Sivutuotteiden kuivaus ja hyödyntäminen energiantuotannossa - Liiketoimintamallit

Transkriptio

1 Sivutuotteiden kuivaus ja hyödyntäminen energiantuotannossa - Liiketoimintamallit Case 1: Kerroskuivuri tuoretta purua ja haketta tuottavalla sahalla Case 2: Kerroskuivuri metsähaketta käyttävällä kaukolämpölaitoksella Case 3: Kerroskuivuri vs viirakuivuri briketin valmistukseen käytettävän sahanpurun kuivauksessa Puun käytön laaja-alaistaminen- hankkeen osatutkimus Lieksan Teollisuuskylä Oy Kerantie Lieksa

2 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 2 Tiivistelmä Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia, kannattaako haketta, purua ja/tai kuorta kuivata sahan oman lämpölaitoksen lämmöllä vai hakkeen käyttökohteessa kaukolämpövoimalan yhteydessä, kun kuivurityyppinä käytetään kerroskuivuria tai viirakuivuria. Samalla tutkittiin, millä edellytyksillä kuivaus on kannattavaa ja millaisella toimintatavalla liiketoiminta kannattaa järjestää. Biopolttoaineen kuivaus tuo seuraavia etuja lämpölaitoksille - biopolttoaineen energiasisältö MWh/i-m3 kasvaa (sisältää vähemmän vettä, jonka haihduttamiseen kuluu osa poltossa saatavasta energiasta) - biopolttoaine lämmintä jo ennen kattilaan syöttöä, jos kuivuri on lämpölaitoksen yhteydessä - lämpölaitoksen hyötysuhde parantuu kts kuvat 1 ja 2. - jos lämpölaitoksen nimellisteho (valmistajan antama takuuarvo max teholle) on laskettu kuivaamattomalla biopolttoaineella (keskikosteus 50 60%), niin kuivatulla biopolttoaineella voidaan saada kattilasta jopa yli 100% tehoja lisää. - Lämpölaitoksen savukaasupesureiden vesien lämpö on mahdollista hyödyntää kuivurissa, jos kuivuri on lämpölaitoksen yhteydessä - Kuljetuskustannukset laskevat jopa puoleen ( /MWh ja /i-m 3 ), sillä tuoreesta biomassasta ei saada aina täyttää kuormaa painon ylityksen vuoksi ja kuorman pienemmän energiasisällön vuoksi. Briketöinnin ja pelletöinnin ehdoton edellytys on riittävän kuiva raaka-aine. Teollisuuslaadun briketin valmistus onnistuu, kun biomassan (puru, kutterinlastu yms) kosteus alle 18%. Sen sijaan pelletin valmistuksessa raaka-aineen tulee olla hienojakoista havupuuta (sahanpurua), jonka kosteus alle 15%. Pelletin valmistuksessa raaka-aineella kosteudelle on siis tiukemmat vaatimukset kuin briketöinnissä. Kuivauksen avulla hakkeesta saadaan siis jopa lähes kaksi kertaan enemmän lämpöenergiaa irtokuutiometriä kohti kuin ilman kuivausta. Kaukolämpövoimalan tapauksessa voidaan hyödyksi lisäksi laskea se, että kuivattu hake on valmiiksi lämmintä polttokattilaan mennessä, jolloin kattilan hyötysuhde paranee useita prosentteja. Kun nämä huomioidaan, niin kaukolämpövoimalan tapauksessa kuiva ja lämmin hake voi tuottaa jopa yli kaksi kertaa enemmän lämpöä kuin tuore metsähake per irtokuutiometri. Metsähakkeen kuivaus kaukolämpölaitoksella on tämän tutkimuksen mukaan erittäin kannattavaa liiketoimintaa. Myös kuivan biomassan kuljetus on kannattavampaa kuin tuoreen biomassan kuljetus, sillä yhdessä kuormassa kuivaa biomassaa saadaan jopa kaksinkertainen energiamäärä (MWh) toimitettua asiakkaalle verrattuna tuoreeseen biomassaan. Esimerkiksi jos tuoreen hakkeen energiasisältö 0,54 MWh/i-m3 ja paino 300 kg/i-m3 ja kuivan hakkeen energiasisältö 0,85 MWh/i-m3 ja paino 253 kg/i-m3, niin märkää haketta saadaan kuormassa toimitettua asiakkaalle noin 64 MWh per kuorma (120 i-m3 per kuorma) ja kuivattua haketta taas saadaan toimitettua noin 121 MWh (142 i-m3 per kuorma). Annetuilla biopolttoaineen lähtöarvoilla tuoreen biopolttoaineen kuivaus on kannattavaa kaikissa tapauksissa, jos tuotantomäärä on yli irtokuutiota ja jos polttoaineen kosteusprosentti laskee kuivauksessa yli 15%. Kannattavuutta lisää, jos kuivurin tuottama polttoaine käytetään heti lämpimänä kuivurin yhteydessä olevassa lämpölaitoksessa. Erityisen kannattavaa kuivaus on, jos lämpölaitoksen tehot eivät riitä huippukulutuksen aikaan kosteaa polttoainetta käytettäessä. Tällöin kuivurin tuottamalla kuivalla polttoaineella voidaan korvata lisä/varalämmön käyttöä tai jopa kokonaan uuden lämpölaitoksen rakentaminen. Laskelmissa ei huomioitu mahdollisia investointitukia. Jos kuivuri-investoinnille saadaan

3 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 3 investointituki (normaalisti 30%), niin kuivaus on kannattavaa toimintaa kaikissa tarkasteluissa tapauksissa, sillä tuet parantavat vuositulosta noin euroa vuodessa. Sahanpurun kuivaus briketöintiä varten ei ole kannattavaa, jos siitä saa briketin raaka-aineeksi kuivattuna 20 euroa irtokuutiolta. Tuoreen sahanpurun voi myös aina myydä sellaisenaan energiantuotantoon. Tällä hetkellä kaukolämpölaitokset maksavat kosteasta biopolttoaineesta noin 15 euroa MWh:lta toimitettuna. Tuoreen sahanpurun energiasisältö on noin 0,7 MWh per irtokuutio ja keskimääräinen rahti noin 3 euroa per irtokuutio. Tällöin myyjä saa irtokuution tuoreesta sahanpuruerästä noin euroa. Jotta sahanpurua kannattaisi kuivata briketintuotantoa varten, tulee brikettiliiketoiminnan tuottaa voittoa vähintään euroa tonnin kapasiteetilla. Tämä tarkoittaa, että brikettituotannon tulee tehdä voittoa vähintään 40 euroa per tuotettu tonni. Verrattaessa viirakuivuria ja kerroskuivainta, niin havaitaan, että kerroskuivuri on investointikustannuksiltaan noin 20% pienempi kuin viirakuivain, kun vuosittainen kapasiteetti on tonnia. Kerroskuivain on kompaktimpi kokonaisuus, jolloin myös rakentamistyöt (perustukset yms.) ovat edullisemmat. Tämän tutkimuksen lähtötiedoilla kerroskuivain on hieman edullisempi ratkaisu biomassan kuivaukseen kuin viirakuivuri.

4 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 4 Sisällysluettelo 1. Johdanto 5 2. Biopolttoaineen kuivauksen edut lämpölaitoksille 5 3. Kerroskuivurit 4. Viirakuivurit 5. Aineisto ja menetelmät 6.1 Case 1: Kerroskuivuri tuoretta purua ja haketta tuottavalla sahalla Case 1.1 Kerroskuivuri tuoretta purua ja haketta i-m 3 tuottavalla sahalla Case 1.2 Kerroskuivuri tuoretta purua ja haketta i-m 3 tuottavalla sahalla 6.2 Case 2: Kerroskuivuri metsähaketta käyttävällä kaukolämpölaitoksella Case 2.1: Kerroskuivuri metsähaketta i-m 3 käyttävällä kaukolämpölaitoksella Case 2.2: Kerroskuivuri metsähaketta i-m 3 käyttävällä kaukolämpölaitoksella 6.3 Case 3.1 ja 3.2: Kerroskuivuri vs viirakuivuri briketin valmistukseen käytettävän sahanpurun kuivauksessa Tulokset Johtopäätökset 32 Kirjallisuus 34

5 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 5 1. Johdanto Puun Käytön laaja-alaistamishankkeen tavoitteena on kartoittaa uusia puutuoteratkaisuja ja etsiä kannattavia liiketoimintamalleja seuraavasti: - millaisia tuotteita, mihin käyttötarkoituksiin, tärkeimmät ominaisuudet ja testaustiedon hankinta mm. palon- tai termiitinkestosta - valmistusteknologiat eli millaisilla koneilla, laitteilla ja prosesseilla tuotteita valmistetaan - sivutuoteasiat eri ratkaisuilla - Uusiin tuotteisiin ja järjestelmäkokonaisuuksiin sekä modifiointiin liittyvät kohdemarkkinoiden ja valmistusmaan vaatimat hyväksynnät, vaatimukset, määräykset ja asiakastarpeet - Kootun tiedon analysointi Lieksan Teollisuuskylä Oy:n ja yritysverkoston käyttöön eli raportti liiketoimintamallivaihtoehdoista Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia, kannattaako sahahaketta, purua ja/tai kuorta kuivata sahan oman lämpölaitoksen lämmöllä vai hakkeen käyttökohteessa kaukolämpövoimalan yhteydessä, kun kuivurityyppinä käytetään kerroskuivuria tai viirakuivuria. Samalla tutkittiin, millä edellytyksillä kuivaus on kannattavaa ja millaisella toimintatavalla liiketoiminta kannattaa järjestää. 2. Biopolttoaineen kuivauksen edut Biopolttoaineen kuivaus tuo seuraavia etuja lämpölaitoksille - biopolttoaineen energiasisältö MWh/i-m3 kasvaa (sisältää vähemmän vettä, jonka haihduttamiseen kuluu osa poltossa saatavasta energiasta) - biopolttoaine lämmintä jo ennen kattilaan syöttöä, jos kuivuri on lämpölaitoksen yhteydessä - lämpölaitoksen hyötysuhde parantuu kts kuvat 1 ja 2. - jos lämpölaitoksen nimellisteho (valmistajan antama takuuarvo max teholle) on laskettu kuivaamattomalla biopolttoaineella (keskikosteus 50 60%), niin kuivatulla biopolttoaineella voidaan saada kattilasta jopa yli 100% tehoja lisää kts kuva 3. Tämä siksi, että kattilan arinoille sopii saman verran sekä kuivaa että märkää biopolttoainetta, joten kuivalla biopolttoaineella on laitteiston teho kasvaa suoraan verrannollisesti biopolttoaineen energiasisällön MWh/i-m3 mukaan. - Lämpölaitoksen savukaasupesureiden vesien lämpö on mahdollista hyödyntää kuivurissa, jos kuivuri on lämpölaitoksen yhteydessä - Kuljetuskustannukset voivat jopa puolittua ( /MWh ja /i-m 3 ), sillä tuoreesta biomassasta ei saada aina täyttää kuormaa painon ylityksen vuoksi ja kuorman pienemmän energiasisällön vuoksi. Briketöinnin ja pelletöinnin ehdoton edellytys on riittävän kuiva raaka-aine. Teollisuuslaadun briketin valmistus onnistuu, kun biomassan (puru, kutterinlastu yms) kosteus alle 18%. Sen sijaan pelletin valmistuksessa raaka-aineen tulee olla hienojakoista havupuuta (sahanpurua), jonka kosteus alle 15%. Pelletin valmistuksessa raaka-aineella on siis tiukemmat vaatimukset kuin briketöinnissä.

6 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 6 Kyllösen (2009) toteuttamassa tutkimuksessa sahanpurun kuivauksesta ja briketöinnistä Kuhmo Oy:llä todettiin, että sahanpurun energiatiheys lähes viisinkertaistuu, kun se kuivataan ja puristetaan briketiksi. Sahanpurun energiatiheys oli 0,68 MWh/i-m 3 ja briketin 3,07 MWh/i-m 3. Verrattaessa briketin ja sahanpurun ominaisuuksia havaitaan, että briketti sisältää vähemmän kosteutta, on kosteudeltaan homogeenisempaa ja energiatiheydeltään noin viisi kertaa tehokkaampaa. Suuremmasta energiatiheydestä johtuen saavutetaan huomattavia etuja varastoinnissa ja kuljetuksissa. Kuva 1. Hakkeen kosteuden vaikutus hyötysuhteeseen. Hyötysuhdemittaukset tehtiin Ylihärmän Kuntokeskuksella Helppo Lämpö Oy:n omistamalla 0,97 MW:n tehoisella KPA kattilalla. (Esa Koskiniemi, Juha Viirimäki 2012). Kuvassa 2 esitetään esimerkki hyötysuhteen muuttumisesta kattilan tehon mukaan. Kuvassa 2 on oletettu pienessä kattilassa savukaasun loppulämpötilan alenevan merkittävästi kattilan tehon mukaan, samoin savukaasun happipitoisuus kasvaa suhteessa pienessä kattilassa enemmän kuin suuremmassa kattilassa. Alle 1 MW kattiloissa pienillä osatehoilla säteily- ja johtumishäviön osuus häviöistä on suuri. (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012).

7 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 7 Kuva 2. Esimerkki hyötysuhteen muuttumisesta kattilan tehon mukaan (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012). Kuvassa 3 on esimerkki polttoaineen kosteuden vaikutuksesta kattilasta saatavaan tehoon. Mitoituskosteutta suurempi kosteus alentaa kattilasta saatava tehoa. Samalla kattilan hyötysuhde alenee merkittävästi. (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012).

8 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 8 Kuva 3. Esimerkki polttoaineen kosteuden vaikutuksesta kattilasta saatavaan tehoon (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012). Savukaasupesurien ensisijaisena hankintaperusteena on ollut savukaasujen vesihöyryn lauhdelämmön talteenotosta saatava taloudellinen hyöty. Lauhde-energialla esilämmitetään yleensä kaukolämmön paluuvettä kts kuva 4. Tästä syystä Suomessa pesureja käytetään eniten lämmityskattiloissa. Hiukkaserottimina pesuilla ei ole suurta taloudellista merkitystä, koska ne erottavat tehokkaimmin karkeita hiukkasia kuten hinnaltaan edulliset multisyklonitkin. Kuivurin yhdistäminen kattiloihin, joissa on savukaasupesuri, on järkevää tapauksissa, joissa savukaasupesurien lauhdevesien lämmölle ei ole järkevää käyttökohdetta. Joissain tapauksissa kaukolämmön paluuveden lämpötila on niin korkea, että savukaasupesurien lauhdevettä (noin 55 astetta) ei voida hyödyntää paluuveden lämmittämisessä. Myös lämmön ja sähkön yhteistuotannossa kuivurin käyttö voi olla järkevää, sillä paluuveden esilämmitys pienentää höyryturbiinin jäähdytystä ja sähkötehoa, mikä heikentää pesurin taloudellista kannattavuutta. Jos siis savukaasupesurien lauhdevedet käytettäisiin biopolttoaineen kuivauksessa, niin näitä ongelmia ei syntyisi. (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012). Valtaosa Suomessa polttolaitoksilla käytettävistä märkäerottimista on tyypiltään rikin poistoon tarkoitettuja pesureja, joiden edessä on hiukkaserotin. Jos esierottimena on sykloni, pesuri koostuu erillisestä karkeiden hiukkasten märkäerottimesta ja lämmön talteenottoyksiköstä (LTO), joka on tavallisesti täytekappalekolonni. Hiukkasten märkäpesua ei tarvita, jos hiukkaserottimena on sähkösuodatin.

9 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 9 Rikkidioksidin ja vetykloridin (HCl) erotukseen pesurit ovat tehokkaita. Erotusaste kasvaa päästökaasun alkupitoisuuden mukana. Esimerkiksi turpeenpolton rikkidioksidin (ja hiukkasten) erotusaste on tavallisesti %. Hiukkasten mukana pesuveteen erottuu myös raskasmetalleja. Rikkidioksidin erotusasteeseen vaikuttavat pesuveden lämpötila ja ph. Myös HCl:n erotusaste on korkea, useimmiten %. Lauhdevesi johdetaan selkeytysaltaasta neutraloituna ja suodatettuna viemäriin tai vesistöön. Ojaan johdettava lauhdevesi saostetetaan kemiallisesti, selkeytetään ja suodatetaan. Neutralointikemikaalin (tavallisesti NaOH) kulutus kasvaa rikkipitoisuuden mukana, mikä lisää kustannuksia. Pesurin lauhdeveden ja tuhkalietteen käsittelyn vaatimuksista tulee sopia etukäteen paikallisen ympäristöviranomaisen kanssa. Pesurit ovat taloudellisesti edullisimpia kosteita puupolttoaineita käyttävissä lämpökeskuksissa. Niissä hiukkasten erotusaste on melko vaatimaton, koska pienhiukkasten osuus lentopölyssä on suuri. HCl:n erotuksesta huolimatta neutralointikemikaalin käyttötarve on pieni, koska puun emäksinen tuhka neutraloi lauhdevettä. Kuorta ja purua käyttävillä laitoksilla pesurin lämmön talteenottoteho on parhaimmillaan noin 30 % kattilan tehosta, jos kaukolämmön paluuveden lämpötila on matala (esimerkiksi 45 oc) ja palamisilma kostutetaan pesurivedellä. Kostutuksen ansiosta pesurista saadaan suurempi ja tasaisempi LTO-teho (lämmön talteenoton teho) kaukolämmön paluuveden lämpötilan vaihdellessa. Pesuri toimii tehokkaimmin kattilan nimellistehon alueella. Pienillä osatehoilla ilmakerroin kasvaa ja savukaasut laimenevat, mistä syystä LTO-tehon osuus pienenee. (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012). Kuva 4. Savukaasupesurin lämmön talteenotto-osan kytkentä kaukolämpöverkkoon ja palamisilman kostutin. (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012).

10 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy Kerroskuivurit Kuvassa 5 on esitetty BioInno-Patu kerroskuivuri. Tehokas ripapattereissa kiertävän lämpimän nesteen ja ilman yhtäaikaiseen kiertoon perustuva kerroskuivausjärjestelmä on tekniikaltaan täysin uutta Suomessa. Kuivaustasoja kerroskuivuriin asennetaan normaalisti 3 5 kappaletta. Kerroskuivurissa käytetään hyväksi kattilahuoneesta saatavaa hukkalämpöä, kaukolämmön paluuvettä jatai savukaasupesureiden vedestä saatavaa lämpöä. Lisäksi kuivurissa hyödynnetään tarpeen vaatiessa primäärilämpöä. Kantavien akselien sisällä ja tasoilla eväputkissa kattilan lämmönvaihtimen kautta kiertävä lämmin vesi kuivattaa tehokkaasti jäätyneenkin hakkeen ja lämmin kiertoilma sitoo ja kuljettaa kosteuden pois. Ilmankierto hoidetaan puhaltimilla, joiden tehoa ohjaa kosteutta tarkkaileva ohjausyksikkö. Kuivattavaksi kelpaa pienillä teknisillä muutoksilla vaikkapa briketin ja pellettien raaka-aineeksi tuleva hake ja sahajauho tai vaikkapa turve. Kuva 5. Bioinno Patu Oy:n kerroskuivuri. 4. Viirakuivurit Viirakuivaimia valmistavat mm. Urbas ja Stela (kts. Viirakuivaimia käytetään yleensä, kun kuivauslämpötilat ovat alle 100 o C asteen. Viirakuivaimilla kuivataan purun ja hakkeen lisäksi viljatuotteita ja ruokaa (mm. muroja, hedelmiä), lemmikkien ruokia (siankorvia, nahkaa, kuivaruokaa yms) ja jätelietteitä. Stela on toimittanut yli 140 matalan lämpötilan viirakuivainta.

11 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 11 Urbas toimitti ison viirakuivaimen Kuhmo Oy:lle, joka käyttää viirakuivuria briketin raaka-aineen kuivaukseen. Kuhmo Oy:n viirakuivain on suunniteltu lämpimästä vedestä saatavan energian ja jo lämmitetyn ympäristön ilman hyödyntämiseen purun kuivatuksessa. Viirakuivaimen pääasiallisena lämmitysenergiana käytetään Kuhmon lämpö Oy:n lämpövoimalan sekundäärienergiaa. Lämpövoimalan kuumalla savukaasulla lämmitetään viirakuivaimen kuivausilmaa. Täydentävänä lämmitysenergiana käytetään pattereita, joiden vesi lämmitetään lämpövoimalassa. Täydentävä lämmitysenergia on primäärienergiaa. Kuvassa 6 nähdään lämmitysenergian kuljettamisen tekniikka kuivainlaitoksen ja lämpövoimalan välillä. Kuivattava tuote saapuu kuivaimelle hihnakuljettimella (kuva 7) ja se johdetaan pääkuljettimen työntötangoilla pudotuskuilun päällä olevasta siilosta annosteluruuville, joka syöttää kiertoruuveja. Kiertoruuvi huolehtii tasaisen tuotekerroksen syöttämisestä koko viiran leveydelle. Kiertoruuvin täyttöaste säätelee materiaalin syöttöä. Kuivatusviiran sekä muiden kuljetuselementtien kierroslukua ohjataan perustuen kuivatuotteen automaattiseen kosteudenmittaukseen. Poistoilmaventtiilit imevät lämmönvaihtimelta kuivausilmaa tuotekerroksen ja polyesterikuituisen viiran läpi ja vievät sen ulkoilmaan. Sähkönkulutuksen minimoimiseksi puhaltimien kierrosnopeutta säädetään kuivaustehon tarpeen mukaisesti. Kuivatusviiran loppupäässä tuote putoaa poistoruuville, jolloin hihnaan takertuneet jäännöspurut puhalletaan ulos. Poistoruuvilta esikuivattu tuote kuljetetaan kahden paluuruuvin kautta jakoruuville ja levitetään toiseksi kerrokseksi ensimmäisen kerroksen päälle suunnilleen kuivaimen puolivälissä. Kuivaimen päässä ylempi kuiva kerros kuoritaan poistoruuville. Viirakuivaimen rakenne esitetään kuvan 8 kaaviossa. Tuotantoa voidaan seurata ja ohjata viirakuivainlaitoksen ohjausjärjestelmällä (kuva 9). Kyllönen Kuva 8. Kaavio viirakuivaimesta. 1 märkätuote, 2a kiertoruuvi edessä, 2b kiertoruuvi takana, 3 poistoruuvi ja ulospuhallus, 4 jakoruuvi, 5 kuivatuote, 6 lämmönvaihdin, 7 poistoilman puhallin, 8 viiranpesulaite ja 9 ympäristön ilma. Kyllönen 2009.

12 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 12 Kuva 9. Viirakuivainlaitoksen ohjausjärjestelmä. Kyllönen Aineisto ja menetelmät Tutkimuksen lähtötietoina käytettiin Enon energiaosuuskunnalla koekäytössä olleen kerroskuivurin tietoja sekä Lieksan Saha Oy:n antamia tietoja sivutuotteista ja poltosta. Viirakuivurin lähtötiedot hankittiin Stelayhtiöltä Saksasta sekä tutustumalla Kuhmo Oy viirakuivurista tehtyihin julkisiin raportteihin (Kyllönen 2009). Sahaympäristöön rakennetun kerroskuivurin kustannusarvio on euroa, kun tavoitekosteus on yli 30%. Koska metsähake sisältää talvikuukausina lunta ja jäätä, niin kuivuriin tulee asentaa esisulatusjärjestelmä metsähakkeelle, joka nostaa investoinnin arvon euroon. Kun kuivattavan sahanpurun tai hakkeen tavoitekosteus laskee alle 30%, niin kuivuriin on lisättävä yksi tai kaksi tasoa lisää, jolloin kerroskuivurin kustannusarvio nousee euroon. Tarvittavien rakennustöiden kustannusarvio on kerroskuivurin tapauksessa noin euroa. Kapasiteetiltaan kerroskuivurin kanssa yhtä suuren viirakuivurin hankintahinta on noin euroa ja tarvittavien rakennustöiden noin euroa. Viirakuivuri on siis fyysiseltä kooltaan siis isompi kuin kerroskuivuri, joka nostaa rakentamistöiden hintaa.

13 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy Case 1: Kerroskuivuri tuoretta purua ja haketta tuottavalla sahalla Case 1.1 Kerroskuivuri tuoretta purua ja haketta i-m 3 tuottavalla sahalla Taulukoissa 1, 2 ja 3 on esitetty tutkimuksessa käytetyt lähtötiedot, kun toimintaympäristönä on saha, joka kuivaa kerroskuivurilla sivutuotteita irtokuutiota vuodessa myytäväksi kaukolämpölaitoksille (kuivauslämpötila 90 astetta ja loppukosteus 35%). Taulukko 1. Tutkimuksessa käytetyt lähtötiedot, kun toimintaympäristönä on saha, joka kuivaa kerroskuivurilla sivutuotteita irtokuutiota vuodessa myytäväksi kaukolämpölaitoksille (kuivauslämpötila 90 astetta ja loppukosteus 35%). Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case kerroskuivuri sijoitettuna sahalaitokselle Lähtötiedot Vuodessa kuivattavaa materiaalia Kuivattavan materiaalin määrä Paino i-m3 Alkukosteus 60 % Loppukosteus 35 % Paino kuivattuna 4 i-m3 300 kg/i-m3 253,125 kg/i-m3 Paino alussa 1200 kg --> Märän materiaalin energiasisältö 0,54 MWh/i-m3 Kuivapaino Vettä materiaalissa alussa 750 kg 450 kg Paino kuivattuna 1012,5 kg --> Kuivan materiaalin energiasisältö 0,85 MWh/i-m3 Kuivauksessa poistettavan veden määrä 187,5 kg Kuivauksen avulla materiaalin energiasisältö kasvaa 0,31 MWh/i-m3 Energiasisällön kasvun lisäksi kuivauksen parantaa myös kattilan hyötysuhdetta ja maksimitehoa. Maksimi teho kasvaa, koska kattilan arinoille sopii palamaan kerralla sama määrä irtokuutioina polttoainetta riippumatta siitä, onko se kosteaa vai märkää--> valmiiksi lämmin ja kuiva polttoaine palaa tehokkaammin ja paremmalla hyötysuhteella. Kun kattilan hyötysuhde paranee kuivalla polttoaineella 0 % niin kuivauksen avulla saadaan lisäenergiaa poltossa noin 0,31 MWh/i-m3 Kattilan max teho kasvaa siis 57 %

14 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 14 Taulukko 2. Kuivauksen energiantarve, teho ja aika sekä kuivauslämmön tuottaminen, toimintaympäristönä on saha, joka kuivaa kerroskuivurilla sivutuotteita irtokuutiota vuodessa myytäväksi kaukolämpölaitoksille (kuivauslämpötila 90 astetta ja loppukosteus 35%). Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case kerroskuivuri sijoitettuna sahalaitokselle Lähtötiedot Kuivauserä 4 i-m3 Alkulämpötila -20 astetta Loppulämpötila 70 astetta Paino 300 kg/i-m kg Alkukosteus 60 % Loppukosteus 35 % Vettä 450 kg lämmitetettävän veden määrä Puuta 750 kg Haihduttevan veden määrä 187,5 kg Kuivan puun om.lämpökap 1340 J/kgK Jään om. lämpökap J/kgK Jään om. sulamislämpö J/kg Veden om. lämpökap J/kgK Veden om. höyrytyslämpökap J/kg Energiantarve Puun lämmitys J Jään lämmitys J Jään sulatus J Veden lämmitys J Lämmittämiseen kuluva energia 0,098 Mwh/i-m3 Veden höyrytys J Yhteensä 814,845 MJ 1 kwh = 3,6 MJ LÄMPÖHÄVIÖT 10 % KOKONAISENERGIANTARVE 249 kwh ENERGIANTARVE 62 kwh/i-m3 KUIVAUSAIKA TEHONTARVE TEHONTARVE 2 h 124 KW/h 31 KW/i-m3 LÄMMÖN TUOTANTOON TARVITTAVAN KIERTOVEDEN MÄÄRÄ KIERTOVESI LÄHTÖ 110 C KIERTOVESI PALUU 90 C ENERGIANTARVE LÄMPÖHÄVIÖINEEN 896,3295 MJ ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI LÄHTÖ 0,4609 MJ/KG ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI TULO 0,3771 MJ/KG KIERTOVEDEN LUOVUTTAMA ENERGIA 0,0838 MJ/KG TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ 10,7 M3 TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ TUNNISSA 5,3 M3/h

15 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 15 Taulukko 3. Kuivauksen kannattavuuslaskelma, kun toimintaympäristönä on saha, joka kuivaa kerroskuivurilla sivutuotteita irtokuutiota vuodessa myytäväksi kaukolämpölaitoksille (kuivauslämpötila 90 astetta ja loppukosteus 35%). Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case kerroskuivuri sijoitettuna sahalaitokselle Kannattavuuslaskelma 1. toimintavuosi Tuotantomäärä i-m3 Alkukosteus 60 % Kuivausaika 2,0 h Loppukosteus 35 % Vuosittainen tuotantoaika 313 d Märän materiaalin energiasisältö 0,54 MWh/i-m3 Kuivausserän koko 4 i-m3 Kuivan materiaalin energiasisältö 0,85 MWh/i-m3 Lämpöenergian kulutus, hinta ja tehontarvearvio 0,062 MWh/i-m3 30 /MWh 0,12 MW Sähkönkulutus ja hinta 10 kwh/i-m3 0,1 /kwh Kuivaamon hinta Kuivaamorakennuksen ja varastojen hinta Laina Lainan korko 5 % Kuivauksen avulla saatava lisäenergia huomiotuna kattilan hyötysuhteen parantuminen Lämpimän polttoaineen avulla saatava lisäenergia Kuivan biopolttoaineen hinta Kuivauksesta saatava kokonaishyöty Polttoaineesta saatavan lisäenergian hinta 0,31 MWh/i-m3 0,10 MWh/i-m3 20,00 /MWh 9,04 /i-m3 6,2 /i-m3 Kuivan polttoaineen antama logistiikkaetu (saadaan enemmän MWh per kuorma) 2,84 /i-m3 Rahti 5 /MWh 68,10 MWh/kuorma Kattilan max tehon kasvusta saatava hyöty 0 /-m3 (ei tarvitse investoida isompaan kattilaan tai käyttää varajärjestelmää) /i-m3 Myynti ,50 9,04 Liikevaihto ,50 9,04 Muuttuvat kustannukset Logistiikkakulut ,00-0, ,00-0,20 Varaston muutos 0,00 Ulkopuoliset palvelut ,00-0,13 Tuotannon työntekijät Muut muuttuvat kulut Palkat (0,2 kuivaamon hoitajaa) ,00-0,67 Työntekijöiden sosiaalikulut ,00-0,33 Tuotannon henkilökulut yhteensä ,00-1,00 Vapaaehtoiset sosiaalikulut 0,00 0,00 Matkat 0,00 0,00 Tuotannon kulut (pientarvikkeet, huollot yms) ,00-0,33 Lämpöenergiakulut ,30-1,87 Sähkökulut ,00-1,00 Koneiden ja laitteiden vuokrat 0,00 0,00 Varaosat 0,00 0,00 Muut muuttuvat yhteensä ,30-2,20 Muuttuvat kulut yhteensä ,30-3,53 Myyntikate ,20 5,50 Kiinteät kustannukset Muut kiinteät kustannukset Henkilökustannukset 0,00 0,00 Sosiaalikulut 0,00 0,00 Henkilökustannukset yhteensä 0,00 0,00 Vakuutukset, tarkastukset ja luvat ,00-0,33 Koneet ja laitteet 0,00 0,00 Toimitilat 0,00 0,00 Markkinointi 0,00 0,00 Virkitys 0,00 0,00 Matkat 0,00 0,00 Hallinto 0,00 0,00 TKI 0,00 0,00 Muut kiinteät kustannukset yhteensä ,00-0,33 Kiinteät kustannukset ,00-0,33 Käyttökate ,20 5,17 Poistot ,00-3,25 Rahoituskustannukset Lainan korko ,00-0,67 Rahoituskustannukset yhteensä ,00-0,67 Voitto/Tappio ennen veroja ,20 1,25 Verot ,57 Voitto/Tappio verojen jälkeen ,63 0,93 1 Rak ennuk s et 10 v uoden tas apois toin. Koneet ja laitteet 25% menojäännös pois toin.

16 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy Case 1.2 Kerroskuivuri tuoretta purua ja haketta i-m 3 tuottavalla sahalla Taulukoissa 4, 5 ja 6 on esitetty tutkimuksessa käytetyt lähtötiedot, kun toimintaympäristönä on saha, joka kuivaa kerroskuivurilla sivutuotteita irtokuutiota vuodessa myytäväksi kaukolämpölaitoksille (kuivauslämpötila 90 astetta ja loppukosteus 40%). Taulukko 4. Tutkimuksessa käytetyt lähtötiedot, kun toimintaympäristönä on saha, joka kuivaa kerroskuivurilla sivutuotteita irtokuutiota vuodessa myytäväksi kaukolämpölaitoksille (kuivauslämpötila 90 astetta ja loppukosteus 40%). Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case kerroskuivuri sijoitettuna sahalaitokselle Lähtötiedot Vuodessa kuivattavaa materiaalia Kuivattavan materiaalin määrä Paino i-m3 Alkukosteus 60 % Loppukosteus 40 % Paino kuivattuna 4 i-m3 300 kg/i-m3 262,5 kg/i-m3 Paino alussa 1200 kg --> Märän materiaalin energiasisältö 0,54 MWh/i-m3 Kuivapaino Vettä materiaalissa alussa 750 kg 450 kg Paino kuivattuna 1050 kg --> Kuivan materiaalin energiasisältö 0,8 MWh/i-m3 Kuivauksessa poistettavan veden määrä 150 kg Kuivauksen avulla materiaalin energiasisältö kasvaa 0,26 MWh/i-m3 Energiasisällön kasvun lisäksi kuivauksen parantaa myös kattilan hyötysuhdetta ja maksimitehoa. Maksimi teho kasvaa, koska kattilan arinoille sopii palamaan kerralla sama määrä irtokuutioina polttoainetta riippumatta siitä, onko se kosteaa vai märkää--> valmiiksi lämmin ja kuiva polttoaine palaa tehokkaammin ja paremmalla hyötysuhteella. Kun kattilan hyötysuhde paranee kuivalla polttoaineella 0 % niin kuivauksen avulla saadaan lisäenergiaa poltossa noin 0,26 MWh/i-m3 Kattilan max teho kasvaa siis 48 %

17 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 17 Taulukko 5. Kuivauksen energiantarve, teho ja aika sekä kuivauslämmön tuottaminen, toimintaympäristönä on saha, joka kuivaa sivutuotteita irtokuutiota vuodessa myytäväksi kaukolämpölaitoksille (kuivauslämpötila 90 astetta ja loppukosteus 40%). Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case kerroskuivuri sijoitettuna sahalaitokselle Lähtötiedot Kuivauserä 4 i-m3 Alkulämpötila -20 astetta Loppulämpötila 70 astetta Paino 300 kg/i-m kg Alkukosteus 60 % Loppukosteus 40 % Vettä 450 kg lämmitetettävän veden määrä Puuta 750 kg Haihduttevan veden määrä 150 kg Kuivan puun om.lämpökap 1340 J/kgK Jään om. lämpökap J/kgK Jään om. sulamislämpö J/kg Veden om. lämpökap J/kgK Veden om. höyrytyslämpökap J/kg Energiantarve Puun lämmitys J Jään lämmitys J Jään sulatus J Veden lämmitys J Lämmittämiseen kuluva energia 0,098 Mwh/i-m3 Veden höyrytys J Yhteensä 730,095 MJ 1 kwh = 3,6 MJ LÄMPÖHÄVIÖT 10 % KOKONAISENERGIANTARVE 223 kwh ENERGIANTARVE 56 kwh/i-m3 KUIVAUSAIKA TEHONTARVE TEHONTARVE 1,5 h 149 KW/h 37 KW/i-m3 LÄMMÖN TUOTANTOON TARVITTAVAN KIERTOVEDEN MÄÄRÄ KIERTOVESI LÄHTÖ 110 C KIERTOVESI PALUU 90 C ENERGIANTARVE LÄMPÖHÄVIÖINEEN 803,1045 MJ ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI LÄHTÖ 0,4609 MJ/KG ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI TULO 0,3771 MJ/KG KIERTOVEDEN LUOVUTTAMA ENERGIA 0,0838 MJ/KG TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ 9,6 M3 TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ TUNNISSA 6,4 M3/h

18 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 18 Taulukko 6. Kuivauksen kannattavuuslaskelma, kun toimintaympäristönä on saha, joka kuivaa sivutuotteita irtokuutiota vuodessa myytäväksi kaukolämpölaitoksille (kuivauslämpötila 90 astetta ja loppukosteus 40%). Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case kerroskuivuri sijoitettuna sahalaitokselle Kannattavuuslaskelma 1. toimintavuosi Tuotantomäärä i-m3 Alkukosteus 60 % Kuivausaika 1,5 h Loppukosteus 40 % Vuosittainen tuotantoaika 313 d Märän materiaalin energiasisältö 0,54 MWh/i-m3 Kuivausserän koko 4 i-m3 Kuivan materiaalin energiasisältö 0,8 MWh/i-m3 Lämpöenergian kulutus, hinta ja tehontarvearvio 0,056 MWh/i-m3 30 /MWh 0,15 MW Sähkönkulutus ja hinta 10 kwh/i-m3 0,1 /kwh Kuivaamon hinta Kuivaamorakennuksen ja varastojen hinta Laina Lainan korko 5 % Kuivauksen avulla saatava lisäenergia huomiotuna kattilan hyötysuhteen parantuminen Lämpimän polttoaineen avulla saatava lisäenergia Kuivan biopolttoaineen hinta Kuivauksesta saatava kokonaishyöty Polttoaineesta saatavan lisäenergian hinta 0,26 MWh/i-m3 0,10 MWh/i-m3 20,00 /MWh 7,73 /i-m3 5,2 /i-m3 Kuivan polttoaineen antama logistiikkaetu (saadaan enemmän MWh per kuorma) 2,53 /i-m3 Rahti 5 /MWh 60,60 MWh/kuorma Kattilan max tehon kasvusta saatava hyöty 0 /-m3 (ei tarvitse investoida isompaan kattilaan tai käyttää varajärjestelmää) /i-m3 Myynti ,00 7,73 Liikevaihto ,00 7,73 Muuttuvat kustannukset Logistiikkakulut ,00-0, ,00-0,20 Varaston muutos 0,00 Ulkopuoliset palvelut ,00-0,10 Tuotannon työntekijät Muut muuttuvat kulut Palkat (0,2 kuivaamon hoitajaa) ,00-0,50 Työntekijöiden sosiaalikulut ,00-0,25 Tuotannon henkilökulut yhteensä ,00-0,75 Vapaaehtoiset sosiaalikulut 0,00 0,00 Matkat 0,00 0,00 Tuotannon kulut (pientarvikkeet, huollot yms) ,00-0,25 Lämpöenergiakulut ,69-1,67 Sähkökulut ,00-1,00 Koneiden ja laitteiden vuokrat 0,00 0,00 Varaosat 0,00 0,00 Muut muuttuvat yhteensä ,69-1,92 Muuttuvat kulut yhteensä ,69-2,97 Myyntikate ,31 4,75 Kiinteät kustannukset Muut kiinteät kustannukset Henkilökustannukset 0,00 0,00 Sosiaalikulut 0,00 0,00 Henkilökustannukset yhteensä 0,00 0,00 Vakuutukset, tarkastukset ja luvat ,00-0,25 Koneet ja laitteet 0,00 0,00 Toimitilat 0,00 0,00 Markkinointi 0,00 0,00 Virkitys 0,00 0,00 Matkat 0,00 0,00 Hallinto 0,00 0,00 TKI 0,00 0,00 Muut kiinteät kustannukset yhteensä ,00-0,25 Kiinteät kustannukset ,00-0,25 Käyttökate ,31 4,50 Poistot ,00-2,44 Rahoituskustannukset Lainan korko ,00-0,50 Rahoituskustannukset yhteensä ,00-0,50 Voitto/Tappio ennen veroja ,31 1,56 Verot ,70 Voitto/Tappio verojen jälkeen ,61 1,16 1 Rak ennuk s et 10 v uoden tas apois toin. Koneet ja laitteet 25% menojäännös pois toin.

19 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy Case 2: Kerroskuivuri metsähaketta käyttävällä kaukolämpölaitoksella Case 2.1: Kerroskuivuri metsähaketta i-m 3 käyttävällä kaukolämpölaitoksella Taulukoissa 7, 8 ja 9 on esitetty tutkimuksessa käytetyt lähtötiedot, kun toimintaympäristönä on kaukolämpölaitos, joka kuivaa kerroskuivurilla metsähaketta vuodessa irtokuutiota kaukolämmön paluuveden ja hukkalämmön avulla (kuivauslämpötila 70 astetta ja loppukosteus 35%). Taulukko 7. Tutkimuksessa käytetyt lähtötiedot, kun toimintaympäristönä on kaukolämpölaitos, joka kuivaa kerroskuivurilla metsähaketta irtokuutiota vuodessa käyttäen kuivatun materiaalin heti lämmöntuotannossa (kuivauslämpötila 70 astetta ja loppukosteus 35%). Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case kerroskuivuri sijoitettuna metsähaketta käyttävään kaukolämpölaitokseen Lähtötiedot Vuodessa kuivattavaa materiaalia Kuivattavan materiaalin määrä Paino i-m3 Alkukosteus 65 % Loppukosteus 35 % Paino kuivattuna 4 i-m3 325 kg/i-m3 265,9091 kg/i-m3 Paino alussa 1300 kg --> Märän materiaalin energiasisältö 0,49 MWh/i-m3 Kuivapaino Vettä materiaalissa alussa 787,8788 kg 512,1212 kg Paino kuivattuna 1063,636 kg --> Kuivan materiaalin energiasisältö 0,89 MWh/i-m3 Kuivauksessa poistettavan veden määrä 236,3636 kg Kuivauksen avulla materiaalin energiasisältö kasvaa 0,4 MWh/i-m3 Energiasisällön kasvun lisäksi kuivauksen parantaa myös kattilan hyötysuhdetta ja maksimitehoa. Maksimi teho kasvaa, koska kattilan arinoille sopii palamaan kerralla sama määrä irtokuutioina polttoainetta riippumatta siitä, onko se kosteaa vai märkää--> valmiiksi lämmin ja kuiva polttoaine palaa tehokkaammin ja paremmalla hyötysuhteella. Kun kattilan hyötysuhde paranee kuivalla polttoaineella 10 % niin kuivauksen avulla saadaan lisäenergiaa poltossa noin 0,49 MWh/i-m3 Kattilan max teho kasvaa siis 100 %

20 Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 20 Taulukko 8. Kuivauksen energiantarve, teho ja aika sekä kuivauslämmön tuottaminen, toimintaympäristönä on kaukolämpölaitos, joka kuivaa kerroskuivurilla metsähaketta irtokuutiota vuodessa käyttäen kuivatun materiaalin heti lämmöntuotannossa (kuivauslämpötila 70 astetta ja loppukosteus 35%). Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case kerroskuivuri sijoitettuna metsähaketta käyttävään kaukolämpölaitokseen Lähtötiedot Kuivauserä 4 i-m3 Alkulämpötila -20 astetta Loppulämpötila 60 astetta Paino 325 kg/i-m kg Alkukosteus 65 % Loppukosteus 35 % Vettä 512,12121 kg lämmitetettävän veden määrä Puuta 787,87879 kg Haihduttevan veden määrä 236,36364 kg Kuivan puun om.lämpökap 1340 J/kgK Jään om. lämpökap J/kgK Jään om. sulamislämpö J/kg Veden om. lämpökap J/kgK Veden om. höyrytyslämpökap J/kg Energiantarve Puun lämmitys J Jään lämmitys J Jään sulatus J Veden lämmitys J Lämmittämiseen kuluva energia 0,101 Mwh/i-m3 Veden höyrytys J Yhteensä 939,33273 MJ 1 kwh = 3,6 MJ LÄMPÖHÄVIÖT 10 % KOKONAISENERGIANTARVE 287 kwh ENERGIANTARVE 72 kwh/i-m3 KUIVAUSAIKA TEHONTARVE TEHONTARVE 3 h 96 KW/h 24 KW/i-m3 LÄMMÖN TUOTANTOON TARVITTAVAN KIERTOVEDEN MÄÄRÄ KIERTOVESI LÄHTÖ 90 C KIERTOVESI PALUU 70 C ENERGIANTARVE LÄMPÖHÄVIÖINEEN 1033,266 MJ ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI LÄHTÖ 0,3771 MJ/KG ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI TULO 0,2933 MJ/KG KIERTOVEDEN LUOVUTTAMA ENERGIA 0,0838 MJ/KG TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ 12,3 M3 TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ TUNNISSA 4,1 M3/h