Automatic meter reading – benefits and applications

In liberalized electricity markets, which have taken place in many countries over the world, the electricity distribution companies operate in the competitive conditions. Therefore, accurate information about the customers’ energy consumption plays an essential role for the budget keeping of the distribution company and for correct planning and operation of the distribution network. This master’s thesis is focused on the description of the possible benefits for the electric utilities and residential customers from the automatic meter reading system usage. Major benefits of the AMR, illustrated in the thesis, are distribution network management, power quality monitoring, load modelling, and detection of the illegal usage of the electricity. By the example of the power system state estimation, it was illustrated that even the partial installation of the AMR in the customer side leads to more accurate data about the voltage and power levels in the whole network. The thesis also contains the description of the present situation of the AMR integration in Russia.

Wide Area Network Acceleration in Corporate Networks

There are several factors affecting network performance. Some of these can be controlled whereas the others are more fixed. These factors are studied in this thesis from the wide area network (WAN) perspective and the focus is on corporate networks. Another area of interest is the behavior of application protocols when used through WAN. The aim is to study the performance of commonly used application protocols in corporate networks. After identifying the performance problems in corporate WANs the thesis concentrates on methods for improving WAN performance. WAN acceleration is presented as a possible solution. The different acceleration methods are discussed in order to give the reader a theoretical view on how the accelerators can improve WAN performance. Guidelines on the installation of accelerators into a network are also discussed. After a general overview on accelerators is given, one accelerator vendor currently on market is selected for a further analysis. The work is also a case study where two accelerators are installed into a target company network for testing purposes. The tests are performed with three different application protocols that have been identified as critical applications for the target corporation. The aim of the tests is to serve as a proof of concept for WAN acceleration in the target network.

Palvelutuotteiden kehitysmalli kansainvälisessä verkostossa toimivalle yritykselle

Työn tavoitteena oli luoda palvelutuotteiden kehitysmalli kansainvälisessä verkostossa toimivalle teollisuusyritykselle. Lisäksi työssä luotiin katsaus keskeisimpiin menestystekijöihin laitevalmistajasta palvelutarjoajaksi muuntautumisessa. Mallin kehittäminen aloitettiin kirjallisuuskatsauksella palveluiden tuotteistamiseen ja kehittämiseen, palveluliiketoimintaan sekä laitevalmistajasta palvelutarjoajaksi muuntautumiseen. Tämän lisäksi suoritettiin kohdeyrityksen palveluliiketoiminnan lähtötilanteen kartoitus. Tulevaisuuden visioon lähtötilanteesta pääsemiseksi luotiin kehitysmalli, jolla palvelutarpeista ja -ideoista saadaan tuotteistettua palvelutuote, joka voidaan liittää palvelutarjoamaan kansainvälisen verkoston toteutettavaksi. Palvelujen osuus laitevalmistusyrityksillä on voimakkaassa kasvussa. Palvelutuotantoon siirtymisen keskeisiä syitä ovat laitevalmistajan asiakkaiden arvonluontiprosesseja tukevan osaamisen tuotteistaminen, palveluiden tehokkaan tuottamisen mahdollistaminen sekä kilpailijoista erottautuminen. Palveluliiketoiminnan kehittäminen on laaja kokonaisuus. Työn keskeisenä tuloksena oli osaltaan edistää palvelutuotannon alkamista ja antaa työvälineet palvelutuotteiden edelleen kehittämiselle. Esiin tulleita jatkotutkimuksen aiheita ovat esimerkiksi palvelutoimitusten asiakkaan kokema laatu sekä millaisia haasteita pitkät laitevalmistusperinteet omaava teollisuusyritys kohtaa muuntuessaan ratkaisutoimittajaksi.

Kuituvuoto reikäsihdillä massan syöttövaiheessa

Diplomityön tarkoituksena oli kehittää tutkimuslaite, jolla pystyttäisiin tutkimaan sellumassan syöttötapahtumaa reikäsihdillä ja tarkastelemaan syöttöhetkellä tapahtuvaa kuituhäviötä. Laitteen suunnittelun ja valmistuksen tavoitteena oli myös saada tutkimuslaite mahdollisim-man modifioitavaksi (syöttöaukon koko, muoto ja erityyppiset reikäsihdit ja näiden vaikutukset sellukuitujen hävikkiin). Haluttiin myös mahdollisuus syöttötapahtuman kuvaamiseen esim. suurnopeuskameroin, joka otettiinkin huomioon laiteosia valittaessa (läpinäkyvä akryyli). Tutkimuslaitteen kestävyyttä erilaisissa prosessiolosuhteissa haluttiin korostaa (voidaan operoida laajalla pH ja lämpötila-alueilla, sekä syöttöpainetta voidaan muunnella). Diplomityön kirjallisuusosassa käsitellään kuituvuodon aiheuttamia haittoja, joista tärkein on taloudellinen menetys. Näiden lisäksi kirjallisuusosassa tarkastellaan pääpirteittäin pesume-netelmiä ja käydään läpi kuitusulpun suotautumiseen vaikuttavia tekijöitä. Diplomityöhön sisältyi tutkimuslaitteen suunnittelun ja valmistuksen lisäksi myös laitteen toi-mivuuden testaus. Testit suoritettiin pohjoismaisella koivusellulla. Koivusellu otettiin happi-vaiheen jälkeisen pesurin poistosta. Massalle suoritettiin KAPPA-luvun, SR-luvun, viskositee-tin ja syrjäytys -määritykset, sekä kuituanalyysi. Laitteella suoritettiin 7 %, 10 % ja 12 % sakeuksisten massojen koeajotestit. Suodokset otettiin talteen jatkotutkimuksiin, jossa niistä mitattiin kuituvuoto. 10 % suodokselle suoritettiin myös kuituanalyysi. Tuloksista nähtiin, että 7 % sakeuksinen massa antoi lähes nelinkertaisen kuituvuotomäärän 10 % sakeuksiseen massan syöttöön nähden.

Structural and operational optimisation : applications in energy systems

In this work mathematical programming models for structural and operational optimisation of energy systems are developed and applied to a selection of energy technology problems. The studied cases are taken from industrial processes and from large regional energy distribution systems. The models are based on Mixed Integer Linear Programming (MILP), Mixed Integer Non-Linear Programming (MINLP) and on a hybrid approach of a combination of Non-Linear Programming (NLP) and Genetic Algorithms (GA). The optimisation of the structure and operation of energy systems in urban regions is treated in the work. Firstly, distributed energy systems (DES) with different energy conversion units and annual variations of consumer heating and electricity demands are considered. Secondly, district cooling systems (DCS) with cooling demands for a large number of consumers are studied, with respect to a long term planning perspective regarding to given predictions of the consumer cooling demand development in a region. The work comprises also the development of applications for heat recovery systems (HRS), where paper machine dryer section HRS is taken as an illustrative example. The heat sources in these systems are moist air streams. Models are developed for different types of equipment price functions. The approach is based on partitioning of the overall temperature range of the system into a number of temperature intervals in order to take into account the strong nonlinearities due to condensation in the heat recovery exchangers. The influence of parameter variations on the solutions of heat recovery systems is analysed firstly by varying cost factors and secondly by varying process parameters. Point-optimal solutions by a fixed parameter approach are compared to robust solutions with given parameter variation ranges. In the work enhanced utilisation of excess heat in heat recovery systems with impingement drying, electricity generation with low grade excess heat and the use of absorption heat transformers to elevate a stream temperature above the excess heat temperature are also studied.

Paperitehtaan arkittamon kokonaistehokkuuden nostaminen kunnossapitoa kehittämällä

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia, miten UPM:n Kymin tehtaan A4- arkittamon kunnossapitotoimintaa pystyttäisiin kehittämään niin, että tuotantolaitoksen kokonaistehokkuutta saataisiin kasvatettua. Työssä on pohdittu keinoja nykyisen, pääasiallisesti korjaavan kunnossapitotoiminnan muuttamiseksi suunnitelmalliseksi eri teorialähtökohtien pohjalta. Keskeinen teoria, johon työn tulokset pohjautuvat, on kokonaisvaltainen tuottava kunnossapito (TPM). Kirjallisuuslähteisiin tukeutuvaa tutkimusta täydensivät useat haastattelut, A4-valmistajille suunnattu laitteiden kuntokartoituskysely ja tuotannon- ja toiminnanohjausjärjestelmistä kerätty mittausaineisto. Työn merkittävimmät tulokset osoittavat, että A4-arkittamon kunnossapitotoimintaa tulisi suunnata nykyistä enemmän käyttökunnossapitolähtöiseksi. Käyttökunnossapito perustuu tuotannon operaattoreiden osallistumiseen kunnossapitotoimiin varsinaisen kunnossapitohenkilöstön ohella. Tuotantooperaattoreilla on työnsä vuoksi parhaat mahdollisuudet käyttämiensä laitteiden kunnonvalvontaan ja näin ollen mahdollisten vikaantumisten ennakointiin jo varhaisessa vaiheessa. Ennakoimalla pystyttäisiin parantamaan kunnossapidon suunnitelmallisuutta, minkä ansiosta laitteiden käytettävyys ja sitä kautta tuotantolaitoksen kokonaistehokkuus olisivat nykyistä korkeampia.

Energy-efficient control strategies for variable speed driven parallel pumping systems based on pump operation point monitoring with frequency converters

The pumping processes requiring wide range of flow are often equipped with parallelconnected centrifugal pumps. In parallel pumping systems, the use of variable speed control allows that the required output for the process can be delivered with a varying number of operated pump units and selected rotational speed references. However, the optimization of the parallel-connected rotational speed controlled pump units often requires adaptive modelling of both parallel pump characteristics and the surrounding system in varying operation conditions. The available information required for the system modelling in typical parallel pumping applications such as waste water treatment and various cooling and water delivery pumping tasks can be limited, and the lack of real-time operation point monitoring often sets limits for accurate energy efficiency optimization. Hence, alternatives for easily implementable control strategies which can be adopted with minimum system data are necessary. This doctoral thesis concentrates on the methods that allow the energy efficient use of variable speed controlled parallel pumps in system scenarios in which the parallel pump units consist of a centrifugal pump, an electric motor, and a frequency converter. Firstly, the suitable operation conditions for variable speed controlled parallel pumps are studied. Secondly, methods for determining the output of each parallel pump unit using characteristic curve-based operation point estimation with frequency converter are discussed. Thirdly, the implementation of the control strategy based on real-time pump operation point estimation and sub-optimization of each parallel pump unit is studied. The findings of the thesis support the idea that the energy efficiency of the pumping can be increased without the installation of new, more efficient components in the systems by simply adopting suitable control strategies. An easily implementable and adaptive control strategy for variable speed controlled parallel pumping systems can be created by utilizing the pump operation point estimation available in modern frequency converters. Hence, additional real-time flow metering, start-up measurements, and detailed system model are unnecessary, and the pumping task can be fulfilled by determining a speed reference for each parallel-pump unit which suggests the energy efficient operation of the pumping system.

Työolosuhteiden vaikutus yrityksen menestykseen katsastusalalla

Tuottavuuden parantamistoimenpiteillä ja työtyytyväisyydellä on useita suotuisia vaikutuksia eri aloilla toimivien yritysten toimintaan. Katsastusalalla tuottavuutta ja työtyytyväisyyttä on mahdollista parantaa samanaikaisesti asemien suunnittelun ja laitevalintojen avulla. Nopeammat ja varmatoimisemmat laitteet yhdessä sujuvan toiminnan mahdollistavien tilaratkaisujen kanssa antavat mahdollisuuden tehokkaampaan katsastamiseen. Tuottavuuden parantuminen yhdessä kasvaneesta suoritemäärästä palkitsevan palkkausjärjestelmän avulla voi luoda edellytykset paremmalle henkilöstön työtyytyväisyydelle. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää tekijöitä, jotka vaikuttavat katsastusaseman tuottavuuteen ja henkilöstön työtyytyväisyyteen sekä vaihtuvuuteen. Näiden perusteella laadittiin toimintamalli, jonka avulla asemien laitehankintoja ja tilasuunnittelua voidaan johtaa siten, että henkilöstön vaihtuvuutta kasvattavat tekijät voidaan minimoida ja aseman toiminta on mahdollisimman tehokasta. Tutkimuksen teoria-aineiston perusteella pyrittiin hahmottamaan tekijöitä, jotka yleisesti vaikuttavat työtyytyväisyyteen ja suorituskyvyn johtamiseen. Näitä tekijöitä sovellettiin toimintamallissa. On huomionarvoista, että autoalalta ja erityisesti katsastusalalta on erittäin vähän toimialakohtaista materiaalia, joiden pohjalta voisi tehdä etukäteisolettamuksia. Teoria-aineisto perustuu siten lähes yksinomaan muilta toimialoilta saatuihin tutkimustuloksiin. Tutkimuksen empiirinen aineisto kerättiin analysoimalla erään suomalaisen katsastusyrityksen 16 eri katsastusasemaa ja 48 työntekijää. Asemat on rakennettu eri tarkoitusta varten suunniteltuihin tiloihin ja useat niistä ovat päätyneet yritykselle yritysostojen kautta. Täten mukana oli runsaasti toisistaan erottuvia tiloja, ratkaisuja ja henkilökohtaisia mielipiteitä, joiden pohjalta selvitettiin toimivimmat ratkaisut.

Omeka-DSpace REST API Harvester

Poster at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014

Käyttövarmuusanalyysin tuottama tärkeysjärjestys elintarviketeollisuuden prosessilaitteille – Suuntaviivat kustannustietoisen kunnossapitostrategian luomiselle

Hallitsematon ja reaktiivinen kunnossapito on eräs tuotannon suurimpia kustannustekijöistä. Suunnitelmallisesti ja systemaattisesti johdettuna kunnossapito on tuotantotehokkuuden suurin vaikuttaja. Merkittävä osa tuotannon tehokkuuden ylläpidosta saavutetaan laitteiden käyttövarmuudella. Käyttövarmuuden saaminen hallintaan perustuu ennakoivan kunnossapidon määrän kasvattamiseen. Samalla korjaavan kunnossapidon kustannusriski laskee ja siihen käytetty panos vähenee. Huonolla kunnossapidon suunnitelmallisuudella on päinvastaiset vaikutukset. Tavoitteena on määritellä prosessilaitteiden käyttövarmuuksiin perustuva laitekriittisyys. Tutkimuksessa yhdistetään riskien arviointimenetelmiä, joilla keskimääräiset vikavälit ja seuraukset valmistukseen mallinnetaan. Kriittisyystekijöitä ovat käytettävyys, luotettavuus, kustannustekijät, turvallisuus ja ympäristövaikutukset. Tekijöiden arvottamiseen kehitettiin riksianalyysitaulukko. Kriittisyysluokat jaettiin kolmeen kategoriaan, joista A on kriittisin, B keskinkertainen ja C on matalin luokka. Lähtötietojen keräys toteutettiin triangulaatiomenetelmää soveltaen. Empiirisessä osassa HKScan Oy:n lihanjalostustehtaan jauheliha- ja kestomakkaraosastojen laitteet jaettiin A-, B- ja C-luokkiin. Kriittisimpiä laitteita oli 20 prosenttia analysoidusta laitemäärästä. Nämä A-luokkaan sijoitetut laitteet aiheuttavat 80 prosenttia kustannusriskeistä. B-luokkaan kuuluu 50 prosenttia ja C-luokkaan 30 prosenttia laitteista. Luokittelusta erotettiin havaitut turvallisuusriskit riskienhallinnan toimenpiteitä varten. Kustannustietoinen kriittisyysluokittelu on pohja kunnossapitostrategian rakentamiselle. Tämän avuksi esitettiin taulukot huolto-ohjelman luomiseen ja luokituksien hyödyntämiseen päivittäisessä toiminnassa.

Kaatopaikkakaasujen käsittelyn kehittäminen Korvenmäen kaatopaikalla

Työssä tutkittiin Salossa sijaitsevan Korvenmäen kaatopaikan kaasunkeräysjärjestelmää. Tavoitteena oli selvittää kaatopaikkakaasun talteenoton merkittävimmät haasteet, löytää ratkaisuja ongelmiin ja hajuhaittojen vähentämiseen sekä arvioida keräysjärjestelmän parannusten ja kaatopaikalle tulevan pintarakenteen vaikutus talteenottoon ja hajuhaittoihin. Korvenmäen kaatopaikalla on käytössä vaakakeräysjärjestelmä, jonka merkittävimpiä ongelmia ovat olleet kaatopaikkakaasun matala talteenottoaste, happipitoisuuden nousu, järjestelmän hankala säädettävyys sekä kaatopaikalla ja ympäristössä havaitut hajuhaitat. Muodostuvan ja karkaavan kaatopaikkakaasun määrää arvioitiin Jouko Petäjän metaanilaskentamallin avulla. Tulosten perusteella kaasua muodostuu runsaasti, mutta suurin osa siitä pääsee karkaamaan ympäristöön, sillä arvioitu kaatopaikkakaasun talteenottoaste on tällä hetkellä vain 11 %. Kaasujen käsittelykäytäntöjä suomalaisilla kaatopaikoilla selvitettiin kyselytutkimuksella. Tutkimuksen mukaan kaasunkeräyksen ongelmat ja hajuhaitat ovat yleisiä, mutta erilaisilla toimenpiteillä niitä voidaan huomattavasti vähentää. Korvenmäelle suositeltavia kehitystoimia ovat kaasulinjoihin yhdistettyjen suotoveden keräys- ja tarkkailukaivojen tiivistäminen, vanhojen vaakalinjojen kunnon tarkistus ja korjaus sekä pystykaivojen asentaminen kaasunkeräyksen tehostamiseksi. Pintarakenne tulee valmistuttuaan vähentämään karkaavan kaasun ja kaasulinjoihin imeytyvän ilman määrää. Hajuhaittojen hallinnassa tärkeintä on toimiva kaasunkeräys, mutta lisäksi suositellaan rikkivetyä hapettavien päivittäispeittomateriaalien levittämistä kaatopaikan pinnalle. Kehitystoimenpiteiden myötä kaatopaikkakaasun talteenottoaste tulee paranemaan ja hajuhaitat vähenevät. Kerättävän kaasumäärän kasvaessa mikroturbiinilaitoksen kapasiteettia voidaan lisätä, jotta kaasu saadaan mahdollisimman tehokkaasti hyödynnettyä energiana.

Supply base development for life-cycle business

Yritysten liiketoimintamallit ovat jatkuvan kehityksen kohteena. Viimeisinä vuosina valmistavien yhtiöiden kiinnostus huolehtia asiakkaistaan koko tuotteen elinkaaren aikana ja tarjota erilaisia palveluita asiakkailleen on kasvanut. Tämän palvelujen laajentumisen myötä myös vaateet yrityksen omaa toimittajakenttää kohtaan ovat muuttuneet. Yritykset eivät kykene tuottamaan kaikkia tuotteistamiaan palveluja itse, jolloin yrityksen toimittajakenttä ja sen kyvykkyydet tuottaa tarvittavia palveluita ovat avainasemassa yrityksen menestystekijänä. Tämän työn teoriaosuudessa on esitelty toimittajakentän hallinnan perusteorioita. Kirjallisuus osuuden lisäksi työssä on hyödynnetty toimintatutkimusta kohdeyrityksessä. Tässä diplomityössä on tutkittu mahdollisia keinoja kehittää organisaation omaa toimintaa ja sekä yrityksen toimittajakenttää niin, että se tukee liiketoimintamallin kehitystä koneenrakennusyrityksestä kohti elinkaariliiketoimintaa. Työssä esitetyt keinot voidaan ottaa käyttöön, joko yksitellen tai kokonaisuutena.

Mekaanisten laitteiden eheydenhallinta öljynjalostamolla

Mekaaniset laitteet ja putkistot muodostavat valtaosan jalostusprosessissa tarvittavista laitteista. Määrän ja käyttötarkoituksen perusteella voidaan sanoa, että laitteiden ja putkistojen eheyttä on pidettävä prosessiturvallisuuden sekä jalostustoiminnan kannattavuuden perustana. Laitteiden ja putkistojen on toimittava haasteellisissa olosuhteissa pitkiä aikoja. Tämä asettaa mekaanisten laitteiden eheydelle erityisvaatimuksia. Näiden vaatimusten toteuttaminen, ylläpito ja seuranta käyttöiän ajan voidaan varmistaa vain eheyden hallintaan liittyvillä toimenpiteillä. Toimenpiteet jakautuvat suunnitteluun, hankintaan, valmistukseen, käyttöön ja kunnossapitoon näiden erityispiirteiden mukaisesti. Työssä on kuvattu eheyden hallinnan keskeiset toimijat ja toiminta sekä asioita ja ilmiöitä eheyden hallintaan liittyen. Työn aikana on saatu kerättyä arvokasta kokemusta ja konkreettisia esimerkkejä siitä, miten eheyteen voidaan vaikuttaa tai miten eheyden menetys vaikuttaa toimintaan. Eheys ja sen hallinta ovat pysyvästi läsnä jalostustoiminnassa. Tulevienkin vuosien haasteet liittyvät eheyteen ja sen hallintaan. Tämän työn tärkeä viesti on, että eheydenhallinta kuuluu kaikille, sitä ei voida ulkoistaa.

Kriittisyysanalyysin kehittäminen kemianalan tuotantolaitokseen

Tutkimuksen tarkoituksena oli löytää menetelmä, jolla löydetään tuotannon kannalta kriittiset laitteet. Vertailu suoritettiin suomalaisen PSK 6800-standardin ja saksalaisen DIN standardin mukainen BASF:n laatiman Risk-based Maintenance concept:n välillä. Tutkimuksessa kehitettiin tehtaan tarpeisiin soveltuva kriittisyysanalyysi. Tarkoituksena oli kehittää tehtaalle ominaisilla tunnusluvuilla soveltuva analysointimenetelmä. Tehtaan kunnossapidolta kerätyn pohjatiedon avulla laadittiin kriittisyysanalyysi. PSK-6800 standardin pohjalle kehitetty kriittisyysanalyysi testattiin ja vertailtiin BASF:n mallin mukaisesti kehitetyn kriittisyysanalyysin tuloksiin. Analysointi suoritetaan tuotantoprosessin alkupään laitteistolle. Kahden kriittisyysanalyysin tulokset ovat yhtenevät. Tuotantolaitos voi valita kahdesta kriittisyysanalyysistä tarpeisiinsa sopivan analysointi menetelmän.

Recovery boilers - history and future

Recovery boilers are built all over the world. The roots of recovery technology are longer than the roots of recovery boilers. But it wasn’t until the invention of recovery boilers before the Second World War that the pulping technology was revolutionalized. This led to long development of essentially the same type of equipment, culminating into units that are largest biofuel boilers in the world. Early recovery technology concentrated on chemical recovery as chemicals cost money and if one could recycle these chemicals then the profitability of pulp manufacture would improve. For pulp mills the significance of electricity generation from the recovery boiler was for long secondary. The most important design criterion for the recovery boiler was a high availability. The electricity generation in recovery boiler process can be increased by elevated main steam pressure and temperature or by higher black liquor dry solids as well as improving its steam cycle. This has been done in the modern Scandinavian units.