Teollisuuden käyttöhyödykejärjestelmien energiatehokkaan suunnittelun ja käytön työkalut

Teollisuuden käyttöhyödykejärjestelmät ovat varsinaisen tuotantoprosessin ulkopuolisia tuotannon apuvälineitä. Käyttöhyödykkeitä ovat esimerkiksi höyry, sähkö, vesi ja paineilma. Kiinnittämällä huomiota käyttöhyödykejärjestelmien energiankäyttöön voidaan vaikuttaa tuotannon energiatehokkuuteen. Työssä tarkastellaan käyttöhyödykejärjestelmille julkaistuja käytännönläheisiä energiatehokkuuteen liittyviä oppaita ja ohjeita. Oppaiden sisältöä tarkastellaan ja vertaillaan järjestelmäkohtaisesti. Lisäksi pohditaan hyvän energiansäästöoppaan sisältöä. Työssä käsitellyt oppaat koskevat höyry- ja lauhdejärjestelmiä, paineilmajärjestelmiä, sähkönkäyttöä, kylmäjärjestelmiä, jäähdytystä sekä lämmityksiä ja lämmöntalteenottoa. Käyttöhyödykejärjestelmien energiatehokkaaseen suunnitteluun tähtääviä menetelmiä esitellään. Työssä käsitellään pinch-analyysiä, joitakin vedenkäyttöön liittyviä menetelmiä, exergia- ja entropia-analyysejä, yhdistettyä pinch- ja exergiaanalyysiä sekä termoekonomiaa. Matemaattisista menetelmistä tarkastellaan matemaattista ohjelmointia, stokastisia menetelmiä ja monitavoiteoptimointia. Työssä tarkastellaan menetelmien sovelluskohteita, vahvuuksia ja heikkouksia. Pinch-analyysiä sovelletaan projektissa käytettävään simulointimalliin. Pinch-analyysi on lämmönsiirtoverkoston tarkastelumenetelmä, jonka avulla voidaan määrittää vähimmäistarpeet lämmitykselle ja jäähdytykselle, sekä tarkastella prosessin sisäistä lämmöntalteenottopotentiaalia. Simulointimalli kuvaa mekaanista massaa ja paperia valmistavaa integraattia. Pinch-analyysin avulla prosessin lämmönsiirtoverkostosta pyrittiin löytämään lämpöteknisiä heikkouksia, jotka huonontavat sen energiatehokkuutta. Analyysi osoitti mallissa käytettävän huomattavasti teoreettista tarvetta enemmän lämmitystä ja jäähdytystä, ja sen avulla pystyttiin havaitsemaan lämmönsiirtoverkosta heikkouksia. Pinch-analyysin yhteydessä kokeiltiin lämmönsiirtoverkoston exergiahäviöiden arviointia Carnot-pinch -analyysin avulla. Tämän todettiin kuitenkin olevan massa- ja paperiteollisuuden lämmönsiirtoverkoston analysoinnissa kannattamatonta