Metsäteollisuuden sivutuotepolttoaineiden hyödyntäminen Etelä-Karjalassa

Tässä diplomityössä on selvitetty merkittävimpien kotimaisten polttoaineiden määrät Etelä-Karjalassa vuonna 1999. Pääpaino työssä on metsäteollisuuden sivutuotepolttoaineiden tarkastelussa. Metsähakkeelle ja kierrätyspolttoaineille on määritetty tuotantopotentiaalit. Myös turpeen tuotantomäärät on selvitetty. Lisäksi työssä on tarkasteltu alueella sijaitsevien teollisuuslaitosten ja kuntien energialaitosten polttoaineiden käyttöä. Työn tuloksia käytetään tutkimuksen seuraavassa vaiheessa, jolloin pyritään kehittämään teollisuusyritysten ja yhdyskuntien välistä energiaintegraatiota. Etelä-Karjalan kemiallisen metsäteollisuuden oman käytön ylijäävä sivutuotepolttoaineiden määrä oli vuonna 1999 yli 230 000 k-m3 (370 GWh). Mekaanisen metsäteollisuuden vastaava luku oli noin 210 000 k-m3 (330 GWh). Puunkäyttömäärien, energiankäyttötietojen ja kirjallisuudesta saatavien osuuksien perusteella mekaanisen metsäteollisuuden sivutuotepolttoaineiden oman käytön ylijäävä määrä olisi noin 350 000 k-m3 (580 GWh). Eroa selittävät lähinnä tilastolliset virheet, sivutuoteliiketoiminnan vähyys ja vaihtoehtoiset käyttökohteet. Metsähakkeen tuotantopotentiaali oli vuoden 1999 hakkuutietoihin perustuen yli 640 000 k-m3, josta tekniset, taloudelliset ja ympäristölliset seikat huomioiden noin 210 000 k-m3 (410 GWh) olisi voitu hyödyntää energiantuotannossa. Etelä-Karjalassa vuonna 1999 syntyneistä jätemääristä olisi arvioiden mukaan voitu valmistaa noin 25 000 tonnia (100 GWh) kierrätyspolttoaineita. Kierrätyspolttoaineiden valmistus alkaa Joutsenossa vuosien 2003 - 2004 välillä. Turpeen tuotantomäärä oli vuonna 1999 noin 1 200 000 tonnia (1020 GWh). Etelä-Karjalan teollisuus ja kuntien energialaitokset käyttivät vuonna 1999 yli 17400 GWh polttoaineita. Ostopolttoaineiden tarve oli noin 4700 GWh, josta lähes 85 % täytettiin maakaasulla. Alueen kunnista kaikki, joissa ei ole kemiallista metsäteollisuutta, pystyisivät teoriassa täyttämään teollisuuden ja energialaitostensa ostopolttoaineiden tarpeen oman kunnan alueelta saatavilla kotimaisilla polttoaineilla.

Pienten biopolttolaitosten modulointi

Biopolttoaineiden käyttö energiantuotannossa lisääntyy ja syrjäyttää samalla fossiilisia polttoaineita. Etenkin puupohjaisten polttoaineiden käyttö pienenergiantuotannossa on lisääntynyt nopeasti. Tätä kehitystä puoltavat tiukentuneet päästörajat ja yleinen mielipide fossiilisia polttoaineita vastaan sekä biopolttoaineiden verottomuus. Tästä johtuen biopolttoainetta käyttävien laitosten kysyntä kasvaa jatkuvasti. Kysynnän kasvaessa biopolttolaitosten valmistajien on pystyttävä nopeaan, tehokkaaseen ja laadukkaaseen toimintaan, sekä täyttämään asiakkaan tarpeet pystyäkseen vastaamaan alan kasvavaan kilpailuun. Tässä diplomityössä kehitetään standardoitua moduulirakennetta Sermet BioGrate ja BioGrate compact kattilalaitoksille. Moduloinnin tarkoituksena on helpottaa laitoskonseptin kokoonpanon suunnittelua, tarjousten ja tarjouslaskelmien tekemistä sekä yhtenäistää toimintatapoja, mikä vähentää työmäärää ja nopeuttaa toimituksia.

Jätteenpolttolaitosten nykytilasta ja tulevaisuuden näkymistä viidessä Euroopan maassa

Tutkimuksen tavoitteena oli kartoittaa jätteenpolttolaitosten nykytilannetta ja tulevaisuuden näkymiä aina vuoteen 2015 asti viidessä Euroopan maassa (Saksa, Ranska, Iso-Britannia, Espanja ja Italia). Jätteenpoltolla ja jätteenpolttolaitoksella käsitettiin tässä tutkimuksessa kaikki jätteenpolttodirektiivin 2000/76/EY alaisuuteen kuuluva jätteen polttaminen. Tutkimus oli luonteeltaan kvalitatiivista eli laadullista. Tutkimusmenetelmänä käytettiin asiantuntijahaastatteluita. Asiantuntijat olivat useista Euroopan maista ja edustivat eri organisaatioita. Haastattelut toteutettiin puhelimen ja sähköpostin välityksellä. Tutkimuksen johtopäätöksenä oli, että jätteenpoltto on kasvava ala kaikissa tutkimuksen kohdemaissa ja että uusia jätteenpolttolaitoksia tullaan rakentamaan kaikkiin viiteen maahan. Eräänä tärkeimmistä syistä oli ns. kaatopaikkadirektiivin 1999/31/EY asettamat rajoitukset kaatopaikoille vietävän jätteen määrälle. Jätteiden rinnakkaispoltto ja jätteistä jalostettujen polttoaineiden käyttö tunnistettiin tulevaisuuden kannalta merkittäviksi trendeiksi.

Pienen mittakaavan CHP-laitokset osana hiilineutraalia maaseutuyhteiskuntaa

Maapallon ilmasto lämpenee koko ajan kasvihuonekaasujen määrän lisääntyessä ilmakehässä. Merkittävin ihmisten aiheuttama päästöjen lähde on fossiilisten polttoaineiden käyttö energiantuotannossa ja liikenteessä, jonka vuoksi on tärkeää lisätä uusiutuvien energialähteiden käyttöä. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää esimerkkialueena olevan maaseutuyhteiskunnan mahdollisuutta olla energiaomavarainen ja materiaalikierroiltaan suljettu, jos alueen tarvitsema sähkö ja lämpö tuotettaisiin paikallisilla biomassavaroilla kahdella rinnakkaisella pienen mittakaavan CHP-laitoksella. Tarkastellut laitokset olivat anaerobisen mädätyksen ja polttokennojen yhdistelmä sekä termisen käsittelyn ja ORC-prosessin yhdistelmä. Työssä tehdyt laskelmat osoittivat, että esimerkkialue saisi tuotettua omilla biomassavaroillaan tarvitsemastaan sähköstä 75 % ja lämmöstä 90 % esimerkkilaitosten avulla. Laskelmissa ei kuitenkaan huomioitu kesä- ja talvikuukausien välistä eroa lämmön kulutuksessa, jonka vuoksi molemmat laitokset eivät voisi toimia koko ajan täydellä teholla. Lisäksi tuotetun lämmön hyötykäyttöä rajoittaa riittävän laajan kaukolämpöverkon puuttuminen esimerkkialueelta. Nykyisen kaukolämpöverkon avulla saataisiin hyödynnettyä vain kolmasosa ORC-prosessilla tuotetusta lämpöenergiasta. Laskelmat osoittivat myös, että alueen kasvihuonekaasupäästöt pienenisivät 21 % eli noin 6 000 hiilidioksidiekvivalenttitonnia vuodessa, jos suurin osa energiasta tuotettaisiin omista biomassavaroista CHP-laitosten avulla ja mädätyksen seurauksena syntyvä reaktorijäännös korvaisi kemiallisten lannoitteiden käytön.

Sähkön ja lämmön yhteistuotanto haasteellisilla polttoaineilla

Maailman energian kulutuksen lisääntymisen ja ilmastonmuutoksen myötä energiantuotannossa joudutaan jatkuvasti sopeutumaan muuttuviin tilanteisiin ja haasteisiin. Polttoteknillisiä haasteita aiheuttavat pelto- ja kierrätyspolttoaineet ovat lisäämässä osuuttaan uusiutuvien polttoaineiden joukossa. Jotta kyseisiä haasteellisia polttoaineita pystytään hyödyntämään, täytyy niiden aiheuttamat ongelmat tuntea ja laitevalmistajien kehittää niiden hyödyntämiseen sopivaa tekniikkaa. Tässä diplomityössä käydään läpi tulevaisuudessa käytettävät polttoaineet, nykyiset päästörajat, kiinteiden polttoaineiden poltto- ja kaasutustekniikat sekä likaantumis-, kuonaantumis- ja korroosiomekanismit voimalaitoskattiloissa. Työssä tutkitaan, onko haasteellisten polttoaineiden käyttöön investoiminen järkevää ja mikä nykypäivän tekniikoista on kannattavin. Myös välitulistuksen, lauhdeperän ja apujäähdyttimen kannattavuuksia vertaillaan sähkön ja lämmön yhteistuotannossa. Tuloksiksi saatiin, että edullisten peltobiomassojen ja kierrätyspolttoaineiden käyttäminen, joko perinteisten polttoaineiden seassa tai pääpolttoaineena, on nykyhinnoilla perinteisiin polttoaineisiin verrattuna kannattavaa. Investoiminen kierrätyspolttoaineiden valmistuslaitteisiin maksimoi kierrätyspolttoaineista saatavaa hyötyä. Välitulistuksen todettiin soveltuvan huonosti vastapaineprosessiin, sillä siitä saatava sähköntuotannon lisäys on hyvin pieni. Lauhdeperän ja apujäähdyttimen vertailuissa huomattiin, että lauhdeperä on kannattava investointi, jos sähkön ja lämmön hintaero pysyy tarpeeksi suurena. Haasteellisilla polttoaineilla pystytään pienentämään kasvihuonepäästöjä ja korvaamaan fossiilisten polttoaineiden käyttöä.

Lämpöyrittäjäkonsepti biotuotteelle

Fossiilisista polttoaineista aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä yritetään vähentää muun muassa lisäämällä uusiutuvien polttoaineiden käyttöä. Kiinteän biomassan ominaisuudet eroavat fossiilisesta kivihiilestä kuitenkin niin paljon, ettei biomassalla voida suoraan korvata kivihiiltä. Biomassan lämpökäsittely muuttaa sen ominaisuuksia kivihiilen kaltaiseksi, jolloin sillä on mahdollista korvata kivihiiltä. Tässä diplomityössä on tutkittu biomassan lämpökäsittelyä eli torrefiointia. Työn lähtökohtana on luoda pohjaa liikeidealle, jossa torrefioitua biomassaa tuotetaan pienissä lämpölaitoksissa lämmöntuotannon ohella. Työ sisältää laboratoriokokeita, joissa tarkastellaan käytännön kokeilla biomassan torrefioinnissa tapahtuvia ominaisuuksien muutoksia. Biomassan torrefiointiin suunnitellaan lisäksi pientä koelaitetta, jonka kokoa on mahdollista suurentaa jatkossa lämpölaitoskokoluokkaan asti. Torrefioidun biomassan tuotantokustannuksia on tarkasteltu laiteinvestointien, raaka-aine- sekä käyttökustannuksien kautta. Laboratoriokokeiden perusteella on saatu tuloksia optimaalisista toiminta-arvoista lämpökäsittelymenetelmille. Lämpöyrittäjälle on luotu perustoiminta-ajatus torrefioidun biomassan tuotannolle, jossa on tarkasteltu myös tuotannon kannattavuutta. Tämä työ antaa pohjaa aiheen jatkotutkimukselle ja -kehitykselle.

Optimal trading of wind power in the short term market

The energy reform, which is happening all over the world, is caused by the common concern of the future of the humankind in our shared planet. In order to keep the effects of the global warming inside of a certain limit, the use of fossil fuels must be reduced. The marginal costs of the renewable sources, RES are quite high, since they are new technology. In order to induce the implementation of RES to the power grid and lower the marginal costs, subsidies were developed in order to make the use of RES more profitable. From the RES perspective the current market is developed to favor conventional generation, which mainly uses fossil fuels. Intermittent generation, like wind power, is penalized in the electricity market since it is intermittent and thus diffi-cult to control. Therefore, the need of regulation and thus the regulation costs to the producer differ, depending on what kind of generation market participant owns. In this thesis it is studied if there is a way for market participant, who has wind power to use the special characteristics of electricity market Nord Pool and thus reach the gap between conventional generation and the intermittent generation only by placing bids to the market. Thus, an optimal bid is introduced, which purpose is to minimize the regulation costs and thus lower the marginal costs of wind power. In order to make real life simulations in Nord Pool, a wind power forecast model was created. The simulations were done in years 2009 and 2010 by using a real wind power data provided by Hyötytuuli, market data from Nord Pool and wind forecast data provided by Finnish Meteorological Institute. The optimal bid needs probability intervals and therefore the methodology to create probability distributions is introduced in this thesis. In the end of the thesis it is shown that the optimal bidding improves the position of wind power producer in the electricity market.

Uusiutuvien energialähteiden käytön edistäminen

Uusiutuvia energialähteitä käyttämällä pyritään korvaamaan kasvihuoneilmiötä kiihdyttävien fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on esitellä tärkeimmät ohjauskeinot uusiutuvien energialähteiden käytön edistämiseksi. Työssä perehdytään myös edistämisen taustalla oleviin tavoitteisiin ja suunnitelmiin.

Modelling of calciner in post-combustion carbon capture process

Climate change has given an impetus to research and developed new technologies to reduce significantly carbon dioxide emissions in energy production in the developed countries. The major pollution source, fossil fuels, will be used as an energy source for many decades, which provides the demand for carbon capture and storage technologies. Over recent years many new technologies has been developed and one of the most promising is calcium-looping in post-combustion carbon capture process, which use carbonation-calcination cycle to capture carbon dioxide from the flue gas of a combustion process. First pilot plant for calcium-looping process has been built in Oviedo, Spain. In this study, a three-dimensional model has been created for the calciner, which is one of the two fluidized bed reactors needed for the process. The calciner is a regenerator where the captured carbon dioxide is removed from the calcium material and then collected after the reactor. Thesis concentrates in creating the calciner 3D-model frame with CFB3D-program and testing the model with two different example cases. Used input parameters and calciner geometry are Oviedo pilot plant design parameters. The calculation results give information about the process and show that pilot plant calciner should perform as planned. This Master’s Thesis is done in participation to EU FP7 project CaOling.

Arinakattilalaitoksen polttoainekäytön tarkastelu

Tässä diplomityössä on tutustuttu Lahti Energia Oy:n Heinolan voimalaitoksen energiantuotantoon. Heinolan voimalaitos on vanha, mutta sen pääkattilana toimiva arinakattila on uusittu 2004. Voimalaitoksen toimintaa halutaan kehittää nykyaikaisemmaksi ja energiatehokkaammaksi. Voimalaitoksella on nykyään kolme asiakasta, joista uusin on liittynyt höyryverkkoon vuonna 2011. Työssä on tutkittu miten voimalaitoksen polttoaineiden käyttö muuttuu uuden asiakkaan myötä. Diplomityön teoriaosassa on keskitytty antamaan tietoa erilaisista polttoaineista sekä arinapolttamisesta polttotekniikkana. Työssä on laskettu voimalaitoksen asiakkaiden käyttämä energiavuositasolla, voimalaitoksen kattilahyötysuhde, prosessihyötysuhde ja niiden avulla laitoksen tarvitsema polttoaine-energia vuodessa. Laskelmat antavat hyvän yleisen kuvan voimalaitoksen käytöstä tällä hetkellä. Käyttöennusteen avulla voidaan arvioida myös laitoksen taloudellista tilaa polttoaineseoksen näkökulmasta.

Konversiosähköauton mitoitussuunnitelma

Sähköautojen tulemista on odotettu jo pitkään ja ne ovat potentiaalisia fossiilisilla polttoaineilla toimivien polttomoottoreiden korvaajia. Hybridiautoja on tullut markkinoille entistä enemmän ja ne osaltaan auttavat vähentämään fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Sähköautot ovat toistaiseksi jääneet taka-alalle. Tässä työssä on tehty konversiosähköauton mitoitussuunnitelma museoikäiseen autoon. Työssä on mitoitettu kolme sähköisen voimansiirron pääkomponenttia sähkömoottori, taajuudenmuuttaja ja akusto. Mitoitussuunnitelma toimii hyvänä pohjana, jonka avulla konversiota voidaan alkaa rakentamaan.

Voiko totuutta tavoittaa? : direct cinema -tyylisuunnan käyttö dokumenttielokuvassa

The subject of this study is the use of direct cinema style in documentary film. The main purpose of this thesis was to the research the ways in which direct cinema style attempts to show and achieve truth in documentary films. The following questions were posed: Is it possible to depict reality in a documentary film; how does the choice of using this style affect the final documentary? The essential purpose of this study was to try to see whether the direct cinema style works when trying to achieve truth in a documentary film. This work consints of two elements, the theoretical part and the short documentary. The theoretical part deals with the history, the truth, and the direct cinema- style in documentaries. The theoretical information of direct cinema has been used when making the short documentary. In the documentary Tuloaula 2 I have studied the way in which using direct cinema -style works in practise. The documentary has followed as strictly as possible the direct cinema style. I was the director, the cameraman and the editor of my documentary film. In the documentary film Tuloaula 2 it appeared that the direct cinema style works best when filming everyday life. By using this style it is easy for the director to observe and leave his own persona in the background. The strength in using the direct cinema style is that it enables the viewer to build his/her own impression on the subject. Even though the direct cinema style aims to achieve objectivity the director has to make numerous subjective choices during both the filming and the editing process. These subjective choices automatically effect the "truth" of the documentary film. The difficulty in a direct cinema style is the large amount of material. This often leads to a long editing phase, which is not often possible in the busy production schedules. The direct cinema style is not at its best when shooting people who are passive because their attention often focuses too much on the camera. In general, the best way to make a documentary film would be to use many documentary styles in one film and not to srictly concentrate on only one style.

Sisäilma- ja kosteusteknisten asantuntijapalvelujen käyttö rakennuttamisprosessissa

Tämä insinöörityö tehtiin HKR-Rakennuttajan Taloteknisen toimiston Kiinteistöjen elinkaaripalvelut- yksikölle. Työ on osa HKR-Rakennuttajan laatujärjestelmän uudistusta ja selkeytystä. Tavoitteena oli selvittää millaisiin asioihin tulisi kiinnittää huomiota kosteusteknisessä mielessä HKR-Rakennuttajan hankkeissa. Samoin Kiinteistöjen elinkaaripalvelut -yksikön asiantuntijapalveluiden käyttö rakennuttamisprosessissa ei ollut selvästi dokumentoituna HKR-Rakennuttajan laatujärjestelmään, joten tähän pyrittiin saamaan selkeytys. Lisäksi käynnissä on kuntotutkimustoiminnan uudistus, jossa kosteusteknisten asiantuntijapalvelujen konsulttitoiminnan käytössä tapahtuu muutoksia. Omalta osaltaan tämä insinöörityö pyrki selvittämään konsultin toimia hankkeen eri vaiheissa. Insinöörityössä kartoitettiin yksikön omat toimintakuvaukset kosteus- ja sisäilmateknisissä asioissa. Tämän jälkeen käydään läpi kaksi eri HKR-Rakennuttajan kohdetta, jossa oli kosteusteknisesti ongelmia. Kohteet valittiin ohjaajien toimesta, sillä näin saatiin esille työn kannalta oleellisia puutteita. Lisäksi kartoitettiin HKR-Rakennuttajan hankkeiden eri vaiheissa eri osapuolien tehtävät kosteus- ja sisäilmatekniseltä kannalta. Kartoitusten ja toimintakuvausten perusteella tehtiin ohje, joka liitettiin HKR-Rakennuttajan laatujärjestelmään. Lisäksi tehtiin urakkarajaliitteeseen velvoite, jossa määritellään kosteudenhallintasuunnitelman sisältö. Tietolähteinä tässä insinöörityössä oli alan kirjallisuus, HKR-Rakennuttajan Taloteknisen toimiston henkilökunnalta saatu suullinen informaatio ja internet.

Doe-menetelmän käyttö kilpa-auton testityön vähentämiseksi

Tämä insinöörityö käsittelee eri kilpa-autoluokkien testityötä ja Doe-menetelmän soveltuvuutta tämän testityön helpottamiseksi. Työssä syvennytään ralliautoilun N-ryhmään perinpohjaisesti auton rakentamisesta varsinaiseen testaamiseen asti. Tutkittavana kilpa-autona on Mitsubishi Lancer Evolution 9. Tarkoituksena on tutkia AVL Cameo -ohjelman ja Doe-menetelmän soveltuvuus ralliautoilun testaamiseen. Työ aloitettiin perehtymällä teorian tasolla Doe-menetelmän soveltuvuutta ralliautoiluun, rata-autoiluun ja kiihdytysautoiluun. Jokaisesta kilpa-autoilumuodosta kerrotaan tarkemmin yleistä tietoa ja millaisiin asioihin Doe-menetelmää voitaisiin soveltaa. Cameo on alun perin suunniteltu moottorien säätö- ja testityön vähentämiseen, joten työssä selostetaan myös ohjelman ominaisuuksia. Lisäksi suoritetaan testit N-ryhmän kilpa-autolla Cameon suunnittelemalla tavalla ja tuloksista optimoidaan ajallisesti paras vaihtoehto. Työn tuloksena saatiin selvitettyä, kuinka Cameo ja sen käyttämä Doe-menetelmä soveltuvat kilpa-autojen testaamiseen ja kuinka testityön määrää saatiin vähennettyä.