Dekontaminointimenetelmien arviointi ja toimintaprosessien tehostaminen Loviisan voimalaitoksella

Tämän diplomityön lähtökohtana oli Loviisan voimalaitoksella 2006 käynnistyneen valvonta-alueen laajennusprojektin (VAJAKO) uudistettavien dekontaminointitilojen tehostaminen. Diplomityössä arvioitiin Loviisan voimalaitoksen dekontaminointikeskuksissa käytössä olevien puhdistusmenetelmien tehokkuutta ja toimivuutta. Tämän lisäksi työssä tutkittiin tarkemmin kahta "uutta" dekontaminointimenetelmää, joista toisen menetelmän toimivuutta kokeiltiin pienimuotoisen kokeen avulla. Dekontaminointimenetelmien arviointi ja toimintaprosessien tehostaminen tehtiin kirjalliseen materiaaliin, käyttäjiltä saatuihin kommentteihin sekä kokeista saatuihin tuloksiin perustuen. Dekontaminointimenetelmien arviointi aloitettiin kirjallisen materiaalin tutustumisella, jonka perusteella valittiin kaksi tarkemmin tutkittavaa menetelmää. Kirjalliseen materiaaliin pohjautuvaa tietoa verrattiin käytännön kokemuksiin vierailemalla mm. Forsmarkin, Oskarshamnin, Olkiluodon ja Ringhalsin ydinvoimalaitoksissa. Työntekijöiltä saatujen tietojen sekä kirjalliseen materiaaliin pohjautuen valittiin toinen tutkituista menetelmistä käytännön kokeeseen. Kokeessa tutkittiin menetelmän toimivuutta mm. dekontaminointituloksen, puhdistusajan ja syntyvän nestemäisen jätteen määrän perusteella. Kokeista saadut tulokset yhdistettiin kirjallisen materiaalin ja käyttäjiltä saatujen kokemusten kanssa yhdeksi kokonaisuudeksi. Työssä tarkasteltiin myös Loviisan voimalaitoksen metalliromujen käsittelyprosessin toimivuutta. Toimivuuden arvioinnissa kiinnitettiin erityistä huomiota syntyperäisen lajittelun parantamiseen, jonka seurauksena puhtaiden metalliromujen dekontaminointitarve vähenee käytännössä.

Prosessitietokoneen käytön kehittäminen Mertaniemen voimalaitoksella

Mertaniemen voimalaitoksien prosessitietokone (PTK) on uusittu keväällä 2005. Tämän työn tarkoituksena on ollut auttaa PTK:n virheiden korjaamisessa ja puut-teiden kartoittamisessa. Työssä on keskitytty etenkin prosessiraportoinnin tekemiseen. Työn alussa on kerrottu Mertaniemen voimalaitoksen tekniset tiedot ja PTK:n hankinnan taustatietoja. Uudesta PTK-järjestelmästä on kuvattu laitteisto, sovellus ja perusohjelmistot. PTK:n ja muiden järjestelmien välinen tiedonsiirto on myös kuvattu. PTK muuttujien nimeäminen on esitelty, jotta olisi helpompi hahmottaa työssä käytettyjen positioiden merkityksiä. Prosessiraportoinnin kehittämisessä kuvataan raporttien tarvetta ja niiden sisältöä sekä sitä kuinka raportit on tehty. Päästöraportointi on esitetty omana osa-alueenaan, koska voimalaitosten päästöjen seurantaa edellytetään tehtävän viran¬omaismääräysten ja EU-direktiivien vaatimusten mukaisesti. Raporttien lisäksi prosessiarvojen seuraamista helpottamaan on tehty yhteisiä trendi- ja työtilanäyttöjä. PTK:n ongelmakohtina on käsitelty muuttujien tunnuksissa ja nimissä olevat virheet sekä PTK laskennan tarkastaminen. Muuttujien nimien ja laskennan tarkas¬tusta tehtiin prosessiraportoinnin tekemisen yhteydessä sekä yhteistyössä PTK-järjestelmän toimittaneen Metso Automation Oy:n kanssa. Päästölaskennan korjaaminen oli erityisen tärkeää.

Comparison of electricity generation costs

The economical competitiveness of various power plant alternatives is compared. The comparison comprises merely electricity producing power plants. Combined heat and power (CHP) producing power will cover part of the future power deficit in Finland, but also condensing power plants for base load production will be needed. The following types of power plants are studied: nuclear power plant, combined cycle gas turbine plant, coal-fired condensing power plant, peat-fired condensing power plant, wood-fired condensing power plant and wind power plant. The calculations are carried out by using the annuity method with a real interest rate of 5 % per annum and with a fixed price level as of January 2008. With the annual peak load utilization time of 8000 hours (corresponding to a load factor of 91,3 %) the production costs would be for nuclear electricity 35,0 €/MWh, for gas based electricity 59,2 €/MWh and for coal based electricity 64,4 €/MWh, when using a price of 23 €/tonCO2 for the carbon dioxide emission trading. Without emission trading the production cost of gas electricity is 51,2 €/MWh and that of coal electricity 45,7 €/MWh and nuclear remains the same (35,0 €/MWh) In order to study the impact of changes in the input data, a sensitivity analysis has been carried out. It reveals that the advantage of the nuclear power is quite clear. E.g. the nuclear electricity is rather insensitive to the changes of nuclear fuel price, whereas for natural gas alternative the rising trend of gas price causes the greatest risk. Furthermore, increase of emission trading price improves the competitiveness of the nuclear alternative. The competitiveness and payback of the nuclear power investment is studied also as such by using various electricity market prices for determining the revenues generated by the investment. The profitability of the investment is excellent, if the market price of electricity is 50 €/MWh or more.

Voimalaitoksen BoP-järjestelmien prosessikaavioiden ja -kuvausten suunnitteluohjeistus

Tässä työssä luodaan voimalaitoksen BoP- järjestelmien prosessikaavioiden- ja kuvausten suunnitteluohjeistus Sweco Industy Oy:n energia-yksikölle. BoP- järjestelmiin lukeutuvat tässä kaikki oleellisimmat voimalaitoksen apujärjestelmät kuten esimerkiksi suljettu jäähdytysvesipiiri. Tämä työ on tehty erään Keski-Euroopan alueella sijaitsevan voimalaitosprojektin yhteydessä ja tämä ohjeistus toimii pohjatietona myöhemmin tehtäville täydennyksille. Työn alkuosassa esitellään käytössä oleva piirto-ohjelma sekä sovellettava standardi KKS ja sen käyttö. Käytetyt kaaviotyypit ja niiden sisältö käydään pääpiirteissään läpi. Pääpaino työssä on PI-kaavioiden suunnittelemisen ja piirtämisen ohjeistaminen ja yhdenmukaistaminen. Piirtämiseen ja kaavioiden esittämiseen on kerätty olemassa olevaa tietoa eri suunnittelijoilta joiden avulla on valittu käyttöön tuleva esitystapa. Työn aikana ilmeni ongelmia prosessikaavioiden piirto-ohjelman kanssa. Piirto-ohjelmana käytetty Comos on vielä kehitysvaiheessa ja sen tietokannan ja toiminnan muokkaaminen yhtiön tarpeita vastaavaksi tulee viemään vielä aikaa. Tämä onkin tulevaisuutta ajatellen tärkein kehityskohde.

Voimalaitosalan koulutusaineiston kehittäminen ja tuottaminen

Henkilökunnan korkea ammattitaito on avainasemassa voimalaitosalalla. Kuten monella muullakin teollisuusalalla, henkilöstön osaamisessa on tärkeä sija niin sanotulla hiljaisella tiedolla, jota kartutetaan työssä oppimalla. Tämän diplomityön ensimmäinen päämäärä oli kehittää menetelmä hiljaisen tiedon keräämiseksi voimalaitoksilla. Toinen päämäärä oli jatkaa Pohjolan Voiman vuosituhannen alussa aloittamaa projektia voimalaitosalan koulutusaineiston tuottamisen ja kehittämisen parissa. Diplomityössä kartoitettiin tilannetta voimalaitoksilla haastatteluin, lisäksi paikan päällä ollessa laadittiin listaa materiaalitarpeista, joita voimalaitoksilla on koulutusaineiston suhteen. Päällimmäisenä tavoitteena oli luoda tulevaisuutta varten mahdollisimman selvät suuntaviivat koulutusaineiston jatkokehitystä sekä hiljaisen tiedon keruuta silmälläpitäen.

Ilmaan johdettavien epäpuhtauksien päästökartoitus Porvoon öljynjalostamolla

Työn tarkoituksena oli laatia suunnitelma ilmaan johdettavien epäpuhtauksien päästökartoitukselle Porvoon öljynjalostamolla. Raskasmetallien, metaanin, fluorivetyhapon, rikkivedyn ja ammoniakin merkittävät päästöpaikat ja -tarkkailumenetelmät kartoitettaisiin tulevaa päästöraportointia varten. Tarkkailun alaisten komponenttien muodostuminen, kulkeutuminen ja merkittävät päästöpaikat Porvoon jalostamolla selvitettiin kirjallisuuslähteiden, jalostamon toimintajärjestelmän ohjeiden sekä työntekijöiden haastattelujen perusteella. Merkittäviä häiriöpäästötilanteita kartoitettiin ja arvioitiin jalostamon poikkeamatilastojen ja haastattelujen avulla. Normaalitoiminnan aikana tarkkailun alaisista epäpuhtauksista vapautuu ilmaan merkittäviä määriä ainoastaan metaania ja raskasmetalleja. Metaania vapautuu ilmaan polttoprosesseissa sekä hajapäästönä. Raskasmetallipäästöjä syntyy pohjaöljyn poltossa energialaitoksella sekä leijukatalyyttisessä krakkauksessa. Rikkilaitosten häiriötilanteista aiheutuu rikkivety- ja ammoniakkipäästöjä pääasiassa soihtujärjestelmän kautta. Alkylointiyksikön vuodoissa voi vapautua fluorivetyhappoa ilmaan. Päästömääriä arvioidaan pääosin laskennallisesti. Päästökartoitussuunnitelma on kokonaisuudessaan tämän työn liitteenä. Näyttäisi siltä, että TRS-yhdisteiden, ammoniakin ja fluorivetyhapon ilmapäästöt eivät ole merkittäviä Porvoon öljynjalostamolla. Uuden pohjaöljy-yksikön käyttöönotto on vähentänyt myös raskasmetallipäästöjä energialaitoksella. Metaanipäästö vaikuttaa kartoitukseen sisällytettävistä epäpuhtauksista merkityksellisimmältä Porvoon öljynjalostamolla.

Kierrätyspolttoaineen käyttö leijupetikattilan konseptiin

Diplomityö tehtiin Rautjärven kunnassa sijaitsevalle M-real Simpeleen tehtaan voimalaitokselle. Voimalaitoksella on leijupetikattila ja se tuottaa prosessilämmön ja höyryn kartonki- ja paperikoneelle. Vuotuinen energiantuotanto on noin 115 GWh. Diplomityön tavoitteena oli tutkia kierrätyspolttoaineen käyttöä osana voimalaitoksen polttoainekonseptista. Voimalaitoksen biokattila on leijupetikattila, jossa poltetaan tehtaalta tulevaa kuorta ja lietettä sekä tehtaan ulkopuolisia puuperäisiä biopolttoaineita ja turvetta. Yksi työn päätavoitteista oli laatia voimassa olevan ympäristöluvan muutoshakemus, jotta kierrätyspolttoaineen käytölle saataisiin lupa. Suurten polttolaitosten päästöjen tarkkailu- ja raportointivaatimukset ovat uudistuneet viime vuosina paljon. Suurimpia muutosten aiheuttajia ovat Valtioneuvoston asetukset 1017/2002 ja 362/2003. Tässä työssä kuvataan uusien asetusten tuomia vaatimuksia itse kattilalle ja polttoaineen syötölle, jatkuvatoimisille mittalaitteille ja muille suoritettaville mittauksille. Uutena asiana on myös ilmapäästöjen seurantamittaukset ja -tapa, jolla tulokset ilmoitetaan. Mahdollisimman pieniin leijupetikattilamuutoksiin uskotaan pääsevän korvaamalla kierrätyspolttoaine REF1:llä 5 – 10 % turpeesta tai puupolttoaineista.

Vertailuanalyysin käyttö termohydraulisten koelaitteistojen tulosten laitosmittakaavaan skaalautumisen tutkimisessa

Työn tavoitteena oli tarkastella termohydraulisten koelaitteistojen skaalauksessa käytettäviä periaatteita ja menettelyjä sekä vertailla Apros-simulaattoriohjelmalla laskettuja kanden koelaitteistomallin ja EPR-mallin tuloksia. Tarkoituksena oli saada käsitys siitä, miten hyvin tarkastellut koelaitteistot kuvaavat EPR-Iaitostyypin käyttäytymistä onnettomuustilanteessa. Malleilla tutkittiin jäähdytteen määrän vaikutusta primääripiirin käyttäytymiseen. Koelaitteistomallien tuloksissa toistuvat samat ilmiöt kuin EPR-mallin tuloksissa. Laskettuja PKL-koelaitteistomallin tuloksia vertailtiin myös koelaitteistolla suoritettuun kokeeseen. PKL-mallin todettiin toistavan hyvin kokeen tulokset. Koelaitteistojen tuloksien perusteella kelpoistetaan laskentaohjelmia, joita käytetään ydinvoimalaitosten turvallisuustutkimuksessa. Erityistä harkintaa tulee käyttää koelaitteistojen tulosten hyödyntämisessä, sillä mittakaava vaikuttaa ilmiöiden esiintymiseen.

Pienvesivoiman elvytys, käyttöönotto ja kannattavuus

Uusiutuvan energian tuottamisen lisääminen on edellytys saavuttaaksemme EU:n asettamat tavoitteet. Tämän takia on syytä tutkia kaikki mahdollisuudet uusiutuvan energian tuottamisen lisäämiseksi jopa aivan pienimmistä laitoksista lähtien. Tämän työn tarkoituksena on tutkia pienvesivoiman taloudellisuutta ja kannattavuutta energiantuotannossa. Työssä suoritetaan myös kustannuslaskenta, jossa pohditaan käytöstä poistetun laitoksen palauttamista takaisin sähkön tuotantoon. Samalla käydään läpi teknisiä, taloudellisia ja lakisääteisiä kysymyksiä, joita pienvoiman verkkoonliittäminen aiheuttaa. Tämä työ on eräänlainen käsikirja pienvesivoimasta. Pienvesivoiman liittäminen jakeluverkkoon on sinällään suojausteknisesti yksinkertaista, mutta kaikkien eri taloudellisten ja lakiteknisten tekijöiden huomioonottaminen on puolestaan haastavaa. Laitosten käyttö ja kunnossapito eivät sinällään vaadi sähköteknistä osaamista, kunhan turvallisuusseikat otetaan visusti huomioon. Työssä havaittiin, että pienvesivoima ei pienissä laitoksissa riitä kattamaan suuria työvoimakustannuksia, joita syntyy, kun yritysten henkilökunta ottaa osaa laitoksen toimintaan. Toisaalta pienvesivoima on erinomainen tapa tuottaa sähköä yksityiselle ihmiselle, mikäli hän on itse valmis operoimaan laitosta eikä laske omalle työlleen suuria kustannuksia. Edellytyksenä on, että omalta maa‐alueelta löytyy pienikin puro suhteellisen läheltä jakeluverkkoa.

Matala-aktiivisen metallijätteen aktiivisuusmittaukset Loviisan voimalaitoksella

Tämän diplomityön lähtökohtana oli metallijätteen mittausmenetelmien kehittäminen Loviisan voimalaitoksella. Työn taustalla oli myös Säteilyturvakeskuksen antaman ohjeen YVL 8.2 ’Ydinjätteiden ja käytöstä poistettujen ydinlaitosten vapauttaminen valvonnasta’ uusinta. Työssä arvioitiin miten YVL 8.2 -ohjeen päivitys vaikuttaa Loviisan voimalaitoksen metallijätteen käsittelyyn vapautusmenettelyn osalta. Diplomityössä arvioitiin eri aktiivisuusmittausmenetelmien havaitsemia aktiivisuuksia metallijätteessä. Metallijätteen mittausmenetelmien arviointi aloitettiin kirjalliseen materiaaliin tutustumisella, jonka jälkeen mittausmenetelmiä verrattiin kokeellisesti. Verrattavia mittauksia olivat suora kontaminaatiomittaus, gammaspektrometrinen mittaus, kuiva-, märkä-, ja happopyyhintänäytteet sekä mittaus Condor E -monitorilla. Diplomityö sisältää myös arvioinnin ajoneuvojen säteilymittauslaitteiston käytöstä metallijätteen valvonnasta vapauttamisessa. Työssä arvioitiin myös mittausmenetelmän vaikutusta logistiikkaketjuun Loviisan voimalaitoksella ja kaiken metallijätteen loppusijoittamisen vaikutuksia. Nykyinen metallijätteen vapautusmenettely on raskas, eikä täysin uusitun ohjeen YVL 8.2 vaatimusten mukainen. Diplomityön tuloksena metallijätteen käsittelymenetelmäksi suositellaan metallijätteen vapauttamista valvonnasta seuraavin menettelyin. Pieni metallijäte tulisi huolellisen esimittauksen jälkeen pakata ja analysoida gammaspektrometrisesti. Suuret metallijätekappaleet tulisi analysoida pyyhintänäytteiden perusteella. Pyyhintänäytteiden analysointi kannattaisi suorittaa gammaspektrometrillä, koska sillä saavutetaan tarkin tulos ja se on täysin ohjeen YVL 8.2 vaatimusten mukainen. Loppusijoitusluolaan tulisi sijoittaa mahdollisimman pieni määrä vapauttamiskelpoista metallijätettä. Myös ajoneuvojen säteilymittauslaitteiston käyttöä varmentavana mittauksena tulisi tehostaa.

Tapahtumien tutkinnan systematisointi Loviisan voimalaitoksella

Tämä diplomityö käsittelee tapahtumien tutkinnan systematisointia Loviisan voimalaitoksella. Nykyisin Loviisan voimalaitoksella tutkitaan tapahtumia usealla tavalla eikä raporttien tuloksia pystytä täysin hyödyntämään. Diplomityössä käydään läpi erilaisia tapahtumien tutkintamenetelmiä sekä tutustutaan perussyyanalyysimenetelmiin. Matalan tason tapahtumien tutkintaan kehitettiin kysymyslista, jolla saadaan helposti selville tapahtumien ongelma-alueet. Kysymyslista mahdollisti myös tapahtumien laaja-alaisen luokittelun, jonka avulla tunnistetaan eri tapahtumien kautta ilmenneitä yhteisiä ongelma-alueita. Tapahtumien tutkintaan liittyy myös riskien arviointi. Tässä diplomityössä kehitettiin riskimatriisi tapahtuman vakavuuden ja jatkoselvitystarpeen arvioinnin avuksi. Perussyyanalyysimenetelmistä AcciMap-menetelmä osoittautui käyttökelpoiseksi ja sitä suositellaan kokeiltavaksi seuraavan inhimilliseen toimintaan liittyvän perussyyanalyysin yhteydessä.

Höyry- ja kaasuturbiinin mallintaminen prosessisimulointiohjelmaan

Tässä diplomityössä on mallinnettu höyry- ja kaasuturbiini Balas -prosessisimulointi-ohjelmaan. Balas on Valtion Teknillisen Tutkimuskeskuksen kehittämä simulointiohjelma, erityisesti paperi- ja selluteollisuuden prosessien staattiseen simulointiin. Työn tavoitteena on kehittää simulointimallit höyry- ja kaasuturbiinille, sekä tutkia niiden toimivuutta vertaamalla simulointeja mittaus- ja mitoitustietoihin. Työssä on muodostettu matemaattiset mallit höyryturbiinille, höyryturbiinin säätövyöhykkeelle sekä höyryturbiinin off-design laskennalle. Kaasuturbiinille muodostettiin toimintakäyrät, joiden avulla tarkastellaan sen toimintaa off-design tilanteessa. Komponentit mallinnettiin diplomityövaiheessa Matlab-ympäristöön, josta ne siirretään Balasiin erillisessä työvaiheessa. Malleissa on kiinnitetty huomiota erityisesti niiden helppokäyttöisyyteen ja monipuolisuuteen. Höyryturbiinimalleja testattiin simuloimalla erään paperitehtaan yhteydessä toimivan voimalaitoksen vastapaineturbiini säätövyöhykkeineen ja vertaamalla simulointituloksia tehtaan mittaustietoihin. Kaasuturbiinimallia testattiin vertaamalla GE Power MS 7001 kaasuturbiinin mitoitustietoja vastaavilla parametreilla simuloituun tapaukseen.

Tuulivoimakäytön verkkoliitynnät ja mittaukset

Tässä työssä tutkitaan muuttuvanopeuksisen tuulivoimakäytön verkkoliityntöjä, verkkomääräyksiä ja mittausmenetelmiä Euroopassa. Yleiset tuulivoimalaitoksen verkkomääräyksiin liittyvät asiat on selitetty standardisarjassa IEC 61000 ja mittauksiin liittyvät säännökset standardissa IEC 61400-21. Työssä selvitetään Euroopan yleiset verkkomääräykset ja vertaillaan niitä keskenään, sekä määritetään tärkeimmät mittaukset. Lisäksi esitellään eräs standardimittauksiin soveltuva mittalaite ja analysoidaan täystehomuokkaimen suorituskykyä tuulivoimapuistossa. Työssä havaittiin, että standardin mukaisten mittausten toteuttaminen ja analysointi on hyvin haastava prosessi. Verkkomääräysten eroavaisuudet aiheuttavat hankaluuksia tuulivoimalan valmistajan ja verkko-operaattorien välillä. Täten myös konvertterivalmistajan täytyy olla selvillä käytössä olevista verkkomääräyksistä ja standardeista.

Ydinvoimalaitoksen elinkaaren ympäristönäkökohdat ja rakentamisvaiheen ympäristöjohtaminen

Ympäristöasiat ovat nousseet merkittävän tarkastelun kohteeksi yhteiskunnan kaikissa toiminnoissa. Yritysten ympäristöjohtamisen välineeksi on kehitetty ympäristöjärjestelmiä, joiden lähtökohtana on toiminnan ympäristönäkökohtien ja -vaikutusten tunnistaminen. Työn tavoitteena on luoda perusta Fennovoiman ympäristöjärjestelmää varten ja löytää keinoja ydinvoimalaitoksen rakennustyömaan ympäristönäkökohtien ja -vaikutusten hallitsemiseksi. Työn teoriaosassa keskitytään tarkastelemaan ISO 14001 -standardin mukaisen ympäristöjärjestelmän toteuttamiseen ja ylläpitoon liittyviä perusasioita, kuten ympäristönäkökohtien ja -vaikutusten tunnistamista, päämääriä ja tavoitteita sekä jatkuvan parantamisen periaatetta. Työn tutkimusosassa tarkastellaan ydinvoimalaitoshankkeen elinkaaren ympäristönäkökohtia ja -vaikutuksia sekä kartoitetaan keinoja rakentamisvaiheen ympäristöjohtamiseksi kahden eri rakentamisvaiheen toteutusmallin tapauksessa. Avainasemassa ovat määritellyt tavoitteet, tiedonkulku ja yhteistyö eri osapuolten välillä

Células a combustível de baixa potência para aplicações estacionárias

A paradigmatic shift in developing fuel cell for stationary applications has been occurring in the last ten years. Previously, 100 kW class to a few MW class power plants were preferred but recently, the development has drifted towards units of only a few kW. The motivation is the present market situation, which favors disperse residential electric power generation from natural or liquefied gas. Membrane-type fuel cells are very promising for this application, due to their present state of development in the automobile industry. More recently, small ceramic fuel cells (SOFC) has also been found to be adequate for this application. Considering a family of 4 members, 1 kW (electric) units seem to be optimal for individual residences. This presentation discusses briefly the Brazilian scenario with respect to these units.