Energiatehokkuuden mittarit ja potentiaalit

The first objective of the research ‘Energy Efficiency Metrics and Improvement Potentials’ was to study how energy efficiency is measured in different sectors. The second objective was to study how energy efficiency improvement potential could be evaluated on a sectoral basis, and more comprehensively in society as a whole. The research covered five sectors: communities, buildings, transportation and logistics, (process) industry and energy production. According to the Energy Service Directive 2006/32/EC (EC, 2006), energy efficiency is defined as “a ratio between an output of performance, service, goods or energy, and an input of energy”. The output of performance, service, goods or energy covers a wide range of subjects. This results in a variety of energy efficiency metrics. Sometimes it is useful to provide a broader perspective on energy efficiency measurement(e.g. kWh/m3, kWh/m2, etc. in the construction and real estate sector). Sometimes explanatory metrics are also needed, e.g. ‘the capacity utilisation rate’ in the process industry sector. In the analysis of efficiency, one must make decisions about how to set the balance boundary and how to take the life-cycle aspects into account. It is worthwhile to compare only objects which have been defined in a similar way. Energy is used in different forms: as fuel, electricity and heat. Different forms of energy should not be aggregated until they have been transformed into a comparable form. This is made using so-called primary energy factors. There are varying practices in the use of primary energy factors, and the ways in which they are calculated is not well established. Energy efficiency and energy efficiency potential should be studied primarily using energy units. Carbon dioxide (or greenhouse gas) efficiency can be used as a supporting and complementary evaluation criterion. Energy efficiency improvement potential means a difference in energy consumption between the current situation and the reference situation. Defining the reference situation, i.e. the target state, is one of the challenges in calculating the potential. Such a target state can be the best known reference (such as BAT), or ideal performance. No common method exists to define the target state, so practices vary between the sectors. For example, the concept ‘ideal state’ is not even suitable in communities and logistics. A case study was carried out during the late part of the research to calculate the energy efficiency potential of an example area. The study was made in the Kalasatama district near the city centre of Helsinki. The case study verified for example, that metrics from different sectors can be combined in a single study. Based on the study it can be said that the methods being used are still undeveloped, and much research is needed in this area. In practical work, emphasis should be put on reaching agreements concerning the standardisation of energy efficiency calculation methods.Energiatehokkuuden mittarit ja potentiaalit (EPO) – tutkimushankkeen ensimmäinen tavoite oli selvittää, miten energiatehokkuutta mitataan eri sektoreilla. Toinen tavoite oli selvittää, miten energiatehokkuuden parannuspotentiaalia arvioidaan sektorikohtaisesti ja myös kattavammin koko yhteiskunnassa. Tutkimuksessa mukana olleet sektorit olivat: yhdyskunnat, rakennukset, (prosessi-) teollisuus, liikenne ja logistiikka sekä energiantuotanto. Energiapalveludirektiivin 2006/32/EY mukaan (EU, 2006):”Energiatehokkuus on suoritteen, palvelun, tavaran tai energian tuotoksen ja energiapanoksen välinen suhde”. Tämä suorite, palvelu, tavara tai energian tuotos on laaja joukko erilaisia asioita. Näin ollen myös energiatehokkuuslukuja on erilaisia. Energiankulutusta on usein tarkasteltava useammasta näkökulmasta kattavan kokonaiskäsityksen saamiseksi (esim. rakennussektorilla kWh/m3, kWh/m2, jne.). Energiankulutusluvun tukena on usein ilmaistava myös selittäviä tekijöitä, kuten teollisuudessa kapasiteetin käyttöaste. Laskelmia tehdessä on tehtävä rajauksia koskien kokonaisuuden laajuutta ja sitä miten huomioidaan elinkaarivaikutukset. Vain samalla tavalla rajattuja kohteita on mielekästä vertailla toisiinsa. Energiaa käytetään eri muodoissa: polttoaineina, sähkönä ja lämpönä. Erilaisia jakeita ei tulisi laskea yhteen ennen niiden muuttamista keskenään vertailukelpoiseen muotoon. Tähän käytetään ns. primäärienergiakertoimia. Kertoimien käytössä on vaihtelevia käytäntöjä eikä laskenta ole vakiintunut. Energiatehokkuutta kuten sen tehostamispotentiaalia tulee ensisijaisesti tarkastella energiayksiköiden avulla. Hiilidioksidi- tai kasvihuonekaasutehokkuutta voi käyttää tukevana ja täydentävänä arviointikriteerinä. Energiatehokkuuden parannuspotentiaali on ero energiankulutuksessa nykytilanteen ja vertailutilanteen välillä. Potentiaalin laskennan haaste kulminoituu tavoitetilan eli vertailutilanteen määrittämiseen. Vertailutilanteena voidaan käyttää parasta nykykäytäntöä (esim. BAT) tai ideaalitilannetta. Vertailutilan määrittämiseen tai laskemiseen ei millään tutkituista viidestä sektorista ole olemassa yleisesti hyväksyttyä, käytössä olevaa menettelytapaa ja siksi käytännöt vaihtelevat. Esimerkiksi yhdyskuntien ja logistiikan sektoreille käsite "ideaalitilanne" ei edes sovellu hyvin. Tutkimuksen aikana suoritettiin kokeilulaskenta yhdessä yhteisessä kohteessa, joka oli Helsingin Kalasatama. Case laskenta osoitti mm., että eri sektoreiden mittareita voidaan käyttää samanaikaisesti valitun kohteen energiatehokkuuden tarkastelussa. Mittareiden käyttö eri laskentatapausten vertailussa mahdollistaa energiatehokkuuden potentiaalin arvioimisen. Tutkimuksen perusteella voidaan sanoa, että menetelmät energiatehokkuuden mittaamiseksi ja potentiaalien laskemiseksi ovat vielä varsin kehittymättömiä siihen, että ne toimisivat käytännön työn ohjaajina. Aihealueella on edelleen perustutkimustarve. Käytännön työssä tulisi edistää sopimuksia liittyen laskennan pelisääntöihin

Biopolttoaineen aumakuivauksen toimivuuden ja kannattavuuden arviointi

The objective of the thesis was to investigate biofuel drying in a pile and its' functionality and profitability. The investigated biofuel pile is situated at the yard of the CHP-power plant owned by Kokkolan Voima Oy. Many advantages are achieved my means of drying biofuel, among others improved heating value and better storability. The literature survey done in this thesis focused on the things affecting both the biofuel drying in a pile and the dry matter loss of biofuel during pile storage. It was found in the literature, that the dry matter loss is 2-5 % per month during the first 1-2 months and after that approximately 1 % per month. These values are valid, when biofuel is dried without air fans. There were not given any values for dry matter loss during the pile drying of biofuel with air fans in the literature. As a result of drying, the energy content of biofuel increases and the cost estimate is based on this increment. Moisture samples were taken from the pile to find out the amount of evaporated water during the drying period. Moisture samples gave also the moisture distribution both in cross-section and in lengthwise direction of the pile. As a result of drying, the energy content of biofuel increases approximately 2780 MWh in Kokkola. This increment is used to reduce the amount of peat as a power plant fuel. The emissions of carbon dioxide from peat burning also decrease. Cost estimate takes into account, that by drying a pile with air fans the dry matter loss of biofuel is less than by drying without air fans. According to the cost estimate the payback period of the drying equipment is approximately 14-15 years. A test rig was built in the laboratory to simulate the pile drying in Kokkola. The influence of volume flow, drying temperature and the volume of the pile on the drying time of biofuel was investigated. According to the results the volume flow and the volume of a pile affect significantly the drying time of biofuel in a pile.Tämän työn tarkoituksena oli tutkia biopolttoaineen aumakuivauksen toimivuutta ja kannattavuutta. Tutkimuksen kohteena oleva biopolttoaineauma sijaitsee Kokkolan Voima Oy:n kaukolämpölaitoksen pihalla. Biopolttoaineen kuivauksen tekee mielenkiintoiseksi se, että kuivauksella saavutetaan monia hyötyjä mm. biopolttoaineen lämpöarvo ja varastoitavuus paranevat. Työssä tehtiin kirjallisuuskatsaus, jonka tarkoituksena oli selvittää biopolttoaineen aumakuivumiseen vaikuttavia asioita sekä aumassa syntyvien kuiva-ainetappioiden suuruutta. Kirjallisuuskatsauksen perusteella auman kuiva-ainetappiot ovat ensimmäisien 1-2 kuukauden aikana 2-5 % ja tämän jälkeen n. 1 % kuukaudessa auman kuivuessa ilman puhaltimia. Kirjallisuuskatsauksen perusteella ei löytynyt kuiva-ainetappiolle arvoa auman puhallinkuivauksessa. Työssä esitetty kustannustarkastelu perustuu kuivauksen seurauksena nousevaan biopolttoaineen energiasisältöön, jonka laskenta on suoritettu aumasta haihtuneen vesimäärän mukaan. Haihtuneen vesimäärän selvittämiseksi aumasta otettiin kosteusnäytteet, joiden perusteella määritettiin myös kosteusjakauma sekä auman pituussuunnassa että auman poikkileikkauksessa. Kuivauksen seurauksena biopolttoaineen energiasisältö nousee n. 2 780 MWh. Tällä määrällä korvataan turvetta, jolloin sekä turpeen käyttö että turpeen polton CO2-päästöt vähenevät. Kustannuslaskelmassa huomioitiin, että koneellisen kuivauksen seurauksena auman kuiva-ainetappiot ovat pienemmät kuin ilman koneellista kuivausta. Kustannuslaskelman perusteella kuivauslaitteiston takaisinmaksuaika on n. 14 - 15 vuotta. Työn aikana rakennettiin laboratorioon pienoismalli Kokkolan aumakuivurista. Mallin avulla tutkittiin kuivausilman tilavuusvirran ja lämpötilan sekä auman koon vaikutusta biopolttoaineen aumakuivumiseen. Laboratoriokokeiden perusteella kuivausilman tilavuusvirran nostaminen ja auman tilavuuden pienentäminen lyhentävät biopolttoaineen kuivumisaikaa merkittävästi