Massa ja energia

Vastine Tieteessä tapahtuu -lehden numeroissa 7/2001,1 ja 2/2002 olleisiin tulkintoihin

Teräsvalimon energia-analyysi

Teräksen valuprosessi kuluttaa runsaasti energiaa ja tuottaa merkittävästi lämpöä. Ylimääräinen lämpö on poistettava tuotantotiloista, sillä se sisältää yleensä myös paljon hiukkasia ja muita epäpuhtauksia. Lämmön talteenottaminen vähentää teräsvalimon energiankulutusta, mutta sen toteuttaminen ei ole ongelmatonta. Energia-analyysi selvittää yrityksen energian käytön ja tuotannon kehityksen sekä nykytilan. Analyysi pyrkii selvittämään kohteet, joissa energiaakuluu ja joissa sitä syntyy eniten. Tämä opinnäytetyö on sovellettu teollisuuden energia-analyysi, joka sisältää ehdotuksia energian käytöntehostamismahdollisuuksista ja säästömahdollisuuksista. Ehdotuksissa esitelläänviisi tärkeimmäksi katsottua ja kahdeksan muuta energiansäästökohdetta. Näiden lisäksi on annettu seitsemän ehdotusta muista tuotantoa ja energiansäästöä tukevista toimenpiteistä.

From the Resource-Base to Firm Boundaries in the Electricity Network Business - Case Lappeenrannan Energia Oy

Tutkielman tavoitteena oli selvittääcase -yrityksen resurssi- ja kyvykkyyspohjaa resurssiperustaisen näkemyksen mukaan, sekä yrityksen rajoja transaktiokustannusteorian mukaan. Tutkimusongelmia lähestyttiin kirjallisuuskatsauksella, puoli-strukturoiduilla teemahaastatteluilla, sekä kyselylomakkeilla. Tutkielman päätuloksiksi voidaan Tukea löydetty resurssikuilu, resurssien ja kyvykkyyksien tutkinta, sekä kyselylomakkeiden rakentaminen ja käyttö. Tutkielman paljastamasta kuilusta voidaan erottaa kolme päähaastetta; ikääntyvät sähköverkot, ikääntyvä henkilökunta ja liiketoimintaosaamisen puute. Lisäksi resurssien ja kyvykkyyksien tutkinta nosti esille organisaation rutiineja ja prosesseja, ja kyselylomakkeet osoittautuivat varsin toimiviksi tutkimuksen kontekstissa. Yhteenvetona voidaan todeta, että sähköverkkoliiketoiminta ja case yritys ovat suuren rakennemuutoksen alla, joka tuo mukanaan suuria haasteita myös lähitulevaisuudessa.

Levyteollisuuden energia-, kustannus- ja ympäristövaikutukset

Kuluvien vuosien aikana ei ole tehty kattavia tutkimuksia levyteollisuuden sähkönkulutuksista, joten on aika selvittää suurimpien sähkökäyttöjen kulutukset sekä muodostaa tutkittaville tehtaille energiataseet. Tutkittavia tehtaita ovat OSB- ja lastulevytehtaat. Yksittäisten sähkömoottoreiden kulutukset saadaan selville käyttämällä hyväksi teoreettisia lähteitä, kenttä-ja laboratoriotutkimusta. Ympäristölainsäädäntö ja siihen kiinteästi liittyvä lupakäytäntö muodostavat levyteollisuudelle yhden viimeaikojen suurimmista haasteista. Tulevaisuudessa lainsäädäntö tulee vielä entisestäänkin kiristymään. Euroopan ympäristölainsäädäntö perustuu pitkälti yhtenäislupadirektiiviin eli IPPC-direktiiviin. Direktiivin keskeinen osa on ympäristöluvan hankkiminen, koska teollista toimintaa ei voi harjoittaa ilman hyväksyttyä viranomaisen lupaa. Lupa myös velvoittaa toiminnanharjoittajan käyttämään parasta käyttökelpoista tekniikkaa päästöjen kontrolloinnissa. Yhdysvalloissa parhaan käyttökelpoisen tekniikan (BAT) vaatimus on sisälletty ympäristövirasto EPA:n MACT-standardeihin. Levyteollisuuden tehtaista syntyvät päästöt ovat hyvin samankaltaisia. Tehtaista on helposti erotettavissa kaksi suurta päästölähdettä, joita ovat kuivaus ja kuumapuristus. Merkittävimpiä päästöjä ovat haihtuvat orgaaniset yhdisteet, hiukkaset, typen oksidit, hiilimonoksidi ja rikkidioksidit. Työn loppuosa on varattu tuotantojen kustannusvaikutusten ja tunnuslukujen tarkasteluille. Saatavilla tiedoilla on keskeinen rooli tehtaiden jokapäiväisessä toiminnassa. Analysoinnin tarpeeseen vaikuttaa osaltaan nykyisen toimintaympäristön muutosherkkyys ja levymarkkinoiden kireä kilpailutilanne.

Kuljettajien työn turvallisuus ja sen kehittäminen energia-alan kuljetustoiminnoissa

Työ kuuluu osana työn ja työliikenteen turvallisuuden kehittämishankkeeseen tavarankuljetusalalla. Hankkeen tavoitteena on selvittää kuorma-autonkuljettajan työpaikkatapaturmatilanteet ja tapaturmavaarat muun tutkimuksen pohjaksi. Diplomityössä kiinnitetään huomio tutkimushanketta tarkemmin energia-alan kuljetusten turvallisuustekijöihin. Diplomityön ja koko työn ja työliikenteen turvallisuuden kehittämishankkeen lähtökohtana on kuljettajan työnkuvan ongelmallisuus ja laajeneminen. Kuljettajien työ on tiukasti aikataulutettua ja työolot usein varsin vaihtelevia. Kuljettajien työ on yksintyöskentelyä vierailla paikoilla ja usein yötyötä. Työmääräykset kuljettajille tulevat lyhyellä varoitusajalla. Kuljettajien työturvallisuutta selvitettiin kirjallisuustutkimuksella, kenttätyöllä, kyselytutkimuksella kuljetusyrityksille sekä tilastoja tarkastelemalla.

Paperinvalmistusprosessiin tulevien energia- ja vesivirtojen määrittäminen

Nykyaikaisessa massa- ja paperiteollisuudessa energiankulutus ja ympäristövaikutukset ovat esillä paperitehdashankkeen alusta lähtien. Tehtaat tarvitsevat suunnitteluvaiheessa energian- ja tuorevedenkulutuslukuja tuotantokustannusten arviointiin ja tehdasjärjestelmien mitoitukseen sekä ympäristölupien hakemiseen. Energiansäästäminen ja ympäristökuormituksen pienentäminen ovat kuitenkin usein toisilleen vastakkaisia tavoitteita: ympäristönsuojelu lisää energiankulutusta mm. päästöjenpuhdistuslaitteiden ja tuotantohyödykkeiden suuremman tehtaan sisäisen kierrätyksen mahdollistavien laitteiden energiankulutuksen takia. Laitetoimittaja pyrkii ilmoittamaan asiakkaalle sitovassa tarjouksessa kulutusarvot tarjouslaajuuden rajoissa mitoitustuotannolla tuotettua paperitonnia kohden. Oikein ja realistisesti määritetyt kulutusarvot ovat laitetoimittajan kilpailukykyä parantava tekijä. Tässä diplomityössä tarkastellaan perusteita paperinvalmistuslinjan tarjousvaiheessa tiedossaolevilla parametreilla tehtävää paperinvalmistuslinjan energian- ja vedenkulutusarvojen määrittämistä varten. Tarjousvaiheessa tiedetään asiakkaan tuotantotavoite sekä tuotettavan paperin laji ja laatu. Näiden tietojen perusteella tarjoussuunnittelussa valitaan koneen rakenne eli konsepti sekä mitoitusnopeus ja leveys, joilla pystytään täyttämään asiakkaan tuotantotavoitteet. Tässä diplomityössä on tarkasteltu sellaisia paperinvalmistusprosessissa kuluvia aine- ja energia-virtoja, joita tarvitaan lopputuotteen aikaansaamiseksi, mutta jotka eivät jää lopputuotteeseen. Näitä ovat vesi, sähkö, höyry, kaasu, paineilma sekä alipaineinen ilma. Tarkastelu on kohdistettu paperinvalmistusprosessiin tuleviin energia- ja vesivirtoihin. Prosessista poistuvat sekä prosessissa kiertävät energia- ja vesivirrat on huomioitu vain tulosuureiden laskemiseen vaikuttavilta osin. Työssä selvitetty paperikonelinjan stationäärin tuotantotilanteen keskimääräisiä energian- ja vedenkulutuksia ja tehoarvoja eri paperilajeilla ja laitetyypeillä. Diplomityön aikana on mahdollisuuksien mukaan käytetty hyväksi olemassa olevia mitoitus- ja simulointiohjelmia.

Virtauslaskentaa ja energia-analyysiä hyödyntävä huoneilman lämpöolosuhteiden simulointimalli

Huonetilojen lämpöolosuhteiden hallinta on tärkeä osa talotekniikan suunnittelua. Tavallisesti huonetilan lämpöolosuhteita mallinnetaan menetelmillä, joissa lämpödynamiikkaa lasketaan huoneilmassa yhdessä laskentapisteessä ja rakenteissa seinäkohtaisesti. Tarkastelun kohteena on yleensä vain huoneilman lämpötila. Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää huoneilman lämpöolosuhteiden simulointimalli, jossa rakenteiden lämpödynamiikka lasketaan epästationaarisesti energia-analyysilaskennalla ja huoneilman virtauskenttä mallinnetaan valittuna ajanhetkenä stationaarisesti virtauslaskennalla. Tällöin virtauskentälle saadaan jakaumat suunnittelun kannalta olennaisista suureista, joita tyypillisesti ovat esimerkiksi ilman lämpötila ja nopeus. Simulointimallin laskentatuloksia verrattiin testihuonetiloissa tehtyihin mittauksiin. Tulokset osoittautuivat riittävän tarkoiksi talotekniikan suunnitteluun. Mallilla simuloitiin kaksi huonetilaa, joissa tarvittiin tavallista tarkempaa mallinnusta. Vertailulaskelmia tehtiin eri turbulenssimalleilla, diskretointitarkkuuksilla ja hilatiheyksillä. Simulointitulosten havainnollistamiseksi suunniteltiin asiakastuloste, jossa on esitetty suunnittelun kannalta olennaiset asiat. Simulointimallilla saatiin lisätietoa varsinkin lämpötilakerrostumista, joita tyypillisesti on arvioitu kokemukseen perustuen. Simulointimallin kehityksen taustana käsiteltiin rakennusten sisäilmastoa, lämpöolosuhteita ja laskentamenetelmiä sekä mallinnukseen soveltuvia kaupallisia ohjelmia. Simulointimallilla saadaan entistä tarkempaa ja yksityiskohtaisempaa tietoa lämpöolosuhteiden hallinnan suunnitteluun. Mallin käytön ongelmia ovat vielä virtauslaskennan suuri laskenta-aika, turbulenssin mallinnus, tuloilmalaitteiden reunaehtojen tarkka määritys ja laskennan konvergointi. Kehitetty simulointimalli tarjoaa hyvän perustan virtauslaskenta- ja energia-analyysiohjelmien kehittämiseksi ja yhdistämiseksi käyttäjäystävälliseksi talotekniikan suunnittelutyökaluksi.

Energiamittauksen kaukoluentajärjestelmän käyttöönotto Kotkan Energia Oy:n jakeluverkoissa

Tulevaisuudessa mittaustulokset siirretään tietoliikenteen välityksellä kulutuspaikalta energiayhtiön laskutusjärjestelmään. Diplomityön tavoitteena oli selvittää sähköverkkoa ja muita kommunikaatio muotoja hyödyntävän kaukoluentajärjestelmän kannattavuus ja käyttöönotto Kotkan Energia Oy:n jakeluverkoissa. Tutkimuksessa selvitettiin yhtiön nykyisen mittalaitekaluston tila ja tehtiin huoltosuunnitelma tuleville vuosille. Lisäksi tutkittiin uuden järjestelmän kannattavuus asiakasryhmittäin ja selvitettiin järjestelmän muut hyödyt asiakkaalle ja yhtiölle. Uusi järjestelmä tehostaa energiayhtiön mittaukseen liittyviä prosesseja. Lisäksi reaaliaikaiset mittaustiedot poistavat arviolaskutuksen ja näin ollen energiayhtiön laskutukseen liittyvä asiakaspalvelu tehostuu ja tilikauden tulosta ei tarvitse ennustaa. Tulokseksi saatiin, että suurimmat säästöt järjestelmä tuo silloin kun mittalaitteet vaihdetaan huoltovaihtona. Energianmittauksen kaukoluentajärjestelmä todettiin tutkimuksessa kannattavaksi investoinniksi nykyiseen mittausjärjestelmään verrattuna.

Pitkäaikaisten projektien myyntivaiheen kassavirtaennusteen kehittäminen. Case: Foster Wheeler Energia Oy

Tutkimuksen tavoitteena on kehittää pitkäaikaisten projektien kassavirtaennusteita Foster Wheeler Energia Oy:ssä. Jotta tähän tutkielman pääongelmaan saadaan vastaus, tulee analysoida, mitkä tekijät vaikuttavat kassavirtaennusteiden onnistumiseen ja millaisia kassavirtojen ennustamiseen liittyviä ongelmia Foster Wheeler Energia Oy:ssä on ilmennyt. Tutkielma sisältää sekä teoreettisen että empiirisen osan. Teoriaosassa perehdytään projektitoimintaa ja kassavirtojen ennustamista koskeviin aikaisempiin tutkimuksiin. Teoriaosan pohjalta muodostetaan viitekehys ja joukko oletuksia. Sekä viitekehystä että oletuksia käytetään apuna empiirisen osan analyysissa. Analyysimenetelmä on kvalitatiivinen. Tutkimuksessa käytettävä tutkimusote on toiminta-analyyttinen. Tutkimustulosten mukaan kassavirtojen ennustamista voitaisiin Foster Wheeler Energia Oy:ssä kehittää ensinnäkin muuttamalla henkilöstön asenteita ja toimintatapoja. Muutoksen tarkoituksena on parantaa sekä henkilöstön kustannustietoisuutta että koko projektin etenemisen ajan kestävää yhteistyötä. Toinen keino ennusteiden parantamiseen on ennustamisessa nykyisin käytettävän hinnoitteluohjelman kehittäminen. Toteumatietoja hyväksikäyttävän ohjelman avulla ennusteet voidaan tehdä nopeammin ja tarkemmin kuin aikaisemmin.

Talouden ohjauksen ja organisaation muutostarpeet sähkömarkkinalain uudistuessa. Case: Kuopion Energia

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten sähkömarkkinalain muutosehdotus vaikuttaa Kuopion Energian verkkoliiketoiminnan talouden ohjaukseen ja organisaatiorakenteeseen. Tarkastelussa keskeisenä tutkimuskohteena oli verkkoliiketoiminnan suhde hallintopalveluihin ja asennuspalveluihin. Tutkielman teoriaosissa perehdyttiin talouden ohjausjärjestelmään ja sen osa-alueisiin sekä Suomen sähkömarkkinoiden toimintaan. Ensin perehdyttiin talouden ohjauksen merkitykseen yrityksessä sekä ohjausjärjestelmän osa-alueisiin. Sähkömarkkinoiden toiminta ja niillä tapahtuvat uudistukset loivat pohjan case–yrityksen toiminnan ymmärtämiselle. Teoriaosat toimivat viitekehyksenä case–yritystä koskettavan muutoksen arvioinnissa. Tutkimuksessa käytettävä tutkimusote oli toiminta-analyyttinen. Tutkielman lopputuloksena esitettiin toimintavaihtoehtoja, joita voidaan hyödyntää suunniteltaessa verkkoliiketoiminnan tulevaisuuden strategisia linjauksia muutostilanteessa.

Keravan Energia Oy:n ja Etelä-Suomen Energia Oy:n sähköverkkojen yleissuunnitelma

Työn tavoitteena on ollut laatia Keravan Energia Oy:n ja Etelä-Suomen Energia Oy:n keskijänniteverkkoja koskeva yleissuunnitelma. Tutkimustyön painopiste on ollut verkkojen nykytilan selvityksen ohella ajankohtaisissa verkkojärjestelykysymyksissä. Kuormitusennusteiden laadinnan pohjana on ollut kunnista saatavat väestö- ja työpaikkaennusteet. Verkkojen vahvistusta koskevat toimenpide-ehdotukset sijoittuvat vahvoille kasvualueille Etelä-Sipooseen ja Alikeravalle. Eräs keskeisimmistä tehtävistä on ollut Etelä-Suomen Energia Oy:n verkkoon sijoittuvan Östersundomin alueen sähkönjakelun kehittäminen. Työssä on tarkasteltu ja vertailtu uuden sähköaseman rakentamista keskijänniteverkon saneeraamisvaihtoehtoon. Alueen kuormituksen nopea kasvu edellyttää verkoston kehittämissuunnitelmien pikaista toimeenpanoa jo seuraavien 1-2 vuoden kuluessa. Toinen merkittävistä verkostohankkeista sijoittuu Keravan Energia Oy:n sähköverkkoon. Työssä on selvitetty 110 kV:n verkon uudelleenjärjestelyjen vaikutuksia nykyisen keskijänniteverkon rakenteeseen. Savion ja Alikeravan asemien korvaaminen uudella asemalla aiheuttaisi asemainvestoinnin lisäksi noin kahden miljoonan markan lisäinvestoinnin kaapeliyhteyksien rakentamista varten sekä lähes miljoonan markan lisähäviökustannukset tarkasteluajalta.