Forest chips' quality measurement methods and development needs at power plants
Heinonen, Joona (2019)
Diplomityö
Heinonen, Joona
2019
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019121648247
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019121648247
Tiivistelmä
Forest chips as a renewable energy source have become more important fuel in the Finnish energy for curbing climate change. Demand for efficiency and increasing rivalry have highlighted the importance of quality determining as a pricing basis. New measurement methods have been developed to overcome the problems of conventional heating value determination. The most prominent issue is the delay in measurement results. This research examined from the literature the non-destructive measurement methods that are suitable for analyzing the quality of forest chips. Moreover, an empiric survey was carried to explore what measurement methods are used by larger-scale power plants in Finland, and what their needs and expectations are for the new measurement methods developed.
The literature review explored the quality factors of forest chips, their importance in different utilization purposes and the basics of applicable quality measurement technologies. In the discussion, the most appropriate measurement methods for power plant use were evaluated based on previous researches that pointed out the benefits, limitations and problem areas of each method. The speed of measurement was discovered, in particular, the advantage of non-destructive technology. Some of the methods also provide other quality information in addition to the moisture content.
The empiric survey was focused on power plants with a boiler capacity of 100 MW or more. The number of these is about 30 in Finland. Of the 23 power plants that responded to the survey and met the criteria for the study, only three reported using non-destructive quality measurement in their operational use. The system for test use was found from four other power plants. All these systems in operational and test usage were based on either X-ray or microwave measurement technologies.
The conclusions and recommendations noted the importance of power plant-specific metering objectives and the customizability of a commercial application to the requirements as more relevant selection criteria than a generic superiority comparison of measurement techniques. Metsähake uusiutuvana energialähteenä on ilmastonmuutoksen taittamiseksi tärkeä polttoaine suomalaisessa energiapaletissa. Tehokkuusvaatimusten ja kilpailun kiristyessä laatumäärityksen merkitys on korostunut hinnoittelun perusteena metsähakekaupassa. Uusia mittausmenetelmiä on kehitetty paikkaamaan perinteisen lämpöarvomäärityksen ongelmia, joista merkittävin on mittaustulosten viive. Tämä tutkimus kartoitti alan kirjallisuudesta, mitkä mittaustekniikat ainetta rikkomattomista menetelmistä soveltuvat metsähakkeen laatumääritykseen. Empiirisen kyselytutkimuksen avulla puolestaan selvitettiin, mitä menetelmiä suuremman kokoluokan voimalaitokset Suomessa käyttävät ja mitkä ovat voimalaitosten tarpeet ja ennakko-odotukset uusien mittausmenetelmien kehityksessä.
Kirjallisuuskatsauksessa perehdyttiin metsähakkeen laatutekijöihin, niiden tärkeyteen eri käyttökohteissa ja soveltuvien laatumittaustekniikoiden perusteisiin. Mittausmenetelmien käsittelyssä arvioitiin voimalaitoskäyttöön soveltuvimpia mittaustekniikoita aikaisempien tutkimusten valossa tavoitteena löytää kunkin menetelmän hyödyt, rajoitteet ja ongelmakohdat. Rikkomattomien menetelmien etuna nähtiin erityisesti mittauksen nopeus. Osa menetelmistä tarjosi kosteussisällön lisäksi myös muita laatutietoja.
Empiirinen kyselytutkimus kohdistettiin yli 100 MW kattilatehon omaaville voimalaitoksille, joita on noin 30 kappaletta Suomessa. Kyselyyn vastanneista ja tutkimuksen kriteerit täyttäneistä 23 voimalaitoksesta vain kolme raportoi käyttävänsä ainesta rikkomatonta laadunmittausmenetelmää operatiivisessa käytössään. Testikäyttöön valjastettu järjestelmä puolestaan löytyi neljältä muulta voimalaitokselta. Niin operatiivisessa kuin myös testikäytössä olevien mittausmenetelmien perusteena oli joko röntgen- tai mikroaaltomittaus.
Johtopäätöksissä ja suosituksissa todettiin voimalaitoskohtaisten mittaustavoitteiden merkitys ja kaupallisen sovelluksen räätälöitävyys kohteeseen merkityksellisempinä mittausmenetelmän valintakriteereinä kuin tiettyjen mittaustekniikoiden yleisluonteinen paremmuusvertailu.
The literature review explored the quality factors of forest chips, their importance in different utilization purposes and the basics of applicable quality measurement technologies. In the discussion, the most appropriate measurement methods for power plant use were evaluated based on previous researches that pointed out the benefits, limitations and problem areas of each method. The speed of measurement was discovered, in particular, the advantage of non-destructive technology. Some of the methods also provide other quality information in addition to the moisture content.
The empiric survey was focused on power plants with a boiler capacity of 100 MW or more. The number of these is about 30 in Finland. Of the 23 power plants that responded to the survey and met the criteria for the study, only three reported using non-destructive quality measurement in their operational use. The system for test use was found from four other power plants. All these systems in operational and test usage were based on either X-ray or microwave measurement technologies.
The conclusions and recommendations noted the importance of power plant-specific metering objectives and the customizability of a commercial application to the requirements as more relevant selection criteria than a generic superiority comparison of measurement techniques.
Kirjallisuuskatsauksessa perehdyttiin metsähakkeen laatutekijöihin, niiden tärkeyteen eri käyttökohteissa ja soveltuvien laatumittaustekniikoiden perusteisiin. Mittausmenetelmien käsittelyssä arvioitiin voimalaitoskäyttöön soveltuvimpia mittaustekniikoita aikaisempien tutkimusten valossa tavoitteena löytää kunkin menetelmän hyödyt, rajoitteet ja ongelmakohdat. Rikkomattomien menetelmien etuna nähtiin erityisesti mittauksen nopeus. Osa menetelmistä tarjosi kosteussisällön lisäksi myös muita laatutietoja.
Empiirinen kyselytutkimus kohdistettiin yli 100 MW kattilatehon omaaville voimalaitoksille, joita on noin 30 kappaletta Suomessa. Kyselyyn vastanneista ja tutkimuksen kriteerit täyttäneistä 23 voimalaitoksesta vain kolme raportoi käyttävänsä ainesta rikkomatonta laadunmittausmenetelmää operatiivisessa käytössään. Testikäyttöön valjastettu järjestelmä puolestaan löytyi neljältä muulta voimalaitokselta. Niin operatiivisessa kuin myös testikäytössä olevien mittausmenetelmien perusteena oli joko röntgen- tai mikroaaltomittaus.
Johtopäätöksissä ja suosituksissa todettiin voimalaitoskohtaisten mittaustavoitteiden merkitys ja kaupallisen sovelluksen räätälöitävyys kohteeseen merkityksellisempinä mittausmenetelmän valintakriteereinä kuin tiettyjen mittaustekniikoiden yleisluonteinen paremmuusvertailu.