TEKNILLINEN KORKEAKOULU Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta Energiatekniikan laitos

Transkriptio

1 TEKNILLINEN KORKEAKOULU Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta Energiatekniikan laitos Pyry Penttinen TEOLLISUUDEN PAINEILMAENERGIA-ANALYYSEISSÄ HAVAITTU- JEN SÄÄSTÖTOIMENPITEIDEN TOTEUTUSASTE JA SAAVUTETTU SÄÄSTÖ Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Espoossa Työn valvoja: Professori Pekka Ahtila Työn ohjaaja: Diplomi-insinööri Pertti Koski

2 TEKNILLINEN KORKEAKOULU DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ Tekijä: Pyry Penttinen Työn nimi: Teollisuuden paineilmaenergia-analyyseissä havaittujen säästötoimenpiteiden toteutusaste ja saavutettu säästö Päivämäärä: Sivumäärä: Tiedekunta: Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta Laitos: Energiatekniikan laitos Professuuri: Ene-59 Energiatalous ja voimalaitostekniikka Työn valvoja: Professori Pekka Ahtila Työn ohjaaja: Diplomi-insinööri Pertti Koski Avainsanat: Paineilmajärjestelmä, Energia-analyysi, Energiatehokkuus, Säästötoimenpiteet Teollisuudessa vuosina tehtyjen PATE paineilmaenergia-analyysiraporttien perusteella paineilmajärjestelmien taloudelliseksi tehostamispotentiaaliksi havaittiin noin 20 % paineilman kokonaissähkönkulutuksesta. Koko teollisuuden vuotuiseksi paineilman sähkönkulutukseksi arvioitiin noin 1,4 TWh, joten säästöpotentiaali oli noin 280 GWh/a. Merkittävän säästöpotentiaalin ja ns. Motiva-analyysimallien kehitystarpeen vuoksi Motiva Oy käynnisti kesäkuussa 2008 työ- ja elinkeinoministeriön tuella PATE 2 - projektin, johon myös tämä opinnäytetyönä tehty diplomityö liittyy. Projektin ensisijaisena tarkoituksena oli selvittää Motivaan toimitetuissa paineilmaenergia-analyysiraporteissa (25 kpl) havaittujen säästötoimenpiteiden toteutusaste ja saavutettu todellinen säästö. Lisäksi pyrittiin selvittämään projektiin osallistuneiden kolmen paineilmaa käyttävän erikokoisen pilot -yrityksen paineilmajärjestelmän nykytila. PATE 2 -projektin tavoitteisiin pyrittiin mittauksin, tehdaskäyntien ja -selvityksin sekä lähetettyjen kyselyiden perusteella. Pilot -yrityksissä tehtiin tarkemmat paineilmajärjestelmämittaukset ja tehdasselvitykset. Pilot -yrityksistä saadun kokemuksen perusteella suunniteltiin ja lähetettiin sähköiset kyselyt muille PATE analyysin tehneille teollisuusyrityksille. Vapaehtoisiin kyselyihin vastasi noin puolet eli 11 yritystä. Käytännössä säästöjen ja energiatehokkuuden todentaminen oli haastavaa johtuen tehtaiden puutteellisesta energiatehokkuusseurannasta ja muuttuneista tehdas-, ympäristö- ja tuotanto-olosuhteista. PATE 2 -projektin tuloksena todettiin, että noin 50 % PATE analyyseissä havaituista säästötoimenpiteistä todella tehtiin kolmessa pilot- ja yhdessätoista kyselyihin vastanneissa yrityksissä. Tehtyjen toimenpiteiden saavutetuksi keskimääräiseksi säästöksi saatiin noin 10 % paineilman sähkönkulutuksesta. Tehtyjen toimenpiteiden takaisinmaksuaika oli noin vuosi, joten toiminta oli näin arvioituna hyvin kannattavaa. Energiatehokas paineilmajärjestelmä vaatii kuitenkin jatkuvan ja säännöllisen ylläpidon. Pilot -yritysten paineilmajärjestelmä oli aikaisempaa energiatehokkaampi, mutta jokaisesta löydettiin vielä merkittävää tehostamispotentiaalia.

3 HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Author: Title of the thesis: ABSTRACT OF THE MASTER S THESIS Pyry Penttinen The implementation level and achieved savings of the potential saving measures observed in industrial compressed air energy audits Date: 13 February 2009 Number of pages: Faculty: Department: Professorship: Faculty of Engineering and Architecture Department of Energy Technology Ene-59 Energy Economics and Power Plant Engineering Supervisor: Professor Pekka Ahtila Instructor: Pertti Koski M. Sc. (Tech.) Keywords: Compressed Air System, Energy Audit, Energy Efficiency, Saving Measures On the basis of PATE - compressed air efficiently compressed air energy audit reports, a 20% improvement potential was discovered in the use of electricity in compressed air systems in Finnish industry in Industry uses a total of 1.4 terawatt-hours of electricity each year to produce compressed air, and thus annual saving potential was about 280 gigawatt-hours. Due to significant energy savings potential and development needs of Motiva s energy audit models, Motiva Oy launched PATE 2 project in June The project was financed by the ministry of employment and the economy and the participating pilot companies. The aim of the project was to discover the amount of implementation and actual savings achieved on the basis of the twenty-five PATE analysis reports delivered to Motiva. This thesis is also the final report of PATE 2 project. The research of PATE 2 project was performed by measurements, factory visits, analyses and questionnaires. Measurements and factory analyses of compressed air systems were carried out in three pilot factories. Questionnaires were prepared and carried out based on the experiences obtained from measurements and factory analyses of pilot companies. These questionnaires were sent to those factories that participated in the first PATE project excluding the three pilot factories. The voluntary questionnaire was filled out and returned by eleven factories. As a result of the PATE 2 project a total of 50 % of saving measures that were observed in PATE analysis were completed by the three pilot factories and the eleven respondents to questionnaires. The actual implemented energy saving measures generated about 10 % savings in the energy consumption of compressed air. The implementation of saving measures should be made continuously in order to upkeep high efficiency level. It is important to search for new saving measures in factories as well.

4 Alkusanat Tämä diplomityö toimii opinnäytetyön lisäksi PATE 2 -projektin loppuraporttina. Kyseiseen projektiin osallistui kolme paineilmaa käyttävää eri aloja ja kokoluokkaa edustavaa pilot - yritystä, kaksi laitetoimittajaa sekä asiantuntijoita. Projektin ja diplomityön rahoittajina olivat työ- ja elinkeinoministeriö (TEM) sekä pilot -yritykset. Projektin johtoryhmään kuuluivat Motiva Oy:stä teollisuusyksikön vetäjä Hille Hyytiä ja johtava asiantuntija Pertti Koski, TKK:n professori Pekka Ahtila, Kupari Energia Oy:stä DI Lauri Suomalainen, TEM:stä yli-insinööri Pentti Puhakka, Baco Oy:stä tekninen päällikkö Heikki Tikka, Cembrit Oy:stä projektipäällikkö Jukka Siekkeli ja tehtaanjohtaja Mikko Ylikopsa, M-real Oyj Kirkniemen tehtailta voimalaitospäällikkö Kalevi Merinen, Oy Atlas Copco Ab:stä tuotelinjapäällikkö Esa Kaponen ja tuotelinjapäällikkö Rolf Eager sekä Kaeser Kompressorit Oy:stä toimitusjohtaja Krister Wennström. Ko. henkilöt toimivat myös projektissa asiantuntijoina. Haluan lausua kiitokset kaikille projektissa mukana oleville osapuolille hyvin sujuneesta yhteistyöstä. Erityisesti haluan kiittää työni ohjaajaa Pertti Koskea asiantuntevasta ja mainiosta opista ja ohjauksesta. Yhteistyömme oli eteenpäin pyrkivää ja kannustavaa. Esimiehelleni Hille Hyytiälle tahdon lausua kiitokset arvokkaista kommenteista ja tuesta. Kiitos vanhemmalle työtoverilleni Antero Punttilalle viisaista ja asiantuntevista neuvoista. Koko Motivan henkilöstölle kiitos viihtyisästä ja kannustavasta työilmapiiristä. Perheeni ja läheisteni tuki ja kannustus on ollut minulle erityisen tärkeää. Kiitos vaimolleni siitä suuresta kärsivällisyydestä ja tuesta, joita hän on työni aikana useasti osoittanut. Espoossa Pyry Penttinen

5 Sisällysluettelo Symboli- ja lyhenneluettelo i 1 Johdanto Tutkimuksen tausta Työn tavoite ja rajaukset Projektin pilot -yritysten esittely 3 OSA 1 - KIRJALLISUUSSELVITYS 5 2 Teollisuuden paineilmajärjestelmä Paineilman tuotanto Paineilmakompressorit Paineilmajälkikäsittely ja -verkosto Paineilmakompressorien säätö- ja ohjaustavat Paineilman jäähdytysilman lämmöntalteenotto Paineilman käyttö 15 3 Paineilmajärjestelmän energiatehokkuuden analysointi Paineilmaenergia-analyysit PATE - Paineilmaa tehokkaasti Kaupalliset ja kansainväliset Paineilmajärjestelmässä sähköenergiaa säästävät toimenpiteet Energiatehokkuuden muutosten arviointi ja seuranta Energiatehokkuusindeksi 27 OSA 2 - TUTKIMUKSEN SUORITUS JA TULOKSET 33 4 Tutkimuksen suoritus Tutkimuksen eteneminen Mittauksissa käytetyt laitteet ja menetelmät Kyselyn sisältö ja säästöjen arviointiperusteet 39 5 Kaikkien PATE analyysien havaitut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit 42 6 Pilot -yritysten paineilmaenergia-analyysit ja säästöpotentiaalin toteutumisen arviointi Baco Paineilmajärjestelmä ja -käyttö vuosina 2005 ja ANALYYSI VUONNA 2005: todetut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit ANALYYSI VUONNA 2008: säästötoimenpiteiden toteutusaste ja saavutettu säästö Yhteenveto Cembrit Paineilmajärjestelmä ja -käyttö vuosina 2004 ja PATE ANALYYSI VUONNA 2004: todetut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit ANALYYSI VUONNA 2008: säästötoimenpiteiden toteutusaste ja saavutettu säästö Yhteenveto M-real Kirkniemi Paineilmajärjestelmä ja -käyttö vuosina 2004 ja PATE ANALYYSI VUONNA 2004: todetut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit88

6 6.3.3 ANALYYSI VUONNA 2008: säästötoimenpiteiden toteutusaste ja saavutettu säästö Yhteenveto Kyselyihin vastanneiden PATE-analyysien säästöpotentiaalin toteutumisen arviointi PATE analyysissä havaitut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit Säästötoimenpiteiden toteutusaste ja saavutettu säästö Yhteenveto ja johtopäätökset Lähdeluettelo Liitteet 121 6

7 Symboli- ja lyhenneluettelo Merkkien selitykset Tunnus: Selite: Yksikkö: p Paineen yksikkö bar p a Absoluuttinen paine bar a p g Mittaripaine = [bar a ]- 1 [bar] bar g T Lämpötilan yksikkö: Celsiusaste C V Virtauksen yksikkö: Kuutiota minuutissa m 3 /min P Tehon yksikkö: Watti W P p Paineilmakompressorin pätöteho W P k Paineilmakompressorin keskiteho W S Ominaissähköteho kw/(m 3 /min) S k Paineilmakompressorin ominaiskeskisähköteho kw/(m 3 /min) E Energian yksikkö: Wattitunti Wh E s Paineilmakompressorin sähköenergia Wh U Jännitteen yksikkö: Voltti V I Virran yksikkö: Ampeeri A t Käyntiaika: tunti h cos φ Tehokerroin - X Tehtaan tuotanto t/kk X k Tehtaan kuukausituotannon keskiarvo t/kk Etuliitteet μ mikro 0, m milli 0,001 k kilo 1000 M mega G giga T tera i

8 Käytetyt lyhenteet ja käsitteet ADA Energiatehokkuus FAD KP KTM LTO MP Normikuutio Paineilmasuureet PATE PATE -analyysi PATE Kohde PIJ PKT Syyni TEM Kaeserin paineilma-analyysi ( Air Demand Analysis ) Tuotannon tai tuloksen suhde käytettyyn energiaan Todellinen ilmamäärä ( Free Air Demand ) Korkeapaine Kauppa- ja Teollisuusministeriö ( asti) Lämmöntalteenotto Matalapaine Normitettu ilmamäärä (olosuhteet vakioitu) Paine, tilavuusvirta, kompressorien vaatima teho, kastepiste, lämpötila PAineilmaa TEhokkaasti Motivan PATE -paineilmaenergia-analyysimalli Yritys, jossa PATE -paineilman energiatehokkuusanalyysi on suoritettu Paineilmajärjestelmä Pieni ja keskisuuri teollisuus Sarlin Hydor Oy:n paineilmajärjestelmän energia-analyysimalli Työ- ja elinkeinoministeriö ( alkaen) Projektissa mukana olleet yritykset Yritys Jäljempänä Aikaisempi nimi Rooli projektissa Motiva Oy Motiva - Työn suorittaja Baco Oy Baco - Pilot -yritys Cembrit Oy Cembrit Minerit Oy ( asti) Pilot -yritys M-Real Oyj, Kirkniemen tehtaat M-Real Kirkniemi - Pilot -yritys Kaeser kompressorit Asiantuntija / mittausten Kaeser - Oy suorittaja Oy Atlas Copco Asiantuntija / mittausten Atlas Copco - Kompressorit Ab suorittaja Kupari Energia Oy Kupari Energia - Asiantuntija ii

9 1 Johdanto 1.1 Tutkimuksen tausta Paineilma on useimmille teollisuusaloille välttämätön, mutta kallis peruskäyttöhyödyke. Teollisuudessa käytetään paineilman tuottamiseen noin 1,4 TWh sähköenergiaa, mikä on noin 3 % teollisuuden kokonaissähköenergian käytöstä. Paineilmaenergian nk. sähköstä työhön suhde on noin 5 %, loput sähköenergiasta muuttuu ilman puristusvaiheessa lämmöksi. Tästä syystä paineilmaa voidaan kutsua yhdeksi teollisuuden kalleimmaksi energiamuodoksi. [1] Paineilmajärjestelmän energiatehokkuusanalyysejä on tehty konsulttien ja laitetoimittajien toimesta jo useita vuosia. Yhtenäisen analyysimallin puututtua paineilmaenergiaanalyysit ovat olleet hyvinkin erilaisia. Konsultista tai laitetoimittajasta riippuen analyysit ovat joko kattaneet tehtaan koko paineilmajärjestelmän tai vastaavasti analyysi on rajoittunut pelkästään tuotantopäähän eli kompressoriasemiin. Koko teollisuuden paineilmaanalyyseistä ei ole aiemmin kerätty yhteenvetoa. Teollisuudelta saadun palautteen perusteella Motiva käynnisti PATE - paineilmaa tehokkaasti -hankkeen vuonna Hankkeen ensimmäiseen vaiheeseen osallistui 12 pilot - yritystä sekä muutama konsulttiyritys ja kompressorivalmistaja. Hankkeen rahoituskustannukset jakautuivat silloisen KTM:n ja osallistuvien pilot -yritysten kesken. PATE -hankeen tarkoituksena oli analysoida pilot -yritysten paineilmajärjestelmät kokonaisuudessaan ja selvittää toteutuskelpoinen energiasäästöpotentiaali. Tuloksista jalostettiin kokonaisvaltainen käsitys Suomen teollisuuden paineilman käytöstä ja säästöpotentiaaleista. Tulosten perusteella arvioitiin, että teollisuuden paineilman taloudellisesti kannattava energiasäästöpotentiaali oli noin 20 prosenttia. Pilot -tehtaiden tuloksista jalostettiin vuoden 2005 aikana PATE - paineilmaenergia-analyysimalli. Vuoden 2008 kevääseen mennessä PATE:n mukaisia paineilmaenergia-analyysejä oli palautunut Motivaan 25 kappaletta. Analyysejä on tehty enemmänkin, mutta ellei niiden rahoituksessa ole käytetty TEMin tukea, ei raportteja ole toimitettu Motivaan. PATE analyysien teko jatkuu edelleenkin teollisuudessa. Teollisuuden paineilmajärjestelmien (PIJ) PATE -analyyseissä havaitun suuren taloudellisen säästöpotentiaalin ja käyttöhyödykeanalyysien kehitystarpeen vuoksi Motiva käynnisti PATE 2 -projektin keväällä Projektin lähtökohtana oli ensisijaisesti selvittää teollisuuden paineilmaenergia-analyyseissä havaittujen säästöpotentiaalien toteutusaste ja saavutettu säästö. Työ jakaantui kahteen vaiheeseen, PATE -analyysejä tehneille yrityk- 1

10 sille suunnattuun kyselyyn ja pilot -yritysten tarkempaan tarkasteluun. Tämä diplomityö toimii PATE 2 -projektin loppuraporttina. 1.2 Työn tavoite ja rajaukset Tavoite PATE 2-projektin tavoitteena oli vastata seuraaviin tutkimuskysymyksiin: Mikä on teollisuuden PATE -paineilmaenergia-analyyseissä havaittujen säästötoimenpiteiden toteutusaste ja saavutettu todellinen säästö? Mikä on pilot tehtaiden paineilmajärjestelmän nykytilanne ja saavutetut säästöt aikaisemmin tehtyjen analyyseihin verrattuna? Tutkimuskysymyksistä tärkein oli analyyseissä havaittujen säästötoimenpiteiden toteutusasteen ja saavutetun säästön todentaminen. Työn tavoitteeseen pyrittiin mittausten, tehdasselvitysten ja kyselyjen avulla. Toimenpiteillä saavutetun säästön arviointi oli erittäin haastavaa käytettävissä olevin keinoin, koska tehtaalla ei ollut omia PIJ -mittauksia. Rajaukset Tutkimuksessa selvitettiin Motivaan kesäkuuhun 2008 mennessä toimitetuissa 25 PATE - analyysissä havaittujen säästötoimenpiteiden toteutusastetta ja saavutettuja säästöjä mukaan lukien yksi pilot -yritys, jossa ei ollut tehty varsinaista PATE analyysiä ko. mallin mukaisesti. Työssä arvioitiin toteutuneita säästöjä kolmella eri tavalla: 1. PATE analyysissä arvioitu. PATE analyysiraportissa ilmoitettu konsultin laskelma säästöpotentiaali ennen toimenpiteen toteutusta. Säästöarvio koskee Motivaan toimitettuja 25 PATE analyysiraporttia. 2. Tehtaiden itse arvioima. Tehdas on itse arvioinut tehdyn toimenpiteen saavutetun säästövaikutuksen. Säästöarvio koskee kyselyihin vastanneita 11 PATE analyysin suorittanutta yritystä. 3. Tehdasmittausten ja selvitysten perusteella arvioitu. Allekirjoittanut on yhdessä tehdashenkilökunnan, projektin asiantuntijoiden sekä paineilmajärjestelmän määrämittausten perusteella arvioinut tehdyillä toimenpiteillä saavutetun säästövaikutuksen. Säästöarvio koskee kolmea tämän projektin pilot -yritystä. 2

11 23 PATE kohteen säästötoimenpiteiden toteutusasteet ja saavutetut säästöt selvitettiin sähköisillä kyselyillä. Kyselyt laadittiin osin pilot -yrityksistä saadun kokemuksen perusteella. Kyselyt olivat vapaaehtoisia, joten vastausprosentti oli lopulta noin 50 prosenttia. Tarkempaan käsittelyyn otettiin kaksi PATE- ja yksi muu paineilmajärjestelmän energiatehokkuusraportti. Projektin pilot -yrityksissä, Bacossa, Cembritissä ja M-real Kirkniemessä, selvitettiin nykyinen paineilmajärjestelmän tilanne tehtaan omien ja ulkopuolisten mittausten avulla. Pilot kohteissa pyrittiin tekemään vastaavat mittaukset kuin aikaisemmin tehdyssä PATE analyysissä, jotta eri vuosilta olevia tuloksia voitiin vertailla. Vaikka mittaukset olivat samat, tehtaalla mittausten välillä kuluneina vuosina toteutetut tuotanto- ja käyttömuutokset vaikeuttivat käytännössä säästöjen todentamista. Selvitykset, joissa otetaan tarkasti huomioon muun muassa tehtaalla tapahtuneet (tuotanto-, ajotapa-, kulutus-) muutokset, vaativat nk. laajan energiatehokkuusindeksin selvittämistä [1 s.1]. Pelkästään paineilmajärjestelmään ei ole tiedettävästi ennen tehty indeksiä, joten sen tekeminen pilot -yrityksiin olisi kasvattanut tämän projektin laajuutta merkittävästi. 1.3 Projektin pilot -yritysten esittely Baco Oy Baco on ruotsalaisen Läntmännen Unibaken omistama fast food -tuotteiden valmistukseen erikoistunut leipomo. Leipomon asiakkaina ovat hampurilaisketjut, elintarviketeollisuus, keskus- ja tukkuliikkeiden nouto- ja pikatukut. Bacon liikevaihto vuonna 2006 oli 11,6 miljoonaan euroa, josta viennin osuus noin 14 %. Leipomo työllistää suoraan noin 35 henkilöä. Bacon uudet toimitilat valmistuivat Vantaan Petikkoon joulukuussa 1998 (kuva 1). [2] Kuva 1 Bacon Vantaan Petikon toimitilat [2] 3

12 Cembrit Oy Tanskalaiseen FLSmidth A/S yritysryhmään kuuluva Lohjan Muijalassa (kuva 2) sijaitseva Cembrit on yksi suurimpia kuitusementtisten levyjen valmistajista maailmassa. Cembritin liikevaihto vuonna 2007 oli noin 28 miljoonaa euroa, josta viennin osuus 70 %. Merkittäviä vientimaita ovat muun muassa Pohjoismaat, Venäjä, USA, Saksa, Italia, Puola ja Tshekki. Aikaisemmin Cembrit tunnettiin Minerit Oy nimellä. Kuitusementtisiä tasolevyjä käytetään sekä uudis- että saneerauskohteissa julkisivuina, väliseininä, märkätiloissa, sokkeleissa ja parvekekaiteissa. Levyjen materiaaleina ovat sementti %, mineraaliset täyteaineet % ja selluloosa 5-15 %. Levyistä voidaan tehdä myös palonkestäviä. [3] Kuva 2 Cembritin toimitilat Lohjan Muijalassa [3] M-real Kirkniemen tehtaat Lohjalla sijaitseva M-real Kirkniemen tehtaat (kuva 3) tuottavat vuodessa noin tonnia LWC- ja hienopaperia. Tehtailla on kolme paperikonetta, joista ensimmäinen käynnistyi vuonna 1966 ja viimeisin vuonna Paperitehtaiden tuotannosta yli 90 % menee vientiin. Tehtaiden asiakkaita ovat painolaitokset, lehtikustantajat ja mainostajat muun muassa ympäri Eurooppaa, joka on yrityksen päämarkkina-alue. [4] Kuva 3 M-real Kirkniemen tehtaat Lohjalla [5] 4

13 OSA 1 - KIRJALLISUUSSELVITYS 5

14 2 Teollisuuden paineilmajärjestelmä Teollisuuden paineilmajärjestelmä koostuu tyypillisesti neljästä alijärjestelmästä: 1. Kompressorit ja niiden ohjaus-, säätö- sekä jäähdytys-, jäähdytysilman lämmöntalteenotto- ja imuilman suodatuslaitteet. 2. Paineistetun ilman käsittelylaitteet sisältäen jälkijäähdyttimet, painesäiliöt, lauhteenerottimet, suodattimet ja ilmankuivaimet. 3. Paineilman jakelujärjestelmät sisältäen runko-, jakelu ja liitäntäputket, venttiilit, lisäsuodatukset ja -vesittimet, pienemmät ilmaletkut ja liittimet. [6 s.5] 4. Paineilman käyttökohteet, kuten paineilmatyökalut, puhallukset, pneumaattiset sylinterit ja kuljetukset. [7 s. 2; 8 s.8] Paineilmajärjestelmän perusperiaate lyhyesti: Kompressori imee ilmaa ja puristaa sitä tyypillisesti noin 5-20 barin paineeseen. Puristettu kostea ja likainen ilma jälkikäsitellään kuivaimella ja suodattimilla. Puhdistettu ilma syötetään putkilinjoja pitkin loppukäyttäjille. Kuvassa 4 esitetään tyypillisen paineilmajärjestelmän peruskomponentit. Kuva 4 Tyypillisen paineilmajärjestelmän peruskomponentit [9 s. 6] 6

15 2.1 Paineilman tuotanto Paineilmakompressorit Paineilmakompressoreiksi kutsutaan laitteita, jotka nostavat laitteeseen imettävän ja ulospuhallettavan ilman paineen vähintään kaksinkertaiseksi. Toimintaperiaatteeltaan lähimpänä kompressoreita ovat puhaltimet, joiden painesuhde 1 on korkeintaan 2. Jatkossa päähuomio keskitetään lähinnä paineilmakompressoreille. Paineilmakompressoreihin liittyvät tärkeimmät suureet ovat ilman käyttöpaine [bar] ja tilavuusvirta [m 3 /min], jotka määräävät optimaalisen kompressorin tyypin ja koon. Tavanomaiset paineilmaa käyttävät teollisuuslaitteet vaativat noin 5-10 barin paineen. Suuria paineita, kuten baria, tarvitaan hengitysilman puristamiseen. Joissakin laboratoriotesteissä voidaan tarvita jopa 1000 barin painetta. [8 s.25] Paineilman kulutus on tyypillisesti pienissä ja keskisuurissa teollisuuslaitoksissa 5-50 m 3 /min ja suurimmissa joskus jopa m 3 /min [lähde: PATE paineilmaenergia-analyysit]. Paineilman kulutuskohteet ovat hyvinkin monipuolisia, kuten myös käytettävissä olevat kompressorit. Kompressorityypeistä tavanomaisimpia puristustapoja ovat staattinen ja kineettinen, kuten kuvassa 5 on esitetty. Vastavirtapuristusta käyttävät kompressorit ovat harvinaisempia. Peruskompressorityypit ovat pysyneet vuosikymmeniä samanlaisina, vaikka pientä kehitystä tapahtuu koko ajan. [8 s.25 26; 10 s.21] Staattisesti toimivia kompressoreita on saatavilla mäntä- ja pyörivätyyppisinä. Staattiset kompressorit imevät ilmaa tilavuuttaan laajentamalla ja sulkevat tämän jälkeen ilman sisäänsä. Mäntäkompressorit tekevät työtä, kuten polkupyörän pumppu: edestakaisin liikkuva mäntä imee sekä puristaa sylinterissä olevan ilman tarvittavaan paineeseen. Pyörivätyyppisistä yleisimpiä ovat kaksiroottoriset ruuvikompressorit, jotka ovat nykyään teollisuuden käytetyimpiä paineilmakompressoreita. Ruuvikompressorin toiminta perustuu eri kulmanopeudella vastakkaisiin suuntiin pyöriviin ensiö- ja toisioroottoreihin. Ilma imeytyy pyörivien roottoreiden väliin muodostuvaan tyhjään tilaan. Eri kulmanopeuksien seurauksena muodostunut tila sulkeutuu ja pienenee jatkuvasti, jolloin ilma puristuu. Roottorien välinen tiiveys saadaan aikaan esimerkiksi jatkuvalla öljyruiskutuksella. [9 s.5; 11 s.2-5] Kineettisesti puristavia paineilmakompressoreita ovat aksiaali- ja radiaalikompressorit. Näitä nimitetään usein myös turbokompressoreiksi, jotka muuttavat juoksupyörissä aikaansaadun liike-energian paine-energiaksi diffuusoreissa. Väliaineen, kuten ilman tai hapen, puristus tapahtuu turbokompressoreissa monessa vaiheessa. Radiaalikompressoreissa vaiheita on tavallisesti 3-5 ja aksiaalimalleissa voi olla useita kymmeniä. Turbokompressoreita 1 Painesuhde tarkoittaa imu- ja loppupaineen välistä suhdetta. 7

16 hankitaan kohteisiin, joissa tarvitaan suuria tilavuusvirtoja ( m 3 /min) alhaisella paineella (0-6 bar). [11 s. 22] Kuva 5 Yleisimpien paineilmakompressorien sukupuu [8 s.25] Paineilmajälkikäsittely ja -verkosto Paineilmajälkikäsittely Kompressorin jälkeinen paineilma sisältää erilaisia epäpuhtauksia, kuten vesihöyryä, öljyä, hiukkasia ja bakteereja. Paineilman kulutuksesta ja käyttökohteesta riippuen kompressorin jälkeinen ilma käsitellään erilaisilla suodattimilla, erottimilla ja kuivaimilla. Paineilman jälkikäsittely kasvattaa aina painehäviöitä ja kuluttaa energiaa, mutta toisaalta väärä tai puuttuva jälkikäsittely voi aiheuttaa korroosiota ja vaurioita paineilmaverkostossa sekä - käyttölaitteissa. Jälkikäsittelyn aiheuttamat painehäviöt ovat tyypillisesti noin 0,3-1 baria riippuen jälkikäsittelylaitteiden määrästä ja laadusta. [8 s.46, 12 s.3] Paineilman jälkikäsittelyasteen suunnittelu pohjautuu paineilmalle määrättyihin laatuvaatimuksiin. Usein jo kompressorissa itsessään on vähintään imuilman esisuodatus ja voitelu / tiivistys -öljyn kierrätys. Kompressorin jälkeisiä käsittelyvariaatioita on yhtä useita, kuin tarpeitakin. Paineilman tavanomaiset jälkikäsittelymenetelmät: Suodatus poistaa kiinteät hiukkaset ja öljyt. Suodatusasteita ovat noin 0,01 mikronista aina yli 5 mikroniin. Kuivatuksella poistetaan kertynyt lauhde sekä osittain myös jäähdytetään paineilmaa. Tehtaalla, jossa ei ole vedelle erityisiä laatuvaatimuksia, käytetään usein jääh- 8

17 dytyskuivainta, jolla saadaan noin +3 C kastepisteellä olevaa paineilmaa. Erilaisilla sorptio -kuivausmenetelmillä voidaan päästä jopa -70 C kastepisteeseen. [13 s.2-41] Paineilman laatumääritystä varten on kehitetty ISO standardi, joka on esitetty taulukossa 1. Standardoidut laatuluokitukset antavat selkeän ohjeistuksen niin käyttäjien kuin valmistajienkin tarpeisiin. Taulukon paineilman laatuluokituksen lisäksi esimerkiksi hengitys- ja sairaala- sekä lääketieteelliselle paineilmalle on omat, tiukemmat, standardit, joissa huomioidaan myös paineilman sisältämät bakteerit ja virukset. [13 s.2-6] Teollisuudessa usein käytetyt paineilman laatunimitykset, kuten puhallus-, työ- ja instrumentti-ilma, pohjautuvat ISO standardiin. Puhallusilman laatu voidaan ilmaista esimerkiksi: hiukkasluokka 4, vesiluokka 4 ja öljyluokka 2, mikä tarkoittaa 1,0 5,0 mikronin kokoisia hiukkasia enintään kpl yhdessä kuutiossa paineilmaa, kastepiste enintään +3 C ja öljypitoisuus enintään 0,1 mg yhdessä ilma- m 3 :ssa. Instrumentti-ilmalle tehdään vastaavasti, mutta tiukemmin luokkavaatimuksin. Taulukko 1 ISO standardin mukaiset paineilman laatuluokat Luokka Kiinteät hiukkaset Öljy Hiukkasten suurin määrä/m 3 Paineenalainen (sis. höyry) 0,1 0,5 0,5 1,0 1,0 5,0 kastepiste C mg/m 3 mikronia mikronia mikronia , , Kuvassa 6 on esitetty eräs öljyvoidellun kompressorin jälkikäsittelylaitteisto esimerkiksi puhallusilmalle. Kuvassa kompressoriin imettävä ilma esisuodatetaan yli 3 mikronin hiukkasilta. Kompressorin sisäinen voiteluöljy kierrätetään syklonin ja jälkijäähdyttimen kautta takaisin kompressoriin. Tiivistynyt vesi poistetaan paineilmasäiliön automaattisella lauhteenpoistimella jatkokäsittelyyn. Säiliöstä ilma virtaa ensin 1 mikronin suodattimille, josta edelleen jäähdytyskuivaimeen. Jäähdytyskuivain poistaa veden noin +3 C kastepisteeseen ja 0,1 mikronin jälkisuodatin poistaa jäljelle jääneet epäpuhtaudet. 9

18 Imuilma Kompressori Paineilmasäiliö Jälkisuodatus ja kuivaus Imuilman esisuodatus Voiteluöljyn kierrätys ja jäähdytys (LTO mahdollisuus) Lauhteenpoisto Kiinteiden hiukkasten ja öljyn poisto sekä paineilman kuivatus Kuva 6 Tyypillinen paineilman jälkikäsittelylaitteisto öljyvoidellulla kompressorilla Paineilmaverkosto Kompressoreilla paineistettu ilma siirretään putkistoverkostoa pitkin loppukäyttäjälle. Paineilmaverkosto on yleensä kompromissi hankintakustannusten, siirtohäviöiden ja linjaston eliniän välillä. Verkosto koostuu runko-, jakelu- ja liitäntäputkista, jotka voidaan käyttötarkoituksesta riippuen yhdistää suoraksi linjaksi, rengasmaiseen muotoon tai näiden yhdistelmään (kuva 7). a) Suora verkko b) Rengasverkko Runkoputki Liitäntäputki c) Suoran ja rengassverkon yhdistelmä Jakeluputki Kuva 7 Paineilmaverkon putki- ja rakennetyypit Paineilmaverkoston rakentamisessa tulee ottaa useita tekijöitä huomioon: Sallittu painehäviö määrää verkon rakenteen, putkikoon ja -karheuden sekä käytettävien väliventtiilien, liittimien tms. määrän. Paineilmaverkoston painehäviöt ovat tyypillisesti alle 0,2 bar. 10

19 Väliaineen paine, määrä ja laatu vaikuttavat muun muassa putkimateriaaleihin: paineilman kosteus on merkittävä osatekijä korroosion syntyyn ja putkiston paineluokitus tulee olla käyttöpainetta vastaava. Paineilmasäiliön oikea mitoitus kulutustarpeen mukaisesti. Muita huomioitavia ovat verkoston laajennusvara ja jäätymisvaara ulkona. [8 s.96 97, 12 s.2-3] Paineilmakompressorien säätö- ja ohjaustavat Yksi merkittävimmistä paineilmajärjestelmän luotettavuuteen, käytettävyyteen ja energiatalouteen vaikuttavista tekijöistä on tasainen paine, joka voidaan varmistaa kompressorien säätö- ja ohjausautomatiikalla. Vaihteleva paine lisää usein kompressorien huollontarvetta, energiankulutusta ja tuotantokatkoksen riskiä. Verkossa oleva paine laskee nopeasti, jos paineilman kulutus on suurempaa kuin tuotanto. Ideaalinen tilanne toteutuu, kun paineilman tuotanto vastaa täysin kulutusta 2. Hyvin suunnitellulla kompressorien sekä säästö- ja ohjaustavan valinnalla voidaan taata melko tasainen paine myös vaihtelevassa paineilmakulutuksessa. Paineilmakompressorien säätöautomatiikka koostuu perussäätötavoista tai niiden yhdistelmistä. Nykyään käytetyimpiä säätötapoja ovat kuormitus/kevennys- ja moottorin kierroslukusäätö. Perussäästötapoja ovat: Täysautomaattinen säätö. Kompressori käy joko täydellä teholla tai on pysäytettynä. Energiataloudellisesti paras vaihtoehto, koska kompressorin hyöty on suurimmillaan täydellä teholla - eikä energiaa kulu pysäytettynä. Säätötekniikka ei tosin sovellu, kuin hyvin tasaiseen paineilman kulutukseen. Kuormitus / kevennys -säätö. Kompressori käy joko täydellä teholla tai kevennyskäynnillä. Kevennyskäynnin aikana kompressori ei tuota paineilmaa, mutta kuluttaa kompressorista ja valmistajasta riippuen noin % täydentehon verran sähköenergiaa. Soveltuu jo hieman vaihtelevampaan kulutukseen, koska kompressori kestää paremmin kuormitus/kevennys kuin kuormitus/pysäytys -ajoa. Energiatalouden kannalta kevennyskäyntiä tulee minimoida. Kuvassa 8 on esitetty eräs esimerkki kuormitus/kevennyskäyttöisen kompressorin paineen vaihteluista paineilmakulutuksessa. 2 Paineenvaihtelu on täysin sidoksissa paineilman kulutuksen ja tuoton väliseen suhteeseen. Mitä suurempi kulutuksen ja tuoton ero, sitä suurempi paineen nousu tai lasku. Kirjallisuuslähteestä riippuen säädön ja ohjauksen päätarkoitus on joko paineenvaihteluiden minimointi tai paineilman tuoton mukautus kulutusta vastaavaksi. Käytännössä nämä tarkoittavat samaa asiaa. 11

20 Portaaton kuristussäätö. Säätötavassa kuristetaan imuvirtausta ja alennetaan imupainetta, jolloin paineilman tuotto pienenee kulutusta vastaavaksi. Energiankulutus on suhteellisen suuri tässä säätötavassa johtuen korkeasta painesuhteesta 3. Moottorin kierroslukusäätö. Kierroslukusäätö voidaan toteuttaa taajuusmuuttajalla, tasavirtamoottorilla, vaihtonapaisella moottorilla tai nestekytkimellä. Moottorin kierroslukua säädetään kulutuksen mukaan siten, että verkostopaine pysyy sallituissa rajoissa. Kompressorin kuormitusaste voi olla hyvinkin 100 %. Moottorin hyötysuhde ei ole kuitenkaan vakaa koko säätöalueella, vaan voi merkittävästi vaihdella. Tästä syystä esimerkiksi taajuusmuuttaja ei ole yleislääke kompressoriaseman energiatalouden tehostamisessa. Ulospuhallussäätö. Kompressori käy koko ajan täydellä teholla. Paineen noustua liian korkeaksi varo- tai erityinen ulospuhallusventtiili avautuu ja estää paineen nousun liian korkeaksi. Käytetään pienissä kompressoreissa. [8 s ; 10 s.56 67]. p (max) p (min) Kevennysajo Kuormitusajo Asemapaine bar 100 % 50 % Paineilmakulutus m3/min Kuva 8 Esimerkki kuormitus/kevennyssäätöinen paineilmakompressorin asemapaineen vaihteluista sallituissa rajoissa paineilmakulutuksen (m3/min) muuttuessa. Paineen laskettua liian alas kompressori ajaa kuormitusajolla ja täyttää paineilmaverkon. Kompressori siirtyy kevennyskäynnille tai pysähtyy paineen saavutettua maksimi. Paineilmakompressorien säädön ja ohjauksen merkitys kasvaa, mitä enemmän asemassa on kompressoreita. Kompressoreita voidaan ohjata joko kompressorikohtaisesti tai keskusohjauksella. Yhden kompressorin ohjaus toteutetaan tyypillisesti paineen maksimi- ja minimiasetusarvoilla, kuten kuvassa 8 on esitetty. Säätötavasta riippuen paineen vaihtelut sallittujen rajojen sisällä voivat olla erilaiset. 3 Painesuhde tarkoittaa kompressoriin imettävän ja poistuvan paineistetun ilman paineiden välistä suh- 12

21 Suuri paineilmakulutus, paineenvaihtelut sekä varakapasiteetin tarve vaativat kompressoriasemaan usean erilaisen ja -kokoisen kompressorin. Tällöin pelkästään kompressorikohtainen ohjaus ei ole enää useimmassa tapauksessa energiataloudellisesti tehokas. Usean kompressorin asemassa kannattavimmaksi tulee optimaalisesti viritetty keskusohjaus. Keskusohjauskaan ei takaa energiatehokkuutta, vaan kompressorit tulee valita paineilmakulutusta vastaaviksi 4. Kompressorien keskusohjaus tarkoittaa yleisesti älykästä ohjausjärjestelmää, joka on yhteydessä jokaiseen kompressoriin. Ohjaus kuormittaa kompressoreita ennalta valitussa järjestyksessä tai esimerkiksi kompressorien käyttötuntien mukaan. Keskusohjauksen tarkoituksena on pitää paineenvaihtelut mahdollisimman pieninä (±0,2 bar), kuormittaa kompressoreita mahdollisimman suurella (tai optimaalisella) käyttöasteella 5 ja tasaisesti käyttötuntien mukaan. Keskusohjauksen etuina ovat energiatehokkuus, vähäisempi kompressorien huollontarve, tasaisempi paine ja luotettavuus. [10 s.65 66; 14 s.12 35] Paineilman jäähdytysilman lämmöntalteenotto Paineilmakompressorin akselille syötetystä tehosta yli 90 % muuttuu lämmöksi, joka poistuu jäähdytysilman tai -veden mukana (kuva 9). Esimerkiksi 90 kw moottorilla varustetusta paineilmakompressorista hyödynnettävää lämpöä syntyy noin kw. Lämmöntalteenoton (LTO) tehosta ja käytön tarkoituksesta riippuen lämmintä vettä tai ilmaa saadaan noin C lämpötilassa. Lämmöntalteenotto ei ole pelkästään energiasäästömahdollisuus. Paineilman tuotossa syntynyt lämpö täytyy tehokkaasti poistaa kompressorihuoneesta tai kohonneen imuilman lämpötilan takia kompressorien tehontarve tuotettua ilmakuutiota kohti 6) kasvaa sekä pahimmassa tapauksessa seuraa kompressorien vikaantuminen. Kompressorihuoneessa yksikin keskisuuri kompressori (noin 100 kw) vastaa kymmentä omakotitalon sähkökiuasta (noin 8 kw) lämmöntuotannossa. detta 4 Säätöjen ja oikeiden paineilmakompressorien valinta korostuu, koska kompressorien energiakustannukset viiden käyttövuoden aikana voivat olla noin % kokonaiskustannuksista [15 s.2]. 5 Käyttö- tai kuormitusaste tarkoittaa kuormituksen osuutta kompressorin kokonaiskäyntiajasta. Kompressorityypistä riippuen optimaalinen käyttöaste on noin %. 6 Kompressorien tehontarvetta tuotettua ilmakuutiota kohti kutsutaan myös kompressorin ominaistehontarpeeksi. 13

22 Säteilyhäviöt 2 % Kompressorin akseliteho 100 % Paineilmaan jäävä energia 4 % Talteenotettavissa oleva lämpöenergia 94 % Kuva 9 Paineilmakompressorin akselista siirtyvän energian jakautuminen. [10 s. 85] Yksinkertaisimmillaan paineilman jäähdytysilman lämpösisältö saadaan talteen poistoilmakanavilla, joka on ohjattu kompressorihuoneesta esimerkiksi teollisuushalliin. Kesällä, ja silloin kun lämmitystä ei tarvita, kuuma ilma poistuu kanavia pitkin ulos. Muita LTO:n käyttökohteita ovat esimerkiksi prosessiveden, polttoilman ja käyttöveden esilämmitys. Paineilmakompressorien jäähdytysilmasta saatavia lämpöenergian säästöesimerkkimääriä on esitetty taulukossa 2. [10 s.85 90; 16 s.2-11] Taulukko 2 Paineilmakompressoreista hyödynnettävissä oleva jäähdytysilman lämpöenergia. Kompressorin käyttöaika 2000 h/a. [10 s.87] Kompressorien Lämpöteho Energian säästö tuotto (FAD) m 3 /min kw MWh/a 6, , , , , ,

23 2.2 Paineilman käyttö Paineilman käyttökohteita on useita, seuraavassa muutama esimerkki: venttiilien toimilaitteet paineilmatoimiset sylinterit kalvopumput käsityökalut, kuten mutteriväännin, hiomakone ja naulain. puhallukset, kuten hiekka- ja puhdistuspuhallus erilaiset täytöt, kuten autojen ja pyörien renkaat sekä happilaitteet aineiden pneumaattinen siirto paineilmatoiminen prässäys jokapäiväisessä elämässä matalapaineista ilmaa käyttävät myös muun muassa ihmisen keuhkot, sekä useat soittimet, kuten kuvassa 10 on esitetty. Kuva 10 Paineilman käyttökohteet ovat hyvinkin erilaisia ja kokoisia. Myös harmonikka toimii - tosin erittäin matalapaineisella - paineilmalla. [17] Paineilman suosio teollisuudessa on erittäin vakaalla pohjalla useasta tärkeästä syystä: Paineilman käyttö tekee monista toiminnoista kevyempiä, nopeampia ja turvallisempia. Yksittäisesimerkkinä olkoot paineilmatyökalut, joiden teho/keveys -suhde on merkittävästi sähkötoimisia työkaluja parempi, koska erillistä sähkömoottoria ei tarvita. Paineilmatoimiset laitteet ovat hyvin yksinkertaisia ja siten huoltovarmoja, toimivia ja luotettavia. Paineilma on suhteellisen vaaratonta eivätkä verkostovuodot aiheuta päästöjä ympäristöön samalla tavalla kuin esimerkiksi öljyhydrauliikalla toimivan laitteen vuodot. Paineilmalla on kuitenkin yksi merkittävä huono puoli: sen tuottamisen kalleus. Paineilma on teollisuuden yksi kalleimmista energiamuodoista, joten paineilman ja korvaavien energiamuotojen käyttöä tulisi aina harkita tarkoin. Nykyään lähes jokainen teol- 15

24 lisuuslaitos käyttää paineilmaa, jota ilman prosessit eivät toimisi. Vielä nykyäänkin paineilma huomataan tehtaalla vasta silloin, kun sen tuotannossa on tapahtunut häiriö. Energiahukka piilee paineilmavuotojen päästöttömyydessäkin, koska niihin ei ole tehtaalla totuttu kiinnittämään huomiota. [9 s.2-3; 18 s.2-5] Paineilman käytön energiatehokkuuteen tulisi kiinnittää erityistä huomioita nimenomaan tehtaalla, koska kompressorivalmistajat keskittyvät tehostamaan usein vain paineilman tuottopäätä eli kompressoriasemaa. Paineilmakäyttölaitteita ostavien asiakkaiden rooli tehtaan energiatalouden kannalta on erittäin tärkeä. He tekevät lopullisen päätöksen käytetäänkö paineilmalla vai jollain korvaavalla energiamuodolla toimivaa laitetta. Paineilmakäyttöisten laitteiden ostoa suunnittelevan tulisi selvittää energiatalouden kannalta ainakin: Vastaavan, esimerkiksi sähkökäyttöisen, laitteen edut, haitat, kustannukset, luotettavuus ja toimivuus. Laitteen tarvitsema paineilman painetaso, ilmankulutus ja laatu sekä miten ne ovat suhteutettavissa nykyiseen paineilmajärjestelmään. Joutuuko kasvavan paineilmakulutuksen takia hankkimaan uusia kompressoreita? Tarvitaanko paineilmatoimista laitetta esimerkiksi tehdasseisokin aikana? PATE 2 - projektissa havaittiin, että eräässä pilot -yrityksessä oli kolme keskisuurta paineilmakompressoria päällä viikonloppuseisokin aikana. Paineilman tarve johtui paineilmatoimivista venttiilien toimilaitteista, joiden kulutus oli erittäin vähäinen (0,5-1 m 3 /min). Paineilmavuotojen ja jälkikäsittelyn takia viikonlopunkulutus oli kuitenkin noin kahdeksankertainen todelliseen tarpeeseen nähden. 16

25 3 Paineilmajärjestelmän energiatehokkuuden analysointi 3.1 Paineilmaenergia-analyysit Paineilmaenergia-analyysi (PEA) tarkoittaa yleisesti teollisuusyrityksen tai yhdyskunta- ja kaupallisen sektorin paineilmajärjestelmän energiatehokkuuden selvittämistä. Paineilmaanalyysejä tehdään alan konsulttien ja laitevalmistajien toimesta. Tyypillisesti analyysi on keskittynyt paineilman tuotantopäähän eli kompressoriaseman toiminnan tehostamiseen. Paineilman käytön tehostamisessa on tavallisesti selvitetty paineilmavuotoja. Paineilmaenergia-analyysin tavanomaisia pääpiirteitä: Kuten muissakin energia-analyyseissä, päätarkoituksena selvittää säästötoimenpiteet ja energian tehostamispotentiaali. Analyysissä suoritetaan lähes aina mittauksia, joilla voidaan selvittää muun muassa kompressorien energiakulutus, paineilmatuotanto, paineet verkoston eri osissa, kompressorien imuilman lämpötila ja paineilman kastepiste. Analyysiin voi kuulua myös tehdasselvitykset, joissa kartoitetaan muun muassa paineilmavuodot ja turhat kulutuskohteet. Analyysin tilaaja päättää mittausten ja selvitysten laajuuden. Suomessa ei ole ollut yhtenäistä analyysimallia ennen vuotta Paineilman sähköenergian kulutukseen on enenevässä määrin kiinnitetty huomiota, mikä on johtanut myös paineilmatarpeen ja sitä myöten käytön huomioimiseen energiaanalyyseissä. Paineilmajärjestelmän energiatehokkuusselvitys tulisikin lähteä ensisijaisesti todellisen paineilmatarpeen määrityksestä tarkoituksena karsia turha paineilmakulutus. Selvityksen viimeiseksi tulisi jäädä paineilman tuotanto. Suppeimmissa paineilma-analyyseissä voidaan tietenkin sopia, mikä alue paineilmajärjestelmästä selvitetään. [19; 20; 21 s.10; 22; 23; 24] PATE - Paineilmaa tehokkaasti Teollisuuden paineilmajärjestelmissä oli havaittu merkittävää tehostamispotentiaalia, minkä vuoksi PATE - paineilmaa tehokkaasti -projekti käynnistyi Motivan koordinoimana vuonna Vuosina hankkeeseen osallistui neljä prosessiteollisuuden ja seitsemän keskisuuren teollisuuden yritystä, joissa tehtiin perusteelliset paineilman energiakäytön tehostamisselvitykset. Projektin tarkoituksena oli aluksi saavuttaa mittavaa energiasäästöä osallistuvissa yrityksissä ja laajempana tavoitteena monistaa saadut tulokset koko teollisuu- 17

26 den käyttöön. PATE -hankkeen lähtökohtana oli paineilman tarpeen ja käytön selvittäminen. Projektin aikana taloudelliseksi tehostamispotentiaaliksi havaittiin noin 20 prosenttia. PATE -projektissa jalostettujen tulosten perusteella julkaistiin PATE-analyysi - Paineilman energia-analyysimalli toukokuussa Analyysimalli tarkoitettiin sovellettavaksi KTM:n (nykyään TEM:n) tukeman prosessiteollisuuden energia-analyysin toisen vaiheen täydentäväksi analyysiksi. Paineilmajärjestelmään erikoistunut PATE -malli eroaa siten muista nk. Motiva -mallin mukaisista katselmuksista, joissa selvitetään kokonaisvaltaisesti rakennuksen tai teollisuuslaitoksen sähkön, lämmön ja veden käyttö sekä taloudellinen tehostamispotentiaali. PATE analyysimalli on kaikkien käytettävissä ja TEM tukea voi anoa tietyin ehdoin, joista lisää PATE analyysimallista. PATE analyysin paineilmajärjestelmän tarkastelutasot on esitetty kuvassa 11. Tarkastelun lähtökohtana ovat paineilman tarve ja käyttö, joista selvitetään muun muassa paineilman todellinen tarve, laatuvaatimukset ja mahdolliset korvaavat tekniikat. Lopuksi tarkastelussa huomioidaan paineilman käyttöympäristö, kuten imuilman lämpötila ja kanavointi. Kenttätyön luontevin eteneminen voi olla kuitenkin verkostovuotojen ja paineilman käytön kartoitus sekä lopuksi paineilman tuotantoon liittyvät asiat. Käyttöympäristö imuilman lämpötila, puhtaus, kosteus imuilman kanavointi imuilman ja kompressoritilan lämpötilatasot huoltorutiinit lauhdelämmön hyödyntäminen jne. Miksi tarvitaan paineilmaa? laatuvaatimukset korvaavat tekniikat jne. Paineilman tuotantolaitteiden tekniikka, asetusarvot painetasot, tuotto ohjaukset, käyntijärjestys ominaistehokkuus käyttötunnit, lämmön talteenotto käyntilämpötilat jne. Jälkikäsittely suodatus jäähdytys kuivaus jne. Tarve Käyttö Jakeluverkosto Jälkikäsittely Tuotanto Ympäristö Jakeluverkosto pullonkaulat tilavuus ja säiliökapasiteetti painetasot eri osissa painevaihtelut olosuhteet, reitit, sulkemismahdollisuudet vuodot, jne. Kuva 11 Paineilman tarkastelutasot PATE analyysissä [Motiva] PATE analyysissä tehtävien mittausten tarkoituksena on luoda pohja energiatehokkuuden todentamiselle ja paineilmajärjestelmän tilanneselvitykselle. Mittaukset ovat usein välttämättömiä luotettavien johtopäätösten tekemiseksi. Mittausten tulee kattaa tehtaan toiminnan 18

27 kannalta oleelliset tilanteet, kuten nk. normaalituotanto (määritellään tehdaskohtaisesti) ja tehdasseisokki tai -tauko. PATE -analyysissä tehtävät mittaukset esitetään taulukossa 3. Mittauksista osa on välttämättömiä ja osa suositeltavia. Taulukko 3 PATE -paineilmaenergia-analyysiraportissa tehtävät mittaukset ja tarkastukset [24 s.11] Mittaus Mittaustapa Mittausjakso/-kohde Tarve Kompressorin sähkötehomittaus Kompressorien toimintarajat Verkostopaine Ilmavirta Kompressorihuoneen /imuilman lämpötila Kuivaimelle menevän paineilman lämpötila Kuivaimen sähköenergian käyttö Kastepiste Ilma- / vesijäähdytyksen häviölämpö Seurantamittaus Kertamittaus Seurantamittaus Seurantamittaus Seurantamittaus Kertamittaus Kertamittaus Kertatarkastus Kertamittaus työaika taukoaika seisokkiaika Kertamittaus kompressoreittain (ylä- ja alapaine) Kompressorin jälkeen (tuottopaine) Paine jälkikäsittelyn jälkeen Kriittiset pisteet, 1 3 ( n) kpl Päähaara Merkittävät sivuhaarat Seurantamittaus huoneilmasta/ imukanavasta Kertamittaus kompressoreittain Toimintajakson pituinen jakso Välttämätön Välttämätön Suositeltava Suositeltava Välttämätön Välttämätön Suositeltava Kuivaimen näyttö Välttämätön Lämmöntalteenoton (LTO) toimintatarkistus LTO -potentiaalin selvitys ja laskenta Välttämätön Tehdasselvitysten ja mittausten perusteella PATE analyysin tekevä konsultti listaa havaitut taloudelliset säästötoimenpiteet ja arvioi säästöpotentiaalit. Lisäksi konsultti arvioi tehtaalla tarvittavat jatkotoimenpiteet PIJ:n energiatehokkuuden seurannalle ja ylläpidolle, tiedottamiselle, henkilöstön kouluttamiselle ja mahdollisille uusintamittauksille ja -katselmuksille. Liitteen 6 Cembritin PATE analyysiraportin toimenpidetaulukossa on esitetty esimerkki tehtaalla havaituista säästötoimenpiteistä ja -potentiaaleista. Internetissä saatavilla olevaan PATE analyysimalliin on sisällytetty myös esimerkkiraportti. [24] 19

28 3.1.2 Kaupalliset ja kansainväliset Internetistä löytyy lukematon määrä esimerkiksi hakusanoilla paineilman energia-analyysi, Compressed Air Audit, Druckluft Audit ja Analyse d' air comprimé kaupallisia ja kansainvälisiä paineilmaenergia-analyysimalleja, joista tähän työhön viitataan muutaman yleisesti luotettavaksi tunnetun julkaisijan analyysimalleja. Painetussa kirjallisuudessa paineilman energia-analyysit ovat usein muun paineilmaan liittyvän tekstin seassa tai ilmaistu toisella nimellä, kuten paineilman taloudellisuus tai paineilman energiatehokkuuden arviointimenetelmät [6 s ; 8; 10 s ]. EU toiminnan puitteissa paineilmajärjestelmän energiatehokkuutta on käsitelty muun muassa Motor Challenge ja 3E -ohjelmissa, jossa on julkaistu ohjekirja How to save energy and money in compressed air systems [25]. Tunnetuilla paineilma-alan laitevalmistajilla, konsulttiyrityksillä sekä joidenkin maiden energiavirastoilla, on myös malleja paineilmajärjestelmän energiatehokkuuden määrittämiseksi [9; 22; 23; 26]. Laitevalmistajista ja -toimittajista mainittakoon Sarlin Hydor Oy:n syyni, Kaeser kompressorit Oy:n ADA ja KESS sekä Oy Atlas Copco Ab:n AIROptimizer [19; 20; 21 s.10]. Paineilma-alan konsultit ovat tiedettävästi käyttäneet ainakin Motivan PATE -analyysiä. Laitevalmistajien ja muiden eri paineilmatahojen julkaisemat paineilmaenergiaanalyysit ovat hyvin erilaajuisia ja voivat painottaa eri asioita, mutta sisältävät kuitenkin paljon samoja piirteitä. Yksinkertaisimmillaan paineilma-analyysit ovat tarkistuslistoja [26], joissa käydään paineilmajärjestelmä läpi kysymysten muodossa, kuten milloin paineilmavuodot on viimeksi korjattu?. Yksinkertaisimman analyysin voi suorittaa käytännössä kuka tahansa tehtaalla. Mittauksia ei tällöin välttämättä suoriteta. Paineilmaenergia-analyysi voi joissakin tapauksissa olla suoraan räätälöity tietyn säästötoimenpiteen, kuten uuden energiatehokkaamman kompressorin tai verkoston paineenalentamisen, potentiaalin kartoitukseen [20, 21 s.10]. Näissä tapauksissa laitetoimittaja usein suorittaa mittaukset, joissa paneudutaan vain tiettyyn osa-alueeseen, kuten paineeseen, tuottoon 7) ja/tai energiankulutukseen. Raportit ovat yleensä hyvin lyhyitä. Sarlin Hydorin syyni -paineilmaenergia-analyysi on edellä mainituista analyyseistä laajuudeltaan lähimpänä PATE analyysiä. Tosin tarvittaessa voi useampi muukin laitevalmistaja ja alan toimitsija tehdä laajempia analyysejä, näistä ei ollut tarkempaa tietoa saatavilla. Syynissä on paljon samanlaisia mittauksia kuin PATE analyysissä, mutta ei ole esimerkiksi tarkasteltu paineilman kulutusjakaumaa tehtaalla. [19] 7 Kompressorien paineilmantuotanto [m 3 /min]. 20

29 3.2 Paineilmajärjestelmässä sähköenergiaa säästävät toimenpiteet Teollisuuden paineilmajärjestelmässä on useita kohteita, joissa voidaan joko hukata tai säästää energiaa. Paineilmaenergia-analyyseissä kartoitetaan energiaa säästäviä toimenpiteitä ja niiden tehostamispotentiaalia. PATE 2 -projektissa, johon myös tämä diplomityö liittyy, kerättiin Motivaan palautuneet PATE analyysiraportit (25 kpl), tutkittiin niiden tuloksia sekä selvitettiin, mitkä raporteissa havaituista säästötoimenpiteistä todella tehtiin ja mikä oli saavutettu toimenpidekohtainen säästö. Tuloksien perusteella havaittiin kuusi (sekä useammin toteutettujen, että saavutettujen säästöjen perusteella) merkittävintä sähköenergiaa säästävää toimenpidettä, jotka olivat: 1. Verkoston painetason alentaminen 2. Paineilmavuotojen korjaus 3. Puhalluksiin ja puhallussuuttimiin liittyvät toimenpiteet 4. Kompressoriohjauksen muutos 5. Energiatehokkaamman kompressorin hankinta 6. Kompressorien imuilman lämpötilan alentaminen Edellä mainittujen toimenpiteiden lisäksi paineilmajärjestelmässä havaitaan ja tehdään usein muitakin yhtä merkittäviä säästötoimenpiteitä, kuten suodattimien vaihtoa ja kompressoriosien uusimista, joita kutsutaan myös huoltotoimenpiteiksi. Huoltotoimenpiteet voivat olla, ja usein ovatkin, myös säästötoimenpiteitä sillä erotuksella, että ne suoritetaan säännöllisesti ja rutiininomaisesti. Parhaimmillaan edellä mainitut kuusi säästötoimenpidettäkin tulisi olla ns. huoltotoimenpiteitä eli sisältyä tehtaan huolto-ohjelmaan säännöllisesti tarkastettaviksi. Seuraavassa tarkastelussa keskitytään edellä mainittuihin kuuteen säästötoimenpiteeseen. [Lähde: PATE analyysiraportit] 1. Verkoston painetason alentaminen Uuden paineilmajärjestelmän tarvittava asema- ja verkostopaine 8) määritetään jo varhaisessa suunnitteluvaiheessa. Suunnittelupaine ei kuitenkaan aina täsmää todellisen painetarpeen kanssa, mikä voi aiheuttaa tarpeettoman korkean verkostopaineen. Todellinen painetarve voi myös muuttua, jos paineilmalaitteita uusitaan tai poistetaan. Lisäksi heikosti suunniteltujen ja jälkikäteen asennettujen liian ohuiden paineilmalinjojen takia paine ei riitä kaikille kohteille, jolloin painetta on jouduttu keinotekoisesti nostamaan. Painetta on voitu myös nostaa 8 Asemapaine = kompressoreista lähtevän ilman paine ennen jälkikäsittelyä. Verkostopaine = paine jälkikäsittelyn jälkeen, tyypillisesti noin 0,3-1 bar vähemmän kuin asemapaine 21

30 uskomusten ja luulojen takia, että paine ei riitä kaikissa kohteissa. Edellä mainituista syistä johtuen painetaso verkostossa voi olla tarpeettoman suuri, eikä painetta lasketa ilman hyvää syytä, koska tehtaalla ei haluta ottaa tuotantokatkoksen riskiä. Paineenalennuspotentiaali selvitetään paineilmaenergia-analyysissä samalla, kun kartoitetaan todellista painetarvetta ja mahdollisia verkoston nk. pullonkauloja. Verkostopaineeksi tulisi riittää vain hieman paineilmalaitteiden vaatimaa painetta suurempi. Jos suurinta painetta vaativan laitteen suunnitteluarvo on 6 bar ja optimaalisesti toimivan verkoston painehäviö on 0,1 0,3 bar, paine jälkikäsittelyn jälkeen tulisi olla noin 6,1 6,3 bar. Paineenlaskua ei tule kuitenkaan laskea kerralla esimerkiksi 7 barista 6 bariin, vaan asteittain seuraten samalla paineilmatoimisten laitteiden toimintaa. Painetasoa ei saa missään tapauksessa laskea todellista tarvetta pienemmäksi, jotta tehdasprosessissa ei vaarannu. Kuten kuvassa 12 on esitetty, sekä keskipainetta, että painevaihteluita voidaan minimoida. Keskipaineen alentaminen voidaan suorittaa jo yläpainetta 9) laskemalla alapaineen pysyessä vakiona, jolloin pelkkä kompressoriohjausarvojen muuttaminen voi riittää. Joskus voidaan tosin tarvita tehokkaampi kompressorien ohjausjärjestelmä sekä joissakin tapauksissa myös ison kompressorin korvaamista muutamalla pienemmällä, jolloin saadaan enemmän säätökykyä. Sama asteikko. Paine [bar] Kuva 12 Erään tehtaan paineilmajärjestelmän verkoston keskipaineen lasku noin 1 barilla. Lisäksi painevaihteluita on voitu tasata esimerkiksi keskusohjausyksiköllä. [27] Lähdekirjallisuudessa on tyypillisimmin mainittu yhden barin paineenlaskulle noin 5-8 prosentin säästöpotentiaali kompressorien sähköenergiankulutuksesta. Arvioitu säästö perustuu 9 Yläpaine tarkoittaa tässä tapauksessa verkostossa esiintyvää maksimipainetta ja alapaine minimipainetta. Maksimi- ja minimipainearvot ovat yleensä hetkittäisarvoja. 22

31 kompressorin ominaissähkötehontarpeen laskuun pienemmässä paineessa. [10 s.114; 14 s.2; 25 s.36] Eräs lähde mainitsi jopa 20 prosentin säästöpotentiaalin ottamalla huomioon myös ilmankulutuksen vähentymisen pienemmässä paineessa [27]. Todellisuudessa säästöt voivat olla arvioitua pienemmät, koska esimerkiksi aiemmin täydellä teholla käyvien kompressorien kevennyskäynti voi lisääntyä johtuen vähentyneestä paineilmatarpeesta tai -tuoton lisääntymisestä. Tällöin kompressorien ominaistehontarve ei laske oletetun suuruiseksi. 2. Paineilmavuotojen korjaus Paineilmavuotoja voi esiintyä useassa kohdissa paineilmajärjestelmää, kuten liittimissä, venttiileissä, kytkimissä ja vioittuneissa paineilmaletkuissa. Liittimissä ja venttiileissä heikentyneet tiivistepinnat aiheuttavat vuotoja. Kumisten paineilmaletkujen kestävyys heikkenee ajan myötä ja ne vaurioituvat herkästi terävien esineiden iskuista. Paineilmavuoto aiheuttaa salakavalasti energiahukkaa ja vuotoon ei välttämättä kiinnitetä huomiota, koska paineilma on lähes samaa kuin hengitysilma eli hajutonta, mautonta ja vaaratonta. Paineilmavuotojen osuus kokonaispaineilmakulutuksesta on arvioitu olevan keskimäärin noin prosenttia. Joissakin tehtaissa vuotojen osuudeksi on arvioitu jopa 60 prosenttia paineilmakulutuksesta. Hyvän paineilmalaitoksen vuotojen osuus on alle 10 %. Taulukossa 4 on esitetty paineilmaverkossa olevan vuotoreiän koon vaikutus energiahukkaan. [28] Taulukko 4 Paineilmaverkossa tai käyttölaitteessa olevan reiän läpi menevän ilman määrä ja kustannusvaikutus. Käyttöpaine 6 bar, ympäristön paine 1 bar, kompressorin ominaisteho 7 kw/m3/min, käyttötunnit 8000 h/a, sähkön hinta 50 /MWh, pyöristetty sisäänvirtausreuna. [29 s.4] Paineilmavuotoja tulee tarkkailla ja korjata säännöllisesti, koska uusia vuotoja tulee lisää, eivätkä vanhat korjaannu automaattisesti. Verkostovuotojen arvioimiseen on useita keinoja, 23

32 kuten mittaus paineilmasäiliön tyhjennyksen avulla, kompressorien käyntiaikojen perusteella ja seisokin aikaisen kulutuksen mittaus ja arviointi. Jos seisokin aikana ei ole todellista paineilmatarvetta, seisokin aikainen kulutus on vuotojen määrä. Tehdasseisokissa paras tapa ehkäistä energiahukkaa on sammuttaa kompressorit. [12 s.5-8] 3. Puhalluksiin ja puhallussuuttimiin liittyvät toimenpiteet Korkeapainepuhalluksiin ja -puhallussuuttimiin liittyviä säästötoimenpiteitä ovat matalapainepuhalluksen käyttö, puhalluksen ajastus, korvaaminen muulla energiamuodolla tai kokonaan poistaminen sekä suuttimien muotoilu optimaalisemmaksi (pienennys ja pyöristys). Puhalluksia tarvitaan esimerkiksi tuotteen tai laitteen jäähdytyksessä ja puhdistuksessa. Paineilmaa käytetään näissä kohteissa paineilman helppouden, saasteettomuuden ja toimivuuden takia. Matalapaineen käyttö puhdistus- ja jäähdytyspuhalluksissa on yli kaksi kertaa halvempaa energiakustannuksiltaan kuin korkeapaineen käyttö. Vastaavasti matalapaineen käyttö vaatii oman jälkikäsittelylaitteiston ja verkoston. Joissakin kohteissa puhallusta tarvitaan vain jaksollisesti, joten puhalluksen ajastuksen asentaminen on perusteltua. Puhalluksia käytetään myös esimerkiksi laakereiden jäähdytykseen, vaikka toimenpide voidaan joissain tapauksissa korvata kuumankestävillä laakereilla. [8 s.114; PATE analyysiraportit] Korkeapainepuhallusta käytetään välillä myös aivan turhaan, kuten kuvassa 13 on esitetty. Kuvassa esitetyn puhalluksen voisi korvata esimerkiksi metalliohjaimella. Kuva 13 Erimerkki teollisuudesta: 6 barin paineilmaa puhalletaan jatkuvatoimisesti 8 mm letkulla tarkoituksena työntää levyn jämäpalat alas. Ratkaisu on toimiva, mutta erittäin kallis (4 m3/min, 8000 h/a, 50 /MWh -> /a) 24

33 4. Kompressoriohjauksen muutos Aikaisemmin kappaleessa paineilmakompressorien säätö- ja ohjaustavat todettiin, että kompressoriohjauksella on suuri merkitys paineilmajärjestelmän energiatehokkuudelle. Kevennys/kuormitus -säädöllä olevien kompressorien yhteistyö on järjestettävä mahdollisimman pienellä kevennyskäynnin tarpeella. Tällöin tulee siirtyä kompressorikohtaisesta ohjauksesta keskitettyyn ohjaukseen tai esimerkiksi painekaistaohjaukseen. [Lähde: PATE analyysiraportit] 5. Energiatehokkaamman kompressorin hankinta Vanha kompressori voi olla aikoinaan suunnitteluvaiheessa mitoitettu väärin, nykyhetkeä vastaamattomalle kulutukselle tai kompressori alkaa muuten olla loppuun kulunut (vuodot ja väljyys). Vanha kompressori on perusteltua vaihtaa energiatehokkaampaan, sillä jo viiden vuoden käytöllä kompressorin energiakustannukset voivat olla yli 60 prosenttia kokonaiskustannuksista. Investointikustannusten osuus on pienentynyt tuolloin noin 10 prosenttiin. [15 s.2] Kompressori voidaan korvata tilanteesta riippuen joko suoritusarvoiltaan samalla kuin vanha, mutta energiatehokkaammalla, kahdella tai useammalla pienemmällä, jolloin saadaan enemmän säätökapasiteettia tai esimerkiksi taajuusmuuttajatoimisella kompressorilla. Uuden kompressorin hankinta tulee suunnitella tarkoin, jotta havaittu tehostamispotentiaali toteutuu. Kompressorivaihdon eräänä merkittävänä tavoitteena on kompressorin ominaistehotarpeen pienentäminen optimoimalla käyntiastetta. Usean kompressorien järjestelmässä yksittäisen kompressorin matala ominaisteho ei riitä, jos koko aseman keskimääräinen ominaistehontarve on korkea. Tällöin uuden tai useamman kompressorin hankinta vaatii myös älykkäämmän ohjausjärjestelmän. Paineilmajärjestelmä on aina kokonaisuus, jota ei tule unohtaa! 6. Kompressorin imuilman lämpötilan alentaminen Kompressoriin imettävän ilman tulisi olla mahdollisimman puhdasta sekä viileää. Kompressorin nimellispaineilmatuotto ilmoitetaan yleensä +20 C asteen lämpötilassa. Kirjallisuudessa ilmoitetun nyrkkisäännön mukaan paineilman tuotto kasvaa noin 1 prosentin jokaista 3 celsiusasteen lämpötilan laskua kohden ja päinvastoin. Imuilman lämpötila tulisikin laskea mahdollisimman alas menemättä kuitenkaan pakkasen puolelle kompressoriosien jäätymisvaaran takia. Imuilman otto suositellaan asennettavaksi esimerkiksi viileille itä- ja pohjoissi- 25

34 vuille. Talvella imuilmaa voi joutua lämmittämään esimerkiksi tehtaan sisäilmalla. [8 s.73 75] 3.3 Energiatehokkuuden muutosten arviointi ja seuranta Kaikkien käyttöhyödykejärjestelmien 10) energiatehokkuuden muutosten arviointi ja seuranta on todettu yleisesti haastavaksi, eikä paineilmajärjestelmä ei ole mitenkään poikkeustapaus. Paineilman vuotuinen sähköenergian kulutus vaihtelee merkittävästi tehtaan tuotannon määrän ja laadun vaihteluiden sekä muun PIJ:ään liittyvän toiminnan vaihtelun seurauksena. Kohteen energiatehokkuuden muutosta ei välttämättä aina havaita useiden muutostekijöiden (kuva 14) takia. Tästä syystä myöskään toteutettujen säästötoimenpiteiden vaikutusta ei voida täysin arvioida pelkän sähköenergian vuosikulutuksen perusteella. [30 s.3; 31 s.48 50] Toimintaolosuhteiden ym. muutokset Energiakulutuksen seuranta Tuotannon määrän ja laadun seuranta Energiatehokkuuden muutosten arviointi ja seuranta Kuva 14 Energiatehokkuuden arviointiin ja seurantaan ei riitä pelkästään energiakulutuksen seuranta. Toimintaolosuhteiden sekä tuotannon määrän ja laadun muutokset vaikuttavat oleellisesti energiakulutukseen. Esimerkiksi tuotannon kasvusta johtuva energiakulutuksen kasvu ei välttämättä muuta energiatehokkuutta. [31 s.50] Teollisuudessa on perinteisesti käytetty ominaiskulutusta 11) kuvaamaan energiatehokkuuden muutoksia. Tämä voi kuitenkin joissakin tapauksissa johtaa virheellisiin tulkintoihin, koska ominaiskulutukseen vaikuttavia muuttujia ovat myös prosessiratkaisut, tuotantoajat ja työvuorot, tuotevalikoimat sekä tuotteen ominaisuudet, laatu ja muut erityispiirteet. Edellä mainitut muuttujat vaikuttavat ominaiskulutukseen, mutta eivät muuta energiatehokkuutta. Energiatehokkuuteen vaikuttavia tekijöitä ovat esimerkiksi kaikki säästötoimenpiteiksi luetut, kuten painetason alentaminen ja vuotojen korjaus. Muutamissa teollisuuslaitoksissa ja julkisen sektorin yrityksissä on sovellettu niin kutsuttua energiatehokkuusindeksiä (ET - indeksi), jolla saadaan tarkempia tuloksia käyttöhyödykkeen energiatehokkuuden tilasta [30; 31 s.50] 10 Käyttöhyödykejärjestelmiä ovat varsinaisen prosessin ulkopuolisia tuotannon apuvälineitä, kuten paineilma, jäähdytysvesi, höyry, sähkö ja jäähdytys. 11 Ominaiskulutus tarkoittaa tässä tapauksessa kulutetun sähköenergian määrää tuotettua päätuotetonnia kohti. Yksikkönä käytetään tällöin esimerkiksi [kwh/t]. 26

35 3.3.1 Energiatehokkuusindeksi Energiatehokkuusindeksin (ET -indeksin) lähtökohtana on energiankäytön ja tuotannon välisen luonnollisen riippuvuussuhteen tunteminen. Tällöin voidaan suodattaa tuotannosta riippuvan energiakulutuksen muutokset ja siten havainnoida paremmin energiatehokkuutta. Energian kulutusta, joka riippuu tuotannosta, kutsutaan muuttuvaksi energiaksi ja vastaavasti kulutusta, joka ei riipu tuotannosta, kutsutaan perusenergiaksi. Perusenergia tai -kuorma aiheutuu esimerkiksi valaistuksesta tai paineilmajärjestelmässä muun muassa vuodoista. ET - indeksin muodostamisen perustana on energiatehokkuussuoran (ET -suora) määrittäminen. ET -indeksiä voi soveltaa mihin tahansa käyttöhyödykejärjestelmään. [30 s.3; 32 s.9] Energiatehokkuusindeksi -määritystyön vaiheet on esitetty taulukossa 5. Työvaiheita ovat tuoteyksikön valinta, perus- ja muuttuvan energian määritys, energian ja tuoteyksikön seuranta valitulla aikatasolla (esimerkiksi kuukausi tai vuosi) ja tulosten siirto ET -suoralle sekä halutessa indeksikoordinaatistoon. Työ voidaan suorittaa yhdessä asiantuntijan kanssa, mutta lopullisesta käytöstä vastaa yritys itse. Energiatehokkuusindeksi noudattaa jatkuvan parantamisen periaatetta. [30 s.30] Taulukko 5 Energiatehokkuusseurannan työvaiheet. Tässä esimerkissä käyttöhyödykkeen energiatehokkuutta seurataan tehtaan lämpö- ja kokonaissähköenergian osalta. [30 s. 30] Energiakulutukseen verrattavia tuoteyksiköitä on useita mahdollisia. Lähtökohtaisesti energiankulutus tulisi olla mahdollisimman riippuvainen tuoteyksiköstä, jolloin tuotannossa tapahtuneet muutokset erottuvat selvemmin. Tuoteyksiköitä voi olla myös useita, jolloin energiatehokkuuden todentaminen on luotettavampaa. Tuoteyksiköksi voidaan valita esimerkiksi 27

36 jonkun tuotantokoneen nettosylinterikierrokset tai päätuotelajin nettopaino. Tuoteyksikön valinnassa on myös huomioitava: Tehtaalla tehtävien mittausten perusteella määritetään energiankulutusjakauma. Tuoteyksikkö tulisi valita siitä tehdasalueesta tai koneesta, jossa kuluu eniten energiaa. Aluksi seurattavia tuoteyksiköitä voi olla useampi, joista myöhemmin karsitaan kaikkein edustavimmat. Tuoteyksikköä tulee olla helppo seurata. Energiankulutus tulee korreloida tuoteyksikön kanssa (kuva 15) Nettomääräperusteinen laskenta on yleensä bruttoa tarkempi, koska se huomioi myös hylkytavaran. Massallisen tuoteyksikön valinnassa on huomioita vaihtuvien tuotelajien erilaiset ominaispainot. Suuremman ominaispainon omaava tuote voi saada paremman energiatehokkuusluvun. [30 s.10 21] Kuva 15 Esimerkki: tuotannosta riippuvan kulutuksen osuus kohtuullisen merkittävä (40 %). Sanomalehtirotaatiopainon sähkötehon (viiva) vaihtelu ja tuotanto (palkki) eräinä mittauspäivinä [30 s.14] Tuoteyksikön tai -yksiköiden valitsemisen jälkeen tehdään tarkemmat vertailuvuoden energia- ja tuoteyksikön seurantamittaukset, joissa määritetään perus- ja muuttuvan energian osuudet. Tämän vaiheen suorittamiseen on muutamia tapoja riippuen muun muassa halutusta 28

37 tarkkuudesta ja valitusta aikajaksosta. Eräs hyväksi koettu tapa on kerätä kuukausittaiset tiedot tuoteyksiköstä ja energiankulutuksesta vuoden ajalta. Tässä tapauksessa perus- ja muuttuvan energian osuudet saadaan suoraan mittaustuloksista. Perusenergia osuus voidaan myös yrittää arvioida lyhyiden (1-7 pv) mittausjaksojen avulla. Muuttuvan energian osuus pitää arvioida tällöin vuositietojen perusteella. [30 s.10 15] Kuukausittaiset mittaustulokset kerätään tuoteyksikkö - energia -koordinaatistoon, jossa x -akselilla on tuoteyksikkö ja y- akselilla energiankulutus. Koordinaatistoon muodostuu pisteitä, joiden kautta voidaan vetää sovitesuora eli ET -suora. Joissakin tapauksissa pisteistä ei muodostu suora, vaan energian kulutus voi kasvaa eksponentiaalisesti, jolloin prosessituntemus on eduksi. Tuoteyksikön arvoja tulisi olla tehdasseisokista, 50 % ja 100 % tuotannosta sekä niiden väliltä. ET -suoran yhtälön kulmakerroin esittää muuttuvan energian osuuden ja yhtälön vakio-osa esittää perusenergian osuuden. Kuvassa 16 on esitetty seikkaperäisesti ET -suoran piirtäminen sekä perus- ja muuttuvan energian (tai kuorman) määrittäminen. Kokonaissähkönkulutus [MWh/kk] Tuotantoaikanen kulutus eli ns. muuttuvakuorma = 0,0004x, jossa x = tuotannon määrä y = 0,0004x + 67,662 Seisokinaikanen kulutus eli ns. peruskuorma = n. 68 MWh/kk ET -suoran yläpuolella olevat pisteet ovat energiatehokkuuden kannalta huonompia ("enemmällä vähemmän") ET -suoran alapuolella olevat pisteet ovat energiatehokkuuden kannalta parempia ("vähemmällä enemmän") Suoralla olevat pisteet energiatehokkuuden kannalta keskiarvoisia (eli "normaaleja") Tuotanto [kg/kk] Tuotanto ja kokonaissähkönkulutus ET -suora Kuva 16 Esimerkki kuvitteellisesta energiatehokkuussuorasta. X -akselilla on tuoteyksikkö eli tässä tapauksessa tuotanto [t/kk] ja y -akselilla sähkönkulutus [MWh/kk]. Tuotanto- ja sähkökulutusmittauspisteiden kautta on vedetty sovitesuora eli ET -suora. Kuvassa on selitetty pisteiden ja suoran merkitys sekä suoran yhtälö. Suoran molemmilla puolilla olevat pisteet voivat olla myös ns. satunaisia pisteitä, joilla ei ole mitään tekemistä energiatehokkuuden kanssa. Vertailu- eli referenssivuonna seurattavan käyttöhyödykkeen yleinen energiatehokkuus tulisi olla erinomaisella tasolla tai muuten tiedossa. Muussa tapauksessa tunnetaan kyllä tulevien 29

38 vuosien suhde referenssivuoteen, mutta ei todellista energiatehokkuutta. Tällöin voi perustellusti kysyä esimerkiksi: olemme pitäneet energiatehokkuuden referenssivuoden tasossa, mutta entä jos referenssivuosi on ollut energiatehokkuudeltaan huono?. Vertailuvuoden käyttöhyödykkeen energiatehokkuus voidaan todentaa esimerkiksi energia-analyysillä. Energiatehokkuus varmistetaan tehdyillä toimenpiteillä sekä koko referenssivuoden ajan kestävällä erityisen tarkalla energiakäytöllä. Kuvassa 17 on esitetty kuvitteellisen referenssivuoden (vuosi 2005) jälkeisen vuoden (vuosi 2006) ET -suoran sovitus samaan kuvaajaan. Kuvassa on havainnollistettu, miten tehtyjen säästötoimenpiteiden 12) vaikutuksesta ET -suoran yhtälön kulmakerroin (muuttuvan energian osuus) ja vakio-osa (perusenergian osuus) ovat vähentyneet. Vähemmällä energialla saadaan saman verran tai enemmän tuotantoa eli energiatehokkuus on parantunut. Säästötoimenpide voi vaikuttaa myös pelkästään joko perus- tai muuttuvaan energian kulutukseen. Paineilman osalta esimerkiksi vuotojen korjaus vaikuttaa usein vain perusenergian osuuteen Sähköenergia [MWh/kk] y = 0,402x + 67,662 ET suora "laskeutui alemmaksi", joten energiatehokkuus parani ("vähemmällä enemmän") y = 0,362x + 57, Tuotanto [t/kk] normaali vuosi 2005 säästötoimenpide vuosi 2006 ET 2005 ET 2006 Kuva 17 Kahden eri kuvitteellisen vuoden ET -suorien vertailu. Esimerkissä vuosi 2005 on referenssivuosi normaalilla energiakulutuksella. Vuoden 2006 alusta tehtiin energiasäästötoimenpiteitä, joiden vaikutus näkyy ET -suorassa kuvan osoittamalla tavalla. 12 Säästötoimenpiteiden tai muiden toimenpiteiden. Tässä tapauksessa muita sähköenergiaa vähentäviä toimenpiteitä voivat olla esimerkiksi energiamuodon vaihto sähköstä lämmöksi, jolloin kyse ei ole välttämättä säästötoimenpiteestä ja energiatehokkuuden parantumisesta. Ulkopuolisen voi olla vaikea selvittää, kummasta on kyse, joten prosessituntemusta tarvitaan. 30

39 Siirtyminen ET -suorasta ET -indeksikoordinaatistoon Useiden ET -suorien piirtäminen samaan koordinaatistoon voi ennen pitää muodostua epäkäytännölliseksi, jolloin ET -indeksikoordinaatistoon siirtyminen on ajankohtaista. Indeksikoordinaatisto voidaan muodostaa kuukausi- tai vuositasolle sekä laskea eri tarkkuuksille. Joissakin tapauksissa on satunnaisista muuttujista tai esimerkiksi tuotelajin muutoksesta johtuen tarkempaa käyttää nk. korjauskertoimia [30 s.26; 32 s.12 13]. Korjauskertoimien määrittäminen on tapauskohtaista eikä niitä käsitellä tässä tarkemmin yksinkertaisuuden vuoksi. Indeksikoordinaatistoon (vuositasolle) siirrytään esimerkiksi seuraavasti: 1. Referenssivuosi: x -akselilla vuosiluku (esim. 2005) y -akselilla dimensioton luku Vertailuvuodet: x -akselilla vuosiluku ( n, jossa n = 1, 2, 3, ) y -akselilla kaavan 1 mukainen dimensioton luku: ( vertailuvuoden ET suoran yhtälö) y = *100 (1) ( referenssivuoden ET suoran yhtälö) Kaavaa 1 voidaan soveltaa kuvan 17 esimerkki tapaukseen seuraavasti: 0,36x + 57,35 y = *100, 0,40x + 67,66 jossa x on tuoteyksikön referenssivuoden keskimääräinen arvo. Kaavan 1 ET -suoran yhtälöt ovat esimerkkejä kuvasta 17. Kuvan 17 perusteella referenssivuoden keskimääräinen kuukausituotanto on esimerkissä noin 500 t/kk, joten vertailuvuoden 2006 y -akselin dimensioton luku on noin 89. Edellä mainitussa esimerkissä energiatehokkuus parani siis noin 11 prosenttia. Kuvaan 18 on havainnollistettu kuvitteellinen esimerkki indeksikoordinaatistosta. Kuvasta voidaan päätellä, että energiatehokkuus on parantunut prosenttia referenssivuodesta (vuosi 2005). 31

40 indeksiluku Vuosi Energiatehokkuusindeksi (referenssivuosi 2005) Kuva 18 Kuvitteellinen esimerkki energiatehokkuussuorien piirtämisestä indeksikoordinaatistoon. Indeksikoordinaatisto voidaan piirtää myös kuukauden tarkkuudella. Kuvasta havaitaan, että energiatehokkuus on parantunut referenssivuodesta, joka on Energiatehokkuusindeksin edut: + Energiatehokkuuden muutokset saadaan suhteellisen luotettavasti selville. + Menetelmän avulla voidaan todentaa energiansäästöä edistävien toimenpiteiden vaikutukset esim. tehtaan tuotannon muutoksista riippumatta. Soveltuu tämän takia hyvin ESCO -toimintaan 13). + ET -suoran ja -indeksin graafinen esitys on havainnollinen ja helppokäsitteinen. + Indeksikoordinaatistossa on mahdollista todentaa energiatehokkuus tuoteyksiköstä riippumatta. + Energiatehokkuuden seurantaa on mahdollista tarkentaa lisäämällä mittauksia ja tuoteyksiköiden seurantaa, jolloin energiaa hukkaava laite voidaan todentaa paremmin. + ET -indeksiä voi käyttää kansainvälisessä toimialakohtaisessa energiatehokkuuden seurannassa. 13 ESCO -palvelu on liiketoimintaa, jossa ulkopuolinen energia-asiantuntija toteuttaa asiakasyrityksessä investointeja ja toimenpiteitä energian säästämiseksi. 32

41 OSA 2 - TUTKIMUKSEN SUORITUS JA TULOKSET 33

42 4 Tutkimuksen suoritus 4.1 Tutkimuksen eteneminen PATE 2 -projekti aloitettiin alkukeväällä 2008 valitsemalla eri teollisuuden aloilta paineilmaa käyttäviä pilot -yrityksiä, joissa tarkemmat tutkimukset tultaisiin suorittamaan. Lisäksi valittiin pilot -yritysten paineilmajärjestelmään tehtävien mittausten suorittajat. Kartoitusten ja mittausten sujumisen helpottamiseksi pilot -yritykset ja mittausten suorittajat valittiin Uudeltamaalta - läheltä toisiaan ja Motivaa. Pilot yrityksiksi valittiin Baco Vantaalta sekä Lohjalta Cembrit ja M-real Kirkniemen tehtaat. Mittausten suorittajiksi valittiin kompressorivalmistajat Atlas Copco ja Kaeser, molemmat Vantaalta. Bacossa ei ole tehty PATE analyysiä vaan Kaeserin oma paineilmaenergia-analyysi. Vaikka Bacossa suoritettu analyysi on PATE:a suppeampi, antaa se vertailtavuutta muihin suoritettuihin analyyseihin nähden. Projektin aloituskokous pidettiin Cembritillä Kokouksessa esiteltiin projektia pilot -yrityksille sekä tehtiin alustavia suunnitelmia projektin sisällöstä. Projektin aikataulua, rahoitusta ja osallistuvia tahoja tarkennettiin M-Real Kirkniemessä pidetyssä kokouksessa Bacolla aloitettavat mittaukset päätettiin aloitettavaksi ja Cembritin mittaukset ajoitettiin juhannusviikolle M-Real Kirkniemen tehtaille mittaukset päätettiin aloittaa elokuussa Mittausten lisäksi vuotokartoitukset sovittiin tehtäväksi Cembritillä ja Kirkniemen tehtailla. Kuvassa 19 on esitetty PATE 2-projektin karkea aikataulu vuodelle PATE 2-projektin aikataulu touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Aloitus Mittausten suoritus --- Baco --- Cembrit --- M-Real Kirkniemi Tehdasselvitykset, mittaustulokset Kyselyt muille PATE kohteille Vastausten käsittely PIJ energiatehokkuus Johtopäätökset / yhteenveto Projektin päätöskokous Kuva 19 PATE 2-projektin karkea aikataulu vuonna

43 Sähköiset kyselyt muille PATE kohteille suunniteltiin ja lähetettiin pilot -yritysten mittausten jälkeen, jotta saavutettavaa käytännönkokemusta voitaisiin hyödyntää. Lähetettävät kyselyt olivat vapaaehtoisia, joten vastausprosentti oli hieman alle Mittauksissa käytetyt laitteet ja menetelmät Mittausdatan ja mittareiden tarkkuus ja laatu Pilot -yrityksissä suoritetut mittaukset kuuluivat oleellisena osana tehtaan PIJ:n tilanneanalyysiin ja paineilma-analyyseissä havaittujen sekä toteutettujen toimenpiteiden säästöjen selvittämiseen. Pilot -kohteiden paineilma-analyyseissä käytettävien mittalaitteiden ja - menetelmien luotettavuus ja tarkkuus oli mittausten tehneiden yritysten mielestä hyvällä tasolla. Käytetyt laitteet ja menetelmät olivat tosin voineet vaihtua eri vuosien aikana, eikä esimerkiksi mittareiden kalibrointiaikoja ilmoitettu. Kuitenkin mittaustulosten luotettavuuteen ja vertailtavuuteen vaikuttaa enemmän tehtaalla tapahtuneet paineilman tuoton ja käytön muutokset kuin analyyseissä käytetyt laitteet ja menetelmät. Paineilmajärjestelmään liittyviä jatkuvatoimisia tehdasmittauksia ei ollut kuin yhdessä pilot -yrityksessä. Järjestelmän massa- ja energiataseiden teon kannalta mittauksia tulisi olla ainakin kompressorien sähköenergia-, tuotanto- ja painemittauksia. Myös vuoto- ja paineilman käyttömittaukset ovat tarpeellisia. Mittaustuloksista saadut paineet on ilmoitettu mittaripaineina (p g ). Bacon mittaukset vuosina 2005 ja 2008: Kaeser suoritti Bacossa tehtävät mittaukset tammikuussa 2005 ja kesäkuussa Kaeserin mittaukset perustuivat ADA-10 -järjestelmään (Air Demand Analysis), johon kuului painemittaus ennen ja jälkeen paineilman jälkikäsittelylaitteiston ja paineilmakompressorien kuormitus- ja kevennysrekisterimittaus. Kuormitus- ja kevennysmittalaite rekisteröi kompressorien käyttämät kuormitus-, kevennys- ja pysäytysajat. Kompressorien vaatima pätöteho ja verkostoon menevä paineilmavirtaus olivat laskennallisia arvoja, jotka määritettiin rekisterimittauksen ja valmistajan antamien kompressorien tuottotietojen perusteella. Määrityksessä käytettäviä valmistajan antamia tietoja olivat kompressorien paineilmavirtaus sekä tehontarve kevennys- ja kuormitusajossa 14). 14 Huom. Kevennysteholla kompressori ei tuota paineilmaa, mutta kuluttaa sähköenergiaa noin % täyden kuorman määrästä. 35

44 Rekisterimittaus ei ota huomioon esimerkiksi mahdollisten kompressorin mekaanisten vikojen aiheuttamaa ylimääräistä tehontarvetta. Tällöin tarvitaan erillissähkötehomittaus, kuten Bacossa tehtiin. Mittalaitteet ja -menetelmät olivat samoja molemmissa mittauksissa vuosina 2005 ja 2008, joten tulosten vertailtavuus siltä osin on hyvä. Vuoden 2005 mittaustuloksissa ei tosin ilmoitettu paineilmakompressoritehoa. Cembritin mittaukset vuosina 2004 ja 2008 Cembritissä mitattiin paineilmasuureita useassa erässä vuonna Kompressoriaseman imuilman lämpötila ja kompressorien sähkötehot mitattiin koko tehtaan energia-analyysin yhteydessä maaliskuussa PATE analyysissä kesäkuussa 2004 mitattiin ainoastaan paineilmavirtaus. Lisäksi uusintamittauksissa mitattiin kompressorien sähkötehontarpeet joulukuussa Vuoden 2004 mittaukset suoritettiin Kupari Energian ja Rocca Group Oy:n toimesta. Kesäkuussa 2008 Atlas Copco suoritti paineilmakompressorien virta-, verkoston virtaus- ja painemittaukset. Virtamittauksista laskettiin kaavojen 2 ja 3 mukaan kompressorien sähkötehon ja -energian kulutus. Virtaus- ja painemittaukset suoritettiin verkostoon asennettavilla mittauslaitteilla, jotka ilmoittivat todellisen paineilman virtausmäärän ja käyttöpaineen. Painetta ennen jälkikäsittelyä ei mitattu sopivan putkiosuuden puutteen vuoksi. Taulukossa 6 on esitetty sähköteholaskennassa tarvittavat oleellisimmat tiedot. Taulukko 6 Cembritin paineilmakompressorien sähköteholaskennassa tarvittavat oleellisimmat tiedot Paineilmakompressoreiden MP kompressorit 2 kpl [ ] KP kompressorit 3 kpl mittaukset ja laskelmat GA75 GA45VSD GA132 TR Novox 550 Kuormitus pätötehokerroin, cos φ - 0,80 1 0,80 0,80 Kevennys pätötehokerroin, cos φ - 0,60 1 0,55 0,65 Kuormitusvirta keskimäärin, I A Kevennysvirta keskimäärin, I A Pääjännite, U V Mittaustulokset esitettiin alkuperäisessä muodossa yhden tai kahden sekunnin keskiarvona. Raportissa näytettävät kuvaajat on yleisesti esitetty 15 minuutin keskiarvoina. 36

45 M-real Kirkniemien mittaukset vuosina 2004 ja 2008 Vuonna 2004 valmistuneessa M-real Kirkniemen PATE analyysissä ei suoritettu ulkopuolisten toimesta PIJ mittauksia. Analyysi perustui vuosien 1997 ja 2002 Sarlin Hydor Oy:n tekemiin paineilmakompressorien virta- ja verkostopaine- sekä tehtaan omiin kiinteisiin paineilmakompressorien sähköenergiamittauksiin. Sarlinin suorittamista virtamittauksista laskettiin kompressorin pätöteho kaavan 2 mukaisesti. Kaavan tarvitsemat pätötehokertoimet määritettiin kertamittauksilla. Verkoston paineilmavirtaus laskettiin virtamittausten ja kompressorivalmistajan antamien tietojen perusteella. Tehtaiden paineilman sähköenergiankulutus tallennetaan energiahallintajärjestelmään sekä automaattisesti, että käsin kerran kuukaudessa. Atlas Copco suoritti paineilmakompressorien virta- ja painemittaukset elokuussa Kompressorien pätöteho laskettiin kaavalla 2 sekä paineilmavirtaus virta- ja kompressorivalmistajan antamien tietojen perusteella. Tehtaan omia mittauksia käytettiin kompressorien sähköenergiatarpeen selvittämisessä. Taulukossa 7 on esitetty tärkeimmät pätöteholaskennassa tarvittavat tiedot. Taulukko 7 M-real Kirkniemen paineilmakompressorien sähköteholaskennassa tarvittavat oleellisimmat tiedot Paineilmakompressoreiden A- tehtaan kompressorit 4 kpl ressorit 3 kpl H- tehtaan komp- [ ] mittaukset ja laskelmat Atlas Copco ZR5 Atlas Copco ZR5 Kuormitus pätötehokerroin, cos φ - 0,85 0,85 Kevennys pätötehokerroin, cos φ - 0,40 0,40 Kuormitusvirta keskimäärin, I A Kevennysvirta keskimäärin, I A Pääjännite, U V Mittaustulokset esitetään alkuperäisessä muodossa yhden tai kahden sekunnin keskiarvona. Raportissa näytettävät kuvaajat on yleisesti esitetty 15 minuutin keskiarvoina. Painemittauspisteet verkostossa (ks. myöhemmin kuva 36): Painemittaus 1 = PI 0801 Painemittaus 2 = PI 0802 Painemittaus 3 = PK1, puhallusilmasäiliö 04K0004S Painemittaus 4 = PK2, puhallusilmasäiliö 05K0018S Painemittaus 5 = PK2, säätöilmasäiliö 05K0017S Painemittaus 6 = PK1, säätöilmasäiliö 04K0002S 37

46 Painemittaus 7 = PK3, instrumentti-ilmasäiliö 06K0012S Painemittaus 8 = PK3, paineilmasäiliö 06K0011S Laskujen kaavat ja selitykset Seuraavassa on esitetty työssä yleisimmin tarvittavat laskukaavat selityksineen: Paineilmakompressorin pätöteho (P p ) P P = 3 U I cosϕ, (2) jossa U on pääjännite, I kuormitus- tai kevennysvirta ja cos φ kuormituksen tai kevennyksen pätötehokerroin. Pätöteho ilmoitettiin yksikössä watti [W]. Tehtaalle aiheutuvia mahdollisia loistehokustannuksia ei otettu laskuissa huomioon. Pätötehokerroin on määritetty joko kertasähkötehomittausten tai kompressorivalmistajan antamien tietojen perusteella. Paineilmakompressorin tarvitsema sähköenergia (E s ) E = P t + P t, (3) s kt t ks s jossa P kt on paineilmakompressorien keskiteho tehtaan tuotantoaikana, t t tehtaan tuotannon käyntiaika, P ks paineilmakompressorien keskiteho tehtaan seisokkiaikana ja t s tehtaan seisokin käyntiaika. Sähköenergiantarve esitetään yleensä joko kuukausi- tai vuosikulutuksena, jolloin käytetty yksikkö on [Wh/kk] tai [Wh/a]. Kaavassa 3 huomioidaan myös kompressoriaseman käyntiaika. Joissakin tehtaissa kompressorit sammutetaan tehtaan seisokin ajaksi. Jälkikäsittelyn sähkönkulutus on yleensä huomattavasti pienempi kuin kompressorien. Yksinkertaistuksen vuoksi jälkikäsittelyn sähkönkulutusta ei ole laskuissa huomioitu. Paineilmakompressorin keskiteho (P k ) on keskituoton ja -ominaistehon avulla 38

47 P = V, (4) k S k jossa V on kompressorien keskituotto ja S k kompressorien keskimääräinen ominaissähköteho. 4.3 Kyselyn sisältö ja säästöjen arviointiperusteet Pilot -kohteiden paineilmajärjestelmämittausten ja tehdasselvitysten antaman käytännön kokemuksen pohjalta suunniteltiin sähköiset kyselyt muille 23 PATE kohteelle. Kyselyjen päätarkoitus oli selvittää PATE analyysissä havaittujen toteutetut säästötoimenpiteet sekä tehtaan omaan käsitykseen ja PATE analyysiin perustuvat saavutetut säästöt. Kyselyt lähetettiin kahdessa eri vaiheessa. Ensimmäisen vaiheen tarkoituksena oli alustavasti kartoittaa tehtailla toimivat nykyiset paineilmavastaavat sekä heidän yhteystiedot. Lisäksi selvitettiin tehtaiden omat paineilmasuureiden mittaamiseen käytetyt laitteet. Toisessa vaiheessa kysymykset olivat jo toimenpidetasolla. Ensimmäisen vaiheen kysely lähetettiin kaikille 23 PATE kohteelle ja toisen vaiheen kysely ensimmäiseen vastanneille. 1. vaiheessa vastauksia saapui määräaikaan mennessä 15 kappaletta. Määräaikaan mennessä 2. vaiheen 15:sta PATE kohteesta 11 vastasi kyselyihin. Kokonaisvastausprosentti oli tällöin noin 48 %. Kyselyihin vastaaminen oli vapaaehtoista. Yleisesti ottaen kyselyjen säästöarviot ovat hyvin karkeita, koska osassa tehtaista ei mitattu paineilman sähköenergian kulutusta tai seurattu paineilman energiatehokkuuden muutoksia. Kyselyjen tuloksista voitiin kuitenkin päätellä, mitkä toimenpiteet oli suoritettu ja mikä oli suuntaa-antava säästö. Toisen vaiheen kyselyjen sisältö Toisen vaiheen kyselyn runko: 1. Lyhyt PATE 2-projektin esittelyteksti 2. Taulukko PATE analyysissä havaituista säästötoimenpiteistä ja -potentiaaleista 3. Säästötoimenpiteisiin ja -potentiaaleihin liittyvät kysymykset. 4. Muihin, PATE analyysin jälkeisiin, PIJ säästötoimenpiteisiin liittyvät kysymykset 5. Paineilmajärjestelmään ja kyselyyn yleisesti liittyvät kysymykset. 39

48 Kyselyn sisällä kohtaan 3. on ollut pakollinen vastata. Säästöarviot on tehty kohdan 3 perusteella. Liitteessä 1 on esitetty malliyritykselle lähetetty kysely. Säästöarviot kyselyjen perusteella Säästölaskelmiin on otettu mukaan kyselyjen perusteella tehdyiksi tai osittain tehdyiksi todetut PATE analyysiraportissa esitetyt toimenpiteet. PATE kohteiden säästöarvioissa on tehty seuraavia oletuksia: Toimenpiteen pysyvyys ja säästöarvio määritettiin tehtaan ilmoittaman arvion mukaisesti. Säästöarviot laskettiin kuukauden tarkkuudella. Pysyväksi tai toistaiseksi pysyväksi ilmoitettu säästötoimenpide tarkoitti pitoaikana vähintään 8 vuotta tai yli. Pysyvyys- ja säästöarvio koskivat vain PATE raporteissa ilmoitettuja toimenpiteitä. Säästöarvioihin ei laskettu mukaan esimerkiksi uusia vuotoja, joita ei ollut havaittu PATE analyysissä. Vuotojen korjaus arvioitiin pysyväksi toimenpiteeksi vain, jos tehdas oli niin arvioinut tai tehtaalla on kartoitettu ja korjattu vuotoja säännöllisesti. Kaikkiin kysymyksiin ei ollut kuitenkaan voitu vastata paineilman energiatehokkuuden seurannan puutteesta johtuen. Puuttuvien tai ei osaa sanoa vastausten osuus oli noin 24 % kaikista pakollisista kysymyksistä. Puuttuvien vastausten johdosta säästöarviossa on tehty seuraavat oletukset (osuus kaikista kysymyksistä suluissa): Puuttuva toimenpiteen toteutusaika (7 %): 1. Toimenpide oletettiin suoritettavaksi PATE projektin päättymistä seuraavana kuukautena. 2. Jos toteutusaikana oli pelkkä vuosi, säästötoimenpide oletettiin suoritettavaksi kyseisen vuoden kesäkuussa. Puuttuva pysyvyysarvio (8 %): 1. Vuotojen korjaustoimenpiteen pysyvyydeksi arvioitiin 1 vuosi tai, jos tehtaalla oli jatkuva vuotojen korjaus, toimenpide arvioitiin pysyväksi. 2. Painetason pudottaminen arvioitiin pysyväksi toimenpiteeksi. 3. Muissa toimenpiteissä pysyvyys arvioitiin tapauskohtaisesti sekä muiden samanlaisten toimenpiteiden perusteella. Puuttuva säästöarvio (9 %): 1. Tehdyn toimenpiteen säästöt arvioitiin kaikissa tapauksissa PATE analyysin mukaan. 2. Osittain tehdyt toimenpiteet arvioitiin ilmoitetun toteutusprosentin ja PATE analyysin mukaan. 3. Yhdessä tapauksessa säästöarviota 40

49 ei voitu tehdä, koska osittain tehdyn toimenpiteen toteutusastetta ei ollut ilmoitettu. Kyseisen toimenpiteen PATE säästöarvio oli alle 10 MWh/a, joten tapausta ei otettu säästöarvioihin mukaan. 41

50 5 Kaikkien PATE analyysien havaitut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit Motivaan on toimitettu 25 kappaletta suomalaisissa teollisuusyrityksissä tehtyjä PATE analyysejä vuosien aikana. Nämä analyysit on toteutettu pääosin eri aikoina tehtyjen kehityshankkeiden puitteissa TEM:n (aiemmin KTM:n) tuella, josta syystä raportti on toimitettu Motivaan. Tämän lisäksi PATE -analyysejä on tehty ilman TEM:n tukea. Näiden analyysien määrästä Motivassa ei ole tarkkaa tietoja, arvion mukaan niitä on tehty kymmeniä. Tähän kappaleeseen on kerätty Motivalla käytettävissä olevien PATE analyysien toimenpidetaulukosta kaikki raportoidut sähköenergiaa säästävät toimenpiteet ja niiden säästöpotentiaalit. Lämmön ja veden säästöpotentiaali oli PATE analyyseissä pieni (noin 4 %) verrattuna sähkön säästöpotentiaaliin, joten niitä ei tässä työssä käsitellä. Kuvassa 20 on esitetty PATE analyysien keskimääräiset suoritusajat ja raportoidut säästöpotentiaalit yrityksittäin. GWh/a 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Paineilman säästöpotentiaali yrityksissä (GWh/a) PATE analyysin kehitystyö PATE Analyysimalli valmistui toukokuussa 2005 Analyysimallin käyttö yrityksissä vuosina Säästöpotentiaali PATE analyysin keskimääräisenä suoritusajankohtana Kuva PATE analyysien keskimääräiset suoritusajat ja raportoidut säästöpotentiaalit vuosina PATE analyysejä on tehty niin PK - kuin energiavaltaisessa teollisuudessa, joten paineilman kokonaissähkönkulutukset ja säästöpotentiaalit voivat merkittävästi vaihdella. Eräässä PATE kohteessa oli raportoitu jopa 6 GWh/a sähkön säästöpotentiaali. Pienin raportoitu säästöpotentiaali oli vastaavasti noin 40 MWh/a. 42

51 Taulukossa 8 on esitetty PATE analyyseistä kerättyä perustietoa keskimääräisistä suoritusajoista, paineilman kokonaissähkönkulutuksesta ja sähköenergian säästöpotentiaalista. Taulukossa esiintyvät tummennetut kohdat kertovat kunkin sarakkeen suurimman ja pienimmän arvon. Suurin arvo on merkitty vihreällä ja pienin punaisella. Kohteet on lueteltu keskimääräisen suorituspäivämäärän mukaan. Keskimääräinen sähkönhinta on ollut noin 41 /MWh. Taulukko 8 Analyysikohde Teollisuudessa vuosina tehdyistä 25 PATE analyysistä kerättyä perustietoa Paineilman Keskimäär. Sähkön säästöpotentiaali kokonaissähkön suoritus (% = osuus kok. sähkön kulut.) kulutus yritys pvm MWh/a MWh/a /a % PATE 2 - projektin pilot - ja kyselyihin vastanneiden yritysten PATE analyysit % % % % % % % % % % % % % 13 pilot- ja kyselyihin vastannutta yritystä % Muiden Motivaan toimitettujen yritysten PATE analyysit % % % % % % % % % % % % 12 muuta yritystä % 25 yritystä yhteensä % 43

52 Taulukkoon 9 on kerätty tässä projektissa käytettävissä olevien PATE analyysien perusteella sähköä säästävien toimenpiteiden vuosi- ja kumulatiivinen säästöpotentiaali. PATE analyysissä havaitut säästötoimenpiteet on oletettu toteutettaviksi analyysinraportin valmistumisen jälkeisen vuoden tammikuussa ja toimenpiteet on oletettu pysyviksi. Tällöin saataisiin lähes ideaalinen tilanne, jossa kaikki PATE analyyseissä havaitut säästötoimenpiteet olisi suoritettu ja raportoitu säästöpotentiaali toteutunut. Taulukko 9 PATE analyyseistä kerättyjen vuositietojen perusteella laskettu 25 analyysin mukainen kumulatiivinen säästöpotentiaali vuosina Sähköä säästävien toimenpi- Vuosi teiden vuosi- ja kumulatiivinen säästöpotentiaali Vuosisäästö potentiaali Kumulatiivinen säästöpotentiaali MWh/a MWh Taulukon 9 perusteella 25 PATE analyysin keskimääräinen säästöpotentiaali vuosina oli noin 14,8 GWh/a. Vuosien kumulatiivinen säästöpotentiaali oli vastaavasti noin 74,1 GWh, mikä on 41 /MWh sähkönhinnalla noin 3 M. Kuvassa 21 on esitetty taulukon 9 tiedot graafisessa muodossa. PATE analyyseissä havaittujen toimenpiteiden vuosi- ja kumulatiivinen säästöpotentiaali vuosina Sähköenergian vuosisäästö (MWh/a) Kumulatiivinen säästö (MWh) Vuosisäästöpotentiaali (MWh/a) Kumulatiivinen säästöpotentiaali (MWh) 0 Kuva 21 Teollisuuden PATE analyyseissä (25 kpl) havaittujen säästötoimenpiteiden vuosi- ja kumulatiivinen säästöpotentiaali vuosina

53 Viisi merkittävintä PATE analyyseissä havaittua säästötoimenpidettä muodostivat noin 80 % kokonaissäästöpotentiaalista ja toimenpiteiden kokonaislukumäärästä noin 67 %. Suurin yksittäinen säästötoimenpide oli paineilmaverkoston paineenalentaminen. Kuvassa 22 on esitetty PATE analyyseissä havaitut merkittävimmät säästötoimenpiteet ja niiden prosentuaaliset osuudet kokonaissäästöpotentiaalista. Säästötoimenpiteiden nimitykset on esitetty siinä muodossa, missä ne PATE analyysissä oli tyypillisimmin ilmaistu. PATE:issa havaitut merkittävimmät säästötoimenpiteet Verkoston painetason alentaminen 8 % 4 % 5 % 4 % 32 % Uusi kompressori ja ohjausyksikkö (käyntijärjestys) Vuotojen korjaaminen Jäähdytykset matalapainepuhallusilmalla 10 % Taajuusmuuttajakompressorin hankinta Paineilmajäähdytysten vähentäminen 11 % 11 % 15 % Turhien kulutuskohteiden vähentäminen Paineilmajärjestelmän modernisointi Muut Kuva 22 Teollisuuden PATE analyyseissä havaitut merkittävimmät säästötoimenpiteet PATE analyysien toimenpidetaulukoissa raportoidut säästötoimenpiteiden lukumäärät sekä niiden ilmoitetut jatkotoimet ja säästöpotentiaalit on esitetty kuvassa 23. Säästötoimenpiteitä raportoitiin lukumäärällisesti 25 PATE analyysissä yhteensä 107 kappaletta, joista sähköä säästävien toimenpiteiden määrä oli 104. Erilaisia säästötoimenpiteitä havaittiin noin 15 kappaletta, joista 8 merkittävintä oli esitetty kuvassa 22. PATE analyysiraporttien toimenpidetaulukoissa esitettiin säästötoimenpiteille harkitut jatkotoimet. Jatkotoimia olivat toteutettu (T), päätetty toteuttaa (P), toteutusta harkitaan (H) ja ei toteuteta (E). Lisäksi joissakin toimenpidetaulukoissa jatkotoimia ei ollut ilmoitettu (-). Toimenpiteistä noin 40 % päätettiin toteuttaa tai oli jo toteutettu. Säästöpotentiaalina P ja T toimenpiteet olivat noin 29 % kaikista toimenpiteistä. E -toimenpiteiden osuus 45

54 säästöpotentiaalista oli alle prosentti. Merkittävää osaa säästötoimenpiteiden jatkotoimista ei ollut ilmoitettu. 100 % PATE raporteissa ilmoitettujen sähköäsäästävien toimenpiteiden jatkotoimet sekä niiden määrät ja säästöpotentiaalit 90 % 80 % % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % Jatkotoimet " " Jatkotoimet "E" Jatkotoimet "H" Jatkotoimet "P" Jatkotoimet "T" 10 % 0 % Määrä (kpl) Säästöpotentiaali (sähköenergia MWh/a) T = toteutettu, P = päätetty toteuttaa, H = Harkitaan toteutusta, E = ei toteuteta, - = toteutuspäätöstä ei ilmoitettu PATE:ssa Kuva 23 PATE raporteissa ilmoitettujen säästötoimenpiteiden jatkotoimet sekä niiden määrät ja säästöpotentiaalit. PATE analyysien kustannuksia olivat analyysityö- ja toimenpiteiden investointikustannukset, sekä tehdashenkilökunnan työkustannukset, joita ei tässä huomioida. Analyysien toteutuneet työkustannukset olivat noin yhteensä 25 kohteessa eli noin / yritys. KTM (nyk. TEM) maksoi analyysityökustannuksista noin puolet. Analyysiraporteissa (25 kpl) arvioitiin kaikkien säästötoimenpiteiden investointikustannuksiksi noin yhteensä eli noin / yritys. 46

55 6 Pilot -yritysten paineilmaenergia-analyysit ja säästöpotentiaalin toteutumisen arviointi Pilot -yrityksistä arvioitiin tarkemmin paineilmajärjestelmien muuttuminen analyysivuosien aikana sekä havaittujen säästöpotentiaalien toteutuminen. Tässä raportissa on esitetty pilot - yritysten: Paineilmajärjestelmän paineilmatuotannon, -jälkikäsittelyn, -verkoston ja -käytön muutokset eri vuosina Paineilma-analyyseissä havaitut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit Säästöpotentiaalin toteutuminen ja mittaustulosten yhteenveto Paineilmajärjestelmässä ja siihen vaikuttavissa tekijöissä (esimerkiksi tehtaan tuotanto) tapahtuneet muutokset yleisesti ottaen vaikeuttavat säästöjen todentamista, varsinkin, jos yrityksellä ei ole omia PIJ -mittauslaitteita ja jatkuvaa seurantaa. Tehtaan omilla mittauksilla voidaan ottaa huomioon tuotannon vaikutus paineilman kulutukseen eli piirtää energiatehokkuussuora (ET -suora). M-real Kirkniemessä saavutetut säästöt on arvioitu ET -suoran avulla. 6.1 Baco Bacossa tehtiin paineilman energia-analyysi Kaeserin toimesta vuoden 2005 tammikuussa. Energia-analyysi toistettiin vuoden 2008 kesäkuussa tarkoituksena selvittää vuonna 2007 tehdyn säästötoimenpiteen todellinen vuosisäästö. Vuonna 2007 paineilmamittauksia ei ole tehty. Bacossa paineilman tuotanto ja käyttö eivät ole merkittävästi muuttuneet energiaanalyysien välisenä aikana. Jatkuvaa paineilmasuureiden seurantaa Bacolla ei ole, vaan paineilma-analyysit pohjautuvat korkeintaan noin kuukauden kestäviin mittauksiin. Varsinaista paineilmaenergia-analyysiraporttia ei ole kirjoitettu. Havaintoja PIJ energiasäästömahdollisuuksista on tehty mittaustulosten perusteella Paineilmajärjestelmä ja -käyttö vuosina 2005 ja 2008 Kappale jaetaan kolmeen pienempään otsikkoon, joiden tarkoituksena on selventää yrityksen paineilmajärjestelmän tilannetta ja tapahtuneita muutoksia vuosina 2005 ja Paineilmatuotanto ja -jälkikäsittely 47

56 Paineilmaverkosto ja -käyttö Paineilmajärjestelmän huoltotoimenpiteet Taulukossa 10 on esitetty karkea yhteenveto Bacon PIJ:ssä tapahtuneista muutoksista vuosina Taulukko 10 Yhteenveto Bacon PIJ:ssä tapahtuneista muutoksista vuosina Yhteenveto Bacon PIJ:ssä tapahtuneista muutoksista vuosina Muutoksia ei vähän paljon muuttunut täysin Tunnetaanko muutoksen vaikutus PIJ:n energiakulutukseen? kyllä ei Osittain Paineilmatuotanto ja - x jälkikäsittely Paineilmaverkosto ja -käyttö x x Paineilmajärjestelmän huoltotoimenpiteet x Paineilmatuotanto ja -jälkikäsittely Bacossa paineilmaa tuotettiin kolmella Kaeserin valmistamalla paineilmakompressorilla. Kompressorit olivat samanlaisia CS76 -tyyppisiä öljyvoideltuja ruuvikompressoreita, joiden nimellistuotanto on 7,2 m 3 /min (FAD). Kompressorien nimelliskuormitusteho on 47,9 kw ja nimelliskevennysteho 12,8 kw. Kompressorit olivat noin 10 vuotta vanhoja, mutta edelleen hyvässä kunnossa toimivan huollon ansiosta. CS76 -kompressoreita ohjattiin joko kuormitus-kevennys-pysäytyssäädöllä tai kuormitus-pysäytys -säädöllä, jota Kaeser nimittää myös QUADRO -säädöksi. Kompressorit olivat pysyneet samoina, mutta vuoden 2005 analyysin jälkeen säästötoimenpiteenä asennettiin kompressorien keskusohjaus (SIGMA CONTROL). Keskusohjauksen ansioista kompressoriaseman ohjaus oli parantunut selvästi ja paineilmaverkoston keskipainetta oli voitu laskea. Paineilmaverkoston tuotantoaikainen keskipaine oli ollut noin 6,4 bar vuoden 2005 mittauksissa. Vastaavasti vuoden 2008 mittauksissa paineilmaverkoston tuotantoaikaisen keskipaineen havaittiin olevan 4,6 bar. Taulukossa 11 on esitetty tehtaan paineilmakompressorien perustietoja. 48

57 Taulukko 11 Bacon paineilmakompressorit vuosina kpl ruuvikompressoreita Valmistaja Kaeser Kompressorit Malli CS76 Kompressorin nimellistuotto 7,2 m 3 /min Painetaso tuotannossa 6-7 bar Nimellisteho (kuorma/kevennys) 47,9 kw / 12,8 kw Ominaiskulutus (mittaustuloksista) 6,2 kw / m 3 / min Kuten ruuvikompressorit, myös paineilman jälkikäsittelylaitteet ovat pysyneet samoina analyysivuosien aikana. Bacossa tarvittiin instrumentti-ilmaa turvallisuussyistä. Paineilman laatu määriteltiin ravintoaineiden valmistukselle ISO standardin mukaan. Paineilmaverkoston kastepiste oli -40 C, öljyhiukkasten määrä oli alle 0,003 mg/m 3 ja pölyhiukkasten maksimikoko oli 0,001 ppm. Koska kompressorit olivat öljyvoideltuja, käytetyn öljyn tuli täyttää elintarvikeviranomaisten määräykset. Bacossa paineilman laatu taattiin mikro- ja aktiivihiilisuodattimien yhdistelmällä sekä adsorptiokuivaimella. Bacossa oli myös kaksi 0,9 m 3 :n paineilmasäiliötä. Kuvassa 24 esitetään paineilmasäiliöt ja -jälkikäsittelylaitteet. Paineilman laadun oli todettu olevan riittävää eikä muutoksille ollut tarvetta. Kuva 24 Bacon paineilmasäiliöt etualalla ja jälkikäsittelylaitteet taka-alalla vuonna 2008 Paineilmaverkosto ja -käyttö Bacon paineilmaverkosto oli rakennettu ruostumattomasta teräksestä, minkä ansiosta korroosiovauriot olivat vähäisiä. Paineilman runkoputken sisähalkaisija oli noin 110 mm (DN100), mikä riitti hyvin Bacon paineilmakulutukseen. Kuvassa 25 on esitetty periaatekuva Bacossa olevasta paineilmaverkostosta. Paineilmaverkosto ei ole muuttunut vuodesta

58 Kuva 25 Rengasmaisen paineilmaverkon rakenne [33] Paineilmaa tarvittiin lähes kaikissa laitoksen päälaitteissa pois lukien kuljetinradat. Merkittäviä paineilmakuluttajia olivat erilaiset toimilaitteet ja puhallukset, kuten venttiilien ja sylinterien toimilaitteet sekä ratojen puhdistus-, huolto-, sämpylöiden irrotus- ja pakkauskoneen muovipussien aukaisupuhallukset. Myös jälkikäsittelyn absorptiokuivain kulutti merkittävästi paineilmaa. Noin puolet viikonlopun paineilmakulutuksesta menee adsorptionkuivaimen toiminnan ylläpitoon. Pelkästään adsorptiokuivain kulutti noin 3-4 m 3 /min, mikä oli noin 20 prosenttia kokonaispaineilmakulutuksesta. Laitoksella oli paineilmatoimisia venttiilien toimilaitteita, jotka vaativat paineilmaa myös viikonloppuisin, kun tuotantoa ei ollut. Ensimmäinen arvio paineilman kulutusjakaumasta tehtaan päälaitteiden kesken tehtiin vuonna Teoreettiseksi tuotantoajan kokonaiskulutukseksi arvioitiin tuolloin 14 m 3 /min. Vuoden 2008 mittauksissa paineilmakulutuksen havaittiin olevan noin 18 m 3 /min. Kuvassa 26 on esitetty paineilman kulutusjakauma vuonna Paineilmaa kuluttavat laitteet olivat pysyneet tehtaalla samoina vuosina

59 Kuva 26 Tehtaan tuotantoaikainen paineilman kulutusjakauma-arvio vuonna 2008 Tehdasta ajettiin 20 tunnin päivävuoroissa vuoden 2005 tammikuussa. Viikonloppuina tehdas oli kiinni. Vuonna 2008 tehdas toimi keskeytyvässä kolmivuoroajossa. Tehtaan toiminta aloitettiin sunnuntaina klo ja lopetettiin perjantaina klo tai mahdollisesti lauantaina klo Lauantaipäivällä suoritettiin puhdistus- ja huoltotoimenpiteitä, jotka lisäsivät hieman paineilman kulutusta. Tehtaan tuotanto oli kasvanut noin 6 % vuosien aikana. Paineilmajärjestelmän huoltotoimenpiteet Kaeser huolsi säännöllisesti Bacon kompressorit ja jälkikäsittelylaitteet. Paineilmaverkoston ja -toimilaitteiden huollosta vastasi Bacon henkilökunta. Verkosto ja paineilmalaitteet huollettiin muun huolto-ohjelman mukaisesti. Säännöllistä huolto-ohjelmaa esimerkiksi vuotojen kartoittamiseksi ja korjaamiseksi ei leipomossa ollut ANALYYSI VUONNA 2005: todetut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit Mittausten ja selvitysten tulokset Bacossa tehdyn paineilmaenergia-analyysin mittaukset suoritettiin välisenä aikana. Analyysissä mitattiin paine jälkikäsittelyn jälkeen ja rekisteröitiin kompressorien tuotanto-, kevennys- ja pysäytysajat. Kompressorien tuotto/kevennys -rekisterillä saatujen tulosten ja valmistajan antamien tietojen perusteella laskettiin kompressorien virtaama. Virtaaman ja paineen avulla analysoitiin kompressoriaseman paineenalennusmahdollisuutta. Mittauksenaikainen tuotantotilanne arvioitiin olevan täysiteho, mutta tuotelajia ei tiedetä. Kompressoriaseman imuilman lämpötilaa ei mitattu vuonna Ulkoilman lämpötila ei 51

60 ollut merkittävästi vaikuttanut imuilman lämpötilaan, sillä imuilma tuli sisätiloista. Mittaustulokset on esitetty myöhemmin taulukossa 13 ja paine-virtaus -kuvaaja esitetään liitteessä 2. Mittaustulosten perusteella paineilmaverkoston keskipaine tuotantoaikana oli noin 6,4 baria. Arvioitiin, että verkoston keskipainetta voitaisiin laskea noin 1,5 2,0 baria. 1,8 barin verkostopaineen laskulla voidaan saavuttaa teoreettisesti noin 10 %:n sähköenergiansäästö [10 s.114, 14 s.2]. Kompressoriaseman keskivirtaama tuotantoaikana mitattiin 19,7 m 3 /min:ksi, mutta kompressorien vaatimaa tehoa ei mitattu. Käyttäen vuoden 2008 mittaustuloksista saatua kompressoriaseman tuotantoaikaista ominaissähkötehoa 15) (noin 6,2 kw/(m 3 /min)), saadaan kompressoriaseman keskitehoksi 122 kw (laskettu kaavalla 4). Todellisuudessa vuoden 2005 kompressoriaseman ominaissähköteho oli luultavasti ollut hieman korkeampi, koska kompressoreilla ei ollut yhteistä säätöä. Seisokinaikainen sähkötehontarve arvioitiin olevan sama kuin vuonna 2008 eli noin 55 kw. Kompressoriaseman käyntiajan, tehtaan tuotanto- sekä seisokkiajan (260 pv/a tuotantoa ja 100 pv/a seisokkia) ja mittaustulosten perusteella paineilman sähköenergian vuosikulutukseksi saatiin noin 893 MWh/a (laskettu kaavalla 3). Jos oletettu paineen alennuksesta syntyvä noin 10 % sähköenergiansäästö pitää paikkaansa, säästötoimenpiteen toteutuksen seurauksena tulisi uuden paineilman sähköenergian kulutuksen olla noin 804 MWh/a. Paineenalennukseen päädyttiin, koska Bacon paineilmalaitteille oletettiin riittävän noin 5 barin verkoston keskipaine. Jotta paineenalennus voitiin suorittaa turvallisesti, kompressoriaseman ohjausta oli parannettava. Kompressorien keskusohjauksella voitiin pienentää verkostopaineen vaihtelua ja alentaa keskipainetta. Samalla varmistettiin, ettei verkoston minimipaine laskenut liian alas, eivätkä kompressorit käyneet liian tiheällä tuotto/kevennys - käynnillä. Johtopäätökset Bacon paineilmaverkoston 1,5-2,0 barin paineenalennuksen säästöpotentiaali arvioitiin olevan noin 10 %. Vuoden 2005 paineilman sähköenergiankulutuksella 10 % säästö on noin 90 MWh/a. Vuoden 2005 sähkön hinnalla (38,5 /MWh) rahallinen säästöpotentiaali olisi noin /a. Havaittu säästöpotentiaali on esitetty taulukossa Ominaissähköteho on yksi merkittävimmistä paineilman tuotannon energiatehokkuusmittareista. Paineilman ominaissähkötehontarve tulisi olla alle 7 kw/(m3/min) [24 s.30]. Muussa tapauksessa paineilman tuotannossa voi olla jotain energiatehokkuutta heikentäviä tekijöitä, kuten kompressorien toimimaton ohjaus, korkea lähtöpaine tai kulutukseen nähden liian suuret kompressorit (huono käyntisuhde). 52

61 Taulukko 12 n o 1 Bacossa tehdyssä PIJ analyysissä vuonna 2005 havaitut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit TOIMENPITEEN KUVAUS Korkeapaineverkon painetason pudottaminen SÄÄSTÖ YH- TEEN- SÄ T M A INVES- TOINTI SÄHKÖENERGIAN SÄÄSTÖ energia kustannukset energia muu t SOVITUT JATKO- TOIMET /a a MWh/a /a /a T, P, H, E P YHTEENSÄ HUOMIOT: Sovitut jatkotoimet: T = toteutettu, P = päätetty toteuttaa, H = harkitaan toteutettavaksi, E = ei toteuteta. Sähkön hinta 38,5 /MWh ANALYYSI VUONNA 2008: säästötoimenpiteiden toteutusaste ja saavutettu säästö Kappaleessa käsitellään seuraavat kohdat: Mittausten ja selvitysten tulokset vuonna 2008 Yhteenveto vuosien 2005 ja 2008 mittauksista Säästötoimenpiteiden säästöarviot Jatkotoimenpide-ehdotukset tehtaalla Mittausten ja selvitysten tulokset vuonna 2008 Bacossa tehtiin uusintamittaukset Kaeserin toimesta välisenä aikana. Paineilmajärjestelmästä mitattiin paine ennen ja jälkeen jälkikäsittelyn. Tuotto/kevennys - rekisterillä selvitettiin kompressorien tuotanto-, kevennys- ja pysäytysajat sekä valmistajan antamien tietojen perusteella laskettiin kompressorien vaatimat sähkötehot ja paineilman tilavuusvirta. Erillisellä sähkötehomittarilla varmistettiin kompressorien tuotanto- ja kevennystehot. Mittaustulosten yhteenveto esitetään myöhemmin taulukossa 13 ja mittausten kuvaajat liitteissä 3-4. Kompressoreiden imuilman lämpötilaa ei mitattu vuoden 2008 mittauksissa. Imuilman lämpötilan ei oleta eroavan merkittävästi tammikuun 2005 ja kesäkuun 2008 mittausajanjaksoina, sillä imuilma otetaan sisäilmasta. Jos imuilma otettaisiin suoraan ulkoilmasta, talvella paineilman imuilman keskilämpötila olisi merkittävästi nykyistä kylmempää. Bacossa kaikki säästötoimenpiteet suoritettiin vuoden 2005 analyysin johtopäätösten edellyttämällä tavalla. Bacossa laskettiin verkostopainetta sekä parannettiin kompressorien yhteistä käyntiä hankitun keskusohjausyksikön avulla. Verkostopaine alennettiin kesäkuussa 2007 ja säästötoimenpide arvioitiin pysyväksi. 53

62 Kesän 2008 mittauksissa todettiin Bacon keskimääräiseksi paineilmakulutukseksi tuotantoaikana noin 18 m 3 /min. Leipomon seisokin aikainen paineilmakulutus oli noin 7,5 m 3 /min, vaikka todellinen paineilman tarve oli vähäinen. Seisokin paineilmakulutus oletettiin muodostuvan adsorptiokuivaimen kulutuksesta (3-4 m 3 /min) ja vuodoista (noin 3 m 3 /min). Bacon mittauksissa kompressoriaseman paine ennen jälkikäsittelyä oli noin 5,3 baria sekä tehtaan tuotannon että seisokin aikana. Kompressoriaseman paine jälkikäsittelyn jälkeen oli vastaavasti noin 4,6 baria tehtaan tuotannon aikana ja noin 5,1 baria seisokin aikana. Tehtaan tuotantoaikana sähköteho oli keskimäärin 112 kw ja seisokkiaikana keskimäärin 55 kw. Kompressorien vaatima sähköteho pysyi hyvin vakaana tehtaan käynnin aikana, joten myös paineilman kulutus tehtaalla oli tasaista. Kompressoriaseman käyntiajan, tehtaan tuotanto- ja seisokkiaikojen ja mittaustulosten perusteella kompressoriaseman sähköenergiantarpeeksi saatiin 830 MWh/a (laskettu kaavalla 3). Jatkuvatoiminen sähköenergianmittaus antaisi tarkemman tuloksen vuosittaisesta sähkönkulutuksesta. Sähkötehon ja paineilmakulutuksen perusteella voidaan laskea kompressorien vaatima ominaissähköteho. Bacon kompressorien ominaissähkötehontarpeeksi tuotantoaikana saatiin noin 6,2 kw/(m 3 /min), mikä on hyvällä tasolla. Seisokin aikainen ominaissähkötehontarve (6,4 kw/[m 3 /min]) oli tuotantoaikaa heikompi, mutta ei normaalista poikkeava. Liitteen 3 kuvaajassa on esitetty paineilmavirtaus (m 3 /min) sekä verkosto- että kompressoriaseman paineet ajan funktiona lauantaina Kuvassa paksut viivat (sininen, keltainen ja vihreä) kuvaavat kompressorien osuutta kokonaispaineilman tuotannossa. Ohuet viivat (sininen ja keltainen) kuvaavat kompressoriasema- ja verkostopaineita. Ylempi ohut viiva (sininen) esittää kompressoriaseman painetta. Mittausjakson mittaväli oli 5 minuuttia. Liitteen 3 kuvaajassa havaittu paineilman tarpeen lasku noin klo välissä johtui tehtaan tuotannon pysähtymisestä eli viikonloppuseisokin alkamisesta. Koska tehtaan paineilmakulutus oli melko tasaista tuotanto- ja seisokkiaikoina, kuvaaja edusti hyvin koko mittausjakson paineilmakulutusta. Bacon kompressorien sähkötehontarve (kw) ja verkostoon menevä paineilmavirtaus (m 3 /min) on esitetty liitteen 4 kuvaajassa lauantailta Kuten liitteen 3, myös liitteen 4 kuvaajassa nähdään tehtaan tuotannon ja seisokin vaikutus paineilmakulutukseen. Alempi viiva kuvaa sähköntehontarvetta ja ylempi viiva paineilmavirtausta. 54

63 Yhteenveto vuosien 2005 ja 2008 mittauksista Taulukossa 13 on esitetty vuosien mittauksista saatua yhteenvetoa. Taulukon tiedot on arvioitu PIJ mittausten perusteella lukuun ottamatta tehtaan tuotantoa ja kokonaissähkönkulutusta, jotka ovat tehtaalta saatuja todellisia vuositietoja. Taulukko 13 Bacon paineilmajärjestelmän mittauksista ja selvityksistä vuosilta 2005 ja 2008 kerättyä yhteenvetoa. Yhteenvedon tarkoituksena on selvittää yrityksen PIJ:ssä tapahtuneita muutoksia. Paineilmajärjestelmä no Baco Oy [ ] Vuosi 2005 Vuosi 2008 Ero Tehdasta koskevat yleiset tiedot 1 PIJ mittausten ajankohta tehtaan tuotannon kasvu % XXX a) XXX a) + 6 % 3 tehtaan kokonaissähkönkulutus MWh/a kompressoriaseman käynti (tehtaan tuotanto- / seisokkiaika) Paineilmajärjestelmä h/a (6 200/2 400) (vuosi 2007) (6 200/2 400) keskisähköteho tuotantoaikana kw keskisähköteho seisokkiaikana kw kompressorien sähkönkulutus MWh/a paineilmavirtaus tuotantoaikana m 3 /min 19,7 18,0 1,7 9 kompressorien ominaissähkötehon tarve (tuotantoaikana) kw/ (m 3 /min) 6,2 6, arvioidut vuodot m 3 /min kompressorien lkm kpl paine ennen jälkikäsittelyä bar 7,0 5,3 1,7 13 verkostopaine bar 6,4 4,6 1,8 a) Salassapidollisista syistä tehtaan vuosituotantoa ei ilmoiteta 0 Taulukon 13 kohdat 1-13 selitetään lyhyesti alla: 1. Bacolla mittaukset suoritettiin eri vuoden aikoina. Kylmemmässä imuilmassa kompressorin ominaissähkötehontarve on pienempi, mutta Bacon tapauksessa kompressorien imuilman lämpötila pidettiin lähes samana kesällä ja talvella. Mittausjaksojen aikana tehtaan tuotanto oletettiin olevan täysiteho. Mittausajankohtien erilaisuus ei oletettu vaikuttavan tuloksiin merkittävästi. 55

64 2. Tehtaan massamääräinen tuotanto oli kasvanut noin 5,7 % vuodesta 2005 vuoteen 2008 johtuen muun muassa tehtaan käyntiajan kasvusta. Tehtaan tuotelajia mittausajankohtina ei jälkikäteen pystytty selvittämään. Energiatehokkuuden kannalta tehtaan tuote tulisi tuntea mittausaikana, sillä tuotteen ominaispaino vaihteli merkittävästi ( g/kpl sämpylä). 3. Tehtaan kokonaissähkönkulutus oli kasvanut noin 6,6 % vuodesta 2005 vuoteen Samaan aikaan oli huomattava, että sähkön hinta oli kasvanut vastaavina vuosina 38,5 /MWh:sta 58,1 /MWh:iin. Sähkön kustannus oli siis kasvanut 130 k :sta 208 k :oon eli noin 60 %. [34 s.4] Paineilman osuus kokonaissähkönkulutuksesta oli noin 25 %. 4. Kompressoriaseman käyntiajaksi oletettiin koko vuosi pois lukien joulu ja juhannus. Tehtaan käyntiaika oli muuttunut hieman, mutta kompressoriaseman käyntiajat oletettiin olevan samat. Kompressoriasema oli toiminnassa myös tehtaan seisokin aikana. 5. Kompressoriaseman keskimääräinen tehontarve tuotantoaikana arvioitiin kompressorien ominaissähkötehontarpeen ja mitatun tilavuusvirtaaman avulla vuonna Vuoden 2008 arvo oli keskiarvo tuotantoaikaisesta mittaustuloksesta. 6. Vuoden 2005 kompressorien seisokkiaikainen sähkötehontarve oletettiin samaksi kuin vuonna Vuoden 2008 seisokkiaikainen tehontarve oli keskiarvo mittaustuloksista. 7. Paineilman sähköenergian kulutuksessa oli otettu huomioon kompressoriaseman käyntiajat ja keskimääräinen tehontarve sekä seisokin- että tuotannon aikana. Kompressorien absoluuttinen sähköenergianvuosikulutus oli laskenut noin 63 MWh vuosien välillä, vaikka samaan aikaan tehtaan tuotanto oli kasvanut. Laskenut paineilman sähköenergiankulutus oli tuonut Bacolle suoraan noin 3700 :n vuosisäästöt ottamatta laskelmissa huomioon tehtaan tuotannon kasvusta johtuvaa paineilmakulutuksen mahdollista kasvua 8. Paineilmavirtaus tuotantoaikana oli laskenut noin 1,7 m 3 /min. Paineilmakulutusta oli laskenut muun muassa verkostopaineen lasku [7 s.2]. Merkittäviä vuotojen korjauksia ei ollut mittausjaksojen välillä tehty. Paineilman kulutuskohteet olivat pysyneet samoina. 9. Kompressoriaseman ominaissähkötehontarvetta ei voitu verrata, sillä vuodelta 2005 ei ilmoitettu sähkötehoa. Vuoden 2008 ominaissähkötehontarve oli laskettu paineilmakulutuksen ja sähkötehontarpeen avulla. 56

65 10. Vuoden 2005 vuotojen osuutta ei arvioitu. Vuoden 2008 seisokin aikainen paineilmakulutus voitiin jakaa absorptiokuivaimen kulutukseen ja vuotoihin. Viikonlopun kulutus oli noin 7,5 m 3 /min, josta absorptiokuivain kulutti noin 3-4 m 3 /min. Vuotojen osuudeksi arvioitiin noin 3 m 3 /min. Paineilmalle oli tarvetta viikonloppuisin vain paineilmatoimisten venttiilien toimilaiteisiin, joiden kulutus oli vähäistä. 11. Kompressoreihin ja jälkikäsittelyyn ei ollut tullut muutoksia analyysivuosien välissä. 12. Kompressoriaseman tuotantoaikainen keskipaine oli laskettu 7 barista 5,3 bariin. Vuonna 2005 ei mitattu kompressoriaseman painetta, mutta sen oletettiin olleen noin 7 baria. Keskusohjauksen ansiosta kompressorit reagoivat tehokkaammin paineen vaihteluihin, jolloin keskipaine voitiin turvallisesti laskea alemmaksi. Tarkoituksena oli, ettei minimipaine laske liian alas, eivätkä kompressorit ole liian tiheällä tuotto/kevennys -ajolla. 13. Verkoston tuotantoaikainen keskipaine laskettiin 6,4 barista 4,6 bariin. Painelaskusta johtuvia mahdollisia tuotantokatkoksia ei ollut havaittu. Paine jälkikäsittelyn yli oli noin 0,7 bar vuoden 2008 mittausten aikana. Paine vaikutti liian korkealta, joten suodattimien vaihtoa tulisi harkita. Säästötoimenpiteiden säästöarviot Vuoden 2005 paineilman sähkönkulutus arvioitiin olevan noin 893 MWh. Vuoden 2008 mittaustulosten perusteella absoluuttinen paineilmakulutus oli vähentynyt noin 63 MWh/a, eli noin 8 %. Varsinainen säästö voitiin laskea alkavaksi vasta kesäkuussa 2007, jolloin säästötoimenpide suoritettiin. Paineilman sähkönkulutusta ei ollut ilmoitettu vuosina Kuvassa 27 on havainnollistettu mittaustietojen ja tehdasselvitysten perusteella Bacon paineilman sähköenergian kulutuksen kehitystä sekä tehtaan tuotannon kasvua vuosina Sähköenergian kulutus on laskettu kuukauden keskiarvolle siten, että vuosikulutus vastaa mittaustuloksia. Esimerkiksi vuonna 2005 tammikuun paineilman sähköenergian tarve oli noin 74 MWh/kk. Koska vuoden 2006 toukokuu 2007 paineilman sähkönkulutusta ei tiedetä, se oletetaan yksinkertaistuksen vuoksi samaksi kuin vuonna Kesäkuussa 2007 tehty säästötoimenpide laski sähkönkulutuksen tasolle 69 MWh/kk, mikä vastaa vuoden 2008 laskettua vuosikulutusta 830 MWh. 57

66 Paineilman sähkönkulutusarvio ja tehtaan tuotannon muutos Bacossa vuosina tammi maalis kesä syys tammi maalis kesä syys tammi maalis kesä syys tammi maalis kesä syys Sähköenergia [MWh/kk] PIJ analyysi tammikuussa 2005 Verkostopaineenalennus kesäkuussa 2007 PIJ analyysi kesäkuussa 2008 paineilman sähkönkulutus tehtaan tuotanto (2005 = 100 %) 107 % 106 % 105 % 104 % 103 % 102 % 101 % 100 % 99 % 98 % 97 % Tehtaan tuotannon muutos (%) Kuva 27 Bacon kompressoreiden arvioitu sähköenergian kulutus ja tuotannon muutos vuosina Paineilman absoluuttisen sähköenergiantarpeen vähentymisessä ei ole otettu huomioon muun muassa tehtaan tuotannon ja mahdollisesta vuotojen määrän kasvusta aiheutuvaa paineilman sähköenergian tarpeen kasvua, koska niiden tarkkaa vaikutusta ei tunneta. Teoreettisesti arvioituna 1,8 barin paineen laskulla voidaan saavuttaa noin 10 %:n sähkönsäästö. Vuoden 2008 energiantarpeen vähentyminen (noin 8 %) verrattuna vuoteen 2005 tukee ajatusta, että paineilman sähköenergian tarve olisi ollut hieman suurempi toukokuussa 2007 (ennen paineen laskua) kuin vuonna Teoreettisella 10 % säästöarviolla paineilman sähkönsäästö olisi noin 90 MWh/a. Bacossa tehty ja pysyväksi arvioitu paineenalennus on säästänyt sähköenergiaa noin MWh/a kesäkuusta 2007 lähtien. Sähkön hinnalla 58 /MWh säästö on noin /a. Säästöarviot ovat kuitenkin vain suuntaa-antavia, koska Bacossa ei ole jatkuvatoimista paineilman sähköenergianmittausta ja tehtaan tuotannon sekä paineilman kulutuksen suhdetta ei tunneta. Taulukossa 14 on esitetty Bacon paineilmajärjestelmässä havaitun ja toteutetun säästötoimenpiteen toteutusaste ja mittausten perusteella arvioitu keskimääräinen säästö. 58

67 Taulukko 14 Bacon paineilmajärjestelmässä havaitun ja toteutetun säästötoimenpiteen toteutusaste ja mittausten perusteella arvioitu keskimääräinen säästö n o 1 TOIMENPITEEN KUVAUS Korkeapaineverkon painetason pudottaminen Mittausten ja tehdasselvitysten perusteella arvioitu säästö ( /a ja MWh/a) /a 80 MWh/a HUOMIOT: Sähkönhinta 58 /MWh. Säästötoimenpide (tehty/ei tehty /osittain tehty) tehty Säästötoimenpide suoritettu (kk / vuosi) kesäkuu 2007 SÄÄSTÖT YHTEENSÄ Säästötoimenpiteen arvioitu pysyvyys pysyvä Kumulatiivien säästö vuosina ( ja MWh) MWh MWh Syyt miksi säästötoimenpidettä ei tehty - Säästöpotentiaalit ja jatkotoimenpide-ehdotukset tehtaalla Bacon paineilmajärjestelmässä havaittiin vuoden 2008 mittauksissa vielä merkittävää tehostamispotentiaalia. Paineilmavuotojen korjauksella voitiin olettaa saavuttavan noin :n vuosisäästöt (laskettu kaavan 3 ja sähkönhinnan 58 /MWh perusteella). Vuosisäästöissä oli oletettu, että 80 % vuodoista saadaan korjattua. Vastaavasti huomioimalla vuotojen korjaus ja sammuttamalla kompressorit viikonlopuksi, yhteissäästöarvioksi saataisiin noin /a /a = /a (laskettu kaavan 3 ja sähkönhinnan 58 /MWh perusteella). Kompressorien sammuttaminen viikonlopuksi edellyttää paineilmatoimisten venttiilien toimilaitteiden vaihtamista esimerkiksi sähkökäyttöisiin toimilaitteisiin. PATE 2 -projektissa Bacolle ehdotettiin seuraavia paineilman säästötoimenpiteitä: 1. Säännöllinen vuotojen etsintä ja korjaus 2. Jälkikäsittelylaitteiden tarkastus korkean paine-eron vuoksi 3. Viikonlopun paineilmakulutuksen vähentäminen tai lopetus 4. Kompressorien imuilman lämpötilan tarkastaminen ja mahdollisesti alentaminen 5. Selkeän paineilmavastaavan nimeäminen 6. Jatkuvatoimisten virtaus- ja sähköenergiamittareiden asentaminen sekä energiatehokkuuden seuranta. 59

68 6.1.4 Yhteenveto Bacolle tehdyn pysyväksi arvioidun energiasäästötoimenpiteen (verkostopaineen 1,8 barin alennuksen) johdosta sähköenergian saavutettu säästö on ollut noin MWh/a kesäkuusta 2007 alkaen. Rahassa vastaava säästö on ollut noin /a. Säästöt oli arvioitu vuosien 2005 ja 2008 paineilma mittaustulosten, tehtaan tuotannon sekä paineilmanjärjestelmän tilanteen ja teoreettisen säästöpotentiaalin perusteella. Tarkkaa säästöä oli vaikea arvioida, sillä Bacossa ei ollut paineilman jatkuvatoimista sähköenergian mittausta. Lisäksi mittausten ja säästötoimenpiteen suorittamisen välillä oli voinut tapahtua muutoksia PIJ:ssä (esim. paineilmavuotojen kasvu), joiden vaikutusta ei tunnettu. Bacon paineilmajärjestelmässä oli kuitenkin vielä merkittäviä säästöpotentiaaleja, kuten vuotojen korjaus ja viikonlopun paineilmakulutuksen vähentäminen. Säästöpotentiaalin arvioitiin vielä olevan noin /a. 6.2 Cembrit Cembritille tehtiin PATE -mallin mukainen paineilmaenergia-analyysi vuoden 2004 kesäkuussa. Tehtaan kokonaisenergia-analyysissä maaliskuussa 2004 tehtiin kompressorien sähkötehomittaukset, joiden tuloksia käytettiin PATE analyysissä. PATE analyysissä havaittujen ja toteutettujen säästötoimenpiteiden jälkeen tehtiin paineilmajärjestelmään uusintamittaukset joulukuussa [35; 36] Nykyiset uusintamittaukset paineilmajärjestelmälle suoritettiin vuoden 2008 kesäkuussa. Paineilmajärjestelmä oli kokonaisuudessaan muuttunut oleellisesti vuodesta PA- TE analyysissä havaittujen muutaman korjaustoimenpiteen sekä Cembritillä tapahtuneen merkittävän tuotannon kasvun vuoksi paineilmajärjestelmää oli nykyaikaistettu ja parannettu. Muutoksia olivat kokeneet muun muassa paineilmaverkosto ja -kompressoriasema. Myös paineilmakulutuksessa oli tapahtunut muutoksia. Cembritillä oli erikseen korkeapaine- ja matalapaineverkosto. Matalapaineverkosto ja -paineilmakompressorit olivat pysyneet ennallaan. Tehtaan vuosittainen käyntiaika vaihtelee tunnista tuntiin [35 s.4]. Vuonna 2004 tehtaan käyntiaika oli h/a ja vuoden 2008 käyntiaika oletettiin olevan noin h/a. Korkeapainekompressoriaseman käyntiaika oletettiin olevan noin h/a ja vastaavasti matalapaineaseman noin h/a molempina vuosina. Tehtaan tuotanto oli kasvanut noin 67 prosenttia vuodesta 2004 vuoteen 2008 nähden. Vastaavana aikana tehtaan kokonaissähköenergian kulutus oli kasvanut noin 24 prosenttia. Kuvassa 28 on esitetty Cembri- 60

69 tin tuotanto ja kokonaissähkönkulutus vuosina Vuosien tuotanto ja sähkönkulutus ovat arvioita. Cembritillä ei mitata paineilmasuureita, vaan tietämys paineilmajärjestelmän tilasta perustuu erillismittauksiin. Tehtaalle oli tarkoitus asentaa kompressorikohtainen sähköenergiasekä paineilman virtausmittarit lähitulevaisuudessa. Cembritin laskennallinen paineilman kokonaissähköenergian kulutus vuoden 2004 mittausten mukaan oli noin 1390 MWh. Sähkön arvioitu kustannus oli sähkön hinnan ollessa 60 /MWh. Korkeapainekompressorin sähkönkulutuksen arvioitiin olevan noin 950 MWh ja vastaavasti matalapainekompressorien sähkönkulutukseksi arvioitiin noin 440 MWh. [35 s.6; 36 s.1] Vuoden 2008 mittausten mukaan paineilmakulutuksen arvioitiin olevan noin 1200 MWh. Matalapainekompressorien kulutus oli pysynyt lähes samana, mutta korkeapaine paineilma-aseman vuosittainen sähköenergiankulutus oli pienentynyt noin 160 MWh. Tarkempaa vertailua on suoritettu myöhemmin taulukoissa Tehtaan tuotanto ja kokonaissähkönkulutus vuosina Tuotantomäärä (t/a) Kokonaissähköenergia (MWh/a) Tuotantomäärä (t/a) Sähköenergia (MWh/a) Kuva 28 Cembritin tehtaan tuotanto ja kokonaissähkönkulutus vuosina

70 6.2.1 Paineilmajärjestelmä ja -käyttö vuosina 2004 ja 2008 Kappale jaetaan kolmeen pienempään otsikkoon, joiden tarkoituksena on selventää yrityksen paineilmajärjestelmän tilannetta ja eroavaisuuksia vuosina 2004 ja Paineilmatuotanto ja -jälkikäsittely Paineilmaverkosto ja -käyttö Paineilmajärjestelmän huoltotoimenpiteet Edellä mainittujen kohtien nykytilanne ja muutokset tulee käydä läpi ennen siirtymistä varsinaisiin mittaustuloksiin, säästötoimenpiteisiin ja -arvioihin. Yleisesti ottaen säästötoimenpiteiden luotettava todentaminen vaikeutuu, mitä enemmän tehtaan sekä paineilman tuotanto ja käyttö muuttuvat. Taulukossa 15 esitetään karkea yhteenveto Cembritin paineilmajärjestelmässä tapahtuneista muutoksista vuosina Koska paineilman tuotanto ja käyttö ovat muuttuneet merkittävästi, selvyyden vuoksi vuosien 2004 ja 2008 paineilmajärjestelmän tilanteet käsitellään erikseen. Taulukko 15 Yhteenveto Cembritin PIJ:ssä tapahtuneista muutoksista vuosina Yhteenveto Cembritin PIJ:ssä tapahtuneista muutoksista vuosina Muutoksia ei vähän paljon muuttunut täysin Tunnetaanko muutoksen vaikutus PIJ:n energiakulutukseen? kyllä ei Osittain Paineilmatuotanto ja - jälkikäsittely x x Paineilmaverkosto ja -käyttö x x Paineilmajärjestelmän huoltotoimenpiteet x Paineilmatuotanto ja -jälkikäsittely Vuoden 2004 tilanne Korkea- ja matalapainekompressorit, -asemat sekä -verkostot toimivat tehtaalla erillään. Korkeapainekompressoriasemassa oli yksi Atlas Copcon valmistama öljyvoideltu ruuvikompressori ja matalapaineasemassa oli kaksi samanlaista Tamrotor Kompressorit Oy:n toimittamaa ruuvikompressoria. Toinen matalapainekompressori toimi varakoneena. KP -verkossa oleva GA132 -mallisen kompressorin ottoteho täydellä kuormalla oli noin 142 kw ja kevennyksellä keskimäärin noin 60 kw. GA132:n nimellistuotto oli 22,8 m 3 /min (FAD). Tamrotorin Tamrock Novox 550 kompressorin ottoteho kuormalla oli noin 75 kw ja kevennyksellä 62

71 noin 20 kw. Tamrockien nimellistuotanto oli 16 m 3 /min (FAD). GA132 kompressori oli hyväkuntoinen, mutta Tamrockit olivat vanhoja ja tarpeeseen nähden liian suuria. [35 s.17] Taulukoissa 16 ja 17 on esitetty Cembritin KP ja MP -paineilmakompressorien perustietoa. Taulukko 16 Cembritin korkeapaineverkoston paineilmakompressori vuonna 2004 [35 s.17] KP Kompressori 1 kpl Ruuvikompressori Valmistaja Atlas Copco Malli GA132 Kompressorin nimellistuotto 22,8 m 3 /min / 7,5 bar Painetaso tuotannossa 7,5 bar Nimellisteho-/tuottoteho 142 kw Ominaiskulutus 5,8 kw / m 3 / min (7,5 bar) Taulukko 17 Cembritin matalapaineverkoston paineilmakompressorit vuonna 2004 [35 s.17] MP Kompressorit 2 kpl Ruuvikompressori Valmistaja Tamrotor Kompressorit Malli Tamrock Novox 550 Kompressorin nimellistuotto 16 m 3 /min Painetaso tuotannossa 4,3 bar Nimellisteho-/tuottoteho 75 kw Ominaiskulutus 5,6 kw / m 3 / min Korkeapaine- ja matalapaineverkossa ei ollut tarvetta instrumentti-ilmaan. Korkeapaine verkossa ollut Atlas Copcon suodatin DD-390 poisti yli 1 mikrometrin pölyhiukkaset sekä vesija öljypisarat 0,1 ppm:ään asti. Jäähdytyskuivaimena käytettiin Atlas Copcon FD-700:sta, jolla päästiin +3 C verkoston kastepisteeseen. Jäähdytyskuivaimen sähköteho oli 6,2 kw. Lauhteenpoisto toimi manuaalisesti, joten PATE analyysin suosituksena oli vaihtaa lauhteenpoisto automaattiseksi turhan paineilmakulutuksen välttämiseksi. [35 s.16 17] Matalapaineverkostossa käytettiin myös Atlas Copcon DD-390 suodattimia. Jäähdytyskuivaimena käytettiin Atlas Copcon FD 380:sta, jolla päästiin noin +3 C kastepisteeseen. Jäähdytyskuivaimen sähköteho oli 3,7 kw. Mittausten aikana havaittiin suodattimien vaihtovälin olevan liian pitkä. Lisäksi matalapaineverkoston jäähdytyskuivain oli huollontarpeessa. Paineilman jälkikäsittely todettiin riittäväksi. [35 s.16 17] Vuoden 2008 tilanne Korkeapaineverkon palvelukseen hankittiin Atlas Copcon valmistamat GA75 - ja GA45VSD -malliset ruuvikompressorit lokakuussa Vanha GA132 -mallinen kompressori jätettiin 63

72 varakoneeksi. GA75 toimi peruskuormakoneena ja taajuusmuuntajatoiminen GA45VSD tasasi kulutushuippuja. GA75:n sähkömoottorin vaatima kuormitusteho oli 75 kw ja kevennysteho 20 kw. Vastaavasti GA45VSD:n sähkömoottorin vaatima nimellisteho oli 45 kw. Kompressoreita ohjattiin asetetuilla painerajoilla. Kompressoriasemalla ei ole keskusohjausta ja kompressoreilla oli havaittu olevan ajoittaista turhaa kevennyskäyntiä. Matalapaineverkossa toimivat Tamrock 550 kompressorit olivat edelleen samat kuin vuonna Tehtaan paineilmanlaatuvaatimukset eivät olleet muuttuneet. Suodattimet ja kuivaimet olivat edelleen samat matala- ja korkeapaineverkoissa kuin vuonna Paineilmaverkosto ja -käyttö Vuoden 2004 tilanne Matala- ja korkeapaineverkostosta ei ollut saatavilla putkistopiirustusta. KP -verkossa ei esiintynyt varsinaisia pullonkauloja, mutta uusien paineilmaa kuluttavien laitteiden myötä paineilmaverkoston pullonkaulat olisivat lisääntyneet. Korkeapaineverkosto oli rakennettu hiiliteräksestä, mutta pinnoitettu maalaamalla. Runkoputki oli riittävän suuri eikä aiheuttanut ylimääräistä painehäviötä. Paineilmaa kulutuskohteille välittävät jakelu- ja liitäntäputket olivat taas paikoin liian ohuita ja mutkikkaita. [35 s.15] Matalapaineverkosto palveli vain sementtimassan painelähetyspalloja ja oli korkeapaineverkostoon nähden pieni ja yksinkertainen [35 s.16]. Paineilmaa käytettiin tehtaalla pääosin pneumaattisissa kuljettimissa, levynerotuspuhalluksissa, levyn puhdistuspuhalluksissa ja hiontalinjan nauhan jäähdytyksessä ja puhdistuksessa. Muita paineilman kulutuskohteita olivat muun muassa paineilmatyökalut ja erilaiset toimilaitteet. [35 s.7] Kuvassa 29 on esitetty PATE analyysissä arvioitu paineilman kulutusjakauma tehtaalla. 64

73 Kuva 29 Cembritin paineilmakulutuksen jakauma-arvio vuonna 2004 [35 s.7] Vuonna 2004 Cembrit tuotti kiviainespohjaisia rakennuslevyjä tonnia. Rakennuslevyjen neliöpaino vaihteli tuotelajin mukaan. Tuotannon ja paineilmakulutuksen suhdetta ei tarkkaan selvitetty. Tehtaan käyntiaika oli pääosin viisi tai seitsemän päivää viikossa kolmessa vuorossa. Käyttötunteja tehtaalla oli noin h vuonna Kompressoriasema on ollut toiminnassa 350 vuorokautta eli h/a. Vuoden 2008 tilanne Matalapaineverkosto ei ollut muuttunut vuodesta 2004 toisin kuin korkeapaineverkosto. KPja MP- verkosta ei ollut saatavilla putkistopiirustusta, mutta mittausten yhteydessä kesällä 2008 piirrettiin paineilmaputkistosta periaatepiirros. Putkiston periaatepiirros on esitetty liitteessä 5. KP -verkoston runkolinja oli rakennettu ruostumattomasta teräksestä ja oli riittävän suuri sisähalkaisijaltaan nykyiseen käyttöön. Uuden paineilmaverkoston rakentaminen aloitettiin vuonna Runkolinja oli valmis, mutta osa liitäntäputkista oli vielä keskeneräisiä. Keskeneräisyys näkyy väliaikaisina ohuina paineilmaletkuratkaisuina, jotka taas kasvattivat painehäviötä. Kuvassa 30 on esitetty eräs keskeneräinen liitäntäratkaisu. Väliaikaiset paineilmaletkuratkaisut oli tarkoitus poistaa lähitulevaisuudessa ja rakentaa tilalle pysyvämmät liitäntäputket. 65

74 Kuva 30 Eräs Cembritin paineilmajärjestelmän keskeneräisistä liitäntäputkista, joka on korvattu paineilmaletkulla. Tehtaalla tuotettiin tonnia kivipohjaisia rakennuslevyjä vuonna Vuoden 2008 tuotannon oletettiin kasvavan noin tonniin. Tuotannon lisäys ei uskottu samassa suhteessa kasvattavan paineilmakulutusta, sillä uusi tuotantoa lisäävä levykone oletettiin kuluttavan vanhoja levykoneita selvästi vähemmän paineilmaa. Uuden levykoneen paineilman kulutusta ei kuitenkaan tarkkaan tunnettu, eikä paineilman nimelliskulutusarviota ollut saatavilla (levykone oli tehtaan itserakentama). Levykoneen lisäksi tehtaalle oli tullut muutama pienempi paineilmaa kuluttava laite, kuten pakkauskone. Vuoden 2004 paineilman kulutusjakaumaan (kuva 29) ei oleteta tulleen merkittäviä muutoksia. Paineilman kulutusmäärät ovat voineet sen sijaan muuttua, mutta arviota uusista määristä ei ollut tehty vuonna Tehdas oletetaan käyvän lähes koko vuoden kuusi tai seitsemän päivää viikossa kolmessa vuorossa pois lukien juhannus ja joulu. Käyttötunteja tehtaalle arvioitiin tulevan tällöin noin 8260 h/a. Kompressoriasemien käyntiaikoihin ei oletettu tulleen muutoksia verrattuna vuoteen Kompressorin jäähdytysilmaa käytettiin tehdashallin ja prosessiveden lämmitykseen. Lämmöntalteenottolaitteisto asennettiin kompressoreihin tammikuussa Paineilmajärjestelmän huoltotoimenpiteet Atlas Copcolla oli huolto- ja kunnossapitovastuu Cembritin paineilmakompressoreista ja jälkikäsittelylaitteista. Tehdas itse suoritti paineilmaverkoston ja paineilmaa kuluttavien laitteiden huollon ja kunnossapidon. Säännöllistä huolto-ohjelmaa verkoston huoltamiseksi ja vuo- 66

75 tojen korjaamiseksi ei kuitenkaan ollut. Mahdolliset paineilmavuodot sekä laite- ja putkistovauriot korjattiin tarvittaessa PATE ANALYYSI VUONNA 2004: todetut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit Mittausten ja selvitysten tulokset Cembritillä mittaukset ja vuotokartoitukset suoritettiin Kupari Solutions teki vuotokartoitukset ja PATE analyysiraportin kirjoittamisen. La Rocca Oy suoritti kompressorien virtausmittaukset. PATE analyysissä ei tehty kompressorien sähkötehomittauksia, vaan sähkönkulutus arvioitiin maaliskuun sähköteho- sekä kesäkuun virtausmittausten ja kompressorivalmistajien tietojen perusteella. PATE analyysissä ja joulukuun mittauksissa havaituista ristiriitaisuuksista johtuen kesäkuun paineilman sähkönkulutus arvioitiin uudelleen joulukuun mittausten perusteella. Joulukuun mittaukset todettiin luotettavimmiksi, koska niissä oli tehty sähkötehomittaukset. Mittauksista ja selvityksistä saadut yhteenvedot esitetään myöhemmin taulukoissa ja mittauskuvaajat ovat liitteissä 7-8. Cembritissä löydetyt merkittävimmät säästötoimenpiteet ja -potentiaalit esitetään taulukossa 18 ja tarkemmin liitteessä 6. Cembritissä raportoitiin olevan noin 20 %:n paineilman sähköenergian kokonaissäästöpotentiaali. Merkittävimmiksi säästötoimenpiteiksi lueteltiin havaittujen vuotojen korjaus, korkeapaineverkon painetason pudottaminen, levyjen irrotuspuhallusten ajastus, levyjen puhdistuspuhallukseen matalapainepuhallus ja MP kompressorin korvaaminen pienemmällä. 67

76 Taulukko 18 n o Cembritille tehdyssä PATE analyysissä kesäkuussa 2004 havaitut säästötoimet ja -potentiaalit TOIMENPITEEN KUVAUS Korkeapaineverkon painetason pudottaminen Havaittujen vuotojen korjaus Levyjen irrotuspuhalluksiin ajastus SÄÄS- TÖ YH- TEEN- SÄ T M A INVES- TOINTI /a a energia MWh/ a SÄHKÖENERGIAN SÄÄSTÖ kustannukset energia muut SOVITUT JATKO- TOIMET /a /a T, P, H, E H , P , P 4 Tamrock 550 kompressorin korvaaminen pienemmällä , H 5 Levyjen puhdistuspuhallukseen matalapainepuhallus 780 3, H YHTEENSÄ HUOMIOT: Sovitut jatkotoimet: T = toteutettu, P = päätetty toteuttaa, H = harkitaan toteutettavaksi, E = ei toteuteta. Sähkönhinta 60 /MWh. Cembritillä havaittiin vuotojen korjaus merkittävimmäksi säästötoimenpiteeksi. Vuotojen osuudeksi arvioitiin noin 3 m 3 /min, mikä on 20 % tehtaan kokonaispaineilman kulutuksesta. Tehtaalla löydettiin noin 30 vuotokohtaa. Vuotojen tarkkaa osuutta oli vaikea arvioida, sillä tehdas oli käynyt myös mittausviikonloppuna. Analyysin energiasäästölaskuissa tavoiteltiin tilannetta, jossa 80 % vuodoista saataisiin korjattua. Siten säästettäisiin 2,4 m 3 /min paineilman kokonaiskulutuksesta, mikä tarkoittaa sähköenergiasäästönä 150 MWh/a. Rahallinen säästö olisi tällöin 9000 /a. Työ- ja materiaalikustannusten arvioitiin olevan noin 2500, joten säästötoimenpiteen takaisinmaksuaika olisi noin kolme kuukautta. [35 s.23] Tehtaalla tosin oletettiin myöhemmin, että vuotomäärä olisi ollut merkittävästi suurempi, mitä PATE analyysissä havaittiin. Suoritetuissa mittauksissa todettiin kompressoriaseman paineeksi 7,5 baria ja verkostopaineeksi 6,9 baria. PATE analyysin johtopäätöksen mukaan painetta voitaisiin pudottaa ensin tasolle 7,0/6,5 baria ja lopuksi tasolle 6,7/6,2 baria. Paineenalennuksella saavutettaisiin noin 5 % säästöt sähköenergian kulutuksesta. Huomioimalla ensin vuotojen korjaus, painetason pudotuksella saavutettaisiin noin 37 MWh vuotuinen säästö. Vuosisäästö olisi tällöin noin 2210 /a. Säästötoimenpide arvioitiin voitavan suorittaa ilman investointeja. [35 s.24] Levyjen irrotuksessa käytettiin kolmea ilmaveistä, jotka puhalsivat jatkuvatoimisesti. Ilmaveisten yhteiseksi ilmankulutukseksi arvioitiin 1,5 m 3 /min. Ilmaveisten yhteyteen tulisi 68

77 asentaa magneettiventtiili, joka on auki vain silloin, kun levyjen irrotukseen tarvitaan puhallusta. Venttiilien asennuksen jälkeen irrotuspuhallukseen tarvittava ilmamäärä oletettiin puolittuvan, jolloin sähköenergian säästö olisi noin 22 MWh/a eli 1300 /a. Magneettiventtiilien investointikustannukset arvioitiin olevan noin 900 yhteensä, jolloin investoinnin takaisinmaksuaika olisi noin 8 kuukautta. [35 s.23] Likaisia tuotelevyjä varten rakennettu puhdistuspuhallusjärjestelmä oletettiin kuluttavan paineilmaa noin 3 m 3 /min. PATE analyysissä ehdotettiin puhallusten toteuttamista matalapainepuhalluksilla, jolloin sähköenergiansäästöä olisi syntynyt noin 13 MWh/a eli 780 /a. Investointikustannuksiksi asennus- ja muutostöineen arvioitiin tulevan noin Muutoksen arvioitiin kasvattavan myös huoltokustannuksia noin 50 /a. Investoinnin takaisinmaksuaika olisi tällöin kolme vuotta ja neljä kuukautta. [35 s.23 24] Matalapaineverkoston Tamrock -kompressorit todettiin liian suuriksi kulutukseen ja painetasoon nähden. Analyysissä ehdotettiin matalapaineverkostoon hankittavaksi nykyistä pienempi, noin 55 kw, paineilmakompressori. Sähköenergian säästöpotentiaali olisi noin 60 MWh/a eli 3600 /a. Uuden kompressorin hankintainvestoinniksi oletettiin , joten investoinnin takaisinmaksuajaksi muodostuisi noin kolme vuotta. [35 s.24 25] Lisäksi PATE analyysissä Cembritille ehdotettiin muitakin merkittäviä säästötoimenpiteitä, joille ei laskettu tai voitu laskea säästöpotentiaalia. Muut toimenpide-ehdotukset olivat korkeapaineverkonkuivaimen lauhteenpoiston muuttaminen automaattiseksi, paineilmaverkoston uusiminen, suodatinpatruunoiden vaihtaminen useammin, säännöllinen vuotokartoitus osaksi huolto-ohjelmaa ja korkeapainekompressorin vaihtaminen pienempään tai pienempiin kompressoreihin. [35 s.25] Uusintamittausten perusteella joulukuussa 2004 arvioitiin, että silloisen GA132:n vaihtaminen pienempään taajuusmuuttajakompressoriin säästäisi sähköenergiaa noin 220 MWh/a eli noin /a. Säästöarvio perustui GA132:n suuren kevennyskäynnin vähenemiseen. [9 s.3] Johtopäätökset Paineilmajärjestelmän energiasäästötoimenpiteiden kokonaissäästöpotentiaaliksi arvioitiin noin /a. PATE analyysin konsultointi- ja työkustannusten arvioitiin olevan noin ja investointien yhteiskustannukseksi arvioitiin Investointien ja työkustannusten yhteensä arvioitu kokonaiskustannus oli siis noin Energiasäästötoimenpiteiden takaisinmaksuaika arvioitiin näin reiluksi vuodeksi olettaen, että kaikki säästötoimenpiteet toteutetaan. 69

78 6.2.3 ANALYYSI VUONNA 2008: säästötoimenpiteiden toteutusaste ja saavutettu säästö Kappaleessa käsitellään seuraavat kohdat: Mittausten ja selvitysten tulokset vuonna 2008 Yhteenveto vuosien 2004 ja 2008 mittauksista Säästötoimenpiteiden toteutusaste ja arvioitu säästö Säästötoimenpiteiden saavutetut (todelliset) säästöt Jatkotoimenpide-ehdotukset tehtaalla Mittausten ja selvitysten tulokset vuonna 2008 Cembritillä tehtiin uusintamittaukset välisenä aikana. Mittaukset suoritettiin Atlas Copcon toimesta. Uusintamittauksissa tehtiin painemittaukset paineilmasäiliön jälkeen ja runkoverkoston kriittisessä pisteessä, virtausmittaus paineilmasäiliön jälkeen sekä kompressorien yksivaihevirtamittaus jokaisesta kompressorista. Matalapainejärjestelmästä mitattiin paine jälkikäsittelyn jälkeen ja virtamittaus jokaisesta kompressorista. Kesäkuun 2008 mittauksista saatuja tuloksia on esitetty tarkemmin taulukoissa ja mittauskuvaajat on esitetty liitteissä Virtamittauksista laskettiin kompressorien vaatima teho pätötehon kaavalla (kaava 2). Pätötehokertoimet kompressorin kuormalla ja kevennyksellä määritettiin kertatehomittausten avulla. Matalapainekompressorien tuotto laskettiin virtamittausten ja kompressorityypin perusteella. Pätöteholaskennassa tarvittavat oleellisimmat tiedot esitettiin taulukossa 6. Tuotantoaikainen korkeapainekompressorien keskiteho oli noin 95 kw yhteensä. Peruskuormakone GA75:n tehonkulutus oli noin 80 kw ja huippukuormakone GA45VSD:n keskiteho noin 15 kw. Varakompressori GA132 käynnistyi tarvittaessa eli silloin, kun verkostopaine laski liian nopeasti tai ylitti sallitun rajan. Kuvassa 31 on esitetty korkeapainekompressorien keskitehontarve Keskiviikkona klo tehtaalla oli nk. normaali paineilmakulutus. GA132:n kevennysteho havaittiin poikkeavan suureksi mittausten aikana, mutta projektin aikana syy tähän ei selvinnyt. 70

79 180 Cembritin korkeapainekompressorien 15 min keskitehontarve ke GA132 GA45VSD GA pätöteho (kw) :00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 ke Kuva 31 Cembritin korkeapainekompressorien keskitehontarve. GA75 toimii peruskuormakompressorina ja GA75 tasaa kulutushuippuja. Korkeapaineverkoston tehtaan tuotantoaikainen paine oli noin 5,9 bar. Tehtaan seisokin aikana paine nousi noin 6,3 bariin. Kuvassa 32 on esitetty korkeapaineverkoston 15 minuutin keskipaine keskiviikkona ,40 Korkeapaineverkoston paineen 15 min keskiarvo ke Verkostopaineen 15 min keskiarvo 6,30 6,20 Paine bar(g) 6,10 6,00 5,90 5,80 5,70 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 ke Kuva 32 Cembritin korkeapaineverkoston keskipaine 71

80 Korkeapaineilmaverkoston säiliön jälkeinen mitattu paineilmavirtaus on esitetty kuvassa 33. Tuotantoaikainen paineilmavirtaus oli noin 13 m 3 /min keskimäärin. Paineilmavirtaus (m3/min) korkeapaineverkossa säiliön jälkeen Virtauksen 15 min keskiarvo :00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 paineilmavirtaus (m3/min) ke Kuva 33 Cembritin korkeapaineverkostosta mitattu paineilmavirtaus Yhteenveto vuosien 2004 ja 2008 mittauksista Taulukoissa olevat tiedot on arvioitu vuosien 2004 ja 2008 mittaustulosten perusteella pois lukien tehtaan tuotanto ja kokonaissähkönkulutus, jotka olivat tehtaan antamia tietoja. Lisää tietoa tuloksista on esitetty liitteissä 7-16 olevissa mittauskuvaajissa. Taulukoiden kohdat on selitetty lyhyesti kunkin taulukon jälkeen. Taulukoissa esitetyt vuoden 2004 tulokset ovat ajalta ennen säästötoimenpiteiden suorittamista. Taulukko 19 Vuosien 2004 ja 2008 yleisten kohtien vertailua N Yleiset kohdat R Cembrit Oy [ ] Vuosi 2004 Vuosi 2008 Ero O 1 Mittausten ajankohdat Tehtaan tuotanto t/a Tehtaan kokonaissähkönkulutus MWh/a

81 1. PATE analyysin aikaisen ja vuoden 2008 mittausten ajankohdat ovat samaan vuodenaikaan, joten imuilmassa ei oleteta olevan suuria eroavaisuuksia. Tosin lämpötiloista ei voida olla täysin varmoja, sillä imuilman lämpötilaa ei mitattu vuonna Tehtaalla arvioitiin tuotannoksi noin tonnia vuodelle Kasvua vuodesta 2004 arvioitiin tulevan noin 60 %. Tehtaan tuotannon kasvu ei ollut kuitenkaan kasvattanut paineilmakulutusta samassa suhteessa, sillä uusi tuotantoa lisäävä levykone oletettiin kuluttavan vanhoja levykoneita vähemmän paineilmaa. Paineilman kulutuksen ja tehtaan tuotannon välistä riippuvuutta ei tunnettu tarkasti. 3. Tehtaan kokonaissähkönkulutus oli kasvanut noin 24 %. Samalla aikajaksolla paineilman sähkönkulutus oli pienentynyt noin 20 %. Kokonaissähkönkulutuksen kasvu selittyi uusien sähköä kuluttavien laitteiden hankinnalla ja tehtaan käyntiajan kasvulla. Taulukko 20 Cembritin korkeapaineilmajärjestelmän mittaustulosten vertailua N Korkeapaineilmajärjestelmä R Cembrit Oy [ ] Vuosi 2004 Vuosi 2008 Ero O 4 kompressoriaseman käynti pv/a keskisähköteho tuotantoaikana kw paineilmakompr. sähkönkulutus MWh/a paineilmavirtaus tuotantoaikana m 3 /min 14,5 12,9 1,6 8 ominaissähköteho kw/ (m 3 /min) 8,3 7,3 1,0 9 arvioidut vuodot m 3 /min kompressorien lkm kpl paine ennen jälkikäsittelyä bar 7,5 6,3 1,2 12 verkostopaine tuotantoaikana bar 6,9 5,9 1,0 13 kompressorien käyntiaste % 65 % 88 % 23 % 4. Kompressoriaseman käynnin ei oletettu merkittävästi muuttuneen vuodesta Vuosittaisesta kompressoriaseman käyntiajasta tehdas seisoi noin 22 % vuonna Vastaava luku vuonna 2008 oletettiin olevan noin 2 %. 5. Kompressorien keskimääräiset sähkötehot oli arvioitu mittaustulosten perusteella. Kompressorien vaatima keskisähköteho tehtaan tuotantoaikana oli pienentynyt noin 26 kw, vaikka tehtaan tuotanto ja kokonaissähkönkulutus olivat merkittävästi kasvaneet. Kesäkuun

82 kompressoriteho oli arvioitu joulukuun mittausten perusteella, koska kesäkuussa ei ollut mitattu kompressoritehoa. Vuoden 2008 arvossa ei ollut GA132:n vaatimaa tehoa mukana, sillä sen osuutta oli vaikea arvioida. Vuonna 2008 seisokinaikainen sähköteho oli noin 65 kw. Seisokinaikaista kompressoriaseman sähkötehontarvetta ei mitattu vuonna 2004, mutta se arvioitiin olevan noin 90 kw. 6. Paineilman sähköenergiankulutus laskettiin mittaustulosten perusteella koko vuodelle. Kulutus oli määritetty kompressoriaseman käyntiajan ja tuotantoaikaisen keskitehon perusteella. Vuoden 2008 paineilman sähköenergiankulutus laskettiin kaavalla 3. Vuoden 2008 sähköenergiankulutukseen ei ollut laskettu GA132:n vaikutusta mukaan. GA132 käynnistyi verkostopaineen laskettua liian alas. Mittausjakson aikana GA132:n käynnistyspaineen asetusarvot olivat normaalista poikkeavat, joten kompressorin energiankulutusta oli varakoneeksi tavallista enemmän. GA132 jouduttiin kunnossapidollisista syistä pitämään kuormituksella vähintään yhden tunnin viikossa, mutta sen vaikutus kompressoriaseman keskitehoon oli vähäinen. Paineilman vuosittainen sähköenergian tarve oli jouduttu arvioimaan karkeasti vuonna Tehtaan seisokinaikaista kompressoriaseman sähkötehoa ei tunnettu tarkasti. Tehtaan seisokkiaika oli kuitenkin noin 22 % kompressoriaseman käyntiajasta. Vuonna 2008 vastaavaa ongelmaa ei ollut, sillä tehtaan seisokkiaika oli noin 2 % kompressoriaseman käyntiajasta. Vuoden 2004 paineilman sähköenergian kulutus laskettiin kaavalla 3. Kompressoriaseman absoluuttinen sähköenergiatarve oli vähentynyt noin 17 %. Paineilman sähköenergian tarpeen vähentyminen selittyi muun muassa paineen alennuksen, uuden ja tiiviimmän verkoston rakentamisen, vuotojen korjaamisen, kompressorien käyntiasteen parantumisen ja nimellistehontarpeen pienentymisen sekä uuden vähemmän kuluttavan levykoneen perusteella. 7. Paineilman virtaus vaihteli vuoden 2004 mittauksissa 6,5-24,2 m 3 /min ollen keskiarvoltaan noin 14,5 m 3 /min. Vuoden 2008 mittauksissa virtauskeskiarvo oli noin 12,9 m 3 /min ja paineilma vaihtelut tehtaan tuotannon aikana olivat 7,0-20,2 m 3 /min välissä. 8. Mittaustulosten perusteella vuoden 2008 tehtaan tuotantoaikainen kompressoriaseman ominaissähköteho oli noin 7,3 kw/(m 3 /min). Nyrkkisääntönä voidaan sanoa, että tehokkaasti toimivan kompressoriaseman ominaissähköteho tulisi olla alle 7 kw/(m 3 /min) [24 s.30]. Ominaissähkötehoja ei tule verrata kompressorivalmistajan antamien tietojen kanssa, koska he laskevat ominaissähkötehon tarpeen tehomittausten ja optimoitujen tuottotietojen perusteella. 74

83 Kompressoriaseman ominaissähkötehontarve oli pienentynyt vuodesta Tämä johtui muun muassa siitä, että kompressorien käyntiasteet olivat nousseet. Tosin kompressorien havaittiin käyvän myös ajoittaista turhaa kevennyskäyntiä kompressorikohtaisesta ohjauksesta johtuen vuonna Lisäksi havaittiin taajuusmuuttajaohjatun GA45VSD:n ajavan kuormalla, vaikka pääkompressori GA75 kevensi. Taajuusmuuttajakonetta tulisi ajaa vasta silloin, kun pääkoneen teho ei riitä paineilmakulutukselle ja verkostopaine uhkaa laskea. Kompressorien ajotavan kannalta tehokkaasti toimiva ohjaus käynnistäisi taajuusmuuttajakompressorin vasta silloin, kun pääkompressorin tuotto ei riittäisi tyydyttämään kulutusta. Kompressoriaseman keskusohjausyksiköllä päästäisiin tarpeettomista kevennyksistä eroon. 9. Paineilmavuotojen ilmoitustapa oli erilainen, joten vertailun tekeminen vuosien välillä ei anna täysin oikeaa kuvaa: vuonna 2004 vuodot arvioitiin kenttähavaintojen ja vuonna 2008 vuodot arvioitiin seisokkimittausten perusteella. Kenttähavainnot edustavat tehtaalla olevaa minimivuotomäärää ja seisokkimittaukset tehtaalla olevaa maksimivuotomäärää. Jälkeenpäin oli arvioitu, että vuotojen osuus vuonna 2004 oli ollut suurempi kuin PATE:ssa ilmoitettu 3 m 3 /min. 10. Kompressorien lukumäärä oli kasvanut yhdestä kolmeen. Pääkuormakompressoriksi ostettiin GA75 ja huippukuormakompressoriksi taajuusmuuttajaohjattu GA45VSD. Vanha GA132 -kompressori siirrettiin varakompressoriksi. 11. Kompressoriaseman tuotantoaikaista keskipainetta laskettiin noin 1,2 baria. 12. Verkoston keskipaine laskettiin noin 5,9 bariin. Paineen alennuksesta johtuvia mahdollisia tuotantokatkoksia ei ollut havaittu. 13. Kompressoriaseman käyntiaste parani merkittävästi, mikä tarkoitti kevennyskäynnin vähentymistä. Kompressoriaseman käyntiaste tarkoittaa kompressorien puristusvaiheen osuutta koko käyntiajasta (pl. pysäytysajat). 75

84 Taulukko 21 Cembritin matalapaineilmajärjestelmän mittaustulosten vertailua N Matalapaineilmajärjestelmä R Cembrit Oy [ ] Vuosi 2004 Vuosi 2008 Ero O 14 kompressoriaseman käynti pv/a keskisähköteho tuotantoaikana kw sähkönkulutus MWh/a paineilmavirtaus tuotantoaikana m 3 /min 6,2 6,5 0,4 18 ominaissähköteho kw/ (m 3 /min) 8,9 8,2 0,7 19 arvioidut vuodot m 3 /min kompressorien lkm kpl paine ennen jälkikäsittelyä bar 4, verkostopaine tuotantoaikana bar - 1,9-23 kompressorien käyntiaste % 40 % 43 % 3 % 14. Kompressoriaseman käynnissä ei oletettu olevan muutoksia 15. Koska matalapainekompressoreille ei ollut tehty muutoksia vuosien aikana, keskisähkötehot olivat lähes samoja. Pienet mittaustulosten eroavaisuudet johtuivat tuotantotilanteen ja mittauslaitteiden sekä -tapojen erilaisuudesta. 16. Paineilman sähkönkulutus oli lähes sama vertailuvuosina Ei merkittäviä muutoksia paineilmakulutuksessa, joten ei muutoksia myöskään kompressorien ominaissähkötehossa. Ominaissähkötehontarve oli korkea johtuen kompressorien huonosta käyntiasteesta. 19. Vuodot arvioitiin kulutusmittausten perusteella. Vuoden 2008 tehtaan seisokkikulutus oli noin 1 m 3 /min (liite 14). 20. Samat kompressorit molempina vertailuvuosina. 21. Kompressoriaseman painetta ei mitattu vuoden 2008 mittauksissa, mutta sen arveltiin olevan sama kuin vuonna

85 22. Verkostopainetta ei mitattu vuonna 2004, mutta arveltiin 1,5 baarin riittävän hyvin. Kompressoriaseman paine pudotettiin paineenalentajassa noin 2 bariin, koska nykyiset kompressorit eivät voineet tuottaa niin alhaista painetta. 23. Kompressoriaseman käyntiaste oli molempina vuosina huono johtuen suuresta kevennyskäynnistä. Tehtaalle oli suositeltu vähemmän energiaa kuluttavien matalapainekompressorien hankkimista nykyisten Novox 550:n sijaan jo PATE analyysissä vuonna Säästötoimenpiteiden toteutusaste ja arvioitu säästö Taulukossa 18 esitetyistä viidestä säästötoimenpiteestä toteutettiin korkeapaineverkoston painetason pudotus ja havaittujen vuotojen korjaus heinäkuussa Verkostopainetta pudotettiin lopulta aiottua enemmän. Levyjen irrotuspuhalluksissa oleva ajastus asennettiin, mutta se ei ollut käytössä vuoden 2008 mittausten aikana. Käyttöhenkilökunnan mukaan irrotuspuhalluksen ajastus ei toiminut halutulla tavalla, joten voitiin olettaa, että kyseistä säästötoimenpidettä ei tehty. Puhallusta pidettiin päällä varmistamaan, ettei tuotantokatkoksia tule. Matalapainekompressorien uusimista harkittiin, mutta päädyttiin lopulta pitämään vanhat kompressorit. Levyjen puhdistuspuhallusta matalapainepuhaltimilla kokeiltiin, mutta se havaittiin toimimattomaksi kosteilla levypinnoilla. Muista säästötoimenpiteistä toteutettiin paineilmaverkoston uusiminen ja korkeapainekompressorin korvaaminen pienemmillä kompressoreilla. Paineilmaverkoston uusiminen oli yksi merkittävä vuotoja korjaava toimenpide. Toimenpiteen säästöarviota ei kuitenkaan osattu sanoa. Joulukuun mittausten mukaan GA132:n vaihtaminen pienempää taajuusmuuttajatoimiseen kompressoriin toisi noin 220 MWh vuosisäästöt. Kuitenkin todellisuudessa GA132 korvattiin pienemmällä peruskuormakoneella ja tasaavalla taajuusmuuttajakompressorilla. Tällaiseen tilanteeseen ei ollut säästöarviota. Taulukossa 22 on esitetty säästötoimenpiteiden toteutukset, arvioidut säästöt, suoritusajat, arvioidut pysyvyydet, kumulatiiviset säästöt ja mahdolliset syyt, miksi toimenpidettä ei tehty. Verkostopainetta alennettiin 0,7 barin sijasta noin 1,0 baria, joten säästöarviota korjattiin 37 MWh/a:sta 44 MWh/a:iin (5 %:sta 6 %:iin). 77

86 n o Taulukko 22 TOIMENPI- TEEN KUVAUS Korkeapaineverkon painetason pudottaminen Havaittujen vuotojen korjaus Levyjen irrotuspuhalluksiin ajastus Tamrock 550 kompressorin korvaaminen pienemmällä Cembritin PATE analyysissä havaittujen säästötoimenpiteiden toteutusaste ja arvioitu kumulatiivinen säästö vuosina PATE analyysissä arvioitu säästöpotentiaali yhteensä /a 44 MWh/a /a 150 MWh/a /a 23 MWh/a /a 60 MWh/a 780 /a 13 MWh/a Muut säästötoimenpiteet 6 7 Levyjen puhdistuspuhallukseen matalapainepuhallus Korkeapaineilmaverkoston uusiminen GA132 korvaaminen pienemmillä kompressoreilla HUOMIOT: Sähkönhinta 60 /MWh. Säästötoimenpide (tehty/ei tehty /osittain tehty) tehty tehty (kk / vuosi) heinäkuu 2004 heinäkuu 2004 Säästötoimenpide suoritettu Säästötoimenpiteen arvioitu pysyvyys pysyvä toistaiseksi 1 vuosi (/ei osata sanoa) Kumulatiivien säästö vuosina MWh MWh ei tehty ei tehty ei tehty PATE SÄÄSTÖPOTENTIAALI YHTEENSÄ osittain tehty tehty MWh Syyt miksi säästötoimenpidettä ei tehty havaittiin huonosti toimivaksi investointien priorisointi ja ajankohtaisuus havaittiin huonosti toimivaksi 2007 alkaen pysyvä lokakuu 2006 pysyvä Korkeapaineverkoston paineen pudotus tehtiin heinäkuussa Säästötoimenpide arvioitiin pysyväksi, joten kumulatiivinen säästöpotentiaali vuosina oli noin PATE analyysissä havaittujen vuotojen korjaus suoritettiin heinäkuussa Koska tehtaalla ei ollut jatkuvaa vuotojen etsintää ja korjausta, säästötoimenpiteen pysyvyys arvioitiin korkeintaan vuodeksi. Vuotojen eteen tehtyjä korjaustoimenpiteitä ei pystytty jälkikäteen raportoimaan. PATE analyysissä ei ollut kuvattu vuodoille tehtäviä korjaustoimenpiteitä ja tehtaalla ei ollut raportoitu vuotojen korjausta. Kertaluontoisella vuotojen korjauksella uskottiin säästettävän noin 9000 vuosina

87 Säästötoimenpiteiden todelliset säästöt Tehtaalla tapahtuneiden muutosten johdosta ja kertamittausten perusteella tarkkojen ja luotettavien säästöarvioiden tekeminen oli haastavaa. Mittaustulosten perusteella paineilman absoluuttinen vuosisähköenergiantarve oli vähentynyt 160 MWh vuosien aikana (taulukko 20, kohta 6). Samaan aikaan tehtaan vuosituotanto oli kasvanut tonnista tonniin ja tehtaan kokonaissähkönkulutus oli kasvanut MWh/a:sta MWh/a:iin (taulukko 19). Tehtaan vuosittainen käyntiaika oli kasvanut 272 päivästä 344 päivään. Lisäksi muutoksia oli tapahtunut paineilman tuotannossa ja käytössä. Paineilman vuosisähköenergian kulutuksen vähentyminen 160 MWh:lla ei tarkoita samaa kuin säästötoimenpiteillä saavutettu säästö. Yleisesti on todettu: Säästöjä voidaan kertamittauksilla parhaiten arvioida silloin, kun mittaukset on suoritettu peräkkäin pienellä aikavälillä, samoissa tehtaan tuotantotilanteissa sekä samoilla mittalaitteilla ja menetelmillä. Paineilman tuotanto- ja käyttötilanteet sekä ympäristön olosuhteet eivät myöskään saa merkittävästi muuttua. Vuosien 2004 ja 2008 mittaukset eivät juuri toteuttaneet edellä mainittuja kriteereitä. Säästöjä pyrittiin silti arvioimaan tarkemmin jakamalla mittausjaksot kesä - joulukuu 2004 ja joulukuu kesäkuu 2008 väleihin. Liitteen 16 kuvaajassa on esitetty mittausten, säästötoimenpiteiden, paineilmakulutuksen ja tehtaan tuotannon ajankohtia, määriä sekä muutoksia vuosina Liitteen kuvaajan paineilman sähkönkulutus oli määritetty maalis-, kesä- ja joulukuun 2004 sekä kesäkuun 2008 mittaustulosten perusteella. Vuosina ei ollut mittaustietoa saatavilla. Uusien vuotojen ja laitteiden määrän sekä tehtaantuotannon kasvusta johtuvaa paineilmatarpeen mahdollista muutosta ei voitu ottaa huomioon paineilman sähkönkulutusarviossa, koska niiden määriä ei tunnettu. Tehtaan tuotannon neljän kuukauden keskiarvo oli laskettu vuositietojen perusteella. Säästöarvio: kesäkuu - joulukuu 2004 Joulukuun 2004 mittaustulosten perusteella todettiin, että heinäkuussa 2004 tehtyjen KP verkoston paineenalennuksen ja vuotojen korjauksen ansiosta korkeapainekompressorin ottotehon tarve väheni noin 15 kw [36 s.1]. Joulukuun mittausten perusteella voidaan laskea korkeapainekompressorin uusi vuosisähkönenergiankulutus käyttäen tehtaan ja kompressoriaseman samoja käyntiaikoja kuin kesäkuun 2004 mittauksissa. Kaavalla 3 laskettuna uusi vuosikulutus joulukuussa 2004 oli noin 827 MWh. Edellä mainittujen tehtyjen säästötoimenpiteiden ansiosta paineilman vuosikulutus oli pienentynyt 126 MWh kesäkuusta joulukuuhun 2004 (ks. liitteen 16 kuvaaja). Koska vuoden 79

88 2004 mittausajankohdat olivat suhteellisen lähellä toisiaan, voitiin todeta vuotojen korjauksen ja verkostopaineen alentamisen todellisiksi vuosisäästöiksi noin 126 MWh. Taulukossa 22 arvioitu säästöpotentiaali kyseisille toimenpiteille oli noin 190 MWh/a. Pitkäaikaisesta säästöstä ei ollut kyse, koska vuotojen korjaustoimenpiteen pysyvyydeksi arvioitiin yksi vuosi (taulukko 22). Voitiin olettaa, että paineenalennuksen säästöarvio 44 MWh/a oli hyvällä tarkkuudella todenmukainen 16). Tällöin vuotojen korjaustoimenpiteen vuosisäästöksi saatiin noin 82 MWh. Kuvassa 34 esitetään teoreettisen ja mittaustuloksiin perustuvan arvion vuosi- ja kumulatiivisista säästöistä vuosina Säästöarvio: joulukuu kesäkuu 2008 Korkeapaineilmajärjestelmään hankittiin uudet, energiatehokkuuden kannalta paremmat, kompressorit lokakuussa 2006 ja korkeapaineilmaverkostoa uusittiin merkittävästi vuodesta 2007 lähtien. Absoluuttinen paineilman vuosisähkönkulutus oli vähentynyt joulukuun 2004 mittausten jälkeen noin 37 MWh/a kesäkuuhun 2008 verrattuna. Edellä mainittujen säästötoimenpiteiden todellista vuosisäästöä ei kuitenkaan voitu arvioida, koska tehtaan tuotanto oli merkittävästi kasvanut ja sitä myöten paineilman kulutus muuttunut. Kulutuksen muutosta ei tarkkaan tunneta. Vuosi- ja kumulatiivinen säästöarvio mittaustulosten ja PATE analyysin perusteella Vuosien 2004 ja 2008 paineilman mittaustulosten perusteella säästöarviot voitiin todeta vain heinäkuussa 2004 tehtyjen paineenalennus- ja vuotojen korjaussäästötoimenpiteistä. Tämä ei tarkoita sitä, ettei verkoston uusiminen ja uusien kompressorien hankita ollut kannattava toimenpide. Säästötoimenpiteiden säästöt tulee todentaa kertamittauksilla juuri ennen toimenpiteen toteutusta ja välittömästi toteutuksen jälkeen. Myös tehtaan tuotanto- ja kulutusarvot tulisi pitää mahdollisimman vakioina, kuten aikaisemmin mainittiin. Kuvaan 34 on kerätty yhteenvedot Cembritin PIJ:ssä arvioidut vuosi- ja kumulatiiviset säästöt vuosina : 16 1 baarin verkostopaineen alennuksella voidaan olettaa saavutettavan noin 6 %:n sähköenergian säästö [10 s.114, 14 s.2]. 80

89 PATE analyysissä havaittujen kaikkien toimenpiteiden säästöpotentiaali. Säästötoimenpiteet on kuvassa oletettu suoritettavaksi analyysinraportin valmistumisen jälkeisen vuoden tammikuussa 2005 ja toimenpiteet on oletettu pysyviksi. PATE analyysissä havaittujen ja toteutettujen toimenpiteiden säästöpotentiaali. Toimenpiteiden pysyvyys on taulukon 22 mukainen ja säästöt oletetaan alkavaksi heinäkuussa Mittausten perusteella arvioidut toteutettujen toimenpiteiden säästöt. Toimenpiteiden pysyvyys on taulukon 22 mukainen ja säästöt oletetaan alkavaksi heinäkuussa Cembritin PIJ:ssä arvioidut vuosi- ja kumulatiiviset säästöt vuosina (paineenalennus + vuotojen korjaus sekä kaikki säästötoimenpiteet) Vuosisäästö (MWh/a) Kuva PATE:ssa arvioitu kaikkien toimenpiteiden säästöpotentiaali (vuosisäästö) PATE:ssa arvioitu toteutettujen toimenpiteiden säästöpotentiaali (vuosisäästö) Jälkeenpäin arvioitu toteutunut säästö (vuosisäästö) PATE:ssa arvioitu kaikkien toimenpiteiden säästöpotentiaali (kumulatiivinen säästö) PATE:ssa arvioitu toteutettujen toimenpiteiden säästöpotentiaali (kumulatiivinen säästö) Jälkeenpäin arvioitu toteutunut säästö (kumulatiivinen säästö) Paineenalennus- ja vuotojen korjaustoimenpiteiden sekä PATE analyysissä havaittujen kaikkien säästötoimenpiteiden arvioidut vuosi- ja kumulatiiviset säästöt vuosina Kumulatiivinen säästö (MWh) Jatkotoimenpide-ehdotukset tehtaalla Tehtaalle ehdotettiin seuraavia jatkotoimenpiteitä, joista osaa oltiin jo toteuttamassa: 1. Korkeapainekompressoreihin asennettava keskusohjaus. Kompressorien ajotavan kannalta tehokkaasti toimiva ohjaus käynnistäisi taajuusmuuttajakompressorin vasta silloin, kun pääkompressorin tuotto ei riittäisi tyydyttämään kulutusta. Oikein toi- 81

90 mivalla kompressoriaseman keskusohjausyksiköllä päästäisiin tarpeettomista GA132:n kevennysajoista ja taajuusmuuttajan käynnistyksistä eroon. Samalla vähenisi kompressoriaseman ominaissähkötehontarve. Atlas Copcon laskujen mukaan uusi keskusohjausyksikkö tulisi maksamaan tehtaalle riippuen keskusohjausyksiköstä ja kompressorien omien ohjauksien päivitystarpeesta. 2. Vuotojen säännöllinen kartoitus, korjaus ja raportointi lisättävä tehtaan huoltoohjelmaan. Vuotojen säännöllisen kartoituksen, korjauksen ja raportoinnin etuja ovat muun muassa korjaustoimenpiteiden lyhyt takaisinmaksuaika ja lisäkompressorikapasiteetin tarpeen viivästyttäminen tehtaan tuotannon kuitenkin kasvaessa. Kesäkuun 2008 mittauksissa paineilmavuotojen osuus arvioitiin olevan noin 40 % paineilman kokonaismäärästä. Kyseisten vuotojen vuosikustannus on noin (790 MWh/a * 40 % = 316 MWh/a, 60 /MWh) 3. Tehtaan paineilmavastaavan nimeäminen. Paineilmavastaava huolehtii vuotojen kartoituksesta ja korjauksesta sekä vastaa kompressorien toiminnasta ja huollosta. Paineilmavastaavalle tulee kouluttaa myös energiatehokkuusnäkökohtia. 4. Matalapaineverkoston kompressoreiden korvaaminen pienemmillä. Matalapaineverkossa olevat kompressorit ovat uusinnan tarpeessa (kompressorien käyntiaste oli noin 40 % jaksottaisesta ilmantarpeesta johtuen). Tämä todettiin jo PATE analyysissä. Optimoidun kompressoriaseman energiakustannukset ovat keskimäärin noin 60 % kokonaiskustannuksista viiden käyttövuoden aikana. Tehtaan MP kompressoriaseman energiakustannukset ovat todennäköisemmin tätäkin korkeammat. Viidessä vuodessa kompressorin investointikustannukset ovat vain 10 % kokonaiskustannuksista. 5. Paineilmavirtaus- ja kompressoriaseman sähköenergiamittareiden asentaminen, mittaustulosten säännöllinen seuranta ja tarpeellisten korjaustoimenpiteiden suorittaminen. Kompressoriaseman jatkuvatoimisilla mittauksilla voidaan selvittää tarkemmin paineilmajärjestelmän energiankulutusta. Mittaustulosten seurannalla voidaan myös todentaa paremmin paineilman energiatehokkuuden muuttuminen. Tavoitteena on, että tehdas itse pystyy seuraamaan ja todentamaan säästötoimenpiteiden säästöjä ja pysyvyyttä. Energiatehokkuuden todentamisessa, seurannassa ja korjaavien toimen- 82

91 piteiden teossa oleellisia ovat tarvittavat mittaukset, osaava henkilökunta, vastuujako ja mahdollisesti osastokohtaisesti jyvitetty kustannusseuranta. Tehtaan tuotannon ja paineilmakulutuksen välisen riippuvuuden määrittämisellä (ns. energiatehokkuusindeksillä) voidaan selvittää tarkemmin paineilman energiatehokkuuden muuttuminen. Tuotanto ja paineilmatiedot tarvitaan noin kuukausiarvoina Yhteenveto Cembritissä kesäkuussa 2004 tehdyssä PATE analyysissä havaittiin viisi säästötoimenpidettä, joille voitiin laskea säästöpotentiaali. Heinäkuussa 2004 toimenpiteistä toteutettiin KP verkostopaineenalennus ja vuotojen korjaus. PATE analyysissä näille kahdelle toimenpiteelle arvioitiin vuotuiseksi säästöksi yhteensä noin 190 MWh/a. Joulukuussa 2004 tehtyjen uusintamittausten mukaan paineilman vuosittainen sähköenergiakulutus oli laskenut noin 130 MWh/a. Kulutuksen lasku voitiin olettaa johtuvan kyseisistä toteutetuista säästötoimenpiteistä, koska uusintamittaus tehtiin samanlaisissa tehtaan sekä paineilman tuotanto- ja käyttöolosuhteissa kuin kesäkuun mittaukset. Yhden barin verkostopaineen alennuksella arvioitiin saavutettavan noin 44 MWh/a vuotuinen sähkönsäästö. Vuotojen korjauksen vuotuinen säästö oli vastaavasti 82 MWh/a. Säästötoimenpiteistä paineenalennus oletettiin pysyväksi. Vuotojen korjauksen pysyvyys oletettiin noin vuoden mittaiseksi. Sähkönhinnalla 60 /MWh säästöä saavutettiin vuosina noin 7800 /a ja sitä jälkeisinä vuosina noin 2600 /a. Kesäkuussa 2008 tehdyissä uusintamittauksissa paineilman vuotuinen sähköenergiantarve oli laskenut noin 40 MWh/a joulukuun 2004 mittausarvioista. Yhteensä vuotuinen sähköenergiantarve oli laskenut noin 160 MWh/a vuodesta 2004 vuoteen PATE raportissa mainittiin myös muita säästötoimenpiteitä, joille ei kuitenkaan laskettu säästöpotentiaalia. Näistä toimenpiteistä toteutettiin korkeapaineilmakompressorin vaihtaminen kahteen pienempään lokakuussa 2006 ja verkoston uusiminen tammikuusta 2007 alkaen. Näistä toimenpiteistä ei voitu todeta säästöjä, koska mittaukset oli suoritettu hyvin erilaisissa tehtaan sekä paineilman tuotannon ja käytön olosuhteissa. Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että toimenpiteet olisivat olleet kannattamattomia. Todellisen säästöarvion tekemistä vaikeuttivat muun muassa se, että tehtaalla ei tunnettu tuotannon muutoksesta aiheutuvaa paineilman kulutuksen muutosta. Korkea- ja matalapaineilmajärjestelmissä oli havaittu olevan vielä säästöpotentiaalia. Tehtaalle ehdotettiin seuraavia säästötoimenpiteitä: 1. Korkeapainekompressoreihin keskusohjaus. 83

92 2. Vuotojen säännöllinen kartoitus, korjaus ja raportointi lisättävä tehtaan huoltoohjelmaan. 3. Matalapaineverkoston kompressoreiden korvaaminen pienemmillä. 4. Paineilmavirtaus- ja kompressoriaseman sähköenergiamittareiden asentaminen. 5. Mittaustulosten säännöllinen seuranta ja tarpeellisten korjaustoimenpiteiden suorittaminen. 6.3 M-real Kirkniemi M-Real Kirkniemessä raportoituja paineilmajärjestelmämittauksia ja -selvityksiä oli tehty ainakin vuosina 1997, 2002, 2004, 2006 ja Sarlin Hydor Oy suoritti paineilmamittaukset vuosina 1997, 2002 ja Vuonna 2004 valmistunut PATE analyysi pohjautui osin Sarlinin syyneihin vuosilta 1997 ja 2002 sekä tehtaan omiin paineilman sähköenergia- ja tilavuusvirtamittauksiin. PATE analyysi tehtiin tehtaan oman paineilmakoulutuksen saaneen henkilökunnan voimin. Vuoden 2008 Atlas Copcon suorittamilla mittauksilla pyrittiin todentamaan tehtaan paineilmajärjestelmän nykykunto sekä PATE analyysissä havaittujen ja toteutettujen säästötoimenpiteiden sähköenergian säästövaikutus. PATE analyysissä havaittujen ja toteutettujen säästötoimenpiteiden lisäksi massaosaston imusuotimien korvaaminen mekaanisilla laitteilla oli merkittävin paineilmajärjestelmään liittyvä muutos vuosien aikana. Imusuotimien korvaaminen vähensi paineilman kulutusta noin % tehtailla yhteensä, mutta lisäsi vastaavasti muuta sähkönkulutusta. Muita merkittäviä PIJ:ään liittyviä muutoksia tehtaalla ei ollut raportoitu. Tehtaan energianhallintajärjestelmä (EHJ) keräsi talteen muun muassa paineilman ja tehtaan kokonaissähkönkulutuksen sekä paperikoneiden tuotanto- ja käyntitiedot kuukausitasolla. Tehtaan tuotannon, käyntiajan ja kokonaissähkönkulutuksen muutokset olivat kokonaisuuden kannalta pieniä vuosina Tehtaan tuotanto oli kasvanut keskimääräisesti 2,4 % ja kokonaissähkönkulutus noin 0,5 %. Tehtaan käyntiaika oli kasvanut noin 2,5 % vuodesta 2004 vuoteen Kuvassa 35 on esitetty tehtaiden tuotanto ja kokonaissähkönkulutus vuosina Tehtaan kokonaissähkönkulutus seurasi tarkasti tehtaan tuotannon muutoksia (myös tehdasseisokin aikana) ja peruskuorman osuus oli pieni. Paineilman sähkönkulutus oli vähentynyt noin 23,9 % vuosina A - ja H - tehtaiden paineilman sähkönkulutus oli MWh vuonna Vuoden 2007 paineilman sähkönkulutus oli A - ja H - tehtailla MWh. Vuoden 2008 paineilman sähkönkulutus arvioitiin olevan EHJ:n tietojen perusteella noin MWh. 84

93 Sähkönkulutus MWh/kk M-Real Kirkniemen tehtaiden kuukausittainen tuotanto ja kokonaissähkönkulutus vuosina Vuosi 2002 Vuosi 2003 Vuosi 2004 Vuosi 2005 Vuosi 2006 Vuosi 2007 Vuosi Tehtaan tuotanto t/kk TEHTAIDEN KOKONAISSÄHKÖNKULUTUS TUOTANTO YHTEENSÄ (PK1, PK2, PK3 t/kk) Kuva 35 Kirkniemen tehtaiden kuukausittainen tuotanto ja kokonaissähkönkulutus vuosina Paineilmajärjestelmä ja -käyttö vuosina 2004 ja 2008 Kappale jaetaan kolmeen pienempään otsikkoon, joiden tarkoituksena on selventää yrityksen paineilmajärjestelmän tilannetta ja eroavaisuuksia vuosina 2004 ja Paineilmatuotanto ja -jälkikäsittely Paineilmaverkosto ja -käyttö Paineilmajärjestelmän huoltotoimenpiteet M-Real Kirkniemen tilanteessa PIJ:ään liittyvät muutokset ovat hyvin tiedossa kattavan tehdasraportoinnin ansiosta. Taulukossa 23 esitetään karkea yhteenveto M-Real Kirkniemen paineilmajärjestelmässä tapahtuneista muutoksista vuosina Taulukko 23 Yhteenveto Kirkniemen tehtaiden PIJ:ssä tapahtuneista muutoksista vuosina Tunnetaanko muutoksen vaikutus PIJ:n energiakulutukseen? Yhteenveto M-Real Kirkniemen PIJ:ssä tapahtuneista Muutoksia muutoksista vuosina ei vähän paljon muuttunut täysin kyllä ei Osittain Paineilmatuotanto ja - x jälkikäsittely Paineilmaverkosto ja -käyttö x x Paineilmajärjestelmän huoltotoimenpiteet x

94 Paineilmatuotanto ja -jälkikäsittely Paineilmaa tuotettiin Kirkniemen A- ja H -tehtailla yhteensä seitsemällä paineilmakompressorilla kahdessa paineilma-asemassa. Kompressorit olivat öljyvapaita Atlas Copcon ruuvikompressoreita. Kompressorit oli hankittu vuosien aikana. Taulukoissa 24 ja 25 on esitetty A- ja H -tehtaiden kompressorien nimellistiedot. [37 s.3-4,7] Kompressorien ohjaus toteutettiin joko tehtaan omalla automaatiojärjestelmällä tai kompressorien keskusohjauksella riippuen kompressoriasemasta. A -tehtaan kompressoreita ohjattiin Alcont -automaatiojärjestelmällä. Ohjaus toteutettiin paineilmamittareiden avulla ja toimi normaaliolosuhteissa hyvin. H -tehtaan kompressorit ohjattiin Atlas Copcon ES-100 keskusohjauksella. ES-100 käynnisti ja pysäytti kompressorit järjestyksessä verkostopaineen mukaan. Keskusohjaus toimi hyvin kaikissa olosuhteissa. [37 s.6] Vuoden 2004 PIJ:n ongelmana oli korkea painetaso ja kompressorikapasiteetin riittämättömyys kulutukseen nähden. Paineilman kulutusta pystyttiin merkittävästi laskemaan toukokuussa 2005 ja helmikuussa 2006, joten lisäkompressoria ei tarvinnut hankkia. Paineilmakompressorit olivat muuten pysyneet samoina vuosien aikana. Taulukko 24 A-tehtaan paineilmakompressorit vuosina [37 s.4] Kompressorit 4 kpl Ruuvikompressori Valmistaja Atlas Copco Malli ZR5 Kompressorin nimellistuotto 60 m 3 /min / 8,6 bar (PK7) Painetaso tuotannossa 6,4 bar Nimellisteho / tuottoteho 500 kw / ka. n. 300 kw Ominaiskulutus 6,3 kw / m 3 / min (7,5 bar) Taulukko 25 H-tehtaan paineilmakompressorit vuosina [37 s.3] Kompressorit 3 kpl Ruuvikompressori Valmistaja Atlas Copco Malli ZR5 Kompressorin nimellistuotto 56.6 m 3 /min / 8,6 bar (PK3) Painetaso tuotannossa 7,2 bar (PK3) Nimellisteho / tuottoteho 500 kw / ka. 300 kw Ominaiskulutus 6,3 kw / m 3 / min (7,0 bar) Paineilman laatu oli pysynyt samana vuosien aikana. A - ja H - tehtaalla tuotettiin yhdenlaatuista adsorptiokuivattua instrumentti-ilmaa säätö- ja puhalluspaineilmaverkostoihin. Paineilma kuivattiin molemmissa tehtaissa MD50 -kuivaimilla noin -30 asteen kastepisteeseen. Paineilmasta poistettiin käytännössä kaikki yli 0,01 mikronin hiukkaset. Syntynyt lauhde poistettiin automaattisesti jatkokäsittelyyn. [37 s.8] 86

95 Liitteessä 17 on esitetty A - ja H -tehtaiden paineilmajärjestelmäkaaviot (kompressorit, paineilmasäiliöt ja jälkikäsittelylaitteet) vuonna 2004 ja liitteessä 18 on havainnollistettu tehtaiden vuoden 2008 paineilmajärjestelmäkaavio. Paineilmaverkosto ja -käyttö Tehtailla erotettiin työ- ja instrumentti-ilmaverkostot, vaikka paineilman laatu oli sama. Verkostot oli rakennettu rengasmaiseen muotoon, kuten Bacolla oli tehty (kuva 25). PATE analyysissä todettiin, että putkisto oli mitoitettu oikein, eikä siitä johtuvaa ylimääräistä painehäviötä ollut. [37 s.8] PATE analyysin energiasäästötoimenpiteenä tehtaiden paineilmaverkostot yhdistettiin toukokuussa Muita merkittäviä paineilmaverkostoon liittyviä muutoksia tehtaalle ei ollut raportoitu vuosien aikana. Kulutuskohteet oli arvioitu laite- ja suunnittelutietojen perusteella vuonna Kulutuskohteet tarkistettiin vuonna Hetkelliset kulutukset olivat voineet poiketa arvioidusta. Vuonna 2004 merkittävimmät A -tehtaan paineilmakulutuskohteet olivat: Instrumentointi 20 % Jäähdytykset 20 % Imusuotimet 30 % Paperikoneet (puhallukset, ohjaukset) 30 % Muut 1 %. [37 s.10 11] A-tehtaan imusuotimet korvattiin mekaanisilla laitteilla helmikuussa Paineilman absoluuttinen sähkönkulutus laski mittaustietojen perusteella noin %. Toimenpide vähensi paineilmaan käytettävää sähköenergiaa noin 4,3 4,5 GWh/a, mutta sen oletettiin vastaavasti kasvattavan saman verran muuta sähkönkulutusta. Tosin vaakalaudalla painoin enemmän kompressorikapasiteetin riitettävyys. Tarkkoja selvityksiä asiasta ei ollut tehty. Muut paineilman kulutuskohteet olivat pysyneet samoina vuodesta Vuonna 2004 H -tehtaan paineilman pääkulutuskohteet olivat: Instrumentointi 20 % Jäähdytykset 24 % Paperikone (puhallukset, ohjaukset) 55 % Muut 1 %. [37 s.11] 87

96 H -tehtaan paineilman kulutuskohteet olivat pysyneet samoina vuosien aikana. A- ja H- tehtaiden paineilmalla toimivien jäähdytysten tarpeellisuutta tarkasteltiin PA- TE analyysissä. Jäähdytykset voitaisiin toteuttaa matalapaineilmalla, mutta paineilman laadusta ei voitaisi tinkiä. [37 s.9] Paineilmajärjestelmän huoltotoimenpiteet Paineilmajärjestelmän huoltotoimenpiteet oli jaettu Atlas Copcolle ja tehtailla sisäisesti. Atlas Copcolla oli huolto- ja kunnossapitovastuu Kirkniemen paineilmakompressoreista ja jälkikäsittelylaitteista. Tehtaat itse hoitivat paineilmaverkoston ja paineilmaa kuluttavien laitteiden huollon ja kunnossapidon. Tehtaiden sisäisesti PIJ:stä vastasi osastojen käyttöhenkilökunta. Vuotokartoitus tehtiin normaalisti tehtaan seisokin aikana. [37 s.6] Paineilmakustannukset voitiin jyvittää konekohtaisesti, koska paperikoneet PK1, PK2, PK3 ja massatehtaan mittaukset suoritettiin osastokohtaisesti. A- ja H- tehtaiden paineilmajärjestelmästä saatiin ainakin seuraavat tiedot: Kompressorien kuukausittainen sähköenergiankulutus Paineet (instrumentti- ja työilma sekä kompressoriasema) Paineilman kastepiste Paineilmavirtaus Kompressoriaseman paineen asetusarvo Paineilmakompressorien huoltohälytys [37 s.9] PATE ANALYYSI VUONNA 2004: todetut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit Mittausten ja selvitysten tulokset PATE analyysin aikana (lokakuu toukokuu 2004) ei suoritettu ulkopuolisia mittauksia, vaan PIJ analyysiraportti oli tehty vuoden 2002 syynin sekä tehtaan omien mittausten avulla. Mittauksista ja selvityksistä saadut yhteenvedot on esitetty myöhemmin taulukossa 27 ja mittauskuvaajat ovat liitteissä Mittaustulokset käsitellään tarkemmin Sarlinin syyneissä. [37, 38, 39] M-Real Kirkniemessä löydetyt merkittävimmät säästötoimenpiteet ja -potentiaalit on esitetty taulukossa 26. Kirkniemessä raportoitiin olevan noin 12 %:n paineilman sähköenergian kokonaissäästöpotentiaali. Merkittävimmiksi säästötoimenpiteiksi lueteltiin A- ja H- tehtaiden painetason alentaminen, PK3:n aukirullaimen puhallusputkien reikäkoon pienentäminen, tehdasverkkojen välisen yhdyslinjan rakentaminen, taajuusmuuttajaohjauksen asentaminen nykyiseen kompressoriin sekä jäähdytyspuhallusten muuttaminen matalapaineeksi A- ja H- tehtaalla. Vuotojen määrää ei arvioitu PATE analyysissä. 88

97 Taulukko 26 TOIMENPITEEN KUVAUS M-real Kirkniemeen tehdyssä PATE analyysissä vuonna 2004 havaitut säästöpotentiaalit [37 s.12 15] SÄÄSTÖ YH- TEENSÄ TMA INVES- TOINTI energia SÄHKÖENERGIAN SÄÄSTÖ kustannukset energia muut SOVITUT JATKO- TOIMET no /a a MWh/a /a /a T, P, H, E A-tehtaan painetason alentaminen H-tehtaan painetason alentaminen Verkostojen yhdistäminen Kompressorien taajuusmuuttajaohjaus Puhallusputkien suutinreikien koko Jäähdytykset puhallusilmalla A- tehtaalla Jäähdytykset puhallusilmalla PK YHTEENSÄ HUOM: Sovitut jatkotoimet: T = toteutettu, P = päätetty toteuttaa, H = harkitaan toteutettavaksi, E = ei toteuteta, = PATE:ssa ei ole ilmoitettu. Sähkön hinta 35 /MWh PATE analyysissä havaittiin A- ja H- tehtailla tarpeettoman korkea painetaso. A- tehtaan verkoston keskipaine oli 6,4 bar ja H- tehtaan 7,2 bar. Molempien verkostojen keskipaineen uskottiin voitavan laskea tasolle 6,1 bar. A- tehtaan sähköenergian säästöiksi laskettiin noin 449 MWh/a ja vastaavasti H- tehtaan 883 MWh/a. Säästötoimenpiteet eivät aiheuttaneet investointeja tai merkittäviä työkustannuksia. [37 s.12 13] Tehtaiden verkostojen yhdistäminen todettiin mahdolliseksi, jos painetasot laskettaisiin samalle tasolle. Yhdistämisellä voitiin saavuttaa säästöä noin 260 MWh/a, koska säätävien kompressorien määrän oletettiin vähenevän. Säästötoimenpiteen investointi- tai työkustannuksia ei ilmoitettu. [37 s.14] Tehtaiden yhteen kompressoriin voitiin valmistajan mukaan asentaa taajuusmuuttajaohjaus, jolloin kompressorin energiakustannuksissa saavutettaisiin säästöä noin 400 MWh/a. Säästöä syntyisi kompressorin kevennysajon vähentymisellä. Taajuusmuuttajaohjaus saattaa aiheuttaa värinää kompressoriin, jolloin huoltokustannukset voivat toisaalta kasvaa. Säästö- 89

98 toimenpiteen investointikustannukseksi arvioitiin noin , joten takaisinmaksuaika olisi noin viisi vuotta. [37 s.14] PK3:n puhallusputkien reikäkokoa pienennettiin jo ennen PATE analyysiä 4 mm:stä 3 mm:iin, jolloin konerullan vaihdossa tapahtuva 90 sekunnin kulutuspiikki pieneni oleellisesti. PATE:ssa ei arvioitu tarkkoja säästöjä, mutta todettiin, että suutinreikien pienentämistä tulisi jatkaa. Tuotantoprosessi oli ollut muutosten jälkeen stabiilimpi. [37 s.13] A- ja H- tehtailla jäähdytykset tulisi toteuttaa paineilman sijaan matalapainepuhalluksella. Matalapaineen (noin 1 bar) tuottaminen todettiin olevan noin kolme kertaa halvempaa kuin noin 7 bar paineilman. Toimenpiteen säästölaskelmia ei PATE:ssa tehty. Johtopäätökset Paineilmajärjestelmän energiasäästötoimenpiteiden kokonaissäästöpotentiaaliksi arvioitiin noin /a. PATE analyysin konsultointi- ja työkustannuksia ei ilmoitettu. Investointikustannuksiksi arvioitiin vähintään Energiasäästötoimenpiteiden takaisinmaksuaika arvioitiin näin vuodeksi olettaen, että kaikki säästötoimenpiteet ja arvioitu säästö toteutuu suunnitellusti ANALYYSI VUONNA 2008: säästötoimenpiteiden toteutusaste ja saavutettu säästö Kappaleessa käsitellään seuraavat kohdat: Mittausten ja selvitysten tulokset vuonna 2008 Yhteenveto vuosien 2004 ja 2008 mittauksista Säästötoimenpiteiden toteutusaste ja arvioitu säästö Säästötoimenpiteiden saavutetut (todelliset) säästöt Jatkotoimenpide-ehdotukset tehtaalla Mittausten ja selvitysten tulokset vuonna 2008 Elokuussa 2008 ( ) mitattiin verkostopaine sekä yksivaihevirrat jokaisesta kompressorista A- ja H- tehtailla. Kompressorien virrantarpeista laskettiin kompressorien vaatima teho kaavan 2 avulla. Kompressorien tilavuusvirtaus määritettiin valmistajan antamien tietojen sekä virrantarpeen mukaan. Lisää tietoja mittausmenetelmistä on esitetty kappaleessa 4.2 ja mittaustuloksista liitteissä Kuvissa esitetyt kuvaajat ovat perjantailta , jolloin vallitsi ns. normaali paineilmakulutus. 90

99 A- ja H- tehtailta mitattiin paineet kahdeksasta eri kohdasta. Kaksi mittauspistettä (pisteet 7 ja 8 kuvassa 36) sijaitsivat H- tehtaan verkostossa ja loput pisteet A- tehtaan verkostossa (pisteet 1-6). Mittauspisteiden tarkemmat paikat esitetään kappaleessa 4.2. A- ja H tehtaiden verkostojen keskipaine oli noin 6,1 bar. Mittaustulosten mukaan A- tehtaan verkostopaine vaihteli 5,7 6,6 barin ja H-tehtaan 5,7 6,3 barin välissä. A- tehtaalla esiintyi enemmän paineenvaihtelua kuin H- tehtaalla johtuen muun muassa kompressorien ohjaustapojen erilaisuudesta ja paineilmakulutuksen vaihteluista (ks. kuva 36). Verkostojen välinen yhdysputki ei ollut mittausjakson aikana kokoajan auki. Paine (bar) 6,4 6,35 6,3 6,25 6,2 6,15 6,1 6,05 6 5,95 5,9 5,85 5,8 Kirkniemen A- ja H- tehtaiden verkostopainemittausten yhteenveto perjantaina (paineen15 min keskiarvo) 3:00 6:00 9:00 12:00 pe :00 18:00 21:00 1. painemittauspiste 2. painemittauspiste 3. paineimittauspiste 4. painemittauspiste 5. painemittauspiste 6. painemittauspiste 7. painemittauspiste 8. painemittauspiste Kuva 36 Kirkniemen A- ja H- tehtaiden verkostopaineiden 15 min keskiarvo Kuvassa 37 on esitetty kaikkien kompressorien (7 kpl) yhteenlaskettu pätötehontarve perjantaina Kuvaajasta saatu keskimääräinen pätötehontarve 1500 kw vastasi melko hyvin tehtaan omasta mittausjärjestelmästä saatua tietoa (ks. liite 26). 91

100 1 600 Kirkniemen A- ja H- tehtaiden kompressorien pätötehontarve yhteensä perjantaina Pätötehon 15 min keskiarvo :00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 Pätöteho (kw) pe Kuva 37 Kirkniemen A- ja H- tehtaiden kompressorien pätötehontarve yhteensä A- ja H- tehtaiden kompressorien yhteenlaskettu paineilmatuotto on esitetty kuvassa 38. Ns. normaalissa paineilmakulutuksessa keskimääräinen A- tehtaan kompressorien paineilmatuotto oli noin 125 m 3 /min ja H- tehtaan noin 112 m 3 /min. Kaikkien kompressorien yhteinen tuotto oli noin 237 m 3 /min elokuun 2008 mittauksissa Kirkniemen A- ja H- tehtaiden kompressorien paineimatuotto yhteensä perjantaina Virtaaman 15 min keskiarvo Paineilmavirtaama (m3/min) :00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 pe Kuva 38 Kirkniemen A- ja H- tehtaiden kompressorien paineilmantuotto

101 Yhteenveto vuosien 2004 ja 2008 mittauksista Taulukossa 27 on esitetty vuosien 2004 ja 2008 analyyseistä saadut mittaustiedot. Vuoden 2004 paineilmavirtaus arvioitiin tehtaan sähkötehomittausten, tehtaan käyntiaikatietojen ja vuosien 2002 ja 2008 paineilmavirtausten perusteella. Vuodelta 2004 ei ollut ilmoitettu paineilman tuottoa, eikä vuoden 2002 paineilmavirtaus ei vastaa vuotta Kokonaan tehtaan omista järjestelmistä saatuja tietoja: tehtaiden tuotanto (t/a) tehtaiden kokonaissähkönkulutus (GWh/a) kompressorien sähkönkulutus (MWh/a) Ulkopuolisten ja tehtaan omien mittausten perusteella arvioitu: kompressorien keskisähköteho (kw) ominaissähköteho [kw/(m 3 /min)] paineilmavirtaus tuotantoaikana (m 3 /min) kompressorien kuormitusaste (%) Kokonaan Sarlinin ja Atlas Copcon mittaustuloksia: verkostopaine (bar) Taulukko 27 M-real Kirkniemen A- ja H- tehtaiden PIJ mittaukset vuosina M-real Kirkniemen A- ja H- Vuosi 2004 Vuosi 2008 N R O tehtaiden PIJ vuosina 2004 [ ] A- H- A- H-tehdas 2008 tehdas tehdas tehdas 1 PIJ mittausten ajankohdat Tehtaiden tuotanto t/a t/a vuonna 2004 ja t/a vuonna 2008 tehtailla yhteensä a) 3 Tehtaiden kokonaissähkönkulutus GWh/a 973 GWh/a vuonna 2004 ja GWh/a vuonna 2008 tehtailla yhteensä a) 4 kompressoriaseman käynti h/a 8600 b) 8600 b) 8600 b) 8660 b) 5 kompressorien keskisähköteho kw Kompressorien sähkönkulutus MWh/a a) 7300 a) 7 paineilmavirtaus tuotantoaikana m 3 /min 220 c) 112 c) kompressorien ominaissähköteho kw/ (m 3 /min) 5,6 c) 7,5 c) 6,0 7,5 9 kompressorien lukumäärä kpl verkostopaine bar 6,4 7,2 6,1 6,1 11 kompressorien kuormitusaste % 86 % d) 73 % d) 96 % 73 % a) Tehtaiden yhteiset arvot. Erillisiä lukuja ei näytetä tehtaan pyynnöstä. 93

102 b) Arvioitu Sarlinin paineilma-analyysissä vuonna 2002, ei oleteta muuttuneen. c) Arvioitu vuoden 2002 ja 2008 mittausten (teho, virtaus, kuormitusaste), tehtaan käyntiajan, sähkötehomittausten perusteella. 1. A- ja H- tehtaiden kompressoriaseman imuilma otettiin ulkoilmasta, joten imuilman lämpötilassa voi olla kymmenien asteiden erot kesän ja talven välillä. Paineilman sähköenergian kulutuksessa ei kuitenkaan näkynyt merkittävää muutosta kesän ja talven välillä (ks. liite 26). 2. Tehtaiden yhteinen tuotanto arvioitiin kasvavan noin 5,9 % vuodesta 2004 vuoteen A- tehtaan tuotanto oli hieman laskenut, mutta H- tehtaalla kasvua oli ollut noin 13,3 %. Tehtaiden tuotannon kasvuun ei liittynyt uusia koneita, vaan pelkästään tehtaan käyntiajan kasvu (ks. liite 28). 3. Tehtaiden yhteenlaskettu kokonaissähkönkulutus arvioitiin kasvavan noin 4 % vuodesta 2004 vuoteen 2008 nähden. Tehtaiden sähkönkulutus seurasi hyvin paperin tuotannon muutoksia, joten kokonaissähkönkulutuksen kasvu selittynee tuotannon ja käyntiajan kasvulla (ks. kuva 35). 4. Kompressoriasemien käyntiajat oli arvioitu Sarlinin syyneissä vuonna 2002 [38 ja 39 s.4]. Käyntiajan ei oletettu muuttuneen. Tehtaiden käyntiajat on esitetty liitteessä Kompressorien keskisähkötehot saatiin sekä tehtaan keräämistä energiatiedoista, että ulkopuolisten konsulttien (Sarlin, Atlas Copco) tekemistä mittauksista. Vuosikeskiarvoina tarkimmat tiedot saatiin tehtaan energiahallintajärjestelmästä. Tehtaan omien mittausten mukaan A- ja H- tehtaiden kompressorien yhteinen keskisähköteho oli noin 2070 kw vuonna 2004 (ks. liite 26). Vastaavasti vuonna 2008 keskisähköteho oli 1590 kw, eli noin 23,2 % vähemmän kuin vuonna Paineilmavähennys johtui suurimmaksi osaksi A -tehtaan imusuotimien muutostoimenpiteistä. 6. Tehtaiden yhteinen paineilmakulutus vuonna 2008 oli noin MWh (23,2 %) pienempi kuin vuonna Kompressorien vuosittainen sähköenergiatarve väheni A- tehtaalla samassa suhteessa kuin keskimääräinen sähkötehontarve vuosina H -tehtaan paineilmakulutus pysyi vuosien aikana melko samoissa lukemissa. Kompressoriaseman käyntiajat olivat molempina vuosina samat. 94

103 A- ja H- tehtaiden paineilmaverkostojen yhdistämisen jälkeen toukokuussa 2005 tehtaiden PIJ:n erillinen analysointi voi antaa harhaan johtavan kuvan: A -tehtaan paineilmaa voitiin käyttää myös H- tehtaalla ja toisin päin, tällöin esimerkiksi paineen alennuksen säästövaikutus ei välttämättä näy tehdaskohtaisissa paineilmamittauksissa. 7. Vuoden 2004 paineilmatuotanto oli arvioitu vuosien 2002 ja 2008 mittausten (teho, virtaus, kuormitusaste), tehtaan käyntiajan ja sähkötehomittausten perusteella. Paineilmatuotannon muutokset tehtailla noudattelivat melko hyvin sähkötehon ja -energian muutoksia. Paineilmatuotanto riippuu myös kompressorien kuormitusasteesta. Paineilman keskituotanto oli vähentynyt tehtailla yhteensä noin 95 m 3 /min eli 28,6 %. 8. Ominaissähkötehontarpeiden eroavaisuudet tehtaiden välillä johtuivat mm. keventävien kompressorien määrästä. Ainakin vuoden 2008 mittauksissa A- tehtaan kompressorit kävivät täydellä teholla tai olivat pysähdyksissä. Kevennyskäyntiä oli vähän. H- tehtaan kolmesta kompressorista kaksi ajoi täydellä kuormalla ja yksi kevensi, joten ominaissähköteho oli heikompi. Vuosien välinen ominaissähkötehotarpeen ero tehtailla oli vähäinen. Tehtaiden kompressorit olivat isokokoisia, joten vähäinenkin kevennysajo kasvatti ominaissähkötehontarvetta. Yhden tai kahden tasaavan pienempitehoisen kompressorien käyttö voisi parantaa paineilmatuoton energiatehokkuutta. 9. Kompressorit ja -asemat olivat pysyneet vuosien aikana samoina. Jälkikäsittelylaitteista verkostojen yhdysputkeen laitettiin uusi suodatin (ks. liitteet 17 ja 18). 10. Verkostojen keskipaine tehtailla laskettiin PATE analyysissä ehdotettuun 6,1 bariin. Paineen alennuksesta johtuvista mahdollisista tuotantohäiriöistä ei ollut raportoitu. 11. A- ja H- tehtailla ei mitattu kompressorien kuormitusastetta vuonna 2004, vaan se arvioitiin samalla tavalla kuin paineilmatuotanto. Kuormitusaste tehtailla yleisesti oli melko hyvällä tasolla. Säästötoimenpiteiden toteutusaste ja teoreettinen säästö Taulukossa 26 esitetyistä seitsemästä PATE analyysissä havaitusta säästötoimenpiteestä toteutettiin neljä: A- ja H- tehtaiden painetason alentaminen, puhallusputkien suutinreikien koon pienentäminen sekä tehdasverkostojen yhdistäminen. Kolmen muun toimenpiteen (taulukossa 26 kohdat 5, 6 ja 7) investointikustannukset arveltiin nousevan saatavia säästöjä suuremmiksi. Lisäksi epäiltiin taajuusmuuttajaohjauksen toimivuutta käytännössä. 95

104 PATE analyysin mukaan toteutettujen toimenpiteiden sähköenergian säästöpotentiaali oli noin 1590 MWh/a, josta paineenalennusten osuus oli 1330 MWh/a, eli noin 84 % koko säästöpotentiaalista. A- ja H- tehtaiden paineenalennuksen säästöpotentiaali oli laskettu melko optimistisesti. Säästölaskuissa 1 barin paineenlaskulla oli arvioitu saavutettavan noin 14 %:n sähköenergiansäästö, mikä oli puolet suurempi kuin paineilmakirjallisuudesta perusteella voitiin arvioida [10 s.114, 14 s.2]. Paineenalennusten säästöarviossa oli käytetty vuoden 2002 Sarlin syynin mittausarvoja [37 s.13]. Taulukossa 28 on esitetty säästötoimenpiteiden toteutukset, PATE:ssa arvioidut säästöt, suoritusajat, arvioidut pysyvyydet, kumulatiiviset säästöt ja mahdolliset syyt, miksi toimenpidettä ei tehty. Suutinreikien koon pienentämistoimenpiteen tarkkaa säästöarviota ei ollut laskettu, eikä sitä voitu jälkeenpäin selvittää. Taulukko 28 M-real Kirkniemen PATE analyyseissa havaittujen säästötoimenpiteiden toteutusaste ja PATE:ssa arvioitu kumulatiivinen säästö n o TOIMENPI- TEEN KUVAUS A-tehtaan painetason alentaminen H-tehtaan painetason alentaminen Verkostojen yhdistäminen Puhallusputkien suutinreikien koko Kompressorien taajuusmuuttajaohjaus Jäähdytykset puhallusilmalla A- tehtaalla Jäähdytykset puhallusilmalla PK3 PATE analyysissä arvioitu säästöpotentiaali yhteensä ( /a ja MWh/a) /a 449 MWh/a /a 883 MWh/a /a 260 MWh/a Säästötoimenpide (tehty/ei tehty /osittain tehty) tehty tehty tehty (kk / vuosi) toukokuu 2005 toukokuu 2005 toukokuu 2005 Säästötoimenpide suoritettu Säästötoimenpiteen arvioitu pysyvyys pysyvä pysyvä pysyvä Kumulatiivien säästö vuosina ( ja MWh) MWh MWh MWh Syyt miksi säästötoimenpidettä ei tehty ei tietoa tehty ei tietoa pysyvä /a 400 MWh/a HUOMIOT: Sähkön hinta 35 /MWh ei tehty ei tehty ei tehty PATE SÄÄSTÖT YHTEENSÄ MWh Korkea investointikustannus Korkea investointikustannus Korkea investointikustannus 96

105 Säästötoimenpiteiden todelliset säästöt Säästötoimenpiteiden säästöjä voitiin arvioida parhaiten tehtaiden omien paineilmakompressorien sähkötehomittareiden perusteella. Säästöarvioita voitiin lisäksi tarkentaa tehtaan käyntiaika- ja tuotantotiedoilla ja muilla paineilmajärjestelmään liittyvillä merkittävimmillä toimenpiteillä. Tällä tavallakin säästöjen arviointi oli melko karkeaa, mutta suuntaa-antavaa. Toukokuussa 2005 toteutettujen säästötoimenpiteiden (ks. taulukko 28) säästövaikutus pitäisi näkyä parhaiten kompressorien kuukausittaisessa keskisähkötehokuvaajassa (ks. kuva 39) heinä-joulukuu 2005 välisenä aikana. Säästövaikutus saatiin esille vertaamalla aikaisempien vuosien samaa aikaa ottamalla lisäksi huomioon tehtaiden ja kompressoriasemien käyntiajat M-Real Kirkniemen kaikkien kompressorien kuukausittaiset keskitehot (kw) vuosina Aika, jolloin säästövaikutus pitäisi parhaiten näkyä A- JA H- TEHTAAT YHTEENSÄ A-TEHDAS H-TEHDAS 4. Paineilmakäyttöiset imusuodattimet korvattu mekaanisilla laitteilla helmikuussa Paineilmakulutus väheni n. 25 %. kw Tehtaiden yhteinen seisokki Säästötoimenpiteet: tehdasverkkojen paineenalennus ja yhdistäminen toukokuussa Vuosi 2002 Vuosi 2003 Vuosi 2004 Vuosi 2005 Vuosi 2006 Vuosi 2007 Vuosi 2008 Kuva 39 Kirkniemen tehtaiden paineilmakompressorien kuukausittaiset keskitehot vuosina Taulukossa 29 on esitetty arvioidut A- ja H- tehtaiden yhteenlasketut kompressorien keskisähkötehot ja tehtaan tuotanto. Taulukon tiedot on laskettu heinä-joulukuun mittaustietojen perusteella, koska kyseisestä aikajaksosta pitäisi säästövaikutus näkyä parhaiten (vertaa kuva 39). 97

106 Taulukko 29 Kirkniemen tehtaiden kompressorien vuosittaiset keskisähkötehot, tehtaiden käyntiajat sekä tuotanto arvioituina heinä-joulukuun tehtaan mittausten perusteella. vuosi Kompressorien 6 kk keskiteho (kw) Tehtaiden todellinen tuotanto (t / 6kk) Tehtaiden keskituotanto (t / 1kk) Taulukossa 30 on esitetty vuosien ja A- ja H- tehtaiden paineilmakompressorien absoluuttiset sähköteho- ja -energiaerot taulukon 29 mukaisesti. Kompressorien sähköenergian kulutus oli laskettu vuosittaisen kompressorikäyntiajan mukaisesti (8600 h/a). Taulukossa 30 ei vielä huomioitu tehtaan käyntiajan ja tuotannon muutoksia. Taulukko 30 Vertailuvuosien paineilmakompressorien sähköteho- ja energiankulutuksen erot Vertailuvuodet Ero keskisähkötehossa (kw) Ero sähköenergiassa (MWh/a) Tehtaiden paperintuotannon ja kompressorien keskisähkötehon välinen suhde voitiin kuvata liitteiden 29 ja 30 kuvaajien esittämällä tavalla. Liitteessä 30 on esitetty nk. energiatehokkuussuora (ET -suora) 17) eli kompressorien keskisähköteho tuotannon funktiona vuosien touko-joulukuun tehdasmittausten perusteella. Liitteen kuvaajissa on esitetty mittauspisteistä lasketut sovitesuorien yhtälöt (kaavat 5, 6 ja 7) vuosilta 2003, 2004 ja Liitteen 30 kuvaajien x-akselin tuotantoluvut ovat kuukausiarvoja ja y-akselin kompressorien sähkötehot kuukausikeskiarvoja. Vertailuvuosien (ks. taulukko 30) tuotannon erilaisuus voidaan huomioida sähkötehoissa käyttämällä liitteessä 30 esitettyjä ET -suoran yhtälöitä 5, 6 ja 7. P,0129 X 1373,7 (5) k, 2003 = 0 k, P,0157 X 1221,8 (6) k, 2004 = 0 k, P,0151 X 1210,1, (7) k, 2005 = 0 k, Energiatehokkuussuora on käsitelty tarkemmin kappaleessa

107 joissa P k on kompressorien keskisähköteho ja X k tehtaan kuukausituotannon keskiarvo vuosina Taulukossa 31 on esitetty vuoden 2005 kompressorien sähkötehot laskennallisesti ja mitattuna. Laskennallinen kuvaa tilannetta, jossa taulukon 28 säästötoimenpiteitä ei ole toteutettu. Tällöin voidaan arvioida tilannetta ennen säästötoimenpidettä ja säästötoimenpiteiden jälkeen ottamalla huomioon myös tehtaan tuotannon muutokset. Taulukon 31 mukaan kompressorien keskisähköteho on pienentynyt säästötoimenpiteiden ansiosta keskimäärin noin 40 kw. Vuosittaisena sähköenergiana 40 kw on noin 340 MWh (8600 h/a). Vertailuna vuoden 2005 ET- suoran yhtälö (kaava 7). Taulukko 31 Vuoden 2005 Kirkniemen tehtaiden kompressorien sähkötehot laskennallisesti ja mitattuna. Laskennallinen tilanne kuvaa tilaa, jos säästötoimenpiteitä ei tehty. Mitattu sähköteho vastaa todellista tilannetta. Vuoden 2005 kompressorien sähkötehot laskennallisesti ja mitattuna. Tehtaiden tuotanto X = t/kk vuoden 2003 kaavan mukaan (kaava 5) vuoden 2004 kaavan mukaan (kaava 6) vuoden 2005 kaavan mukaan (kaava 7) Laskennallinen sähköteho P (kw) (kaavat 5, 6 ja 7) Vuonna 2005 mitattu sähköteho (kw) ERO SÄHKÖTEHONA (kw) ERO SÄHKÖENERGIANA (MWh/a) (kompressorien käyntiaika 8600 h/a) Toimenpidekohtaista säästöä voitiin arvioida esimerkiksi PATE analyysiraportissa ilmoitettujen toimenpiteiden ja mitattujen säästöjen perusteella. Taulukossa 32 on esitetty PATE arvioihin ja mittaustuloksiin perustuvat säästöt. Mittaustuloksiin perustuvat toimenpidekohtaiset säästöt oli laskettu kaavalla 8. E E =, (8) toimenpide, PATE toimenpide, mittaust. E yhteensä, mittaust. E yhteensä, PATE jossa E toimenpide, mittaust. on mittaustulosten perusteella arvioitu toteutunut toimenpidekohtainen säästö, E toimenpide, PATE PATE:ssa arvioitu toimenpidekohtainen säästöpotentiaali, 99

108 E yhteensä, PATE E yhteensä, mittaus. PATE:ssa arvioitu säästötoimenpiteiden yhteinen säästöpotentiaali ja tehdasmittausten perusteella toteutunut kokonaissäästö. Taulukko 32 M-real Kirkniemen tehtaiden PIJ:stä arvioidut ja toteutuneet toimenpidekohtaiset säästöt Mittaustulosten perusteella arvioitu säästö PATE:ssa arvioitu Toimenpide säästö [MWh/a] [MWh/a] A-tehtaan painetason alentaminen H-tehtaan painetason alentaminen Verkostojen yhdistäminen Puhallusputkien suutinreikien koko ei tietoa ei tietoa YHTEENSÄ Vuosi- ja kumulatiivinen säästöarvio mittaustulosten ja PATE analyysin perusteella Kuvaan 40 on kerätty yhteenvedot M-real Kirkniemen PIJ:ssä arvioidut vuosi- ja kumulatiiviset säästöt vuosina : PATE analyysissä havaittujen kaikkien toimenpiteiden säästöpotentiaali. Säästötoimenpiteet on kuvassa oletettu suoritettavaksi analyysinraportin valmistumisen jälkeisen vuoden tammikuussa 2005 ja toimenpiteet on oletettu pysyviksi. PATE analyysissä havaittujen ja toteutettujen toimenpiteiden säästöpotentiaali. Toimenpiteiden pysyvyys on taulukon 28 mukainen ja säästöt oletetaan alkavaksi toukokuussa Mittausten perusteella arvioidut toteutettujen toimenpiteiden säästöt. Toimenpiteiden pysyvyys on taulukon 28 mukainen ja säästöt oletetaan alkavaksi toukokuussa

109 Vuosisäästö (MWh/a) M-Real Kirkniemen tehtaiden PIJ:n arvioidut ja mitatut vuosi- ja kumulatiiviset säästöt vuosina (PATE:ssa havaitut kaikki sekä toteutetut säästötoimenpiteet) PATEssa arvioitu kaikkien toimenpiteiden säästöpotentiaali (vuosisäästö) PATE:ssa arvioitu toteutettujen toimenpiteiden säästöpotentiaali (vuosisäästö) Jälkeenpäin mittauksilla arvioitu toteutunut säästö (vuosisäästö) PATEssa arvioitu kaikkien toimenpiteiden säästöpotentiaali (kumulatiivinen säästö) PATE:ssa arvioitu toteutettujen toimenpiteiden säästöpotentiaali (kumulatiivinen säästö) Jälkeenpäin mittauksilla arvioitu toteutunut säästö (kumulatiivinen säästö) Kumulatiivinen säästö (MWh) Kuva 40 M-real Kirkniemen tehtailla PATE analyysissä havaittujen toteutettujen sekä kaikkien säästötoimenpiteiden arvioidut vuosi- ja kumulatiiviset säästöt vuosina Jatkotoimenpide-ehdotukset tehtaalla 1. Paineilmaverkosto- ja laitevuotojen säännöllinen kartoitus, korjaus ja raportointi. Paineilmaverkoston- ja laitevuotojen säännöllisessä kartoituksessa kerätään tiedot vuotavasta kohdasta tai laitteesta, vuodon oletettavasta suuruudesta sekä päätetään mitä, milloin tehdään ja kuka tekee. Vuotojen korjauksen jälkeen merkitään ylös päivämäärä, korjauksen suorittaja sekä mitä tehtiin tai miksi ei tehty. Korjaustoimenpiteistä raportoidaan esimiehelle, joka tarkastaa ja tallentaa tiedot. Säästötoimenpiteen edut: Vuoden 2005 kesäkuussa paineilmakulutus oli noin 60 % normaalista kulutuksesta, vaikka tehtailla ei ollut tuotantoa. Vuotojen osuus voi olla siis suuri. Saavutetaan säästöjä lyhyellä takaisinmaksuajalla Säästötoimenpide ei vaaranna prosessia, paremminkin tasapainottaa sitä. Dokumentoinnilla varmistetaan tehdyt toimenpiteet ja pidemmällä aikavälillä havaitaan usein vuotavat laitteet (esimerkiksi kynsiliittimet), joille voidaan miettiä toimivammat ratkaisut. Uutta rakentaessa kokemuksesta voidaan ottaa oppia. 2. A- tehtaan kompressorien ohjauksen tarkistaminen. A -tehtaan painevaihtelut olivat verkossa suuremmat kuin H -tehtaalla. Paineenvaihtelut rasittavat verkostoa, kompressoreita, 101

110 jälkikäsittelylaitteita ja paineilmaa käyttäviä laitteita sekä voivat vaarantaa pääprosessin toimivuutta. 3. Yhdyslinjan suodatuksen tarpeellisuuden tarkastaminen. Suodatus lisää painehäviöitä sekä vähentää yhdysputkella saavutettavaa energian säästöä. 4. Tehtaiden kaikkia käyttöhyödykkeitä koskevan energiatehokkuusindeksin tekeminen ja ylläpitäminen. Nykyisiä mittauksia on paljon, joten indeksi voidaan tehdä kohtuullisella vaivalla. Indeksillä saavutetaan tarkkuutta energiatehokkuuden seurantaan Yhteenveto PATE analyysissä havaituista seitsemästä säästötoimenpiteestä toteutettiin neljä, joiden yhteiseksi säästöpotentiaaliksi arvioitiin noin 1600 MWh/a sähköenergiaa. Säästötoimenpiteet suoritettiin toukokuussa 2005 ja todettiin toistaiseksi pysyviksi. Vuoden 2008 analyysissä arvioitiin toteutuneiden toimenpiteiden todelliseksi säästöksi noin 340 MWh/a. Säästöt arvioitiin tehtaiden omien mittausten perusteella vertaamalla aikaa ennen säästötoimenpiteitä ja säästötoimenpiteiden jälkeen. Säästöarvioissa pyrittiin ottamaan myös tehtaan tuotannon muutokset huomioon nk. energiatehokkuussuoraan perustuen. PATE:ssa arvioidun ja jälkeenpäin mitatun säästötoteutuman erojen syitä ei tarkkaan tiedetä. Mahdollisia syitä voivat olla: Yhdysputki ei ollut kokoajan auki, jolloin säätävien kompressorien lukumäärä ei ollut vähentynyt toivotun verran. Suodatin vähensi verkostojen välisellä yhdysputkella saavutettavaa energiasäästöä. Optimistinen tehtaiden paineenalennuksen säästöarvio. Muut tehdasmittauksissa tapahtuneet häiriöt ja laskelmien epätarkkuus Kaikki edellä mainitut syyt yhteensä Kirkniemen tehtaiden paineilmajärjestelmä oli yleisesti ottaen hyvällä tasolla. Tehtaille ehdotettavia jatkotoimia olivat paineilmaverkosto- ja laitevuotojen säännöllinen kartoitus, korjaus ja raportointi, A- tehtaan kompressorien ohjauksen tarkistaminen, yhdyslinjan suodatuksen tarpeellisuuden tarkastaminen ja tehtaiden kaikkia käyttöhyödykkeitä koskevan energiatehokkuusindeksin tekeminen ja ylläpitäminen. 102

111 7 Kyselyihin vastanneiden PATE-analyysien säästöpotentiaalin toteutumisen arviointi PATE 2 -projektin aikana kahteenkymmeneen kolmeen PATE kohteiseen lähetettyyn kyselyyn vastasi 11 yritystä. Kyselyihin vastanneiden yritysten raportoitu säästöpotentiaali oli hieman reilut puolet kaikkien kyselyssä mukana olleiden PATE analyysien säästöpotentiaalista. Merkittävimmät säästötoimenpiteet olivat vastaavanlaiset kuin muissakin PATE analyyseissä. 7.1 PATE analyysissä havaitut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit Kyselyihin vastanneiden yritysten PATE analyysissä raportoidut säästötoimenpiteet ja - potentiaalit on esitetty taulukossa 33. Taulukon ja toimenpiteiden toteutustietojen perusteella kyselyihin vastanneiden yritysten PIJ:ssä havaittu keskimääräinen säästöpotentiaali oli noin 9,3 GWh/a vuosina , jos oletetaan kaikki toimenpiteet toteutetuiksi ja pysyviksi. Säästötoimenpiteitä havaittiin yhteensä noin 50 kappaletta. Lukumäärältään ja säästöpotentiaaliltaan merkittävimmät toimenpiteet liittyivät verkostopaineen alennukseen, korkeapainepuhallusten vähentämiseen tai muuttamiseen matalapaineeksi sekä vuotojen korjaukseen. 103

112 Taulukko 33 Kyselyihin vastanneiden yritysten PATE analyyseissä raportoidut säästötoimenpiteet, lukumäärät ja potentiaalit. Tehtaiden yhteinen paineilmakulutus oli noin MWh/a. KYSELYIHIN VASTAN- PATE:ssa havaitut säästötoimet ja -potentiaalit N NEIDEN (11 yrityksen) R SÄHKÖÄ SÄÄSTÄVÄT Säästöpotentiaali O TOIMENPITEET. lkm MWh/a /a 1 Verkoston painetason alentaminen Paineilmavuotojen korjaus Kompressorien imuilman lämpötilan alentaminen Uusi kompressori >>> ison korvaava pienempi kompressori -> käyntiasteen parantaminen >>> uusi taajuusmuuttaja tai vanhan muuttaminen taajuusmuuttajaksi Puhallusten suuttimien, ajastuksen ja MP:ksi muuttaminen tai 5 poistaminen 6 Kompressorien ohjauksen muutos >>> Keskusohjauksen asennus >>> Muut Muut säästötoimenpiteet YHTEENSÄ Kuvassa 41 on esitetty kyselyyn vastanneiden yritysten PATE:ssa arvioidut vuosi- ja kumulatiiviset säästöt vuosina Kuvaan on myös merkitty toimenpiteiden lukumäärät vuosittain. PATE analyysissä havaitut säästötoimenpiteet on kuvassa oletettu suoritettavaksi analyysinraportin valmistumisen jälkeisen vuoden tammikuussa ja toimenpiteet on oletettu pysyviksi. Vuosien kumulatiivinen säästöpotentiaali olisi tällöin noin 46,7 GWh, mikä on 41 /MWh:lla noin 1,9 M. 104

113 Kyselyyn vastanneiden yritysten PATE:ssa arvioidut PIJ:n vuosi- ja kumulatiiviset säästöt vuosina Sähköenergian vuosisäästö (MWh/a) toimenp. 20 toimenp. 36 toimenp. 50 toimenp. 50 toimenp Kumulatiivinen säästö (MWh) Vuosisäästöpotentiaali (MWh/a) Kumulatiivinen säästöpotentiaali Kuva 41 Kyselyyn vastanneiden 11 yrityksen PATE raportissa arvioidut vuosija kumulatiivisen säästöt vuosina Kuvassa 42 esitetään kyselyihin vastanneiden yritysten PATE raporteissa havaitut merkittävimmät säästötoimenpiteet. Korkeapainepuhalluksiin liittyvät muutokset on yhdistetty yhdeksi toimenpiteeksi. Kyselyihin vastanneiden PATE:issa havaitut merkittävimmät säästötoimenpiteet 6 % 4 % Verkoston painetason alentaminen Paineilmavuotojen korjaus 33 % Kompressorien imuilman lämpötilan alentaminen Uusi kompressori 35 % Puhallusten suuttimien, ajastuksen ja MP:ksi muuttaminen tai poistaminen Kompressorien ohjauksen muutos 10 % 1 % 11 % Muut toimenpiteet Kuva 42 Kyselyyn vastanneiden 11 yrityksen PATE analyysissä havaitut merkittävimmät säästötoimenpiteet 105

114 7.2 Säästötoimenpiteiden toteutusaste ja saavutettu säästö Kyselyjen vastausten perusteella muodostettiin käsitys toteutetuista säästötoimenpiteistä ja säästöistä muiden kuin pilot -yritysten osalta. Kappaleessa 4.2 on selitetty tarkemmin kyselyn sisältö ja toteutuneiden säästöjen laskentaperusteet. Taulukossa 34 on esitetty kyselyihin vastanneiden yritysten PATE analyysissä havaittujen toteutettujen säästötoimenpiteiden lukumäärät ja arvioidut säästöt. Toimenpiteiden säästöt on arvioitu PATE analyysin ja tehdaskyselyjen perusteella. Tehdaskyselyjen tuloksia pidetään PATE analyysiä tarkempana saavutettuja säästöjä arvioitaessa. Säästötoimenpiteet ovat samat kuin taulukossa 33. Taulukko 34 Kyselyihin vastanneiden yritysten PATE analyyseissä havaitut toteutetut säästötoimenpiteet, lukumäärät ja arvioidut säästöt. Tehtaiden yhteinen paineilmakulutus oli noin MWh/a. KYSELYIHIN VAS- Toteutettujen toimenpiteiden PATE:ssa arvioioidut toteutumat (tehdasar- Kyselyillä jälkeenpäin arvi- Tehtyjen / N TANNEIDEN (11 osittain tehtyjen / ei R yrityksen) SÄHKÖÄ dut säästöpotentiaalit viot) O SÄÄSTÄVÄT TOI- Säästöpotentiaali Säästö tehtyjen lkm MENPITEET. lkm MWh/a /a lkm MWh/a /a 1 Verkoston painetason alentaminen 4/2/ Paineilmavuotojen korjaus 5/3/ Kompressorien imuilman lämpötilan alentaminen 2/0/ Uusi kompressori 2/0/ >>> ison korvaava pienempi kompressori -> käyntiasteen parantaminen >>> uusi taajuusmuuttaja tai vanhan muuttaminen taajuusmuuttajaksi Puhallusten suuttimien, 5 ajastuksen ja MP:ksi muuttaminen tai poistaminen 6 Kompressorien ohjauksen muutos >>> Keskusohjauksen asennus 1/0/ /0/ /2/ /0/ /0/ >>> Muut 1/0/ Muut säästötoimenpiteet 3/0/ YHTEENSÄ 23/7/

115 Noin puolella tehtaista ei ollut käytettävissä omia paineilmamittauksia, joten osa säästöarvioista oli tehty PATE analyysiin pohjautuen. Kuitenkaan tehtaiden tekemät säästöarviot eivät aina täysin vastanneet PATE analyysissä arvioidun kanssa, koska: 1. Säästötoimenpiteet eivät olleet toteutuneet siinä laajuudessa missä PATE analyysissä sen oli voitu olettaa toteutuvan. Esimerkiksi eräästä merkittävästä puhallussuuttimiin liittyvästä säästötoimenpiteestä toteutettiin vain noin 10 %. Tällöin toimenpide on merkitty taulukkoon 34 osittain suoritetuksi. 2. Tehtaalla oli, esimerkiksi paineilmajärjestelmään liittyvien mittausten johdosta, erilainen arvio syntyneestä säästöstä. Kuvassa 43 on esitetty kyselyn tulosten perusteella merkittävimmät toteutetut säästötoimenpiteet. Verkoston painetason alentamisella ja vuotojen korjauksella saavutettiin suurimmat säästöt. Kyseisiä toimenpiteitä myös tehtiin tehtailla selvästi muita useammin, koska niiden suorittaminen vaati yleensä pienet investointikustannukset, ne olivat yksinkertaisia tehdä ja oikein tehtynä eivät vaarantaneet prosessia. Esimerkiksi uuden kompressorin hankintaan ei ollut yleensä lähdetty, ellei kompressorin vaihto ollut ajankohtainen tai saavutettavat säästöt oli koettu varmoiksi ja kannattaviksi. Suurimmat syyt, miksi säästötoimenpiteitä ei suoritettu: 1. Epäily säästötoimenpiteen aiheuttamista tuotantokatkoksista. 2. Epäily todellisten säästöjen jäämisestä pienemmäksi sekä investointikustannusten suuruus. 3. Säästötoimenpide oli vielä harkinnassa. 4. Ei haluttu investoida vanhaan järjestelmään. 107

116 Kyselyihin vastanneiden toteutettujen toimenpiteiden jälkeenpäin arvioidut merkittävimmät säästökohteet 10 % 3 % Verkoston painetason alentaminen Paineilmavuotojen korjaus 11 % Kompressorien imuilman lämpötilan alentaminen 47 % Uusi kompressori 6 % 1 % Puhallusten suuttimien, ajastuksen ja MP:ksi muuttaminen tai poistaminen Kompressorien ohjauksen muutos 22 % Muut toimenpiteet Kuva 43 Kyselyjen tulosten perusteella merkittävimmät toteutetut säästötoimenpiteet Kuvassa 44 on esitetty kyselyihin vastanneiden yritysten PATE analyysissä arvioitujen kaikkien ja toteutettujen toimenpiteiden säästöpotentiaalit sekä jälkeenpäin arvioidut (kyselyssä ilmoitetut) saavutetut säästöt. Toteutettujen toimenpiteiden PATE analyysissä arvioitu säästöpotentiaali ja jälkeenpäin arvioitu säästö on laskettu taulukon 34 ja toimenpiteiden toteutusaikojen perusteella. Toimenpiteiden säästöissä on otettu huomioon myös tehtaiden arvioima pysyvyys, joten säästövaikutus voi olla muutamasta kuukaudesta toistaiseksi pysyvään. Kuvassa 44 näkyvä lasku vuosisäästöissä johtuu edellä mainitusta syystä sekä siitä, että toimenpiteitä ei ollut raportoitu tehdyiksi vuoden 2007 jälkeen. 108

117 Sähköenergian vuosisäästö (MWh/a) Kuva Kyselyyn vastanneiden 11 yrityksen PIJ:ssä arvioidut ja mitatut vuosi- ja kumulatiiviset sähköenergian säästöt vuosina (PATE analyysissä havaitut kaikki sekä toteutetut säästötoimenpiteet) PATEssa arvioitu kaikkien toimenpiteiden säästöpotentiaali (vuosisäästö) PATE:ssa arvioitu toteutettujen toimenpiteiden säästöpotentiaali (vuosisäästö) Jälkeenpäin arvioitu toteutunut säästö (vuosisäästö) PATEssa arvioitu kaikkien toimenpiteiden säästöpotentiaali (kumulatiivinen säästö) PATE:ssa arvioitu toteutettujen toimenpiteiden säästöpotentiaali (kumulatiivinen säästö) Jälkeenpäin arvioitu toteutunut säästö (kumulatiivinen säästö) Kyselyihin vastanneiden 11 yrityksen PATE analyyseissä arvioitujen kaikkien ja toteutettujen toimenpiteiden säästöpotentiaalit sekä jälkeenpäin arvioidut (kyselyssä ilmoitetut) saavutetut säästöt. 0 Kumulatiivinen säästö (MWh) Kyselyihin vastanneiden yritysten (11 kpl) toteutettujen toimenpiteiden itse arvioima kumulatiivinen säästö vuosina oli noin 19 GWh eli 0,8 M. Vuosisäästön määrittäminen oli haasteellisempaa johtuen toimenpiteiden erilaisista pysyvyysarvioista (erilaiset pysyvyydet vastaavat todellista tilannetta). Pysyväksi arvioitujen säästötoimenpiteiden vuosisäästö oli noin 3 GWh/a eli puolet arvioidusta 6 GWh/a kokonaisvuosisäästöstä. Vuosien keskimääräinen vuosisäästö oli noin 3,8 GWh/a eli 0,16 M /a. 109

118 8 Yhteenveto ja johtopäätökset Yhteenveto PATE 2 -projektissa selvitettiin teollisuudessa vuosina tehtyjen PATE paineilmaenergia-analyyseissä havaittujen sekä tässä projektissa tehdyiksi todettujen toimenpiteiden säästöpotentiaali ja saavutettu säästö. Projektissa oli käytettävissä 25 kappaletta Motivaan toimitettuja PATE analyysiraportteja. Kahdessa PATE analyysin tehdyssä projektin pilot -yrityksessä suoritettiin paineilmajärjestelmämittaukset, joiden perusteella arvioitiin saavutettu säästö. Lopuille 23 yritykselle lähetettiin kyselyt, joihin vastasi 11 yritystä. Kyselyiden perustella arvioitiin saavutettu säästö. Taulukkoihin 35, 36a, 36 ja 36c on kerätty yhteenvetoa tuloksista. Säästöjä on arvioitu eri tavoilla: Säästöpotentiaalit on arvioitu PATE analyysin suorittaneen konsultin toimesta. Saavutetut säästöt on arvioitu pilot -yrityksissä suoritettavien mittauksien ja muissa yrityksissä kyselyjen perusteella. Kyselyissä tehtaiden henkilökunta on itse arvioinut tehdyillä toimenpiteillä saavutetut säästöt. Projektissa on huomioitu vain sähköä säästävät toimenpiteet. Lämpöenergiaa ja vettä säästävien osuus oli vain 4 % kokonaissäästöstä. Taulukossa 35 on esitetty kaikkien Motivaan vuosien aikana toimitettujen PATE analyysiraporteissa yhteensä havaittujen toimenpide-ehdotusten lukumäärät, säästöpotentiaalit sekä paineilman kokonaissähkönkulutukset. Taulukko 35 Raportoidut PATE analyysit (25 kpl) Vuonna toteutettujen PATE - paineilmaenergia-analyysien (25 kpl) paineilman yhteinen vuotuinen sähkönkulutus, raportoitu säästöpotentiaali ja toimenpide-ehdotusten lukumäärä (T, P, H, E - toimenpiteet) Säästöpotentiaali (%) koko- Säästötoi- PATE Paineilman ko- Raportoitu vuomenpideehdotusten analyysien konaissähkön- kulutus yhteensä aali yhteensä makulutukses- sisäästöpotenti- naispaineil- määrä määrä ta kpl kpl GWh/a GWh/a % ,6 21,

119 Taulukoissa 36a, 36b ja 36c on esitetty PATE 2 -projektin pilot - ja kyselyihin vastanneiden yritysten (13 kpl) paineilmajärjestelmässä (PIJ) havaittu tehostamispotentiaali ja potentiaalin toteutuminen. Paineilman kokonaissähkönkulutus on otettu PATE analyysistä ja on perustunut kunkin yrityksen PATE analyysin suoritusvuonna arvioituun tai mitattuun kulutukseen. Taulukko 36a Vuonna toteutettujen PATE - paineilmaenergiaanalyysien (pilot- ja kyselyihin vastanneet yritykset, 13 kpl) paineilman yhteinen vuotuinen sähkönkulutus, raportoitu säästöpotentiaali ja toimenpide-ehdotusten lukumäärä (T, P, H, E toimenpiteet). PATE Säästötoimenpi- Paineilman ko- Raportoitu vuosisäästöpotentiaali Säästöpotentiaali (%) koko- analyysien määrä de- ehdotus- ten määrä konaissähkön- kulutus yhteensä yhteensä naispaineil- makulutukses- ta kpl kpl GWh/a GWh/a % PATE pilot -yritykset ,5 2,4 12 Kyselyihin vastanneet ,9 12,5 31 Yhteensä ,4 14,9 24 Taulukko 36b Vuonna toteutettujen PATE - paineilmaenergiaanalyysien (pilot- ja kyselyihin vastanneet yritykset, 13 kpl) paineilman yhteinen vuotuinen sähkönkulutus sekä analyysiraporttien toimenpide-ehdotuksista PATE 2 -projektissa tehdyiksi todettujen toimenpide-ehdotusten lukumäärä ja raportoitu säästöpotentiaali. Tehtyjen Raportoiduista tehdyiksi todettujen aali (%) koko- Säästöpotenti- Paineilman PATE säästö- kokonaissähkönkulutus analyysien toimenpi- teiden vuosisäästöpotentimakulutukses- toimenpiteiden naispaineil- määrä yhteensä määrä aali yhteensä ta kpl kpl GWh/a GWh/a % PATE pilot -yritykset ,5 1,9 10 Kyselyihin vastanneet ,9 8,6 20 Yhteensä ,4 10,

120 Taulukko 36c Vuonna toteutettujen PATE - paineilmaenergiaanalyysien (pilot- ja kyselyihin vastanneet yritykset, 13 kpl) paineilman yhteinen vuotuinen sähkönkulutus sekä analyysiraporttien toimenpide-ehdotuksista PATE 2 -projektissa tehdyiksi todettujen toimenpide-ehdotusten yhteinen, mittausten ja kyselytulosten perusteella todettu saavutettu säästö. Mittausten ja kyselyjen perusteella Tehtyjen Paineilman Säästö (%) PATE säästötoi- kokonaissähkönkulutuneilmakulu- kokonaispai- analyysien määrä vuosisäästö yhteen- todettu saavutettu menpitei- den määrä yhteensä tuksesta sä kpl kpl GWh/a GWh/a % PATE pilot -yritykset ,5 0,6 3 Kyselyihin vastanneet (+7 osittain tehtyä) 42,9 6,1 14 Yhteensä (+7) 62,4 6,7 11 Lisäksi projektin kolmannessa pilot -yrityksessä Bacossa saavutettiin noin 80 MWh/a pysyviksi arvioidut vuosittaiset säästöt. Bacossa ei tehty PATE analyysiä, vaan Kaeserin oma paineilmaenergia-analyysi. Verkostopaineen alennus oli toteutetuista toimenpiteistä ylivoimaisesti merkittävin saavutetun säästön kannalta. Muita merkittäviä tehtyjä toimenpiteitä olivat vuotojen korjaus ja korkeapainepuhalluksiin ja jäähdytyksiin liittyvät muutokset. Prosessin vaarantuminen ja investointien suuruus olivat suurimmat syyt, miksi joitakin säästötoimenpiteitä ei tehty. Saavutetut säästöt jäivät pilot - ja kyselyihin vastanneissa yrityksissä heikommiksi, mitä havaittu potentiaali antoi olettaa. Yksi merkittävä syy, miksi PATE:ssa raportoitu säästöpotentiaali ei toteutunut, oli toimenpiteen osittainen toteutus. PATE analyysissä lasketussa säästöpotentiaalissa oletettiin toimenpide 100 %:sti toteutettavaksi. Muita syitä olivat säästön toteamisen vaikeus (kertamittaukset, vuosien mittausvälit, tehtaan tuotannon ja PIJ:n muutokset) ja optimistinen säästöarvio. Kuvassa 45 on havainnollistettu toimenpiteille arvioidun pysyvyyden vaikutusta säästöihin sekä säästöjen osuuden muutosta kokonaispaineilman sähkönkulutukseen nähden viiden vuoden aikana. Määräaikaisiksi arvioitujen toimenpiteiden säästövaikutus päättyi aikanaan. Yrityksen henkilökunta arvioi toimenpiteen pysyvyydeksi 0,5 - yli 10 vuotta, josta 8 vuotta tai yli edusti pysyvää toimenpidettä. Pysyvyysarviot olivat hyvin karkeita puuttuvan raportoinnin takia. Toimenpiteet olivat tilanne- ja yrityskohtaisia, joten yleiset pysyvyysarvi- 112

121 ot olisivat olleet vieläkin epätarkempia. Pysyvien toimenpiteiden säästöt arvioitiin olevan kaiken kaikkiaan noin puolet (3,5 MWh/a) kaikista toimenpiteistä Toimenpiteiden säästövaikutus (MWh/a) ja osuus kokonaispaineilman sähkönkulutuksesta (%) 5 vuoden aikana 12 % % Vuosisäästö (MWh/a) % 6 % 4 % Säästöprosentti (%) % Vuodet Toimenpiteiden säästöjen pysyvyys Säästö %:na kokonaispaineilman sähkönkulutuksesta 0 % Kuva 45 Pilot - ja kyselyihin vastanneiden yritysten (13 kpl) tehtyjen toimenpiteiden säästövaikutus ja osuus kokonaispaineilman sähkönkulutuksesta 5 vuoden aikana. Säästövaikutus laskee määräaikaiseksi arvioidusta toimenpiteen pysyvyydestä johtuen. Toimenpiteet oletetaan kuvassa tehdyiksi samaan aikaan. Pilot -yritysten, Bacon, Cembritin ja M-real Kirkniemen, paineilmajärjestelmän energiatehokkuudessa oli paineilmaenergia-analyysien välissä tapahtunut merkittävää kehitystä. Jokaisessa pilot -yrityksessä oli tehty säästötoimenpiteitä ja saavutettu säästöjä yrityksestä riippuen MWh/a. Paineilma-analyysi oli ollut yrityksille hyödyllinen. PATE 2 - projektissa pilot -yritysten PIJ:ssä havaittiin kuitenkin vielä tehostamispotentiaali varsinaisesti erikseen etsimättäkin, joten paineilmajärjestelmien energiatehokkuuden edistäminen on jatkuvaa työtä Johtopäätökset Vaikka PATE raporteissa arvioidut säästötoimenpiteet ja -potentiaalit eivät kaikissa kohteissa toteutuneet, saavutettu säästö oli merkittävä. Pilot- ja kyselyihin vastanneissa yrityksissä (13 kpl) paineilmajärjestelmässä saavutetut kumulatiiviset säästöt arvioidut pysyvyydet huomioiden olivat noin vuosien aikana (41 /MWh). Yritysten (13 kpl) kumulatiivinen sähköenergian säästö 20,6 GWh vuosina vähensi CO 2 -päästöjä 113

122 noin tonnia (kerroin 700 kg CO2 /MWh sähköenergia ). Voidaan lisäksi olettaa, että kyselyihin vastaamatta jättäneissä yrityksissäkin oli saavutettu säästöä. PATE analyysien (25 kpl) konsultointityökustannukset ovat olleet noin k, josta edellä mainittujen 13 yrityksen osuus oli noin 45 k. Työ- ja elinkeinoministeriö on tukenut yritystä konsultointikustannuksissa noin puolella kokonaissummasta. 13 yrityksen PATE analyysiraporttien mukaan tehtyjen korjaustoimenpiteiden investointikustannukset olivat noin 120 k, mutta käytettyjä todellisia investointikustannuksia ei tunneta. Konsultointityö- ja investointikustannukset olivat yhteensä noin 165 k 13 yrityksessä, joten paineilmajärjestelmiin liittyvien säästötoimenpiteiden investointien takaisinmaksuaika on ollut keskimäärin noin vuosi. PATE 2 -projektin tuloksia voidaan soveltaa karkeasti koko paineilmaa käyttävään teollisuuteen. Teollisuudessa kulutetaan sähköenergiaa paineilmaan vuosittain noin 1,4 TWh. PATE analyysiraporttien perusteella taloudellinen tehostamispotentiaali on noin 20 prosenttia eli 280 GWh/a. PATE 2 -projektin perusteella tehdyiksi todettujen toimenpiteiden säästö oli kuitenkin noin 10 prosenttia (taulukko 36c), eli 140 GWh/a koko paineilmaa käyttävässä teollisuudessa. Koko teollisuuden taloudellinen säästöpotentiaali on todellisuudessa jotain 7 ja 14 M :n väliltä, kuten taulukossa 37 on esitetty. Taulukko 37 Koko teollisuuden paineilmajärjestelmien taloudellinen säästöpotentiaali eri säästöprosentilla laskettuna. Paineilman sähkön Säästöprosentti [ ] kulutus 1,4 TWh 10 % 20 % Energian säästö GWh/a Rahallinen säästö M /a 7 14 Huomiot: Sähkön hinta 50 /MWh Projektin johtopäätöksinä lisäksi on havaittu: Paineilmajärjestelmiin liittyvien katselmusten ja korjaustoimenpiteiden teko on erittäin kannattavaa, vaikka PATE analyyseissä havaittu tehostamispotentiaali ei ollut täysin toteutunut. Korjaustoimenpiteiden takaisinmaksuaika oli keskimäärin noin vuosi. Taloudellisesti merkittävimmät ja toteutuskelpoisimmat PIJ:n säästötoimenpiteet olivat paineenalennus, paineilmavuotojen korjaus ja paineilmapuhalluksiin liittyvät toimet, kuten matalapaineen käyttö, suuttimien muotoilu optimaalisemmiksi ja puhallusten korvaaminen muilla järjestelmillä. 114

123 Toimenpiteen pysyvyysarvio tulee ottaa huomioon säästöjä laskettaessa. Toimenpiteen määräaikaisesta pysyvyydestä johtuen paineilmajärjestelmien jatkuva seuranta ja tarpeellisten korjaustoimenpiteiden teko on välttämätöntä tehokkaan energiakäytön kannalta. Tehtyjen toimenpiteiden säästövaikutuksia kertamittauksilla (1 ja 2) on erittäin vaikea todentaa, ellei mittaustuloksiin vaikuttavia muuttujia, muuttujien välisiä korrelaatioita ja kaikkien muuttujien tilaa tilanteissa 1 ja 2 tunneta. Tehtailla on paljon kehitettävää PIJ:n energiatehokkuuden seurannassa ja todentamisessa. Yksinkertainen ja suhteellisen luotettava energiatehokkuuden seuranta voidaan toteuttaa paineilman jatkuvatoimisilla määrämittareilla. Vertailun suorittamiseen tarvitaan lisäksi PIJ:n energiakulutukseen vaikuttavat oleelliset prosessimuuttujat, kuten tehtaan tuotanto. Prosessimuuttujien ja paineilmakulutuksen perusteella piirretään nk. energiatehokkuussuora. Joissakin teollisuuslaitoksissa ja julkisen sektorin kohteissa on sovellettu energiatehokkuusindeksiä [31 s.50]. Indeksin käytön kokemuksista tulisi kerätä tietoa, kuten indeksin luotettavuus käytännössä, työmäärä suhteessa tuloksiin ja indeksimallin kehittyminen. Saatuja tietoja perusteella indeksiä voisi soveltaa laajamittaisesti muualle teollisuuteen. Toistuvasti analyyseissä havaittujen säästötoimenpiteiden keskimääräisistä pysyvyyksistä ja saavutetuista säästöistä ei ole yhteistä tietoa saatavilla. Toimenpidekohtainen yhteinen tieto ( standardointi ) helpottaisi säästöarvioiden tekoa ja olisi ymmärrettävämpi myös asiakkaalle. Standardiarvo tulisi kuitenkin tarkistaa tapauskohtaisesti. Toimenpidetiedot voisi sisällyttää esimerkiksi PATE analyysiraportin liitteeksi. Esimerkiksi 1 barin paineenalennussäästötoimenpiteelle laskettiin konsultista riippuen 6-12 prosentin säästöpotentiaali, vaikka kyseessä olisi ollut muuten samanlainen toimenpide. 115

124 9 Lähdeluettelo [1] Hietaniemi, J & Lappalainen, I. PATE - Paineilmaa tehokkaasti, ryhtiä paineilman käyttöön. Motiva Oy Painos 3000 kpl. [2] Baco Oy:n esite. [Sähköinen, viitattu ]. Saatavilla: [3] Cembrit Oy:n esite. [Sähköinen, viitattu ]. Saatavilla: &id=22&itemid=45&lang= [4] Metsäliitto-konserni. M-real Kirkniemen esite. [Sähköinen, viitattu ]. Saatavilla: [5] Mangsin voima c/o M-real Oyj. M-real Kirkniemen tehdasalueen kuva. [Sähköinen, viitattu ]. Saatavilla: [6] Talbott, E.M. Compressed Air Systems, A Guidebook on Energy and Cost Savings. Atlanta, USA ISBN [7] Saarinen, E. Paineilmalaitoksen käyttö ja käytön valvonta. Sarlin Hydor Oy:n raportti. [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta]. [8] Airila, M. & Hallikainen, K & Kääpä, J & Laurila, T. Kompressorikirja. Vantaa. Sarlin Hydor Oy ISBN [9] The U.S. Department of Energy s Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) & Compressed Air Challenge. Improving Compressed Air System Performance, a sourcebook for Industry. [Sähköinen, viitattu ]. Saatavissa: k.pdf 116

125 [10] Lindeberg, P & Robertson, R. Compressed Air Manual, 6. painos. Tukholma. Atlas Copco Compressor AB ISBN [11] Kaeser Kompressorit Oy. Kaeser paineilmaseminaari: Paineilman tuottaminen. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta] [12] Kaeser Kompressorit Oy. Kaeser paineilmaseminaari: Paineilman jakelu. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta] [13] Kaeser Kompressorit Oy. Kaeser paineilmaseminaari: Paineilman jälkikäsittely. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta] [14] Kaeser Kompressorit Oy. Kaeser paineilmaseminaari: Säätö- ja ohjaustavat. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta]. [15] Kaeser Kompressorit Oy. Kaeser paineilmaseminaari: Paineilma-aseman taloudellisuus. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta] [16] Kaeser Kompressorit Oy. Kaeser paineilmaseminaari: Lämmön talteenottojärjestelmät. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta] [17] Kuusela, T. Internetsivu. [Sähköinen, viitattu ]. Saatavilla: [18] Kaeser Kompressorit Oy. Kaeser paineilmaseminaari: Paineilmatekniikan perusteet. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta] [19] Sarlin Hydor Oy. Paineilmaenergia-analyysi Syynin esite. Vantaa [Painettu] [20] Kaeser Kompressorit Oy. Analyysit ja neuvonta -esite. Vantaa [Painettu] [21] Rydberg, L. Paineilma ja työkalut. Oy Atlas Copco Kompressorit Ab:n ja Oy Atlas Copco Tools Ab:n asiakaslehti 2 / [Sähköinen, viitattu ]. Saatavilla: 117

126 _tcm pdf [22] US Department of Energy (DOE) & Energy Center of Wisconsin (ECW) & Iowa Energy Center [sekä useita muita julkaisijoita]. Compressed Air Challenge - projektin Internetsivut. [Sähköinen, viitattu ]. Saatavilla: [23] Bundesamt für Energie BFE (Sveitsin liittovaltion energiatoimisto). Servicepaket Druckluftoptimierung für kleine und mittlere Anlagen -esite (Palvelupaketti: paineilmaoptimointia pienille ja keskisuurille yrityksille). [Sähköinen, viitattu ]. Saatavilla: Audit_de.pdf [24] Hietaniemi, J & Huuhka, P & Kiuru, T & Punttila, A & Suomalainen, L. PATEanalyysi - Paineilman energia-analyysimalli. Helsinki. Kauppa- ja teollisuusministeriö & Motiva Oy [Sähköinen, viitattu ]. Saatavissa: b90095c966c51/Paineilman+energiaanalyysi_raportti_p%C3%83%C2%A4ivitys _uusi.pdf [25] The European Commission & The Dutch Ministry of Economics & The South African Department of Minerals and Energy and Technology Services International. How to save energy and money in compressed air systems. Kapkaupunki, Etelä- Afrikka. [Sähköinen, viitattu ]. Saatavilla: [26] The Australian Greenhouse Office, In the Department of the Environment and Heritage. Energy audit tool: Compressed Air. Canberra ISBN [Sähköinen, viitattu ]. Saatavilla: -vol11.pdf [27] Sarlin Hydor Oy. Paineilmajärjestelmän ohjaus ja valvonta -kalvosarja. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta] 118

127 [28] US Department of Energy (DOE). Compressed Air Systems Fact Sheet #7 (Compressed Air Challenge -projekti). [Sähköinen, viitattu ]. Saatavilla: [29] Kaeser Kompressorit Oy. Kaeser paineilmaseminaari: Paineilma-aseman suunnittelu. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta] [30] Innanen, J & Väisänen, T & Westrén-Doll, J. Teollisuuden energiatehokkuusindeksi, Graafinen teollisuus. Motiva Oy Teollisuus julkaisuja. [31] mm. Fabritius, P & Kosunen, P & Lonka, P. PK -yritysten energiaopas Helsinki. Kauppa- ja teollisuusministeriö (KTM) & Teollisuuden ja Työnantajain Keskusliitto (TT) ISBN [32] Ahtila, P & Kuusinen, K & Roiha, H & Siitonen, E. Energy efficiency indicating tool for a steel plant - a case study. Tutkimusraportti A10. Otaniemi. Teknillinen korkeakoulu ISBN [33] Kaeser kompressorit Oy. Paineilmatekniikka. Paineilmatekniikan perusteet lyhyesti, ytimekkäästi ja helppotajuisesti. [Sähköinen, viitattu ]. Saatavissa: [34] Lattunen, M. Baco Oy:n Petikon tehtaan energia-analyysi. ConRes Oy. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta]. [35] Kiuru, T & Suomalainen, L. Oy Minerit Ab:n PATE paineilmaenergia-analyysi. Kupari Solutions Oy. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta]. [36] Kiuru, T. Oy Minerit Ab:n paineilmakompressorien mittaus -raportti. Kupari Solutions Oy. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta]. 119

128 [37] Rintamäki, J. M-real Kirkniemen tehtaiden PATE paineilmaenergia-analyysi. M- Real Oyj. Lohja [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta]. [38] Knaapinen, T & Saarinen, V. M-real Kirkniemen A - tehtaan paineilmajärjestelmäanalyysi syyni. Sarlin Hydor Oy. Lohja [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta]. [39] Knaapinen, T & Saarinen, V. M-real Kirkniemen H - tehtaan paineilmajärjestelmäanalyysi syyni. Sarlin Hydor Oy. Lohja [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta]. [40] Nyman, S. M-real Kirkniemen A - ja H - tehtaiden paineilmajärjestelmäanalyysi syyni. Sarlin Hydor Oy. Vantaa [Ei saatavilla julkisesti, kyselyt tämän diplomityön allekirjoittajalta]. 120

129 10 Liitteet 121

130

131 LIITE 1. PATE yrityksille lähetetty MALLI -kysely Kyselyn sivu 1/4 I

132 LIITE 1, PATE yrityksille lähetetty MALLI -kysely Kyselyn sivu 2/4 II

133 LIITE 1, PATE yrityksille lähetetty MALLI -kysely Kyselyn sivu 3/4 III

134 LIITE 1, PATE yrityksille lähetetty MALLI -kysely Kyselyn sivu 4/4 IV

135 LIITE 2 Bacon paineilmajärjestelmän virtaama ja verkostopaine [Lähde: Kaeser] 25 Virtaama ja verkostopaine torstaina ,2 7,0 6,8 V 23:00:00 Virtaama (m3/min) Verkostopaine (bar) BACO OY 6,6 6,4 6,2 6,0 5,8 0:00:00 1:00:00 2:00:00 3:00:00 4:00:00 5:00:00 6:00:00 7:00:00 8:00:00 9:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00 17:00:00 18:00:00 19:00:00 20:00:00 21:00:00 22:00:00 Virtaama (m3/min) paine (bar)

136 LIITE 3 Bacon paineilmajärjestelmän paineilmavirtaus ja paineet lauantaina [Lähde: Keaser] VI