Container logistic innovations in forest-energy sector: Markets, future service concepts and technical improvements

The report presents the results of the commercialization project called the Container logistic services for forest bioenergy. The project promotes new business that is emerging around overall container logistic services in the bioenergy sector. The results assess the European markets of the container logistics for biomass, enablers for new business creation and required service bundles for the concept. We also demonstrate the customer value of the container logistic services for different market segments. The concept analysis is based on concept mapping, quality function deployment process (QFD) and business network analysis. The business network analysis assesses key shareholders and their mutual connections. The performance of the roadside chipping chain is analysed by the logistic cost simulation, RFID system demonstration and freezing tests. The EU has set the renewable energy target to 20 % in 2020 of which Biomass could account for two-thirds. In the Europe, the production of wood fuels was 132.9 million solid-m3 in 2012 and production of wood chips and particles was 69.0 million solidm3. The wood-based chips and particle flows are suitable for container transportation providing market of 180.6 million loose- m3 which mean 4.5 million container loads per year. The intermodal logistics of trucks and trains are promising for the composite containers because the biomass does not freeze onto the inner surfaces in the unloading situations. The overall service concept includes several packages: container rental, container maintenance, terminal services, RFID-tracking service, and simulation and ERP-integration service. The container rental and maintenance would provide transportation entrepreneurs a way to increase the capacity without high investment costs. The RFID-concept would lead to better work planning improving profitability throughout the logistic chain and simulation supports fuel supply optimization.

Metsäenergian liiketoimintojen kehittäminen ja käytön kasvun vaikutukset Kaakkois-Suomessa

Kaakkois-Suomen alueella uusiutuvan energian käyttö ja erityisesti metsäenergian käyttö on kasvanut merkittävästi 2000-luvulla. Tulevaisuudessa metsäenergia nähdään edelleen potenti-aalisimpana vaihtoehtona korvattaessa fossiilisia polttoaineita lämpö- ja voimalaitoskokoluo-kassa. Muita uusiutuvan energian vaihtoehtoja ovat mm. tuuli- ja aurinkovoima, biokaasu sekä erilaiset kiinteät ja nestemäiset polttoainejalosteet. Tulevaisuudessa alueella voi olla mahdollis-ta tuottaa niin kansalliseen kuin kansainväliseen vientiin esim. biopolttonesteitä, biokaasua ja biohiiltä. Tutkimushankkeen tavoitteena oli selvittää metsäenergia-alan alueelliset toimijat sekä metsä-energian soveltuvuus ja liiketoimintamahdollisuudet Kaakkois-Suomen alueen energian tuo-tannossa. Tutkimus koostui seuraavista osatehtävistä: metsäsektorin toimijakentän kartoitus, metsäenergian alueelliset liiketoimintamahdollisuudet, puuperäisten polttoainejalosteiden käyttö- ja liiketoimintamahdollisuudet, muiden uusiutuvien energialähteiden käyttömahdolli-suudet ja vaikutukset Kaakkois-Suomessa. Tutkimuksessa arvioitiin myös Kaakkois-Suomen metsäenergian hankinnan työllisyysvaikutuksia. Tutkimuksen ohjausryhmänä toimi Kaakkois-Suomen metsäenergianeuvottelukunta. Tutkimuksessa kyselytutkimuksella selvitettiin metsäenergian tuottajien ja käyttäjien mielipi-teitä ja kehittämiskohteita toimialalta. Kaakkois-Suomessa hyödynnettävistä uusiutuvista energialähteistä selvitettiin nykyinen käyttö sekä arvioitiin tulevaisuuden hyödyntämismah-dollisuuksia vuonna 2020. Nämä tulokset esitettiin Kaakkois-Suomen energiataseen avulla. Kaakkois-Suomessa uusiutuvista energialähteistä puupolttoaineilla on merkittävin rooli metsä-teollisuuden johdosta ja alueen metsäenergian käyttö voi kasvaa jopa 1,7 TWh:in, mikäli fos-siilisia energialähteitä korvataan edelleen voimalaitoksissa ja lämpökeskuksissa. Metsäenergian käytön kasvussa alueen kunnilla on merkittävä rooli. Viime vuosina erityisesti tuulivoiman tuotanto on kasvanut ja tulee kasvamaan edelleen. Samoin aurinkoenergian hyödyntäminen kiinteistökokoluokassa on lisääntynyt voimakkaasti. Lisäksi maakuntaan on suunnitteilla kiin-teiden, nestemäisten ja kaasumaisten polttoainejalosteiden tuotantolaitoksia. Toteutuessaan laitokset voivat lisätä metsäenergian käyttöä merkittävästi.

Sähkönjakeluverkkoyhtiöiden kokemuksia liiketoiminnan taloudellisesta sääntelystä kolmannella valvontajaksolla 2012 - 2015

TIIVISTELMÄ Tekijä: Jouni Pyykkö Työn nimi: Sähkönjakeluverkkoyhtiöiden kokemuksia liiketoiminnan taloudellisesta sääntelystä kolmannella valvontajaksolla 2012 - 2015 Vuosi: 2014 Paikka: Hyvinkää Diplomityö. Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Tuotantotalous. 115 sivua, 9 kuvaa, 2 taulukkoa Tarkastajat: Professori Timo Pihkala ja Tutkijatohtori Marita Rautiainen Hakusanat: Jakeluverkkoyhtiö, regulaatio ja sääntely Euroopan unionin 1990 -luvulla aloittama sähkömarkkinoiden kehittäminen on merkinnyt Suomessakin suuria muutoksia toimialan yrityksille. Sähköenergian kauppa ja tuotanto on saatettu vapaan markkinaehtoisen kilpailun piriin. Sen sijaan sähkönsiirron ja -jakelun liiketoiminnot on toteutettu alueellisten luonnollisten monopolien turvaamina liiketoimintamalleina. Monopolin kautta toteutettu liiketoiminta aiheuttaa merkittäviä eturistiriitoja sähkönjakeluverkkoliiketoiminnan sidosryhmille. Nämä ristiriidat voivat johtaa kuluttajan kannalta kohtuuttomaan sähkönsiirron hinnoitteluun. Toisaalta liiketoiminnan on turvattava jakeluverkkoyhtiölle riittävät kannusteet liiketoiminnan harjoittamiseen sekä turvata riittävät investointitasot sähköverkkoihin sähkönlaadun ja toimitusvarmuuden turvaamiseksi. Näiden eri sähkönjakeluliiketoiminnan sidosryhmien tarpeiden tasapainottamiseen käytetään Suomessa energiamarkkinaviranomaisen toteuttamaa verkkoyhtiöiden sääntelyä eli regulaatiota. Sääntelyn tavoitteena on turvata jakeluverkkoliiketoiminnan osapuolten ristiriitaiset edut niin, että kokonaisuuden aiheuttama hyvinvointitappio on mahdollisimman pieni. Tässä työssä tarkastellaan sääntelyn toimivuutta ja ongelmakohtia jakeluverkkoyhtiöiden liiketoiminnan näkökulmasta. Tutkimus on toteutettu haastattelemalla yhdeksää jakeluverkkoyhtiön edustajaa. Tavoitteena on löytää jakeluverkkoyhtiöiden näkökulmasta esiin nousevat sääntelyyn liittyvät ongelmat ja liiketoiminnan haasteet. Tutkielmassa luodaan myös kuvaus keskeisistä valvontamenetelmistä sekä toimenpiteistä, joilla jakeluverkkoyhtiöiden näkökulmasta sääntelymallia voisi parantaa ja tehostaa.

”Kaikki, kaikki on meille objektia. Jos jäsentäisimme uudelleen.” Nykyrunouden puhujat 2000-luvun ympäristökeskustelussa

2000-lukua on kuvailtu ympäristön vuosituhanneksi ja ekokriittiseksi kaudeksi. Kasvava kiinnostus ympäristöasioihin näkyy monilla tavoin myös suomalaisessa nykyrunoudessa. Tutkimuksessani tarkastelen, mikä tekee nykyrunoudesta ympäristötietoisen ja miten nykyrunous osallistuu ympäristökeskusteluun 2000-luvulla. Näkemykseni mukaan runon ympäristötietoisuus liittyy olennaisesti runon puhujaan ja puhetilanteeseen. Tämän vuoksi keskityn analyysissani erityisesti runon puhujan ilmaisutapojen tarkasteluun. Tutkimusaineistonani on joukko runoja sellaisista teoksista, jotka kirjoittaneet runoilijat ovat debytoineet 2000-luvulla tai joiden tuotanto on pääosin julkaistu 2000-luvun aikana. Tutkimusmetodinani toimii yksityiskohtainen tekstianalyysi. Koska olen kiinnostunut runojen luontoon viittaavista ilmauksista ja ympäristöaiheista, tutkimukseni tärkein viitekehys on ekokriittinen teoria. Ekokritiikki keskittyy kirjallisuuden ympäristöllisiin merkityksiin ja tarkastelee sitä, miten annetut merkitykset vaikuttavat siihen, kuinka kohtelemme luontoa. Monissa aineistoni runoissa kysymykset runon puhujasta ja tämän ulospäinsuuntautumisesta sekä eri toimijoiden suhteista nousevat keskeisiksi ekokriittisen tulkinnan kannalta. Puhetilanteiden analysoinninapuna käytän draamallisen monologin käsitettä. Tutkimuksessani etsin keinoja tulkita nykyrunouden luontoon ja ympäristöön viittaavia ilmaisuja sellaisenaan, konkreettisesti materiaaliseen todellisuuteemme viittaavana. Pohtiessani sitä, miten nykyrunous kommentoi ympäristöstä käytävää keskustelua, hyödynnän George Myersonin ja Yvonne Rydinin ajatusta ympäristösanoista, jotka nimeävät ympäristökeskustelun kannalta keskeisiä asioita tai aiheita. Analyysini osoittaa, että nykyrunouden osallistuminen ympäristökeskusteluun on ennen kaikkea vastakohtaisuuksien purkamista ja yllättävien rinnastusten tuomaa ajatusten avartamista. Nykyrunoudessa kommentoidaan niin ihmisen luontosuhdetta kuin tehdään näkyväksi luonnon ja kulttuurin välisten rajanvetojen teennäisyyttä. Aineistoni runot eivät saarnaa ekologisista teemoista vaan herättävät vastuuntunnon ja eettisesti haastavia kysymyksiä lukijassa. Niissä otetaan kantaa niin globalisaatioon, saastumiseen, ilmastonmuutokseen, eläinten oikeuksiin, luonnon virkistyskäyttöön kuin luonnon monimuotoisuuden säilymiseen. Tutkimukseni osoittaa, että nykyrunotta voidaan pitää elinvoimaisena ja vakuuttavana keskusteluympäristönä myös sellaisille yhteiskunnalliselle kysymyksille kuin ympäristöasiat.

Sähkön ja lämmön yhteistuotanto biopolttoaineilla, alueellinen selvitys - Tutkimusraportti

Globaali ilmaston lämpeneminen ja tunnettujen energiavarojen ehtyminen ovat lisääntyvässä määrin maailmanlaajuisia huolenaiheita. Tietoisuus kulutuksen kasvun ja fossiilisten polttoaineiden käytön aiheuttamasta ympäristönmuutoksesta on merkittävästi kasvanut, ja osana kestävää kehitystä Euroopan Unionin vuoden 2020 välitavoitteena on vähentää kasvihuonepäästöjä 20 prosentilla vuoden 1990 tasosta, parantaa energiatehokkuutta 20 prosentilla, ja lisätä uusiutuvien energialähteiden osuus 20 prosenttiin. Suomen sitovaksi tavoitteeksi EU on määritellyt uusiutuvan energian osuudeksi 38 % kokonaisenergian kulutuksesta vuoteen 2020 mennessä. Suomen tavoitetta voi pitää varsin haasteellisena ja näin ollen tavoitteiden saavuttaminen edellyttää myös, että Suomessa käyttöönotetaan monipuolisia energiatehokkuutta parantavia ja erilaista tuotantoteknologiaa hyödyntäviä ratkaisuja. Biopolttoaineita käyttävä pienen kokoluokan yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto (CHP) voi osaltaan tarjota yhden ratkaisun varmistaa kestävä kehitys. Hajautetusti toimivat kiinteää biopolttoainetta, kuten metsätähdehaketta esimerkiksi maatiloilla, kasvihuoneilla ja pkteollisuudessa käyttävät pien-CHP laitokset lisäävät energiaomavaraisuutta, työllisyyttä ja maaseudun elinvoimaa. Sähkön ja lämmön yhteistuotanto – hankekokonaisuus sisälsi kolme erillistä projektia; (1) Bio-CHP tutkimus- ja opetuslaboratorion kehittäminen, (2) Biovoima Innoverkko, ja (3) Sähkön ja lämmön yhteistuotanto biopolttoaineilla, alueellinen selvitys. Näissä projekteissa on (1) tutkittu, koekäytetty, testattu ja mallinnettu pienen kokoluokan (laitoksen polttoaineteho alle 3 MW) CHP-laitteistoa laboratorio-olosuhteissa, (2) koulutettu ja konsultoitu potentiaalisia asiakkaita, laitevalmistajia ja energiayrityksiä sekä (3) kartoitettu markkinapotentiaalia, potentiaalisia asiakkaita ja alan toimijoita sekä tehty esiselvityksiä käyttökohteiden kannattavuudesta. Hankekokonaisuuden yhteydessä Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa laboratoriossa koekäytössä oleva CHPratkaisu perustuu Stirling-moottorin tai vaihtoehtoisesti mikroturbiinin käyttöön hakelämmityskattilalaitoksen yhteydessä. Kaupalliseen vaiheeseen edetessään pienen kokoluokan CHP-tuotanto voidaan arvioida kannattavaksi, koska sen avulla voidaan muun muassa saavuttaa kustannussäästöjä, vähentää päästöjä, ja lisätä sähköntuotannon omavaraisuutta sekä tukea alueellista työllisyyttä. Tässä hankkeessa (3) tutkittiin pienen kokoluokan hajautetun CHP-teknologian markkinapotentiaalia yleisesti Suomessa ja Kaakkois-Suomessa, tarkasteltiin alueellisia primäärienergialähteitä, ja tutkittiin laitetoimittajia, energiayrityksiä sekä niiden liiketoimintaverkostoja. Alueellisen selvityksen tueksi tutkittavia asioita tarkasteltiin osittain myös laajemmin muun muassa vertaisarvioinnin ja riittävän suuren otoskoon varmistamiseksi. Hankkeessa konsultoitiin potentiaalisia CHP-käyttökohteita ja tehtiin esiselvitykset kahdeksan kohteen teknis-taloudellisesta kannattavuudesta. Konsultoinneissa ja esiselvityksissä hyödynnettiin kehitettyä teknis-taloudellista laskentamallia. Hankkeen tulosten pohjalta laadittiin yleisohje soveltuvuusselvitysten tekemiseksi sekä suositus bioenergian alueelliseksi kehittämiseksi hajautetussa CHP-tuotannossa. Vuoden 2011 alussa voimaan tullut laki uusiutuvilla energialähteillä tuotetun sähkön tuotantotuesta on tarkoitettu tukemaan tuulivoimalla, biokaasulla ja puupolttoaineella tuotettua sähkön tuotantoa. Syöttötariffijärjestelmään hyväksytty sähkön tuottaja osallistuisi sähkömarkkinoille, ja tuottajalle maksettaisiin määräajan tukea markkinahinnan ja tuotantokustannusten välisen eron kattamiseksi. Jotta metsähakevoimala yleisten kelpoisuusehtojen täytyttyä voitaisiin hyväksyä syöttötariffin piiriin, pitää lisäksi laitoksen generaattoreiden nimellistehon olla vähintään 100 kW. Nykytekniikalla ja nykyisillä laitosten hyötysuhteilla tämä tarkoittaa sitä, että CHP-laitoksen kokonaistehon tulisi olla suuruusluokaltaan noin 500 kW. Näin ollen syöttötariffijärjestelmä ei kannusta pienimpiä laitoksia bioenergialla tuotetun sähkön myyntiin, ja näissä tapauksissa onkin arvioitava ainoastaan omakäyttösähkön merkitystä. Lämpö- ja CHP-laitosten polttoaineen hankintaketjua tuleva laki pienpuun energiatuesta (Petu) on hyväksytty eduskunnassa ja tulee voimaan asetuksella, mikäli Euroopan komissio hyväksyy uuden valtiontukijärjestelmän. Pienpuun energiatuki korvaa aiemmat Kemera-lain mukaiset korjuu- ja haketustuet. Tukea maksetaan nuoren metsän hoidon tai ensiharvennuksen yhteydessä saatavasta energiapuusta, mutta ei päätehakkuiden energiapuusta. Maa- ja puutarhataloudessa potentiaalisimpia käyttökohteita ovat suurehkot sika- ja siipikarjatilat, joiden lämmön ja sähkön kulutus on jo merkittävää. Kasvihuoneet ovat jo keskikokoisina huomattavia sähkön ja lämmön kuluttajia, ja siten potentiaalisia kohteita. Yleisesti tilojen määrän ennustetaan jo lähivuosien aikana vähenevän ja tilakoon kasvavan merkittävästi. Suurempi yksikkökoko luonnollisesti merkitsee mahdollisesti parantuneesta energiatehokkuudesta huolimatta yleensä suurempaa energian tarvetta ja siten potentiaalista kiinteää biomassaa käyttävää CHP-kohdetta. Pk-teollisuudessa luontevia käyttökohteita ovat esimerkiksi mekaanisen metsäteollisuuden laitokset sekä yleisestikin teollisuuskohteet, joiden energian kulutus on kohtalainen ja suhteellisen tasainen. Niin ikään suurehkot kiinteistöt, kuten esimerkiksi hotellit ja vanhainkodit, ovat potentiaalisia käyttökohteita. Olemassa olevat aluelämpölaitokset voivat ottaa CHP-teknologian käyttöön esimerkiksi laitoksen peruskorjauksen tai uusimisen yhteydessä. Kaiken kaikkiaan Kaakkois-Suomessa voidaan arvioida olevan maatiloilla, kasvihuoneissa, pk-teollisuudessa ja lämpölaitoksissa yhteensä useita kymmeniä potentiaalisia käyttökohteita. Arvioitaessa Kaakkois-Suomen kiinteitä bioenergiapotentiaaleja, keskeisin on metsäenergia, jonka teknistaloudellinen potentiaali on arvioitu olevan alle 2000 GWh, mitä voidaan pitää varsin konservatiivisena arviona. Peltoenergiapotentiaaliksi on arvioitu noin 400 GWh. Metsätähdehaketta kuljetetaan myös maakuntien välillä, vaikka kuljetusmatkat tulisi rajoittaa enintään 50–100 km etäisyydelle käyttöpaikasta kannattavuuden turvaamiseksi. Energiapuun voidaan arvioida riittävän pienen kokoluokan CHPteknologian lisääntyvään tarpeeseen, mutta alueellisesti polttoaineen saatavuuteen ja hintaan vaikuttavat olennaisesti esimerkiksi suurten CHP-laitosten mahdollisesti lisääntyvä metsähakkeen käyttö. Metsäteollisuuden ainespuun käytöllä on keskeinen rooli energiapuun saantoon. Lisäksi metsänomistajien todellinen halukkuus energiapuun myyntiin vaihtelee, ja esimerkiksi kantojen hyödyntäminen biopolttoaineena jakaa mielipiteitä. Hankkeessa tutkittiin ja haastateltiin 26 lämpöyritystä ja 26 lämpölaitostoimittajaa eri puolella Suomea sekä 19 potentiaalista CHP-laitevalmistajaa Kaakkois-Suomessa. Lämpöyrittäjyys on varsin paikallista toimintaa, joka on voimakkaasti kasvamassa. Lämpöyrittäjien hoitamia kohteita on Suomessa tällä hetkellä noin 450. Lämpölaitoksen ja lämpöverkon omistaa usein esimerkiksi kunta, ja lämpöyrittäjä hankkii polttoaineen, huolehtii laitoksen toiminnasta ja saa tuoton myydystä energiasta. Tyypillisesti lämpöyrityksellä ja –yrittäjällä on yhteistyötä paitsi polttoainetoimittajien ja asiakkaidensa kanssa, niin myös erilaisia huolto- ja muita palveluita tarjoavien tahojen, lämpölaitoksen kokonais- ja komponenttitoimittajien, ja muiden lämpöyrittäjien kanssa. Merkittävimmät laitevalmistajat ovat maantieteellisesti painottuneet Länsi- ja Etelä- Suomeen. Valmistajat ovat pääosin pk-yrityksiä, joista muutama on osa isompaa konsernia. Yritykset valmistavat tyypillisesti muun muassa lämpökattiloita, poltinteknologiaa, kuljettimia ja automaatiojärjestelmiä. Harva yritys valmistaa kaikki lämpölaitoksen komponentit itse, mutta useat kykenevät suunnittelemaan ja toimittamaan asiakkaille kokonaisia laitoksia avaimet käteen periaatteella liiketoimintaverkostojaan hyödyntäen. Laajimmillaan yritysten liiketoimintaverkostoihin voi kuulua asiakkaita, alihankkijoita, muita laitevalmistajia, kilpailijoita ja muita palveluiden tarjoajia. Kaakkois-Suomessa on huomattava yrityskanta konepaja-, automaatio-, hydrauliikka-, sähkö- ja LVI-yrityksiä, ja osa näistä yrityksistä on toiminut muun muassa metsäteollisuuden alihankkijoina. Metsäteollisuuden rakennemuutoksen myötä yritykset joutuvat osittain suuntaamaan liiketoimintaansa muualle, ja kyseisillä yrityksillä on perusosaamista ja kyvykkyyttä palvella energia-alaa, kuten esimerkiksi toimittaa komponentteja, laitteita tai palveluita CHP-laitostoimituksiin. Liiketoiminnan suuntaaminen uudelle toimialalle ja mahdollisten omien tuotteiden suunnittelu, valmistus ja markkinointi edellyttää kuitenkin merkittäviä panostuksia ja riskinsietokykyä. Kaiken kaikkiaan tutkitut lämpöyritykset, laitostoimittajat ja potentiaaliset laitetoimittajat suhtautuivat varovaisen positiivisesti pien-CHP:n tarjoamiin mahdollisuuksiin. Pien-CHP teknologian todettiin vielä vaativan kuitenkin kehittämistä, ja toisaalta yhteiskunnan tukitoimenpiteet nähtiin välttämättöminä, jotta bioenergiaa hyödyntävät pien-CHP ratkaisut voisivat yleistyä. Hankkeessa tutkittiin syvällisemmin erityyppisiä potentiaalisia bio-CHP kohteita, joista tehtiin esiselvitystasoiset soveltuvuus- ja kannattavuusarviot. Halukkuutta esiselvitysten tekemiseen olisi potentiaalisilta asiakkailta todennäköisesti löytynyt enemmän, mikäli bioenergiaa hyödyntävät pienen kokoluokan CHP-ratkaisut olisivat olleet lähempänä kaupallista sovellusta ja yhteiskunnan tukijärjestelmät bioenergialle valmiimpia sekä kattaneet paremmin myös pienen kokoluokan laitokset. Käyttökohteet olivat hyvin yksilöllisiä eikä niiden perusteella ollut mahdollista muodostaa yleispätevää mallia soveltuvuuden ja kannattavuuden arvioimiseksi. Teknologisten ratkaisujen vielä kehittyessä tarkkoja arvioita laitekustannuksista ei niin ikään ollut mahdollista esittää. Voidaan kuitenkin arvioida, että laitehinnat tulevat merkittävästi alenemaan kaupallisten ratkaisujen yleistyessä. Käyttökohteen kannattavuutta eivät itsestään selvästi turvaa myöskään yhteiskunnan tukijärjestelmät, vaikka laitos kuuluisikin kyseisten tukien piiriin. Olennaista investoinnin kannattavuuden kannalta on riittävän iso ja tasainen sähkön ja lämmön kulutus käyttökohteessa sekä polttoaineen ja energiahintojen tuleva kehitys. Kiinteitä biopolttoaineita kuten metsähaketta käyttävä pienen kokoluokan hajautettu CHP-teknologia on vielä kehittymässä, ja mennee vielä muutama vuosi ennen kuin kaupalliset ratkaisut yleistyvät merkittävästi. Yhteiskunnan tukimuodot kuten esimerkiksi syöttötariffijärjestelmä eivät niin ikään parhaalla mahdollisella tavalla tue kaikkein pienimmän kokoluokan CHP-investointeja. Pien-CHP ratkaisujen kaupallistumisen myötä Kaakkois-Suomella on yhtäläiset mahdollisuudet yhdessä muun Suomen kanssa kehittyä hajautetun bioenergian entistä kokonaisvaltaisemmaksi hyödyntäjäksi Avainsanat: sähkön ja lämmön yhteistuotanto, combined heat and power (CHP), mikroturbiini, stirling, syöttötariffi, biopolttoaine, metsähake, lämpöyrittäjä, lämpölaitosvalmistaja, maatila

Tuotannonohjauksen kehittäminen sähkömoottoreiden huoltotoiminnassa

Diplomityön kohdeyrityksen liiketoiminta on kokenut viime aikoina merkittäviä muutoksia lisääntyneen volyymin, vaihtuneiden toimitilojen ja konsernin taloudellisesti haastavan tilanteen johdosta. Olosuhteiden muuttuessa ja taloudellisten vaikeuksien kasvaessa on tuotannonohjauksen kehittäminen jäänyt yksikössä takaa-alalle, mikä näkyy pitkittyneinä toimitusaikoina ja laskutusviiveenä, heikkona ohjattavuutena ja täten myös kannattavuuden huonontumisena. Työn tavoitteena onkin tutkia sähkömoottorihuoltotoiminnan nykytilaa ja löytää käytännönläheisiä ja nopeasti toteutettavissa olevia ratkaisuja tuotannonohjauksen kehittämiseksi. Työn teoreettisena viitekehyksenä käytettiin tuotannonohjauksen perusproblema-tiikkaa käsitteleviä teoksia, kuten myös tuotannonohjauksen kehityshankkeisiin liittyvää materiaalia. Tämän lisäksi työhön on pyritty saamaan lisänäkemystä suo-rittamalla benchmarking -vierailuja yhteistyöyrityksiin, jossa on hiljattain suoritettu vastaavan kaltaisia, onnistuneita tuotannonohjauksen kehityshankkeita. Työn empiirinen osuus jaoteltiin kahteen teemaan; nykytila-analyysiin ja toimenpide-ehdotuksiin. Nykytila-analyysi pyrittiin luomaan mahdollisimman kattavaksi sisällyttämällä siihen näkökulmia niin tuotannollisten lukujen kuin henkilöstön nä-kemysten perusteella. Analyysin pohjalta yritykselle laadittiin ehdotuksia käytän-nönläheisistä, nopeasti toteutettavissa olevista toimenpiteistä kuten myös ehdotuksia tuotannon jatkokehityksestä.

Loistehon säätö ja kompensointi

Kantaverkkoyhtiö Fingrid Oy on tarkastellut kantaverkosta otettua tai tuotettua loistehoa alueittain Fingridin määrittelemällä maantieteellisellä tavalla. Alue koostuu liittymispisteistä, jotka ovat yksittäisten verkkoyhtiöiden liittymispisteitä. Yhden alueen sisällä voi siis olla monia eri verkkoyhtiöiden liittymispisteitä. Vuodesta 2016 alkaen loistehon tarkastelu vaihtuu aluetarkastelusta liittymispistetarkasteluun. Liittymispistetarkasteluun siirtymisen myötä tulee verkkoyhtiöiden investoida erinäisiin kompensointiratkaisuihin, jotta yksittäisten liittymispisteiden loistehot pysyvät Fingridin asettaman loistehon tarkasteluikkunan sisällä. Työssä perehdytään erinäisiin kompensointiratkaisuihin ja niiden kytkentöihin sekä kytkentöjen vaikutuksiin olemassa olevaan sähköverkkoon. Lisäksi työssä käsitellään tuulivoimaloiden hyödyntämistä loistehon säädössä. Esimerkkitapauksessa tarkastellaan erästä Caruna Oy:n verkkoa ja pohditaan teknistä ja mahdollisimman taloudellista kompensointiratkaisua kyseiseen verkkoon. Työn lopputulos on, että maakaapeloinnin määrän kasvaessa loistehon kompensoinnin tarve kasvaa. Näin ollen Fingrid Oy:ltä tarvitaan selkeitä linjauksia moneen ongelmakohtaan, kuten tuotanto-kulutuspisteen loistehon tarkasteluun. Lisäksi Energiavirastolta tarvitaan kannusteita loistehon kompensointiin, sillä verkkoyhtiöiden liiketoiminta perustuu regulaatiomalliin ja kompensointilaitteiston yksikköhinnasto on hyvin suppea.

Polysulfidiprosessi sulfaattisellutehtaassa

Kandidaatintyön tavoitteena on kartoittaa merkittävimmät muutokset sellutehtaalla siirryttäessä sulfaattimassan valmistuksesta polysulfidiselluprosessiin. Työssä esitellään sulfaattisellun valmistusprosessi ja polysulfidin vaatimat muutokset selluprosessissa erityisesti höyrynkulutuksen kannalta. Sellutehtaan höyrynkulutusta ja sen mahdollisia muutoksia tarkastellaan suhteessa tehtaan selluntuotantoon. Tutkimus tehdään tutustuen dokumenttilähteisiin sekä erityisesti hankkimalla lisätietoa ja käytännön näkemystä asiantuntijahaastatteluista. Työssä käytetään esimerkkinä tyypillistä modernia sellutehdasta, jonka perusteella tarkasteltavat osaprosessit ovat valikoituneet. Sulfaattiprosessiin tehtävät muutokset käsittävät keittolipeän muuttamisen polysulfidipitoiseksi, polysulfidin valmistusprosessin (MOXY) sekä keiton muuttamisen siten, että polysulfidin vaikutus voidaan maksimoida. Polysulfidiprosessi vaikuttaa merkittävästi lipeäkiertoon, keittämöön sekä kuivauskoneeseen. Muilla osastoilla ominaishöyrynkulutuksen odotetaan pysyvän tavanomaista sulfaattiprosessia vastaavalla tasolla. Höyrynkulutuksella on huomattava merkitys modernin sellutehtaan tuotanto- ja kustannustehokkuuteen, sillä säästetyllä ylijäämähöyryllä voidaan tuottaa myyntisähköä. Uusiutuvan energian tuottajana ja ympäristövastuullisena toimijana sellutehtaiden on järkevää pyrkiä vähentämään omaa höyrynkulutustaan ja lisäämään sitä kautta sähköntuotantoaan.

Polysulfidiprosessin vaikutukset höyrynkulutukseen sulfaattisellutehtaassa

Diplomityön tavoitteena on kartoittaa höyrynkulutuksen merkittävimmät muutokset sellutehtaalla siirryttäessä sulfaattimassan valmistuksesta polysulfidiselluprosessiin. Työssä esitellään sulfaattisellun valmistusprosessi ja polysulfidin vaatimat muutokset selluprosessissa erityisesti höyrynkulutuksen kannalta. Sellutehtaan höyrynkulutusta ja sen mahdollisia sekä todennettuja muutoksia tarkastellaan suhteessa tehtaan selluntuotantoon. Diplomityössä analysoidaan muutoksiin johtaneita syitä ja erityisesti peilataan niitä ennalta odotettuihin muutoksiin, joita kandidaatintyö ”Polysulfidiprosessi sulfaattisellutehtaassa” (Szepaniak 2014) esitti kirjallisuuden pohjalta. Tutkimus tehdään tutustuen dokumenttilähteisiin sekä erityisesti hankkimalla lisätietoa ja käytännön näkemystä asiantuntijahaastatteluista. Työssä käytetään esimerkkinä tyypillistä modernia sellutehdasta, jonka perusteella tarkasteltavat osaprosessit ovat valikoituneet. Tutkimustulosten perusteella esitetään jatkotutkimus- ja kehityskohteita. Sulfaattiprosessiin tehtävät muutokset käsittävät keittolipeän muuttamisen polysulfidipitoiseksi, polysulfidin valmistusprosessin (MOXY) sekä keiton muuttamisen siten, että polysulfidin vaikutus voidaan maksimoida. Polysulfidiprosessi vaikuttaa merkittävästi lipeäkiertoon ja keittämöön. Keittämön höyrynkulutus kasvaa, haihduttamon kuorma vähenee ja soodakattilan lämmöntuotanto heikkenee. Muilla osastoilla ominaishöyrynkulutuksen muutokset ovat tilastollisesti merkityksettömiä. Höyrynkulutuksella on huomattava merkitys modernin sellutehtaan tuotanto- ja kustannustehokkuuteen, sillä säästetyllä ylijäämähöyryllä voidaan tuottaa myyntisähköä. Uusiutuvan energian tuottajana ja ympäristövastuullisena toimijana sellutehtaiden on järkevää pyrkiä vähentämään omaa höyrynkulutustaan ja lisäämään sitä kautta sähköntuotantoaan.

Behavior of black liquor nitrogen in combustion : formation of cyanate

The Kraft pulping process is the dominant chemical pulping process in the world. Roughly 195 million metric tons of black liquor are produced annually as a by-product from the Kraft pulping process. Black liquor consists of spent cooking chemicals and dissolved organics from the wood and can contain up to 0.15 wt% nitrogen on dry solids basis. The cooking chemicals from black liquor are recovered in a chemical recovery cycle. Water is evaporated in the first stage of the chemical recovery cycle, so the black liquor has a dry solids content of 65-85% prior to combustion. During combustion of black liquor, a portion of the black liquor nitrogen is volatilized, finally forming N2 or NO. The rest of the nitrogen remains in the char as char nitrogen. During char conversion, fixed carbon is burned off leaving the pulping chemicals as smelt, and the char nitrogen forms mostly smelt nitrogen (cyanate, OCN-). Smelt exits the recovery boiler and is dissolved in water. The cyanate from smelt decomposes in the presence of water, forming NH3, which causes nitrogen emissions from the rest of the chemical recovery cycle. This thesis had two focuses: firstly, to determine how the nitrogen chemistry in the recovery boiler is affected by modification of black liquor; and secondly, to find out what causes cyanate formation during thermal conversion, and which parameters affect cyanate formation and decomposition during thermal conversion of black liquor. The fate of added biosludge nitrogen in chemical recovery was determined in Paper I. The added biosludge increased the nitrogen content of black liquor. At the pulp mill, the added biosludge did not increase the NO formation in the recovery boiler, but instead increased the amount of cyanate in green liquor. The increased cyanate caused more NH3 formation, which increased the NCG boiler’s NO emissions. Laboratory-scale experiments showed an increase in both NO and cyanate formation after biosludge addition. Black liquor can be modified, for example by addition of a solid biomass to increase the energy density of black liquor, or by separation of lignin from black liquor by precipitation. The precipitated lignin can be utilized in the production of green chemicals or as a fuel. In Papers II and III, laboratory-scale experiments were conducted to determine the impact of black liquor modification on NO and cyanate formation. Removal of lignin from black liquor reduced the nitrogen content of the black liquor. In most cases NO and cyanate formation decreased with increasing lignin removal; the exception was NO formation from lignin lean soda liquors. The addition of biomass to black liquor resulted in a higher nitrogen content fuel mixture, due to the higher nitrogen content of biomass compared to black liquor. More NO and cyanate were formed from the fuel mixtures than from pure black liquor. The increased amount of formed cyanate led to the hypothesis that black liquor is catalytically active and converts a portion of the nitrogen in the mixed fuel to cyanate. The mechanism behind cyanate formation during thermal conversion of black liquor was not clear before this thesis. Paper IV studies the cyanate formation of alkali metal loaded fuels during gasification in a CO2 atmosphere. The salts K2CO3, Na2CO3, and K2SO4 all promoted char nitrogen to cyanate conversion during gasification, while KCl and CaCO3 did not. It is now assumed that cyanate is formed when alkali metal carbonate or an active intermediate of alkali metal carbonate (e.g. -CO2K) reacts with the char nitrogen forming cyanate. By testing different fuels (bark, peat, and coal), each of which had a different form of organic nitrogen, it was concluded that the form of organic nitrogen in char also has an impact on cyanate formation. Cyanate can be formed during pyrolysis of black liquor, but at temperatures 900°C or above, the formed cyanate will decompose. Cyanate formation in gasifying conditions with different levels of CO2 in the atmosphere was also studied. Most of the char nitrogen was converted to cyanate during gasification at 800-900°C in 13-50% CO2 in N2, and only 5% of the initial fuel nitrogen was converted to NO during char conversion. The formed smelt cyanate was stable at 800°C 13% CO2, while it decomposed at 900°C 13% CO2. The cyanate decomposition was faster at higher temperatures and in oxygen-containing atmospheres than in an inert atmosphere. The presence of CO2 in oxygencontaining atmospheres slowed down the decomposition of cyanate. This work will provide new information on how modification of black liquor affects the nitrogen chemistry during thermal conversion of black liquor and what causes cyanate formation during thermal conversion of black liquor. The formation and decomposition of cyanate was studied in order to provide new data, which would be useful in modeling of nitrogen chemistry in the recovery boiler.

Hisseissä käytettävän kulmakorin tuotekehitys ja tuotteistaminen

Diplomityö käsittelee hisseissä erikoistapauksessa käytettävän kulmakorin suunnittelua ja tuotteistamista. Työ suoritetaan KONE Oyj:lle. Diplomityössä luotiin kulmakorille modulaarinen tuotearkkitehtuuri ja määritettiin korin toimitusprosessi. Työn tavoitteena oli saavuttaa 48,12% asiakkaiden mahdollisista vaatimuksista ja vähentää suunnitteluun kuluvaa aikaa aikaisemmasta 24 tunnista neljään tuntiin. Työn tavoite saavutettiin kokeneen tapauskohtaisten kulmakorien suunnittelijan kommenttien perusteella. 48,12% asiakasvaatimuksista sisällytettiin tuotemalliin konfigurointimahdollisuuksina. Työn alussa on esitelty tuotesuunnittelua, laadun hallintaa, parametrista mallinnusta, massakustomointia ja tuotetiedon hallintaa. Sen jälkeen on käsitelty kulmakorin tuotteistamisen kannalta kaikki tärkeimmät muuttujat. Tämän jälkeen kulmakorin tuotemalli suunnitellaan ja mallinnetaan systemaattisesti ylhäältä-alas –mallinnustapaa käyttäen ja luodaan osille ja kokoonpanoille valmistuskuvat. Päätyökaluna työssä käytettiin Pro/ENGINEER-ohjelmistoa. Tällä mallinnettiin parametrinen tuotemalli ja rakenteiden lujuustarkastelussa käytettiin ohjelmistoa Ansys. Työn tavoite saavutettiin analysoimalla massakustomoinnin perusteiden olennaisimmat osat ja seuraamalla analyyttistä ja systemaattista tuotekehitysprosessia. Laatua painottaen tuotearkkitehtuuri validoitiin suorittamalla rajoitettu tuotanto, joka sisälsi kolme tuotemallilla konfiguroitua kulmakoria. Yksi koreista testikasattiin Hyvinkään tehtaalla.

Raskaita teräsrakenteita valmistavan tilauskonepajan tuotannon kehittäminen

Diplomityössä tarkastellaan raskaita teräsrakenteita valmistavan tilauskonepajan tuotannon kehittämiskohteita. Tuotannon kehittämisellä halutaan nopeuttaa tuotannon läpimenoaikoja, vähentää laatukustannuksia ja parantaa yrityksen tiedonkulkua. Näillä toimenpiteillä pyritään vaikuttamaan yrityksen kilpailukykyyn, jolloin se voi nousta suomalaisessa toimittajaverkostossa korkeammalle portaalle. Työn teoriaosassa paneudutaan tuottavuus- ja laatuajatteluun hitsaavassa konepajassa. Samalla esitellään eräitä konepajoissa tyypillisimmin käytettyjä laatustandardeja, joita ovat: SFS-EN ISO 9001, SFS-EN ISO 3834 ja SFS-EN 1090. Lisäksi teoriaosiossa on kerrottu erilaisista tuotannonohjausjärjestelmistä ja layout-teorioista. Tämän diplomityön kohdeyritys on Karjalan Konepaja Oy. Yrityksen nykytilanteen kartoittamiseksi suoritettiin useita haastatteluita sekä laadittiin koko organisaatiota koskeva kysely. Tilauskonepajan haasteena ovat alati muuttuvat tilaukset. Tilauskonepajan tuotannon kehittäminen tulee aloittaa sopivien tuotannontehokkuutta mittaavien mittareiden määrittämisellä. Usein kapasiteetti ja tuottavuus kuvastavat parhaiten työvaiheiden tehokkuutta. Mittareiden tarkoitus on auttaa konepajaa löytämään ne tuotannon pullonkaulat, joista yrityksen kehittäminen tulisi aloittaa. Lean-filosofian avulla tulee kehittää tuotannosta hitaimmin suoriutuvia työvaiheita. Tarkoituksena on poistaa valmistusketjusta sellaiset työvaiheet, jotka eivät anna tuotteelle lisäarvoa. Lisäksi työpisteiden layout kannattaa kyseenalaistaa aika ajoin, sillä jo pienilläkin muutoksilla voidaan saada parannuksia työpisteiden tuottavuuteen ja kapasiteettiin.

Suositus lannan käsittelystä ja hyötykäytöstä Lestijoen valuma-alueelle

Keski-Pohjanmaalla maatalous on pitkälti karjataloutta päätuotteinaan maito ja naudan liha. Lestijoen valuma-alueella tiloja on noin 530 kpl ja nautoja noin 24 000 eläinyksikköä. Karjatalouteen painottunut tuotanto sekä turkistuotanto tarkoittavat myös runsasta lannan tuotantoa. Lannan hyötykäyttö ja sen tehostaminen ovatkin olleet alueella ajankohtaisia aiheita jo pitkään sekä talouden että ympäristön näkökulmista. Lannan hyötykäytöllä voidaan vähentää kemiallisten lannoitteiden tarvetta ja näin säästää hankintakuluissa. Ympäristö puolestaan hyötyy pienemmästä ravinnekuormituksesta kemiallisten lannoitteiden käytön vähetessä. Lannan käyttö energiantuotantoon lisääntynee Lestijokilaaksossakin tulevina vuosikymmeninä. Lannan entistä tehokkaampi hyötykäyttö on järkevää sekä taloudellisesta näkökulmasta että ympäristön kannalta. Lannan käyttö peltoviljelyssä vähentää kemiallisten lannoitteiden tarvetta, jolloin viljelijä säästää lannoitekuluissa, mikäli lantaa tai lantakompostia tuotetaan omalla tilalla tai sitä saadaan hankittua edullisesti. Ympäristö puolestaan hyötyy pienemmästä ravinnekuormituksesta kemiallisten lannoitteiden käytön vähetessä ja lannan käytön kohdistuessa laajemmille peltoaloille. Yhteistyö lannan/ lantakompostin tuottajien ja lannan/lantakompostin hyödyntäjien välillä on suositeltavaa. Lannan käyttö energiantuotantoon on myös mahdollista ja lisääntynee tulevaisuudessa.

Kaukolämpöverkon käytön optimointi

Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää mahdollisuuksia Kotkan Energia Oy:n kaukolämpöverkon ja aivan erityisesti sen käytön kehittämiseen. Kaukolämmön optimaalinen toimittaminen on tasapainoilua kaukolämpöveden virtausten ja lämpötilojen välillä. Kaukolämpöverkon käyttöä voidaan parantaa laskemalla syötettävän kaukolämpöveden menolämpötilaa muu tuotanto ja asiakkaiden tarpeet huomioiden. Lämpötiloja laskiessa verkon oikein ajoitettu varaaminen muuttuu entistä tärkeämmäksi tekijäksi, koska sen avulla voidaan vähentää varatehon käyttöä. Alhaisempi menolämpötila laskee kaukolämpöverkon lämpöhäviöitä, mutta lisää kaukolämpöveden virtausta kuluttajien tehontarpeen pysyessä vakiona. Välipumppauksen käyttö sekä matalammat paine-erot laskevat pumppaushäviöitä, mutta työssä tehtyjen havaintojen perusteella selvästi suurin vaikutus kustannuksiin on lämpöhäviöillä. Laitoskäytöstä vastaavat operaattorit ohjaavat myös kaukolämpöverkon käyttöä, mikä tekee heidän toiminnastaan kriittisen tärkeää kaukolämpöverkon käytön optimoinnin kannalta. Kaukolämpöakku havaittiin myös kannattavaksi investoinniksi, joka samalla vähentäisi tuotannon riippuvuutta operaattorien päätöksistä.

Extended hydrogen photoproduction by nitrogen-fixing cyanobacteria

Cyanobacteria are the only prokaryotic organisms performing oxygenic photosynthesis. They comprise a diverse and versatile group of organisms in aquatic and terrestrial environments. Increasing genomic and proteomic data launches wide possibilities for their employment in various biotechnical applications. For example, cyanobacteria can use solar energy to produce H2. There are three different enzymes that are directly involved in cyanobacterial H2 metabolism: nitrogenase (nif) which produces hydrogen as a byproduct in nitrogen fixation; bidirectional hydrogenase (hox) which functions both in uptake and in production of H2; and uptake hydrogenase (hup) which recycles the H2 produced by nitrogenase back for the utilization of the cell. Cyanobacterial strains from University of Helsinki Cyanobacteria Collection (UHCC), isolated from the Baltic Sea and Finnish lakes were screened for efficient H2 producers. Screening about 400 strains revealed several promising candidates producing similar amounts of H2 (during light) as the ΔhupL mutant of Anabaena PCC 7120, which is specifically engineered to produce higher amounts of H2 by the interruption of uptake hydrogenase. The optimal environmental conditions for H2 photoproduction were significantly different between various cyanobacterial strains. All suitable strains revealed during screening were N2-fixing, filamentous and heterocystous. The top ten H2 producers were characterized for the presence and activity of the enzymes involved in H2 metabolism. They all possess the genes encoding the conventional nitrogenase (nifHDK1). However, the high H2 photoproduction rates of these strains were shown not to be directly associated with the maximum capacities of highly active nitrogenase or bidirectional hydrogenase. Most of the good producers possessed a highly active uptake hydrogenase, which has been considered as an obstacle for efficient H2 production. Among the newly revealed best H2 producing strains, Calothrix 336/3 was chosen for further, detailed characterization. Comparative analysis of the structure of the nif and hup operons encoding the nitrogenase and uptake hydrogenase enzymes respectively showed minor differences between Calothrix 336/3 and other N2-fixing model cyanobacteria. Calothrix 336/3 is a filamentous, N2-fixing cyanobacterium with ellipsoidal, terminal heterocysts. A common feature of Calothrix 336/3 is that the cells readily adhere to substrates. To make use of this feature, and to additionally improve H2 photoproduction capacity of the Calothrix 336/3 strain, an immobilization technique was applied. The effects of immobilization within thin alginate films were evaluated by examining the photoproduction of H2 of immobilized Calothrix 336/3 in comparison to model strains, the Anabaena PCC 7120 and its ΔhupL mutant. In order to achieve optimal H2 photoproduction, cells were kept under nitrogen starved conditions (Ar atmosphere) to ensure the selective function of nitrogenase in reducing protons to H2. For extended H2 photoproduction, cells require CO2 for maintenance of photosynthetic activity and recovery cycles to fix N2. Application of regular H2 production and recovery cycles, Ar or air atmospheres respectively, resulted in prolongation of H2 photoproduction in both Calothrix 336/3 and the ΔhupL mutant of Anabaena PCC 7120. However, recovery cycles, consisting of air supplemented with CO2, induced a strong C/N unbalance in the ΔhupL mutant leading to a decrease in photosynthetic activity, although total H2 yield was still higher compared to the wild-type strain. My findings provide information about the diversity of cyanobacterial H2 capacities and mechanisms and provide knowledge of the possibilities of further enhancing cyanobacterial H2 production.