MWh-RoadMap. Sustainable Bioenergy Solutions for Tomorrow (BEST) -hanke. Timo Melkas, Metsäteho Oy Jouni Tornberg, Measurepolis Development Oy

Transkriptio

1 MWh-RoadMap Sustainable Bioenergy Solutions for Tomorrow (BEST) -hanke Timo Melkas, Metsäteho Oy Jouni Tornberg, Measurepolis Development Oy

2 Tavoite MWh roadmapin tavoitteena on kuvata ja luoda menettelyt energiaraaka-aineen lämpöarvon ja energiasisällön määrittämiselle hankintalogistiikkaketjun eri vaiheissa tienvarresta energialaitokselle. Tämänhetkiset pienpuun (karsittu ja karsimaton ranka), hakkuutähteen ja kantojen hankintaketjut ja niiden osuudet metsähakkeen tuotannossa. Hankintaketjun eri vaiheissa tapahtuvat mittaukset ja mittaustarpeet. Potentiaaliset mittausmenetelmät hankintaketjun eri vaiheissa tapahtuviin mittauksiin (mm. kosteuden mittauksen ja soft sensor menetelmien kehittäminen). Raaka-aineen laadun kehittyminen hankintaketjun eri vaiheessa MWh laskenta hankintaketjun eri vaiheista ja lämpöarvon reaaliaikainen seuranta 2

3 Energianpuun mittausmenetelmät nyt ja tulevaisuudessa Mittaus leimikolla Tienvarsi ja 0,7 TWh, 0,35 milj. m 3 lastausterminaali Bioterminaali 1,0 TWh, 0,5 milj. m 3 Käyttöpaikka Pienpuu, (Karsittu ja karsimaton ranka) (Hakkuukonemittaus) V, m 3 (Pinomittaus) V kehys, m 3 V, m 3 Kuormainvaakamittaus m, kg V, m 3 Hakkeen mittaus V irto, m 3 V k, m 3 Painon mittaus m, kg V, m 3 Hakkeen mittaus V irto, m 3 V k, m 3 Energiasisällön mittaus Hakkeen määrän ja kosteuden online-mittaus V irto, m 3 V k, m 3 Painon mittaus m, kg V, m 3 Hakkuutähde Estimaatti, V, m 3 leimikon runkotilavuuden perusteella Kuormainvaakamittaus m, kg V, m 3 Hakkeen mittaus V irto, m 3 V k, m 3 Painon mittaus m, kg V, m 3 Hakkeen mittaus V irto, m 3 V k, m 3 Energiasisällön mittaus Hakkeen määrän ja kosteuden online mittaus V irto, m 3 V k, m 3 Painon mittaus m, kg V, m 3 Kannot VÄRIEN SELITYKSET Mustalla nykyiset menetelmät Harmaalla väistyvät menetelmät Punaisella kehitettävät menetelmät Estimaatti, V, m 3 leimikon pinta-alan perusteella Kuormainvaakamittaus m, kg V, m 3 Kosteus käsimittareilla tai ennustus malleilla. Painon mittaus m, kg V, m 3 Murskeen mittaus V irto, m 3 V k, m 3 Online/Offline -kosteusmittaus, Soft sensor -menetelmät Energiasisällön mittaus Hakkeen määrän ja kosteuden online-mittaus V irto, m 3 V k, m 3 Painon mittaus m, kg V, m 3 Vierasaineiden mittaus (materiaalin puhtaus) Tavoitteena kosteuden mittaus tai estimointi (raaka-aineen laadun hallinta) sekä lämpöarvon määritys läpi hankintalogistiikkaketjun. - Luovutusmitan tarkentaminen (leimikkokohtainen kosteus) ja palautteen antaminen käyttöpaikalta toimittajalle. - Kuivumisen ennustaminen mallien ja lähtökosteuden avulla oikea-aikainen toimitus käyttöpaikalle. 3

4 Ohje MWh roadmapin tarkasteluun MWh roadmap koostuu kolmesta tasosta. Energiapuuraaka-aineen hankintaketjut ja niiden yleisyys Pienpuu, hakkuutähteen ja kantojen hankintaketjut Mittaukset ja mittaustarpeet (kehitettävää) ko. hankintaketjussa MWh roadmapissa voi edetä klikkaamalla hiirellä energiakäyttöön menevää raakaainetta (esim. pienpuu, hakkuutähde, kannot jne.), jolloin pääset tarkastelemaan kyseisen raaka-aineen vaihtoehtoisia hankintalogistiikkaketjuja. Klikkaamalla hiirellä haluttua ketjua (A, B, C, jne.) pääset tarkemmin katsomaan hankintaketjussa tapahtuvia mittauksia ja mittaustarpeita. Potentiaaliset ja kehitettävät mittausmenetelmät löydät kunkin hankintaketjun osalta huutomerkin takaa. Klikkaamalla paluu-näppäintä pääset aina edelliselle tasolle. Klikkaamalla kooste-linkkiä pääset yhteenvetoon. 4

5 Energiapuuraaka-aineen hankintaketjut Leimikko Kooste Metsähakkeen kokonaismäärä 17,4 TWh eli 8,7 milj. m 3 (2013) Pienpuu Hakkuutähde Kannot Järeä (lahovikainen) runkopuu 8444 GWh 5510 GWh 2384 GWh 1050 GWh 66 % 76 % 15 % 16 % (2013) Tievarsihaketus 26 % 12 % 45 % 61 % 56,3 % Terminaalihaketus 27,3 % 8 % 12 % 40 % 23 % Käyttöpaikkahaketus 16,4% Energialaitos 5

6 Energiapuun hankintaketjut Tienvarsihaketus: Haketus hakkurilla tai murskaimella tienvarressa, josta hakkeen tai murskeen kaukokuljetus käyttöpaikalle. Terminaalihaketus: Metsähakeraaka-aineen toimitus terminaaliin, jossa haketus tai murskaus. Hake tai murske terminaalista käyttöpaikalle hakeautolla, junalla tai laivalla. Käyttöpaikkahaketus: Metsähakeraaka-aine käyttöpaikalle, jossa haketus tai murskaus. 6

7 Pienpuun hankintaketjut ja mahdolliset mittauspisteet Leimikko Tienvarsi Lastausterminaali Bioterminaali Energialaitos Haketus Tienvarressa 69 % A! Haketus Terminaalissa 22 % B! Haketus Käyttöpaikalla 9 % C! MWh est MWh Mitattu MWh est MWh est MWh Mitattu MWh Mitattu MWh Mitattu MWh Mitattu = Haketus = Punnitus kuormatraktorin tai = Kosteuden mittaus puutavara-auton kuormainvaa alla = Hakkuukonemittaus tai materiaalinkäsittelykoneella = Kosteuden estimointi = Punnitus siltavaa alla = Luovutusmittaus (yleensä leimikolla/tievarressa tai energialaitoksella) 7

8 Nykyiset mittaukset ja mittaustarpeet Pienpuu hankintaketju A Leimikko - Hakkuukonemittaus V, m 3, puulajiosuudet, - Kuivatuoretiheys puulajiosuuksien mukaan lähtökosteus, % - Muunto MWh Tienvarsi - Punnitus kuormatraktorin kuormainvaa alla m, kg - Kosteuden mittaus + näytteenotto tienvarsikosteus, % - Muunto MWh - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla tai vaihtoehtoisesti kosteuden mittaus haketuksen yhteydessä? tienvarsikosteus, % / kuljetuskosteus, % - Punnitus haketuksen yhteydessä m, kg - Haketus - Muunto MWh Käyttöpaikka - Punnitus siltavaa alla hakkeena m, kg - Tilavuuden mittaus hakkeena perinteisin menetelmin tai online-mittauksella kuljettimelta tai kehystilavuuden mittauslaserkeilauksella muunto kiintotilavuudeksi V, m 3 - Kosteuden mittaus uunikuivauksella tai nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % - Muunto MWh 8

9 Pienpuu - hankintaketju A Kehitettävää / vaihtoehtoisia menetelmiä Tienvarressa / Leimikolla - Leimikon lähtökosteuden estimointi puulajiosuuksien, tilavuuden ja kuivatuoretiheyden avulla. - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla. - Kosteuden mittaus + näytteenotto (esim. kuormatraktorin kouraan asennettava kourasaha) tai kosteuden estimointi kasaan kylvettävien kosteusantureiden avulla. tienvarsikosteus, % - Kosteuden online -mittaus hakkurin hakevirrasta. Käyttöpaikassa kuljetuskosteus, % - Hakenäytteenoton kehittäminen (automatisointi ja kontrollointi). - Kosteuden mittaus nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta. Palautejärjestelmä käyttöpaikkakosteus, % 9

10 Pienpuu - hankintaketju B Nykyiset mittaukset ja mittaustarpeet Leimikko - Hakkuukonemittaus V, m 3, puulajiosuudet - Kuivatuoretiheys puulajiosuuksien mukaan lähtökosteus, % - Muunto MWh Tienvarsi - Punnitus kuormatraktorin kuormainvaa alla m, kg - Kosteuden mittaus + näytteenotto tienvarsikosteus, % - Muunto MWh - Punnitus puutavara-auton kuormainvaa alla m, kg - Kosteus kuivumismallien avulla tienvarsikosteus, % / kuljetuskosteus, % - Muunto MWh Lastausterminaali / Bioterminaali - Punnitus kuormainvaa alla tai vastaavalla / Punnitus siltavaa alla kokopuuna m, kg - Kosteus kuivumismallien avulla / Kosteuden mittaus kourasahan purunäytteestä - Muunto MWh - Haketus - Kosteuden online -mittaus haketuksen tai lastauksen yhteydessä terminaalikosteus, % - Muunto MWh - Hakkeen kehystilavuuden mittaus laserkeilauksella, muunto kiintotilavuudeksi, V, m 3 - Punnitus hakkeena m, kg Käyttöpaikka - Punnitus siltavaa alla hakkeena m, kg - Tilavuuden mittaus hakkeena perinteisin menetelmin tai online mittauksella kuljettimelta tai hakkeen kehystilavuuden mittaus laserkeilauksella muunto kiintotilavuudeksi, V, m 3 - Kosteuden mittaus uunikuivauksella tai nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % - Muunto MWh 10

11 Pienpuu - hankintaketju B Kehitettävää / vaihtoehtoisia menetelmiä Tienvarressa/Leimikolla - Leimikon lähtökosteuden estimointi puulajiosuuksien, tilavuuden ja kuivatuoretiheyden avulla - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla - Kosteuden mittaus + näytteenotto (kourasaha tai kasaan kylvettävät kosteusanturit) tienvarsikosteus, % Terminaalissa - Kosteus ennustaminen kuivumismallien avulla - Kosteuden online - mittaus haketuksen yhteydessä tai kourasahalla sahatusta purunäytteestä - Kuorman tilavuuden mittaus laserkeilaukseen perustuen + soft sensor -menetelmät terminaalikosteus, % Käyttöpaikassa - Hakenäytteenoton kehittäminen (automatisointi ja kontrollointi) - Kosteuden mittaus nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % Palautejärjestelmä 11

12 Pienpuu - hankintaketju C Nykyiset mittaukset ja mittaustarpeet Leimikko - Hakkuukonemittaus V, m 3, puulajiosuudet, Joukkokäsittely? - Kuivatuoretiheys puulajiosuuksien mukaan lähtökosteus, % - Muunto MWh Tienvarsi - Punnitus kuormatraktorin kuormainvaa alla m, kg - Kosteuden mittaus + näytteenotto tienvarsikosteus, % - Muunto MWh - Punnitus puutavara-auton kuormainvaa alla m, kg - Kosteus kuivumismallien avulla tienvarsikosteus, % / kuljetuskosteus, % - Muunto MWh Käyttöpaikka - Punnitus siltavaa alla kokopuuna m, kg - Kehystilavuuden mittaus laserkeilauksella, muunto kiintotilavuudeksi, V, m 3 - Haketus - Kosteuden mittaus uunikuivauksella tai nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % - Muunto MWh 12

13 Pienpuu - hankintaketju C Kehitettävää / vaihtoehtoisia menetelmiä Tienvarressa / Leimikolla - Leimikon lähtökosteuden estimointi puulajiosuuksien, tilavuuden ja kuivatuoretiheyden avulla - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla - Kosteuden mittaus + näytteenotto (kourasaha tai kasaan kylvettävät kosteusanturit) tienvarsikosteus, % Käyttöpaikassa - Hakenäytteenoton kehittäminen (automatisointi ja kontrollointi) - Kosteuden mittaus nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % Palautejärjestelmä 13

14 Hakkuutähteen hankintaketjut ja mahdolliset mittauspisteet Leimikko Tienvarsi Lastausterminaali Bioterminaali Energialaitos Haketus Tienvarressa 75 % D! Haketus Terminaalissa 11 % E! Haketus Käyttöpaikalla 15 % F! MWh est MWh Mitattu MWh est MWh est MWh Mitattu MWh Mitattu = Haketus = Punnitus kuormatraktorin tai = Kosteuden mittaus puutavara-auton kuormainvaa alla = Hakkuukonemittaus tai materiaalinkäsittelykoneella = Kosteuden estimointi = Punnitus siltavaa alla MWh Mitattu MWh Mitattu = Luovutusmittaus (yleensä leimikolla/tievarressa tai energialaitoksella) 14

15 Hakkuutähteen hankintaketju D Nykyiset mittaukset ja mittaustarpeet Leimikko - Ainespuukertymään perustuva estimointi V, m 3, puulajiosuudet - Kuiva-tuoretiheys puulajiosuuksien mukaan lähtökosteus, % - Muunto MWh Tienvarsi - Punnitus kuormatraktorin kuormainvaa alla m, kg - Kosteuden mittaus + näytteenotto tienvarsikosteus, % - Muunto MWh - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla tai vaihtoehtoisesti kosteuden mittaus haketuksen yhteydessä? tienvarsikosteus, % / kuljetuskosteus, % - Punnitus haketuksen yhteydessä m, kg - Haketus - Muunto MWh Käyttöpaikka m 3 - Punnitus siltavaa alla hakkeena m, kg - Tilavuuden mittaus hakkeena perinteisin menetelmin tai online-mittauksella kuljettimelta tai kehystilavuuden mittauslaserkeilauksella muunto kiintotilavuudeksi V, - Kosteuden mittaus uunikuivauksella tai nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % - Muunto MWh 15

16 Hakkuutähteen hankintaketju D Kehitettävää / vaihtoehtoisia menetelmiä Tienvarressa / Leimikolla - Leimikon lähtökosteuden estimointi puulajiosuuksien, tilavuuden ja kuivatuoretiheyden avulla - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla - Kosteuden mittaus + näytteenotto (esim. kuormatraktorin kouraan asennettava kourasaha) tai kosteuden estimointi kasaan kylvettävien kosteusantureiden avulla tienvarsikosteus, % - Kosteuden online-mittaus hakkurin hakevirrasta Käyttöpaikassa kuljetuskosteus, % - Hakenäytteenoton kehittäminen (automatisointi ja kontrollointi) - Kosteuden mittaus nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta Palautejärjestelmä käyttöpaikkakosteus, % 16

17 Hakkuutähteen - hankintaketju E Nykyiset mittaukset ja mittaustarpeet Leimikko - Ainespuukertymään perustuva estimointi V, m 3, puulajiosuudet - Kuiva-tuoretiheys puulajiosuuksien mukaan lähtökosteus, % - Muunto MWh Tienvarsi - Punnitus kuormatraktorin kuormainvaa alla m, kg - Kosteuden mittaus + näytteenotto tienvarsikosteus, % - Muunto MWh - Punnitus puutavara-auton kuormainvaa alla m, kg - Kosteus kuivumismallien avulla tienvarsikosteus, % / kuljetuskosteus, % - Muunto MWh Lastausterminaali / Bioterminaali - Punnitus kuormainvaa alla tai vastaavalla / Punnitus siltavaa alla hakkuutähteenä m, kg - Kosteus kuivumismallien avulla / Kosteuden mittaus kourasahan purunäytteestä - Muunto MWh - Haketus - Kosteuden online -mittaus haketuksen tai lastauksen yhteydessä terminaalikosteus, % - Muunto MWh - Hakkeen kehystilavuuden mittaus laserkeilauksella, muunto kiintotilavuudeksi, V, m 3 - Punnitus hakkeena m, kg Käyttöpaikka - Punnitus siltavaa alla hakkeena m, kg - Tilavuuden mittaus murskeena perinteisin menetelmin tai online mittauksella kuljettimelta tai metsätähdehakkeen kehystilavuuden mittaus laserkeilauksella muunto kiintotilavuudeksi, V, m 3 - Kosteuden mittaus uunikuivauksella tai nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % - Muunto MWh 17

18 Hakkuutähteen - hankintaketju E Kehitettävää / vaihtoehtoisia menetelmiä Tienvarressa /Leimikolla - Leimikon lähtökosteuden estimointi puulajiosuuksien, tilavuuden ja kuivatuoretiheyden avulla - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla - Kosteuden mittaus + näytteenotto (kourasaha tai kasaan kylvettävät kosteusanturit) tienvarsikosteus, % Terminaalissa - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla - Kosteuden online - mittaus haketuksen tai lastauksen yhteydessä tai kourasahalla sahatusta purunäytteestä - Kuorman tilavuuden mittaus laserkeilaukseen perustuen + soft sensor -menetelmät Käyttöpaikassa terminaalikosteus, % - Hakenäytteenoton kehittäminen (automatisointi ja kontrollointi) - Kosteuden mittaus nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % Palautejärjestelmä 18

19 Hakkuutähteen - hankintaketju F Nykyiset mittaukset ja mittaustarpeet Leimikko - Ainespuukertymään perustuva estimointi V, m 3, puulajiosuudet - Kuivatuoretiheys puulajiosuuksien mukaan lähtökosteus, % - Muunto MWh Tienvarsi - Punnitus kuormatraktorin kuormainvaa alla m, kg - Kosteuden mittaus + näytteenotto tienvarsikosteus, % - Muunto MWh - Punnitus puutavara-auton kuormainvaa alla m, kg - Kosteus kuivumismallien avulla tienvarsikosteus, % / kuljetuskosteus, % - Muunto MWh Käyttöpaikka - Punnitus siltavaa alla hakkuutähteenä m, kg - Hakkuutähteen kehystilavuuden mittaus laserkeilauksella, muunto kiintotilavuudeksi, V, m 3 - Haketus - Tilavuuden online mittaus kuljettimelta V, m 3 - Kosteuden mittaus uunikuivauksella tai nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % - Muunto MWh 19

20 Hakkuutähteen - hankintaketju F Kehitettävää / vaihtoehtoisia menetelmiä Tienvarressa / Leimikolla - Leimikon lähtökosteuden estimointi puulajiosuuksien, tilavuuden ja kuivatuoretiheyden avulla - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla - Kosteuden mittaus + näytteenotto (kourasaha tai kasaan kylvettävät kosteusanturit) tienvarsikosteus, % Käyttöpaikassa - Hakenäytteenoton kehittäminen (automatisointi ja kontrollointi) - Kosteuden mittaus nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % Palautejärjestelmä 20

21 Kantopuun hankintaketjut ja mahdolliset mittauspisteet Leimikko Tienvarsi Lastausterminaali Bioterminaali Energialaitos Murskaus Tienvarressa 21 % G! Murskaus Terminaalissa 37 % H! Murskaus Käyttöpaikalla 42 % I! MWh Mitattu MWh Mitattu MWh est MWh Mitattu MWh est MWh est MWh Mitattu MWh Mitattu = Murkaus = Punnitus kuormatraktorin tai = Kosteuden mittaus puutavara-auton kuormainvaa alla = Esimurskaus tai materiaalinkäsittelykoneella = Kosteuden estimointi = Hakkuukonemittaus = Punnitus siltavaa alla = Luovutusmittaus (yleensä leimikolla/tievarressa tai energialaitoksella) 21

22 Kantopuu - hankintaketju G Nykyiset mittaukset ja mittaustarpeet Leimikko - Pinta-alaan perustuva estimointi V, m 3, puulajiosuudet - Kantojen paloittelu (halkominen) noston yhteydessä - Kuivatuoretiheys puulajiosuuksien mukaan lähtökosteus, % - Muunto MWh Tienvarsi - Punnitus kuormatraktorin kuormainvaa alla m, kg - Kosteuden mittaus tai estimointi tienvarsikosteus, % - Muunto MWh - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla tai vaihtoehtoisesti kosteuden mittaus murskauksen yhteydessä tienvarsikosteus, % / kuljetuskosteus, % - Punnitus murskauksen yhteydessä m, kg - Murskaus - Muunto MWh Käyttöpaikka - Punnitus siltavaa alla murskeena m, kg - Tilavuuden mittaus murskeena perinteisin menetelmin tai online-mittauksella kuljettimelta tai kehystilavuuden mittaus laserkeilauksella muunto kiintotilavuudeksi, V, m 3 - Vierasaineiden online-mittaus kuljetinhihnalta - Kosteuden mittaus uunikuivauksella tai nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % - Muunto MWh 22

23 Kantopuu - hankintaketju G Kehitettävää / vaihtoehtoisia menetelmiä Tienvarressa / Leimikolla - Leimikon lähtökosteuden estimointi puulajiosuuksien, tilavuuden ja kuivatuoretiheyden avulla - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla - Kosteuden mittaus / estimointi (esim. kosteuden mittaus piikkianturilla varustetulla kosteusmittarilla tai kasaan kylvettävien kosteusantureiden avulla tai kosteuden johtaminen tilavuuden ja painon avulla - kuvaan perustuvat menetelmät) tienvarsikosteus, % - Kosteuden online -mittaus hakkurin hakevirrasta Käyttöpaikassa kuljetuskosteus, % - Hakenäytteenoton kehittäminen (automatisointi ja kontrollointi) - Vierasaineiden online mittaus kuljetinhihnalta - Kosteuden mittaus nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta Palautejärjestelmä käyttöpaikkakosteus, % 23

24 Nykyiset mittaukset ja mittaustarpeet Kantopuu - hankintaketju H Leimikko - Pinta-alaan perustuva estimointi V, m 3, puulajiosuudet - Kuivatuoretiheys puulajiosuuksien mukaan lähtökosteus, % - Muunto MWh Tienvarsi - Punnitus kuormatraktorin kuormainvaa alla m, kg - Kosteuden mittaus tai estimointi tienvarsikosteus, % - Muunto MWh - Punnitus puutavara-auton kuormainvaa alla m, kg - Kosteus kuivumismallien avulla tienvarsikosteus, % / kuljetuskosteus, % - Muunto MWh Lastausterminaali / Bioterminaali - Punnitus kuormainvaa alla tai vastaavalla / Punnitus siltavaa alla kantopuuna m, kg - Kosteus kuivumismallien avulla / Kosteuden mittaus piikkimäisellä anturilla - Muunto MWh - Murskaus - Kosteuden online -mittaus haketuksen tai lastauksen yhteydessä terminaalikosteus, % - Muunto MWh - Murskeen kehystilavuuden mittaus laserkeilauksella, muunto kiintotilavuudeksi, V, m 3 - Punnitus hakkeena m, kg Käyttöpaikka - Punnitus siltavaa alla murskeena m, kg - Tilavuuden mittaus murskeena perinteisin menetelmin tai online mittauksella kuljettimelta tai murskeen kehystilavuuden mittaus laserkeilauksella, muunto kiintotilavuudeksi, V, m 3 - Vierasaineiden online -mittaus kuljetinhihnalta - Kosteuden mittaus uunikuivauksella tai nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % - Muunto MWh 24

25 Kantopuu - hankintaketju H Kehitettävää / vaihtoehtoisia menetelmiä Tienvarressa / Leimikolla - Leimikon lähtökosteuden estimointi puulajiosuuksien, tilavuuden ja kuivatuoretiheyden avulla - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla - Kosteuden mittaus + estimointi (esim. kosteuden mittaus piikkianturilla varustetulla kosteusmittarilla tai kasaan kylvettävien kosteusantureiden avulla tai kosteuden johtaminen tilavuuden ja painon avulla - kuvaan perustuvat menetelmät) tienvarsikosteus, % Terminaalissa - Kosteus kuivumismallien avulla tai murskauksen yhteydessä otantaan perustuen - Kosteuden online - mittaus murskauksen tai lastauksen yhteydessä - Kuorman tilavuuden (kantokuorma/murske) mittaus laserkeilaukseen tai kuvaan perustuen + soft sensor -menetelmät terminaalikosteus, % Käyttöpaikassa - Hakenäytteenoton kehittäminen (automatisointi ja kontrollointi) - Vierasaineiden online mittaus kuljetinhihnalta - Kosteuden mittaus nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % Palautejärjestelmä 25

26 Kantopuu - hankintaketju I Nykyiset mittaukset ja mittaustarpeet Leimikko - Pinta-alaan perustuva estimointi V, m 3, puulajiosuudet - Kuivatuoretiheys puulajiosuuksien mukaan lähtökosteus, % - Muunto MWh Tienvarsi - Punnitus kuormatraktorin kuormainvaa alla m, kg - Kosteuden mittaus tai estimointi tienvarsikosteus, % - Muunto MWh - Punnitus puutavara-auton kuormainvaa alla m, kg - Kosteus kuivumismallien avulla tienvarsikosteus, % / kuljetuskosteus, % - Muunto MWh Käyttöpaikka - Punnitus siltavaa alla kantopuuna m, kg - Kantopuun kehystilavuuden mittaus laserkeilauksella, muunto kiintotilavuudeksi V, m 3 - Murskaus - Murskeen tilavuuden online-mittaus kuljettimelta V, m 3 - Vierasaineiden online -mittaus kuljetinhihnalta - Kosteuden mittaus uunikuivauksella tai nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta käyttöpaikkakosteus, % - Muunto MWh 26

27 Kantopuu - hankintaketju I Kehitettävää / vaihtoehtoisia menetelmiä Tienvarressa / Leimikolla - Leimikon lähtökosteuden estimointi puulajiosuuksien, tilavuuden ja kuivatuoretiheyden avulla - Kosteuden ennustaminen kuivumismallien avulla - Kosteuden mittaus + näytteenotto (kourasaha tai kasaan kylvettävät kosteusanturit tai otannalla kosteusmittarilla (piikkianturi) tai kosteuden johtaminen tilavuuden ja painon avulla (kuvaan perustuvat menetelmät) Käyttöpaikassa tienvarsikosteus, % - Hakenäytteenoton kehittäminen (automatisointi ja kontrollointi) - Vierasaineiden online -mittaus kuljetinhihnalta - Kosteuden mittaus nopeilla kosteuden määritysmenetelmillä tai online menetelmillä kuljetinhihnalta Palautejärjestelmä käyttöpaikkakosteus, % 27

28 Potentiaaliset mittauspisteet 1) Leimikko (ml. leimikon perustiedot) 2) Tienvarsi (kuorman purkamisen yhteydessä) 3) Terminaalivastaanotto (saapuva materiaali, palaute raaka-ainetoimittajalle) 4) Käyttöpaikan vastaanotto (saapuva materiaali, palaute raaka-ainetoimittajalle) Kosteuden ennustaminen läpi koko toimitusketjun. 28

29 Tulevaisuuden bioterminaalin mittaukset hankintaketjussa Leimikon lähtökosteus (puulajiosuuksien, tilavuuden ja kuivatuoretiheyden avulla) Tienvarsikosteus kuivumismallien avulla / Massa kuormainvaa alla Kuljetuskosteus/lastausterminaalikosteus kuivumismallien avulla Bioterminaalikosteus palaute raaka-ainetoimittajalle Punnitus kuormakohtaisesti Kosteuden estimointi tai online-mittaus Soft sensor menetelmien hyödyntäminen kosteuden estimoinnissa Hakkeen kosteuden ja tilavuuden online mittaus haketuksen yhteydessä Käyttöpaikkakosteus palaute raaka-ainetoimittajalle Suuri energialaitos Kuormakohtainen (mittauserä) punnitus ja kosteuden online -mittaus Vierasaineiden mittauksen kehittäminen Pieni energialaitos Kuormakohtainen (mittauserä) punnitus Kosteuden offline mittaus manuaalinen näytteenotto / etävalvonta / soft -sensors 29

30 Mittaukset tulevaisuuden bioterminaalissa VTT:n terminaalikonseptissa terminaalit jaetaan toiminnallisuuksien mukaan neljään luokkaan, joissa kussakin on useita eri koko luokkia: 1) Siirtokuormausterminaali (Transshipment terminal) 2) Syöttöterminaali (Feed in terminal) 3) Satelliittiterminaali (Satellite terminal) Bioterminaali 4) Jalostusterminaali (Fuel upgrading terminal) Mittauksen toteutuksen kannalta oleellista on kuitenkin terminaalin koko ja miten raaka-aine toimitetaan terminaaliin ja terminaalista pois. Tästä syystä potentiaaliset mittausmenetelmät erilaisiin terminaaleihin on esitetty kokoluokittain käyttäen seuraavaa kokoluokkajakoa (läpivirtauma vuodessa): Pieni 0,1 TWh Keskisuuri 0,3 TWh Suuri terminaali 1,0 ja 0,7 TWh 30

31 Mittaukset bioterminaalissa Pieni terminaali - 0,1 TWh/a Punnitus materiaalin käsittelyn yhteydessä esim. kurottaja- tai kuormainvaakaa käyttäen (ei siltavaakaa) Kosteuden estimointi mallien avulla Haketus toimitettaessa materiaali eteenpäin - toimituspaikalta palaute toimittajalle (mitatut MWh:t sekä paino siltavaa alta) Esim. pieni siirtokuormausterminaali (Transshipment terminal ) Keskisuuri terminaali - 0,3 TWh/a Punnitus materiaalin käsittelyn yhteydessä esim. kurottaja- tai kuormainvaakaa käyttäen (ei siltavaakaa) - Haketuksen yhteydessä hihnavaaka ja irtotilavuuden mittaus kuljettimelta (sovellettavissa myös mobiilihakkureihin) tai vaihtoehtoisesti irtokuutioiden määritys kuormassa Kosteus soft sensor -menetelmin - Varastokirjanpito - Esim. keskisuuri syöttöterminaali (Feed in terminal) 31

32 Mittaukset bioterminaalissa Suuri terminaali - 1,0 TWh/a Tulevan ja lähtevän materiaalin punnitus siltavaa alla Haketuksen yhteydessä hihnavaaka ja irtotilavuuden mittaus kuljettimelta tai vaihtoehtoisesti irtokuutioiden määritys kuormassa Kosteus soft sensor menetelmin Kosteuden estimaatti Kosteuden online - mittaus Vierasaineiden online mittaus Varastonhallintajärjestelmä Esim. suuri jalostusterminaali (Fuel upgrading terminal) Suuri terminaali - 0,7 TWh/a Kuten yllä mutta ei sisällä vierasaineiden tunnistusta Eikä haketetun materiaalin automaattista lajittelua laadun perusteella Esim. suuri satelliittiterminaali (Satellite terminal) 32

33 Kehittämistarpeet 1) Kosteuden estimointimenetelmät - Lähtökosteuden estimointi leimikon puulajisuhteiden ja kuivatuoretiheyden perusteella - Kosteuden estimointi joko tilavuuden ja painon kautta tai soft sensor menetelmillä - Kuivumismallien kehittäminen 2) Kosteuden mittausmenetelmät (online/offline) - Online kosteusmittausten kehittäminen esim. raaka-aineen (mm. hake, murske) kosteuden ja painon online-mittaus haketuksen yhteydessä tai kuormakohtaisesti laitoksella (Ti/Te/K) - Kosteuden mittaus kourasahalla otettuihin sahapurunäytteisiin perustuen (tienvarsi = Ti / terminaali = Te) - Hakkeen massan ja kosteuden online-mittaus kuormattaessa kauhakuormaajan kauhassa (Te/Käyttöpaikka = K) - Manuaalisen näytteenoton kehittäminen kuljettaja / valvonta (K) 3) Tilavuuden mittaus- ja estimointimenetelmien kehittäminen (online) - Kosteusestimaatin johtaminen tilavuuden ja painon avulla - tilavuuden mittaus käsittelyyksiköistä (esim. kourataakka, kuorma jne.) kuvaan tai vastaavaan teknologiaan perustuvin menetelmin (Ti/Te) - Hake/murske/latvusmassa/kantopuu kuorman tilavuuden mittaus esim. laserkeilaukseen perustuen tai soft sensor menetelmien hyödyntäminen kosteusestimaatin/energiasisällön laskennassa (Te/K) 33

34 Kehittämistarpeet 4) Muuntokertoimien kehittäminen - Lähtökosteuden muuntokertoimet (Eppu laskuri tai vaihtoehtoisesti lähtökosteuden estimointi tai mittaus, ks. kohta 1) - Muuntokertoimien kehittäminen metsähakkeelle ja murskeelle vastaamaan nykyisiä haketus- ja kuljetuskalustoa logistiikkaketjun eri vaiheisiin (materiaalien tiivistämisen huomioon ottaminen) (Ti, Te, K) - Muuntokertoimien kehittäminen kuormainvaakamittaukseen kaukokuljetusvaiheen kertoimet 5) Muuta kehitettävää - Palautejärjestelmän kehittäminen (K) toimitusketjun hallinnan, raaka-aineen laadun ja estimointimallien parantaminen - Vierasaineiden online mittauksen kehittäminen (Te/K) 34

35 MWh- roadmap hyödyntäminen Valitaan MWh-roadmap työn perusteella kolme tärkeintä energiaraakaaineen toimitusketju ja kuvataan niissä tapahtuvat mittaukset Pienpuun ja hakkuutähteen toimitusketjut haketus tienvarressa terminaalin kautta kulkeva materiaali Kantojen toimitusketju haketus terminaalissa tai käyttöpaikalla Tehdään ehdotus kehitettävistä menetelmistä ja niiden kustannuksista Huomioiden bioterminaalikonsepti ja terminaalien eri kokoluokat BEST hankkeen II kauden suunnittelu ja jatkotutkimustarpeet MWh roadmap työn jatkaminen ja toteuttaminen ja käytännön testaus Kosteuden ja energiasisällön määritys toimitusketjun eri vaiheissa - tietotarpeet ja tiedonsiirto Potentiaalisten mittausmenetelmien mahdollinen testaus 35

36 Tutkimus on osa Fibic Oy:n ja Cleen Oy:n koordinoimaa Sustainable Bioenergy Solutions for Tomorrow (BEST) hanketta. Hankkeen rahoittajana on toiminut TEKES. 36