Sellutehtaan sekundäärilämmön käytön tehostaminen

Energia on olennainen osa nykyaikaisen sellutehtaan prosesseja, joissa kuluu suuria määriä lämpöä ja sähköä. Pyrittäessä entistä kustannustehokkaampaan liiketoimintaan nousee energiatehokkuus usein mielenkiinnon kohteeksi. Pitkälle viety sähkön ja lämmön yhteistuotanto yhdistettynä korkeaan biopolttoaineiden osuuteen energian tuotannossa luovat pohjan tälle pyrkimykselle. Sekundäärilämpöä syntyy prosessien sivutuotteena ja sen mahdollisimman suuri hyödyntäminen on yksi keino päästä kohti parempaa energiatehokkuutta. Joissain tapauksissa sillä voidaan korvata jopa primäärienergian käyttöä ja mahdollisesti pienentää ostopolttoaineiden tarvetta. Diplomityössä tutkitaan sellutehtaan sekundäärilämpöjärjestelmän toimintaa, ohjausta ja energiankulutusta. Sekundäärilämpöjärjestelmästä muodostetaan taseet talvitilanteessa ja samalla etsitään mahdollisia uusia talteenotettavia sekundäärilämpövirtoja tai vastaavasti käyttökohteita. Lisäksi päivitetään sekundäärilämpöjärjestelmän raportoinnin ja ohjauksen työkaluja nykytilannetta vastaavaksi. Työn aikana kiinnitetään myös huomiota järjestelmän toimintaan muutostilanteissa, joissa kaikkia vesijakeita ei välttämättä ole saatavilla prosessin tarvitsemia määriä.

Paikan ja liikemäärän yhteismittaukset ja niihin liittyvät epätarkkuusrelaatiot

Perinteisessä kvanttimekaniikassa fysikaaliset suureet samaistetaan Hilbertin avaruuden itseadjungoitujen operaattorien, tai yhtäpitävästi niitä vastaavien spektraalimittojen kanssa. Suureet ovat samanaikaisesti mitattavissa silloin, kun on olemassa kolmas suure, ns. yhdistetty suure, jonka marginaaleina nämä saadaan. Paikka- ja liikemääräsuureiden tapauksessa tällaista yhdistetty suuretta ei ole, ja Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen eräs muotoilu onkin, että paikka ja liikemäärä voidaan mitata samanaikaisesti vain, jos mittauksessa sallitaan tietty epätarkkuus. Onkin mahdollista konstruoida mittaus, jossa tarkan paikan ja liikemäärän sijaan mitataan niiden sumeita eli epätarkkoja versioita siten, että yhteismittaus on mahdollinen. Tällöin fysikaalinen suure pitää määritellä yleisempänä normoituna positiivioperaattorina eli semispektraalimittana. Tämän lisäksi pitää olla jokin keino karakterisoida sitä, miten hyvin nämä sumeat suureet kuvaavat vastaavia tarkkoja suureita. Tässä tutkielmassa tarkastellaan paikan ja liikemäärän yhteismittausten problematiikkaa. Approksimaatiosta johtuvaa virhettä kuvaamaan annetaan kolme mittaa: standardimitta, geometrinen mitta ja virheen kaistanleveys. Pääpaino on geometrisen mitan matemaattisessa tarkastelussa. Geometrisen mitan ja virheen kaistanleveyden tapauksessa johdetaan epäyhtälöt kuvaamaan rajoja, joiden puitteissa tarkkaa paikkaa ja liikemäärää voidaan approksimatiivisestimitata samanaikaisesti.

Ratsastussimulaattorin jatkokehitys

Työssä tehtiin jatkokehitystyötä jo olemassa olevaan ratsastussimulaattoriin. Kehitystyö aloitettiin selvittämällä ratsastuksen liiketila, mittaamalla ratsastukseen aikana ratsastajaan kohdistuvat dynaamiset suureet 6 vapausasteen suhteen. Mitatut signaalit käsiteltiin transformaation ja suodatuksen avulla. Käsiteltyjä signaaleja käytettiin simulaattorin liikealustan asemaohjesignaaleina. Liikealustaan päälle kiinnitettyyn hevosenrunkoon muodostettiin antureiden avulla interaktiivinen rajapinta, joka mahdollisti simulaattorin ohjastamisen pohje- ja ohja-avuin. Jatkokehitetty simulaattori toistaa käynti-, ravi- ja laukka-askellajit tunnistettavasti. Simulaattori kuvaa ratsastuksen nopeuden muutosta vaihtamalla askellajia ja muuntamalla portaattomasti askelluksen taajuutta sekä amplitudia.

Käsityön opetuksen suunnittelun ja toteutuksen alkuperää etsimässä. Tutkimus käsityön teknisen työn sisältöjen opetuksen suunnittelua ja toteutusta ohjaavista tekijöistä peruskoulun yläluokilla

Tutkimuksen teoreettinen tarkoitus on kuvailla yleisesti opetussuunnitelmaa opetuksen suunnittelua ja toteutusta toimeenpanevana työvälineenä. Lisäksi tutkimuksen teoreettinen tarkoitus on kuvailla suomalaista opetussuunnitelmaa historiallisen tarkastelun avulla ja käsityön teknisen työn kaltaisen oppiaineen opetussuunnitelmallista kehitystä. Tutkimuksen empiirinen tarkoitus on löytää käsityön teknisen työn sisältöjen opetuksen suunnittelua ja toteutusta ohjaavat tekijät sekä kuvailla käsityön opetussuunnitelmaa teknisen työn sisältöjen opettajan työvälineenä. Tutkimus kohdistui Suomessa toimiviin peruskoulun yläluokkien (7-9 lk.) käsityön teknisen työn sisältöjen opettajiin. Perusjoukkoon kuului 770 käsityön teknisen työn sisältöjen opettajaa. Perusjoukosta muodostettiin klusteriotannalla koko valtakuntaa edustava ja maantieteelliseen väkilukuun suhteutettu otos, johon valittiin 100 käsityön teknisen työn sisältöjen opettajaa. Tutkimusaineistoon saatiin vastaukset sadalta käsityön teknisen työn sisältöjen opettajalta. Tutkimuksen teoriaosa perustuu opetussuunnitelmaan liittyvien tekijöiden, kuten kirjoitetun opetussuunnitelman, oppimiskäsityksen ja opetuksen suunnitteluprosessin teoreettiseen kuvaukseen. Tutkimuksen empiirinen osa edustaa määrällistä eli kvantitatiivista tutkimusotetta, jossa mittaus suoritettiin yhden kerran tutkimukseen valituille henkilöille. Tutkimuksessa käytetty kyselylomake eli mittari sisälsi 100 Likert -asteikollista väittämää, jotka oli ankkuroitu viisiportaisesti välille ”täysin eri mieltä” – ”täysin samaa mieltä”. Tutkimustulosten perusteella käsityön opetussuunnitelman ohjausvaikutus on vähäinen eikä käsityön teknisen työn sisältöjen opettaja ole sitoutunut käyttämään käsityön opetussuunnitelmaa. Käsityön teknisen työn sisältöjen opetuksen suunnittelua ja toteutusta ohjaa oppimisympäristö- ja oppilaskeskeinen Curriculum -ajattelu, jossa opetussuunnitelma toimii vapaana ja löyhänä ohjeena toteutettavaa opetusta varten. Tähän perustuen käsityön teknisen työn sisältöjen opettaja toteuttaa opetustaan voimakkaasti omatoimiseen oppimiseen perustuvien oppilaslähtöisten työtapojen suunnassa. Tulevaisuudessa käsityön teknisen työn sisältöjen opettajien täydennyskoulutukseen pitäisi kiinnittää enemmän huomiota, koska sillä on yhteyttä siihen, missä määrin he käyttävät käsityön opetussuunnitelmaa oman opetuksen suunnittelu- ja toteutusprosessissa.

Project owner’s and outside engineering consultant’s role in power plant implementation projects

The purpose of this study was to investigate the nature of co-operation between a project owner and an outside engineering consultant in combined heat and power plant implementation projects. Moreover, as another focal subject of the study was to familiarize the purchasing behavior of the energy producer and how an outside engineering consultant participated into different stages of the purchasing process. The study was carried out as a multiple case study including altogether six Finnish power plant implementation projects that had been taken into commercial use during 1995 – 2015. By adjusting the findings of empirical interview data and comparing those to the theoretical framework concerning, among others, Finnish energy production, engineering consulting businesses, delivery methods of construction project and finally the purchasing process, it can be concluded that especially in the power plant implementation projects in the past have a great influence to decisions made during the project. The role of the main engineering consultant is to act as an assistant, who helps to achieve the project goals successfully rather than an advisor who only knows how the project should be conducted. At least in these five project cases this was the case, meaning that the final decision power always remaining with project owner.

Diagnostiikkayksikön kehittäminen rautatiesovellukseen

Suomessa rautatiellä käytetään muutamia tuhansia sähköisesti ohjattavia vaihteita, joiden toiminta varmistetaan määräajoin tehtävillä huolloilla. Työssä on tutkittu, onko kehitteillä olevalla vaihteenohjaimella mahdollista mitata ja analysoida vaihteen kunnonvalvontaan liittyviä suureita. Tutkimuksessa on tutustuttu rautatietekniikkaan sekä vaihdetta ohjaavaan vaihteenkääntölaitteeseen. Tutkimuksen perusteella on kehitetty sulautettuun järjestelmään perustuva mittaus- ja analysointijärjestelmäsovellus, joka tekee mittauksia, havaintoja ja johtopäätöksiä vaihteen toiminnasta. Mittaukset on suoritettu moottoria ohjaavista johtimista ja mittaustulokset on tallennettu analysointia ja jatkokäsittelyä varten. Ohjelmiston toimintaa on varmistettu mittauksilla sekä laboratorio-olosuhteissa että oikealla vaihteella testausympäristössä. Saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että kehitetyllä laitteistolla on mahdollista toteuttaa vaihdetta diagnosoivia mittauksia riittävän laadukkaasti ja tarkasti. Työssä kehitetty järjestelmäalusta soveltuu käytettäväksi vaihteen diagnostiikan jatkokehittämiselle.

Reaaliaikainen Clarken muunnos

Työssä suunniteltiin ja rakennettiin laite, joka suorittaa reaaliaikaisen Clarken muunnoksen kolmivaiheiselle mittaussignaalille. Kolmivaiheisella mittaussignaalilla tarkoitetaan tässä kolmivaiheisesta järjestelmästä mitattuja vaihevirtoja tai -jännitteitä. Lähtö tuottaa kaksivaiheisen mittaussignaalin, jota voidaan tutkia oskilloskooppia. Käyttämällä oskilloskooppia xy-moodissa näytölle piirtyy virta- tai jänniteympyrä. Laitetta voidaan käyttää esimerkiksi taajuusmuuttajien testauksen apuvälineenä, jolloin parametrien muuttamisen vaikutus laitteen tuottaman sähkön laatuun nähdään välittömästi.

Ydinvoimalaitoksen vuosihuoltoajankohdan optimointi

Viimeaikoina ydinvoima on ollut vahvasti esillä mediassa. Keskustelut lisäydinvoimasta, sähköntuotantomuodoista, Olkiluodon kolmannen ydinvoimalaitosyksikön rakennustöistä, sähkön kulutuksen tulevaisuudesta ja nykyisestä taloustilanteesta ovat vaikuttaneet tarpeeseen tutkia sähkön tuotantokustannuksia ydinvoiman osalta. Tutkimuksessa keskitytään erityisesti ydinvoimalaitosyksiköiden vuosihuolto- ja polttoainekustannuksiin, jotka muodostavat suurimman suunnitellun yksittäisen kustannuserän ydinvoiman käyttöön liittyen. Työ tehdään Teollisuuden Voima Oyj:lle, joka pääsääntöisesti toimii Eurajoen Olkiluodossa. Työssä optimoidaan jokaiselle Olkiluodon ydinvoimalaitosyksikölle mahdollisimman edullinen vuosihuoltoajankohta. Optimaalisin ajankohta määrittyy edullisimman sähkön hinnan, ihanteellisimman käyttöjakson pituuden sekä resurssien saatavuuden perusteella. Ydinvoimalaitosyksiköiden vuosihuoltoajankohdat suunnitellaan siten, että vuosihuollot ovat kokonaisuudessaan ja laitosyksikkökohtaisesti optimaaliset. Työn lopputuloksena on esitys Olkiluodon ydinvoimalaitosyksiköiden optimaalisista vuosihuoltoajankohdista. Työn tuloksien myötä Teollisuuden Voima Oyj:llä on mahdollisuus pienentää vuosihuoltokustannuksiaan ja osaltaan vaikuttaa ydinvoimalla tuotetun sähkön kannattavuuteen. Vuosihuoltoajankohdan optimointi palvelee myös Teollisuuden Voima Oyj:n osakkaiden vaatimuksia.

Energiapalveludirektiivin 2006/32/EY toimeenpano ja vaikutukset

Euroopassa energiansäästöjen hakeminen on olennainen osa suurempaa ilmastostrate-giaa. Tämä työ tarkastelee direktiiviä 2006/32/EY energian loppukäytön tehokkuudes-ta ja energiapalveluista sekä sitä, millaisilla menetelmillä direktiivin esittämät toi-menpiteet otetaan osaksi kansallisia käytäntöjä Suomessa. Tämä diplomityö tarkastelee erityisesti elinkeinoelämän energiankäyttöä tehostavaa energiatehokkuussopimusjärjestelmää, koska se on keskeisin keino direktiivin toi-meenpanossa. Työ tarkastelee erityisesti energia-alaa painottaen sähkön tuotantoa sekä jakelua, koska sinne painottuvat myös direktiivin aiheuttamat lainsäädännön muu-tokset. Julkisen sektorin keskeistä roolia energiapalveludirektiivin toimeenpanossa käsitellään sekä esimerkillisenä energiankäyttäjänä, että suurena alihankintojen tilaajana. Myös energiapalveluyritysten liiketoimintaperiaatetta selvitetään tässä työssä.

Effect of forest-based biofuels production on carbon footprint, Case: Integrated LWC paper mill

International energy and climate strategies also set Finland’s commitments to increasing the use of renewable energy sources and reducing greenhouse gas emissions. The target can be achieved by, for example, increasing the use of energy wood. Finland’s forest biomass potential is significant compared with current use. Increased use will change forest management and wood harvesting methods however. The thesis examined the potential for integrated pulp and paper mills to increase bioenergy production. The effects of two bioenergy production technologies on the carbon footprint of an integrated LWC mill were studied at mill level and from the cradle-to-customer approach. The LignoBoost process and FT diesel production were chosen as bioenergy cases. The data for the LignoBoost process were obtained from Metso and for the FT diesel process from Neste Oil. The rest of the information is based on the literature and databases of the KCL-ECO life-cycle computer program and Ecoinvent. In both case studies, the carbon footprint was reduced. From the results, it can be concluded that it is possible to achieve a fossil-fuel-free pulp mill with the LignoBoost process. By using steam from the FT diesel process, the amount of auxiliary fuel can be reduced considerably and the bark boiler can be replaced. With a choice of auxiliary fuels for use in heat production in the paper mill and the production methods for purchased electricity, it is possible to affect the carbon footprints even more in both cases.

Impedanssisovituksen tarkkailu jännitevälipiirillisessä taajuusmuuttajakäytössä

Invertterikäyttöjen pitkissä kuormakaapeleissa jännitteen aaltomuodossa on havaittavissa ylijännitteitä. Ylijännitteet johtuvat invertterikäytön käyttämien kytkinten ohjaamisesta pulssinleveysmodulaatiolla, niiden nopeista kytkeytymisistä ja itse järjestelmästä. Ylijännitteet ovat haitallisia järjestelmässä, joten niitä pyritään estämään esim. suodattamalla. Yksi käytännön sovellus sähkökoneen suotimena on RC-suodin. RC-suotimen toimintakyvyn aleneminen on kuitenkin oletettavaa, joten sähkökone altistuu tällöin ylijännitteille. Mittaamalla RC-suotimen kuntoa voidaan valvoa generaattorin kokemia ylijännitteitä. Työssä tarkastellaan järjestelmän häiriöitä ja ylijännitteitä, RC-suodinta sekä suotimen vajaatoimintatiloja, ja kehitetään mittaus tarkkailemaan vajaatoimintaa.

Sähköä ja lämpöä tuottavien voimalaitosten kannattavuusanalyysin kehittäminen

Tutkimuksen tavoitteena oli laskea voimalaitoskannattavuudet vuosilta 2007–2009 kohdeyrityksen biovoimalaitokselle sekä kombivoimalaitokselle. Lisäksi laskettiin kohdeyrityksen uuden hyötyvoimalaitoksen käyttöönottovuoden 2009 kannattavuus sekä odotetun käyttöasteen kannattavuus. Tavoitteena oli muodostaa tuotantolaitoskohtaiset tuotekannattavuudet vuodelta 2009 Kotkan Energia Oy:ssä sekä muodostaa kirjatut jakoperusteet kannattavuuksien laskentaa varten ja analysoida saatuja kannattavuuksia. Tutkimusmetodologiana on käytetty soveltavaa tutkimusotetta. Kannattavuusanalyysin kehittäminen vaatii yrityksen kustannusten, tuottojen ja toiminnan sekä toimialan luonteen ymmärtämistä. Haasteena tutkimuksessa oli sähkön, lämmön ja höyryn valmistuksen periaatteiden omaksuminen, joka on kustannusten ja tuottojen oikean kohdistamisen perusta. Tutkimuksen tuloksena todettiin, että kombivoimalaitos on tuotantolaitoksista kannattamattomin. Kohdeyrityksen kannattavuutta voitaisiin parantaa investoimalla kombivoimalaitoksen tilalle halvempaa polttoainetta käyttävä tuotantolaitos. Tuotteista kannattavimmaksi todettiin kaukolämpö. Tutkimuksen tuloksina saatuja kannattavuuksia voidaan hyödyntää Kotkan Energian päätöksenteossa ja niitä hyödyntämällä pystytään kohdeyritykselle laskemaan nopeasti tarpeellisia tulevaisuudenskenaarioita. Kannattavuuslaskelmien tuloksien analyysin jatkoksi pohdittiin Kotkan Energialle jatkotutkimusehdotelmia.

Liferay -portaalin kapasiteetin skaalaaminen

Liferay on avoimen lähdekoodin verkkoportaali, jonka avulla pienet ja keskisuuret yritykset voivat tarjota pilvityyppisiä verkkopalveluita asiakkailleen. Portaalin kapasiteetin eli portaalin ohjelmistoa ajavien tietokoneiden määrän kasvattaminen ja laskeminen ei ole käytännössä helppoa. Tämän diplomityön tarkoituksena on ollut kehittää ratkaisu, jonka avulla portaalin kapasiteettia voidaan monitoroida sekä nostaa ja laskea käytännöllisesti. Työssä on toteutettu verkko-ohjelmisto, joka toimii työkaluna tätä tarkoitusta varten. Tuloksena on ohjelmisto, jonka avulla verkkoportaalin ylläpitäjä kykenee tekemään tarkkoja johtopäätöksiä verkkoportaalia ajavien tietokoneiden kuormituksesta sekä käynnistämään ja sammuttamaan portaalin ohjelmiston etäältä. Tästä hyötynä on tarkempi verkkoportaalin kuormituksen mittaus, jonka pohjalta ylläpitäjä voi tehdä järkeviä johtopäätöksiä portaalin kapasiteetin nostamisesta ja laskemisesta. Mistä tuloksena verkkoportaalin tarjoama palvelu on varautunut käyttäjiensä kulutuksen huippuihin ja laskuihin.

Biokaasun tuottaminen ja hyödyntäminen Lappeenrannassa

Lappeenrannassa kerätään ja hyödynnetään tällä hetkellä kaatopaikkakaasua 0,3 milj.m3 vuodessa. Biokaasua voitaisiin tuottaa Lappeenrannassa mädättämällä bioperäisiä jätteitä ja biokaasuntuotantoa varten kasvatettuja energiakasveja. Biokaasuntuotantoon soveltuvia jätteitä ovat erilliskerätty biojäte, jätevedenpuhdistamon jätevesiliete, puutarhajäte, lietelannat ja oljet. Kesannolla olevilla peltoaloilla voitaisiin kasvattaa ruokohelpeä. Biokaasun tuotantoon soveltuvia materiaaleja voitaisiin kerätä 143 000 t/a ja kasvattaa 68 000 t/a. Työssä tarkastellaan vaihtoehtoa, jossa mädätetään vain puhdistamoliete, sekä useita materiaaleja mädättävää yhteismädättämöä, johon liittyen tutkitaan kolmea eri vaihtoehtoa: kunnallisen jätteen mädätystä, kaiken jätteen mädätystä ja jätteen sekä energiakasvien mädätystä. Paras sijoituspaikka mädättämölle olisi jätevedenpuhdistamon läheisyydessä. Jätemateriaalista saataisiin kaasua enintään 12 milj. m3 ja energiakasveista enintään 16 milj. m3. Kaasusta voitaisiin tuottaa energiaa CHP-laitoksessa enintään 184 GWh. Mikäli biokaasun tuotannolla halutaan ensisijaisesti vähentää kasvi-huonekaasupäästöjä, kannattaa kaasu jalostaa ajoneuvopolttoaineeksi. Jalostettu kaasu on mahdollista myös syöttää maakaasuverkostoon. Suurimmat tulot on mahdollista saavuttaa yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa, mikäli biokaasulle suunniteltu syöttötariffi toteutuu. Muussa tapauksessa suurimmat tulot saadaan jalostamalla biokaasua ajoneuvojen polttoaineeksi.

Regional potential for collaborative implementation of small CHP plants in bioenergy technology

This thesis is a preliminary study targeting South-Eastern Finland. The objective was to find out the financial and functional readiness and willingness of the small and medium-sized enterprises of the region to manufacture and sell distributed bioenergy solutions collaboratively as a business network. In this case these solutions mean small-scale (0.5 - 3 MW) woodchips-operated combined heat and power (CHP) plants. South-Eastern Finland has suffered from a decline in the recent years, mostly due to the problems of the traditionally strong industrial know-how area of the region, the paper industry. Local small and medium-sized companies will have to find new ways to survive the toughening competition. A group of 40 companies from suitable industries were selected and financial and comparative analysis was performed on them. Additionally 19 managing directors of the companies were selected for an interview to find out their views on networking, its requirements, advantages and the general interest in it. The studied companies were found to be generally in fairly good financial condition and in that sense, fit for networking activities. The interviews revealed that the companies were capable of producing all the needed elements for the plants in question, and the managers appeared to be very interested in and have a positive attitude towards such business networks. Thus it can be said that the small and medium-sized companies of the region are capable of and interested in manufacturing small bio-CHP plants as a production network.