TAUSTARAPORTTI 15.12.2014 SELVITYS: BIOMASS VALUE SUPPLY CHAIN 1 Cleantech Finland Bioenergy hanketta rahoittavat Euroopan unionin aluekehitysrahasto, alueen kunnat ja yritykset. EU-rahoituksen myöntänyt viranomainen on Etelä-Savon maakuntaliitto.
SELVITYSRAPORTIN SISÄLTÖ Työn tausta ja tavoitteet Yhteenveto työn suorittamisesta Metsähakkeen toimitusketjun kuvaus Toimitusketjun laatu Tiedonhallinta osana laadun muodostumista Toimijoiden ratkaisut ja lisäarvot Kokonaishyödyn muodostuminen Taloudellisten hyötyjen laskentamalli Liitteet 1. Tiedonhallintaan ja tietojärjestelmiin liittyviä esimerkkihankkeita 2. Työssä haastatellut toimijat 3. Haastatellut loppuasiakkaat (laitokset) 4. Yhteenveto taloudellisten hyötyjen muodostumisesta (laskentamallin tausta-aineisto) Yhteenveto ja johtopäätökset 2
TYÖ LIITTYY CLEANTECH FINLAND BIOENERGY (CFB) KEHITYSHANKKEESEEN Selvitys liittyy Cleantech Finland Bioenergy (CFB) kehityshankkeeseen, joka on Mikkelin seudun (Miktech Oy), Varkauden seudun (Navitas Kehitys Oy) ja Savonlinnan seudun (Savolinnan seudun kuntayhtymä / Yrityspalvelut) yhdessä yritysten kanssa toteuttama projekti. Sen tavoitteena on kehittää yritysten vientivalmiuksia ja edistää vientimyyntiä valituille markkina-alueille. Cleantech Finland Bioenergy hanketta rahoittavat Euroopan unionin aluekehitysrahasto, kunnat ja yritykset. EU-rahoituksen myöntänyt viranomainen on Etelä-Savon maakuntaliitto. Cleantech Finland Bioenergy (CFB) kehityshankkeeseen osallistuvat seuraavat yritykset Miktech Oy, Navitas Kehitys Oy, Savonlinnan seudun kuntayhtymä/ Yrityspalvelut MHG-Systems Oy, Fixteri Oy, Kärkimurskaus Oy, Inray Oy Ltd, Saimatec Engineering Oy, Etteplan, Andritz Oy, KPA Unicon Oy, Clean Flame Ltd, Caverion Oyj, Nordic Power Service Oy Viennin kohdemarkkinoiksi on määritelty Saksa, Ruotsi, Venäjä ja Iso-Britannia. CFB-hankkeessa kehitetään mm. yritysryhmän valmiuksia kokonaisratkaisujen myyntiin em. kohdemarkkinoille. Biomass Value Supply Chain-selvitystyöllä tuetaan tätä tunnistamalla ja todentamalla laitoshyötyjä, joita asiakas saa kokonaistaloudellisuutta toteuttavasta metsähakkeen toimitusketjusta ja siihen liittyvästä laadunvarmistuksesta 3
TAVOITE: METSÄHAKKEEN TOIMITUSKETJUN JA LAADUNVARMISTUKSEN LAITOSHYÖDYN TODENTAMINEN Selvityksen osatavoite Kokonaistaloudellisen metsähakkeen toimitusketju ja laadunvarmistus Laitoshyödyn tarkentaminen ja todentaminen Mallilaitoksen hyötyjen laskeminen Laskentamalli (laskentatyökalu) säästöistä, jotka saadaan käyttämällä toimitusketjun tarjoamaa puhdasta polttoainetta huonolaatuisen ja käsittelykustannuksia aiheuttavan polttoaineen sijasta Laajemmat hyödyt Esimerkkejä selvityksessä käsiteltävistä kysymyksistää Millainen toimitusketju on kyseessä? Mitä laatua varmistavia elementtejä siihen liittyy? Mitä hyötyjä on aiemmissa CFB-hankkeen selvityksissä tunnistettu? Miksi energia-/lämpölaitoksen kannattaa valita tarkastelun mukainen metsähakkeen toimitusketju? Mitä hyötyjä laitos saa käyttämällä kokonaistoimitusketjua? Onko mahdollista saada parempaa raaka-ainetta halvemmalla käyttämällä kokonaistoimitusketjua Mitä muita hyötyjä on? Mitä hyötypotentiaalille haitallisia tekijöitä voidaan tunnistaa ja miten niihin voidaan vaikuttaa? Mikä on eri toimitustilanteisiin parhaiten teknisesti ja kaupallisesti sopiva toimitusketju? Mitä hyötyjä saisivat mallilaitokset, ts. Elenia Lämpö Oy:n Vanajan ja Lammin laitokset sekä muut haastatellut laitokset mitä toiminnallisia hyötyjä mitä taloudellisia euromääräisiä hyötyyjä mitä muita hyötyjä Laskentamallin elementit (osa-alueet) ja parametrit yksinkertaisessa Excel-taulukossa, jonka avulla voidaan simuloida tyypillisiä laitosvaihoehtoja Alustavat koelaskennat Mitä hyötyjä laitokseen läheisesti liittyvät muut arvoketjut saavat kokonaistoimitusketjusta? Miten toimitusketjua voisi kehittää? Mikä on eri toimitustilanteisiin parhaiten teknisesti ja kaupallisesti sopiva toimitusketju? 4
Työn tausta ja tavoitteet Yhteenveto työn suorittamisesta Metsähakkeen toimitusketjun kuvaus Toimitusketjun laatu Tiedonhallinta osana laadun muodostumista Toimijoiden ratkaisut ja lisäarvot Kokonaishyödyn muodostuminen Taloudellisten hyötyjen laskentamalli Yhteenveto ja johtopäätökset 5
TYÖ ETENI VAIHEITTAIN TYÖSUUNNITELMAN MUKAAN 1. TYÖN KÄYNNIS- TYS 2. LÄHTÖ- TIETOJEN ANALY- SOINTI 3. HAASTAT- TELUT 4. HYÖTYJEN KUVAAMINEN JA MALLINTA- MINEN 5. VÄLI- RAPORTOIN- TI- PALAVERI 6. TARKEN- NUKSET JA VIIMEISTE- LYT 7. LOPPU- RAPORTIN ESITTELY JA TOIMITUS 10.9-17.9 10.9-19.9 22.9-10.10 6.10 17.10 20.-24.10 27.10-26.11 26.11 8.12 6
TYÖ ON TEHTY TYÖSUUNNITELMAN VAIHEIDEN MUKAISESTI 1. Työn käynnistäminen tilaajan kanssa Aloituspalaveri 9.9.2014 2. Toimitusketjun ja lähtötietojen analysointi sekä toimitusketjun kuvaus Aiemmat raportit, selvitykset toimitusketjuhankkeesta ja toimijoista Lähtöaineistoon perustuva näkemys tarkastellusta toimitusketjusta ja ratkaisuista Rambollin tiimin sisäiset palaverit 3. Haastattelut Toimitusketjun toimijat; Minna Lappalainen (Fixteri), Seppo Huurinainen (MHG), Mika Kärki (Kärkimurskaus), Mika Muinonen (Inray), Pekka Kovanen, Pentti Savolainen, Risto Juutinen (KPA Unicon), Ilkka Venäläinen (Andritz) Loppuasiakkaat (laitokset); Esa Koskiniemi (EPV Oy / Vaskiluodon Voima), Niina Albrecht (Jyväskylän Energia), Samuli Räisänen, Juha Knuutinen, Raimo Tuomainen (Kuopion Energia), Pasi Ruuska (Elenia Lämpö Oy) Asiantuntijat; Urpo Hassinen (Metsäkeskus, Enon Energiaosuuskunta), Antti Asikainen (Metla), Lauri Sikanen (Metla), Jyrki Raitila (VTT), Olli Äijälä (Kehittämiskeskus Tapio), Jari Heikkinen (Pohjois-Savon Metsänhoitoyhdistys) Kts. seuraava sivu Rambollin tiimin sisäiset palaverit ja työpajat 4. Hyötyjen kuvaus ja mallinnus Em. vaiheiden perusteella sekä asiantuntija-arvioin Hyödyt loppuasiakkaalle (toiminnallinen, taloudellinen, mahdolliset muut) Laskentatyökalun elementit ja periaatteet 5. Väliraportointi suomenkielisen taustaraportin muodossa 17.10.2014 6. Väliraporttiin saatujen kommenttien huomiointi ja laskentatyökalun viimeistely 7. Suomenkielisen taustaraportin viimeistely (tämä dokumentti) ja lähetys 8.12.2014 8. Englanninkielisen yhteenvedon teko ja lähetys 26.11.-8.12.2014 9. Työn esittely 3.12.2014 7
YHTEENVETO LAITOSTEN HAASTATTELUISSA KÄSITELLYISTÄ ASIOISTA LAITOKSEN NYKYTILANNE Yritys ja nykyiset toimitusketjut - Laitoksesta lyhyesti - Metsähakkeen toimitusketju Laitoksen toiminta - Polttoainetoimitukset (hake) - Varastointi - Yhteistyö - Kehittämistarpeet Laatu ja sen hallinta - Laadun määritelmä ja merkitys laitoksella - Laadunhallinta - Laadun kannalta kriittisimmät vaiheet - Kehitystarpeet Tieto ja sen hallinta - Tiedon tarve - Tiedonhallinta - Hyödyntäminen - Ympäristö ja todentaminen - Kehitystarpeet Polttoainehankinnan ongelmat eri laitosnäkökulmista - Prosessitalous - Hankinta ja osto - Käyttö ja kunnossapito - Ympäristö ja todentaminen KYSYMYKSET VIITATEN ESITELTYYN TOIMITUSKETJUUN Hyödyt ja haasteet laitokselle - Prosessitalous - Hankinta ja osto - Käyttö ja kunnossapito - Ympäristö ja todentaminen (suuruus- ja merkittävyysarviot euroissa, % tai vähäinen/kohtalainen/merkittävä) Muut hyödyt ja asiat - Jokin muu laitosnäkökulma - Laitoksen ulkopuoliset hyödyt - Kehittämisideoita - Muut esille nousseet asiat 8
HAASTATELTUJA LAITOKSIA KUVAAVIA LUKUJA Tarkasteltujen, haketta polttoaineenaan käyttävien, laitosten kokoluokka vaihteli pienestä lämpölaitoksesta suuriin CHPvoimalaitoksiin. Tarkasteltujen laitosten vuosittaiset hakkeen käsittelymäärät vaihtelevat likimäärin välillä 5 000 500 000 k-m 3. Myös käytetyt haketyypit (kokopuu-, metsätähde- ja kantohakkeen suhteen) vaihtelivat merkittävästi. Laitoskoon mukaan tuhka- ja liikennemäärissä on havaittavissa suurta vaihtelua. Verrattuna suuriin voimalaitoksiin pienen lämpölaitoksen laadunvarmistukseen liittyvät näytteenotto- ja analyysimenetelmät ovat huomattavasti yksinkertaisempia. Laitoskoosta riippumatta prosessiongelmista pidetään päiväkirjaa, mutta häiriöiden aiheuttamia kustannuksia ei ole yleisesti osattu arvioida. Alla olevan taulukon mukaiset tarkat lukuarvot saatiin koottua vain osasta tarkasteluja laitoksia. Esimerkkilaitos1 Esimerkkilaitos2 Esimerkkilaitos3 Yleiset tiedot Tuotettu energia määrä MWh/a 6 500-6 900 1 800 000-2 200 000 1 000 000 Bio-osuus MWh/a sama 400 000-900 000 300 000-400 000 Laitoksen hyötysuhde % 75 ei saatua tietoa ei saatua tietoa Polttoaine Hakkeen määrä, irto i-m3/a 11 000-13 000 500 000-1 125 000 1 250 000 Hakkeen määrä, kiinto k-m3/a 4 400-5 200 200 000-450 000 500 000 Kokopuu % 80 50-60 25 Latvusmassa/metsätähde % 15 20 50 Kannot % 0 20 25 Sahapuru % 5 0 0 Tuhka Määrä t/a 40 1 500-5 000 tuhansia Käsittelykustannus eur/a 1 000 oma loppusijoitusalue ei saatua tietoa Liikenne Määrä kuormaa/a 230-280 4 000-10 000 arvio 15 000 Laadunvarmistus Vastaanotto sisätiloihin, kasalle sisätiloihin, kasalle kentälle ja siiloihin Näytteenottotapa manuaalinen satunnaisesti automaattinen 1/kuorma (kokoomat) manuaalinen 1/kuorma (kokoomat) Analysoinnista vastaa ei saatua tietoa oma laboratorio ulkopuolinen laboratorio Analysointimäärä kpl/a ei saatua tietoa ei saatua tietoa 3 500-4 000 Kosteusanalyysit (kuvaus) silmämääräinen satunnaisesti näyte/100 MWh kokooma/10 kuormaa Näytteenoton kustannus eur/a alle 1000 ei saatua tietoa 200 000 Polttoaineen aiheuttamat ongelmat Kirjaaminen päiväkirja ei saatua tietoa päiväkirja Kaikkien häiriöiden määrä kpl/a 50 ei saatua tietoa muutamia Polttoaineesta johtuva kpl/a 30 10-40 yksittäisiä Yleisin syy märän hakkeen holvaantuminen kannot hakkeen laatu --> syöttö ja kuljettimet Häiriöiden kustannus eur/a 3 000-5 000 ei tiedossa ei saatua tietoa 9
Työn tausta ja tavoitteet Yhteenveto työn suorittamisesta Metsähakkeen toimitusketjun kuvaus Toimitusketjun laatu Tiedonhallinta osana laadun muodostumista Toimijoiden ratkaisut ja lisäarvot Kokonaishyödyn muodostuminen Taloudellisten hyötyjen laskentamalli Yhteenveto ja johtopäätökset 10
METSÄHAKKEEN ALKUPERÄ JA RAAKA-AINEET VAIKUTTAVAT KÄYTETTÄVÄÄN TEKNOLOGIAAN 1) Hakeraaka-aine 2) Huomio/ominaispiirre 3) Tämän selvityksen ketjun alkupään toimijat Harvennushakkuut 1) Kokopuu, rangat 2) Suuri kasvu- ja energiapotentiaali 3) Fixteri, MHG, Kärkimurskaus, Inray Päätehakkuut 1) Hakkuutähteet (rangat, latvusmassat ja oksat), kannot sekä järeät ja lahot runkopuut, (kokopuu) 2) Perinteisesti alhaisimmat korjuukustannukset 3) MHG, Kärkimurskaus, Inray Metsä Vesakot, energiapuupalstat ja -viljelmät 1) Pieniläpimittaiset puut (kokopuu) 2) Energiapuumetsät ja etenkin viljelmät harvinaisia 3) Fixteri, MHG, Kärkimurskaus, Inray Lisäksi teollisuudessa ja rakentamisessa syntyviä jakeita (mm. kuori, tähdepuut, puurakennusjäte) voidaan pitää hakeraaka-aineina. 11
METSÄHAKKEEN TOIMITUSKETJU METSÄSTÄ KATTILAAN JA SEN KESKEISET OSAPUOLET Toimitusketjusta on olemassa paljon eri variaatioita riippuen mm. laitoskoosta, olosuhteista ja hankintakäytännöistä. METSÄN OMISTUS JA KASVATUS PUUN HANKINTA JA OSTO KORJUU JA PALSTAVARASTOINTI METSÄKULJETUS TIENVARSI- VARASTOINTI Metsänomistajat Metsänhoitoyhdistykset Metsänomistajat Metsänhoitoyhdistykset Ostaja Korjuu-urakoitsija tai muu korjuun toteuttaja Metsäkuljetusurakoitsija tai muu toteuttaja Metsäkuljetusurakoitsija tai muu toteuttaja Metsäkuljetus, jota voidaan pitää osana korjuuta, on eroteltu tässä omaksi vaiheeksi tarkasteltavuuden vuoksi. HAKETUS/ KAUKOKULJETUS TOIMITUKSEN VASTAANOTTO HAKETUS/ VARASTOINTI PROSESSI JA POLTTO KÄYTTÖKOHTEESSA Haketusurakoitsija Kuljetusyrittäjä Kuljetusyrittäjä/ haketoimittaja Loppuasiakas/varastooperaattori (terminaali) Haketusoperaattori Loppuasiakas/varastooperaattori (terminaali) Loppuasiakas 12
METSÄHAKKEEN TOIMITUSKETJUSSA ON VARIAATIOITA JA SE KOKEE TALOUDEN JA TUKIEN SUHDANNEVAIHTELUITA Toimitusketjuissa esiintyy variaatioita riippuen mm. Loppuasiakkaasta, jolloin toimitusketjuun vaikuttavia tekijöitä ovat mm. laitoksen toimintatavat hankinnassa, omistuspohja ja laitosprosessi Metsäteollisuuden integraattien (sellu, saha, paperi) toimintatavoista: miten energiaksi käytettävä puu käsitellään runko- ja kuitupuun yhteydessä Suhdanne- ja kausivaihteluista, mukaan lukien muuttuva tukipolitiikka Sääolosuhteiden aiheuttamista muutoksista Loppuasiakkaan (laitoksen) rooli ja käytännön osallistuminen ketjussa vaihtelee Osuuskunnissa lämpöyrityksen omistavat osittain metsänomistajat, jotka osallistuvat toimitusketjun työvaiheisiin monipuolisesti Isoissa energiantuotantoyksiköissä hake ostetaan toimitettuna valmiina portille, jolloin loppuasiakkaan rooli pieni Metsäteollisuuden voimantuotantoyksiköt elävät ainespuun käytön ehdoilla Ketjun alkupää ja siihen liittyvät työt voivat olla toisinaan hyvinkin kausiluonteisia Kokonaisuudessaan metsäenergiaketjuun liittyvä liiketoiminta on Suomessa pienentynyt viimeisen 1,5 vuoden aikana, mikä näkyy mm. hinnoissa, investoinneissa ja kehityspanostuksissa Keskeisiä syitä Kivihiilen maailmanmarkkinahinta on laskenut Turpeen verotustilanteet, jotka vaikuttavat myös hakkeen käyttöön (nyt hallitus valmistelee veroalennuksia) Voimalaitoskattiloissa turpeen rinnakkaispoltto (esim. 20-30 % turvetta) estää puhtaan puupolton kattilavaurioita Tuet metsähakkeelle ovat pienentyneet (hallitus valmistelee muutosta myös tähän) Seurauksena Voimalaitokset ovat lisänneet kivihiilen käyttöä ja näin parantaneet kannattavuuttaan Integraateilla (esim. UPM, Stora Enso, Metsä Group) päävirta on runko- ja kuitupuussa, maksavat huonosti energiapuusta Koneyrittäjät ovat purkaneet osittain metsäenergiaverkostojaan ja siirtyneet selvemmin runko- ja kuitupuuhun Hakeraaka-aineeksi soveltuvaa puuta jää metsään. Vain integraatit keräävät sitä laaja-alaisesti yhdessä ainespuun kanssa sitä PROSESSI JA POLTTO KÄYTÖKOHTEESSA 13
TULEVIA TRENDEJÄ JA ARVIOITA AINEISTOANALYYSIEN, HAASTATTELUIDEN JA ASIANTUNTIJA-ARVIOIDEN PERUSTEELLA Talouden trendit On tulossa uusia laitosinvestointeja, jotka aktivoivat puun liikkumista metsästä laitoksiin Esim. Metsä Groupin Äänekosken biotuotetehdas, UPM:n Kymin sellutehtaan laajennusinvestointi, Lahti Energian voimalaitos KYVO03, Turun Seudun Energiantuotannon Na4, Oulun Energian Toppilan laitosta korvaava hanke, Helsingin Energian biopolttoaineen lisäys (Vuosaari C) Hallitus valmistelee polttoturpeen verotuksen huojennusta sekä energiapuun korjuutukien palautusta Tietoon liittyvä kehitys Laadun merkitys kasvaa. Tietoisuus ketjun alkupään työmenetelmien vaikutuksesta laatuun lisääntyy, valvonta lisääntyy (haastatellun asiantuntijan arvio). Loppuasiakkaat ja hakkeen toimitusketjun toimijat käyttävät tehokkaammin älykkäitä tieto- ja viestintäteknologioita Metsätalous ja toimitusketju Metsäenergian hyödyntäminen laajenee. Latvusmassojen käyttö lisääntyy. Puun hankinnan rooli ja merkitys kasvaa. Energiaketjujen hankinta- ja käyttökierto nopeutuu (haastatellun asiantuntijan arvio). Koneyrittäjät nojaavat jatkossa yhä enemmän yleiskoneisiin; erikoiskoneisiin koetaan nykyvolyymeilla liittyvän investointiriskejä Hakkeen keinokuivaus rakennetuissa varastoissa ja ketjun loppupäässä lisääntyy, ajureina hukkalämpö ja kosteuden vaikutus Kestävyys ja ympäristö Kiinteiden biopolttoaineiden kestävyyskriteerit eivät toteutune ennen vuotta 2020. EU-komission julkaisu kesällä 2014: Kiinteän ja kaasumaisen bioenergian kestävyys Yhteisten kestävyyskriteerien puute ei toistaiseksi luo häiriöitä EU:n sisämarkkinoille PROSESSI JA POLTTO KÄYTÖKOHTEESSA Suuri osa EU:ssa käytetystä bioenergiasta johtaa kasvihuonekaasupäästövähennyksiin. Kuitenkin osa biomassaketjuista päätyy merkityksettömiin päästövähennyksiin tai voi jopa lisätä päästöjä politiikalle relevantin aikajänteen sisällä Komissio aikoo valvoa biomassan alkuperää ja loppukäyttöä EU:ssa ja 2020 jälkeiselle kaudelle kehitetään parannettu biomassa-politiikka. Tärkeä tieto tulee olemaan mistä puu on peräisin (vrt. nestemäisten biopolttoaineiden kestävyyskriteerit) 14
HAKKEEN HANKINTAMALLEISSA ON EROJA (NELJÄ ESIMERKKIÄ LÄHTÖAINEISTOISTA) 1. Energialaitos ostaa puuraaka-aineen tienvarteen toimitettuna (paksu nuoli = materiaalivirta, ohut nuoli = rahavirta) 2. Energialaitos ostaa hakkeen siiloon 3. Metsänhoitoyhdistys toimii välittäjänä puun ostossa ja hankintapalveluiden tuottamisessa (Energialaitos ostaa hakkeen siiloon toimitettuna) 4. Energialaitos organisoi hakkeen hankinnan itse Metsänhoitoyhdistys (MHY) on yksityisten metsänomistajien hallinnoima edunvalvonta-, palvelu- ja myyntiorganisaatio, jonka toiminta rahoitetaan toimitusmaksuin. MHY:n kautta välitetty hakeraaka-aine toimitetaan tienvarteen sovittujen mitta- ja laatuvaatimusten mukaan. Välittäjät ja energialaitokset organisoivat energiaksi tarkoitetun puun haketuksen ja toimituksen käyttökohteeseen. MHY:n välittämissä kaupoissa käytetään yleisesti määräperusteista maksua ( /m 3 ). Lähteet: - Metla (2014): Metsähakkeen käyttö ja hankinta energiantuotantolaitoksissa toimintatavat - TEM / Pelli, P. (2010): Kiinteisiin biomassapolttoaineisiin liittyvä liiketoiminta Keski-Suomessa 15
Työn tausta ja tavoitteet Yhteenveto työn suorittamisesta Metsähakkeen toimitusketjun kuvaus Toimitusketjun laatu Tiedonhallinta osana laadun muodostumista Toimijoiden ratkaisut ja lisäarvot Kokonaishyödyn muodostuminen Taloudellisten hyötyjen laskentamalli Yhteenveto ja johtopäätökset 16
TOIMITUSKETJUN LAADUSTA YLEISESTI Laadukas = asiakkaan tarpeisiin soveltuva (toimijan ja asiakkaan vuorovaikutus) Huomioitavaa laadun suhteen: Asiakkaan yksilöity laatutarve ja kysyntä (laitos, olosuhteet, vuodenaikavaihtelut, tuet, politiikka) Laitostyyppi, esim. kaasutinlaitos ja hakkeen kosteusvaatimus Lainsäädäntö, standardit sekä laatuohjeet ja -käsikirjat Laatu muodostuu toimitusketjun kaikista vaiheista, jotka ovat vahvasti sidoksissa toisiin Toimitusketjuvariaatioita lukuisia erilaisia. Silti samat pääperiaatteet ja -vaiheet laadun suhteen pätevät kaikkiin variaatioihin. Tärkeintä on tasalaatuisuus. Laatu = toimitussopimuksen ja laatuohjeen mukaista. Kosteutta saa olla 50 %, kunhan se on tiedossa eikä heittele huomattavasti. - CHP-laitos - Laatua on kuiva ja oikean kokoinen polttoaine oikeaan aikaan. - Kaasutinlaitos - Metsähakkeen toimitusketjun laatu voidaan jakaa Polttoaineen laatuun Toimituksen laatuun Ympäristötekijöihin Polttoaineen laadun tekijöitä ovat Tasalaatuisuus Kosteus Palakoko Epäpuhtaudet, vieraat esineet Vihreä massa, kemiallinen koostumus Kosteudesta riippumaton lämpöarvo (lahous, puulaji) Toimituksen laadun tekijöitä ovat Toimitusten luotettavuus ja rytmi Vuorovaikutus, kommunikointi, palaute, kehitys Kokonaishallinta Runkovaurioiden, materiaali- ja kuiva-ainetappioiden välttäminen Ympäristötekijät (esim. hiilijalanjälki) Korjuutoiminnan tehostuminen hakkuupinta-alojen pienentyminen Kuljetusten väheneminen ja niiden tehostuminen (tarkempi korjuu, suurempi energiasisältö, toimituserän alhaisempi kosteus) Pienemmät biopolttoaineen elinkaaripäästöt (kasvihuonekaasupäästöt, mm. CO 2 ) Helpompi kestävyyskriteerien täyttyminen päästövähennyksen osalta 17
OSAPUOLET NÄKEVÄT TOIMITUSKETJUN KRIITTISET VAIHEET JA LAATUTEKIJÄT ERI TAVOIN Energialaitosten arviot merkittävimmistä energiapuun laatuun vaikuttavista ongelmakohdista. Laitoksien mielestä osaamista tulee kehittää erityisesti metsäkohteiden valinnoissa, yleisesti korjuuketjussa, hakkeen epäpuhtauksien minimoinnissa sekä varastoinnissa. Saatavuuden merkitys kasvaa pienissä energiantuotantolaitoksissa. Lähde: Autio, H.: Osaamistarpeet keskisuomalaisessa metsäenergian hankintaketjussa (2009) Näkemyksiä lopputuotteen laadun kannalta kriittisistä työvaiheista Metsähakkeen laatuun vaikuttaa eniten korjuu-, metsäkuljetus. ja varastointivaiheet. Etenkin CHP-laitosten näkemyksissä on painottunut haketuksen merkitys. Lähde: Metla: Toimijoiden näkemykset metsähakkeen toimitusketjun laadusta Pohjois- Karjalan alueella (2014) Eri toimijaryhmät painottavat ongelmia eri tavalla. Lähde: Metla: Toimijoiden näkemykset metsähakkeen toimitusketjun laadusta Pohjois-Karjalan alueella (2014) Ketjun loppupäässä, sekä pienillä että suurilla lämpölaitoksilla, ongelmat keskittyvät polttoaineen laatupuutteisiin (palakokoon ja kosteuteen). Aiemmissa vaiheissa korostuvat hakkeen toimitukseen ja toimitusketjun hallintaan liittyvät ongelmat. Polttoainelaadun merkitys näyttää korostuvan mitä pitemmälle toimitusketjussa edetään. (0-6, ongelmien painotus) 18
LAATUUN LIITTYVÄT ONGELMAT JA HAASTEET TOIMITUSKETJUN ERI VAIHEISSA Kriittinen = vaihe jossa erityisesti tapahtuu/muodostuu laatupoikkeamia ja johon tulisi täten panostaa. Ylimääräiset kustannukset, tuotantotappiot ja laatupoikkeamat vaikuttavat toimijoiden liiketoimintaan. METSÄ PUUN HANKINTA JA OSTO KORJUU JA PALSTAVARASTOINTI METSÄKULJETUS TIENVARSI- VARASTOINTI Metsän tai puun ominaisuudet hakeraaka-aineena Soveltumaton tai huono materiaali, vaikeat olosuhteet Näkemyserot Hallinta ja yhteistyö Vaihteleva termistö Väärinkäsitykset, luotettavuus Olosuhteet (sää, maasto) Ammattitaito ja kalusto Ajankohta ja kiire (kuivumisaika) Ylimääräiset työkustannukset, tuotantotappiot, huono materiaali, puutuhot, kosteus, epäpuhtaudet Olosuhteet (sää, maasto) Ammattitaito ja kalusto Ajankohta ja kiire Ylimääräiset työkustannukset, puutuhot, kosteus, epäpuhtaudet Olosuhteet (sää, maasto) Ammattitaito ja kalusto Ajankohta ja kiire (kuivumisaika) Ylimääräiset työkustannukset, epäpuhtaudet, kosteus, kuiva-ainetappiot HAKETUS/ KAUKOKULJETUS TOIMITUS JA VASTAANOTTO HAKETUS/ VARASTOINTI Olosuhteet Ammattitaito ja kalusto Ajankohta Hylkäyksen puute Ravistelut Haketustapa puuraaka-aineen ominaisuudet huomioiden Palakoko, kosteus, epäpuhtaudet, vihreä massa Hallinta ja valvonta Kuljetuskalusto ja vastaanottoasemien valmius Toimitusten ajoittaminen ja vastaanottoajat Laadunvalvonta, poikkeamat, purku-vaikeudet, odotukset, hylkäys Olosuhteet (sää, tilat) Ammattitaito ja kalusto Ajankohta ja kiire (kuivumisaika) Hylkäyksen puute Ravistelut Haketustapa puuraaka-aineen ominaisuudet huomioiden Kosteus, epäpuhtaudet, palakoko, poikkeamien laatutasaus Ongelmat ja haasteet realisoituvat viimeistään PROSESSI JA POLTTO KÄYTTÖKOHTEESSA Kosteus Epätasalaatuisuus Soveltumaton palakoko Epäpuhtaudet Lämpöarvo Talous, käytännön ongelmat, huono palaminen Epävarmuus Polttoaineen puuttuminen Epätoivottu toimitusrytmi Luottamus 19
SUORIA LAINAUKSIA LAITOS- JA ASIANTUNTIJAHAASTATTELUISSA ESILLE NOUSSEISTA KRIITTISIMMISTÄ VAIHEISTA JA ONGELMISTA Huomioitava latvusmassan lähikuljetus, tulisi antaa kuivua tarpeeksi. Kannoissa nostovaihe on kriittinen Tärkeää metsävaraston teko hyvään aurinkoiseen paikkaan. Pitäisi hallita oikea rytmittely vuositasolla, syksyn alussa latvusmassat pois metsistä, kun ovat kuivuneet. Rangalla olisi tärkeää muistaa tupla-alustus, jotta kuivuu. Yhden kesän yli kuivaaminen tarpeen. Varastointiolosuhteet voivat olla surkeat tai toimintatavat huonoja. Varastoinnin onnistumisessa on eniten epävarmuustekijöitä. Kriittisimmät vaiheet heti metsähakkuun jälkeen. Palstavarastoinnin riittävä kuivuminen, metsäkuljetuksen tuomat epäpuhtaudet, haketus ja ravisteluiden puute Ongelmana vääränlaiset tienvarsivarastoinnit. Huonot käytännöt, kosteusolosuhteet ja kuiva-ainetappiot Kriittisimpiä vaiheita eritoten korjuu, metsäkuljetus sekä palsta- ja tienvarsivarastointi. Kriittisin vaihe palstakuivaus, josta nykyään saatetaan siirtyä liian aikaisin haketukseen. Pitäisi muistaa sääriippuvuus ja ajaa materiaali tienvarteen heti kesän parhaan kuivumiskauden jälkeen. Ongelmana vääränlaiset metsäkuljetukset ja niistä aiheutuvat epäpuhtaudet Metsäkuljetuksissa tuhotaan ja menetetään puumassaa tallaamalla ja kiireellä. Toiset ymmärtävät työvaiheiden (kuten kuljetusten) laatuseurauksia ja toiset taas eivät. Toimitusketjuvariaatioilla ei ole niinkään merkitystä, vaan yksittäisten toimijoiden eroilla. Tulisi laittaa paras mies energiapuun korjaukseen eikä huonointa, joka sopisikin helppoon tukkimetsään Tienvarsivarastojen ja kasojen huolellinen peittely on ratkaisevaa energiasisällön kannalta. 20
HAKKEEN LAATUONGELMAT AIHEUTTAVAT KUSTANNUKSIA LAITOKSILLA Hakkeen laatuongelma Liian kostea polttoaine Liian kuiva polttoaine (<35%, pl. kaasutinlaitos) Vaikutukset hakkeen käsiteltävyyteen ja varastoitavuuteen Jäätyminen käsittelylaitteiden pinnoille. Jäätyminen ja paakkuuntuminen isoiksi lohkoiksi, jotka tukkivat laitteistoja. Homehtuminen (työterveys), yleisesti vaikeampi käsittely. Varastojen ja esikäsittelyn lisätarpeet. Pöly on syttymisherkkää, korostuu hakkeen hienoainesosuuden kasvaessa (hakkuutähteet) Vaikutukset kattilan toimintaan Ei tuota energiaa, polttoainetta kuluu enemmän, palaa epätasaisesti, päästöt kasvavat, polton hallinta vaikeutuu, kattila voi sammua. Vaikutus korostuu metsäbiomassan osuuden kasvaessa poltossa. Palaa liian kuumasti, polton hallinta vaikeutuu, kattilavauriot, voidaan joutua ruiskuttamaan jopa vettä kattilaan. Liian suuri palakoko, oksat, kepit ym. Tikut aiheuttavat tukkeutumista, holvaantumista, kiilautumista mm. syöttöruuveihin. Esikäsittelyn lisätarpeet. Polton hallinta vaikeutuu, hake ei ehdi palaa (arinakattilat), hake palaa liian alhaalla pedissä ja nostaa liiaksi lämpötilaa (leijupetikattilat) Liian pieni palakoko, runsaasti hienoainesta Epäpuhtaudet: kivet, hiekka, metalli, maa-ainekset, muovit, jää, lumi Hienoaines estää ilman liikkumista varastokasassa ja voi hidastaa kuivumista, tukkii ilma-aukkoja, räjähdysvaara. Kuiva-ainetappiot kasvavat Kuluttavat hakkurin teriä, syöttö- ja kuljetuslaitteita, ylimääräistä massaa kuljetuksessa, sulaminen ja uudelleenjäätyminen. Esikäsittelyn lisätarpeet. Voi päätyä lentotuhkan sekaan (arina), hake palaa liian korkealla pedissä ja nostaa tulistinlämpötiloja, päästöt kasvavat Kattilapintojen kuluminen ja mekaaniset vauriot, leijupetien likaantuminen ja tiheämpi petihiekan vaihtotarve, tukkii ilma-aukkoja, heikentää hyötysuhdetta, lisää tuhkan määrää ja muuttaa tuhkan sulamisominaisuuksia Vihreät massa (neulaset), kemiallinen koostumus Polttoaineen (äkillinen) laadunvaihtelu Vastaanotto-, käsittely- ja varastointirakenteiden ja laitteistojen suunnittelu ja käyttö vaikeutuu. Varastojen ja esikäsittelyn lisätarpeet. Neulasten alkalimetallit ja kloori aiheuttavat kerrostumia ja kuumakorroosiota (merkittävä haitta). Tuhkan määrä kasvaa. Kattilarakenteiden ja haitallisia vaikutuksia ehkäisevien toimien suunnittelu vaikeutuu. Laatuvaihtelut aiheuttavat äkillisiä lämpötilan vaihteluita polttoprosessissa, jolloin polton hallinta vaikeutuu. Polttoaineen syöttö, sen säätö ja ennakointi vaikeaa, kattilan teho vähenee, hyötysuhde huononee ja kattilapäästöt voivat nousta. Hakkeen laatuongelmat aiheuttavat ylimääräisiä polttoainehankinta-, varastointi-, esikäsittely-, laitosprosessi-, käyttö- ja kunnossapitokustannuksia. 21
HAKKEEN KÄYTÖN VAIKUTUKSET TUHKAN LAATUUN Yksi tärkeä huomioitava elementti polttoaineiden käytössä on niiden vaikutus tuhkan laatuun Lämpö- ja voimalaitosten tuhka kuuluu jäteveron piiriin, eli jokaisesta tuhkatonnista otetaan 50 eur/t jäteveroa käsittelymaksun lisäksi, jos tuhka sijoitetaan kaatopaikalle Tästä syystä tuhkalle on viime vuosina etsitty hyötykäyttökohteita ja niitä ovat olleet mm: Tuhkan käyttö maarakentamisessa MARA asetuksen mukaisesti (VNA 591/2006) Tuhkan käyttö pelto- tai metsälannoituksessa lannoitevalmistelain 539/2006 mukaisesti Tuhkaa voidaan käyttää myös muissa toiminnoissa kuten betonin valmistuksessa. Jätteen hyödyntäminen tuotannossa edellyttää ympäristölupaa Suomessa energiantuotanto voimalaitoksissa perustuu kivihiilen, turpeen, biomateriaalin (hake) tai jätteen polttoon Tässä huomioitavinta on turpeen polton tuhka, koska metsähaketta poltetaan usein yhdessä turpeen kanssa Puuperäisen polttoaineen lisääminen parantaa tuhkan jatkokäyttöominaisuuksia: Turvetuhka ja puutuhka eroavat toisistaan erityisesti ravinnearvojen kautta, missä puuperäisessä tuhkassa on turvetuhkaa enemmän mm. kalsiumia, fosforia ja kaliumia. Tämän vuoksi puuperäisellä tuhkalla parannetaan tuhkan lannoitekäyttömahdollisuuksia Puutuhkan sisältämän kalsiumin vuoksi tuhkalla on paremmat stabilointiominaisuudet verrattuna turvetuhkaan, jolloin puuperäisen tuhkan käyttö maarakentamisessa antaa suuremmat mahdollisuudet erilaisiin rakenteisiin Jos hakkeen laatu vaikuttaa voimakkaasti poltto-olosuhteisiin, niin silloin voi negatiivisia vaikutuksia kohdistua myös tuhkan laatuun. Esimerkiksi huonot palamisolosuhteet lisäävät tuhkan hiilipitoisuutta, joka voi vaikeuttaa mara-asetuksen mukaisien raja-arvojen saavuttamista 22
KOKONAISLAADUNHALLINNAN JA OPTIMOIDUN TOIMITUSKETJUN TALOUDELLINEN HYÖTY LAITOKSELLE JA TOIMITUSKETJULLE Liitteessä 4 on koottu lähtötiedoista tarkasteluja pohjaksi kokonaislaadunhallinnan ja optimoidun toimitusketjun taloudellisen hyödyn laskentamallille (Alkuperäinen lähde mainittu alla suluissa) Case-esimerkkejä metsähakkeen hankintakustannuksista (VTT) Tietoa metsäenergian korjuun ja kuljetuksen kustannusrakenteesta (Metla) Arvioita energiapuun kilpailukykyisestä ostohinnasta CHP-laitoksella ja lauhdelaitoksella (VAPO) Hyvälaatuisen polttoaineen laitoshyödyt: Kosteuden vaikutus (Bioenergia-lehti, Hakkila, Orjala/Kärki, Routa/Metla) Puun lämpöarvon ja energiatiheyden lasku suurilla kosteuksilla kosteaa polttoainetta kuluu enemmän (Metla/Jahkonen 2012) Hyvälaatuisen polttoaineen laitoshyödyt: Häiriöiden väheneminen (Metla) Kiinteän polttoaineen laadunmittausjärjestelmän laitoshyödyt (INRAY) Kosteuden vaikutus ketjun logistiikkakustannuksiin (MHG Systems, Sikanen, Huurinainen et al) Kuivan energiapuun vaikutus kuljetuskustannuksiin (Metla / Hakonen & Laurila 2011) Kuivattamisen vaikutus (Routa/Metla) Paalaimella saatavat kustannussäästöt logistiikkaketjusta (Fixteri, Pöyry) Paremmalla tiedonhallinnalla saatavat säästöt (lähde: MHG Systems) 23
Työn tausta ja tavoitteet Yhteenveto työn suorittamisesta Metsähakkeen toimitusketjun kuvaus Toimitusketjun laatu Tiedonhallinta osana laadun muodostumista Toimijoiden ratkaisut ja lisäarvot Kokonaishyödyn muodostuminen Taloudellisten hyötyjen laskentamalli Yhteenveto ja johtopäätökset 24
OIKEA TIETOPOHJA JA TIETOJEN HALLINTA ON OSA LAATUA Biomassojen laatu, määrä ja sijainti Toimitusketjussa tarpeellisia tietoja Biomassojen laatu, määrä ja sijainti Maasto-olosuhteet Toimitusketjun läpinäkyvyys ja jäljitettävyys (laskelmat ja alkuperä) Laitosprosessin ja sen laadunhallinnan tiedot Tiedossa olevat roolit, vastuut ja vaikutukset Kerättyyn tietoon perustuva koulutus ja informointi Toimitusketjua käsittelevä tieto tulisi olla ennen kaikkea: - Ajantasaista (automaattisesti päivittyvää) - järjestelmien välillä yhteensopivaa (standardit, esim. StanForD) - sisällöltään kattavaa ja havainnollista (esim. kuvaajat ja valokuvat) Materiaalien sijainti ketjun erivaiheissa, tilanteet ja riskit, prosessien vaiheet (kuivuminen) ja niiden edistyminen, ominaisuudet Maasto-olosuhteet Oikeat kalusto- ja henkilöstövalinnat, ajankohdan optimointi, riskien ja muiden rajoittavien tekijöiden tunnistus (mm. puustovauriot) sekä niihin varautuminen. Läpinäkyvyys ja jäljitettävyys Kestävyyskriteerit: Uudet tietotarpeet tulisivat korostumaan kestävyyskriteereiden (ei koske nykyään kiinteitä biopolttoaineita) mahdollisen laajenemisen ja tulevien velvoitteiden kautta. Todennäköisesti ei tule toteutumaan ainakaan ennen 2020 Metsähake olisi verrattavissa fossiilisiin mikäli kriteerit eivät täyttyisi Kestävyyskriteeristön täyttäminen voi olla myös laatua edistävä tekijä Kts. seuraavat sivut kestävyyskriteereistä Laitosprosessin ja sen laadunhallinnan tiedot Muuttuvien tilanteiden vaatimien tarpeiden tiedostaminen laitoksilla ja reagointi niihin. Määritykset, laadunhallinnan työkalut, poikkeamat ja niistä oppiminen (palaute) Tiedossa olevat roolit, vastuut ja vaikutukset Toimijoiden roolit ja vastuut selvillä asiakkaan tarpeiden saavuttamiseksi Toiminnallisten ja taloudellisten hyötyjen saavuttaminen tyytyväisyys ja luottamus jatkuvuus Kerättyyn tietoon perustuva koulutus ja informointi toimitusketjun vaiheissa Oikeiden valintojen merkityksen tiedostaminen yhteisen edun ja lopullisen hakelaadun näkökulmasta Myös taaksepäin kulkevan tiedon varmistus sekä palautteen hyödyntäminen. Havaittu puutteita nykyisin Vuorovaikutus, ohjeistus ja menetelmien kehitys. Liitteessä 1 : Tiedonhallintaan ja tietojärjestelmiin liittyviä esimerkkihankkeita on esitetty käynnissä olevia parempaan tiedon hallintaan tähtääviä hankkeita. 25