Optimization of Soil Stabilization with Class C Fly Ash, January 1987

Previous Iowa DOT sponsored research has shown that some Class C fly ashes are ementitious (because calcium is combined as calcium aluminates) while other Class C ashes containing similar amounts of elemental calcium are not (1). Fly ashes from modern power plants in Iowa contain significant amounts of calcium in their glassy phases, regardless of their cementitious properties. The present research was based on these findings and on the hyphothesis that: attack of the amorphous phase of high calcium fly ash could be initiated with trace additives, thus making calcium available for formation of useful calcium-silicate cements. Phase I research was devoted to finding potential additives through a screening process; the likely chemicals were tested with fly ashes representative of the cementitious and non-cementitious ashes available in the state. Ammonium phosphate, a fertilizer, was found to produce 3,600 psi cement with cementitious Neal #4 fly ash; this strength is roughly equivalent to that of portland cement, but at about one-third the cost. Neal #2 fly ash, a slightly cementitious Class C, was found to respond best with ammonium nitrate; through the additive, a near-zero strength material was transformed into a 1,200 psi cement. The second research phase was directed to optimimizing trace additive concentrations, defining the behavior of the resulting cements, evaluating more comprehensively the fly ashes available in Iowa, and explaining the cement formation mechanisms of the most promising trace additives. X-ray diffraction data demonstrate that both amorphous and crystalline hydrates of chemically enhanced fly ash differ from those of unaltered fly ash hydrates. Calciumaluminum- silicate hydrates were formed, rather than the expected (and hypothesized) calcium-silicate hydrates. These new reaction products explain the observed strength enhancement. The final phase concentrated on laboratory application of the chemically-enhanced fly ash cements to road base stabilization. Emphasis was placed on use of marginal aggregates, such as limestone crusher fines and unprocessed blow sand. The nature of the chemically modified fly ash cements led to an evaluation of fine grained soil stabilization where a wide range of materials, defined by plasticity index, could be stabilized. Parameters used for evaluation included strength, compaction requirements, set time, and frost resistance.

Development of a Rational Characterization Method for Iowa Fly Ash, HR-286, 1988

This research project was conducted in an attempt to determine the cause of paste strength variability in Iowa fly ashes and to develop test methods to more adequately reflect fly ash physical and chemical characteristics. An extensive three year sampling and testing program was developed and initiated which incorporated fly ash from several Iowa power plants. Power plant design and operating data were collected. The variability was directly linked to power plant maintenance schedules and to sodium carbonate coal pretreatment. Fly ash physical and chemical properties can change drastically immediately before and after a maintenance outage. The concentrations of sulfate bearing minerals in the fly ash increases sharply during shutdown. Chemical, mineralogical, and physical testing indicated that the sodium, sulfate bearing minerals, lime and tricalcium aluminate contents of the fly ashes play important roles in the development of hydration reaction products in fly ash pastes. The weak pastes always contained ettringite as the major reaction product. The strong pastes contained straetlingite and monosulfoaluminate as the major reaction products along with minor amounts of ettringite. Recommendations for testing procedure changes and suggested interim test methods are presented.

Ympäristötietämyksen hallintasovelluksen kehittäminen

Uudistunut ympäristölainsäädäntö vaatii energiantuotantolaitoksilta yhä enemmän järjestelmällistä ympäristötiedon hallintaa. LCP- ja jätteenpolttoasetuksen velvoitteet ovat asettaneet uusia vaatimuksia päästöjen valvontaan ja siihen käytettävien mittausjärjestelmien laadunvarmennukseen sekä päästötietojen raportointiin. Uudistukset ovat lisänneet huomattavasti laitoksilla ympäristötiedon käsittelyyn kuluvaa aikaa. Laitosten toimintaehdot määritellään ympäristöviranomaisen myöntämässä ympäristöluvassa, joka on tärkein yksittäinen laitoksen toimintaa ohjaava tekijä. Tämän lisäksi monet toimijat haluavat parantaa ympäristöasioiden tasoaan vapaaehtoisilla ympäristöjärjestelmillä. Tässä diplomityössä kuvataan energiantuotantolaitosten ympäristöasioiden tallentamiseen ja hallintaan kehitetty selainpohjainen Metso Automationin DNAecoDiary'sovellus. Työ on rajattu koskemaan Suomessa toimivia LCP- ja/tai jätteenpolttoasetuksen alaisia laitoksia. Sovelluksen avulla voidaan varmistaa energiantuotantolaitosten poikkeamien, häiriöilmoitusten, päästömittalaitteisiin liittyvien tapahtumien ja muun ympäristöasioiden valvontaan liittyvän informaation tehokas hallinta. Sovellukseen tallennetaan ympäristötapahtumiin liittyvät perustiedot sekä etenkin käyttäjien tapahtumiin liittyvä kokemustietämys. Valvontakirjaukseen voidaan liittää tapahtuman perustietojen lisäksi myös tiedostoja ja kuvia. Sovellusta ja sillä kerättyä tietoa voidaan hyödyntää laitoksella käsilläolevien ongelmien ratkaisuun, ympäristötapahtumien todentamiseen sekä ympäristöraporttien laadintaan. Kehitystyön tueksi järjestettiin asiakastarvekartoitus, jonka perusteella ideoitiin sovelluksen ominaisuuksia. Tässä työssä on esitetty ympäristötiedon hallinan perusteet, selvitetty DNAecoDiaryn toimintaperiaatteet ja annettu esimerkkejä sen hyödyntämisestä. Sovelluksen lopullinen sisältö määritellään kunkin asiakkaan ympäristöluvan ja oma-valvonnan tarpeiden mukaisesti. Sovellus toimii itsenäisesti tai osana laajempaa Metso Automationin päästöjenhallinta- ja raportointisovelluskokonaisuutta.

Ydinvoimalaitoksen tuotannon ylläpitoprosessin suorituskyvyn mittaaminen

Kilpailun kiristyminen on pakottanut ydinvoimalaitoksia parantamaan tehokkuuttaan etsimällä uusia toimintatapoja. Heräte työn teettämiseen syntyi tutkimuksen case-kohteen Loviisan voimalaitoksen kiinnostuksesta Balanced Scorecard (BSC) -johtamisjärjestelmää,sen käyttöönoton mahdollisia vaikutuksia sekä BSC:n ja prosessiajattelun yhdistämistä kohtaan. Tutkimuksen tavoitteena on rakentaa Loviisan voima-laitoksen tuotannon ylläpitoprosessille BSC-mittaristo. Tämä edellyttää selvitystä siitä, mitä erityispiirteitä ydinvoimalaitoksiin liittyy strategisen suorituskyvyn mittaamisen kohteena. Lisäksi tavoitteena on selvittää, mikä tulisi prosessikohtaisten tuloskorttien rooli olla Loviisan voimalaitoksen BSC-järjestelmässä. Tavoitteenaon myös muodostaa suositus toimintamallista, jolla BSC voitaisiin ottaa käyttöön Loviisan voimalaitoksella, sekä selvittää, mitä vaikutuksia käyttöönotolla voiolla. Ydinvoimalaitoksen erityispiirteitä ovat muutokset toimintaympäristössä, viranomais-valvonta, toiminnan pitkäjänteisyys, laaja osaamis- ja tietotarve sekä turvallisuuden ja tiettyjen sidosryhmäsuhteiden merkityksen korostuminen. Johtuen erityispiirteistä Kaplanin ja Nortonin alkuperäistä asiakasnäkökulmaa muutetaan kattamaan sidosryhmät laajemmin. Tuotannon ylläpitoprosessin tuloskortissa vähiten painottuva näkö-kulma on henkilöstön ja uudistumisen näkökulma. Osa laitostason kriittisistä menestystekijöistä todetaan prosessin kannalta epäolennaisiksi. Prosessikohtaiset tuloskortit osoittautuvat vaikeasti hyödynnettäviksi linjaorganisaation ohjaamisessa. Strategiakartta todetaan hyväksi työvälineeksi BSC:nlaadinnassa. Toivasen projektimalli arvioidaan sopivaksi välineeksi mahdolliseen BSC:n käyttöönottoon Loviisan voimalaitoksella. Henkilöstön rooli ja erityispiirteiden vaikutukset tulee kuitenkin tarkistaa ennen mallin käyttöä. BSC-järjestelmän käyttöönoton arvioidaan selkeyttävän voimalaitoksen mittaristokokonaisuutta sekä parantavan syy-seuraussuhteiden hahmottamista ja alempien tasojen tavoitteiden kytkentää laitostason tavoitteisiin.

Käytetyn ydinpolttoaineen kapselointilaitoksessa muodostuvat radioaktiiviset jätteet

Tässä työssä ontarkasteltu käytetyn ydinpolttoaineen kapselointilaitoksessa muodostuvia radioaktiivisia jätteitä. Kapselointilaitos rakennetaan Olkiluotoon joko Olkiluodon ydinvoimalaitoksen käytetyn ydinpolttoaineen välivaraston yhteyteen tai loppusijoituslaitokseen kytkettynä laitoksena. Työssä on otettu huomioon molemmat vaihtoehdot ja niiden eroavaisuudet prosessien ja jätemäärien osilta. Kaikki jäte, joka muodostuu kapselointilaitoksen valvonta-alueella, luokitellaan radioaktiiviseksi jätteeksi. Radioaktiivisia jätteitä muodostuu, kun käytetystä ydinpolttoaineesta irronneet radioaktiiviset aineet kontaminoivat laitoksen rakenteita ja laitteita. Muodostuvat radioaktiiviset jätteet kiinteytetään ja sijoitetaan loppusijoitustilan yhteyteen rakennettavaan käyttö- ja käytöstäpoisto-jäteluolaan. Hyvin vähäaktiivinen jäte voidaan vapauttaa valvonnasta aktiivisuusmittauksen jälkeen. Radioaktiivisia jätteitä muodostuu kapselointilaitoksen toiminnan aikana vähäisiä määriä verrattuna ydinvoimalaitoksiin. Vertailtaessa molempien kapselointilaitosvaihtoehtojen radioaktiivisten jätteiden määriä, ainoastaan loppusijoitettavan nestemäisten jätteiden määrässä on eroa.

Prosessijohtamisen soveltaminen energialaitoksen kunnossapidossa

Diplomityössä tarkastellaan prosessijohtamista energialaitoksen kunnossapidossa. Tarkastelun kohteena on Helsingin Energian voimalaitosten kunnossapito. Asioita tarkastellaan kunnossapitoliiketoiminnon näkökulmasta. Työ kertoo tapahtuneista muutoksista, nykyisestä toimintatavasta ja tulevaisuuden kehitystarpeista. Työn lähtökohtana ovat energia-alalla tapahtuneet toimintaympäristön muutokset ja yrityksen organisaation muutos. Yrityksen organisaatio on muutettu funktionaalisesta organisaatiosta liiketoimintopohjaiseksi, joka toi mukanaan sisäisen kaupankäynnin. Kunnossapidon toimittamiseen asiakkaalle sovelletaan prosessijohtamista. Prosessin kehittyminen on hidasta ja vaatii määrätietoista työtä edistyäkseen. Prosessit on kuvattava ja otettava käyttöön, jonka jälkeen voidaan tunnistaa kehityskohteita. Kunnossapitoprosessi ylittää liiketoimintojen välisen rajan, jonka toimivuus on ratkaisevaa prosessin suorituskyvylle. Prosessijohtamisen edistämiseksi on tunnistettu tärkeimmiksi kehityskohteiksi kunnossapitostrategian kehittäminen, rajapinnan selkiyttäminen ja prosessin mittaaminen.

Jyväskylän kaukolämpöverkon kehittäminen

Kaukolämmitys on yleisin Suomessa käytetty lämmitysmuoto ja sen osuus koko lämmitysmarkkinoista on noin 50 %. Kaukolämmön varsinainen tuotanto ja jakelu alkoivat Suomessa vuonna 1957 ja Jyväskylässä vuonna 1960. Jyväskylässä kaukolämmön piiriin kuuluivuoden 2006 loppuun mennessä noin 3200 asiakasta. Suurin tuntiteho laitoksilta oli noin 375 MW. Vuonna 2020 suurimman tuntitehon on ennustettu olevan noin 480 MW, mikä tarkoittaa asiakasmäärän ja verkon pituuden merkittävää kasvua. Jyväskylän kaukolämpöverkon nykytilanne on hyvä. Verkostolaskennan tulosten perusteella lämpö saadaan siirtymään nykyisillä laitoksilla ja verkon laitteilla jokaiselle asiakkaalle niin normaalitilanteessa kuin päälaitoksen häiriötilanteessa. Häiriötilanteessa paikallisia ongelmia voi esiintyä, mutta niihin voidaan vaikuttaa parantavasti esimerkiksi verkon staattisen paineen nostolla. Jyväskylän kaukolämpöverkon tulevaisuuden näkymät ovat erinomaiset. Laskennan perusteella verkkoa voidaan laajentaa kaikille laskennassa mukana olleille alueille ilman suurempia ongelmia. Uuden tuotantokapasiteetin, verkonlaajentumisen ja asiakasmäärän kasvun aiheuttamat kehitystarpeet saatiin selvitetyksi ja tulokset olivat aikaisempien tutkimusten suuntaisia. Tulevaisuutta ajatellen verkkoon joudutaan tekemään muutamia muutoksia suunniteltujen uusien yhteyksien lisäksi. Uuteen linjaan, joka yhdistää Palokan verkon toisen yhteyden kautta Jyväskylän pääverkkoon, rakennetaan mahdollisesti pumppaamo. Lisäkuristusventtiilejä tarvitaan viiteen eri paikkaan turvaamaan riittävän suuret kaukolämpöveden paluupaineet. Osa venttiileistä olisi suositeltavaa asentaa jo nykytilanteessa, sillä niiden hankinta parantaisi verkon nykytilaa.

Turvallisuustoimintojen käyttö ydinvoimalaitoksilla

Tässä diplomityössä tarkastellaan turvallisuustoiminto-käsitteen määrittelyä ja käyttöä osana ydinvoimalaitosten turvallisuuden varmistamista. Työssä kuvataan paine- ja kiehutusvesilaitosten toiminnan yleispiirteet, sekä Teollisuuden Voima Oy:n (TVO) laitosten Olkiluoto 1 & 2 sekä Olkiluoto 3 tarkempi turvallisuustoiminta turvallisuusjärjestelmien ja -automaation osalta. Työssä esitellään eräs tapa määrittää turvallisuustoimintoja. Malli perustuu hierarkkiseen rakenteeseen, jossa ylimpänä ovat laitostason turvallisuustoiminnot ja alimpana turvallisuustoimintoihin osallistuvien laitteiden ja niiden osien toiminnot. Turvallisuustoimintoja on mahdollista käyttää ydinvoimalaitoksen turvallisuusluokituksen tekemiseen ja perustelemiseen. Turvallisuustoiminto kertoo suoraan luokiteltavan kohteen turvallisuusmerkityksen. Kohteen turvallisuusmerkityksen selvittäminen, eli liittäminen turvallisuustoimintoon, voi olla vaikeaa. Turvallisuustoimintoja on myös mahdollista käyttää laitoksen turvallisuusautomaation riittävän varmistamisen (mm. redundanttisuus, diversiteetti ja erotus) osoittamiseen erityisesti ohjelmoitavan automaation yhteydessä. Turvallisuustoimintoja voidaan hyödyntää laitoksen hätätilanneohjeiden kehittämisessä ja myös laitoksenmuun turvallisuusdokumentaation selkeyttämisessä. Työn tuloksena kehitettiin käyville laitoksille (OL1 & 2) aikaisempaa kattavammat turvallisuustoiminnot. Lisäksi tarkasteltiin rakenteilla olevalle laitokselle (OL3) määriteltyjä turvallisuustoimintoja.

Procés de patrimonialització cultural de la central nuclear de Lemoiz (Bizkaia)

El propòsit central d’aquest treball és el de plantejar un procés d’activació del patrimoni cultural i històric, concretament el de la Central Nuclear de Lemoiz (Biscaia). Si la central fos declarada patrimoni industrial i històric es podria establir un punt de partida per a la resolució d’una situació complexa a nivell social, polític, urbanístic i medi-ambiental com és l’existència de la central nuclear

Energiatehokkaiden tuotteiden myynti voimalaitoksiin

Tämän diplomityö käsittelee energiasäästömahdollisuuksia taajuusmuuttajien ja korkean hyötysuhteen moottoreiden avulla Suomen voimalaitoksissa. Energiatehokkuuden parantaminen voimalaitosten tuotantoprosessissa tarjoaa suuria myyntimahdollisuuksia ja on siten mielenkiintoinen tutkimuksen kohde. Työn tavoitteena on analysoida voimalaitostoimialaa Suomessa ja selvittäävoimalaitosten energiansäästöpotentiaalia suurimpien sähköä kuluttavien laitteiden osalta. Työn perusteella saadaan muodostettua kuva taajuusmuuttaja ja korkean hyötysuhteen moottorien markkinoista voimalaitoksiin. Työnalkuosassa keskitytään voimalaitostoimialan ja energiamarkkinoiden analyysiin. Analyysissä käydään läpi yleisimpien voimalaitosten toimintaperiaatteet ja energiatehokkaiden tuotteiden markkinakehitys sekä teollisuuden investointeihin liittyviä tekijöitä. Työn loppuosa käsittelee voimalaitosten suurimpien pumppujen ja puhaltimien energiansäästömahdollisuutta taajuusmuuttajien avulla. Työn tuloksena on muodostettu analyysi eri voimalaitostyyppien laittokannasta ja arvio energiasäästöstä sekä myyntipotentiaalista, jos laitteet muutetaan taajuusmuuttajakäytöiksi.

Laatupoikkeamienkäsittelyn tehostaminen Olkiluoto 3 -projektissa

Diplomityössä tutustaan Olkiluoto 3-laitoksen suunnittelu- ja rakennusvaiheen aikaisiin laatupoikkeamiin ja niiden käsittelyyn. Työn tavoitteena on paikantaa poikkeamakäsittelyn pahimmat ongelmakohdat, ja kehittää menetelmiä ongelmien ratkaisemiseksi. Diplomityön tutkimusmenetelmänä käytettiin toimintatutkimusta. Tutkimus toteutettiin kevään 2007 aikana havainnoimalla Olkiluoto 3-projektin laadunhallinnan toimintaa ja analysoimalla projektissa syntyneitä poikkeamia. Työn toteuttamisessa tutustuttiin kansallisin ja kansainvälisiin laadunhallinnan standardeihin sekä erityisesti ydinvoima-alaa koskeviin laadunhallinnan ohjeistuksiin. Diplomityön tuloksena kehitettiin menetelmä OL 3-projektin toiminnallisten poikkeamien luokittelemiseksi. Jatkossa luokittelumenetelmää voidaan hyödyntää aiempaa tarkemman poikkeamatiedon analysoinnissa, sisäisessä päätöksenteossa sekä OL 3-projektin tiedotuksessa.

Metsäteollisuuden lentotuhkien laadun vaikutus hyötykäyttösovellutuksiin

Työn tavoitteena oli kartoittaa metsäteollisuuden tuotantolaitoksissa syntyvän lentotuhkan laadun vaikutusta hyötykäyttökohteisiin. Hyötykäyttökohteista tarkasteltiin tuhkien soveltumista maarakentamiseen, päällystettyyn- ja peitettyyn rakenteeseen, pelto- ja puutarhakäyttöön, maisemointiin ja viherrakentamiseen sekä metsäkäyttöön. Tuhka-analyysien tietojen perusteella tuhkalle määritettiin mahdollinen hyötykäyttökohde verrattaessa niitä lainsäädännönasettamiin raja-arvoihin jokaisessa hyötykäyttökohteessa. Lisäksi tarkasteltiinmahdollisia esteitä tuhkan käytölle tietyissä hyötykäyttökohteissa sekä pyrittiin saamaan tuhkalle järkevämpi loppusijoituspaikka kuin kaatopaikka. Kirjallisuusosaan on koottu metsäteollisuudessa käytössä olevat polttomenetelmät sekä poltettavat raaka-aineet. Eri polttojakeiden tuhkien koostumuksista on tehty yhteenveto kirjallisuudesta löytyvien tietojen perusteella. Lisäksi kirjallisuusosassa on esitetty lentotuhkan fraktiointimenetelmiä sekä eri hyötykäyttökohteet ja niiden vaatimukset lentotuhkalta. Kokeellisessa osassa on vertailtu olemassa olevien tuhkanäytteiden haitta-aineiden pitoisuuksia eri hyötykäyttökohteiden vaadittuihin raja-arvoihin. Tähän työhön valittiin viisi eri metsäteollisuuden tuotantolaitosta Suomesta ja niille jokaiselle pyrittiin löytämään parhaiten soveltuva loppukäyttö. Metsäteollisuuden tuotantolaitoksilla poltetaan useita eri polttojakeita. Lisäksi polttoainekoostumus ja -määrä vaihtelevat vuositasolla. Tämä vaikuttaa tuhkan laatuun ja vaikeuttaa tuhkan hyödyntämistä eri hyötykäyttökohteissa. Jokaiselle tuhkan eri hyötykäyttökohteelle on säädetty omat raja-arvonsa, joka rajoittaa tuhkan hyötykäyttöä. Tällä hetkellä tuhkaa hyödynnetään eniten metsälannoitteena, jolloin puuaineksen mukana poistuneet ravinteet saadaan palautettua takaisin luontoon. Myös tuhkan hyödyntäminen maarakentamisessa on järkevää, koska silloin korvataan maa-ainesta tuhkalla ja vältytään kaatopaikkasijoittamiselta. Yleisesti pelto- ja puutarhakäyttöä ajatellen raja-arvot ovat liian tiukat metsäteollisuuden lentotuhkalle.

Competitiveness Comparison of the Electricity Production Alternatives

The competitiveness comparison is carried out for merely electricity producing alternatives. In Finland, further construction of CHP (combined heat and power) power plants will continue and cover part of the future power supply deficit, but also new condensing power plant capacity will be needed. The following types of power plants are studied: - nuclear power plant, - coal-fired condensing power plant - combined cycle gas turbine plant, - peat-fired condensing power plant. - wood-fired condensing power plant - wind power plant The calculations have been made using the annuity method with a real interest rate of 5 % perannum and with a fixed price level as of March 2003. With the annual full load utilization time of 8000 hours the nuclear electricity would cost 23,7 ¤/MWh, the gas based electricity 32,3 ¤/MWh and coal based electricity 28,1 ¤/MWh. If the influence of emission trading is taken into account,the advantage of the nuclear power will still be improved. Inorder 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 tothe changes of the uranium price, whereas for natural gas alternative the rising trend of gas price causes the greatest risk.

Teknologiaohjelma DENSY -Hajautetun energiantuotannon tulevaisuusskenaariot ja vaikutukset liiketoimintamalleihin

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää miten hajautettu energiantuotanto ja siihen liittyvä liiketoiminta tulee muuttumaan tulevaisuudessaja mitä mahdollisuuksia se voisi tarjota suomalaiselle osaamiselle. Työssä käydään läpi lyhyesti hajautetun energiantuotannon teknologian nykytilaa ja tehdään teknis-taloudellista vertailua eri tuotantoteknologioiden välillä. Tämän jälkeenon muodostettu asiantuntijoiden ja aktoreiden kanssa liiketoimin-taympäristöskenaarioita, jotka kuvaavat tulevaisuuden muutossuuntia hajautetun energian-tuotannon liiketoiminnassa. Skenaarioistunnoissa löydettiin muutosta ajavat voimat ja pohdittiin niiden vaikutusta alan kehitykseen. Työn tuloksena määriteltiin skenaarioiden kehitystä vahvimmin ohjaaviksi tekijöiksi infrastruktuurin kehittyneisyys ja toisaalta myös yhteiskunnan ohjaustoimet. Niiden pohjalta luotiin lopulliset neljä skenaariota ja niille kaikille liiketoimintakuvaukset. Skenaarioiden avulla suomalaisen toimijan näkökulmasta arvioitiin houkuttelevimmiksi markkina-alueiksi EU-15, Venäjä, Intia ja Kiina. Moninaisista liiketoimintaa estävistä te-kijöistä huolimatta markkinoilta löytyi suuri potentiaali hajautetun energiantuotannon jär-jestelmille. Potentiaalisimmiksi teknologioiksi suomalaisten yritysten kannalta nähtiin puolestaan diesel- ja kaasumoottorit, tuulivoima, pienvesivoima sekä bioenergia. Yhdessä markkina- ja teknologiatutkimuksien sekä skenaariotyön avulla luotiin uusia liiketoimin-takonseptikuvauksia tulevaisuuden hajautetun energiantuotannon markkinoille suomalai-sen toimijan näkökulmasta.