Lasivillatehtaan energiatehokkuus

Diplomityön tavoitteena oli tuottaa toimenpidesuunnitelma energiatehokkuuden parantamiseksi sekä tilannekatsaus tehtaan energiankäytöstä Saint-Gobain Raken-nustuotteet Oy:n Hyvinkään lasivillatehtaalla. Diplomityön ensisijaiseksi tutki-mustavoitteeksi asetettiin energiankäytön tehostamisen tutkiminen sekä energian-käytön analysointi ja jatkotoimenpidesuunnitelman laatiminen. Diplomityössä osoitettiin että lämmöntalteenotolla poistoilmasta voidaan saavut-taa 2000 MWh lämpöenergiansäästö. Yhteensä hyödynnettävää lämpöenergiaa selvitettiin syntyvän vuodessa 10 600 MWh. WCM- konseptilla, eli tuotannonte-hostamisohjelmalla pyritään energiankäytön systemaattiseen pienentämiseen. Täs-sä diplomityössä on esitetty energiankäytön tehostamisratkaisuja sekä energiate-hokkuuden liittämistä WCM- konseptiin. Diplomityön tuloksia voidaan hyödyntää järjestelmällisen energiatehokkuuden parantamisohjelman kehittämisessä sekä konkreettisten energiansäästötoimenpiteiden toteuttamisessa.

Improvement of Energy Efficiency in a Gold Mining Industry: Case Study of a Russian Gold Mining Company

The issue of energy efficiency is attracting more and more attention of academia, business and policy makers worldwide due to increasing environmental concerns, depletion of non-renewable energy resources and unstable energy prices. The significant importance of energy efficiency within gold mining industry is justified by considerable energy intensity of this industry as well as by the high share of energy costs in the total operational costs. In the context of increasing industrial energy consumption energy efficiency improvement may provide significant energy savings and reduction of CO2 emission that is highly important in order to contribute to the global goal of sustainability. The purpose of this research is to identify the ways of energy efficiency improvement relevant for a gold mining company. The study implements single holistic case study research strategy focused on a Russian gold mining company. The research involves comprehensive analysis of company’s energy performance including analysis of energy efficiency and energy management practices. This study provides following theoretical and managerial contributions. Firstly, it proposes a methodology for comparative analysis of energy performance of Russian and foreign gold mining companies. Secondly, this study provides comprehensive analysis of main energy efficiency challenges relevant for a Russian gold mining company. Finally, in order to overcome identified challenges this research conceives a guidance for a gold mining company for implementation of energy management system based on the ISO standard.

Utilisation of biomass for energy production in the North-West Russian forest industry

Traditionally, fossil fuels have always been the major sources of the modern energy production. However prices on these energy sources have been constantly increasing. The utilization of local biomass resources for energy production can substitute significant part of the required energy demand in different energy sectors. The introduction of the biomass usage can easily be started in the forest industry first as it possesses biomass in a large volume. The forest industry energy sector has the highest potential for the fast bioenergy development in the North-West Russia. Therefore, the question concerning rational and effective forest resources use is important today as well as the utilization of the forestry by-products. This work describes and analyzes the opportunities of utilising biomass, mainly, in the form of the wood by-products, for energy production processes in general, as well as for the northwest Russian forest industry conditions. The study also covers basic forest industry processes and technologies, so, the reader can get familiar with the information about the specific character of the biomass utilization. The work gives a comprehensive view on the northwest forest industry situation from the biomass utilisation point of view. By presenting existing large-scale sawmills and pulp and paper mills the work provides information for the evaluation of the future development of CHP investments in the northwest Russian forest industry.

Energy saving potential in reservoir pumping

Pumping systems account for up to 22 % of the energy consumed by electrical motors in European industry. Many studies have shown that there is also a lot of potential for energy savings in these systems with the improvement of devices, flow control or surrounding sys-tem. The best method for more energy efficient pumping has to be found for each system separately. This thesis studies how energy saving potential in reservoir pumping system is affected by surrounding variables, such as the static head variation and friction factor. The objective is to create generally applicable graphs to quickly compare methods for reducing pumping system’s energy costs. The gained results are several graphs showcasing how the chosen variables affect energy saving potential of the pumping system in one specific case. To judge if these graphs are generally applicable, more testing with different pumps and environments are required.

Optimization of energy consumption in wastewater pumping

Pumppauksessa arvioidaan olevan niin teknisesti kuin taloudellisestikin huomattavia mahdollisuuksia säästää energiaa. Maailmanlaajuisesti pumppaus kuluttaa lähes 22 % sähkö-moottorien energiantarpeesta. Tietyillä teollisuudenaloilla jopa yli 50 % moottorien käyttämästä sähköenergiasta voi kulua pumppaukseen. Jäteveden pumppauksessa pumppujen toiminta perustuu tyypillisesti on-off käyntiin, jolloin pumpun ollessa päällä se käy täydellä teholla. Monissa tapauksissa pumput ovat myös ylimitoitettuja. Yhdessä nämä seikat johtavat kasvaneeseen energian kulutukseen. Työn teoriaosassa esitellään perusteet jätevesihuollosta ja jäteveden käsittelystä sekä pumppaussysteemin pääkomponentit: pumppu, putkisto, moottori ja taajuusmuuttaja. Työn empiirisessä osassa esitellään työn aikana kehitetty laskuri, jonka avulla voidaan arvioida energiansäästöpotentiaalia jäteveden pumppaussysteemeissä. Laskurilla on mandollista laskea energiansäästöpotentiaali käytettäessä pumpun tuoton ohjaustapana pyörimisnopeuden säätöä taajuusmuuttajalla on-off säädön sijasta. Laskuri ilmoittaa optimaalisimmanpumpun pyörimisnopeuden sekä ominaisenergiankulutuksen. Perustuen laskuriin, kolme kunnallista jätevedenpumppaamoa tutkittiin. Myös laboratorio-testitsuoritettiin laskurin simuloimiseksi sekä energiansäästöpotentiaalin arvioimiseksi. Tutkimukset osoittavat, että jätevedenpumppauksessa on huomattavia mandollisuuksia säästää energiaa pumpun pyörimisnopeutta pienentämällä. Geodeettisen nostokorkeuden ollessa pieni, voidaan energiaa säästää jopa 50 % ja pitkällä aikavälillä säästö voi olla merkittävä. Tulokset vahvistavat myös tarpeen jätevedenpumppaussysteemien toiminnan optimoimiseksi.

Paineilmajärjestelmän optimoinnin hyödyt tehtaan tuotantoprosessissa

Paineilmaa käytetään teollisuudessa hyvin yleisesti. Teollistuneissa maissa teollisuuden käyttämästä energiasta 8-10 % kuluu paineilman tuottamiseen. Paineilmakompressoreiden nykyaikaisen ohjausjärjestelmän avulla voidaan säästää paineilmajärjestelmän energiakustannuksia jopa 30 %. Ohjauksen optimoinnin yhteydessä on havaittu epäkohtia joiden poistaminen on parantanut tuotantolaitosten toimintaan niin, että saadut säästöt ovat olleet jopa energiasäästöjä suuremmat. Näitä optimoinnin välillisiä hyötyjä haluttiin selvittää tarkemmin. Tutkimuksessa perehdyttiin paineilman käytön ongelmiin eri tuotantolaitoksissa ja arvioitiin paineilmajärjestelmän optimoinnin vaikutuksia tehtaiden tuotantoon. Koska paineilmaa käytetään monissa tehtaiden kriittisissä kohteissa, on tutkimuskohteiden paineilmajärjestelmän ongelmista aiheutunut merkittäviä tuotannonmenetyksiä ja lisäkustannuksia. Merkittävimmät paperitehtaiden tuotantoa vaikeuttavat paineilmajärjestelmän tekniset ongelmat liittyvät paineilman puhtausvaatimuksiin ja riittävän verkkopaineen ylläpidon vaikeuteen. Organisatorisia ongelmia ovat paineilmajärjestelmän käyttöhenkilöstön asiantuntemuksen puutteellisuudet. Näistä aiheutuvaa tuotannon epäluotettavuutta voidaan merkittävästi pienentää kehittämällä paineilmakompressoreita, jälkikäsittelyä, ohjausta ja valvontaa alan asiantuntijoiden avustuksella.

Energiaa säästävä uusi viemäriveden pumppausteknologia

Pumppaaminen kuluttaa teollisuudessa huomattavan osan energiasta, joten siellä on myös merkittäviä säästömahdollisuuksia. Maailmanlaajuisesti pumppaus kuluttaa noin viidenneksen sähkömoottorien energiantarpeesta, ja tietyillä teollisuudentoimialoilla jopa yli 50%. Jätevedenpumppaus perustuu edelleenkin pääosin 50- ja 60- luvuilla kehitettyyn tekniikkaan, merkittäviä energiansäästöjä on mahdollista saavuttaa suhteellisen pienillä investoinneilla. Työn teoriaosassa käsitellään perusteet jätevedenkäsittelystä, ja viemäriputkiston rakenteesta. Pumppuja, sähkömoottoreita ja taajuusmuuttajia käsitellään laajemmin keskittyen niiden toimintaan ja toimintaa ohjaaviin teorioihin. Empiirisessä osassa tutkitaan uuden teknologian energiansäästöpotentiaalia erilaisilla mittauksilla, sekä mittausten pohjalta tehdyillä case-analyyseillä. Näitä analyysejä varten työn aikana kehiteltiin laskin, jolla voidaan arvioida energian kulutusta tunnetulle pumpulle, kun tiedetään haluttu toimintapiste. Työssä käsitelty uusi teknologia on mahdollisesti merkittävin uudistus viemäriveden pumppausteknologiaan taajuusmuuttajien käyttöönoton jälkeen. Teknologialla päästään eroon imukaivoista liki täysin, ja sitä kautta saadaan paremmin hallittua monia ongelmia kuten hajuhaittoja. Teknologian merkittävin hyöty on kuitenkin energiansäästö. Perinteisessä teknologiassa taajuusmuuttajat ovat olleet kannattavia, mikäli geodeettisen nostokorkeuden osuus on mahdollisimman pieni. Tyypillisessä uuden teknologian sovelluskohteissa geodeettinen nostokorkeus tulee yleensä olemaan pieni, joten uuden teknologian käyttöönoton kannattavuus on näissä kohteissa erityisen hyvä.

Ecodesign-direktiivi ja sen vaikutukset Suomessa

Direktiivi 2005/32/EY energiaa käyttävien tuotteiden ekologiselle suunnittelulle asetettavien vaatimusten puitteista annettiin 6.7.2005. Direktiivin puitteissa Euroopan komissio tulee antamaan tuoteryhmäkohtaisia asetuksia, joissa määritellään tuoteryhmäkohtaisesti ympäristövaatimukset. Direktiivin tarkoituksena on integroida ymparistönakokohdat ja elinkaariajattelu tuotesuunnitteluvaiheessa. Tällä direktiivillä pyritään parantamaan ympäristösuojelun tasoa ja tuotteiden energiatehokkuutta. Tämän diplomityön tarkoituksena on esitellä Ecodesign direktiiviä ja selvittää sen puitteissa annettujen asetusten vaikutusta Suomessa. Työssä tutkitaan hehkulamppujen maahantuonnin kieltävän asetuksen vaikutuksia kotitalouksiin, ympäristöön ja sähkömarkkinoihin. Lisaksi työssä on tutkittu sähkömoottoreita koskevan asetuksen vaikutuksia Suomen teollisuudessa. Lopuksi työssä arvioidaan Suomen ilmasto ja energiapolitiikan tavoitteiden ja velvoitteiden tuomien toimenpiteiden vaikutuksia. Työssä esitetään esimerkkitarkasteluja siitä, millaisia saastoja sähkönkulutukseen voitaisiin saavuttaa eri tuoteryhmissä direktiivin pohjalta annetuilla asetuksilla. Tarkasteluun valitut tuoteryhmät olivat kotitalouksien valaistus ja sähkömoottorit.

Ympäristöluokitusjärjestelmät talotekniikan suunnitteluprosessissa

Vihreä rakentaminen on voimakkaasti kasvava rakennusliiketoiminnan osa-alue, johon useat toimijat ovat alkaneet herätä. Suomessakin on otettu käyttöön erilaisia ympäristösuorituskyvyn mittarointijärjestelmiä, joilla pyritään varmentamaan laadukas lopputulos vihreille rakennuksille. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää vihreän rakentamisen kannattavuutta. Työn teoriaosassa käydään läpi ympäristöluokitusjärjestelmien ominaisuuksia ja eroavaisuuksia sekä LEED-ympäristöluokitusjärjestelmän sisältö ja suhde Suomen rakentamismääräyksiin. Työn empiirisessä osassa tutkitaan LEED:n talotekniselle suunnittelulle aiheuttamia vaikutuksia sekä niihin liittyvien valintojen elinkaarikustannuksia. Vaikutuksia tutkitaan suunnitteluohjeiden ja -vaatimusten tasolta, suunnittelijoiden ja haastattelujen pohjalta sekä tutkimalla case-kohdetta, jossa tavoitteena on korkeimman LEED-luokituksen saavuttaminen.

Lämmöntalteenoton tuotteistus, kannattavuus ja riskit vaneriteollisuudessa

Viilunkuivaus vaneriteollisuudessa on energiaintensiivinen prosessi, josta syntyvä hukkalämpö kannattaa ottaa talteen ja hyödyntää. Työ käsittelee erilaisten lämmöntalteenottovariaatioiden tuotteistusta ja kannattavuutta, sekä sisältää laitteiston riskianalyysin. Aiemman asiakaskohtaisen räätälöinnin sijaan, laitteiston modulaarinen tuoterakenne on otettava tuotteistuksen lähtökohdaksi. Modulaarisen tuoterakenteen ansiosta erilaisiin asiakastarpeisiin pystytään vastaamaan aiempaa tehokkaammin, kiitos erilaisten variaatioiden. Standardien ja yhtenäisten rajapintojen myötä muun muassa suunnittelua, projektinhoito ja myyntiä saadaan tehostettua. Lämmöntalteenottoratkaisuille luodaan kolme eri varustelutasoa: perus, korkea ja luksus. Näillä eri varianteilla pystytään vastamaan entistä kattavammin eri markkina-alueiden asiakastarpeisiin. Kannattavuuslaskelmat todistavat, että lämmöntalteenoton avulla saadaan merkittäviä energiasäästöjä ja eri laitteistovariaatiot maksavat itsensä erittäin nopeasti takaisin, vaikka esimerkiksi sähköenergian hinta nousisi radikaalisti. Lämmöntalteenoton voidaankin katsoa olevan aina erittäin kannattavaa. Laitteistosta on tunnistettu myös tekniset riskit, joihin on puututtava välittömästi sekä lukuisia toimenpide-ehdotuksia, joiden avulla laitteiston tuomintaa voidaan tehostaa ja muuttaa turvallisemmaksi. Riskianalyysi antaa myös suuntaviivoja tuotteistukselle sekä laitteiston huolto- ja käyttöohjeistolle.

Wastewater Treatment and Deinking Sludge Utilization Possibilities for Energy and Material Recovery in the Leningrad Region

Operation of pulp and paper mills generates waste including wastewater treatment sludge and deinking sludge. Both sludge types are generated in large amounts and are mainly disposed of in landfills in the Leningrad Region resulting in environmental degradation. The thesis was aimed at seeking new sustainable ways of sludge utilization. Two paper mills operating in the Leningrad Region and landfilling their sludge were identified: “SCA Hygiene Products Russia” and “Knauf”. The former generates 150 t/day of deinking sludge, the latter – 145 t/day of secondary sludge. Chemical analyses of deinking sludge were performed to assess applicability of sludge in construction materials production processes. Higher heating value on dry basis of both sludge types was determined to evaluate energy potential of sludge generated in the Leningrad Region. Total energy output from sludge incineration was calculated. Deinking sludge could be utilized in the production process of “LSR-Cement” or “Slantsy Cement Plant Cesla” factories, and “Pobeda” and “Nikolsky” brick mills without exceeding current sludge management costs.

Framework for Regional Heating Energy Efficiency Assessment

The aim of this project was to develop general framework for systematic assessment of energy efficiency of heating on regional level in Russia. The framework created during this project includes two main instruments, namely: general regional heating energy efficiency assessment model (REEMod) and general regional heating energy efficiency assessment criteria for housing areas (REECrit). Framework pays extreme attention to realization of energy saving, overall cost efficiency and comfortable indoor climate. Life-cycle ideology was applied during creation of the framework. Application of the framework can provide decision-making process with systematically collected and processed information on current state of areas energy efficiency. Such information will help decision makers to evaluate current situation of the whole energy chain, to compare different development scenarios and to identify the most efficient improvement methods, thus supporting realization of regions efficient energy management. Simultaneous pursuit of energy savings, cost efficiency and indoor air quality can contribute to development of sustainable community. Presented instruments should be continuously developed further as an iterative process based on knew experience, development of technology and overall understanding of energy efficiency issues.

Development of an Ecology-Oriented Software-Defined Networking Framework

ICT contributed to about 0.83 GtCO2 emissions where the 37% comes from the telecoms infrastructures. At the same time, the increasing cost of energy has been hindering the industry in providing more affordable services for the users. One of the sources of these problems is said to be the rigidity of the current network infrastructures which limits innovations in the network. SDN (Software Defined Network) has emerged as one of the prominent solutions with its idea of abstraction, visibility, and programmability in the network. Nevertheless, there are still significant efforts needed to actually utilize it to create a more energy and environmentally friendly network. In this paper, we suggested and developed a platform for developing ecology-related SDN applications. The main approach we take in realizing this goal is by maximizing the abstractions provided by OpenFlow and to expose RESTful interfaces to modules which enable energy saving in the network. While OpenFlow is made to be the standard for SDN protocol, there are still some mechanisms not defined in its specification such as settings related to Quality of Service (QoS). To solve this, we created REST interfaces for setting of QoS in the switches which can maximize network utilization. We also created a module for minimizing the required network resources in delivering packets across the network. This is achieved by utilizing redundant links when it is needed, but disabling them when the load in the network decreases. The usage of multi paths in a network is also evaluated for its benefit in terms of transfer rate improvement and energy savings. Hopefully, the developed framework can be beneficial for developers in creating applications for supporting environmentally friendly network infrastructures.

Energy aware software for many-core systems

Many-core systems provide a great potential in application performance with the massively parallel structure. Such systems are currently being integrated into most parts of daily life from high-end server farms to desktop systems, laptops and mobile devices. Yet, these systems are facing increasing challenges such as high temperature causing physical damage, high electrical bills both for servers and individual users, unpleasant noise levels due to active cooling and unrealistic battery drainage in mobile devices; factors caused directly by poor energy efficiency. Power management has traditionally been an area of research providing hardware solutions or runtime power management in the operating system in form of frequency governors. Energy awareness in application software is currently non-existent. This means that applications are not involved in the power management decisions, nor does any interface between the applications and the runtime system to provide such facilities exist. Power management in the operating system is therefore performed purely based on indirect implications of software execution, usually referred to as the workload. It often results in over-allocation of resources, hence power waste. This thesis discusses power management strategies in many-core systems in the form of increasing application software awareness of energy efficiency. The presented approach allows meta-data descriptions in the applications and is manifested in two design recommendations: 1) Energy-aware mapping 2) Energy-aware execution which allow the applications to directly influence the power management decisions. The recommendations eliminate over-allocation of resources and increase the energy efficiency of the computing system. Both recommendations are fully supported in a provided interface in combination with a novel power management runtime system called Bricktop. The work presented in this thesis allows both new- and legacy software to execute with the most energy efficient mapping on a many-core CPU and with the most energy efficient performance level. A set of case study examples demonstrate realworld energy savings in a wide range of applications without performance degradation.

Energiansäästökohteiden kartoitus konepajateollisuuden yrityksessä

Tämän diplomityön tavoitteena on kartoittaa Vaahto Oy:n Hollolan tehtaan energiankulutus ja energiansäästökohteet. Ensin tutkittiin tehtaan energiankulutus ja energiankulutuksen jakautuminen. Tutkimuksessa käytettiin saatavilla olevia kulutustietoja, luettiin konekirjoja sekä haastateltiin tehtaan työntekijöitä. Lisäksi tehdashallien lämmityslaitteiden hyötysuhteet mitattiin. Tutkimuksen päätavoite oli selvittää, miksi tehtaan lämmitysenergiankulutus on kasvanut ja kannattaisiko rakennusten lämmittämiseen käyttää vaihtoehtoista lämmitysmuotoa öljylämmitykselle. Potentiaalisista energiansäästökohteista tehtiin investointilaskelmat ja toimenpide-ehdotukset. Kannattaviksi toimenpiteiksi tutkimuksessa todettiin: lämmityspolttoaineen vaihtaminen maakaasuun, nosto-ovien hankkiminen, paineilmaverkon huolto, paineilmakompressorin lämmöntalteenotto, tehdastilojen sisälämpötilan tarkastus ja työnjohtotilojen ilmanvaihdon käyntiaikojen muutos. Toimenpiteillä arvioidaan vuotuisten energiakustannusten pienenevän noin 34 000 euroa. Toimenpiteiden toteuttamisen arvioidaan maksavan 135 000 ¤, mistä lämmitysjärjestelmän vaihdon osuus on 100 000 ¤.