Energiansäästäminen, sen toteutus ja vaikutukset lannoitteita valmistavalla tehtaalla

Suomen täytyy vähentää kasvihuonekaasupäästöt vuoden 1990 tasolle vuosien 2008–2012 velvoitekauden aikana. Suomen kansallisen ilmasto-ohjelman mukaan noin puolet vaadittavasta vähennystavoitteesta voidaan saavuttaa lisäämällä biopolttoaineiden käyttöä ja säästämällä energiaa. Kemira Agro Oy:n Uudenkaupungin tehtaiden energiansäästäminen on alkanut sen liityttyä teollisuuden vapaaehtoiseen energiansäästösopimukseen vuonna 1999. Sopimus velvoittaa vähentämään energian ja veden kulutusta sekä raportoimaan vuosittaisista kulutuksista. Työssä on esitelty energiansäästämisen eteneminen yrityksessä sopimuksen hyväksymisestä energiansäästöanalyysin toteutukseen asti. Työssä on etsitty energiaa säästäviä ratkaisuja lannoitetehtaan käyttöön tehtaan tuotantoprosesseissa. Tuotanto-osastoille on laskettu energiataseet, joiden avulla on piirretty energiavirtoja kuvaavat sankey – diagrammit. Työssä on esitetty perusidea energiansäästön toteuttamiseksi ja alustavat kustannusarviot. Löydetyillä kohteilla voidaan säästää tehtaan sähkönkulutusta yhteensä 19 GWh/a ja lisätä tuotantoa. Ionivaihdettua vettä voidaan säästää noin 6000 m3/a. Laskelmat on esitetty cd-romilla liitteessä 31.

Jälkikäsitellyn jätevesikirkasteen uusiokäyttö Anjalan paperitehtailla

Työssä tarkasteltiin aktiivilietelaitoksen jätevesikirkasteen uusiokäyttöä Anjalan paperitehtailla. Tavoitteena oli löytää keino jätevesimäärän vähentämiseksi, kierrättämällä jatkokäsiteltyä jätevesikirkastetta. Työssä tehtiin prosessisuunnitelma kirkasteen kierrättämiseksi; suunnitelman vaikutuksia arvioitiin kirjallisuuden, simuloinnin ja arkkikokeiden avulla. Lisäksi arvioitiin kierrätyksen taloudellisia näkökohtia. Prosessisuunnittelussa päädyttiin vaihtoehtoon, jossa tehtaan nykyinen tehdasvesijae korvataan jälkikäsitellyllä jätevesikirkasteella. Esitetty prosessimuutos vähentäisi jokeen laskettavan kirkasteen määrää 20 %. Haitta-ainetason muutoksia selvitettiin simuloimalla prosessisuunnitelman mukainen suolatase. Simuloinnin kohteena oli haitta-ainetason muutokset PK3:lla. Tuloksista pääteltiin, että PK3:lla tapahtuu normaalissa ajotilanteessa suurempia muutoksia suolatasoissa kuin prosessimuutoksen aiheuttama suolatason muutos. Arkkikokeilla selvitettiin kirkasteen ja tehdasveden vaikutuksia PK3:n massan vaaleuteen ja vaaleuden pysyvyyteen. Kirkasteen vaikutus massan vaaleuteen oli suurempi kuin tehdasvedellä, kun kirkastetta oli käsitelty tehdasmittakaavan flotaatiolla ja hiekkasuodatuksella. Pilot-mittakaavan hiekkasuodatuksella ja laboratoriomittakaavassa laskeutetulla kirkasteella oli pienempi vaikutus arkkien vaaleuteen kuin tehdasvedellä. Vaaleuden pysyvyydessä ei havaittu eroa kirkasteen ja tehdasveden välillä. Kirkasteella oli voimakas vaikutus arkkien keltaisuuteen. Tehdasvesi ei vaikuttanut arkkien keltaisuuteen. Mikäli prosessisuunnitelman mukainen kirkastevirtaus jatkokäsiteltäisiin hiekkasuodatuksella, arvioitiin päälaitteista kerroinmenetelmällä tehdasinvestoinniksi 5.20 milj. euroa. Vuosittaisiksi kemikaalikustannuksiksi arvioitiin 0.21 milj. euroa ja teoreettiseksi energiasäästöksi 0.87 milj. euroa.

Operational Knowledge in Process Design

Työn tarkoituksena on selvittää, miten käyttötietämystä hyödynnetään prosessisuunnittelussa. Tavoitteena on löytää keinoja parantaa käyttötietämyksen hallintaa suunnitteluprosessin aikana ja selvittää, vaikuttaako tämä prosessisuunnittelun laatuun.Prosessisuunnittelun laatua arvioidaan seitsemällä kriteerillä, jotka ovat investointikustannukset, käyttökustannukset, turvallisuus, ympäristövaikutukset, käytettävyys, innovatiivisuus ja aikataulu. Suunnitteluprosessi jaetaan kolmeen vaiheeseen: esisuunnitteluun, perussuunnitteluun ja detaljisuunnitteluun. Prosessisuunnittelua, investointiprojektia, prosessisuunnittelun laatukriteerejä, suunnitteluprosessin eri vaiheita ja käyttötietämyksen luokittelua tarkastellaan yleisesti. Työssä selvitettiin käyttötietämyksen hyödyntämistä Kemiralla. Aluksi muotoiltiin yleisiä väittämiä käyttötietämyksen hyödyntämisestä Kemiran ulkopuolisten eri alojen asiantuntijoiden haastattelujen perusteella. Tämän jälkeen Kemiran prosessisuunnittelijat arvioivat väittämiä. Arvioiden perusteella tehtiin johtopäätöksiä yleisesti käyttötietämyksen hyödyntämisestä prosessisuunnittelussa. Seuraavaksi haastateltiin kahdessa erityyppisessä case-projektissa mukana olleita henkilöitä ja muotoiltiin yleiset väittämät näihin projekteihin sopiviksi. Projekteissa mukana olleet henkilöt arvioivat väittämiä, ja näiden arvioiden perusteella projekteja vertailtiin keskenään. Lopussa esitetään johtopäätökset kaikkien väittämien arvioiden perusteella. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että käyttötietämystä voidaan hyödyntää kaikissa suunnittelun vaiheissa, mutta paras hyöty saadaan perus- ja detaljisuunnittelussa. Käyttötietämyksellä voidaan vaikuttaa joihinkin prosessisuunnittelun laatukriteereihin, kuten esimerkiksi käytettävyyteen ja turvallisuuteen enemmän kuin muihin. Kemiralle suositellaan nykyisten tiedonhallintamenetelmien kehittämistä, jotta käyttötietämyksen saatavuus ja sen siirtäminen paranisi. Pr

Lietettä polttoaineenaan käyttävän pienen kokoluokan lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitoksen investointikustannus

Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa on käynnissä hanke, jossa kehitetään lietettä polttoaineenaan käyttävä höyryvoimalaitosprosessiin perustuva pienen kokoluokan lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitos. Kehitteillä olevan pienen kokoluokan lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitoksen erikoisuutena on laitoksen polttoaineeksi valittu yhdyskuntaliete. Valitussa ratkaisussa jätevedenpuhdistamolla esikäsitelty liete tuodaan voimalaitokselle, jossa liete kuivataan epäsuorassa kiertomassakuivurissa ja kuivauksen jälkeen poltetaan kiertoleijutekniikkaan perustuvassa reaktorissa. Palamistuotteena syntyvän tuhkan määrä on vain murto-osa laitoksella käsitellystä lietemäärästä. Laitoksessa on mahdollista käyttää lietteen lisäksi biopolttoaineita sekä kierrätyspolttoaineita. Tämän työn tavoitteena on määrittää laitoksen investointikustannus. Määritys perustuu koneiden ja laitteiden osalta yrityksiltä saatuihin tarjouksiin ja muilta osin kirjallisuustietoihin sekä toteutettuihin vastaavan kaltaisiin hankkeisiin. Tässä työssä määritetyn investointikustannuksen perusteella voidaan tehdä jatkotarkasteluja laitoksen toteutettavuudesta valitussa liiketoimintaympäristössä.

Koneinvestoinnin suunnittelu valmistavaan teollisuuteen

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutustua ohutlevyjen nykyaikaisiin koneellisiin leikkausmenetelmiin ja tutkia niiden soveltuvuutta yrityksen tarpeisiin. Kohdeyrityksessä investoinnin tarve jakautui tuottavuusinvestoinnin, korvausinvestoinnin ja strategisen investoinnin kesken. Tavoitteena oli luoda investointipolku, jonka avulla poissuljettiin menetelmät, jotka eivät soveltuneet yrityksen tuotantoon. Työn kirjallisuusosuudessa tarkastellaan teoriatietoja, jotka liittyvät yleisesti nykyaikaisiin ohutlevyjen leikkausmenetelmiin sekä investointiprojektin suunnitteluun ja toteutuksen teoriaan. Lisäksi käsitellään investointeihin liittyviä kannattavuus- ja kustannuslaskennan perusperiaatteita. Työn empiirisessä osassa selvitettiin yrityksen ohutlevyosien valmistuksen periaatteita nykytila-analyysin avulla. Tämän perusteella määritettiin nykyaikaisista markkinoilla olevista menetelmistä yritykselle soveltuvin. Tutkimuksen perusteella laserleikkaus oli menetelmistä soveltuvin. Perusinvestoinniltaan laser oli vaihtoehtoisista menetelmistä kallein, mutta se soveltui käytettävyyden, tehokkuuden, joustavuuden ja muiden ominaisuuksiensa perusteella parhaiten tuotannon tarpeisiin. Työn merkittävimmät tulokset osoittivat, että investoinnin kannattavuus riippui koneelle saatavasta käyttösuhteesta. Uusien koneiden tehokkuus lyhentäisi tuotannon läpimenoaikoja, mutta ilman riittävää kapasiteetin käyttöastetta kappaleiden omakustannusarvo nousisi. Lopputulokset ja suositukset on esitetty työn lopussa.

Biopolttoaineiden lisäämismahdollisuudet kaukolämmön tuotannossa pienen kokoluokan tuotantolaitoksissa Lahden seudulla

Tämä diplomityö on tehty IMMU-hankkeeseen, jossa selvitetään konkreettisia keinoja ilmastonmuutoksen hillintään Lahden seudulla. Diplomityössä tarkastellaan mahdollisuuksia lisätä biopolttoaineita pienen kokoluokan kaukolämmön tuotantolaitoksissa. Teoria osuuden pohjalta luodaan skenaariot Nastolaan ja Vääksyyn (Asikkala). Skenaarioissa tarkastellaan biopolttoaineiden lisäämisen vaikutuksia kasvihuonekaasu- ja hiukkaspäästöihin käyttämällä elinkaariarviointimenetelmää. Taloudellisia seikkoja tarkastellaan laskemalla takaisinmaksuaikoja eri biolaitosratkaisuille nettonykyarvomenetelmällä. Tutkimuksen tuloksena saatiin, että kasvihuonekaasupäästöt tuotannon elinkaaren ajalta vähenevät eniten tuottamalla kaukolämmön perustuotanto Nastolassa ja Vääksyssä bio-CHP-laitoksella haketta polttamalla. Kiinteitä biopolttoaineita poltettaessa tulevat kuitenkin suurimmat hiukkaspäästöt, mikä vaikuttaa asuinympäristön viihtyvyyteen tuotantolaitoksen läheisyydessä. Bio-CHP-laitoksen investointikustannukset ovat suurimmat ja takaisinmaksuaika pisin. Nastolan kulutusperusteisiä päästöjä pystytään vähentämään eniten investoimalla biolämpölaitokseen tai bio-CHP-laitokseen. Päästöjä Nastolassa pystyttäisiin kyseisillä investoinneilla vähentämään enimmillään 6,4 %. Lahti energian kokonaispäästöjä pystyttäisiin enimmillään vähentämään noin 1,6 %. Johtopäätöksenä tutkimuksesta voidaan sanoa, että kasvihuonekaasupäästöjä pystytään vähentämään investointien avulla. Toiset ratkaisut ovat vain kalliimpia kuin toiset. Lisäksi kiinteitä biopolttoaineita käytettäessä jotkut poltto-ominaisuudet voivat heiketä esim. verrattuna maakaasun polttoon. Biopolttoaineiden lisäämisellä kuitenkin päästään irti riippuvuudesta fossiilisiin polttoaineisiin kuten öljyyn ja maakaasuun. Investointeja tehdessä on vaikea sanoa suoraan, mikä vaihtoehto on paras tapa tuottaa kaukolämpöä. Investointipäätöksiä tehdessä päätökseen vaikuttaa se, mitä tuotannon ominaispiirteitä painotetaan eniten.

Kustannukset ja kannattavuus RFID- ja toiminnanohjausjärjestelmien integrointiprojektissa

Maailmantalouden jyrkkä lasku vuonna 2008 ajoi yritykset säästökuurille. Säästöjä pyritään saamaan esimerkiksi automatisoimalla toimintoja. Yksi tapa luoda kustannussäästöjä on käyttää RFIDteknologiaa varastoinnin toimien tehostukseen. Tämän tutkimuksen pääasiallisena tavoitteena on ollut rakentaa yksinkertainen laskentamalli RFID- ja toiminnanohjausjärjestelmien integrointiprojektin kustannusten ja kannattavuuden laskemiseen. Toisena tavoitteena on ollut selvittää, mitkä tekijät vaikuttavat investoinnin kannattavuuteen. Tutkimus rajattiin tarkastelemaan varaston saapuvan tavaran vastaanoton prosessia ja sen toimintojen automatisointia RFID-järjestelmän avulla. Laskentamalli muodostuu kolmesta osasta: investoinnin kokonaiskustannusten arvioinnista, investoinnista saatavien kustannussäästöjen arvioinnista ja kannattavuuslaskelmista. Investointien kokonaiskustannusten arviointia varten rakennettiin luettelo yleisimmistä kustannuslajeista. Investoinnista saatavien kustannussäästöjen arviointi tehtiin analysoimalla nykyprosesseja ja etsimällä niistä toimintoja, jotka tehostuvat RFID-järjestelmän avulla. Varsinaisina kannattavuuslaskentamenetelminä käytettiin investoinnin takaisinmaksuajan menetelmää sekä pääoman tuottoasteen menetelmää. Tutkimuksen tuloksena todettiin rakennetun laskentamallin soveltuvan hyvin investoinnin kustannusten ja kannattavuuden arviointiin. Samalla havaittiin yrityksen toimialan, saapuvien lähetysten määrän ja lähetysten rivimäärän vaikuttavan merkittävästi RFID- jatoiminnanohjausjärjestelmän integrointiprojektin kannattavuuteen.

Kustannuslaskentamalli EDI-yhteyksien vaihtoehtoisten toteutustapojen arviointiin

Työn tutkimusongelmana oli selvittää EDI-yhteyksien vaihtoehtoiset toteutustavat kustannuksineen. EDI-palveluiden käytöstä aiheutuvien kustannusten arviointia varten muodostettiin MS Office Excel -laskentamalli, jonka avulla voidaan arvioida perushankinnasta ja käytöstä aiheutuvia kustannuksia sekä EDI-projektin kannattavuutta. Tilaustenkäsittelyn yhteydessä syntyviä vuotuisia kustannuksia sekä kustannussäätöjä arvioitiin aikaperusteisen toimintolaskennan avulla.   Sovellettava teoria rajattiin toiminto- ja investointilaskennan alueelle. EDI-palveluita tarjoavilta operaattoreilta selvitettiin hinta, palveluiden laatu ja muut lisäarvopalvelut. Kustannustarkastelu rajattiin perushankintakustannusten ja käytönaikaisten kustannusten selvittämiseen. Työn tutkimusote on luonteeltaan konstruktiivinen, sillä tavoitteena oli luoda johdon päätöksentekoa tukeva laskentamalli.   Kartoituksen perusteella EDI:n käyttökustannuksiin vaikuttavat tekijät muodostuvat kolmesta ryhmästä, joita ovat sähköisten tilaussanomien piirissä olevien asiakkaiden ja toimittajien lukumäärä, verkkolaskut sekä EDI-sanomat. EDI-sanomien osalta vaikuttavana tekijänä on lähettävän sanoman muoto ja veloitusperuste.

Fast pyrolysis in circulating fluidized bed: feasibility study

Today the limitedness of fossil fuel resources is clearly realized. For this reason there is a strong focus throughout the world on shifting from fossil fuel based energy system to biofuel based energy system. In this respect Finland with its proven excellent forestry capabilities has a great potential to accomplish this goal. It is regarded that one of the most efficient ways of wood biomass utilization is to use it as a feedstock for fast pyrolysis process. By means of this process solid biomass is converted into liquid fuel called bio-oil which can be burnt at power plants, used for hydrogen generation through a catalytic steam reforming process and as a source of valuable chemical compounds. Nowadays different configurations of this process have found their applications in several pilot plants worldwide. However the circulating fluidized bed configuration is regarded as the one with the highest potential to be commercialized. In the current Master’s Thesis a feasibility study of circulating fluidized bed fast pyrolysis process utilizing Scots pine logs as a raw material was conducted. The production capacity of the process is 100 000 tonne/year of bio-oil. The feasibility study is divided into two phases: a process design phase and economic feasibility analysis phase. The process design phase consists of mass and heat balance calculations, equipment sizing, estimation of pressure drops in the pipelines and development of plant layout. This phase resulted in creation of process flow diagrams, equipment list and Microsoft Excel spreadsheet that calculates the process mass and heat balances depending on the bio-oil production capacity which can be set by a user. These documents are presented in the current report as appendices. In the economic feasibility analysis phase there were at first calculated investment and operating costs of the process. Then using these costs there was calculated the price of bio-oil which is required to reach the values of internal rate of return of 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, and 50%.

Power to Gas - sähköenergiasta luonnonkaasua, liiketoimintamahdollisuudet Suomessa

Uusiutuvan sähköntuotannon osuuden kasvaessa kasvaa tarve tasata sähköntuotannon ja kulutuksen vaihteluita varastoimalla sähköä. Power to Gas (PtG) - sähköenergiasta luonnonkaasua tarjoaa yhden mahdollisuuden varastoida sähköä. Sähköä käytetään veden elektrolyysiin, jossa syntynyt vety käytetään metanoinissa yhdessä hiilidioksidin kanssa muodostamaan korvaavaa luonnonkaasua. Näin syntynyttä korvaava luonnonkaasua sähköstä kutsutaan e-SNG-kaasuksi. Tässä työssä tutkitaan PtG-laitoksen investointi, käyttö- ja kunnossapitokuluja. Työssä luodaan laskentamalli, jolla lasketaan PtG-laitoksen neljälle käyttötapaukselle kannattavuuslaskelma. Käyttötapauksille lasketaan myös herkkyystarkasteluja. Kannattavuuslaskelmien perusteella päätellään PtG-laitoksen liiketoimintamahdollisuudet Suomessa. Työssä laskettujen kannattavuuslaskelmien perusteella PtG-laitoksen perustapausten liiketoimintamahdollisuudet ovat huonot. Laskettujen herkkyystarkastelujen perusteella havaittiin, että investointikulut, laitoksen ajoaika ja lisätulot hapesta ja lämmöstä ovat kannattavuuden kannalta kriittisimmät menestystekijät.

Asuinkerrostalon lämmöntuottojärjestelmän optimointi elinkaarikustannusten perusteella hyödynnettäessä lämpöpumpulla useita lämmönlähteitä

The basis of this thesis was to optimize heat pump that uses multiple heat sources to get competitive heating system for residential building when life cycle costs are considered. The objectives were to compile necessary information to calculate life cycle costs for heating system of residential building and start to compose of designing program for heat pump based heating systems. Examinations were made for the purchase energy need of residential building. Features of heat pump, considered refrigerant and potential heat sources were examined to find out heat production potential of heat pumps. Necessary information for life cycle cost calculation was also examined. Collected data was used in two case analyses to design selected heat production systems and calculate their life cycle costs. On the basis of case analyses heat pump based hybrid heat production systems are very competitive on life cycle cost comparison against district heating when residential building uses a lot of energy. New buildings use considerably less energy and achieved energy cost savings with heat pump systems may not be enough to cover the relatively high investment cost in reasonable time period compared to district heating system. The calculation method was found to require further development to at least include the cooling energy need of the building. Cooling demand will continue to grow in the future, which improves the heat pump based heat production systems competitiveness compared to other systems.

Kerrostalon kiinteistösähkönkulutuksen kompensointi aurinkosähköjärjestelmällä

Aurinkopaneeleiden hinta on laskenut reilusti viime vuosien aikana. Hinnan laskun seurauksena aurinkosähköjärjestelmiä on asennettu paljon yksityisiin rakennuksiin sekä Suomessa että muualla maailmassa. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan kerrostalon kiinteistösähkönkulutuksen kompensointia aurinkosähköjärjestelmällä. Kompensointia tutkitaan, koska näin saadaan taloudellisesti paras hyöty aurinkosähköjärjestelmästä. Kerrostalon kiinteistösähkönkulutuksella tarkoitetaan talon teknisten järjestelmien kuluttamaa sähköä. Järjestelmän sijoitusta tutkitaan katolle ja parvekekaiteisiin. Katolle sijoitettuna aurinkopaneelien tuotantoa tutkitaan siten, että paneelit ovat asennettu 45° ja 15° tasokulmaan. Aurinkosähköjärjestelmän investoinnin kannattavuutta tutkitaan taloyhtiön näkökulmasta.

Feasibility of industrial implementation of laser cutting into paper making machine

Laser cutting implementation possibilities into paper making machine was studied as the main objective of the work. Laser cutting technology application was considered as a replacement tool for conventional cutting methods used in paper making machines for longitudinal cutting such as edge trimming at different paper making process and tambour roll slitting. Laser cutting of paper was tested in 70’s for the first time. Since then, laser cutting and processing has been applied for paper materials with different level of success in industry. Laser cutting can be employed for longitudinal cutting of paper web in machine direction. The most common conventional cutting methods include water jet cutting and rotating slitting blades applied in paper making machines. Cutting with CO2 laser fulfils basic requirements for cutting quality, applicability to material and cutting speeds in all locations where longitudinal cutting is needed. Literature review provided description of advantages, disadvantages and challenges of laser technology when it was applied for cutting of paper material with particular attention to cutting of moving paper web. Based on studied laser cutting capabilities and problem definition of conventional cutting technologies, preliminary selection of the most promising application area was carried out. Laser cutting (trimming) of paper web edges in wet end was estimated to be the most promising area where it can be implemented. This assumption was made on the basis of rate of web breaks occurrence. It was found that up to 64 % of total number of web breaks occurred in wet end, particularly in location of so called open draws where paper web was transferred unsupported by wire or felt. Distribution of web breaks in machine cross direction revealed that defects of paper web edge was the main reason of tearing initiation and consequent web break. The assumption was made that laser cutting was capable of improvement of laser cut edge tensile strength due to high cutting quality and sealing effect of the edge after laser cutting. Studies of laser ablation of cellulose supported this claim. Linear energy needed for cutting was calculated with regard to paper web properties in intended laser cutting location. Calculated linear cutting energy was verified with series of laser cutting. Practically obtained laser energy needed for cutting deviated from calculated values. This could be explained by difference in heat transfer via radiation in laser cutting and different absorption characteristics of dry and moist paper material. Laser cut samples (both dry and moist (dry matter content about 25-40%)) were tested for strength properties. It was shown that tensile strength and strain break of laser cut samples are similar to corresponding values of non-laser cut samples. Chosen method, however, did not address tensile strength of laser cut edge in particular. Thus, the assumption of improving strength properties with laser cutting was not fully proved. Laser cutting effect on possible pollution of mill broke (recycling of trimmed edge) was carried out. Laser cut samples (both dry and moist) were tested on the content of dirt particles. The tests revealed that accumulation of dust particles on the surface of moist samples can take place. This has to be taken into account to prevent contamination of pulp suspension when trim waste is recycled. Material loss due to evaporation during laser cutting and amount of solid residues after cutting were evaluated. Edge trimming with laser would result in 0.25 kg/h of solid residues and 2.5 kg/h of lost material due to evaporation. Schemes of laser cutting implementation and needed laser equipment were discussed. Generally, laser cutting system would require two laser sources (one laser source for each cutting zone), set of beam transfer and focusing optics and cutting heads. In order to increase reliability of system, it was suggested that each laser source would have double capacity. That would allow to perform cutting employing one laser source working at full capacity for both cutting zones. Laser technology is in required level at the moment and do not require additional development. Moreover, capacity of speed increase is high due to availability high power laser sources what can support the tendency of speed increase of paper making machines. Laser cutting system would require special roll to maintain cutting. The scheme of such roll was proposed as well as roll integration into paper making machine. Laser cutting can be done in location of central roll in press section, before so-called open draw where many web breaks occur, where it has potential to improve runability of a paper making machine. Economic performance of laser cutting was done as comparison of laser cutting system and water jet cutting working in the same conditions. It was revealed that laser cutting would still be about two times more expensive compared to water jet cutting. This is mainly due to high investment cost of laser equipment and poor energy efficiency of CO2 lasers. Another factor is that laser cutting causes material loss due to evaporation whereas water jet cutting almost does not cause material loss. Despite difficulties of laser cutting implementation in paper making machine, its implementation can be beneficial. The crucial role in that is possibility to improve cut edge strength properties and consequently reduce number of web breaks. Capacity of laser cutting to maintain cutting speeds which exceed current speeds of paper making machines what is another argument to consider laser cutting technology in design of new high speed paper making machines.

Planification et dimensionnement des réseaux optiques de longues distances

Le projet de recherche porte sur l'étude des problèmes de conception et de planification d'un réseau optique de longue distance, aussi appelé réseau de coeur (OWAN-Optical Wide Area Network en anglais). Il s'agit d'un réseau qui transporte des flots agrégés en mode commutation de circuits. Un réseau OWAN relie différents sites à l'aide de fibres optiques connectées par des commutateurs/routeurs optiques et/ou électriques. Un réseau OWAN est maillé à l'échelle d'un pays ou d’un continent et permet le transit des données à très haut débit. Dans une première partie du projet de thèse, nous nous intéressons au problème de conception de réseaux optiques agiles. Le problème d'agilité est motivé par la croissance de la demande en bande passante et par la nature dynamique du trafic. Les équipements déployés par les opérateurs de réseaux doivent disposer d'outils de configuration plus performants et plus flexibles pour gérer au mieux la complexité des connexions entre les clients et tenir compte de la nature évolutive du trafic. Souvent, le problème de conception d'un réseau consiste à prévoir la bande passante nécessaire pour écouler un trafic donné. Ici, nous cherchons en plus à choisir la meilleure configuration nodale ayant un niveau d'agilité capable de garantir une affectation optimale des ressources du réseau. Nous étudierons également deux autres types de problèmes auxquels un opérateur de réseau est confronté. Le premier problème est l'affectation de ressources du réseau. Une fois que l'architecture du réseau en termes d'équipements est choisie, la question qui reste est de savoir : comment dimensionner et optimiser cette architecture pour qu'elle rencontre le meilleur niveau possible d'agilité pour satisfaire toute la demande. La définition de la topologie de routage est un problème d'optimisation complexe. Elle consiste à définir un ensemble de chemins optiques logiques, choisir les routes physiques suivies par ces derniers, ainsi que les longueurs d'onde qu'ils utilisent, de manière à optimiser la qualité de la solution obtenue par rapport à un ensemble de métriques pour mesurer la performance du réseau. De plus, nous devons définir la meilleure stratégie de dimensionnement du réseau de façon à ce qu'elle soit adaptée à la nature dynamique du trafic. Le second problème est celui d'optimiser les coûts d'investissement en capital(CAPEX) et d'opération (OPEX) de l'architecture de transport proposée. Dans le cas du type d'architecture de dimensionnement considérée dans cette thèse, le CAPEX inclut les coûts de routage, d'installation et de mise en service de tous les équipements de type réseau installés aux extrémités des connexions et dans les noeuds intermédiaires. Les coûts d'opération OPEX correspondent à tous les frais liés à l'exploitation du réseau de transport. Étant donné la nature symétrique et le nombre exponentiel de variables dans la plupart des formulations mathématiques développées pour ces types de problèmes, nous avons particulièrement exploré des approches de résolution de type génération de colonnes et algorithme glouton qui s'adaptent bien à la résolution des grands problèmes d'optimisation. Une étude comparative de plusieurs stratégies d'allocation de ressources et d'algorithmes de résolution, sur différents jeux de données et de réseaux de transport de type OWAN démontre que le meilleur coût réseau est obtenu dans deux cas : une stratégie de dimensionnement anticipative combinée avec une méthode de résolution de type génération de colonnes dans les cas où nous autorisons/interdisons le dérangement des connexions déjà établies. Aussi, une bonne répartition de l'utilisation des ressources du réseau est observée avec les scénarios utilisant une stratégie de dimensionnement myope combinée à une approche d'allocation de ressources avec une résolution utilisant les techniques de génération de colonnes. Les résultats obtenus à l'issue de ces travaux ont également démontré que des gains considérables sont possibles pour les coûts d'investissement en capital et d'opération. En effet, une répartition intelligente et hétérogène de ressources d’un réseau sur l'ensemble des noeuds permet de réaliser une réduction substantielle des coûts du réseau par rapport à une solution d'allocation de ressources classique qui adopte une architecture homogène utilisant la même configuration nodale dans tous les noeuds. En effet, nous avons démontré qu'il est possible de réduire le nombre de commutateurs photoniques tout en satisfaisant la demande de trafic et en gardant le coût global d'allocation de ressources de réseau inchangé par rapport à l'architecture classique. Cela implique une réduction substantielle des coûts CAPEX et OPEX. Dans nos expériences de calcul, les résultats démontrent que la réduction de coûts peut atteindre jusqu'à 65% dans certaines jeux de données et de réseau.

Accelerated aging of thick glass second surface silvered reflectors under sandstorm conditions

Concentrated solar power systems are expected to be sited in desert locations where the direct normal irradiation is above 1800 kWh/m2.year. These systems include large solar collector assemblies, which account for a significant share of the investment cost. Solarreflectors are the main components of these solar collector assemblies and dust/sand storms may affect their reflectance properties, either by soiling or by surface abrasion. While soiling can be reverted by cleaning, surface abrasion is a non reversible degradation.The aim of this project was to study the accelerated aging of second surface silvered thickglass solar reflectors under simulated sandstorm conditions and develop a multi-parametric model which relates the specular reflectance loss to dust/sand storm parameters: wind velocity, dust concentration and time of exposure. This project focused on the degradation caused by surface abrasion.Sandstorm conditions were simulated in a prototype environmental test chamber. Material samples (6cm x 6cm) were exposed to Arizona coarse test dust. The dust stream impactedthese material samples at a perpendicular angle. Both wind velocity and dust concentrationwere maintained at a stable level for each accelerated aging test. The total exposure time in the test chamber was limited to 1 hour. Each accelerated aging test was interrupted every 4 minutes to measure the specular reflectance of the material sample after cleaning.The accelerated aging test campaign had to be aborted prematurely due to a contamination of the dust concentration sensor. A robust multi-parametric degradation model could thus not be derived. The experimental data showed that the specular reflectance loss decreasedeither linearly or exponentially with exposure time, so that a degradation rate could be defined as a single modeling parameter. A correlation should be derived to relate this degradation rate to control parameters such as wind velocity and dust/sand concentration.The sandstorm chamber design would have to be updated before performing further accelerated aging test campaigns. The design upgrade should improve both the reliability of the test equipment and the repeatability of accelerated aging tests. An outdoor exposure test campaign should be launched in deserts to learn more about the intensity, frequencyand duration of dust/sand storms. This campaign would also serve to correlate the results of outdoor exposure tests with accelerated exposure tests in order to develop a robust service lifetime prediction model for different types of solar reflector materials.