Ydinvoimalaitoksen vuosihuoltoajankohdan optimointi

Viimeaikoina ydinvoima on ollut vahvasti esillä mediassa. Keskustelut lisäydinvoimasta, sähköntuotantomuodoista, Olkiluodon kolmannen ydinvoimalaitosyksikön rakennustöistä, sähkön kulutuksen tulevaisuudesta ja nykyisestä taloustilanteesta ovat vaikuttaneet tarpeeseen tutkia sähkön tuotantokustannuksia ydinvoiman osalta. Tutkimuksessa keskitytään erityisesti ydinvoimalaitosyksiköiden vuosihuolto- ja polttoainekustannuksiin, jotka muodostavat suurimman suunnitellun yksittäisen kustannuserän ydinvoiman käyttöön liittyen. Työ tehdään Teollisuuden Voima Oyj:lle, joka pääsääntöisesti toimii Eurajoen Olkiluodossa. Työssä optimoidaan jokaiselle Olkiluodon ydinvoimalaitosyksikölle mahdollisimman edullinen vuosihuoltoajankohta. Optimaalisin ajankohta määrittyy edullisimman sähkön hinnan, ihanteellisimman käyttöjakson pituuden sekä resurssien saatavuuden perusteella. Ydinvoimalaitosyksiköiden vuosihuoltoajankohdat suunnitellaan siten, että vuosihuollot ovat kokonaisuudessaan ja laitosyksikkökohtaisesti optimaaliset. Työn lopputuloksena on esitys Olkiluodon ydinvoimalaitosyksiköiden optimaalisista vuosihuoltoajankohdista. Työn tuloksien myötä Teollisuuden Voima Oyj:llä on mahdollisuus pienentää vuosihuoltokustannuksiaan ja osaltaan vaikuttaa ydinvoimalla tuotetun sähkön kannattavuuteen. Vuosihuoltoajankohdan optimointi palvelee myös Teollisuuden Voima Oyj:n osakkaiden vaatimuksia.

Energiapalveludirektiivin 2006/32/EY toimeenpano ja vaikutukset

Euroopassa energiansäästöjen hakeminen on olennainen osa suurempaa ilmastostrate-giaa. Tämä työ tarkastelee direktiiviä 2006/32/EY energian loppukäytön tehokkuudes-ta ja energiapalveluista sekä sitä, millaisilla menetelmillä direktiivin esittämät toi-menpiteet otetaan osaksi kansallisia käytäntöjä Suomessa. Tämä diplomityö tarkastelee erityisesti elinkeinoelämän energiankäyttöä tehostavaa energiatehokkuussopimusjärjestelmää, koska se on keskeisin keino direktiivin toi-meenpanossa. Työ tarkastelee erityisesti energia-alaa painottaen sähkön tuotantoa sekä jakelua, koska sinne painottuvat myös direktiivin aiheuttamat lainsäädännön muu-tokset. Julkisen sektorin keskeistä roolia energiapalveludirektiivin toimeenpanossa käsitellään sekä esimerkillisenä energiankäyttäjänä, että suurena alihankintojen tilaajana. Myös energiapalveluyritysten liiketoimintaperiaatetta selvitetään tässä työssä.

Effect of forest-based biofuels production on carbon footprint, Case: Integrated LWC paper mill

International energy and climate strategies also set Finland’s commitments to increasing the use of renewable energy sources and reducing greenhouse gas emissions. The target can be achieved by, for example, increasing the use of energy wood. Finland’s forest biomass potential is significant compared with current use. Increased use will change forest management and wood harvesting methods however. The thesis examined the potential for integrated pulp and paper mills to increase bioenergy production. The effects of two bioenergy production technologies on the carbon footprint of an integrated LWC mill were studied at mill level and from the cradle-to-customer approach. The LignoBoost process and FT diesel production were chosen as bioenergy cases. The data for the LignoBoost process were obtained from Metso and for the FT diesel process from Neste Oil. The rest of the information is based on the literature and databases of the KCL-ECO life-cycle computer program and Ecoinvent. In both case studies, the carbon footprint was reduced. From the results, it can be concluded that it is possible to achieve a fossil-fuel-free pulp mill with the LignoBoost process. By using steam from the FT diesel process, the amount of auxiliary fuel can be reduced considerably and the bark boiler can be replaced. With a choice of auxiliary fuels for use in heat production in the paper mill and the production methods for purchased electricity, it is possible to affect the carbon footprints even more in both cases.

Perheyrityksen strategiamalli muuttuvassa toimintaympäristössä

Tutkimuksen tavoitteena on tutkia teollisuudelle aineita maahantuovan perheyrityksen toimintaympäristössä tapahtuvaa muutosta. Tutkimuksessa lähestytään yrityksen muuttuvaa toimintaympäristöä strategian näkökulmasta ja otetaan huomioon muuttuvana seikkana lainsäädäntö eli REACH -kemikaaliasetus. Tutkimuksen tutkimusongelmaa käsitellään konstruktiivisen tutkimuksen tapaan. Tutkimuksen aineisto on kerätty kvalitatiivisen tutkimuksen tapaan keräämällä tutkimustietoa valmiista aineistosta kuten arkistoista, dokumenteista ja kirjallisuudesta. Tutkimukseen on myös käytetty havaintoja, haastatteluja ja arkikokemuksia tutkimuksen kohteesta. Tutkimuksen viitekehyksessä käytiin läpi strategian teoriaa ulkoisesta toimintaympäristöstä yrityksen sisäiseen toimintaympäristöön. Yritykselle laadittiin strategiakeskeinen malli ottaen huomioon uuden lain tuomat vaikutukset yrityksen sisäiseen ja ulkoiseen toimintaympäristöön. Lakimuutoksen vaikutuspintoja löytyi kaksi: yrityksen toimialan toimintaympäristö ja sisäinen toimintaympäristö. Toimialan toimintaympäristössä eriteltiin lakimuutoksen rajapinnat viiden kilpailuvoiman avulla. Tulokseksi saatiin, että REACH vaikuttaa vahvasti läpi koko toimitusketjun. Vaikutustavat ovat korvaavat tuotteet, ostajien vaikutusvalta ja toimittajien vaikutusvalta. Lisäksi yhtenä vaikuttajana voidaan pitää uusia tulijoita sekä kilpailua nykyisten yritysten kanssa. Yrityksen sisäisestä toimintaympäristöstä löydettiin arvoketjun avulla lisää vaikutuskohtia. Ne olivat raaka-aineiden hankinnat, dokumentointi, näytteiden lähetys, varastointi ja varastokirjanpito. Lisäksi huomioitiin tukitoiminnoista lakiasiat ja henkilöstön koulutus.

Sähköä ja lämpöä tuottavien voimalaitosten kannattavuusanalyysin kehittäminen

Tutkimuksen tavoitteena oli laskea voimalaitoskannattavuudet vuosilta 2007–2009 kohdeyrityksen biovoimalaitokselle sekä kombivoimalaitokselle. Lisäksi laskettiin kohdeyrityksen uuden hyötyvoimalaitoksen käyttöönottovuoden 2009 kannattavuus sekä odotetun käyttöasteen kannattavuus. Tavoitteena oli muodostaa tuotantolaitoskohtaiset tuotekannattavuudet vuodelta 2009 Kotkan Energia Oy:ssä sekä muodostaa kirjatut jakoperusteet kannattavuuksien laskentaa varten ja analysoida saatuja kannattavuuksia. Tutkimusmetodologiana on käytetty soveltavaa tutkimusotetta. Kannattavuusanalyysin kehittäminen vaatii yrityksen kustannusten, tuottojen ja toiminnan sekä toimialan luonteen ymmärtämistä. Haasteena tutkimuksessa oli sähkön, lämmön ja höyryn valmistuksen periaatteiden omaksuminen, joka on kustannusten ja tuottojen oikean kohdistamisen perusta. Tutkimuksen tuloksena todettiin, että kombivoimalaitos on tuotantolaitoksista kannattamattomin. Kohdeyrityksen kannattavuutta voitaisiin parantaa investoimalla kombivoimalaitoksen tilalle halvempaa polttoainetta käyttävä tuotantolaitos. Tuotteista kannattavimmaksi todettiin kaukolämpö. Tutkimuksen tuloksina saatuja kannattavuuksia voidaan hyödyntää Kotkan Energian päätöksenteossa ja niitä hyödyntämällä pystytään kohdeyritykselle laskemaan nopeasti tarpeellisia tulevaisuudenskenaarioita. Kannattavuuslaskelmien tuloksien analyysin jatkoksi pohdittiin Kotkan Energialle jatkotutkimusehdotelmia.

Hiontarobotti-solun tietojärjestelmä

Hiontarobotteja käytetään nopeuttamaan hiontaprosessia ja vähentämään henkilöiden tarvetta tehdä kuluttavaa ja raskasta työtä. Yleensä hiottavat kappaleet ovat suuria, jolloin hionta robotillakin kestää kauan. Kun hiottavat kappaleet ovat pieniä, robotti hioo kappaleen nopeasti. Tällöin tarvitaan automaattinen varastointi, jotta hiontarobotti pystyy jatkamaan nopeasti seuraavan kappaleen hiontaa. Automaattinen varastointi tarvitsee tiedonhallintajärjestelmän, jolla hallitaan varastossa olevien kappaleiden tietoja. Hiottava kappale täytyy esimerkiksi pystyä tunnistamaan ennen hionnan aloittamista. Yhtenä tunnistusmenetelmänä voidaan käyttää radiotaajuudella toimivia RFID-tunnisteita. Kun kappale tunnistetaan ennen hiontaa niin voidaan varmistua, että robotti suorittaa oikean hiontaohjelman kappaleelle. Diplomityö liittyy Master Automation Groupin ensimmäiseen automaattista varastoa hyödyntävään FlexMill™-hiontarobotti-soluun. Työssä on suunniteltu ja toteutettu tietokanta ja siihen liittyvä tietojärjestelmä. Kehitettävä ohjelma toimii solun toiminnasta vastaavan soluohjaimen tiedonhallintaosana. Ohjelma hyödyntää RFID-laitteita kappaleiden tunnistuksessa.

Harustetun 110 kV kannatuspylvään konseptin kehittäminen

Diplomityössä kehitettiin harustetun 110 kV kannatuspylvään konsepti tuotteeksi. Pylväs on säänkestävästä teräksestä valmistettu putkipalkkirakenteinen I-pylväs. Tavoitteena oli suunnitella rakenteesta kokonaistaloudellisesti edullinen. Rakenteen suunnittelussa otettiin huomioon valmistus-, kuljetus- ja varastointi- sekä rakentamisnäkökohtia. Työssä perehdyttiin pylväsrakenteiden yksityiskohtiin, putkipalkkien liitosmenetelmiin ja pylvään jalan nivelöintiratkaisuihin. Säänkestävä rakennemateriaali otettiin huomioon rakennesuunnittelussa. Rakenteen lujuusteknisen suunnittelun apuna käytettiin epälineaarista elementtimenetelmää. Pylväsrakenteen käyttäytyminen mallinnettiin geometrisesti epälineaariseksi, ja liitosdetaljien analysointia varten kehitettiin epälineaarisia materiaalimalleja. Rakenteen värähtelykäyttäytyminen analysoitiin myös elementtimenetelmällä. Lopputuloksena saatiin aikaan pylväs, joka täyttää sille asetetut vaatimukset. Pylväs on helposti valmistettava, kuljetettava ja pystytettävä.

Biokaasun tuottaminen ja hyödyntäminen Lappeenrannassa

Lappeenrannassa kerätään ja hyödynnetään tällä hetkellä kaatopaikkakaasua 0,3 milj.m3 vuodessa. Biokaasua voitaisiin tuottaa Lappeenrannassa mädättämällä bioperäisiä jätteitä ja biokaasuntuotantoa varten kasvatettuja energiakasveja. Biokaasuntuotantoon soveltuvia jätteitä ovat erilliskerätty biojäte, jätevedenpuhdistamon jätevesiliete, puutarhajäte, lietelannat ja oljet. Kesannolla olevilla peltoaloilla voitaisiin kasvattaa ruokohelpeä. Biokaasun tuotantoon soveltuvia materiaaleja voitaisiin kerätä 143 000 t/a ja kasvattaa 68 000 t/a. Työssä tarkastellaan vaihtoehtoa, jossa mädätetään vain puhdistamoliete, sekä useita materiaaleja mädättävää yhteismädättämöä, johon liittyen tutkitaan kolmea eri vaihtoehtoa: kunnallisen jätteen mädätystä, kaiken jätteen mädätystä ja jätteen sekä energiakasvien mädätystä. Paras sijoituspaikka mädättämölle olisi jätevedenpuhdistamon läheisyydessä. Jätemateriaalista saataisiin kaasua enintään 12 milj. m3 ja energiakasveista enintään 16 milj. m3. Kaasusta voitaisiin tuottaa energiaa CHP-laitoksessa enintään 184 GWh. Mikäli biokaasun tuotannolla halutaan ensisijaisesti vähentää kasvi-huonekaasupäästöjä, kannattaa kaasu jalostaa ajoneuvopolttoaineeksi. Jalostettu kaasu on mahdollista myös syöttää maakaasuverkostoon. Suurimmat tulot on mahdollista saavuttaa yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa, mikäli biokaasulle suunniteltu syöttötariffi toteutuu. Muussa tapauksessa suurimmat tulot saadaan jalostamalla biokaasua ajoneuvojen polttoaineeksi.

Varastopalveluiden kustannuslaskentamallin rakentaminen

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli rakentaa kustannuslaskentamalli, jota hyödynne-tään varastopalvelutoimintojen kustannusten tarkastelussa. Tavoitteena oli määrittää ”hintalaput” varaston eri toiminnoille eli selvittää minkä tyyppisiä resursseja toiminnot kuluttavat ja kuinka paljon. Lisäksi mallin tuloksien perusteella pyrittiin kartoittamaan tekijöitä joihin puuttumalla varastopalveluiden kustannustehokkuutta voitaisiin ke-hittää. Rakennettava laskentamalli perustui toimintolaskentaan. Tutkimus jakautui teoria- ja empiiriaosuuteen. Teoriaosuudessa käytiin läpi perinteistä kustannuslaskentaa ja toi-mintolaskentaa sekä verrattiin niitä keskenään. Teoriaosuudessa käytiin läpi myös toimintoperusteiden kustannuslaskentamallin rakentamisen vaiheet sekä perehdyttiin yleisimpiin varastopalvelutoimintoihin ja niiden kustannuslajeihin. Empiiriaosuudessa tutustuttiin Case-yrityksen varastointitoimintoihin, sen kustannuslaskennan nyky-tilaan ja kehityskohteisiin. Lopuksi laskentamallia testattiin yrityksen varastotoimin-toihin. Tutkimuksen tuloksena rakennetun laskentamallin todettiin antavan ymmärrettävää ja analyyttistä tietoa toimintojen ja laskentakohteiden kustannuksista. Laskentamallin tuloksien perusteella päästiin paremmin kiinni kustannusten aiheuttajiin ja tuloksia todettiin voitavan hyödyntää kustannustehokkuuden kehittämisessä. Suurena etuna voitiin täten pitää lisääntynyttä kustannustietoisuutta.

Regional potential for collaborative implementation of small CHP plants in bioenergy technology

This thesis is a preliminary study targeting South-Eastern Finland. The objective was to find out the financial and functional readiness and willingness of the small and medium-sized enterprises of the region to manufacture and sell distributed bioenergy solutions collaboratively as a business network. In this case these solutions mean small-scale (0.5 - 3 MW) woodchips-operated combined heat and power (CHP) plants. South-Eastern Finland has suffered from a decline in the recent years, mostly due to the problems of the traditionally strong industrial know-how area of the region, the paper industry. Local small and medium-sized companies will have to find new ways to survive the toughening competition. A group of 40 companies from suitable industries were selected and financial and comparative analysis was performed on them. Additionally 19 managing directors of the companies were selected for an interview to find out their views on networking, its requirements, advantages and the general interest in it. The studied companies were found to be generally in fairly good financial condition and in that sense, fit for networking activities. The interviews revealed that the companies were capable of producing all the needed elements for the plants in question, and the managers appeared to be very interested in and have a positive attitude towards such business networks. Thus it can be said that the small and medium-sized companies of the region are capable of and interested in manufacturing small bio-CHP plants as a production network.

Kunnan kiinteistöjen energiansäästöpotentiaali

Tämän diplomityön tarkoitus oli selvittää kolmen suomalaisen HINKU-kunnan, Mynämäen, Padasjoen ja Kuhmoisten kiinteistöjen energiansäästöpotentiaali. Työssä käytiin aluksi läpi kunnan kiinteistöjen perustiedot sekä kulutuslukemat, jonka jälkeen kiinteistöihin tutustuttiin kiinteistönhoitajan avustuksella. Tämän jälkeen pyrittiin identifioimaan säästötoimet muutamien yritysten sekä vuorovaikutteisesti kiinteistönhoitajien kanssa. Säästötoimien vaikuttavuuden arvioinnissa hyödynnettiin sähkön ja lämmön tuntimittarointia. Lopuksi tulokset esiteltiin kuntien johdolle. Säästöpotentiaalia löytyi lähes jokaiselta osa-alueelta. Perinteisesti suurin säästöpotentiaali on löytynyt ilmanvaihdosta, mutta tämän työn puitteissa suurimmat säästöt löydettiin valaistuksesta. Etenkin LED-tekniikan kehittyminen on muuttamassa valaistuksen tulevaisuutta. Yksittäisten kohteiden suurimmat säästömahdollisuudet olivat vanhojen öljylämmitysten muuttamisessa maa- ja kaukolämpöön. Myös ilmanvaihdosta löytyi hyvin merkittävä potentiaali useassa kohteessa. Mynämäellä säästöpotentiaalia löytyi kaikkiaan noin 17 % kunnan energialaskusta. Padasjoella ja Kuhmoisissa vastaava luku oli noin 12–13 % kummassakin. Työn laajentaminen muihin kuntiin ei pääosin ole suoraviivaista, koska kuntien rakennuskanta poikkeaa toisistaan ja lisäksi kaikki rakennukset ovat yksilöllisiä. Työ pystyi kuitenkin tuottamaan kohdekunnissa erilaista havaintoaineistoa ja toimenpide-ehdotuksia, jotka toimivat muissa kunnissa herättelijöinä, ideoiden antajina ja tarkistuslistana siihen, miten asiat on hoidettu ja minkälaisiin toimenpiteisiin tulisi ryhtyä.

RFID tekniikan käyttömahdollisuudet betonituoteteollisuuden varastonhallinnassa

Lujabetoni Oy:n kappaletavaran varastonhallinnassa on todettu paljon kehitettävää. Kappaletavaran varasto-otot eivät perustu todellisiin määriin, varastonkierto on hidasta, varastointi sitoo paljon pääomaa ja inventointi on työlästä. Tähän ongelmaan haetaan ratkaisua RFID –teknologiasta. Työn teoriaosassa on käsitelty RFID –teknologian teoriaa ja nykytilaa, sekä varastoinnin peruskäsitteitä ja varastonohjausmenetelmiä. Empiirisessä osassa on laadittu RFID –järjestelmän toteutussuunnitelma. Työn tuloksena on RFID –järjestelmän kuvaus sekä toteutussuunnitelma, joilla saavutetaan tavoitellut hyödyt. Työssä löydettiin menetelmät joilla komponentit voidaan luotettavasti tunnistaa, sekä suunniteltiin todellisiin tapahtumiin perustuva, automaattiset vastaanotto- ja varasto-otto –kirjaukset mahdollistava RFID –järjestelmä. Näiden ansiosta varastotyö ja varastoihin sitoutuva pääoma vähenevät, jolloin saavutetaan säästöjä varastointikustannuksissa.

Biokaasulaitoksen energiatalouden tarkastelu

Biokaasulaitosala ja tuotosten hyötykäyttömarkkinat kasvavat ja kehittyvät tiukentuneiden ilmastotavoitteiden, liikenteen biopolttoaineiden lisäämisvelvoitteiden sekä jätehuoltoratkaisujen uusiutumisen myötä. Tässä työssä tarkasteltiin biokaasulaitoksen toimintaa, energiataloudellisuutta sekä biokaasulaitoksen talouteen vaikuttavia tekijöitä, kuten porttimaksuja ja toiminnan mahdollistavaa logistiikkaa. Lisäksi työssä on laskettu biokaasun hyötykäytöstä aiheutuvat päästövähenemät, kun biokaasulla korvataan fossiilisia polttoaineita sähkön- ja lämmöntuotannossa tai perinteisiä liikennepolttoaineita. Työn keskeisemmät tulokset osoittivat, että biokaasulaitoksen energiatase on positiivinen, biokaasulaitosprosessin kuluttaessa noin 40 %:a biokaasulaitoksen kokonaisenergiantuotosta, kun kuljetuksia ei huomioida. Kuljetuksien kuluttama energiaosuus vastaa noin 20 %:a biokaasulaitoksen tuottamasta energiasta. Biokaasun hyötykäytöstä aiheutuvat vuosittaiset päästövähenemät vaihtelivat tarkastelluissa tapauksissa 6 600-7 800 tCO2-ekv välillä hyötykäyttömuodosta riippuen. Työn tulokset auttavat Biovakka Suomi Oy:tä tulevissa päätöksentekovaiheissa sekä investointikysymyksissä.

LVDC-tiedonsiirtokanavan mallinnus

Yleisesti sähkönjakelussa käytettyä vaihtosähköä ollaan korvaamassa tasasähköllä pienjänniteverkoissa. Vaihtojännitteeseen verrattuna tasajännitteen käyttö mahdollistaa korkeampien jännitetasojen käytön ja paremman sähkönlaadun ja sitä kautta paremman käyttövarmuuden. Sähköverkossa käytettävien muuntajien ja suuntaajien osalta tarvitaan uudenlaisia rakenteita ja kehitystä, että tasajännitejakelun käyttöönotto olisi mahdollista. Oikeiden ratkaisujen löytämiseksi on tehty jo paljon tutkimusta, mutta valmiita järjestelmiä ei vielä ole laajemmin otettu käyttöön. Tasajänniteverkot tarvitsevat myös ohjauksen, säädön ja valvonnan takia tiedonsiirto-ominaisuuksia. Tietoa on mahdollista siirtää samassa kaapelissa, jota käytetään myös sähkön siirtoon. Haasteita asettavat mm. kaapeliin kytketyminen ja tiedonsiirtokanavassa esiintyvät häiriöt. Työssä muodostetaan malli tiedonsiirtokanavasta, jonka avulla voidaan mallintaa verkon käyttäytymistä eri taajuuksilla sekä simuloida sähköverkkoon muodostettavia tiedonsiirtokanavia.

Model based study of a calcium oxide looping process for post-combustion carbon dioxide capture

Calcium oxide looping is a carbon dioxide sequestration technique that utilizes the partially reversible reaction between limestone and carbon dioxide in two interconnected fluidised beds, carbonator and calciner. Flue gases from a combustor are fed into the carbonator where calcium oxide reacts with carbon dioxide within the gases at a temperature of 650 ºC. Calcium oxide is transformed into calcium carbonate which is circulated into the regenerative calciner, where calcium carbonate is returned into calcium oxide and a stream of pure carbon dioxide at a higher temperature of 950 ºC. Calcium oxide looping has proved to have a low impact on the overall process efficiency and would be easily retrofitted into existing power plants. This master’s thesis is done in participation to an EU funded project CaOling as a part of the Lappeenranta University of Technology deliverable, reactor modelling and scale-up tools. Thesis concentrates in creating the first model frame and finding the physically relevant phenomena governing the process.