinnalla 33,09 dollaria per osake. 31.1.2025 tilikauden lopussa se raportoi 290,2 miljoonaa dollaria kauppakäyttöpääomaa, 108,4 miljoonaa dollaria nettovelkaa ja 31,6 miljoonaa dollaria käteisvaroja.

Viimeisimmät REV Group (REVG) -osaketuotteiden uutiset ja kehitykset

Johtopäätös: Kylmien ilmastojen esteiden voittaminen sähköajoneuvojen julkisessa liikenteessä

Kun maailma siirtyy sähköajoneuvoihin, akku‑sähköbussit tarjoavat lupaavan polun kestävän joukkoliikenteen saavuttamiseen. Kuitenkin niiden suorituskyky kylmissä ilmastoissa aiheuttaa kriittisiä haasteita, jotka hidastavat niiden laajempaa käyttöönottoa.

Näiden haasteiden ratkaiseminen on olennaista liikennesektorin hiilidioksidittamiseksi, mikä edellyttää energian käytön, operatiivisten olosuhteiden ja ilmastovaikutusten monimutkaisuuden ymmärtämistä. Cornellin viimeisin kattava tutkimus tarjoaa kaivattua näkemystä näihin tekijöihin, auttaen operaattoreita, valmistajia ja päättäjiä navigoimaan sähköistymisen lupauksia ja sudenkuoppia paremmin ja tietoisemmin, jolloin raivataan tie sujuvammalle ja kestävämmälle siirtymälle puhtaampaan julkiseen liikennejärjestelmään.

Klikkaa tästä saadaksesi listan EV‑osakkeista, joihin kannattaa sijoittaa

Viitteet:

^{1. Gu, J., Liao, Q., & Zhang, K. M. (2025). Arviointi kylmän sään vaikutuksesta akku‑sähköbussien toimintaan. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 127, 104809. https://doi.org/10.1016/j.trd.2025.104809}