Hankesuunnitelma: Vaihtovirtadynamometrin hankinta Turun AMK:n polttomoottorilaboratorioon
Kustannusarvio ja rahoitussuunnitelma 10
Suorat talousvaikutukset, energiansäästö 12
Investoinnin ympäristövaikutukset 14
Investoinnin työllistävä vaikutus 15
Hankkeen valtakunnallinen merkitys 16
Liitteet
Budjettilaskelma, Horiba Europe GmbH, 4.6.2012
Laboratorion pohjapiirros
Tiivistelmä
Turun ammattikorkeakoulun moottoritutkimuslaboratorio esittää, että laboratorion käyttöön hankitaan yksi kappale vaihtovirtadynamometrejä. Vaihtovirtadynamometri eli lyhyemmin AC-dynamometri on laite, joka toimii samanaikaisesti polttomoottorin kuormitusyksikkönä että vaihtovirtageneraattorina. Se muuttaa moottoritutkimuksissa syntyvää jarrutusenergiaa sähköenergiaksi. Kyseessä on alkuinvestoinnin jälkeen täysin ilmainen sekä myös päästötön sähköntuotantomuoto.
AC-dynamometri paitsi hyödyntää hukkaenergiaa sähkön tuotannon muodossa, tuo sen käyttöönotto myös muita etuja perinteiseen pyörrevirtadynamometriin verrattuna. AC-dynamometri soveltuu erityisen hyvin ns. transienttimittauksiin. Sillä on mahdollista tehdä myös kitkamittauksia. Tämäntyyppiset uudet toiminnot laajentavat moottorilaboratorion T&K osaamistarjontaa.
Hankinnan kokonaiskustannukset ovat noin 400 000 euroa. Hankkeeseen on mahdollista saada ELY-keskukselta energiainvestointitukea enintään 160 000 euroa. Hankkeen omarahoitusosuus katetaan pääsääntöisesti AMK:n investointirahastosta. Investointi toteutettaisiin moottorilaboratorion muuton yhteydessä uusiin toimitiloihin, jotka sijaitsevat ammattikorkeakoulun bioalat ja liiketalous- tulosalueen yhteydessä osoitteessä Lemminkäisenkatu 30, Turku. Tätä kautta hanke kytkeytyy myös vahvasti Kupittaan kampushankkeeseen sekä Turun AMK:n brändin rakentamiseen uusien innovaatioiden rohkeana soveltajana.
Hanke on merkityksellinen sekä paikallisella, alueellisella että valtakunnallisella tasolla. Investointi kytkeytyy vahvasti hajautetun energiantuotannon ja älykkäiden sähköverkkojen konsepteihin, jotka ovat enenevissä määrin tutkimuksen kohteena sekä meillä Suomessa että maailmalla. Moottorilaboratoriolla ja ammattikorkeakoululla on omalta osaltaan mahdollisuus olla myötävaikuttamassa näiden konseptien levittämiseen ja olla mukana luomassa uudenlaisia energiamarkkinoita. Tulevaisuudessa yhä useampi energian kuluttaja voi toimia samanaikaisesti myös energiantuottajana.
Turun ammattikorkeakoululla on nyt mahdollisuus olla mukana kehityksen kärjessä. AC-dynamometrin hankinta voidaan nähdä yhtenä esimerkki-casena, jonka tulokset ovat myöhemmin elinkeinoelämän ja AMK-opetuksen hyödynnettävissä.
Turun ammattikorkeakoulun polttomoottorilaboratorio on pääasiassa kotimaista teollisuutta palveleva, työkone-, laiva-, ja voimalaitosmoottoreihin erikoistunut tutkimuslaitos. Tutkimuksen painopistealueita ovat mm:
1) Matalapäästöisten diesel- ja kaasumoottoreiden kehitys
2) Polttomoottoreiden energiatehokkuuden parantaminen
3) Jälkikäsittelyjärjestelmien tutkimus
4) Vaihtoehtoisten polttoaineiden kehitys
Laboratorio palvelee myös AMK:n opetustoimintaa. Mm. kone-, tuotanto-, ja autotekniikan opiskelijat pääsevät opetussuunnitelmansa mukaisesti soveltamaan energia- ja moottoritekniikan kursseilta tuttua teoriaa myös käytännössä. Lisäksi laboratorio tarjoaa vuosittain työharjoittelu- tai opinnäytetyömahdollisuuden keskimäärin 6-8 insinööriopiskelijalle. Vakinaista henkilöstöä laboratoriossa työskentelee tällä hetkellä 10 henkilöä.
Alati kiristyvä päästölainsäädäntö sekä vetureina toimineet pääasiakkaat Acgo Sisu Power Oy ja Wärtsilä Finland Oy ovat mahdollistaneet laboratorion toiminnan jatkuvan kasvun sen perustamisesta 90-luvulta nykypäivään asti.
Kuva 1: Työkonedieseleiden päästölainsäädännön kehitys, NOx ja hiukkasmassa
Pitkällä aikajänteellä lainsäädännön lisäksi myös raakaöljyn hinnan nousu aiheuttaa tutkimuspalveluiden kysynnän kasvua ja sitä kautta lisää laboratorion painetta laajentaa toimintaa entisestään. Tällä hetkellä ollaan tilanteessa, jossa töitä käytännössä riittäisi enemmän kuin pystytään tekemään.
Turun AMK:n Sepänkadun yksikössä toimiva polttomoottorilaboratorio siirtyy uusiin toimitiloihin Kupittaalle keväällä 2013. Vapautuvat tilat saadaan Lemminkäisenkadun AMK:n kiinteistöstä. Tilat sijaitsevat ICT-talon, koneteknologiakeskuksen sekä alueelle suunnitellun uuden kampusrakennuksen läheisyydessä.
Kuva 2: Laboratorion sijainti
Muuton yhteydessä laboratorion kapasiteettia kasvatetaan nykyisestä neljästä testipenkistä kuuteen ja laboratorion energiatehokkuutta parannetaan. Moottorihuoneiden sijoittelu selviää liitteenä olevasta laboratorion layout-kuvasta. Energiatehokkuuden parantamisen mahdollistavia toimenpiteitä ovat:
1) Tehodynamometrien jäähdytysveden suljettu kierto
2) Lämpöenergian talteenotto pakokaasuista ja jäähdytysvedestä
3)Sähköntuotanto AC-dynamometrillä
4) Lisäsähkön tuotanto ORC-järjestelmällä
5) Rakennuksen varustelu aurinkokeräimillä tai –paneeleilla sekä tuuliturbiineilla
6) Ohjausjärjestelmä edellisten käytön optimoimiseksi
Tämä osahanke keskittyy kohtaan 3. AC-dynamometri on laite, jolla moottoritutkimuksissa syntyvästä jarruenergiasta pystytään tuottamaan sähköenergiaa. Sähkön tuotantomäärä tulee olemaan luokkaa 100 – 250 MWh / vuosi.
AC-dynamometri koostuu kuormayksiköstä, vaihtovirtageneraattorista sekä taajuusmuuttajasta. Lisäksi dynopakettiin kuuluu mm. kaapelointia sekä erilaisia lisälaitteita, jotka on tarkemmin eritelty budjettilaskelman yhteydessä. AC-dynamometrin potentiaalisia toimittajia on useampia, mutta tämä projektisuunnitelma on laadittu Horiban 4.6.2012 käyttäjälle toimittaman budjettilaskelman perusteella. (Horiba 2012.)
Kuva 3:Horiba DYNAS3 HD 460, havainnekuva (Horiba 2012).
AC-dynamometrin tekniset ominaisuudet ovat monipuolisemmat verrattuna perinteiseen pyörrevirtadynamometriin. Laitteella pystytään paitsi jarruttamaan, myös pyörittämään testattavana olevaa moottoria ja näin simuloimaan moottorijarrutustilannetta. AC-dynamometrin avulla moottoreille voidaan tehdä kitkamittauksia. Muihin teknisiin etuisuuksiin lukeutuvat mm. dynamiikkaominaisuudet kuten nopea momentin muutoskyky, pieni hitausmomentti sekä suuri ylikuormituskapasiteetti suurillakin kiihtyvyyksillä. Erikoisvoidellun hybridilaakeroinnin ansiosta laitteisto on myös erittäin luotettava, huoltovapaa ja käyttöiältään pitkä. Laite pystyy tuottamaan sähköverkkoon laadukasta sinimuotoista vaihtovirtaa. (Horiba 2012, 6.) Tarkat tekniset spesifikaatiot sekä pääkokoonpanokuvat ovat erillisessä liitteessä.
Investointi mahdollistaa laboratoriolle uudenlaista tutkimustoimintaa ja asiakasprojekteja. Toisin kuin nykyiset dynamometrit, AC-dynamometri kykenee simuloimaan moottorijarrutusta. Se soveltuu erityisen hyvin muuttuvakuormitteisten ns. transient cycle -testien ajamiseen, ja juuri näiden testien kysyntä on laboratorion nykyisillä ja potentiaalisilla tulevilla asiakkailla kasvussa. Laitteella voidaan tehdä myös kitkamittauksia, mikä laajentaa T&K osaamistarjontaa entisestään.
Hanke hyödyttää myös ammattikorkeakoulun opetustoimintaa. Investoinnista sellaisenaan on helposti löydettävissä synergiaetuja olemassa olevien energia- ja moottoritekniikan opetuksen sekä tulevan ympäristöteknologian opetuksen kanssa. On tärkeää, että tulevaisuuden osaajat sisäistävät jo opiskeluaikanaan energian taloudellisen käytön tarpeellisuuden.
AC-Dynamometri ottaa hukkaan menevää energiaa, ja tuottaa siitä ympäristöystävällistä sähköä nollapäästöin. Moottorilaboratorion tuleva sijainti huomioiden hankeen voi nähdä osana Kupittaan kampuksen brändiä, jonka avainkäsitteitä ovat kestävä kehitys, vihreys ja energiataloudellisuus.
Julkisen sektorin toimijat ja yleishyödylliset laitokset, joiden pääasiallinen tarkoitus ei ole voittojen maksimointi, muodostavat merkittävän osan maamme energiankulutuksesta. Julkisen sektorin investoinnit taas muodostavat 15 % bruttokansantuotteesta. Mm. ammattikorkeakoulujen toivotaankin toimivan edelläkävijöinä ja esimerkin näyttäjinä uusien, energiankäyttöä tehostavien innovaatioiden saralla. (Valtioneuvosto 2009, 1.)
Johtoajatuksena Lappeenrannan teknillisen yliopiston lanseeraamassa ”Green Campus”- ajattelutavassa on, että korkeakoulu toimii paikallisella ja valtakunnallisella tasolla vanhojen asenteiden murtajana ja uuden rohkeana kokeilijana (Heikkilä 2012). Turun ammattikorkeakoululla ja kuntasektorilla ylipäätään on valtava potentiaali lähteä hyödyntämään samantyyppistä investointifilosofiaa. Tässä kannattaa kartoittaa mahdollisia yhteistyömalleja muiden lähialueen korkeakoulujen (TY, ÅA, Novia, SAMK) kanssa ja pohtia, mitkä ovat eri toimijoiden strategiset vahvuudet ja operatiiviset vastuualueet nyt ja tulevaisuudessa. Ensimmäiset askeleet on toki jo otettu: Turun AMK:ssa energiatekniikkaa opetetaan kone- ja tuotantotekniikan yhtenä suuntautumisvaihtoehtona ja SAMKissa tehokas energiankäyttö on näkyvässä roolissa ”Environmental engineering”- koulutusohjelmassa (SAMK 2012). Kehityskulkua voi kuitenkin edelleen vahvistaa uusilla innovaatioilla.
AC-Dynamometrin hankinta voidaan nähdä alkusysäyksenä tämän suuntaiselle kehitykselle Turun AMK:ssa. Jo mainitulla LUT:n kampuksella tutkitaan mm. tuuli- ja aurinkoenergian laajempaa hyödyntämistä. Tutkimuksen sivutuotteena noin 1% koko kampuksen energiantarpeesta katetaan näillä uusiutuvilla energiantuotantomuodoilla. Kaikkea ohjaa erityinen ”smart grid” järjestelmä, joka osaa jakaa tuotetun energian suoraan käyttöön tai varastoida sen myöhempää tarvetta varten, senhetkisen tilanteen mukaan. (Heikkilä 2012).
Yksi esimerkki vihreän teknologian hyödyntämismahdollisuuksista AMK:n päivittäisessä toiminnassa löytyy logistiikan saralta. Moottorilaboratorion muuton jälkeen alkaa siirtymävaihe, jolloin laboratoriossa opintojaan suorittavat opiskelijat ovat pääsääntöisesti Sepänkadun toimipisteessä, mutta joutuvat useita kertoja viikossa käymään lemminkäisenkadulla suorittamassa opintoihin kuuluvia moottorimittauksia. Myös koneteknologiakeskuksessa vastaavantyyppinen opetusmalli on yleistymässä. Opiskelijoiden ja opettajien liikkumistarve Sepänkadun ja Kupittaan välillä tulee näin kasvamaan. Ratkaisu voisi olla esim. investointi vaikkapa 20 kpl sähköpolkupyöriin, jotka voisivat olla opiskelijoiden käytettävissä näihin lyhyisiin siirtymisiin ja joita voitaisiin ladata AC-dynamometrin tuottamalla ilmaisella virralla. Toinen vaihtoehto olisi esim. hankkia minibussi, jonka auto- ja kuljetustekniikan opiskelijat voisivat varustella sähkökäyttöiseksi ja tämä voisi liikennöidä vaikkapa tiettyinä kellonaikoina em. toimipisteiden välillä. Edelliset ovat vain esimerkkejä innovaatioista, joista voisi parhaassa tapauksessa kehittyä runsaasti omaa osaamista ja jopa palveluliiketoimintaa tai uusia yritysratkaisuja.
Seuraavassa taulukossa on kuvattu hankkeeseen liittyvät aliprosessit ja niiden aikataulutus:
Taulukko 1: Hankkeen aliprosessit ja aikataulutus
Esiselvitys: Aliprosessin tuloksina ovat alustavat budjettilaskelmat ja rahoituskartoitus. Esiselvitysvaiheella on työllistävä vaikutus, sillä sitä tekemään on palkattu kokopäivätoiminen korkeakouluharjoittelija. AC-dynamometrin rahoituksesta on käyty keskusteluja Turun AMK:n, Turun kaupungin, ELY-keskuksen, Lounaisrannikko nousuun-hankkeen (LOURA) sekä energiansäästöpalvelu Enespan kanssa. Näistä lounaisrannikko nousuun-hanke sekä Enespa kuitenkin karsiutuivat pois neuvottelujen myöhemmässä vaiheessa.
Infran suunnittelu: Kohteeseen vaadittava sähköverkon infrastruktuuri on vaativa ja edellyttää mittavia muutostöitä mm. lähistöllä olevien muuntajien osalta. Aliprosessin tuloksina ovat yksityiskohtaiset tekniset suunnitelmat infrastruktuurista, johon AC-dynamometrin asentaminen on mahdollista. Aliprosessi tuottaa teknisen suunnittelun ohella tarkennetun kustannusarvion. Suunnittelusta vastaa Turun tilaliikelaitoksen valitsema urakoitsija Procofin Oy.
Rahoituksen varmistaminen: Aliprosessin tuloksena on investoinnin taloudellisten edellytysten varmistaminen ennen sitovan hankintapäätöksen tekemistä sekä lopullinen päätös rahoituksen jakautumisesta. Aliprosessi on jatkoa esiselvitykselle, ja sen aikana syvennetään keskusteluja mainittujen tahojen kanssa ja tehdään lopulliset rahoituspäätökset. Arvio hankkeen kokonaiskustannuksista on noin 400 000 euroa.
Hankintamenettely: Aliprosessin tuloksena on hankintapäätös tehty, hankinta kilpailutettu ja valitulle laitetoimittajalle tehty tilaus. Aliprosessin aikana toteutetaan tarjouskilpailu potentiaalisten laitetoimittajien välillä, ja se limittyy teknisen suunnittelun aliprosessiin siltä osin, kun tekniset yksityiskohdat vaikuttavat hankintapäätökseen eri toimittajien välillä. AMK noudattaa julkisen sektorin toimijoita koskevaa hankintalainsäädäntöä ja hankintojen toteuttamiselle on oma sisäinen prosessinsa.
Tekninen suunnittelu: Aliprosessin tuloksena on yhteistyössä laitetoimittajan kanssa tehty tarkennettu sopimus mm. laitteiston teknisistä ominaisuuksista sekä eri komponenttien toimitus- ja asennusaikatauluista.
Infran rakennustyöt: Aliprosessi on jatkoa infran suunnittelulle. Sen tuloksena on kohteen infrastruktuurin rakentaminen sellaiseksi, että AC-dynon turvallinen asentaminen ja käyttö mahdollistuu.
Asennus: Aliprosessin tuloksena on paikoilleen asennettu ja toimintakuntoinen AC-dynamometri. Tavoitteena on, että AC-dynamometri voidaan ottaa tuotantokäyttöön syksyllä 2013.
Kustannusarvio ja rahoitussuunnitelma
Alla on esitetty Horiban 4.6.2012 toimittama budjettilaskelma AC-dynamometristä, siihen välittömästi liittyvistä oheistarvikkeista, pakkaus- ja asennuskuluista sekä laboratorion tutkimustoiminnan kannalta olennaisista lisävarusteista. Hintoihin sisältyy toimituskulut. Asennuskulut ovat laitetoimittajan ilmoittama karkea arvio pohjautuen heidän kokemuksiinsa vastaavista kohteista. Näiltä osin budjettilaskelma täsmentyy myöhemmin.
Taulukko 2: AC-dynamometrin budjettilaskelma (Horiba 2012).
Infrastruktuurin muutostöistä aiheutuu myös kustannuksia. AC-dynamometri vaatii oman muuntajan, joka on suunniteltu sijoitettavaksi Lemminkäisenkatu 30 parkkihalliin. Siellä muuntaja vaatii kahden-kolmen autopaikan tilan. (Kaisa Simula/Turun tilaliikelaitos, sähköpostiviesti 4.10.2012). Muuntajan rakennuskustannuksiksi arvioidaan noin 100 000 euroa.
Hankkeen verottomat kokonaiskustannukset ovat siis yhteensä noin 400 000 euroa. Rahoituksen perustan muodostaa Turun ammattikorkeakoulun investointirahastosta saatava 240 000 euroa. Investointirahaston sääntöjen mukaan rahaston varoja voidaan käyttää kupittaan kampusalueen kehittämiseen. Uusi moottorilaboratorio sijaitsee tulevan AMK:n uudisrakennuksen välittömässä läheisyydessä, joten rahaston käyttö tähän hankkeeseen on perusteltua.
Osa hankkeen kustannuksista voidaan mahdollisesti kattaa ELY-keskuksesta saatavalla energiainvestointituella. Valtioneuvoston asetuksen 1313/2007 mukaisesti ELY-keskukset voivat myöntää energiatukea energian säästöä, käytön tehostamista tai uusiutuvia energiamuotoja edistäviin investointi- ja kehittämishankkeisiin. Investointituen myöntäminen on painottunut uutta ja innovatiivista teknologiaa hyödyntäviin hankkeisiin. Uuden teknologian hankkeissa ELY-keskus rahoittaa enintään 40 % hankkeen hyväksyttävistä kuluista, kun taas kaupallisesti vakiintunutta teknologiaa hyödyntävien hankkeiden rahoitusosuus voi olla enintään 30 %. (Valtioneuvosto 2007)
Uudella teknologialla tarkoitetaan työ- ja elinkeinoministeriön mukaan ”ratkaisuja, joiden toimivuudesta kaupallisen mittakaavan laitoksissa ei Suomen olosuhteissa vielä ole riittävää kokemusta.” Haettavan energiatuen maksimimäärä on siis joko 120 000 tai 160 000 euroa riippuen siitä, katsooko ELY-keskus AC-dynamometrin täyttävän uuden teknologian kriteerit. Vastaava laitteisto löytyy Suomesta toistaiseksi vain kahdesta kohteesta, Acgo Powerin tuotekehitysyksiköstä Nokialta ja VTT:n moottorilaboratoriosta Espoon Otaniemestä. Toisaalta, kummassakaan tapauksessa järjestelmää ei hyödynnetä Smart Grid-periaatteen käytännön tutkimukseen, joten AMK:n laboratorioon suunniteltu järjestelmä olisi siltä osin vaativampi ja edustaisi selkeästi tärkeäksi määriteltyä tulevaisuuden tutkimuskategoriaa.
Kuva 4: Rahoitussuunnitelma
Suorat talousvaikutukset, energiansäästö
Suorat talousvaikutukset, energiansäästö
AC-dynamometrin vuosittain tuottaman todennäköisen sähköenergian määräksi on arvioitu 100 – 250 MWh. Vastaava määrä voidaan vähentää vuoden aikana valtakunnanverkosta otettavasta sähköenergiasta. Sähkön kulutus kohdekiinteistössä (koko Lemminkäisenkatu 30) on vuonna 2010 ollut noin 2,17 GWh (Koskinen 2012, liite 3). Olettaen että kulutus pysyy samalla tasolla, AC-dynamometrin tuottama sähköenergia voisi parhaimmillaan kattaa noin 12 % kiinteistön vuositarpeesta.
Investoinnin takaisinmaksuajan täsmällinen määrittäminen on hankalaa, sillä siihen vaikuttavat seuraavat tekijät:
1)Testipenkin käyttöaste eli montako tuntia vuodessa AC-dynamometria pystytään pitämään tuotannossa
2)Kuormitusteho, joka riippuu
a. Testattavan moottorin akselitehosta
b. kyseisen testin kuormittavuusasteesta
Normaali vaihteluväli laboratoriossa tehtävien testien kuormitustehoille on noin 80...250 kW. Vuotuiseksi käyttötuntimääräksi arvioidaan 1000 – 4000 tuntia. kun tunnetaan sähköenergian hinta sekä AC-dynamometrin investointikustannukset, voidaan takaisinmaksuajan ja annettujen tietojen välille muodostaa matemaattinen riippuvuus. Seuraavassa taulukossa on esitetty takaisinmaksuajat kahdeksalla eri kuormitusteholla ja seitsemällä eri vuotuisella käyttötuntimäärällä:
Taulukko 3: Takaisinmaksuaika keskitehon ja käyttötuntimäärän funktiona
Uusi laboratorio tullaan varustamaan automatiikalla, jonka avulla AC-dynamometria voidaan käyttää 24 tuntia vuorokaudessa, 7 päivää viikossa. Tämä mahdollistaa rasitusajo- ja ikäytystyyppisten moottoritutkimusten suorittamisen. Niissä tutkittavaa moottoria käytetään yhtäjaksoisesti useita vuorokausia tai jopa viikkoja. AC-dynamometrilla varustettua testipenkkiä tullaan käyttämään pääosin juuri tämän tyyppiseen tutkimustyöhön.
Taulukossa 3 takaisinmaksuajat on ratkaistu kaavalla:
Oletetaan esimerkiksi, että AC-dynamometria voitaisiin kuormittaa 2000 tuntia vuodessa 125 kW keskiteholla. Turku Energian ilmoittama sähkön hinta (sis. siirtomaksun) Lemminkäisenkatu 30 kiinteistössä on 0,099 € / kWh (Koskinen 2012, 34). Säästetyn sähköenergian arvoksi saadaan:
Näin ollen investoinnin takaisinmaksuajaksi saadaan vastaavasti:
Sähköntuotanto katsotaan verotettavaksi elinkeinotoiminnaksi ja sähköstä kannetaan valmisteveroa tullilaitokselle (Tulli 2012a). On kuitenkin mahdollista, että sähköveron maksamisesta saadaan huojennusta tai jopa vapautusta sillä perusteella, että tuottajana on oppilaitos ja sähköenergia menee pääasiassa AMK:n hallinnassa olevien kiinteistöjen tarpeisiin.
Mikäli sähköveroa kuitenkin joudutaan maksamaan, täytyy sen vaikutus huomioida takaisinmaksulaskelmissa. Tullin mukaan sähkövero veroluokalle II (muut kuin kotitaloudet) on 0,00703 € / kWh (Tulli 2012b). Edellisen esimerkin tapauksessa siis:
Ja takaisinmaksuaika olisi:
Edellä esitetty arvio on realistinen, mikäli AC-dynoa pystytään käyttämään pääasiassa pitkäaikaisiin rasitusajoihin. Tarkastellaan vielä pahimman tapauksen skenaariota, jossa AC-dynoa kuormitetaan 80 kW keskiteholla 1000 tuntia vuodessa:
Edelleen, samalla logiikalla voidaan esittää myös erittäin optimistinen arvio takaisinmaksuajasta:
Huomattavaa on, että laskelmat perustuvat nykytilanteeseen. AC-Dynamometri on kuitenkin pitkäaikainen investointi, ja takaisinmaksuajan kannalta olennaista on myös energian hinnan kehittyminen tulevaisuudessa. Mikäli sähkön hinta nousee, saadaan aikaan enemmän säästöjä per vuosi ja takaisinmaksuaika pienenee vastaavasti.
Investoinnin ympäristövaikutukset
AC-dynamometrin sähkön talteenottoprosessi itsessään ei aiheuta lainkaan CO2-, SO2-, NOx-, partikkeli- tai muitakaan päästöjä. Moottoritutkimuksissa toki näitä päästöjä syntyy, mutta ne eivät ole riippuvaisia prosessin sivutuotteena tuotetusta sähköenergiasta. Välillisiä ympäristövaikutuksia aiheuttaa verkosta otetun fossiilisilla polttoaineilla ja ydinvoimalla tuotetun sähkön osittainen korvaus päästöttömällä sähköllä.
Kuva 6: Turku Energian myymän sähkö alkuperä vuonna 2011 (Turku energia 2011).
Turku Energia ilmoittaa myymälleen sähkölle 284 g/kWh suuruisen CO2-ominaispäästöarvon (Turku energia 2011). Näin ollen mikäli laboratorio tuottaa omaa sähköä 250 MWh / vuosi, vähenee CO2-päästöjä välillisesti 71 tonnia joka vuosi:
Investoinnin työllistävä vaikutus
AC-dynamometrin hankinta on osa suurempaa moottorilaboratorion muuttoon liittyvää projektikokonaisuutta. Investoinnin työllistävän vaikutuksen määrittelemiseksi on ensin laskettava kehysprojektiin kokonaisuudessaan käytettävän henkilöstöresurssin määrä. Projektin toteutusaika on sama kuin AC-dynamometri-investoinnin toteutusaikataulu: 1.5.2012 – 30.6.2013, yhteensä 14 kuukautta. Tällä aikavälillä laboratorio kohdentaa hankkeelle arviolta 30 % viiden vakinaisen työntekijän kokonaistyöajasta. Henkilötyöpäivistä vähennetään vuosilomapäivät 40 vrk/hlö/vuosi. Työpäivien laskennallinen määrä kalenterikuukaudessa on 22 vrk, joten hankkeen aiheuttamat henkilötyöpäivät laboratoriolle ovat siis:
Laboratorion henkilöstön lisäksi hankkeessa on mukana suunnitteluhenkilöstöä Turun tilaliikelaitokselta, Turku Energialta, Procofin Oy:ltä sekä heidän alihankkijoiltaan, yhteensä arviolta 15 henkilöä 35 % osuudella kokonaistyöajasta (vuosilomapäivien määräksi oletetaan 30).
Lisäksi tulevat vielä rakennusvaiheen urakan suorittavan tason työllisyysvaikutukset. Projektin aikataulun mukaisesti rakennusvaihe ulottuu joulukuun 2012 alusta kesään 2013. Rakennusvaihe työllistää arviolta 10 henkilöä kokopäiväisesti. Vuosilomia ei tässä laskennassa oteta huomioon.
Kun edellä lasketut luvut summataan yhteen, saadaan kokonaishenkilöresurssikustannukseksi 3402 htp. AC-dynamometri edustaa periaatteessa yhtä kuudesosaa uuden laboratorion testauskapasiteetista, mutta koska sen hankinta aiheuttaa huomattavia muutoksia kiinteistön infrastruktuuriin, olisi väärin jyvittää vain 1/6 henkilöresursseista AC-dynohankkeelle. Käytetään siis jyvitysprosenttina realistista 30 % arviota. AC-dynoprojektin esiselvitysvaiheessa työskentelevän opiskelija-assistentin työpanos (61 htp) jyvitetään 100-prosenttisesti AC-dynohankkeelle. Näin ollen AC-dynamometriin investoinnin tuottamat henkilötyöpäivät ovat:
Kuten aiemmin todettiin, investointi parantaa laboratorion kilpailukykyä ja näin ollen on mahdollista että se synnyttää myös uusia pysyviä työpaikkoja. Uusien työpaikkojen määräksi arvioidaan yksi kokopäiväinen työpaikka (224 htp/vuosi). Lisäksi mikäli käytettävä teknologia mahdollistaa uusia innovaatioita, voidaan saada välillisiä työllisyysvaikutuksia, joita on hankalampi arvioida.
Hankkeen valtakunnallinen merkitys
Hanke hyödyntää uutta teknologiaa ja sen puitteissa on mahdollisuus pilotoida uudentyyppistä energiantuotantoa. AC-dynamometri voidaan nähdä osana isompaa hankekokonaisuutta, ja järjestelmään on mahdollista myöhemmin lisätä muita energiantuotantovälineitä kuten aurinkopaneeleita ja pienoistuulivoimaloita. Smart Grid- ajattelumallin mukaan kokonaisuutta ohjaisi älykäs sähköverkkojärjestelmä.
Älykkäät sähköverkkojärjestelmät sekä hajautetun energiantuotannon konsepti ovat jo herättäneet suomalaistenkin tutkijoiden mielenkiinnon. CLEEN Oy:lla on käynnissä kaksikin hanketta, joiden tavoitteissa voidaan nähdä yhtymäkohtia AC-dynamometrin hankinnan mahdollistamien toimintojen kanssa. Ensimmäinen näistä on vuonna 2012 käynnistänyt Tekes-rahoitteinen Distributed Energy Systems- hanke. Sen tarkoituksena on kehittää toisaalta uusia teknologioita, mutta myös tehokkaita liiketoimintamalleja hajautetun energiantuotannon implementoimiseksi valtakunnallisella tasolla. (Cleen OY 2012a.) Teknologiajohtaja Jatta Jussila-Suokas CLEEN Oy:stä toteaa hankkeesta seuraavaa:
”Riippuvuutta teollisesta energiasta halutaan pienentää hyödyntämällä paikallisia, pienimuotoisia energialähteitä kuten bioenergiaa, aurinkoa, tuulta, jätettä sekä ottamalla talteen prosessilämmöt teollisuudesta. DESYn tulevaisuuden visiona on, että energiajärjestelmät perustuvat riippumattomaan, omavaraiseen ja ekologiseen lähienergiantuotantoon uusiutuvista lähteistä. Yksi ohjelman tavoite on, että hyviä konsepteja, joissa lähienergiaa pyritään hyödyntämään mahdollisimman paljon, voisi monistaa ja viedä ulkomaille ja ottaa huomioon myös muut kuin Suomen olosuhteet”. (Cleen OY 2012a.)
Hajautetun energiantuotannon yhteydessä myös älykkäät sähköverkot nousevat yleensä keskustelun kohteeksi ymmärrettävistä syistä. Nykytilanteessa sähköenergian pientuotannon liittäminen valtakunnan sähköverkkoon on periaatteessa mahdollista, mutta usein huomattavien lisäinvestointien ja/tai paperisodan takana. Käytännöt ovat selkiintymättömiä toimijoiden (paikalliset/alueelliset sähköyhtiöt) suuren määrän takia. Markkinoilta puuttuu ehkä teknologiat ja liiketoimintaosaaminen uuden tyyppisen tuotannon hyödyntämiseksi.
Yrityksistä, maataloudesta ja myös kotitalouksista löytyy jo nyt lukemattomia energian pientuotannon sovellutuksia, mutta näiden käyttö on vielä pienimuotoista em. syistä johtuen. Jatkossa on todennäköistä, että yhä suurempi osa sähkön kuluttajista voi toimia myös sähkön tuottajina. Mitä suurempi osa energian kokonaistuotannosta on hajautettuna yksityisten henkilöiden, pk-yritysten sekä isojen teollisuuslaitosten vastuulle, sitä tärkeämmäksi tulee älykkäiden ohjausjärjestelmien tarve. Perinteiset tuottaja – kuluttajamallit eivät enää päde, ja sähköverkkoihin on tuotava uusia tietoteknisiä ratkaisuja jotka pystyvät reagoimaan nopeasti kysynnän muutoksiin. Tämä tapahtuu paitsi säätelemällä tuotantoa, myös deaktivoimalla ei-elintärkeitä toimintoja kysyntäpiikkien aikana. (Sarvaranta 2010, 1).
Toinen CLEEN Oy:n aihepiiriä sivuava hanke onkin nimeltään Smart Grids and Energy Markets. Hankkeen visiona on rikkoa sähkömarkkinoille vakiintunut tuottaja – kuluttaja ketju ja uuden teknologian käyttöönoton avulla muuttaa sähkönjakelu entistä joustavammaksi, tehokkaammaksi ja luotettavammaksi. (Cleen OY 2012b.)
Kuva 7: Smart Grid- teknologia perinteisten energianjakelumallien muuttajana
Smart Grid ja hajautettu energiantuotanto ovat tulevaisuuden arkipäivää ja sen vuoksi niihin liittyviä tutkimuksellisia satsauksia on tehtävä jo tänään. AC-dynamometrin hankinta paitsi hyödyttää suoraan moottorilaboratorion jokapäiväistä liiketoimintaa, antaa se mahdollisuuden demonstroida näitä tulevaisuuden konsepteja pienessä mittakaavassa.
Turun ammattikorkeakoululla on loistava tilaisuus lähteä näyttämään esimerkkiä tekemällä rohkea ratkaisu, jolla on mahdollisuus tuoda positiivisia kerrannaisvaikutuksia paikallisesti, alueellisesti ja valtakunnallisesti. Uuden teknologian käyttöönotto edesauttaa uusien innovaatioiden syntymistä. Ensisijaisesti AC-dynamometri antaa mahdollisuuden esitutkimuksen tekemiseen. AMK kouluttaa tulevaisuuden osaajia, ja kukaties investointi antaa jollekin tulevalle pk-yrittäjälle kipinän lähteä tuotteistamaan hajautetun energiantuotannon liiketoimintakonseptia pidemmälle. Varsinais-Suomesta sekä koko Suomesta on mahdollisuus tehdä energia-osaamisen keskittymä, joka pärjää myös globaaleilla markkinoilla vientituotteinaan vihreä, kestävällä tavalla paikallisesti tuotettu energia.
Lähteet
Horiba. 2012. Budgetary Quotation-No: E-HS 1206 01. DYNAS3 HD460 for Turku University.
Valtioneuvosto. 2009. Kestävien valintojen edistäminen julkisissa hankinnoissa. Viitattu 19.10.2012 http://valtioneuvosto.fi/tiedostot/julkinen/periaatepaatokset/2009/kestavien-valintojen-edistaminen/fi.pdf.
Satakunnan ammattikorkeakoulu. 2012. Degree Programme in Environmental Engineering. Viitattu 19.10.2012 http://www.samk.fi/hakijat/amk-tutkinnot_nuoret/environmental_engineering.
Heikkilä, M. 2012. Vahvin vihreässä tutkimuksessa. Tekniikka & Talous 21.6.2012 s. 20 – 21.
Valtioneuvoston asetus energiatuen myöntämisen yleisistä ehdoista 1313/2007.
Koskinen, J. 2012. Energian talteenottomahdollisuudet polttomoottorilaboratoriossa. Opinnäytetyö. Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelma. Turku: Turun ammattikorkeakoulu.
Tullihallitus. 2012a. Energiavero. Viitattu 19.10.2012 http://www.tulli.fi/fi/yrityksille/verotus/valmisteverotettavat/energia/
Tullihallitus. 2012b. Sähkön ja eräiden polttoaineiden verotaulukot 1.1.2012 alkaen. Viitattu 19.10.2012 http://www.tulli.fi/fi/yrityksille/verotus/valmisteverotettavat/energia/lisatietoa/sahko_etc_verotaulukot.pdf.
Motiva OY. 2010. Polttoaineiden lämpöarvot, hyötysuhteet ja hiilidioksidin ominaipäästökertoimet sekä energian hinnat. Viitattu 19.10.2012 http://www.motiva.fi/files/3193/Polttoaineiden_lampoarvot_hyotysuhteet_ja_hiilidioksidin_ominaispaastokertoimet_seka_energianhinnat_19042010.pdf.
Turku Energia. 2011. Energian alkuperä. Viitattu 19.10.2012
http://www.turkuenergia.fi/index.php?page=5c705057f37b8bc06673084e9ed3f39
Cleen OY. 2012a. CLEENille uusi kaksivuotinen tutkimushanke hajautettuihin energiajärjestelmiin. Viitattu 19.10.2012
http://www.cleen.fi/fi/Markkinointiviestint/DESY_news_201207.pdf
Sarvaranta, A. 2010. Älykkäät sähköverkot ja niiden kehitys Euroopan unionissa ja Suomessa. Diplomityö. Aalto-yliopisto. Energiatekniikan laitos. Saatavilla myös http://energia.fi/sites/default/files/alykkaat_sahkoverkot_2010_diplomityo_anni_sarvaranta.pdf
Cleen OY. 2012b. Developing smart grids and energy markets. Viitattu 19.10.2012
http://www.cleen.fi/fi/Markkinointiviestint/Cleen_Factsheet_SGEM_final.pdf
Toimistotilaa Valvomotila Moottorihuoneet Moottorihuoneet