Hardware design of a multiconverter for hybrid vehicle applications

Hybridiajoneuvosovellukset vaativat usein sekä korkea- että matalajännitejärjestelmän. Korkeajännitejärjestelmä sisältää yleensä energiavaraston, joka on joko superkondansaattori tai korkeajänniteakusto, dieselgeneraattorin tai range extenderin ja ajokäytön. Korkeajännitejärjestelmään liitetään usein myös erilaisia apukäyttöjä kuten kompressoreita ja hydraulipumppuja. Matalajännitejärjelmä koostuu yleensä ohjausyksiköistä, ajovaloista, yms. laitteista. Perinteisesti matalajännitejärjestelmää on syötetty dieselmoottorin laturista, mutta korkeajännitejärjestelmien myötä DC/DC-hakkurin käyttäminen korkea- ja matalajännitejärjestelmien välillä on herättänyt kiinnostusta, koska tällöin laturin voisi poistaa ja matalajänniteakustoa pienentää. Tässä työssä kuvatun monilähöisen tehonmuokkaimen invertterisilta soveltuu apukäyttöjen ajamiseen, ja erotettu DC/DC-hakkuri matalajännitejärjestelmän syöttämiseen. Tässä työssä käydään läpi edellä mainitun tehonmuokkaimen suunnittelu, keskittyen eritoten laitteen korkeajänniteosien mitoitukseen ja termiseen suunniteluun. DC/DC-hakkurin osalta perinteisiä piistä valmistettuja IGBT transistoreja vertaillaan piikarbidi MOSFET transistoreihin. Lämpömallilaskujen paikkaansapitävyyttä tutkitaan suorittamalla prototyyppilaitteelle hyötysuhdemittaus, jonka tuloksia verrataan laskettuihin tuloksiin. Lämpömallin parannusmahdollisuuksia käsitellään myös hyötysuhdemittauksen tulosten perusteella.

Mineraalien rikastusprosessin vesijalanjälki

Mineraalien rikastamiseen käytetään useita fysikaalisia ja kemiallisia menetelmiä. Prosessi sisältää malmin hienonnuksen, rikastuksen ja lopuksi vedenpoistamisen rikastelietteestä. Malmin rikastamiseen käytetään muun muassa vaahdotusta, liuotusta, magneettista rikastusta ja tiheyseroihin perustuvia rikastusmenetelmiä. Rikastuslietteestä voidaan poistaa vettä sakeuttamalla ja suodattamalla. Rikastusprosessin ympäristövaikutuksia voidaan arvioida laskemalla tuotteen vesijalanjälki, joka kertoo valmistamiseen kulutetun veden määrän. Tässä kirjallisuustyössä esiteltiin mineraalien käsittelymenetelmiä sekä prosessijätevesien puhdistusmenetelmiä. Kirjallisuuslähteiden pohjalta selvitettiin Pyhäsalmen kaivoksella valmistetun kuparianodin vesijalanjälki sekä esitettiin menetelmiä, joilla prosessiin tarvittavan raakaveden kulutusta voitaisiin vähentää. Pyhäsalmella kuparirikasteesta valmistetun kuparianodin vesijalanjälki on 240 litraa H2O ekvivalenttia tuotettua tonnia kohden. Pyhäsalmen prosessin raakaveden kulutusta voidaan vähentää lisäämällä sisäistä vedenkierrätystä. Kalsiumsulfaatin saostuminen putkiin ja pumppuihin on ilmentynyt ongelmaksi vedenkierrätyksen lisäämisessä. Kalsiumsulfaattia voidaan erottaa vedestä membraaneihin, ioninvaihtoon ja sähkökemiaan perustuvilla tekniikoilla. Vaihtoehdossa, jossa johdetaan kaikista kolmesta vaahdotuksesta saatavat rikastuslietteen ja rikastushiekan sakeutuksien ylitteet sekä suodatuksien suodosvedet samaan vedenkäsittelyyn voidaan kattaa arviolta noin 65 % koko veden tarpeesta. Raakavettä säästetään vuodessa 3,4 Mm^3 ja samalla rikastushiekka-altaiden tarvittava koko pienenee, joka vähentää ympäristöriskejä.

Motor Types Comparison Determining Efficiency in Pumping Systems

Pumping, fan and compressor systems consume most of the motor electricity power in both the industrial and services sectors. A variable speed drive brings relevant improvements in a fluid system leading to energy saving that further on can be translated into Mtons reduction of CO 2 emissions. Standards and regulations are being adopted for fluid handling systems to limit the less efficiency pumps out of the European market on the coming years and a greater potential in energy savings is dictated by the Energy Efficiency Index (EEI) requirements for the whole pumping system and integrated pumps. Electric motors also have an International Efficiency (IE) classification in order to introduce higher efficiency motors into the market. In this thesis, the applicability of mid-size common electric motor types to industrial pumping system took place comparing the motor efficiency characteristics with each other and by analyzing the effect of motor dimensioning on the pumping system and its impact in the energy consumption.

Sähkön kysyntäjouston kannattavuus teollisuuskiinteistössä

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin sähkön kysyntäjouston kannattavuutta teollisuuskiinteis-tössä. Tutkimus suoritettiin tutkimalla vuosien 2014 ja 2015 sähkön käyttöraportteja sekä toteutuneita Elspot hintoja. Lisäksi suoritettiin mittauksia ilmalämpöpumpuista, joiden pe-rusteella selvitettiin ilmalämpöpumppujen soveltuvuutta kysyntäjoustoon. Työssä käydään läpi kysyntäjouston vaikutuksia sekä eri kuormanohjaus mahdollisuuksia asiakkaan näkökulmasta. Lisäksi tuodaan esille Elspot hinnan muodostuminen sekä Elspot hintaan vaikuttavat tekijät. Työssä vertaillaan esimerkkikiinteistön sähkönkulutuksen suh-detta toteutuneisiin Elspot hintoihin. Lisäksi tutkitaan lämmityskuormien ohjauspotentiaalia kysyntäjouston näkökulmasta. Potentiaalin kartoittamiseksi suoritettiin mittauksia sekä teh-tiin esimerkkilaskelmia kysyntäjouston kannattavuudesta. Tutkimusten perusteella voidaan huomata, että vuositasolla saavutetut säästöt jäävät pienik-si. Huomioiden riskit Elspot hinnan vaihteluissa voidaan todetta, ettei siirtyminen tuntihin-noiteltuun sähköenergiaan ole kannattavaa esimerkkikiinteistössä. Lämmityskuormien oh-jauksesta tuntitiedon mukaan saatavien lisäsäästöjen jäädessä vähäisiksi kiinteistöön ei ole järkevää investoida erillisiä järjestelmiä kuormien ohjaukseen.

Variable-speed-drive-based detection methods for problems in fluid handling systems

Fluid handling systems account for a significant share of the global consumption of electrical energy. They also suffer from problems, which reduce their energy efficiency and increase life-cycle costs. Detecting or predicting these problems in time can make fluid handling systems more environmentally and economically sustainable to operate. In this Master’s Thesis, significant problems in fluid systems were studied and possibilities to develop variable-speed-drive-based detection methods for them was discussed. A literature review was conducted to find significant problems occurring in fluid handling systems containing pumps, fans and compressors. To find case examples for evaluating the feasibility of variable-speed-drive-based methods, queries were sent to industrial companies. As a result of this, the possibility to detect heat exchanger fouling with a variable-speed drive was analysed with data from three industrial cases. It was found that a mass flow rate estimate, which can be generated with a variable speed drive, can be used together with temperature measurements to monitor a heat exchanger’s thermal performance. Secondly, it was found that the fouling-related increase in the pressure drop of a heat exchanger can be monitored with a variable speed drive. Lastly, for systems where the flow device is speed controlled with by a pressure measurement, it was concluded that increasing rotational speed can be interpreted as progressing fouling in the heat exchanger.

Vuotovesien merkitys jätevesihuollossa

Yleisimmät viemäröintijärjestelmät ovat erillisviemäröinti ja sekaviemäröinti. Erillisviemä-röinnissä jäte- ja hulevedet johdetaan omissa verkostoissa. Sekaviemäröinnissä kaikki viemä-röitävät vedet virtaavat samassa verkostossa. Vuotoveden osuus jätevesiviemäriverkostossa virtaavasta jätevedestä on keskimäärin yli 30 prosenttia. Vuotovesiselvityksen avulla pyritään selvittämään vuotoveden esiintymisalueet ja mahdolliset vuotokohteet. Mallintamalla laadittu selvitys tarjoaa mahdollisuuden tarkastella verkostoa kokonaisuutena ja erilaisissa käyttötilan-teissa. Tämä työ perustuu Joensuun kantakaupungin viemäriverkostosta mallintamalla laadit-tuun vuotovesiselvitykseen. Työssä on tarkoitus selvittää vuotovesistä aiheutuvan lisäener-giantarpeen ja kasvihuonekaasupäästöjen kasvua sekä pohtia verkoston omistussuhteiden, sään ääri-ilmiöiden ja taajuusmuuttajien vaikutuksia vuotovesien hallintaan. Lisäksi selvitetään voidaanko tuloksista tehdä valtakunnallisia yleistyksiä. Joensuun viemäriverkostossa jätevesien pumppaukseen käytetystä energiasta noin 43 prosent-tia kuluu vuotovesien pumppaukseen. Siitä aiheutuu vuosittain 480 MWh:n lisäenergiantarve, joka johtaa 106 tonnin hiilidioksidipäästöihin. Lisäenergiantarpeesta aiheutuva hiilidioksidi-päästö on pieni liikenteen aiheuttamaan päästöön verrattuna. Saneerauksilla voidaan saavuttaa 60 prosentin vähennys vuotovesimäärään. Tavoitteeksi tulisi asettaa keskusta-alueella olevien sekaviemäreiden korvaaminen erillisviemäreillä esimerkiksi lähimmän 10 vuoden aikana ja vuotovesimäärän yleinen vähentäminen koko verkoston alueella. Ilmastonmuutoksen myötä yleistyvät rankkasateet lisäävät vuotovesimäärää etenkin sekaviemäröidyillä alueilla. Tämä korostaa sekaviemäröidyn verkoston korjaustoimenpiteiden tärkeyttä. Taajuusmuuttajien yleistyvä käyttö tasaa haitallisia virtaamapiikkejä. Optimaaliseksi säädetty pyörimisnopeus pienentää merkittävästi pumppujen energiankulutusta. Työstä saadut tulokset ovat valtakun-nallisella tasolla suuntaa antavia. Tarkemmat yleistykset vaativat useista erikokoisista verkos-toista tehtyjen vuotovesiselvitystulosten analysointia.