consulting & engineering · 2014-07-04 · elomatic magazine – 3 elomatic news julkaisija...

Talvi 2014

Nykyaikainen savukaasupesuri merkittävä biolämpölaitosten kannattavuuden parantaja… 11

Jatkuva systemaattinen innovaatioprosessi tuottaa parhaan tuloksen… 28

Painolastiveden käsittelystä painolastittomaan laivaan… 33

”Kevytvesireaktorien käyttöiän piden tämiseksi tarvitaan tietoa rakenne-materiaalien kestävyy-destä pitkällä aika välillä.”

Helka Apajalahti

C o N s u l t i N g & e N g i N e e r i N g

Elomatic News

Tuotteiden elinkaarten lyheneminen ja alati ohenevat katteet pakot-tavat yritykset keksimään uusia kilpailukeinoja. Innovaatio ja inno-

vointi alkavat olla käsitteinä jo kuluneita, mutta se ei vähennä onnistu-neen innovoinnin merkitystä yrityksen elinehtona. Menetetty tilaisuus voi koitua yrityksen kohtaloksi yrityksen nukkuessa teknologisen kehityksen edistyessä yhä kiihtyvällä vauhdilla ja kilpailijoiden etumatkan kasvaessa saavuttamattomiin. Innovaatioiden akateeminen määrittely on jokseenkin toisarvoista sil-loin, kun yrityksen toiminta junnaa paikallaan ja salkussa on vanhentunut tuoteportfolio. Nykyään liike-elämässä vallitsee kuitenkin yhteisymmär-rys siitä, ettei innovaation voida katsoa olevan menestys ja täyttää inno-vaation määritelmiä ilman kaupallista menestystä ja onnistunutta mark-kinoille vientiä. Tämä on haasteellista suurelle osalle insinöörikunnasta ja myös niissä yrityskulttuureissa, missä teknologiset arvot korostuvat markkinaymmärryksen sijaan. Varsinkin oikeanlaisen yrityskulttuurin, innostavan johtamisen ja luovan ilmapiirin merkitys on oleellinen oikeiden innovaatioiden synnyssä. Edellistä analogiaa loogisesti so-veltaen myös onnistunut innovaatio syntyy oikeanlaisista asiakastar-peista ja markkinapotentiaalista. Asiakkaiden virheellisten ajatusten kuunteleminen on aivan yhtä vaarallista kuin tekemättömyys koko-naisuudessaan. Markkinateknisesti innovaatiot voidaan jakaa mullistaviin innovaa-tiohin (Disruptive Technologies) ja vähittäisiä muutoksia tuottaviin innovaatioihin (Sustaining Technologies). Erityisesti mullistava inno-vaatio voi uudistaa teollisuudenalan kertaheitolla ja ohjata suunnit-telijat, ja lopulta asiakkaat, tekemään täysin tavanomaisesta poikkea-via valintoja. Esimerkkinä tällaisesta keksinnöstä käy vaikka innovaatio, missä keksittiin laittaa höyrykone purjelaivaan. Tämä mullisti kauppame-renkulun kokonaisuudessaan. Frugal Innovation on myös ollut käsitteenä pinnalla ajankohtaisuu-tensa vuoksi. Frugal Engineering on prosessi, missä tuotteen kompleksi-suutta pyritään pienentämään vähentämällä ei-kriittisiä ominaisuuksia tai toiminnallisuuksia. Usein tämä prosessi on ollut käytössä kun tuotteita muokataan vastaamaan kehittyvien markkinoiden tarpeita. Tämä uusin Elomatic News sisältää jälleen kerran varsin innovatii-visia artikkeleita monilta eri teollisuuden aloilta. Innovaatiota käsitel-lään myös hyvin ammattimaisesti artikkelissa, jonka on kirjoittanut Elomaticilla työskentelevä, Vuoden Keksijä 2013 Pekka Koivukunnas – ammatti-innovaattori.

Heikki PöntynenPäätoimittaja

Käänteentekeviä tekniikoita innovaatioissa

Pho

to ©

201

2 El

omat

ic /

Olli

Tuo

mol

a

Elomatic Magazine – 3

Elomatic News

Julkaisija ElomaticItäinen Rantakatu 7220810 Turku, FinlandPuh. (02) 412 411info elomatic.comwww.elomatic.com

PäätoimittajaHeikki Pöntynenheikki.pontynen elomatic.com

ToimittajatMartin Brinkmartin.brink elomatic.comOlli Tuomolaolli.tuomola elomatic.com

AD, graafinen suunnittelijaOlli Tuomolaolli.tuomola elomatic.com

28

Juha Järvensivu ja Mika Nummila

Nykyaikainen savukaasupesuri merkittävä biolämpölaitosten kannattavuuden parantaja

11

Helka ApajalahtiKevytvesireaktorien käyttöiän hallinta – materiaalivauriot pitkällä aikavälillä 4

Olli TuomolaYhteen hiileen – Finnproteinin jättimäinen tehdas nousi Uuteenkaupunkiin 9

Juhani KääriäinenTehokasta ja laadukasta tuotantoa konenäköä hyödyntäen 15

Harri HytönenKäyttölaatua etsimässä – käyttäjätiedolla potkua kehitykseen ja avaimia menestykseen 18

Helena ArkkolaLiikenteen polttoainetta, sähköä, lämpöä ja lannoitteita orgaanisia jätteitä mädättämällä 20

Sanna JämsénNäin syntyy käyttäjäkeskeinen valvomo 25

Heli SalonenYmpäristöluvan haku sujuvaksi asiantuntijan avustuksella 37

Olli Leino

Painolastiveden käsittelystä painolastittomaan laivaan

33

Elomatic News2/2013

Jos haluat saada Elomatic News -lehden tai haluat Elo-matic Newsin postituslistalle, ole hyvä ja lähetä pyyntö osoitteeseen info elomatic.com.

Elomatic uskoo, että julkaisussa esitetyt tiedot ovat oikein painohetkellä. Elomatic ei vastaa julkaisussa mahdollisesti olevista virheistä.

Elomaticilla on tekijänoikeus kaikkeen tämän julkaisun sisältöön ellei toisin mainita. Kokonaisten artikkelien tai niiden osien uudelleenjulkaisuun tai muuhun käyt-töön vaaditaan kirjallinen lupa Elomaticilta.

Kansi: Helka Apajalahti (DI) työskentelee Elomaticin Hel-singin toimistossa Energiateknologian ryhmässä. Kuva © 2013 Mika Patrakka / Elomatic. Kuvauspaikka: Tiede-keskus Heureka – Elomatic News kiittää yhteistyöstä.

Sisällys

Pekka Koivukunnas

Jatkuva systemaattinen innovaatioprosessi tuottaa parhaan tuloksen

4 – Elomatic Magazine

Elomatic News

Käytetyimmät ydinreaktorit, ke-vytvesireaktorit, suunniteltiin alun perin käytettäviksi 25–40 vuoden ajaksi. Iso osa maailman kevytvesi-reaktoreista rakennettiin 70-luvulla, joten ne ovat jo tulleet alkuperäi-sen käyttöikänsä päähän. Samaa reaktori-ikäluokkaa edustavat myös Suomen vuosina 1977–1981 käyt-töönotetut painevesireaktorit Lovii-sassa sekä kiehutusvesireaktorit Ol-kiluodossa.

Jatkuvasti kasvava energian tar-ve sekä hiilidioksidipäästöttömyys

puoltavat käytössä olevien kevytvesi-

reaktorien käyttöiän nostamista 60 tai peräti 80 vuoteen. Käyttöiän pidentä-miseksi tarvitaan kuitenkin tietoa sii-tä, miten rakennemateriaalit kestävät pidemmällä aikavälillä. Erityisen huo-mion kohteena ovat ne osat, joita ei voimalaitoksen käyttöiän aikana voida tai aiota vaihtaa. Näistä merkittävimpiä ovat reaktoripaineastia sekä painevesi-reaktorin höyrystimet. Kevytvesireaktori on ympäristönä hyvin ankara metalleille; reaktoris-sa ole vien komponenttien tulee kes-tää korkealämpötilaista vettä, korkei-ta paineita, erilaisista kuormituksista syntyviä jännityksiä, nopean virtauk-sen aiheuttamia värähtelyjä sekä neut-ronisäteilyä. Rakennemateriaaleina

käytetyt metallit ikääntyvät, kuluvat, ruostuvat ja väsyvät. Komponentti-materiaalien rakenneominaisuuksien heikkeneminen saattaa johtaa suori-tuskyvyn heikkenemiseen sekä lopulta murtumiseen, mikä vaikuttaa reaktorin luotettavuuteen, käytettävyyteen sekä turvallisuuteen. Kevytvesireaktoreille asetettujen kor-keiden laatu- ja turvallisuusvaatimusten vuoksi laitoksen osien luotettavuus on erityisen tärkeää. Lisäksi materiaali- ja rakenneongelmat voivat aiheuttaa pit-kiä ja kalliita korjausseisokkeja. Mate-riaalien ja rakenteiden ikääntyminen käytössä on toki väistämätöntä, mut-ta vauriot voidaan ennustaa ja estää ja korjausseisokit pitää minimissään, kun

Kevytvesireaktorien käyttöiän hallinta – materiaalivauriot pitkällä aikavälillä


Elomatic News

vaurioitumismekanismit ja kuormituk-set tunnetaan.

Kevytvesireaktorien tärkeimmät rakennemateriaalit

Kevytvesireaktorien tärkeimpiin ra-kennemateriaaleihin kuuluu seos-tamattomat teräkset, austeniittiset ruostumattomat teräkset sekä nikkeli-pohjaiset seokset. Reaktoripaineastian materiaa lina käytetään seostamaton-ta painelaiteterästä, joka on pinnoitet-tu ruostumattomalla teräksellä yleisen korroosion välttämiseksi. Putkistojen päämateriaalina käytetään austeniittisia ruostumattomia teräksiä. Tyypillisimmin

käytetyt ruostumattomat teräslaadut ovat vähähiilisiä ruostumattomia teräk-siä tai vaihtoehtoisesti titaani- tai niobi-umstabiloituja ruostumattomia teräk-siä. Nikkelipohjaisia teräksiä käytetään erityisesti eriparihitseissä sekä reaktori-paineastian ja putkiston väliin liitetyissä, hitsauksen mahdollistavassa ”safe end” -liitoskappaleissa. Tarkemmat seoslaa-dut on eritelty taulukossa 1 (ks. seu-raava sivu). Austeniittisilla ruostumat-tomilla teräksillä sekä nikkelipohjaisilla seoksilla on erinomaiset korroo sion-, virumisen- ja hapettumisenkestot. Li-säksi näillä metalliseoksilla on hyvät lu-juus- ja sitkeysominaisuudet.

Metallien väsyminen kevytvesireaktorissa

Väsyminen on merkittävin pitkällä aika-välillä tapahtuva materiaalin vaurioitu-mismuoto kevytvesireaktoreissa, joten se vaatii erityistä tarkastelua jo suunnit-teluvaiheessa. Kevytvesireaktorissa vä-symiseen johtavat sykliset kuormituk-set johtuvat usein joko mekaanisista, korkeapaineisen virtauksen aiheutta-masta värähtelystä tai termisistä kuor-mituksista. Termiset kuormitukset johtuvat epä-tasaisen lämpötilajakauman synnyttä-mistä vaihtelevista lämpölaajenemisis-ta ja -kutistumisista, jotka aiheuttavat materiaaliin syklisiä jännityksiä. Ilmiö-tä kutsutaankin termiseksi väsymiseksi. Vaihtelevat lämpötilajakaumat syntyvät kylmän lauhdeveden ja kuuman syöt-töveden epätasaisesta sekoittumisesta. Terminen väsyminen voi olla joko korkeasyklistä (high-cycle fatigue) tai matalasyklistä väsymistä (low-cycle fatigue). Korkeasyklisessä väsymisessä jännitysamplitudi on matala, yleensä alle materiaalin myötölujuuden, jolloin murtumiseen tarvittava syklien määrä

on korkea. Matalasyklisessä väsymises-sä sen sijaan syklejä on vähemmän ja jännitysamplitudi nousee yli materiaa-lin myötölujuuden, jolloin mate riaaliin syntyy myös plastista muodonmuu-tosta. Väsymisen taustalla olevat mikro-skooppiset särömäiset virheet saavat alkunsa metallin raerajoilta ja metal-lissa valmiiksi olevista pienistä virheis-tä. Väsymismurtumaa edeltävät särön ydintymisen ja särönkasvun vaiheet. Korkeasyklisessä väsymisessä pitkä-kestoisin vaihe on särön ydintymises-sä, kun taas matalasyklisen väsymisen dominoivin vaihe on särönkasvuvaihe. Rakenteiden väsyminen on otettu huomioon jo alkuperäisissä kevytvesi-reaktoreiden suunnittelustandardeissa, ja mitoitus väsymistä vastaan tehdään standardissa esitettyjen väsymiskäyri-en perusteella. Väsymiskäyrät perustu-vat kuitenkin väsymiskokeisiin, joita ei ole tehty reaktoriympäristöä vastaavis-sa olosuhteissa. Muun muassa termistä väsymistä tai korroosion edesauttamaa korroosioväsymistä ei ole alkuperäisis-sä suunnitteluanalyyseissä otettu huo-mioon.

Ympäristövaikutteinen murtuminen ja korroosio

Korrodoivan, korkealämpötilaisen ve-den sekä eri vanhenemisilmiöiden takia materiaalin murtuminen saattaa tapah-tua huomattavasti pienemmillä jänni-tysintensiteettitekijän arvoilla, kuin mikä materiaalin tyypillinen murtumaan vaa-dittu arvo on. Ympäristö alentaa materi-aalin murtumissitkeyttä edesauttamalla särönkasvua. Ilmiötä kutsutaan ympä-ristövaikutteiseksi murtumiseksi, jonka tyypillisimmät muodot metalleilla ovat vetyhauraus, jännityskorroosio sekä kor-roosioväsyminen. Ympäristövaikutteiseen


Elomatic News

murtumiseen vaikuttavia tekijöitä on eritelty kuvassa 1. Jännityskorroosiota (stress corro-sion cracking, SCC) esiintyy tyypillisesti sitkeillä metalleilla, joiden korroosion-kesto on erinomainen niiden pintaan muodostuvan passiivisen oksidikerrok-sen vuoksi. Näihin metalleihin kuuluu muun muassa austeniittiset ruostumat-tomat teräkset sekä nikkelipohjaiset

seok set. Jännityskorroosion ennustami-nen on vaikeaa, sillä vaurioita voi syntyä materiaaleissa, joissa ei esiinny kauttaal-taan havaittavissa olevaa kuormankan-tokykyä vähentävää korroosiota. Jänni-tyskorroosiomurtumat ovat metalleissa joko rakeiden läpi eteneviä jännityskor-roosiomurtumia, raerajoja pitkin ete-neviä murtumia tai näiden kahden yh-distelmiä. Sama materiaali voi samassa

metallurgisessa tilassa murtua joko ra-keiden läpi tai pitkin raerajoja eri ympä-ristössä tai eri korroosiopotentiaalialu-eella. Jännityskorroosio on yleisempää kiehutusvesireaktoreissa kuin paineve-sireaktoreissa, mikä on yksi syy siihen, että 70 % maailman kevytvesireakto-reista on painevesireaktoreita. Korroosio on ylipäätään yleisin käyt-tökatkoksia aiheuttavan vian syy kevyt-

Austeniittiset ruostumattomat teräkset Seostamattomat teräkset

Nikkelipohjaiset seokset

Vähähiiliset teräkset: 304L, 316L, 316NG Titaanistabiloitu teräs: 321 Niobiumstabiloitu teräs: 347 Hitsauslisäaineet: 308L, 309L

SA-508 Gr.3 SA-533 Gr.B SA-106 Gr.B SA-333 Gr.6

Inconel 600 Inconel 182/82 Inconel 617 Incoloy 800

► Taulukko 1. Kevytvesireaktorissa käy-tettäviä teräslaatuja.

► Kuva1. Jännityskorroosion etenemi-sen edellytykset – esimerkki ympäris-tövaikutteisesta murtumisesta. Materiaali

KoostumusLämpökäsittelyMikrorakennePinnanlaatu

Jännitys, venymäKäyttöjännitysAsennuksen aiheuttamat jännityksetJäänösjännityksetMuodonmuutosnopeus

Korroosio

Väsyminen Korroosio-väsyminen

SCC

YmpäristöKoostumusLämpötilaKorroosiopotentiaaliVirtausnopeus

► Kuva 2. Terminen väsyminen putkis-ton T-liitoksessa

Vuoto tai virtaus

Kuuma

Termisen väsymisen alueet

(kuuman ja kylmän veden) turbu-lenttisen sekoittumisen vyöhyke

Kylmä


Elomatic News

vesireaktoreissa. Korroosio voimistuu lämpötilan noustessa, joten se on huo-mattava ongelma kaikissa lämpölaitok-sissa. Vaikka korroosio on huomioitu materiaalivalinnoissa sekä rakenteiden suunnittelussa ja huollossa, aiheutta-vat eräät korroosiotyypit silti pitkällä aikavälillä materiaalissa ominaisuuksien heikkenemistä. Esimerkiksi painevesi-reaktorin toisiopiirissä haitallisimmak-si ikääntymisilmiöksi on osoittautunut korkeapaineisen vesipitoisen höyryn ai-heuttama eroosiokorroosio. Eroosiokor-roosiossa kaasun tai nesteen nopea vir-taus aineen pinnalla pyrkii kuluttamaan suojaavan oksidikerroksen pois ja siten kiihdyttämään korroosiota.

Materiaalien vanheneminen

Materiaaleissa tapahtuu myös vanhe-nemista. Vanhenemisessa metalliseok-sen mikrorakenne muuttuu sen pyrki-essä tasapainotilaansa. Mikrorakenteen muuttuessa myös metalliseoksen me-kaaniset ominaisuudet kuten lujuus ja sitkeys muuttuvat. Reaktoripaineasti-assa merkittävin vanhenemisilmiö on säteilyhaurastuminen. Säteilyhaurastu-mista aiheuttavat neutronit kulkevat te-räksen kidehilan läpi ja vuorovaikutta-vat metalliatomien kanssa luovuttaen niille osan energiastaan. Tällöin suuri määrä metallihilassa olevia atomeja voi siirtyä paikaltaan jättäen tyhjän tilan jäl-keensä. Tämä reaktoripaineastian seinä-mässä tapahtuva atomien liike mah-dollistaa hilavikojen, erkaumien sekä raerajoja haurastavien suotautumien muodostumisen, minkä seurauksena teräs haurastuu. Jos samaan aikaan te-räkseen kohdistuu voimakas jännitys ja siinä on riittävän suuri särö, alkaa särö kasvaa nopeasti, mikä voi johtaa mur-tumaan. Teräksen sitkeysominaisuudet voidaan kuitenkin palauttaa lähes sä-

teilytystä edeltäneelle tasolle hehkut-tamalla teräs säteilytyslämpötilaa kor-keammassa lämpötilassa. Teräksissä tapahtuu vanhenemis-ilmiöitä myös ilman neutronisäteilyä. Muun muassa monissa austeniittisis-sa teräksissä muodostuu huoneenläm-mössä mekaanisen rasituksen alaisena muokkausmartensiittia. Martensiittinen mikrorakenne austeniitin joukossa te-kee teräksestä lujempaa, mutta samalla myös hauraampaa. Korkeissa lämpöti-loissa kuormituksen aikana teräksissä sen sijaan voi tapahtua termistä van-henemista sekä dynaamista myötövan-henemista. Termisessä vanhenemises-sa mikrorakenteen muutokset johtavat teräksen haurastumiseen. Dynaaminen myötövanheneminen sen sijaan aihe-uttaa teräksessä vuoroittaista lujittumis-ta ja pehmenemistä, mikä näkyy usein jännitys – venymä -käyrien sahalaitaise-na plastisena muodonmuutoksena. Il-miö voi johtaa muodonmuutoksen pai-kallistumiseen, mikä helpottaa säröjen ydintymistä ja siten pienentää teräksen väsymisikää.

Jatkuva tutkimus lisää materiaalien tuntemista

Ydinvoimalaitosten turvallisuusvaati-mukset ja tarpeet käyttöiän pidentä-miseksi ovat edesauttaneet terästen ja muiden kevytvesireaktoreissa käytetty-jen metallien tuntemusta laadukkaiden tutkimusten sekä jatkuvan seurannan ansiosta. Voimalaitosyhtiöt tekevät tii-vistä yhteistyötä eri tahojen kanssa ma-teriaalien ja niiden ikääntymisilmiöiden tutkimiseksi. Ikääntymisilmiöitä kuten väsymis-tä, korroosiota, ympäristövaikutteista murtumista ja vanhenemista tapahtuu myös monissa muissa vaativissa ympä-ristöissä erityisesti silloin, kun suunni-

teltu käyttöikä on pitkä. Rakenteiden kestoikää voidaan kuitenkin lisätä huo-mattavasti jo suunnitteluvaiheessa ta-pahtuvalla oikealla materiaalivalinnalla ja ikääntymisilmiöt huomioon ottavalla rakennesuunnittelulla sekä käytönaikai-sella seurannalla.

Korroosio on yleisin käyttökatkoksia aiheuttavan vian syy.

Kirjoittajasta

Helka ApajalahtiDI

Helka Apajalahti valmistui Aalto-yli-opistosta diplomi-insinööriksi ke-väällä 2013 opiskeltuaan koneenra-kennuksen materiaalitekniikkaa ja energiatekniikkaa. Ennen valmistu-mistaan Helka työskenteli koneen-rakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmässä avustaen ydinvoi-malaitosmateriaalien tutkimuksissa. Diplomityössään hän tutki dynaami-sen myötövanhenemisen ja väsymi-sen yhteisvaikutusta austeniittisen ruostumattoman teräksen mekaa-nisiin ominaisuuksiin. Helka on työskennellyt Elomaticin Helsingin toimistossa Energiateknologian ryh-mässä toukokuusta 2013 lähtien.

[email protected]

Elomatic News


Teksti ja valokuva: Olli Tuomola

Elomaticin projektijohtaja Veli-Matti Niemi vei päätökseen Finnproteinin soijajalostus-tehdasprojektin syksyllä 2013. Tehtaan käyn-nistys tapahtui lokakuussa. Finnproteinin soijajalostustehdas on Euroopan suurin la-jissaan, ja se on myös Elomaticin historiassa kautta aikojen suurin prosessitoimialan teh-dasprojekti.

Elomatic toi EPCM-toimijana soijajalostus-tehdasprojektiin mittavan prosessilaitosko-

kemuksen ja teknisen osaamisen. ”Näin suurta hanketta ei ole mahdollista toteuttaa ilman ulko-puolista projektinhallinta-apua”, projektijohtaja Ve-li-Matti Niemi painottaa. EPCM-toimituksen etuna on muun muas sa se, että se vapauttaa asiakkaan tärkeitä resursseja päätöksentekoon. EPCM on mielekäs ratkaisu myös pienemmän mittakaavan projekteissa ja silloin kun tilaajan tavoitteena on oman miehityksen minimointi projektissa. Kyseessä on Elomaticin EPCM-tyyppinen toi-mitus, jossa Elomatic laati osittain hankintasuun-nitelmat, teki tarjouspyynnöt ja -vertailut sekä neuvotteli valittujen toimijoiden kanssa. EPCM-lyhenne tulee sanoista Engineering, Procurement ja Construction Management. Toimitukseen kuu-lui myös tilaajalle laadittavat raportit mahdollisis-ta alihankkijoista, jotka sopivat parhaiten käsillä oleviin tehtäviin. ”Projektin toteutuksessa lähtötiedot ovat ensi-sijaisen tärkeitä. Niiden tulkinnassa on ollut hyvä turvautua Elomaticin suunnittelijoiden vankkaan kokemukseen ja ammattitaitoon”, Veli-Matti Nie-mi toteaa.

Elomatic News


Yhteen hiileen – Finnproteinin jättimäinen tehdas nousi Uuteenkaupunkiin


Elomatic News

”Finnproteinin tehtaan hankintapro-sessi on ollut valtava! Projektissa oli yh-teensä 50 merkittävää eri toimijoiden asennusurakkaa ja myös lukuisia laite-hankintoja ja muita hankintoja”, Niemi kertoo ja jatkaa ”tehtaassa on yhteen-sä kahdeksan eri laitoskokonaisuutta, jotka yhteenkytkettynä muodostavat soijajalostamon. Laitokset sijaitsevat eri rakennuksissa.” Tilaaja osti itse tehtaan päälaitteet. Elomatic on ollut myös päälaitteiden asennustyössä mukana asennusvalvo-jana. Lisäksi Elomatic toimitti koestus- ja käyttöönottopalveluja. Elomaticin EPCM-toimitukseen ei kuulunut teh-taan rakennusten toteutus, mutta tii-vis yhteistyö rakennuttajien kanssa on kuitenkin ollut välttämätöntä. Esimer-kiksi suurimmat yksittäiset laitteet ovat linja-autoa suurempia ja suunnittelussa sekä rakennusvaiheessa on pitänyt ot-taa huomioon laitteiden painon lisäk-si myös niiden asentamiseen liittyvät vaatimukset ja aikataulu. Tehdasraken-nukset nousivat sitä mukaa, kun suuret laitteet saatiin asennettua. Alihankkijat ovat olleet pääasiassa suomalaisia, mutta heidän palvelukses-saan on myös ollut paljon ulkomaista työvoimaa. Työmaalla on näkynyt tois-takymmentä eri kansallisuutta. Veronu-merollinen henkilökortti on ollut edel-lytyksenä työmaalle pääsyyn. Näin on

myös varmistettu, että työntekijöiden veroasiat hoidetaan asian mukaisesti. Rakentaja on kantanut vastuun raken-nustyömaan työturvallisuudesta.

Osaava henkilöstö ansaitsee palkkansa

Henkilöstö on etusijalla suunnittelu-toimiston projekteissa. Ilman rautaisen ammattitaidon omaavia projektihen-kilöstöä toteutusprojekti ei voi onnis-tua. ”Elomaticin henkilöstö on venynyt”, projektijohtaja Niemi toteaa lakonises-ti, ”työmaalla tehtiin projektin kuluessa monesti pitkiä työpäiviä”. ”Ainoastaan yhteen hiileen puhalta-malla näin suuri projekti voi onnistua. Eri toimijoiden välillä on ollut koko ajan hyvä henki”, Niemi pohtii. Veli-Matti Niemen työviikko on nor-maalisti yli 50 tuntia. Sunnuntai-iltana projektijohtajan on käytävä läpi seuraa-van tulevan viikon tehtävät ja tapaami-set. Projektin lankojen on pysyttävä tii-viisti johtajan käsissä.

Työkaluja ja tietoliikennettä

Tärkeitä työkaluja projektissa ovat ol-leet sähköpostiohjelma, jossa pitää olla

huolellisesti laadittu hakemistorakenne. ”Kannettava tietokone ja etäyhteys toi-miston tietojärjestelmiin ovat korvaa-mattomia”, Niemi kertoo ja toteaa, että Elomaticin konsernin ICT-osaston taus-tatuki oli keskeisessä roolissa ja tieto-liikenneyhteyksien toimivuus korostui projektin edetessä. ”Systemaattisesti hallinnoitu doku-menttipankki on korvaamaton näin suurissa tietomäärissä”, Niemi pai-nottaa. Elomatic käyttää projekteissa myös talon sisällä kehitettyjä projek-tityökaluja. Muun muassa EloDoc-tie-donhallintajärjestelmä on ollut kovas-sa käytössä soijatehdashankkeessa. Myös projektipäiväkirja on merkittä-vä työkalu. Suunnittelupuolella Cadmaticin 3D-suunnitteluohjelmisto on ollut tärkeäs-sä roolissa. Koko laitossuunnittelu teh-tiin Cadmatic 3D -ohjelmistolla, jonka avulla tuotettiin tarvittavat piirustukset. Toinen erinomainen työkalu on ollut Cadmaticin eBrowser, jota myös työ-maaurakoitsijat käyttävät mielellään. ”3D-mallista otettu kuva, ’snapshot’, tulostetaan ja viedään asennuspaikal-le. Kuvasta asentaja näkee heti koko-naisuuden, joka on tarkoitus rakentaa. Kätevä työkalu”, Niemi toteaa haastat-telun lopuksi ja kiirehtii jo seuraavaan neuvotteluun.

Cadmaticin 3D-suunnitteluohjelmisto on ollut tärkeässä roolissa.


Elomatic News

Savukaasupesuriteknologian käytöl-le on useita perusteluja, mutta yksi merkittävimmistä on sen tuoma lii-ketaloudellinen hyöty. Lämpölaitos-ten savupiipuista katoaa taivaalle edelleen suunnaton määrä hyödyn-nettävissä olevaa lämpöenergiaa. Nykyaikainen savukaasupesuri ot-taa talteen hukkalämmön ja läm-pöyhtiöt saavat kaupan päälle hiuk-kasten tehokkaan suodatuksen.

Kaukolämpömarkkinoiden muutok-set Suomessa asettavat useat läm-

pölaitosyhtiöt haasteelliseen asemaan. Muutosten taustalla olevat syyt ovat moninaiset. Kilpailu lämpöasiakkaista on koventunut huomattavasti viimeis-ten kymmenen vuoden aikana kilpai-levien lämmitysmuotojen yleistyessä. Kaukolämmöntuotannon polttoainest-rategiat ovat sidoksissa Suomen, EU:n ja koko globaalin maailmantalouden ener-giavarantojen ja -tuotannon muutok-siin. Kaukolämpöverkot ovat usein iäk-käitä ja kuluttajapään lämmönvaihtimet sekä niiden hyötysuhteet usein huonot. Näiden lisäksi tuotantolaitosten uudista-minen vastaamaan nykyajan energiate-hokkuus- ja päästövaatimuksia on usein kiinni kuntien taloustilanteesta, mikä voi

viivästyttää tai jopa estää taloudellisesti ja ympäristöllisesti järkevien investoin-tien läpiviennin. Katseet kaukolämmöntuotannon uu-distamiseksi on suunnattava taloudelli-sesti järkeviin, riittävän pienimuotoisiin investointihankkeisiin, joilla pyritään eri-tyisesti nostamaan lämmöntuotannon energiatehokkuutta sekä rajoittamaan laitosten päästöt kustannustehokkaasti nykyvaatimusten tasolle.

Polttoöljy lämpöyhtiöiden taloudellisena taakkana

Suuri osa lämpölaitosyhtiöistä käyttää edelleen polttoaineena myös raskasta polttoöljyä. Polttoöljyä kuluu erityisesti kovilla pakkasjaksoilla, kun päätuotan-tolaitoksen kapasiteetti ei riitä. Useissa tapauksissa lisälämmöntarve on mer-kittävä ja johtaa jo lyhyiden pakkasjak-sojen aikana huomattavaan polttoöljyn kulutukseen. Kokemuksemme mukaan tyypillinen polttoöljyllä tuotettu ener-giamäärä on 3500–6000 MWh vuodes-sa lämpöyhtiöissä, joiden KPA-laitokset ovat kokoluokkaa 5–10 MW. Pääosa öl-jystä kuluu talven pakkasjaksoilla. Tä-män lisäksi raskaalla polttoöljyllä paika-taan KPA-kattilan seisokki- ja huoltoajat. Kesäaikana KPA-laitokset toimivat sää-

töalueensa alarajoilla, jolloin laitoksen operointi on vaikeaa. Tarvittava kauko-lämpö tuotetaan tällöin niin ikään öljy- tai maakaasukattiloilla. Useimmat lämpölaitosyhtiöt Suo-messa pyrkivät eroon raskaan polttoöl-jyn käytöstä. Syyt ovat liiketaloudellises-ti ja yhteiskunnallisesti järkeviä; raskaan polttoöljyn käyttö polttoaineena on yk-sinkertaisesti liian kallista ja hiilidioksi-dipäästöt huomattavasti korkeammat kuin esim. paikallisilla biopolttoaineilla toimittaessa. Lisäksi voimassa oleva PI-NO-asetus rajoittaa rikkipitoisen raskaan polttoöljyn käyttöä lämpö- ja voimalai-toksissa 1.1.2018 lähtien. Tämän lisäksi siirtyminen paikalliseen polttoainetuo-tantoon parantaa alueen ekonomiaa sekä lisää riippumattomuutta globaa-leista energiamarkkinoista. Polttoaineen laadusta ja sen käytöstä lämpölaitoksissa on erityisesti kunnille muodostunut ko-konaistaloudellinen asia, joka on kään-nettävissä kuntien eduksi.

Savukaasujen puhdistus ja hukkalämmön talteenotto

Savukaasupesuri on ns. märkäpesuri, jonka kehitystyön tavoite oli alun pe-rin savukaasujen hiukkaspäästöjen vä-hentäminen. Ajan myötä painopiste on

Nykyaikainen savukaasupesuri merkittävä biolämpölaitosten kannattavuuden parantaja


Elomatic News

▼ Kuva 2. Kostean savukaasun luovut-tama lämpöteho polttoainetehoyk-sikköä kohti savukaasun lämpötilan funktiona.

◄ Kuva 1. Perinteisen pesurin prosessi-kaavio yksinkertaisimmillaan.

KL-paluu

KL-meno

Savukaasut

Savu-kaasut

siirtynyt yhä enemmän savukaasuissa olevan hukkalämmön talteenoton te-hostamiseen. On kuitenkin syytä ko-rostaa, että huolimatta energiatehok-kuuden painoarvon kasvamisesta savukaasupesureiden kehittämisessä ja käytössä, on pesuri edelleen erittäin ta-loudellinen tapa suodattaa savukaasujen hiukkaset. Pesuri yhdessä oikein mitoi-tetun esisuodatusasteen kanssa täyttää useimmiten tiukimmatkin hiukkaspääs-töihin liittyvät normit ja asetukset. Perinteisen savukaasupesurin hiuk-kaspäästöjen suodatus- sekä lämmön talteenotto-ominaisuudet perustuvat kahteen peräkkäiseen prosessointivai-heeseen. Savukaasut johdetaan pesu-vaiheeseen, jossa poistetaan pääosa pienhiukkasista. Samassa vaiheessa savu-kaasut jäähtyvät ns. märkälämpötilaan-sa (60–70 astetta) saakka. Pesuvaiheen jälkeen savukaasut johdetaan lauhdut-timeen, jossa savukaasu luovuttaa läm-pöenergiansa pääasiassa lauhtumal-la vastavirtaan valuvaan kiertoveteen. Lauhtuminen tapahtuu täytekappale-kerroksissa (yksi tai kaksi kerrosta), jotka toimivat prosessin lämmönsiirtopintoi-na. Kiertovesi, joka on muodostunutta lauhdetta, johdetaan lämmönvaihtimel-le. Lämmönvaihtimella lauhteeseen siir-tynyt lämpöenergia otetaan talteen kau-kolämpöveteen. (Ks. kuva 1.)

Oleellisinta on saavuttaa kastepistelämpötila

lauhdutinvyöhykkeessä

Kastepiste on lämpötila, jossa savukaa-sun sisältämän vesihöyryn suhteellinen kosteus on 100 %. Jos lämpötila las-kee kastepisteen alapuolelle, alkaa sa-vukaasussa oleva vesihöyry tiivistyä eli muuttua vedeksi. Tarkasteltaessa läm-pöenergian siirtymistä huomataan, että veden eri faasimuutosten yhteydessä entalpiamuutokset ovat huomattavasti suuremmat kuin yhden faasin sisällä ta-pahtuvissa lämpötilamuutoksissa. Niin-pä esim. veden höyrystymisessä ja ve-sihöyryn tiivistymisessä lämpöenergian siirtymät ovat merkittäviä (2350 kJ/kg). Pesurin lämmön talteenoton kannal-

ta oleellisinta on juuri tuon kastepiste-lämpötilan alittuminen, jolloin savukaa-sujen vesihöyry tiivistyy ja vapautuva lämpöenergia pääsee siirtymään te-hokkaasti kiertoveteen ja sitä kautta lämmönvaihtimeen. Toisaalta, jos pe-surissa jäädään huomattavasti kaste-pistelämpötilan yläpuolelle, lämmön talteenottokyky romahtaa ja pesuri al-kaa toimia haihduttimena. Pesurissa siis höyrystetään lisävettä savukaasuihin. (Ks. kuva 2.)

Miksi normaali savukaasupesuri ei toimi kovilla pakkasilla?

Kastepistelämpötilan saavuttaminen ti-lanteessa kuin tilanteessa on pesurin lämmön talteenoton toiminnan kan-nalta oleellista. Pesurin lämmönsiir-

timien toisiopuolelle johdetaan kau-kolämmön paluuvesi, joka jäähdyttää savukaasut alle vesikastepistelämpöti-lan. Jäähdytys toimii ja kastepiste saa-vutetaan, kun kaukolämpöverkon pa-luuveden lämpötila pysyy selkeästi savukaasun kastepistelämpötilan ala-puolella. Huipputehon aikaan pyritään usein käyttämään laadullisesti hyvää eli kui-vaa polttoainetta. Kuivan polttoaineen savukaasut ovat kuivia, eli savukaasujen kastepistelämpötila on matala. Huippu-kuorman aikana usein myös kaukoläm-pöverkkojen paluulämpötilat nousevat. Suurin syyllinen löytyy kotitalouksissa käytettävistä kaukolämmönvaihtimis-ta, joiden hyötysuhteet ovat heikot. Ne eivät yksinkertaisesti pysty siirtämään tarvittavaa lämpömäärää kotitalouk-siin, vaan ylimääräinen lämpö kiertää

Savu

kaas

un lu

ovut

tam

a te

ho, k

W/M

Wpa

Savukaasun lämpötila, °C

Savukaasun jäähtyminen

Savukaasun kastepiste

HakeTurve

400

350

300

250

200

150

100

50

0

Savukaasun lauhtuminen

Polttoainekosteus 50 %Jäännöshappi 5,0 %-vol. kuivissa savukaasuissaSavukaasun alkulämpötila 180°C

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190


Elomatic News

takaisin lämpölaitokselle. Kun tämä yli-jäämälämpö syötetään takaisin savu-kaasupesurin lämmönvaihtimiin, ei kas-tepistelämpötilaa saavuteta ja lämmön talteenotto huononee merkittävästi. Voidaan puhua jopa pesurin LTO-ky-vyn romahtamisesta. Puuttuva lauhtu-minen johtaa helposti myös pesurin liete- ja tukkeumaongelmiin.

Lämpöpumppukytkennällä merkittäviä parannuksia

lämmön talteenottoon

Lämpöpumppuja on käytetty teolli-suudessa jo vuosikymmeniä erilaisissa hukkalämmön talteenottoprosesseissa. Lämpölaitosprosessi on erikoistapaus, jossa oikealla lämpöpumppukytken-nällä saadaan talteenottoa tehostet-

tua jopa 4–8-kertaiseksi perinteiseen pesuriin verrattuna. Lämpöpumpul-la säädetään pesurille menevää kau-kolämpöveden paluulämpötilaa siten, että kastepistelämpötila saavutetaan riippumatta verkon kuormitusasteesta. Perinteisessä pesurissa kaukolämmön paluulämpötila rajoittaa savukaasujen loppulämpötilan n. 3–5°C paluulämpö-tilaa korkeammalle tasolle. Esimerkiksi jos paluulämpötila on 55°C, savukaa-sujen minimi loppulämpötila voi olla 58°C. Lämpöpumppukytkennällä kau-kolämmön paluulämpötilaa voidaan alentaa jopa 20°C alemmalle lämpötila-tasolle, eli edellistä esimerkkiä noudat-taen kaukolämpöveden paluulämpötila olisi 35°C ja savukaasujen minimiloppu-loppulämpötila +38°C. Jäähdytys ei kui-tenkaan hukkaa paluuvedessä olevaa lämpöenergiaa, vaan se siirtyy pum-

▼ Kuva 4. Erään lämpöpumppukytken-nällä toteutetun pesurihankkeen vai-kutus lämpölaitoksen lämmöntuo-tannon pysyvyyskäyrään

◄ Kuva 3. Yksinkertainen periaateku-vaus nykyaikaisesta lämpöpumppu-kytkentäisestä savukaasupesurista, joka perustuu Elomatic Oy:n patentoi-maan kustannusoptimoituun kytken-täratkaisuun. Ratkaisussa jäähdytyk-seen johdetaan ainoastaan tarvittava osa koko kaukolämmön paluuvirtaa-masta.

pun termoaineen välityksellä lauhdutti-melle ja takaisin kaukolämpöverkkoon. Lämpöpumpulla siirretty energia aino-astaan ”ohittaa” pesurikytkennän. Ke-hittyneimmissä sovelluksissa verkon paluuvettä johdetaan jäähdytykseen ainoastaan pesurin todellisuudessa tar-vitsema määrä, jolloin lämpöpumpun koko voidaan mitoittaa investoinnin kannalta optimaalisimmaksi. Edellä esitetyssä esimerkissä 20 as-teen lisäjäähdytys on merkittävä ener-gian talteenoton kannalta. Mikäli esi-merkin tapauksessa polttoaineena olisi käytetty turvetta, jonka kosteus on 35 % ja savukaasujen happipitoisuus 5 %-vol, olisi savukaasujen kastepistelämpötila ollut tällöin 57°C. Tällaisessa tapaukses-sa perinteisellä pesurilla ei saavutettaisi kastepistelämpötilaa, vaan prosessissa tarvittaisiin lisävettä. Pesuri toimisi käy-tännössä haihduttimena. Pesurin teho olisi n. 30 kW / polttoainemegawatti. Lämpöpumpun avulla savukaasujen loppulämpötila olisi +38°C ja pesurista saatava teho n. 165 kW / polttoaineme-gawatti. Myös lietettä poistavaa lauh-detta syntyisi n. 114 kg/h / MWpa kun perinteinen pesuri kuluttaisi raakavettä pelkästään haihduttamiseen 35 kg/h / polttoainemegawatti. Tehoero on siis merkittävä. (Ks. kuva 3.) Edellä selostettu säätöpiiri ja lämpö-pumpun kytkemistapa mahdollistavat pesurin lämmön talteenoton merkittä-vän noston ja lämpölaitoksen energiate-hokkuuden parannuksen erityisesti ko-villa pakkasjaksoilla. Raskaan polttoöljyn käyttöä voidaan merkittävästi vähentää, mikä takaa lyhyen takaisinmaksuajan in-vestoinnille. Tähän mennessä on saavu-tettu 2,5–3 vuoden takaisinmaksuaikoja investoinneissa, joissa raskas polttoöljy on korvattu lämpöpumppukytkentäisel-lä pesuriratkaisulla. (Ks. kuva 4.)

Taloudellisesti hiukkas-päästörajojen alapuolelle

Päästöasetukset Suomessa noudattavat EU:n taholta asetettuja normeja. Päästö-rajat on koottu ns. PINO-asetuksiin, jotka määrittelevät KPA-laitoksista ilmakehään

KL-paluu

KL-meno

Savukaasut

Pesuri

LTO(lämpö-pumppu)

Savu-kaasut

Läm

pöte

ho, M

W

Aika, t

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Kattila + pesuriKattila

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000


Elomatic News

vapautuvan savukaasun enimmäishiuk-kaspitoisuudeksi uusissa 5–10 MWpa lämpölaitoksissa 50 mg/m³n. Perintei-sesti tähän pitoisuustasoon on päästy sähkösuodattimella tai letku-/pussisuo-dattimella. Molempiin liittyy kuitenkin heikkouksia: sähkösuodatin on inves-tointina kallis ja pussi-/letkusuodin on arka kuumille savukaasuille. Näiden suo-datustapojen rinnalle on nousemassa uusia, tiukkenevien PINO-asetusten mu-kaisia, taloudellisempia vaihtoehtoja. Lämpölaitosten uudishankkeissa mo-derni savukaasupesuri lämpöpumppu-kytkentöineen nähdään nykyisin ennen kaikkea KPA-laitosten energiatehokkuu-den parantajana. Tämän lisäksi on syy-tä muistaa, että savukaasupesuri on ta-loudellisesti erittäin kilpailukykyinen savukaasuhiukkasten suodatuksessa. Esimerkkinä voidaan mainita savukaa-supesuri ja savukaasujen virtausmäärään nähden oikein mitoitettu multisykloni, jotka kaskadiin kytkettynä ovat suoda-tuskyvyltään useimmiten rinnastettavis-sa vastaavan kokoluokan sähkösuodat-timeen. Yhdistelmällä voidaan useissa tapauksissa poistaa siis sähkösuodatti-men tarve laitoshanketta suunniteltaes-sa ja toteutettaessa. (Ks. kuva 5.)

Lauhteen ja lietteen käsittely

Multisyklonin ja pesurin kytkentävaih-toehdossa on huomioitava pesurin lauhteen ja lietteen käsittelyn toimi-vuus ja kapasiteetti. Lietteen käsittely

on mitoitettava käytetyn polttoaineen ja pesurin hiukkassuodatuskyvyn mu-kaan. Kaikkein edistyksellisimmissä sa-vukaasupesureissa lauhde käytetäänkin tehokkaasti hyväksi kiintoaineen kan-toaineena, jolloin vältetään lietteen sa-ostumisesta ja pesurin tukkeutumisesta johtuvat ongelmat. Tyypillisesti lauhdet-ta syntyy riittävästi, jos käytössä on läm-pöpumppukytkentäinen pesuriratkaisu.

Kirjoittajista

Juha JärvenreunaDI (Automaatiojärjestelmät)

Juha Järvenreuna on aloittanut Cali-go Industria Oy:n toimitusjohtajana elokuussa 2013. Suuren osan työ-urastaan hän on työskennellyt Teles-te Oyj:n palveluksessa tuotannon, tuotekehityksen sekä tuote- ja pal-veluliiketoiminnan johtotehtävissä. Tämän lisäksi Juha on työskennellyt DHL International Oy:n ja Nokia Net-works Oy:n palveluksessa. Pääosa työkokemuksesta on kertynyt kan-sainvälisissä tehtävissä.

[email protected]

Mika NummilaDI (Energiatekniikka)

Mika Nummila on toiminut proses-si- ja enrgiatekniikan konsultointi- ja suunnittelutehtävissä vuodesta 1993 lähtien. Nummila toimi vuosina 2005–2012 Elomatic Oy:ssä prosessi-toimialalla suunnittelujohtajana vas-taten Jyväskylän yksikön prosessi-osaston toiminnasta. Vuodesta 2013 lähtien hän on toiminut Caligo In-dustria Oy:n teknologiajohtajana. Nummilan erikoisosaamisalueena ovat lämmönsiirto, energiatehok-kuus sekä savukaasupesurit.

[email protected]

▲ Kuva 5. Erään laitoksen savukaasujen hiukkaskokojakauma multisyklonin ja savukaasupesurin jälkeen

Caligo Industria Oy

Elomaticin energialiiketoimintaan liittyvää teknologia-/tuoteliiketoi-mintaa on siirretty 1.8.2013 alkaen uuteen yhtiöön nimeltään Caligo Industria Oy. Yhtiö on Elomaticin tytäryhtiö, mutta omistajina on myös henkilöosakkaita merkittä-villä osuuksilla. Yritys toimii Eloma-ticin tiloissa Turussa ja Jyväskylässä. Yrityksen liikeideana on kehit-tää, tuotteistaa, myydä ja markki-noida lämmön talteenottoon ja energiansäästöön liittyviä innova-tiivisia teknologiatuote- ja järjestel-märatkaisuja, pääasiassa energian-tuotanto- ja prosessiteollisuuteen. Alkuvaiheessa yrityksen päätuote ja liiketoiminnan perusta on Elomati-cin kehittämä savukaasupesurirat-kaisu ja siihen liittyvät asiakaskoh-taiset variaatiot ja sovellukset.

0–2 µm 2–4 µm 4–8 µm 8–16 µm 16–30 µm 30–50 µm > 50 µm 18,5 27,7 27,7 36,9 27,7 36,9 9,2 16,5 5,3 0,1 0,000 0,000 0,000 0,000

Tuleva mg/m3Lähtevä mg/m3

mg/

m3

40,035,030,025,020,015,010,0

5,00,0


Ihmisen silmää matkivaa koneel-lista aistia eli konenäköä voidaan hyödyntää monin tavoin eri teolli-suuden aloilla. Esimerkiksi elintar-viketeollisuudessa konenäkösovel-luksia voidaan käyttää tuotteiden laadunvalvonnassa ja konepajate-ollisuudessa konenäöllä on useita käyttökohteita. Sitä voidaan käyt-tää muun muassa laadunvarmis-tukseen, työstökonepalveluun ja paikoitukseen.

Yksinkertainen konenäkösovellu-tus koostuu kamerasta, valosta ja

PC:stä sekä konenäköohjelmasta. Ko-nenäkökamera ja tietokone toimivat yhdessä ja voivat ohjata esimerkiksi laaduntarkkailua tai robotin toimintaa. Kyse on periaatteessa valokuvaukses-ta, mutta tässä tapauksessa valokuvaa analysoidaan automaattisesti etukä-teen määrättyjen funktioiden avulla. Esimerkiksi kuvassa olevan kappaleen mittatiedot saadaan selville, kun tiede-tään konenäkökameran kennon pikse-limäärä (VGA 640 x 480) ja kuva-alueen mittatiedot. Tällöin voidaan laskea kuin-ka monta millimetriä pitkä yksi pikse-li on.

Toisaalta myös jokainen kuvattu kirjain muodostuu pikseleistä. Vertaa-malla kuvattua pikseli kuviota (kirjain-ta) referenssikuvaan voidaan päätel-lä kuvattu kirjain. Kuvatun kirjaimen ja referenssikuvan vastaavuuskerroin-ta voidaan muuttaa. Jos vastaavuus on 100 % konenäkösovellus tunnistaa vain täydellisesti referenssikuvaa vas-taavan kirjaimen. Jos vastaavuus on 50 %, konenäkökamera voi tunnistaa i-kirjaimeksi myös esimerkiksi merkit 1, j, L, J. Onneksi vastaavuuskertoimen op-timointiongelmaa voidaan poistaa muun muassa ottamalla suuri otos re-ferenssikuvia. Konenäkö vertaa kuvia

Tehokasta ja laadukasta tuotantoa konenäköä hyödyntäen

Elomatic News


Elomatic News

automaattisesti huomioiden korrelaa-tion ja selvittää, mistä kirjaimesta on kyse.

Tekstin ja päivämäärän sekä muodon tunnistus

elintarviketeollisuudessa

Elintarviketeollisuudessa konenäköso-velluksia voidaan hyödyntää esimerkiksi tuotteen laadunvalvonnassa. Laadun-

valvontaa voidaan tehdä vaikkapa tuot-teen muotoon tai tulostettujen tekstien oikeellisuuden ja luettavuuden tarkis-tamiseen. Muodontarkistuksessa jokaises-ta tuotteesta otettua kuvaa verrataan ennalta konenäköjärjestelmälle ope-tettuun kuvaan. Muodontarkistukses-sa hyödynnetään mittasensoreita, joil-le määritellään raja-arvot. Raja-arvojen perusteella järjestelmä tulkitsee tuot-teen olevan muodoltaan sille asetet-

tujen rajojen sisällä tai hylkää tuotteen raja-arvojen ylittyessä. Tuotteista on mahdollista tutkia myös muita kuin mittavirheitä. Esimer-kiksi erilaiset painaumat ja värjäytymät on mahdollista löytää käyttämällä eri-tyyppisiä valaistuksia ja kynnystämällä kuvaa, eli sävyjen rajaamista esimerkiksi kahteen (mustavalkoinen kuva). Tekstin tunnistusta voidaan käyttää esimerkiksi tulostettujen käyttöpäivä-tietojen tarkistukseen ja tekstin laadun

► Konenäköjärjestelmä

► Konenäkö tunnistaa pakkauksessa olevan tarran paikan (mittatiedon perusteella), Hyväksyntäleiman (Ap-proved) sekä lukee pakkauksessa si-sällä olevan komponentin tyypin (BUSCONNECTOR). Mikäli kappale ei läpäise laaduntarkastusta, ohjelma tallettaa kuvan ja hylkäyssyyn tie-tokoneen kansiorakenteeseen myö-hempää tarkastelua varten. Ohjelma laskee hyväksyttyjen ja hylättyjen pa-kettien määrän eriteltynä hylkäyssyyn mukaan, määrättynä aikajaksona. ATTRIBUTES:

Measuring features found: FOUNDHorizontal measurement from sticker to box edge 6.442 mm PASSVertical measurement from top of logo to box edge 60.811mm PASSApproval status: APPROVEDProduct: BUSCONNECTOR OK

PASS Images total: 40 RESET COUNTERS Passed: 31 Failed 9Feature fails since reset: 5Sticker positioning fails: 9 Print fails: 1

Valvontatehtävien lataus kameroille

OCR tekstin tunnistus

In-Sight OPC Server tapahtumatiedonkeruuseen

In-Sight Display Control .NET-sovelluksille

Valvontatapahtumien siirto palvelimelle

SQL Server Database• Valvontatapahtumapoikkeamat• Poikkeamakuvienarkisto

Valvontatehtävien konfigurointi• Testienreferenssikuvat• Testienreferenssitekstit


Elomatic News

varmistukseen. Käyttöpäivätietojen tar-kistus voidaan toteuttaa hyödyntäen tehtaan tuotantojärjestelmästä saata-vaa tuotteen käyttöpäivämäärätietoa ja tehdä vertailu konenäköjärjestelmäs-sä saadun tiedon ja tulostetun tiedon välillä. Tällä toimenpiteellä pystytään varmistamaan, ettei tuotannosta pää-se kuluttajille väärällä käyttöpäiväyksillä olevia tuotteitta. Käyttämällä konenäköä tekstin laa-duntarkkailuun voidaan ennalta eh-käistä tulostuslaitteen likaantumista tai muusta toimintahäiriöstä aiheutu-via tuotantokatkoksia ja viallisia tuot-teita. Sen avulla voidaan myös estää tulostuksessa tulleiden virheellisten kappaleiden läpipääsy tuotannosta. Tekstin tunnistuksessa hyödynne-tään jokaiselle tulostuskohteelle erik-seen opetettua fonttikirjastoa. Ope-tettuja fontteja voi olla useita jokaista merkkiä kohden ja niiden hyväksymis-taso on määriteltävissä. Järjestelmä ver-taa luettuja merkkejä opetettuihin ja ennalta määriteltyjen hyväksymistaso-jen perusteella tulkitsee, täyttääkö tu-lostus sille asetetut vaatimukset.

Paikoittaminen konenäön avulla konepajateollisuudessa

Konepajateollisuudessa konenäöllä on useita käyttökohteita. Konenäköä voi-daan käyttää esimerkiksi laadunvarmis-tukseen, työstökonepalveluun ja pai-koitukseen. Käytettäessä konenäköä kappaleiden paikoituksessa, hyödyn-netään kameralla saatavaa paikkatietoa. Paikkatieto välitetään kappaletta ohjaa-valle laitteelle joko väylä tai I/O-rajapin-

taa käyttäen. Kappaletta siirtävänä lait-teena voi toimia robotti, manipulaattori tai linjasto. Paikoitus tapahtuu esimer-kiksi siten, että kappale tuodaan lähelle sille varattua kohtaa ja kuvataan. Kuva-uksen jälkeen kameran sovellusohjelma laskee tarvittavan siirtymän ja välittää tiedon kappaletta ohjaavalle laitteelle. Siirtävä laite suorittaa tarvittavan siirto-liikkeen. Tarvittaessa tehdään vielä uusi kuvaus- tai siirtokierros.

Konenäköjärjestelmä ja tiedonkeruu

Konenäköjärjestelmissä on yleisesti jo vakiona olemassa Ethernet- liityn-tä. Tämän kautta on mahdollista teh-dä tiedonsiirtoa monipuolisesti tehtaan eri järjestelmien kanssa. Konenäköjär-jestelmä mahdollistaa esim. kaikkien huonoksi tulkittujen tuotteiden kuvan tallentamisen ftp-siirtona tehtaan pal-velimelle sekä saman tiedon siirtämi-sen OPC-rajapinnan kautta kytkettyyn operointipaneeliin. Myös tehtaan tuo-tantojärjestelmästä on tuotavissa tietoa kamerassa olevaan sovellukseen. Tuota-va tieto voi esimerkiksi olla käyttöpäivä-määrätietoa. Konenäköjärjestelmissä on myös ylei-sesti valmiit kommunikointiprotokollat tunnetuimpiin PLC ja robottimerkkei-hin. Tämä mahdollistaa helpon ja mo-nipuolisen kommunikoinnin tehtaalla oleviin muihin tuotantojärjestelmiin. Konenäköjärjestelmä kattaa laajimmas-sa mittakaavassa yhtenä keskitettynä järjestelemänä koko tehtaan konenä-kötarpeet. Tällöin tiedonkeruu ja analy-sointi voidaan tehdä keskitetysti.

Konenäköjärjestelmä voidaan liittää ohjelmoitavaan logiikkaan tai automaa-tiojärjestelmään. Tällöin konetta tai pro-sessia voidaan ohjata automaattisesti konenäkökameran tekemään päätte-lyyn perustuen.

Kirjoittajasta

Juhani KääriäinenDI (Prosessiautomaatiotekniikka)

Juhani Kääriäinen on valmistunut Oulun yliopistosta prosessitekniikan osastolta automaatio ja tietoteknii-kan Diplomi-insinööriksi (2000). Val-mistumisen jälkeen hän on työsken-nelyt tutkimus- ja opetustehtävissä sekä suunnittelu- ja insinööritoimis-ton kehitystehtävissä. Lisäksi hänel-lä on kokemusta useiden vuosien ajalta myynnistä ja markkinoinnis-ta. Tällä hetkellä Juhani Kääriäinen työskentelee Jyväskylässä sähkö-automaatio ryhmän ryhmäpäällik-könä.

[email protected]

Konepajateollisuudessa konenäköä voidaan käyttää laadunvarmistukseen, työstökonepalveluun ja paikoitukseen.


Elomatic News

Tavoitteenamme on kehittää tarkoi-tuksessaan hyvin palvelevia tuottei-ta, jotka ovat haluttuja markkinoil-la. Tarvitsemme myös tehokkaita ja turvallisia toiminta- ja tuotantoym-päristöjä sekä toimivia palveluja ja niiden markkinointikanavia. Han-kintatilanteissa yritämme valita tar-jolla olevista sovellusvaihtoehdoista kustannustehokkaimmat ja käyttä-jien hyväksymät ohjelmistot työväli-neiksi liiketoimiimme. Näihin haas-teisiin on ratkaisukeinoja.

Suunnittelijoina saatamme kuulla käyttäjän syyttävän itseään, jos hän

ei osaa toimia teknologian kanssa oi-kein. Kun käyttäjä kohtaa ympäristössä ongelman, hän saattaa myös pitää sitä väistämättömänä tilanteena, johon on vain sopeuduttava. Nämä eivät kuiten-kaan ole päteviä selityksiä hankaluuk-sille suunnittelu- ja kehitystyötä ajatel-len. Suunnittelijoina meidän pitäisi aina kysyä, voisiko tilanteen saada korjatuksi suunnittelun mahdollisuuksilla.

Tuotekehitysnäkökulmasta asiaa katsoen emme voi vaikuttaa käyttä-jien ominaisuuksiin. Ainoa, mitä voim-me tehdä, on tuotteen, ympäristön tai palvelun ominaisuuksien kehittäminen käyttäjätarpeiden ja -logiikan mukai-siksi, käyttötehokkaiksi, turvallisiksi ja positiivisia käyttäjäkokemuksia tuotta-viksi. Tällä saralla on paljon kehityspo-tentiaalia.

Käyttäjätieto tuotekehityksessä ja teknologian arvioinnissa

Tiedon hankkiminen käyttäjämaailmas-ta ja sen hallittu soveltaminen tekno-logian kehitykseen on avain toimiviin ratkaisuihin ja käyttölaatuun. Käyttäjä-tieto mahdollistaa suunnittelukohteen ominaisuuksien sovittamisen käyttäjien fyysisiin ja kognitiivisiin eli tiedon käsit-telyyn liittyviin ominaisuuksiin. Suunnittelun pitäisi pystyä ratkaise-maan tuotteissa ja ympäristöissä fyy-sisen ergonomian haasteet huomioi-den ihmisen fyysisen rakenteen – mitat, liikerajat ja suorituskyvyn. Käytettä-vyyden rakentamisessa tarvitsemme

havainnointikykyyn, ajattelu- ja toi-mintamalleihin sekä johtopäätösten te-koon ja emootioihin liittyvää tietoa ja sen soveltamista. Monissa tapauksissa ympäristön, tuotteen tai palvelun tulisi olla myös esteetön eli soveltua kaikille käyttäjille mahdollisista toimintakyvyn tai aistien rajoituksista huolimatta. Näihin suunnitteluhaasteisiin liittyvää käyttäjätietoa tutkitaan ja selvitetään perinteisten toiminnan havainnoin-tien ja asiantuntija-arviointien lisäk-si esimerkiksi erilaisilla simulaatioilla, virtuaaliympäristössä toteutettavilla vuorovaikutteisilla käyttäjätestauksilla tai vaikkapa käyttöliittymän käyttöön liittyvien silmänliikkeiden tutkimuksel-la. Myös olemassa olevaa teknologiaa voidaan arvioida samoilla kriteereillä ja menetelmillä. Käyttäjätiedon mahdollisuudet eivät rajoitu vain käytön aikana ilmenevän tuotelaadun kehittämiseen ja arvioin-tiin. Sillä on tärkeä rooli myös tuotteen ensivaikutelman ja jälkimaun luomi-sessa – herättääkö tuote luottamusta jo myyntitilanteessa ja millainen käyt-täjäkokemus kokonaisuudessaan saa-daan aikaan.

Käyttölaatua etsimässä– käyttäjätiedolla potkua kehitykseen ja avaimia menestykseen


Elomatic News

Käyttäjien tuominen kehitys- ja arviointiprosessiin

Kuinka käyttäjätietoa käytännössä saa-daan ja miten se leivotaan tuotekehi-tyksessä tuotteiden ominaisuuksiksi? Riittääkö, että toteutamme suunnitteli-joina sen, mitä käyttäjä tai asiakas pyy-tää? Näin suoraviivaisella käyttäjätiedon soveltamisella moni yritys on ajautunut hallitsemattomaan tuotekehitykseen, altavastaajan rooliin. Käyttäjä tai asiakas ei aina osaa hah-mottaa optimaalista ratkaisua. Hän on sen sijaan asiantuntija tuotteen käyt-töön ja toivottuihin toimintatapoihin liittyen. Suunnittelun rooli on selvittää käyttäjätarpeisiin, käyttöympäristöihin ja erilaisiin käyttötilanteisiin liittyvät te-kijät, ymmärtää niiden problematiikka paremmin kuin käyttäjät osaavat edes kertoa ja jalostaa tieto sitten käytännöl-lisiksi ja innovatiivisiksi ratkaisuiksi. Suunnittelutyöhön tarvitaan päte-vät käyttäjätiedon keruumenetelmät, osaaminen, tarkoituksenmukainen re-surssien jako sekä toimien oikea-aikai-nen istuttaminen suunnittelu-, kehi-tys- tai arviointityön kokonaisuuteen. Käyttäjänäkökulma kulkee juonteena suunnittelutyön kokonaisuudessa sen kaikissa vaiheissa; vaatimusmääritte-lystä ja tuote ideoinnista lopputestauk-seen saakka. Näin saadaan suunnitte-lun tarpeisiin optimoitu ja riittävän aikaisessa vaiheessa aukaistu ikkuna käyttäjän maailmaan ja käyttäjänäkö-kulma hyödynnettyä tehokkaasti suun-nittelutyöhön. Samoja käyttäjätiedon menetelmiä voi hyödyntää myös teknologiahankin-toja tehdessä. Tarjolla olevien vaihto-ehtojen käyttölaatu, kuten käyttöön-oton helppous ja käytön sujuvuus ja kustannustehokkuus, kannattaisi ottaa mukaan yhdeksi arviointi- ja valinta-

kriteeriksi. Näin voitaisiin säästyä esi-merkiksi työvälineenä toimiviin tieto-järjestelmiin liittyen suuriltakin käytön hankaluuksista johtuvilta piilokustan-nuksilta tuotteen elinkaaren aikana. Su-juva sovellus nopeuttaa työtä, vähen-tää tukitarvetta ja aiheuttaa vähemmän kitkaa. Samalla kysyntä haastaa myös teknologian suunnittelijat käyttölaadun kehittämiseen.

Käyttölaadusta hyötyvät kaikki

Kehitysvaiheen panostukset ovat pe-rusteltuja vain, jos niillä saatava hyöty on panoksia suurempi. Käyttölaadun kehittämisestä hyötyvät kaikki osa-puolet. Kehittäjäyritykselle se tuo hal-littavuutta tuotekehitykseen ja raken-nuspalikoita kilpailukykyyn. Asiakas ja käyttäjä hyötyvät turvallisuus- ja ter-veysriskien pienenemisestä sekä toi-minnan tehostumisesta. Suorien, toi-mintaan liitty vien hyötyjen ohessa käyttäjäkeskeisesti suunniteltu teknolo-gia tukee myös kestävän kehityksen ta-voitteita. Voimavaroja ei tuhlata tehot-tomaan käyttäjävuorovaikutukseen. Ei myöskään kehitetä tuotteita tai niiden ominaisuuksia, jotka jäävät käytön han-kaluuksien takia vajaakäytölle tai jopa kokonaan hyödyntämättä.

Kannattavaa toimintaa

Käyttäjätiedon hyödyntäminen ja käyt-tölaatuun hallitusti panostaminen on kannattavaa toimintaa. Todellinen kan-nattavuuslaskelma voidaan tehdä, kun otetaan tarkasteluun kaikki tuotteen elinkaaren aikaiset säästöt. Toisessa vaaka kupissa on käyttölaadun suun-nittelukustannukset ja toisessa kaikki

toimilla aikaansaatu resurssisäästö asennustyössä, käyttöönotossa, nor-mikäytössä ja huoltotoimissa sekä tur-vallisuudessa ja terveydessä saavute-tut edut. Käyttäjätiedon valjastaminen suun-nitteluun ja kehittämiseen on vain yksi osa kehitystyön kokonaisuutta. Se on kuitenkin alihyödynnetty mahdollisuus markkinoista kilpailtaessa ja menestyk-sen avaimia etsittäessä.

Käyttölaatu kannattaa ottaa yhdeksi valintakriteeriksi myös teknologiahankintoja tehdessä.

Kirjoittajasta

Harri HytönenHyvinvointiteknologian

insinööri (AMK)

Harri Hytönen on valmistunut insi-nööriksi Jyväskylän ammattikorkea-koulusta Hyvinvointiteknologian koulutusohjelmasta (2002). Valmistu-misen jälkeen hän on työskennellyt käyttäjäkeskeisen suunnittelun tutki-mus- ja tuotekehitystehtävissä, sekä kouluttajana. Hänellä on kokemusta myös tuotedokumentoinnista sekä laatu- ja kehitysinsinöörin töistä. Hytönen työskentelee Elomaticilla käytettävyydestä vastaavana tuote-insinöörinä.

[email protected]


Elomatic News

Kasvihuonekaasupäästöjen kasvu, öljyn hinnan nousu ja rajoitettu saa-tavuus ovat lisänneet kiinnostusta uusiutuvaa energiaa kohtaan. Eu-roopan unioni on asettanut jäsen-valtioilleen tavoitteen vähentää kasvihuonekaasupäästöjä 20 % vuoden 1990 tasosta vuoteen 2020 mennessä (ks. infolaatikko oikealla).

Biokaasu on metaanista ja hiilidioksi-dista koostuva uusiutuva biopolttoai-ne, jota muodostuu orgaanisen aineen hajotessa hapettomissa olosuhteissa. Biokaasua voidaan käyttää sähkön ja lämmön tuotannossa, metaaniksi ja-lostettuna liikenteen polttoaineena ja sen tuotannossa muodostuva mädä-tysjäännös voidaan käyttää lannoittee-na. Jäteraaka-aineista valmistetun bio-kaasun käyttö vähentää tehokkaasti kasvihuonekaasupäästöjä.

Orgaanista jätettä ei saa sijoittaa kaatopaikoille enää

vuonna 2016

EU on myös asettanut kaatopaikkadi-rektiivin, joka velvoittaa jäsenvaltioita vähentämään kaatopaikalle sijoitetta-van orgaanisen jätteen määrää. Valtio-neuvosto hyväksyi toukokuussa 2013 asetuksen, joka rajoittaa orgaanisen jät-teen sijoittamista kaatopaikoille. Rajoi-tus koskee yli 10 % orgaanista aines-ta sisältävää jätettä ja sitä sovelletaan vuoden 2016 alusta. Tämä tarkoittaa, että biohajoavan ja muun orgaanisen jätteen sijoittamisesta kaatopaikoille luovutaan pääosin vuoteen 2016 men-nessä, joten vaihtoehtoisia biohajoavan jätteen käsittelymuotoja tarvitaan. Yksi vaihtoehto on biohajoavan jät-teen mädätys, jossa muodostuu bio-kaasua. Mädätyksen etuna kompos-tointiin verrattuna on, että jätteen energiasisältö ja ravinteet saadaan talteen. Kompostointi sen sijaan vaa-

tii usein energiaa ja ravinteistakin osa menetetään. Mädätysjäännöksen sisältämien ra-vinteiden, kuten typen ja fosforin tal-teenotto lisää mädätyksen myönteisiä ympäristövaikutuksia. Fosfori on kas-veille, ihmisille ja eläimille välttämätön

Liikenteen polttoainetta, sähköä, lämpöä ja lannoitteita orgaanisia jätteitä mädättämällä

ww

w.b

ioka

asua

uto.

fi

Kasvihuonekaasupäästöjen vähen-nystavoite on jaettu EU:n jäsenval-tioiden kesken ja Suomen tulee laskea päästökauppaan kuulumatto-mia päästöjään 16 %. Näitä ovat esi-merkiksi liikenteen ja maatalouden päästöt. Uusiutuvan energian osuut-ta energian loppukulutuksesta tulee kasvattaa 28,5 %:sta 38 %:iin vuo-teen 2020 mennessä. EU:n tavoittee-na on myös nostaa biopolttoainei-den osuus liikenteen polttoaineista 10 %:iin vuoteen 2020 mennessä. Suomen oma tavoite on 20 %. (läh-de: Työ- ja elinkeino ministeriö)


Elomatic News

ravintoaine. Fosforia saadaan fosfori-kivestä, joka on uusiutumaton luon-nonvara. Maailman väkiluvun kas-vaessa myös fosforin kysyntä kasvaa. Synteettisten typpilannoitteiden val-mistus kuluttaa paljon energiaa ja ai-heuttaa haitallisia typpipäästöjä. Mä-dätysjäännöksessä suurin osa typestä on vesiliu koisessa muodossa, mikä vä-hentää typpilannoitteista vapautuvan dityppioksidin (N₂O, ilokaasu) päästöjä. N₂O on lähes 300 kertaa voimakkaam-

pi kasvihuonekaasu kuin hiilidioksidi. Mädätysjäännöksen hyödyntäminen lannoitteena on tärkeää myös biokaa-suprosessin kannattavuuden kannalta.

Erityisesti liikennebiokaasun tuotanto on kasvanut

Suomessa viime vuosina

Suomessa on 95 biokaasun tuotanto-laitosta, joista kymmenen on aloittanut toimintansa tänä vuonna. Vuonna 2012 laitoksilla tuotettiin yhteensä 150,4 mil-joonaa m³ biokaasua, josta tuotettiin 568,4 GWh energiaa. Se vastaa noin 1 %:a Suomen uusiutuvan energian tuotannosta. Suomessa biokaasulaitokset käyt-tävät syötteenä pääasiassa jäteveden-puhdistamoiden lietteitä ja biojätet-tä. Suurin osa Suomessa tuotetusta biokaasusta kerätään kaatopaikoilta. Biokaasun tuotanto ja hyödyntämi-nen ovat olleet kasvussa viime vuo-sina, mutta potentiaalia tuotannon

lisäämiseksi on edelleen. Uusi biokaa-sulaitos voi hakea syöttötariffijärjestel-mään tai saada investointitukea (ks. in-folaatikko alla).

▲ Nelivaiheinen mädätysproses-si koostuu hydrolyysistä, asido-geneesistä (happokäyminen), asetogeneesistä (etikkahappo-käyminen) ja metanogeneesistä (metaanikäyminen).

H₂ = vety CO₂ = hiilidioksidi NH₃ = ammoniakki CH₄ = metaani

Kompleksinen orgaaninen aine

Met

anog

enee

siA

seto

gene

esi

Asi

doge

nees

iH

ydro

lyys

i

Hiilihydraatit Proteiinit Rasvat

H₂ + CO₂

H₂ CO₂+Voihappo

PropionihappoAlkoholit

Yksinkertaiset sokerit Aminohapot

Etikkahappo

Etikkahappo Etikkahappo

NH₃

CH₄ + CO₂

Pitkäketjuiset rasvahapot

Syöttötariffijärjestelmään hakeminen

Uusien ja suurten (vähintään 100 kVA:n) biokaasulaitosten on ollut vuodesta 2011 asti mahdollista ha-kea syöttötariffijärjestelmään, jolloin biokaasulla tuotetusta sähköstä voi saada jopa 13,35 senttiä/kWh. Syöt-tötariffijärjestelmään pääsemisen ehtona on, että laitos ei ole saanut investointitukea, eikä biokaasulaitos saa sisältää käytettyjä osia. Jos ehdot syöttötariffijärjestelmään pääsemi-seksi eivät täyty, biokaasulaitoksen on mahdollista saada investointitu-kea. (Lähde: Motiva Oy)


Elomatic News

Erityisesti liikennebiokaasun tuotan-to ja jakeluasemat ovat lisääntyneet Suomessa. Biokaasun käyttö liikenteen polttoaineena vähentää tehokkaasti lii-kenteen kasvihuonekaasupäästöjä, ja biokaasusta saadaan silloin myös pa-rempi hinta kuin sähkön ja lämmön tuotannossa. Gasum on Suomen suurin liikenne-biokaasun myyjä. Se ostaa jalostettua biokaasua KSS Energialta ja myy sitä tankkausasemillaan. Gasum omistaa myös Espoon Suomenojan jäteveden-puhdistamon biokaasujalostamon, jos-ta biokaasu siirretään tankkaus asemille. Suomessa on tällä hetkellä 19 biokaa-sun tankkausasemaa.

Mädätys on nelivaiheinen prosessi

Mädätysprosessi koostuu hydrolyysistä, asidogeneesistä (happokäyminen), ase-togeneesistä (etikkahappokäyminen) ja metanogeneesistä (metaanikäyminen). Jokaisessa vaiheessa toimivat eri mik-ro-organismit, joilla on omat optimi-olosuhteensa. Hydrolyysissä entsyymit

katalysoivat hiilihydraattien, proteiinien ja rasvojen hajoamisen yksinkertaisiksi sokereiksi, aminohapoiksi ja pitkäketjui-siksi rasvahapoiksi. Asidogeneesissä fer-mentatiiviset bakteerit hapettavat so-kerit haihtuviksi rasvahapoiksi, kuten etikka-, propioni- ja voihapoksi ja alko-holeiksi. Samalla muodostuu myös ve-tyä ja hiilidioksidia. Proteiineista muo-dostuu etikkahappoa, ammoniakkia ja hiilidioksidia. Asetogeneesissä käymis-tuotteet etikkahappoa lukuun ottamat-ta fermentoituvat etikkahapoksi, hiilidi-oksidiksi ja vedyksi. Metanogeneesissä etikkahappo hajoaa metaaniksi ja hiili-dioksidiksi. Metaania muodostuu myös vedystä ja hiilidioksidista.

Nopeat muutokset voivat aiheuttaa häiriöitä prosessissa

Prosessin olosuhteet vaikuttavat mik-robien kasvuun ja samalla myös pro-sessin väli- ja lopputuotteisiin. Nopeat muutokset, esimerkiksi lämpötilassa, pH:ssa, syötteen koostumuksessa tai määrässä, saattavat aiheuttaa häiriöitä prosessissa. Siksi prosessin seuranta on

tärkeää. Tavallisimpia seurattava para-metreja ovat pH, haihtuvien rasvahap-pojen konsen traatio, alkaliniteettti eli kyky vastustaa pH:n muutoksia, kaasun tuotanto nopeus ja koostumus ja orgaa-nisen aineen reduktio. Prosessin pH vaikuttaa muun muassa bakteerien ja entsyymien aktiivisuuteen ja on yksi kriittisimmistä parametreis-ta mädätysprosessin kannalta. Metaa-nia tuottavat metanogeenit vaativat neutraalin tai lievästi emäksisen pH:n (7–8), mutta happoja tuottavat asido-geeniset bakteerit viihtyvät parhaiten happamassa pH:ssa (5–6). Koska me-tanogeenit ovat herkimpiä pH:n muu-toksille, mädätysprosessin pH pyritään pitämään niille sopivana. Stabiilin mä-dätysprosessin pH pysyy yleensä va-kaana ilman ulkopuolista kontrollointia proteiinien hajoamisessa muodostuvan

▲ Metaanin tuotantoa voi tehostaa kaksivaiheisella prosessilla. Ensim-mäisessä vaiheessa muodostuva kaasu voidaan kerätä talteen erik-seen tai yhdistää toisessa vaihees-sa muodostuvan kaasun kanssa.

Yksivaiheinen biokaasun tuotanto

Orgaaninen jäte

Haihtuvat rasvahapot

Lannoitteeksi

LannoitteeksiOrgaaninen jäte

poiste

poiste

CH₄CO₂

CH₄CO₂

CO₂H₂CH₄

Energiantuotantoon

EnergiantuotantoonKaksivaiheinen biokaasun tuotanto

2. vaihe

1. vaihe


Elomatic News

ammoniakin ja syötteen alkalinitee-tin ansios ta. pH:n vaihtelut kertovat-kin yleensä epästabiileista olosuhteis-ta reak torissa.

Ylikuormitus yleinen syy biokaasuprosessin häiriöihin

Myös viipymäajalla ja kuormituksella on vaikutusta mädätysprosessin kul-kuun ja metaanin tuotantoon. Metaa-nia tuottavat metanogeenit ovat mä-dätysprosessissa hitaimmin kasvavia ja huuhtoutuvat helposti pois reaktorista, jos viipymäaika ei ole tarpeeksi pitkä. Pitkä viipymäaika hajottaa orgaanisen aineen paremmin, mutta vaatii myös suuremman reaktoritilavuuden. Hitaas-ti hajoava, esimerkiksi paljon lignosellu-loosaa sisältävä syöte, vaatii pidemmän viipymäajan kuin helposti hajoava syö-te, kuten biojäte. Jos reaktorin kuormi-tus on liian suuri, happoja alkaa muo-dostua enemmän kuin asetogeenit ja metanogeenit ehtivät niitä kuluttaa ja prosessin pH laskee. Haihtuvien rasvahappojen akku-muloituminen on usein ensimmäinen

merkki prosessin häiriöstä, koska nii-tä kuluttavat asetogeeniset baktee-rit toipuvat prosessin muutoksista hi-taimmin. Haihtuvien rasvahappojen konsentraatiota seuraamalla voidaan havaita kehittymässä olevat epätasa-painotilanteet. Metaanin tuoton vähen-tyessä mädätysprosessi on usein jo pa-hasti epätasapainossa. Ylikuormituksen aluksi metaanin tuotto yleensä para-nee, mutta laskee sen jälkeen nopeasti. Samalla hiilidioksidin osuus muodostu-vassa biokaasussa kasvaa.

Biokaasureaktorin optimilämpötila riippuu

mikrobeista

Myös lämpötila vaikuttaa biokaasun tuotantoon osallistuvien mikrobien kasvuun ja oikea lämpötila on siksi kriit-tinen biokaasun tuotannon kannalta. Metaanin tuotanto tapahtuu yleensä joko mesofiilisissä (25–40˚C) tai termo-fiilisissä (40–65˚C) olosuhteissa (tau-lukko 1). Metaania muodostuu myös matalammissa lämpötiloissa, mutta prosessi on hidas.

Korkea ammoniakkikonsentraatio voi hidastaa metaanin tuotantoa

Ylikuormituksen ohella prosessin kan-nalta haitalliset orgaaniset tai epäor-gaaniset aineet ovat yleisiä syitä bio-kaasuprosessin häiriöihin. Haitalliset aineet voivat olla syötteen mukana tu-levia, kuten raskasmetalleja tai pato-geenejä, tai mädätysprosessin aikana muodostuvia, kuten ammoniakkia. Ammoniakki on mikro-organismeil-le hyvä typen lähde, mutta liian kor-keat ammoniakkikonsentraatiot ovat haitallisia metanogeeneille hidastaen niiden kasvua. Ammoniakkia muodos-tuu erityisesti paljon proteiinia sisältävän syötteen, kuten eläinperäisen jätteen, mädätyksessä. Lantaa mädätettäessä ammoniakkia muodostuu myös ureasta. Ammoniakin inhiboiva vaikutus kasvaa lämpötilan kasvaessa. Syötteen hiili/typpi-suhteen säätö mädättämäl-lä runsasproteiinista syötettä hiilihyd-raattipitoisemman syötteen kanssa on helpoin tapa välttää liiallisen ammoni-akin muodostumista.

Biohajoavan ja muun orgaanisen jätteen sijoittamisesta kaatopaikoille luovutaan pääosin vuoteen 2016 mennessä.

Mesofiilinen Termofiilinen

Biokaasureaktorin optimilämpötila

35–37˚C 50–55˚C

Viipymäaika 25–40 päivää 15–25 päivää

Edut + stabiilimpi+ helpompi operoitavuus

+ nopeampi kaasun tuotto+ patogeenit tuhoutuvat+ rasvat hajoavat paremmin

Haitat - hitaampi kaasun tuotto- erillisen hygienisoinnin tarve

- suurempi energian tarve- herkempi häiriöille- ammoniakki haitallisempaa

► Taulukko 1. Mesofiilisen ja termofii-lisen biokaasun tuotan-non edut ja haitat


Elomatic News

Yhteismädätyksellä voidaan tasapainottaa prosessia

Syötteen koostumus vaikuttaa bio-kaasun tuotantoon ja prosessin opti-miolosuhteisiin. Biokaasun tuotantoon osallistuvat mikrobit pystyvät käyttä-mään ravintonaan hiilihydraatteja, ras-vaa ja proteiineja. Proteiinien ja erityises-ti rasvojen biokaasun tuottopotentiaali on korkeampi kuin hiilihydraattien, mut-ta tasapainoisen prosessin kannalta raaka-aineen tulisi sisältää myös hiili-hydraatteja. Kahden tai useamman raa-ka-aineen yhteismädätyksellä voidaan tasapainottaa prosessia, tehostaa bio-kaasun tuotantoa ja välttää pH:n sää-töön tarvittavien kemikaalien käyttöä. Mikrobit tarvitsevat myös erilaisia ra-vinto- ja hivenaineita, kuten typpeä, fos-foria, rautaa ja magnesiumia, kasvaak-seen ja ylläpitääkseen elintoimintojaan. Monet jäteraaka-aineet kuten lanta ja biojäte sisältävät yleensä tarvittavat ra-vintoaineet, mutta esimerkiksi pelkkien energiakasvien mädätykseen niitä jou-duttaisiin lisäämään. Yhteismädätykses-sä ravinnerikkaan syötteen kanssa myös ravinteiden lisäys voidaan välttää. Yhteismädätyslaitoksia on Suomes-sa kymmenen ja lisäksi kaksikymmentä on rakenteilla tai suunnitteilla. Laitokset mädättävät biojätteitä, lantaa ja jäteve-denpuhdistamoiden lietteitä.

Kaksivaiheinen prosessi voi tehostaa metaanin tuotantoa

Mädätysprosessiin osallistuvien mikrobi-en erilaisista optimiolosuhteista johtuen mädätysprosessia voitaisiin optimoida tehokkaammin erottamalla hydrolyysi ja asidogeneesi asetogeneesistä ja me-tanogeneesistä. Hydrolyysi tapahtuu no-peammin korkeammassa lämpötilassa ja matalammassa pH:ssa kuin metanoge-neesi. Myös asidogeeniset bakteerit viih-tyvät paremmin matalammassa pH:ssa. Metanogeneesi vaatii myös pidemmän viipymäajan kuin asidogeneesi. Kaksivaiheisessa mädätysprosessis-sa syöte hydrolysoituu ja fermentoituu ensimmäisessä vaiheessa haihtuviksi

rasvahapoiksi, hiilidioksidiksi ja vedyk-si. Toisessa vaiheessa hapoista muodos-tuu etikkahappoa, joka hajoaa lopul-ta metaaniksi ja hiilidioksidiksi. Samalla muodostuu myös hiilidioksidia ja vetyä, joista muodostuu metaania. Ensimmäi-sessä vaiheessa muodostuva kaasu voi-daan kerätä talteen erikseen tai yhdis-tää toisessa vaiheessa muodostuvan kaasun kanssa. Kaksivaiheista mädätysprosessia on tutkittu paljon. Laboratorio- ja pilot-ko-keissa sillä on saatu parannettua metaa-nin tuottoa ja prosessin stabiilisuutta. Tutkimustulokset ovat osoittaneet, että kaksivaiheinen prosessi kestää suurem-paa kuormitusta kuin yksivaiheinen bio-kaasun tuotanto. Myös lignoselluloosa-pitoinen materiaali hajoaa paremmin. Kaksivaiheisessa prosessissa biokaa-suun on saatu myös korkeampi me-taanipitoisuus, mikä parantaa kaasun energiasisältöä. Täyden mittakaavan biokaasulaitoksissa kaksivaiheinen pro-sessi ei kuitenkaan ole saanut suurta suosiota korkeampien investointikus-tannusten ja prosessin monimutkai-suuden lisääntymisen takia. Ruotsissa, Saksassa ja Yhdysvalloissa kaksivaiheisia laitoksia on kuitenkin muutamia.

Kaasutuksella voidaan valmistaa synteettistä biokaasua puusta

Mädätyksen lisäksi biokaasua voidaan valmistaa myös termokemiallisella kaa-sutuksella esimerkiksi puusta. Kaasutuk-sessa muodostuva tuotekaasu sisältää muun muassa hiilimonoksidia, vetyä, hiilidioksidia ja tervoja. Puhdistamisen jälkeen hiilimonoksidi ja vety meta-noidaan katalyytin avulla metaaniksi. Kaasu voidaan syöttää maakaasuverk-koon kuivauksen ja hiilidioksidin ja ri-kin poiston jälkeen. Tällä menetelmällä valmistettua biokaasua kutsutaan syn-teettiseksi biokaasuksi (bio-SNG). Työ- ja elinkeinoministeriö on asettanut ta-voitteeksi korvata 10 % maakaasusta bio-SNG:llä vuoteen 2025 mennessä. Göteborgiin on rakenteilla maailman ensimmäinen bio-SNG:tä tuottava lai-tos. Ensimmäisen vaiheen on määrä

valmistua vuoden 2013 lopulla ja sen suunniteltu tuotantoteho on 20 MW. Raaka-aineena se käyttää metsätähtei-tä ja puupellettejä. Gasum, Helsingin Energia ja Metsä Fibre suunnittelevat bio-SNG:tä tuotta-van laitoksen rakentamista Joutsenoon. Bio-SNG:n raaka-aineena olisi selluteh-taan sivuvirroista syntyvä ylimääräinen metsähake ja kuori. Laitoksen maksimi-tuotantoteho olisi 200 MW vuodessa.

Lähteet: Bacovsky, D., Ludwiczek, N., Og-nissanto, M. ja Wörgetter, M. (2013) Status of Advanced Biofuels Demonstration Faci-lities in 2012, Huttunen, M. J. ja Kuittinen, V. (2013) Suomen biokaasulaitosrekisteri n:o 16, www.gasum.fi (Gasum Oy), www.motiva.fi (Motiva Oy), www.tem.fi (Työ- ja elinkeinoministeriö) ja www.ym.fi (Ympä-ristöministeriö).

Kirjoittajasta

Helena ArkkolaDI (Kemia ja biotekniikka)

Helena Arkkola aloitti Elomaticin Helsingin toimistolla prosessi-insi-nöörinä huhtikuussa 2013. Aiempaa työkokemusta hänellä on biokaasu- ja kaivosvesitutkimuksesta ja voima-laitosten prosessivesien käsittelystä. Hän on valmistunut kemian- ja bio-tekniikan diplomi-insinööriksi Dan-marks Tekniske Universitetistä vuon-na 2012 ja hän teki diplomityönsä kaksivaiheisesta vedyn ja biokaasun tuotannosta.

[email protected]

mailto:[email protected]


Käyttäjäkeskeiselle valvomolle on helppo luetella ominaisuuksia: tilan-netietoutta ja päätöksen tekoa tuke-va, toimintavaatimusten mukainen, eri käyttäjät ja työtehtävät huomi-oiva, ergonominen sekä tulevaisuu-teen mukautuva. Toisin sanoen toi-miva ja turvallinen ympäristö, jossa valvonta ja muut tehtävät pystyy hoitamaan tehokkaasti ja virheettö-mästi. Käyttäjäkeskeisen valvomon ominaisuuksien luettelemiseen ver-rattuna toteuttaminen onkin asteen verran vaikeampaa. Valvomot ovat kehitys- ja suunnittelukohteina erit-täin haastavia, mutta monipuoli-sen suunnitteluryhmän, osallistavan suunnittelun, uuden teknologian ja suunnittelukohteiden kokonaisval-taisen integroimisen avulla tämäkin haaste on ratkaistavissa.

Ongelmat valvomoiden kehitystarpeiden taustalla

Valvontatyö on lisääntynyt tasaisesti automaatioasteen kasvun myötä ja val-vottavien prosessien kasvanut seuranta ja hallinta luovat suuria haasteita val-vontajärjestelmille. Käyttöliittymien pi-täisi toimia operaattorille ”ikkunana” val-vottavaan kohteeseen, mutta yleensä tunne voi olla enemmänkin prosessin valvontaa avaimen reiästä. Näyttömää-rän lisäämisellä ja näyttöruutujen jaka-misella useampaan ikkunaan on pyritty lisäämään näkyvillä olevaa tietoa, mut-ta tiedon hajallisuus estää selvän ko-konaiskuvan muodostamista prosessin tilasta tai ohjauksen vaikutuksesta pro-sessiin. Usein vain kokenut operaattori pystyy hahmottamaan oleellisen tie-don informaatiotulvasta, navigoimaan sujuvasti oikean tiedon löytämiseksi ja toteuttamaan ohjauksia vakaasti. Käyttöliittymäongelmien lisäksi val-vomoiden kehitystarpeiden taustalta

löytyy myös muita ongelmia. Koska valvomot ovat ohjauskeskuksien lisäksi toimintaympäristöjä, joissa tehdään eri-tyyppisiä työtehtäviä, nousevat esimer-kiksi tilan, työpisteiden ja ympäristöte-kijöiden toiminnallisuusongelmat usein esiin. Liiallinen taustamelu, läpikulusta aiheutuvat häiriöt ja asiaton oleskelu valvomotilassa ovat valitettavan mo-nen valvomon arkipäivää, koska oheis-toimintojen suunnittelu tilaan on epä-onnistunut. Satunnaisia häiriöitä voivat aiheuttaa myös tilan muut käyttäjät, ku-ten siivoojat, tavarantoimittajat tai vie-railijat, jos heidät on jätetty tilan suun-nittelun yhteydessä huomioimatta. Työpisteiden ja kalusteiden sijoit-telun epäonnistuminen näkyy valvo-motyössä kommunikointiongelmina, epäergonomisena työskentelynä ja te-hottomuutena. Lisäksi ympäristöteki-jät, kuten valaistus ja melu, tuottavat ongelmia valvomotyön viihtyvyydelle ja tehokkuudelle ja usein niitä pyritään korjaamaan jälkikäteen erilaisilla viri-

Näin syntyy käyttäjäkeskeinen valvomo

Elomatic News


tyksillä. Edellä mainitut valvomotilan ja käyttöliittymien ongelmat ovat todel-lisuutta useissa valvomoissa, joten tar-vetta käyttäjäkeskeisten valvomoiden kehittämiselle on paljon.

Onnistumisen avaimina kokonaisvaltainen suunnittelu,

suunnitteluryhmän osaaminen ja käyttäjätiedon hyödyntäminen

Valvomoiden ongelmiin pyritään rea-goimaan mahdollisuuksien mukaan. Yleensä ongelmia ratkaistaan tai siir-retään eteenpäin ”päälleliimaus-peri-aatteella” kehittämällä yhtä osa-aluetta kerrallaan; esimerkiksi lisäämällä näyt-töjä vapaisiin paikkoihin ja hankkimalla yksittäisiä kalusteita. Koska kaikki valvomon osa-alueet ovat toiminnalliselta kannalta katsottu-na toisistaan riippuvia, on ne integroi-tava myös suunnittelun aikana onnis-tuneen lopputuloksen saavuttamiseksi. Yhden osa-alueen kehittäminen irral-laan toisista voi heikentää kokonaisuu-den toimivuutta. Siksi kokonaisvaltai-sessa suunnittelussa valvomotilan, oheistilojen, kulkuyhteyksien, valvomo-huoneen layoutin, työpisteiden, kalus-

tuksen, liitettävän teknologian ja käyt-töliittymien suunnittelu integroidaan yhdeksi suunnittelukokonaisuudeksi tai huomioidaan yhden osa-alueen ke-hittämisen yhteydessä sen vaikutukset muihin osa-alueisiin. Kokonaisvaltainen suunnittelu ke-hitysprojektissa vaatii suunnitteluryh-mältä monipuolista asiantuntijuutta. Suunnitteluryhmästä on löydyttävä mm. ergonomian, käytettävyyden, ra-kennussuunnittelun, informaatiojärjes-telmien, valvomoteknologian ja proses-sien tietämys. Monipuolisen suunnitteluryhmän ja ryhmän onnistuneen yhteistyön lisäksi avainasemassa ovat myös valvomois-sa työskentelevät henkilöt ja heidän tuominen kiinteäksi osaksi suunnit-telutyötä. Heidän avullaan kerätään eri menetelmiä hyödyntäen suunnit-telukohteelle olennaista, käyttäjää ja käyttötilannetta koskevaa tietoa eli käyttäjätietoa. Käyttäjätiedon avulla määritetään valvomon suunnitteluun liittyvät vaatimukset, tuotetaan käyt-täjän kannalta oikeita suunnittelurat-kaisuja sekä varmistutaan oikeiden va-lintojen tekemisestä. Käyttäjätiedon hyödyntämisen avulla voidaan taata, että uuden valvomon tai sen osa-alu-

een suunnitelmat vastaavat käyttäjien ominaisuuksia ja tottumuksia sekä eri-laisia käyttötilanteiden tarpeita nyt ja tulevaisuudessa.

Standardien ja uuden suunnitteluteknologian käyttö

Olemassa olevat valvomoiden ergono-mia- ja käyttöliittymästandardit määrit-tävät hyvät lähtökohdat ja ohjeistukset käyttäjäkeskeisen valvomon suunnit-telulle. Niissä huomioidaan tilaan, työ-pisteisiin, näyttöihin ja ohjaimiin sekä ympäristön suunnitteluun liittyvät asiat. Standardeja noudattamalla sekä käyt-täjätietoa ja suunnitteluryhmän asian-tuntijuutta hyödyntämällä saadaan to-teutettua toimivia käyttöliittymä- ja tilaratkaisuja. Käyttäjäkeskeinen käyttöliittymä tehostaa operaattorin päätöksente-

▲ Virtuaaliympäristössä vuorovaikuttei-suus auttaa muun muassa suunnitte-luratkaisujen perustelussa, vertailussa ja valinnassa.

Elomatic News


Elomatic News

koketjua: havaitsemisen helppoutta, tilannetietoisuutta, muistin kuormit-tamattomuutta ja toiminnan virheet-tömyyttä. Onnistunut valvomotilan layout tukee kaikkia siellä tehtäviä toi-mintoja ja työtehtäviä. Lisäksi valvo-mo on mukautettavissa erikoistilan-teisiin, kuten esimerkiksi muuttuvaan miehitysvahvuuteen. Ruokailulle ja ryhmätyöskentelylle on omat tilansa ja kulkuyhteydet ovat toimivia ja häi-riöttömiä. Valvomohuoneen layoutin suunnittelussa on huomioitu työpis-teiden eli ohjauspaikkojen määrä, si-joittelu ja keskinäiset vuorovaikutus- ja näkyvyysvaatimukset. Työpiste- ja ka-lustusratkaisuissa on huomioitu tilan-tarve, näkemisen ja kuulemisen vaa-timukset, käyttäjien mittasuhteet ja toimintaedellytykset sekä vuorovaiku-tustarpeet. Näyttöjen määrä ja sijoit-telu on optimoitu vastaamaan tilassa tehtävää valvontatyötä. Operointialue on rauhoitettu ja ympäristötekijät on suunniteltu edistämään valppautta ja tarkkaavaisuutta.

Virtuaalistudio takaa onnistuneen lopputuloksen

Jotta voidaan varmistua, että edellä mainitut ominaisuudet toteutuvat, tu-lee suunnitelmien toimivuutta pystyä testaamaan käyttäjillä ennen niiden to-teuttamista. Uuden teknologian hyö-dyntäminen on ratkaisu tähän haastee-seen. Virtuaalistudiossa operaattorit ja muut tilan käyttäjät pääsevät alustavien käyttäjäkeskeisten valvomosuunnitel-mien ”sisälle” ja uuden kypäränäyttötek-nologian avulla katselmointi voidaan toteuttaa erittäin tehokkaasti. Uusi tek-nologia mahdollistaa myös suunnitel-mien vuorovaikutteisen testaamisen eli uutta valvomomallia voidaan muokata

reaaliaikaisesti esimerkiksi kalustuksen, sijoittelun, valaistuksen ja sisustuksen kautta ja tarkastella samalla niiden vai-kutusta tilan toimivuuteen. Testauksen aikana operaattorien ja muiden tilankäyttäjien sekä suun-nittelijoiden on helppo keskustella suunnitelmista ja tilan toimivuudes-ta. Suunnittelija voi perustella tehtyjä suunnitteluratkaisuja, esimerkiksi pöy-tien korkeussäädön vaikutusta näyt-töjen sijoitteluratkaisuun ja käyttäjät voivat antaa palautetta, esimerkiksi kalusteiden sijoittelun vaikutuksesta omien työtehtäviensä suorittamiseen. Myös vaihtoehtoisten suunnittelurat-kaisujen vertailu ja valinta voidaan teh-dä tietoperustein, kun käyttäjät voivat nähdä ratkaisut toiminnallisella tasolla ja testata niiden vaikuttavuutta. Esimer-kiksi erilaisten työpiste-layoutien ver-tailu eri työtehtävien kannalta voidaan toteuttaa helposti virtuaaliteknologiaa hyödyntämällä. Onnistuneen suunnittelun ja lop-putuotokseen tyytyväisten käyttäjien kannalta on tärkeää, että toteutetta-vista ratkaisuista voidaan keskustella jo suunnitteluvaiheessa ja valita ratkai-sut perustuen käyttäjien toimintaan ja mieli piteisiin.

Testaustilanteilla voidaan ennakoida mahdollisia yllätyksiä

Myös käyttöliittymien toimivuuden tes-taaminen ja käytettävyystutkimus voi-daan toteuttaa virtuaaliympäristössä. Virtuaaliympäristössä voidaan simuloi-da esimerkiksi häiriötapahtumia ja hyö-dyntää simulaatiotilanteessa kerättävää käyttäjätietoa tilan ja käyttöliittymän jatkokehittämisessä. Erilaiset testaus-tilanteet toimivat siis tärkeänä osana suunnittelu- tai kehitysprojektia, kos-

ka ne mahdollistavat käyttäjätiedon tehokkaan keräämisen jo alustavista suunnitelmista suunnittelutyössä hyö-dynnettäväksi. Projektin myöhemmässä vaihees-sa testaustilanteella voidaan myös varmistua siitä, etteivät suunnitelmat vaadi toteutuksen yhteydessä lisäkor-jailuja. Toisin sanoen suunnitelmien toimivuustestauksen avulla voidaan jo suunnitteluvaiheessa varmistua, että suunnitellut valvomoratkaisut tulevat toimimaan myös käytännössä.

Kirjoittajasta

Sanna JämsénLitM, insinööri (AMK)

Sanna Jämsén aloitti Elomaticissa keväällä 2011 ja toimii tällä hetkellä ergonomian tuotevastaavana Jyväs-kylän toimipisteessä. Hän on työs-kennellyt erilaisissa tutkimuspro-jekteissa, testaustoiminnassa sekä vastannut isojen tapahtumaprojek-tien läpiviemisestä ja kehittämisestä. Koulutustaustaltaan Jämsén on ter-veysteknologian insinööri ja liikunta-tieteiden maisteri.

[email protected]

Onnistunut valvomotilan layout tukee kaikkia siellä tehtäviä toimintoja ja työtehtäviä.


Innovaatioprojektien toteuttami-seen on olemassa systemaattinen prosessi ja tehokkaat koetellut työ-kalut ja menetelmät. Niitä käyt-tämällä tarvittavat panostukset, aika ja riskit voidaan minimoida. Kärsivällinen panostus etenkin in-novaatioprojektin alkuvaiheeseen (FEI-vaihe) maksaa itsensä takaisin säästyneenä aikana ja rahana pro-jektin myöhemmissä vaiheissa.

Innovaatioprosessin alkupää (FEI-vai-he) sisältää muun muassa asiakas-

tarpeiden tunnistamista, ideointihaas-teiden määrittelyä, ideointia, ideoiden käsittelyä ja jalostamista, ideoiden ar-viointia ja valintaa, konseptointia, kek-sintöjen suojausta ja tuotekehitys-projektiehdotusten konseptointia. Tavoitteena on luoda hyvät lähtökoh-dat tuotekehitysprojektille, joka on innovaatioprosessin seuraava vaihe. Halutaan varmistua siitä, että kaikki mahdollisuudet on tunnistettu, kaik-

ki näkökulmat on huomioitu ja kaikki ideat on löydetty ja käsitelty asianmu-kaisesti. TkT Jarno Poskelan väitöskirjatutki-muksen mukaan menestyvät organi-saatiot panostavat enemmän resurs-seja innovaatioprosessin alkupäähän, hakevat enemmän ideoita organisaa-tion ulkopuolelta ja ovat luoneet te-hokkaat toimintamallit selviytyäkseen ideaähkystä.

Jatkuva systemaattinen innovaatioprosessi tuottaa parhaan tuloksen

Elomatic News

Kuva © 2013 Olli Tuomola / Elomatic


Elomatic News

Systemaattinen innovaatioprosessi

Innovaatioprojekti alkaa siitä, kun ke-hityshaaste, -aihe, tai -tavoite on ase-tettu yrityksen johdon toimesta. Sys-temaattisen innovaatioprosessin voi ajatella sisältävän myös systemaattis-ta ja jatkuvaa innovaatiotarpeiden ja – mahdollisuuksien tunnistamista ja strategioiden (mukaan lukien mah-dollinen innovaatiostrategia) ja kehi-tysportfolioiden systemaattista ylläpi-toa. Jos tämä toiminta ei ole jatkuvaa,

vaarana on, että herääminen liiketoi-minnan uudistamistarpeeseen tulee liian myöhään, prosessin vaiheet jou-dutaan tekemään liian nopeasti (puut-teellisilla tiedoilla) ja tehdään vääriä valintoja. Oikein tunnistettu asiakastarve ja oi-kein määritelty kehityshaaste (tavoite, visio) ovat oleellisen tärkeitä onnistu-miselle. Toisin päin voi sanoa, että on-nistumismahdollisuudet pienenevät merkittävästi, jos asiakastarve tai tavoi-te määritellään huonosti. Systemaatti-nen ja huolellinen menetel mien sovel-

taminen ei välttämättä korjaa väärin asetetun tavoitteen aiheuttamaa on-gelmaa. Systemaattisen innovaatioprosessin ydin on systemaattinen ideointiproses-si. Ennen ideointivaiheen aloittamista kannattaa käyttää riittävästi aikaa rat-kaistavan ongelman määrittelyyn, et-simiseen ja analysointiin. Yksi innovaa-tiohaaste voi sisältää ja todennäköisesti sisältääkin useita ratkaistavia ongelmia. Asiakkaan todellisten tarpeiden ym-märtäminen on edellytys oikeille va-linnoille.

▲ Kuva 2. Innovaatioprosessin alkuvaihe

▲ Kuva 1. Innovaatioprojektin sisältö

Innovaatioprojekti, FEI-vaihe T&K-projekti

Tuotannon kehittäminen Kaupallistaminen

FEI (Front End of Innovation) T&K projekti (Stage Gate)

Ideointitavoitteiden määrittely

Luovuus

Ideointiprosessi

Uusi tuote tai palvelu

Järjestelmällisyys

Mah

dolli

suuk

sien

tunn

ista

min

en


Elomatic News

► Kuva 3. Ongelman muotoilu yleisel-lä tasolla

▼ Kuva 4. Funktioanalyysi

▼ Kuva 5. Systemaattisen innovaatio-prosessin alkupään vaiheet

TRIZ general problem

Your specificproblem

TRIZ specific solution

Your specificsolution

Happo Näyte Pöytä

Lasi Kammio

Syövyttää

Täryttää Pitää Täryttää

Täryttää

Pitää

Rikkoo

Pitää

Tärypöytä

Happo

Näyte

Visio

Asiakasymmärrys

Käyttäjäymmärrys

Ideointiaiheen valinta Ideointi Ideoiden

jalostaminen

Spontaanit ideat ja keksinnöt

Ratkaisuajattelu”Kaikkea ei kannata keksiä itse uudestaan”

Systeemiajattelu”Mistä on kysymys”

”Mikä on oikea kysymys””Mitä pitää kehittää”

Liiketoimintaajattelu”Missä bisneksessä toimit?”

”Missä voisi olla uutta bisnestä?”

Ratkaisuajattelu”Miten toteutetaan?”

Ideointiprosessi

• Kiinnitetyt tuotepiirteet (rajaukset, reunaehdot)• Valitut tunnetut ratkaisut

Arviointi/palaute

Ideakonseptin luominen

Seulo

nta

Tunn

etut

ratk

aisut

Keksintöjen arviointi

T&K projektiehdotus

T&K projektiehdotuspankki

IPR prosessi

IdeapankkiOngelmaanalyysi

Funktioanalyysi

Tuotemäärittely

Bisnesideat

Innovaatiostrategia

Kehitysportfolio

Mahdollisuuksien tunnustaminen

Innovaatiotarpeiden tunnistaminen

Strategia

Kehityshaasteen asettaminen

Konsepti pankki


Elomatic News

Mutta miten asiakkaan todelliset tar-peet voi saada selville? Ja kuka oikeas-taan on asiakas? Kannattaa tarkastella laajempaa osaa arvoverkosta ja miettiä eri toimijoiden rooleja ja tarpeita. Miten ne voidaan huomioida innovaatiopro-jektissa? Kuka oikeastaan päättää mis-täkin asioista arvoverkossa? Asiakkaiden tarpeet eivät välttämät-tä ole uusia vaan pikemminkin vain vä-hän tiedostettuja ja ymmärrettyjä. Jokin uusi teknologia tai materiaali (ja niiden uudenlaiset yhdistelmät) voi mahdollis-taa saman vanhan asiakastarpeen pa-remman tyydyttämisen. Esimerkkinä voidaan ajatella ihmis-ten välistä kommunikointia pitkän etäisyyden yli. Tällainen tarve on ollut olemassa hyvin kauan (vrt. esimerkik-si viidakkorummut, savumerkit). Ke-hittyvät teknologiat, materiaalit, osaa-minen ym. ovat mahdollistaneet alati parempia mahdollisuuksia tyydyttää tätä tarvetta. Siis varsinainen tarve ei ole ollut telefax, kännykkä tms., vaan helppo kommunikointi pitkän etäisyy-den yli.

Mistä ongelma löytyy?

Perinteinen ja edelleen käyttökelpoi-nen tapa on pyrkiä löytämään ongel-ma tai ongelmia siitä asiasta tai toimin-nosta, johon annettu kehityshaaste liittyy. Kenties ongelma sisältyy jo ke-hityshaasteen muotoiluun. Tavallisesti ongelmia voidaan löytää useita. Mikä niistä on merkittävin? Mitä lähdetään ideoimaan ensin? Järjestyksen valinnalla on merkitystä, koska edellisen vaiheen tulokset vaikut-tavat seuraavaan vaiheeseen. Voidaan

päätyä aivan erilaiseen lopputulokseen riippuen siitä, missä järjestyksessä on-gelmia ratkottiin. Mikä on oikea on-gelma tai se suuri ongelma? Innovaa-tioon johtavan ongelman keksiminen on jopa haastavampaa kuin ideoiden tai ratkaisujen tuottaminen. Monesti organisaatioilla on kova kii-re aloittaa ideointi. Ideointivaiheeseen hypätään yleensä juurikaan analysoi-matta annettua haastetta ja siihen si-sältyviä ongelmia. Ideointi tai idea ei olekaan oikea lähtökohta innovaatio-prosessille. Kun analysoidaan onnistuneita in-novaatiohankkeita, voidaan taustalta yleensä löytää hyvin havaittu asiakas-tarve ja hyvin määritelty ongelma, jos-ta on lähdetty liikkeelle. Kun ongelma on löydetty, sitä kannattaa ensin tutkia, analysoida ja yrittää muotoilla uudel-leen, vieläpä mahdollisimman monella eri tavalla. Uudelleen muotoilun tapoja on useita, joista yksi hyvä on TRIZ-me-netelmässä käytetty erityisen (omaan tuotteeseen tai liiketoimintaan liitty-vän) ongelman muotoilu yleiselle ta-solle (abstrahointi). Usein ensimmäiset spontaanit ideat syntyvät jo ongelman analysointi- ja muotoiluvaiheessa. Ne kannattaa kirjata ylös myöhempää kä-sittelyä varten. TRIZ-menetelmässä pyritään lisäksi löytämään ongelmia, jotka sisältävät ristiriidan (ovat näennäisesti mahdotto-mia ratkaista). Ideoinnin/ratkaisun läh-tökohdaksi valitaan hyvä ja hyvin muo-toiltu ristiriita. Ristiriidan ratkaiseminen tuottaa yleensä innovatiivisia konsep-teja.

Funktioanalyysi ongelmanratkaisun

apuvälineenä

Toinen tapa analysoida systeemiä ja siihen sisältyviä ongelmia on funktio-analyysi. Mikä on tarkasteltavan sys-teemin pääfunktio ja mitä tukifunkti-oita siihen liittyy? Mistä osista systeemi koostuu? Funktioanalyysistä kannattaa piirtää kuva. Kuvaan merkitään osat ja niiden väliset toivotut funktiot ja hai-talliset funktiot, jotka ovat ratkaistavia ongelmia. Jos ollaan kehittämässä uutta versio-ta olemassa olevasta tuotteesta, on tär-keää analysoida tuotteen hyviä piirtei-tä, asioita jotka toimivat hyvin ja jotka halutaan säilyttää uudessa tuotteessa. Usein tuotteen ongelmat ovat hyvin tiedossa, mutta hyvät piirteet saattavat unohtua. Niinpä, kun tuotetta muute-taan, osa vanhoista, jo kertaalleen rat-kaistuista ongelmista saatta pulpahtaa uudelleen esille.

Patenttitietokanta säästää resursseja ja tuottaa ideoita

Jos ollaan kehittämässä omalle organi-saatiolle uutta tuotetta, kannattaa tu-tustua markkinoilla jo oleviin vastaa-viin tuotteisiin ja pyrkiä analysoimaan niiden ominaisuudet mahdollisimman tarkasti. Espacenet patenttitietokannas-ta saa selville myös paljon sellaisia rat-kaisuehdotuksia ja ideoita, joita ei ole syystä tai toisesta koskaan toteutettu. Joku niistä voi olla hyödyntämiskelpoi-nen ja niitä kannattaakin ottaa mukaan ideointiprosessiin omien ideoiden rin-nalle. Lisäksi patenttijulkaisuissa on ku-

Menestyvät organisaatiot käyttävät paljon resursseja innovaatioprosessin alkupäähän.


Elomatic News

vattu runsaasti kyseiseen teknologiaan liittyviä ongelmia. Katsomalla patenttitietokannasta, mitä ongelmia muut ovat löytäneet, säästää aikaa ja rahaa verrattuna siihen, että toteaisi samat ongelmat omien ke-hitysprojektien yhteydessä. Kaikki pa-tenttijulkaisuista löytyvät ongelmat eivät varmaankaan ole relevantteja, mutta jotkut ovat. Kilpailevissa tuot-teissa voi olla hyviä ratkaisuja joita kan-nattaa kopioida sellaisenaan, ellei niitä ole suojattu esim. patenteilla. Patentti-julkaisuista saa sellaista tietoa teknolo-giasta, jota ei välttämättä ole saatavilla mistään muualta. Ennen ideointivaiheen aloittamista kannattaa vielä laatia tuotemäärittely-dokumentti. Siinä kuvataan tuotteen halutut piirteet ja ominaisuudet. Sa-malla voidaan kertoa tehdyt valinnat ja rajaukset. Kaiken tämän jälkeen voi-daan valita ideointiaihe(et), josta ide-ointi aloitetaan.

Ideointiprosessi

Ideointiprosessilla (ks. kuva 5, edellinen aukeama) tarkoitetaan jatkuvaa ja sys-temaattista ideoiden tuottamista ja kä-sittelemistä erotuksena kertaluonteisel-le ideoinnille (sessio, work shop) jossa suuri osa ideoista jää käsittelemättä ja siten hyödyntämättä. Ideointiprojekti on kertaluonteinen systemaattisen ide-ointiprosessin läpivieminen. Systemaattinen ideointiproses-si tuottaa ideoita myös tiekartan seu-raaviin portaisiin ja jopa lopulliseen vi-sioon/ideaaliratkaisuun, ei pelkästään juuri työn alla olevaan. Systemaattinen ideointiprosessi ohjaa strategiset ideat

(sellaiset, joiden toteuttaminen edel-lyttää strategian muuttamista) strate-giaprosessiin. Ideoinnissa ongelmanmäärittely ohi-tetaan usein liian nopeasti ja ryhdytään heti tuottamaan ideoita. Ideoita syn-tyykin helposti paljon, mutta niistä ei saada jalostettua innovaatioita. Syntyy ideaähky. Systemaattisen ideointipro-sessin ja oikeiden ideointityökalujen avulla saadaan tuotettua sellaisia ide-oita, joista syntyy todennäköisemmin innovaatioita. Olemassa olevien ideoiden tai ratkai-sujen kartoittaminen kannattaa myös tehdä ennen oman ideoinnin käynnis-tämistä. Näin voitaisiin säästää paljon aikaa ja rahaa. Kokemuksesta voimme sanoa, että ”kaikki” ideat on jo keksitty.

Mikä tekee innovaatioprosessista

jatkuvan?

Innovaatiomahdollisuuksien tunnista-minen jatkuvasti, esimerkiksi strategia-suunnittelun vuosikelloon kytkettynä, tuottaa jatkuvasti potentiaalisia kehitys-haasteita. Niistä voidaan valita halutut, suunnitella strategia (innovaatiostrate-gia) sen pohjalta ja asettaa innovaa-tiohaasteet organisaatiolle. Jatkuva mahdollisuuksien kartoitus helpottaa strategian suunnittelua.

Kirjoittajasta

Pekka KoivukunnasDI (Koneensuunnittelu)

Pekka Koivukunnas on valmistunut Lappeenrannan teknillisestä korkea-koulusta Koneensuunnittelun osas-tolta Koneensuunnittelun Diplomi-insinööriksi (1985). Valmistumisen jälkeen hän on työskennellyt tuo-tekehitystehtävissä, innovaatiokon-sulttina, ammatti-innovaattorina ja yrittäjänä. Lisäksi hänellä on koke-musta patenttiasioista noin sadan patentoidun keksinnön myötä. Koivukunnas on laatinut oppaan Espacenet-patenttitietokannan käyt-tämisestä tuotekehitystyön apuna. Sen voi ladata pdf-tiedostona ilmai-seksi PRH:n sivuilta tai Aaltoyliopis-ton kirjastosta. Sen voi myös tilata Koivukunnakselta sähköpostilla. Koivukunnas on saanut Suomen Keksijäin Keskusliiton Vuoden Kek-sijä 2013 -tunnustuspalkinnon. Tällä hetkellä Koivukunnas työskentelee Elomaticin toimistossa Vantaalla.

[email protected]

Oikein tunnistettu asiakastarve ja oikein määritelty kehityshaaste ovat oleellisen tärkeitä onnistumiselle.


Kun IMO:n painolastivesiyleissopi-mus astuu voimaan, käsittelemä-töntä painolastivettä ei enää saa laskea mereen vieraiden eliöiden leviämisen estämiseksi. Tämä aset-taa maailman varustamot ja maa-ilman kauppalaivaston noin 50 000 aluksen omistajat haastavan teh-tävän eteen: millä tavalla vastata uuden säännön vaatimuksiin? Op-timaalinen ratkaisu ja teknologia-valinta painolastiveden käsittelylle eivät ole itsestään selvyyksiä. Uusille aluskonsepteille vaatimukset luovat kuitenkin tilaa innovatiivisille rat-kaisuille. Painolastiton laiva on täs-tä hyvä esimerkki.

Painolastivesiyleissopimuksen kan-sainvälinen voimaantulo on vii-

västynyt ja tämän takia kansainvälisen merenkulkujärjestön IMO:n ympäris-tösuojelukomitea MEPC esittää IMO:n yleiskokoukselle tämän vuoden lopus-sa päätöslauselmaa. Päätöslauselman avulla pyritään edistämään yleissopi-muksen ratifiointia sekä mahdollista-maan yleissopimuksen joustava sovel-taminen aluksille, jotka on rakennettu ennen yleissopimuksen kansainvälistä voimaantuloa. Tämä käytännössä ohjaa varusta-moita asentamaan alukselle painolas-tiveden käsittelylaitteiston. Laitteisto voidaan asentaa viiden vuoden välein suoritettavan uusintakatsastuksen yh-teydessä sen jälkeen, kun painolasti-vesiyleissopimus on tullut kansain-välisesti voimaan. Aluksella, joka on

rakennettu yleissopimuksen kansain-välisen voimaantulon jälkeen, tulee olla heti käsittelylaitteet. Tarkoitus on sitoa uusintakatsastus aluksen niin sanotun IOPP-todistuksen rytmiin.

Oikean käsittelylaitteen

valitseminen

Markkinoilla olevat ja tyyppihyväksytyt painolastiveden käsittelylaitteet voivat erota toisiinsa nähden hyvinkin paljon. Jokaiselle laivalle on mahdollista löy-tää paras vaihtoehto, joskaan parhaan vaihtoehdon löytäminen ei välttämättä ole helppoa. Laitteen valintaan vaikut-tavat monet seikat, kuten laivan ope-rointialue sekä käsiteltävän painolastin määrä vuosittain.

Painolastiveden käsittelystä painolastittomaan laivaan

Elomatic News

Kuva © Henrik Bachér / Elomatic


Elomatic News

◄ Kuvitteellisten laitteiden A ja B inves-tointi- ja käyttökustannukset yhdek-sän vuoden aikana. A:n investointi-kustannus on 300 000 € halvempi, mutta noin viidennen vuoden jälkeen (investointi on tehty ajanhetkellä 0 vuotta) B:n käyttö tulee halvemmak-si, sillä B:n käyttö maksaa vuodessa 60 000 € vähemmän kuin A:n.

◄ Konseptin kehittäminen TRIZ:n avulla. Vasemmalla kuvassa on konventio-naalinen alus, jossa on hyvä operoita-vuus mutta painolastiveden määrä on suuri. Oikealla on konseptin tavoite; operoitavuus säilyy, mutta painolas-tivesi poistetaan. Punainen käyrä on ”kompromissikäyrä”, jolla sijaitsevat perinteiset ongelmanratkaisut.

◄ Funktioanalyysi painolastiveden käy-töstä laivoissa. Punaiset nuolet ovat negatiivisia ja vihreät nuolet positii-visia vaikutuksia.

Huono Huono

Ope

roita

vuus

Ope

roita

vuus

Painolastiveden määrä Painolastiveden määrä

Hyvä HyväPieni PieniSuuri Suuri

Konventionaa-linen alus

x

Konseptialus

x x

Painolastivesi

Saastuttaa Kannattaa

Kallistaa

Kallistaa Kuljettaa

LastiLaiva

Meri

1 400 000

1 200 000

1 000 000

800 000

600 000

400 000

200 000

0

Kust

annu

kset

(€)

Vuodet0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

AB

240 000 €

300 000 €


Elomatic News

Valinnan aluksi on tiedettävä laivan operointiin liittyvät seikat, kuten ope-rointialue, lyhin mahdollinen matka-ai-ka sekä käsiteltävän painolastin määrä.. Operointialueen perusteella voidaan arvioida veden suolapitoisuutta sekä sameutta. Esimerkiksi elektrolyysiin pe-rustuvat laitteet eivät välttämättä toimi halutulla tavalla makeassa vedessä tai saattavat kuluttaa enemmän sähköä. Veden sameus vaikuttaa negatiivisesti UV-valon toimintaan, koska samea vesi läpäisee huonosti valoa kirkkaaseen ve-teen verrattuna. Tällöin UV-laitetta jou-dutaan käyttämään suuremmalla tehol-la. Pahin vaihtoehto on samea, kylmä ja suolaton vesi, joka pitää käsitellä nope-asti. Hapenpoisto toimii hyvin erilaisis-sa vesissä, mutta vaatii verraten pitkän käsittelyajan. Käsittelyaika eli käytännössä lyhin matka-aika, jolla painolastivettä joudu-taan käsittelemään, määrittää esimer-kiksi neutralointiaineen käyttötarpeen. Kemialliset tai elektrolyysiin perustuvat laitteet saattavat tarvita erillisen neutra-lointiaineen käyttöä, mikäli käsittelyai-ka on lyhyt. Tällöin neutralisointiainees-ta aiheutuu myös käyttökustannuksia. Käyttökustannuksiin voidaan lukea myös huoltokustannukset ja varaosat. UV-laitteissa kuluvina osina ovat UV-lamput. Ne on vaihdettava uusiin tie-tyin väliajoin. Vaihtoväli riippuu oleelli-sesti vuosittaisista käyttötunneista. Mitä enemmän kuluvia osia, sitä enemmän aiheutuu kustannuksia. Myös olosuh-teet vaikuttavat, sillä esimerkiksi suo-dattimen toimintaan vaikuttaa ve-dessä olevan suodatettavan aineen määrä. Mitä enemmän suodatettavaa, sitä enemmän suodatinta on puhdis-tettava. Suodattimen puhdistus (esi-merkiksi takaisinhuuhtelu) kuluttaa energiaa ja pienentää tilavuusvirtaa. Yhtenä tärkeänä kriteerinä laitevalin-taa tehtäessä voidaan pitää valmista-jan huolto- ja palveluverkostoa. Huono

saatavuus huollossa ja/tai varaosissa voi tarkoittaa pitkiä telakointiaikoja, jolloin laiva on pois ansaintatehtävästä. Monet painolastivedenkäsittelylaitteiden val-mistajista suosittavat tiettyä varaosain-ventaaria pidettäväksi mukana laivalla, jotta mahdolliset vika- ja huoltotilan-teet voidaan selvittää nopeasti.

Käyttötuntien vaikutus laitevalintaan

Painolastiveden käsittelylaitteen kus-tannukset voidaan jakaa karkeasti in-vestointi- ja käyttökustannuksiin. Mikäli kyseessä on vanha alus, jonka elinaika on verraten lyhyt, on pääpaino inves-tointikustannuksissa. Mikäli kyseessä on uusi alus, jolle on odotettavissa paljon käyttötunteja, on tarkasteltava myös käyttökustannuksia. On kuitenkin mahdollista, että saman varustamon laivoilla on toisiinsa verrat-tuna hyvin erilaiset käyttöprofiilit, jolloin samankokoisiin laivoihin on järkevää va-lita eri valmistajan laitteistot. Pitkät meri-matkat tarkoittavat todennäköisesti sitä, että painolastia pumpataan vuosittain vähemmän kuin lyhyttä matkaa operoi-vassa laivassa (olettaen, että matkoja on vähemmän ja matka on pidempi). Mikä-li käsiteltävää vettä on vuosittain paljon, on käyttökustannuksiltaan edullisen (€/m³ käsiteltyä vettä) laitteen käyttö va-rustamolle kallista ja toisaalta pienellä volyymillä käyttökustannuksiltaan kallis laite voi halvemman investointikustan-nuksen perusteella olla halvempi koko-naiskustannuksiltaan. Käyttökustannuksiin vaikuttaa myös polttoaineen hinta, sillä ainakin UV-laitteiden osalta sähkönkulutus muo-dostaa merkittävimmän osan käyt-tökustannuksista, ja sähköä tehdään generaattoreilla, jotka toimivat polt-toaineella. Polttoaineen hinnanvaihte-lut vaikuttavat siis suoraan käyttökus-

tannuksiin. Laskelmissa on siis otettava huomioon myös polttoaineen hinnan-muutokset.

Asennus

Vanhojen laivojen osalta merkittävä ominaisuus laitteelle on sen koko ja asennettavuus. Erilaisten komponent-tien koko, sijainti ja asento vaikuttavat siihen, onko laite ylipäätään mahdol-lista asentaa kyseessä olevaan laivaan. Tällöin on mahdollista, että varustamo joutuu painottamaan valinnassaan lait-teen fyysistä kokoa. Myös laitteiden pai-nehäviöissä on eroa. Mikäli painehäviö on suuri, on mahdollista, että paino-lastivesipumput joudutaan uusimaan, jotta säilytettäisiin haluttu pumppaus-kapasiteetti. Yhteenvetona voidaan todeta, että painolastivedenkäsittelylaitteen valitse-minen pohjautuu useisiin kriteereihin, joiden merkitys vaihtelee laivakohtai-sesti. Välttämättömät kriteerit liittyvät laitteen toimivaan ja turvalliseen ope-rointiin sekä fyysisiin mittoihin. Laitteen tulee mahtua asennettavaan tilaan ja sen on toimittava sääntöjen vaatimal-la tavalla.

Onko tulevaisuuden laiva painolastiton?

Parhaan käsittelyjärjestelmän valitsemi-nen tietylle alukselle on monimutkai-nen tehtävä ja siihen liittyy merkittäviä kustannuksia. Tämän vuoksi ongelmaan tarvitaan innovatiivisia ratkaisuja. Paino-lastiton laiva on hyvä esimerkki tulevis-ta mahdollisuuksista. Aalto yliopistoon vuonna 2013 teh-dyssä diplomityössä (Leino, 2013) so-vellettiin TRIZ-nimistä ongelmanrat-kaisumenetelmää painolastittoman laivakonseptin suunnittelussa. Työn val-

Paras konsepti perustuu ponttoneihin, jotka voidaan täyttää ja tyhjentää tilanteen vaatimalla tavalla.


Elomatic News

vojana toimi professori Jani Romanoff ja ohjaajana diplomi-insinööri Antti Yr-jänäinen (Elomatic Ship Design Helsin-ki). TRIZ-menetelmässä on oleellista löy-tää ristiriita, jossa pelkistetysti on kaksi arvostelukriteeriä ja yksi muuttuja. Yk-sinkertaistettuna esimerkkinä voidaan pitää kamerajalustaa, jossa arvostelukri-teereinä ovat vakaus ja kannettavuus, ja muuttujana on jalustan paino. Painava jalusta on vakaa, mutta huono kannet-tava ja kevyt jalusta ei ole vakaa, mut-ta on helppo kantaa mukana. Jalustan tulisi olla siis sekä painava että kevyt. Perinteisessä ongelmanratkaisus-sa hyväksytään kompromissiratkaisut. Parantamalla jotakin ominaisuutta hy-väksytään toisen ominaisuuden huo-noneminen. TRIZ-menetelmä pyrkii ideaa liratkaisuun, joka ei ole kompro-missi. Painolastittoman laivakonseptin kehittämisessä tavoitteena on siis laiva, joka ei käytä lainkaan painolastivettä, mutta pystyy operoimaan niin, että sillä on oikea syväys, trimmi- sekä heeling-kulma ja riittävä alkuvakavuus. Ongelmaksi työssä määritettiin oikea kulkuasento ja syväys. Kyseessä on siis uppouman nostovoiman, laivan kevyt-painon sekä lastin painon ja painopis-teen funktio, jonka tuloksena saadaan laivalle syväys ja kulkuasento. Funktioanalyysi on yksi TRIZ:n työ-kaluista (ks. kuva ed. sivulla). Siinä ana-lysoidaan negatiivisia vaikutuksia aihe-uttavat tekijät ja pyritään eliminoimaan ne. Koska lastin tai meren poistamista ei voida pitää järkevänä vaihtoehtona, poistettiin yhtälöstä painolastivesi. Koska erilaisilla alustyypeillä paino-lastin käyttö on erilaista, valittiin diplo-

mityössä tapaukseksi ro-ro-alus, eli alus, johon lasti kuljetetaan pyörillä (roll on roll off ). Vertailualuksena käytettiin ole-massa olevaa ro-ro-alusta, josta saatiin varustamolta NAPA-malli. Tätä NAPA-mallia ja sen tuloksia vertailtiin konsep-teista tehtyihin NAPA-malleihin. Ratkaisumalleja työssä esitettiin vii-si, joista kolme perustuivat uppouman muuttamiseen, yksi siirreltävään paino-lastiin ja yksi progressiiviseen uppou-maan, jossa runko on selvästi muita konsepteja leveämpi. Konseptien keski-näistä paremmuutta tutkittiin analyytti-sellä hierarkiaprosessilla (Analytic hierar-chy process, AHP). AHP:n avulla voidaan verrata sekä määrällisiä että laadullisia muuttujia. Työssä arvioitiin muun mu-assa konseptin käytettävyyttä, mahdol-lisia kustannuksia ja turvallisuutta sekä investointitarpeita. Paras konsepti, AHP:n mukaan, pe-rustuu ponttoneihin, jotka voidaan täyttää ja tyhjentää tilanteen vaatimal-la tavalla. Kun laiva on lähes tyhjä, pont-tonit ovat myös tyhjiä. Kun alusta las-tataan, täytetään ponttoneita, jolloin laivan uppouma kasvaa. Mikäli lasti on jakautunut epätasaisesti, voidaan pont-tonit täyttää esimerkiksi niin, että toisel-la puolella täyttöaste on suurempi. Täl-löin laiva saadaan kellumaan suorassa. Konseptin jatkokehitystarve liittyy ponttonien rakenteeseen ja vauriova-kavuuteen. Edellä esitetyssä diplomi-työssä ei käsitelty myöskään konseptin rungon hinausvastusta tai sen muutos-ta ponttonien täyttöasteen funktiona. Rungon hinausvastus on tärkeä tietää jatkossa, mikäli konseptia kehitetään eteenpäin.

Lähteet: Leino, 2013, Luovan ongelman-ratkaisumenetelmän soveltaminen paino-lastittoman laivakonseptin suunnittelussa, diplomityö, Aalto-yliopisto, Insinööritietei-den korkeakoulu, Sovelletun mekaniikan laitos

◄ Parhaan konseptialuksen poikkileik-kaus. Vihreät tilat kuvaavat pontto-neita, jotka on NAPA-laskelmien takia jaettu kahteen osaan. (Leino, 2013)

Kirjoittajasta

Olli LeinoDI (laivatekniikka)

Olli Leino teki diplomityön Elomati-cille painolastittoman laivakonseptin suunnittelemisesta käyttäen hyväk-si luovaa ongelmanratkaisumene-telmää. Olli valmistui laivatekniikan diplomi-insinööriksi Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulusta lokakuussa 2013. Olli aloitti Eloma-ticilla harjoittelijana vuonna 2011 ja työskentelee Helsingin toimistossa Life Cycle Solutions ryhmässä.

[email protected]


Elomatic News

Ympäristölupa tarvitaan kaikille niille toiminnoille, jotka voivat ai-heuttaa ympäristön pilaantumis-vaaraa. Luvanhakuprosessi on mo-nivaiheinen ja se vaatii yritykseltä prosessiasiantuntemuksen lisäksi myös ympäristöasiantuntemusta.Osaava ympäristöasiantuntija hel-pottaa ja nopeuttaa luvan hakua.

Ympäristöasiantuntija tuntee ko-konaisvaltaisesti hakemusmenet-

telyn ja osaa tunnistaa yrityksen toi-minnasta ne prosessit ja tekijät, jotka ovat ympäristölle kriittisimpiä. Asian-tuntemukseen linkittyy myös yhteis-työkumppaniverkosto, josta tarvittaes-sa löytyy erityisasiantuntemusta esim. viranomaisten vaatimiin mallinnuksiin ja/tai selvityksiin. Osaava ympäristö-asiantuntija hoitaa tarvittaessa myös yhteydenpidon viranomaisiin.

Hakemuksen vireillepano

Hakemusta tehdessä yrityksen koko tuotannollinen prosessi käydään läpi alusta loppuun. Läpikäynnissä kartoite-taan tuotantoprosessin raaka-aineet ja kemikaalit, prosessin kulku, normaalitoi-minnan ja poikkeustilanteiden aiheut-tamat päästöt, päästöjen hallintakeinot, mahdollisten päästöjen vaikutukset ympäristöön sekä prosessin aiheutta-mat ympäristöriskit. Lisäksi selvitetään toiminnan sijainti, ympäristön mahdol-liset luontoarvot ja olosuhteet sekä lä-histöllä olevat muut toimijat. Näiden kaikkien osa-alueiden huomioiminen vaatii eri alojen asiantuntijoiden sau-matonta yhteistyötä. Lupahakemusprosessin sujuvuuden kannalta on tärkeää keskustella avoi-mesti luvan myöntävän viranomaisen kanssa jo ennen hakemuksen jättämis-tä, jotta molemmilla osapuolilla on yh-teinen käsitys lupaa hakevan yrityksen toiminnasta sekä hakemuksen sisällös-

tä. Yhteydenpito hakemuksen täyttö-vaiheessa ja hakemusta jättäessä on myös tärkeää, jotta molemmat osapuo-let pysyvät ajan tasalla hakemuspro-sessista.

Hakemuksen sisältö

Hakemuksen sisällöstä on säädetty YSA 9§, jossa määritellään, että toiminnan-harjoittajan on selvitettävä toiminnan luonne, vaikutukset, asianosaiset sekä muut asiat, joilla voi olla merkitystä toi-minnan aiheuttamaan vaaraan ympä-ristölle. Valmiita hakemuskaavakkeita ja ohjeet hakemuksen tekemiseen löy-tyy esim. ympäristöhallinnon yhteises-tä verkkopalvelusta www.ymparisto.fi. Luvan kannalta keskeiset tiedot on myös mahdollista ilmoittaa haluamal-laan esitystavalla. Tässä tapauksessa on vain varmistuttava siitä, että kaikki lain-säädännön vaatimat asiat esitetään ha-kemuksessa.

Ympäristöluvan haku sujuvaksi asiantuntijan avustuksella

Kuva

© 2

013

Jari

Pekk

arin

en /

Elom

atic


Elomatic News

Kuulutus

Kun lupahakemus on toimitettu lupa-viranomaiselle, hakemuksesta tiedote-taan julkisesti kuulutuksella. Kuulutus on esillä kunnan ja lupaa käsittelevän viranomaisen ilmoitustaululla vähin-tään 30 vuorokauden ajan. Siitä tiedo-tetaan yleensä myös sanomalehdes-sä ja lähetetään tieto postitse suoraan asianosaisille eli toiminnan vaikutus-piiriin kuuluvien maa- ja vesialueiden omistajille. Kuulutusaikana valvova viranomai-nen sekä muut toimintaan liittyvät vi-ranomaiset antavat toiminnasta lau-suntonsa. Lisäksi asianosaiset voivat esittää asiasta muistutuksia, vaatimuk-sia ja mielipiteitä. Kuulutusajan päätyttyä, ennen lu-paharkintaa, toiminnanharjoittajalla on mahdollisuus antaa vastineensa lau-suntoihin, muistutuksiin, vaatimuksiin ja mielipiteisiin. Vastine voi sisältää esi-merkiksi lisäselvityksiä tai perusteluja mahdollisiin esitettyihin huolenaihei-siin tai vaatimuksiin.

Lupaharkinta ja päätös

Kun lupaviranomaisella on riittävät tie-dot toiminnasta ja sen vaikutuksista, alkaa luvan käsittelyprosessi. Luvan esittelijä laatii hakemuksesta päätöseh-dotuksen, jonka perusteella tehdään ympäristölupapäätös. Tällaisessa istun-nossa on paikalla 3–4 ratkaisijaa. Päätöksessä esitetään toimintaan liit-tyvät asiat, ratkaisut, perusteet ratkai-suille sekä lupaehdot, jotka toiminnan-harjoittajan on täytettävä. Yhä enenevässä määrin päästöraja-arvojen lupaehtoihin vaikuttavat toi-

mialakohtaisissa BAT (Best Available Techniques) vertailuasiakirjoissa (BREF) esitetyt raja-arvot. Viranomainen voi myös tarvittaessa määritellä tiukempia lupaehtoja kuin vertailuasiakirjoissa on esitetty.

Muutoksenhaku

Päätöksestä on mahdollista valittaa Vaa-san hallinto-oikeuteen 30 vuorokauden aikana. Valituksen saa tehdä toiminnan-harjoittajan lisäksi myös

■ se, jonka oikeutta tai etua asia saat-taa koskea

■ rekisteröity yhdistys tai säätiö, jonka tarkoituksena on ympäristön-, ter-veyden- tai luonnonsuojelun taikka asuinympäristön viihtyisyyden edis-täminen ja jonka toiminta-alueella toiminnan ympäristövaikutukset il-menevät,

■ toiminnan sijaintikunta ja muu kun-ta, jonka alueella toiminnan ympä-ristövaikutukset ilmenevät,

■ alueellinen ympäristökeskus sekä toiminnan sijaintikunnan ja vaiku-tusalueen kunnan ympäristönsuo-jeluviranomainen ja

■ muu asiassa yleistä etua valvova vi-ranomainen.

Lainvoimaisen päätöksen valvonta ja tarkkailu

Ympäristölupa on lainvoimainen muu-toksenhakuajan jälkeen eli 30 vuoro-kauden jälkeen lupapäätöksen anta-misesta mikäli päätökseen ei ole haettu muutosta. Kun lupapäätös on saanut lainvoiman, siirtyy toiminta valvonnan alaiseksi.

Viranomaismääräykset

Luvan tarve ■ Toiminnoille, jotka voivat aihe-

uttaa ympäristön pilaantumis-vaaraa.

■ Tarve määritellään Ympäris-tösuojelulaissa, YSL, (86/2000) sekä ympäristösuojeluasetuk-sessa, YSA, (169/2000).

■ Uudelle toiminnalle sekä jos toi-minnassa tapahtuu olennainen muutos.

■ Luvan saattaa tarvita myös toiminta, jota ei ole lueteltu YSA:ssa. Epäselvissä tilanteissa voi kääntyä Elinkeino-, liikenne, ja ympäristökeskuksen (ELY:n) tai paikallisen ympäristösuoje-luviranomaisen puoleen.

Toimivaltaiset viranomaiset ■ Kunnallinen ympäristösuojelu-

viranomainen ■ Elinkeino-, liikenne-, ja ympä-

ristökeskus (ELY-keskus), Y-alue (ympäristö- ja luonnonvara-alue)

■ Aluehallintavirasto (AVI), Ympä-ristölupavastuualue

■ Ympäristöluvan myöntää joko kunnallinen ympäristölupavi-ranomainen tai AVI perustuen YSL 31§ ja YSA 5–7§ määritel-tyyn toimivaltajaotteluun.

■ Kun lupa on myönnetty, on AVI:n myöntämissä luvissa val-vovana viranomaisena ELY ja muissa luvissa joko kunnallinen ympäristönsuojeluviranomai-nen tai ELY.

On tärkeää keskustella avoimesti luvan myöntävän viranomaisen kanssa jo ennen hakemuksen jättämistä.


Elomatic News

AVI:n myöntämissä luvissa toimintaa valvoo ELY. Kunnallisen ympäristönsuo-jeluviranomaisen myöntämissä luvissa valvona viranomaisena on joko kunnan ympäristösuojeluviranomainen tai ELY. Päätöksessä määritellään minkälaista valvontaa ja raportointia on tehtävä ja millä taajuudella. Valvova viranomainen vastaanottaa raportointitiedot. Viranomainen suosittelee tarkkailu-suunnitelmaehdotuksen liittämistä ym-päristölupahakemukseen, jolloin valvo-va viranomainen voi antaa määräykset tarkkailusta jo ympäristöluvan yhtey-dessä. Näin vältytään tarkkailusuunni-telman erilliseltä käsittelyltä.

Sähköinen ympäristölupahakemus

Ympäristöministeriössä on parhail-laan meneillään tietojärjestelmähanke, jonka tavoitteena on luoda sähköinen ympäristölupahakemusjärjestelmä. Täl-lä hetkellä koekäytössä on lupahake-muksen sähköinen täyttöjärjestelmä. Kehitystyö jatkuu hakemuksen käsitte-ly-ympäristön luomisella. Järjestelmä on tarkoitus ottaa käyttöön kokonai-suudessaan vuoden 2014 aikana.

Kirjoittajasta

Heli Salonenbiotekniikan insinööri (amk)

Heli Salonen on valmistunut Turun ammattikorkeakoulusta biotekniikan insinööriksi (amk) (1999). Elomaticilla hän on työskennellyt vuodesta 2002 prosessi- ja lääketeollisuuden suun-nittelutehtävissä. Hän on suorittanut työnsä ohella Ympäristöhuollon am-mattitutkinnon (2011). Nykyisin hän toimii ympäristölupa-asiantuntijana sekä on mukana Elomaticin ympäris-tötuotteiden kehitystoiminnassa.

[email protected]

◄ Lupaprosessin vaiheet (lähde: www.ymparisto.fi, Suomen ympäristökes-kus, SYKE)Lupahakemus

Kuuluttaminen

Luvan hakijan kuuleminen

Päätös

Päätöksestä tiedotta-minen ja julkipano

Lainvoimainen päätös Valvonta ja tarkkailu

Mahdollinen täytäntöön-panomääräys

Muutoksenhaku VHaO → KHO

Lupaharkinta

Muistutukset ja mielipiteetLausunnot

toimistot suomessaPääkonttorielomatic oy, turkuItäinen Rantakatu 7220810 Turkupuh. 02 412 411info elomatic.comwww.elomatic.com

elomatic, HelsinkiVernissakatu 101300 Vantaapuh. 010 395 7600

elomatic, JyväskyläKangasvuorentie 1040320 Jyväskyläpuh. 014 446 7111

elomatic, ouluElektroniikkatie 890590 Oulu puh. 010 395 7522

elomatic, tampereHatanpäänkatu 1 A33100 Tamperepuh. 02 412 411

OhjelmistokehitysCadmatic oyItäinen Rantakatu 7220810 Turku, Finlandpuh. 02 412 411info cadmatic.comwww.cadmatic.com

toimistot maailmallashanghai, KiinaElomatic Co., LtdSection A, Floor 9Building 90, No.1122North Qinzhou Rd.Xuhui DistrictShanghai 200233, P.R. Chinapuh. +86 138 1640 7788

Mumbai, intiaElomatic-Pharmalab Consulting & Engineering Pvt. Ltd‘Metropolitan’, Plot - A/140,Road No. 23, Wagle Indl Estate,Thane – 400 604, Indiapuh. +91 22 2583 6146

Gdańsk, PuolaElomatic sp. z o.o. ul. Partyzantów 76, III Floor80-254 Gdańsk, Polandpuh. +48 58 554 6655

Łódź, PuolaElomatic sp. z o.o. Ul. Piotrkowska 270, 8th floor90-361 Łódź, Polandpuh. +48 42 230 25 42

Pietari, VenäjäOOO Elomatic(ZAO Accountor Konsu SP)Shpalernaja ul. 54St. Petersburg, Russia 191015puh. +7 812 118 84 27

Belgrad, serbiaElomatic d.o.o.Jurija Gagarina 28/3011070 Belgrade, Serbiapuh. +381 11 2284 118

www.elomatic.com

Uusi Lastensairaala tukiyhdistys 2017 ry:n tavoi-te on kerätä 30 miljoona euroa ja näin vauhdittaa uuden lastensairaalan rakentamista. Tavoite on saada Suomeen maailman paras lastensairaala vuoden 2017 aikana.

www.uusilastensairaala2017.fi

elomatic lahjoittaa vuoden 2013

joululahjavarat uusi lastensairaala

2017 -projektille

uusilastensairaala2017.fi

consulting & engineering · 2014-07-04 · elomatic magazine – 3 elomatic news julkaisija...

Documents