FI127804B - Menetelmä biopolttoaineen oikea-aikaiseksi kuljettamiseksi - Google Patents

Abstract

Keksintö kohdistuu menetelmään biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi. Menetelmässä mitataan varastopaikkaan varastoidun biopolttoaineen kosteuspitoisuutta, mitataan yhtä tai useampaa varastopaikan lähiympäristön ominaisuutta, syötetään kosteuspitoisuuden mittaustulos ja lähiympäristön ominaisuuden mittaustulos biopolttoaineen energiasisältöä arvioivaan matemaattiseen malliin, ja suoritetaan matemaattinen malli biopolttoaineen energiasisältöarvion määrittämiseksi. Lisäksi keksintö kohdistuu järjestelmään biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi sekä menetelmään biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi, jossa menetelmässä luodaan matemaattinen malli.

Description

MENETELMÄ BIOPOLTTOAINEEN OIKEA-AIKAISEKSI KULJETTAMISEKSI

Keksinnön kohde

Keksinnön kohteena ovat menetelmä biopolttoaineen oikea-aikaiseksi kuljettamiseksi.

Keksinnön taustaa

Biopolttoaineiden, kuten esimerkiksi hakkuutähteen, pienpuun ja kantojen, hankinta on kasvanut voimakkaasti samaan aikaan kun uusia, biopolttoaineilla toimivia voimalaitoksia on rakennettu. Biopolttoaine on ainutlaatuista materiaalia, joka on erityisen heterogeenista. Sitä ei tyypillisesti kuivateta koneellisesti siitä huolimatta, että se halutaan käyttää korjuuajan kuiva-aine15 pitoisuutta kuivempana, vaan se kuivuu tyypillisesti kasoissa varastopaikassaan lämmön (auringon) ja/tai tuulen vaikutuksesta. Usein biopolttoaineen varasto sijaitsee materiaalin korjuupaikan läheisyydessä, maastossa. Varastopaikkoja on useita ja kunkin varaston koostumus ja koko vaihtelevat. Biopolttoaineiden toimitusketjun ajallinen kesto vaihtelee viikoista useisiin vuosiin.

Biopolttoaineen toimitusketjun kokonaisvaltainen hallinta sisältää monia haasteita. Perinteisen ainespuun (tukkipuu, kuitupuu) toimitusketjun hallintaan ja varastokirjanpitoon liittyvät elementit soveltuvat vain joiltain osin biopolttoaineen toimitusketjun hallintaan. Keskeisiä eroavaisuuksia ovat varaston 25 syntyhetken, varastointiajan ja - ajankohdan vaikutukset varastossa olevan materiaalin ominaisuuksiin. Ajan myötä biopolttoaineelle tapahtuu tyypillisesti sekä toivottuja että ei-toivottuja muutoksia. Toivottu muutos on esimerkiksi materiaalin kuivuminen. Biopolttoaineen ominaisuudet voivat muuttua myös biologisten mekanismien kautta, kuten esimerkiksi epätoivotun lahoamisen 30 johdosta. Esimerkiksi hakekasassa mahdollisesti tapahtuva nk. käyminen ei kuitenkaan ole tyypillistä energiapuulle.

Voimalaitoksen tehokkuuden näkökulmasta katsottuna biopolttoaineen keskeisin ominaisuus on sen energiasisältö, jonka määrittämiseksi on käytettä35 vissä tunnettuja menetelmiä. On kuitenkin osoittautunut haasteelliseksi tietää, kuinka suuri energiamäärä on varastoituna kuhunkin olemassa olevaan

20115696 prh 08 -02- 2019 biopolttoainevarastoon. On mahdollista esittää hyvin yleisluontoinen arvio varastossa olevasta biopolttoaineesta saatavissa olevasta energiamäärästä, mikä arvio tyypillisesti perustuu tuotteen keskimääräiseen energiamäärään. Tyypillisesti voidaan esimerkiksi olettaa, että noin 1 m³ pienpuuta sisältää noin 5 2 MWh energiaa. Biopolttoainevarastojen energiasisältöä voidaan lisäksi korjata laskennallisesti esimerkiksi arvioimalla kuivumisen seurauksena tapahtunut mahdollinen energiasisällön kasvu, mikä käytännössä tapahtuu nostamalla energiasisällön määrää tietty vakiomäärä, kuten esimerkiksi 10 % vuodessa. Tämä arvio kuitenkin vastaa todellista tilannetta tyypillisesti huo10 nosti. Yleensä biopolttoaineiden toimituksissa seurataan ja maksetaan tilavuuden (m³) ja/tai painon (kg), sekä kunkin tavaralajin ’’yleisten” energiamäärien (MWh) mukaan.

Energiasisältöä voidaan myös mitata, mikä käytännössä tapahtuu tyypillisesti 15 ottamalla näyte eli tietty määrä mitattavaa tuotetta ja mittaamalla kyseisen tuotteen kosteuspitoisuus. Tämä tapa on kuitenkin työläs ja epävarma, eikä sillä saada tyypillisesti arvioitua koko biopolttoainevaraston energiasisältöä, koska näyte harvoin vastaa koko varaston materiaalijakaumaa ja olosuhteita.

Tunnetun tekniikan mukaisella biopolttoaineen toimitusketjun hallinnan toteutuksella esimerkiksi biopolttoaineeseen kohdistuvan pitkän varastoinnin vaikutus ei varastointiolosuhteista riippumatta vaikuta biopolttoaineen arvoon, vaikka biopolttoaineen todellinen laatu ja biopolttoaineesta saatava energia muuttuvat varastoinnin aikana. Tämän vuoksi ostetun tuotteen arvo ja omi25 naisuudet voivat muuttua säilytyksen aikana tavalla, jota ei ole pystytty ennustamaan.

Keksinnön lyhyt yhteenveto

Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää uusi ratkaisu biopolttoaineen kuljetusajankohdan ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi. Erään esimerkin mukaisen suoritusmuodon tarkoituksena on esittää ratkaisu siihen, kuinka biopolttoainevarastossa olevan biopolttoaineen energiamäärää voidaan arvioida ja hyödyntää biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan opti35 moimiseksi.

20115696 prh 08 -02- 2019

Keksinnön erään esimerkin mukaisessa suoritusmuodossa määritetään, kuinka biopolttoaineen lisätarvetta voidaan ennakoida. Tällöin arvioidaan, kuinka paljon energiaa on biopolttoainevarastoissa kullakin ajanhetkellä ja kuinka paljon lisäenergiaa tarvitaan esimerkiksi tavoite-energiamäärän saa5 vuttamiseksi tietyn ennalta määritellyn ajan päästä.

Keksinnön mukainen menetelmä biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mukainen järjestelmä biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan opti10 moimiseksi on esitetty patenttivaatimuksessa 12.

Erään edullisen esimerkin mukaan nyt esillä olevan keksinnön mukaisessa ratkaisussa on ensin mallinnettu biopolttoaineen käyttäytymistä varastoinnin aikana, mikä voi tapahtua luomalla matemaattinen malli tietokoneohjelman 15 avulla. Tällöin on sopivimmin huomioitu erilaiset varastopaikoittain sekä biopolttoainelähteiden mukaan vaihtelevat olosuhteet.

Erään esimerkin mukaan keksinnön mukaisessa menetelmässä mitataan yhdellä tai useammalla mittalaitteella jo aikaisemmin mallinnettuja tietoja, 20 kuten esimerkiksi biopolttoaineen ja/tai biopolttoaineen varastopaikan lähiympäristössä olevia muuttuvia tekijöitä. Sopivimmin keksinnön mukaisessa ratkaisussa biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi hyödynnetään maasto-olosuhteissa toimivaa teknologiaa mittausten suorittamiseksi.

Erään esimerkin mukaan biopolttoaineen varastopaikan lähiympäristössä olevia mitattavia muuttuvia tekijöitä ovat ilman lämpötila ja/tai ilman kosteus. Esimerkki biopolttoaineen muuttuvasta tekijästä on biopolttoaineen kosteuspitoisuus. Erään edullisen esimerkin mukaan biopolttoainevarastoon ja/tai sen 30 lähiympäristöön liitetään yksi tai useampi mittalaite, joka mittaa sekä biopolttoaineen kosteutta että ilman kosteutta ja/tai ilman lämpötilaa biopolttoainevaraston lähiympäristöstä. Erään edullisen esimerkin mukaan keksinnön mukaisessa ratkaisussa biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi hyödynnetään paikkatietoa eli biopolttoaineen varaston sijain35 tiin liittyviä olosuhteita.

20115696 prh 08 -02- 2019

Keksinnön mukainen menetelmä biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi käsittää sopivimmin ainakin seuraavat vaiheet:

- Mitataan varastopaikkaan varastoidun biopolttoaineen kosteuspitoisuutta.

- Mitataan yhtä tai useampaa varastopaikan lähiympäristön ominaisuutta.

- Syötetään kosteuspitoisuuden mittaustulos ja lähiympäristön ominaisuuden mittaustulos biopolttoaineen energiasisältöä arvioivaan matemaattiseen malliin.

- Suoritetaan matemaattinen malli biopolttoaineen energiasisältöarvion määrittämiseksi.

Keksinnöllä voidaan saavuttaa useita etuja. Keksinnön avulla biopolttoainevaraston ominaisuuksia, kuten kosteutta ja ympäristön ominaisuuksia, voidaan 15 mitata siten, että on mahdollista huomioida mittaustulokset sillä tavoin, että biopolttoaineen energiasisällön arviointi kullakin ajan hetkellä on mahdollista.

Aika on biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdanoptimointiin liittyvä keskeinen tekijä, sillä ajan kuluessa biopolttoaine voi altistua vaihteleville 20 olosuhteille, kuten esimerkiksi kosteudelle, lämpötilavaihteluille, tuulen vaikutukselle jne., jotka voivat vaikuttaa biopolttoaineen ominaisuuksiin. Yleisesti ottaen biopolttoainemateriaali soveltuu energian tuotantoon sitä paremmin, mitä kuivempaa se on. Tämän vuoksi materiaalin kuivumiseen kuluva aika saattaa muodostua kriittiseksi tekijäksi huomioitaessa voimalaitoksen 25 kustannustehokkuutta. Lisäksi biopolttoainemateriaalin puhtaus on käytettävyyteen ratkaisevasti vaikuttava ominaisuus.

Eräässä keksinnön mukaisessa suoritusmuodossa mittauksien perusteella arvioitua tietoa biopolttoaineen energiamäärästä kyseisellä ajanhetkellä käy30 tetään prosessin eri vaiheissa, edullisimmin biopolttoainevaraston syntyhetkestä aina voimalaitokselle asti. Keksinnön ansiosta on mahdollista hyödyntää varastokirjanpitoa tavalla, missä varaston määrä eli biopolttoaineesta saatava energiasisältö MWh huomioidaan muuttuvien olosuhteiden mukaisesti. Menetelmässä voidaan hyödyntää yhtä tai useampaa matemaattista mallia 35 ja/tai optimoinnin eri menetelmiä.

20115696 prh 08 -02- 2019

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan mitata ja arvioida biopolttoaineen energiasisältöä, mitä ei aiemmin ole pystytty juurikaan tekemään, sillä perinteisen ainespuun (tukkipuu, kuitupuu) energiasisällön määrittämisessä käytetyt menetelmät eivät sovellu biopolttoaineena käytettävän materiaalin 5 energiasisällön määrittämiseen materiaalin erilaisesta rakenteesta johtuen.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla tietoa energiavarastojen sisältämästä energiamäärästä voidaan päivittää esimerkiksi toteutuneen sään, varastointiajan ja - ajankohdan perusteella siten, että on mahdollista huomioida materiaalin ominaisuuksien muuttuminen kyseisissä olosuhteissa.

Keksinnön mukainen menetelmä mahdollistaa bioenergian toimitusten sekä voimalaitoksen käynnin optimoinnin huomioimalla biopolttoaine-energiavarastojen ominaisuudet sekä käytettävyyden. Keksintö voi mahdollistaa myös bioenergian ’’varastokäyttäytymisen” ennakoimista siten, että voidaan 15 päätellä, miten esimerkiksi energiapuusta saatava energiamäärä muuttuu varastoinnin aikana ja milloin kuljetus sekä poltto kannattaa toteuttaa.

Keksinnön yhtenä etuna on biopolttoaineen varastointiajan ja/tai kuljetusajankohdan optimointi ja sitä kautta turhan biopolttoaineessa olevan vesi20 määrän kuljettamisen ja/tai polttamisen välttäminen. Keksinnön ansiosta on täten mahdollista kuljettaa ja/tai käyttää bioenergiaa oikea-aikaisesti, eli siten, että sitä ei tarvitse säilyttää “varmuuden vuoksi” varastossa, eli antaa kuivua sen jälkeen, kun tuote on jo kuivunut riittävästi. Tästä huolimatta on keksinnön ansiosta mahdollista huolehtia siitä, ettei tuotetta oteta energiatehokkuuden 25 ja/tai kuljetuskustannusten kannalta liian aikaisin käyttöön, esim, tuotteen kosteuspitoisuuden ollessa vielä tarpeettoman korkea. Optimoinnin ansiosta keksinnön mukaisen ratkaisun seurauksena voi olla mahdollista tuottaa samasta biopolttoainemäärästä enemmän energiaa.

20115696 prh 08 -02- 2019

Piirustusten kuvaus

Keksintöä selostetaan seuraavaksi lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää kaaviona erään suoritusmuodon mukaisen menetelmän biopolttoaineen kuljetus-ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi, kuva 2 esittää kaaviona erään suoritusmuodon mukaisen järjestelmän 10 biopolttoaineen kuljetus-ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi, kuva 3 esittää erään esimerkin biopolttoaineen energiamäärän todellisesta muuttumisesta ajan funktiona verrattuna tunnetun tekniikan mukaiseen varastokirjanpitoarvoon, ja kuva 4 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista ohjauslaitetta.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Tässä hakemuksessa termillä ’’biopolttoaine” tai “biopolttoaine-materiaali” tarkoitetaan kaikenlaisia biologista alkuperää olevia materiaaleja, jotka soveltuvat käytettäväksi biopolttoaineen valmistuksessa tai polttokattilan polttoaineena. Biopolttoaine on tyypillisesti kasveista, kuten puista, peräisin olevia 25 neitseellisiä materiaaleja ja/tai jätemateriaaleja. Erityisesti biopolttoaine käsittää puuperäisiä materiaaleja eli ns. metsäpolttoainetta. Metsäpolttoaineita ovat esimerkiksi puu, kuori, hake, metsien harvennushakkuusta, raivauksesta ja ainespuun korjaamisesta saatava hakkuutähde, pienpuu, kannot, oksat ja risut. Tässä hakemuksessa käytetään termin ’’metsäpolttoaine” sijasta myös 30 termiä energiapuu, joilla molemmilla termeillä tarkoitetaan tässä hakemuksessa samaa asiaa.

Tässä hakemuksessa termillä ’’palamaton materiaali” tarkoitetaan kaikkea normaaleissa polttokattiloissa palamatonta materiaalia, kuten esimerkiksi 35 metallia ja kivennäismaa-ainesta (esimerkiksi kiveä, hiekkaa, soraa, ja savea).

20115696 prh 08 -02- 2019

Termillä ’’biopolttoainevarasto” tarkoitetaan varastopaikkaan, esimerkiksi metsään, pellolle, tien laidalle tai varastoalueelle, kuten esimerkiksi nk. terminaalivarastolle, varastoitua biopolttoainetta.

Termillä “biopolttoainevaraston lähiympäristö” tarkoitetaan ympäristöä, joka sijaitsee 2 km:n, 1,5 km:n tai 1 km:n säteellä biopolttoainevarastosta, edullisemmin 800 m:n säteellä tai 600 m:n säteellä biopolttoainevarastosta, sopivammin enintään 500 m:n, tai 250 m:n tai 100 m:n säteellä biopolttoainevarastosta, ja sopivimmin enintään 70 m:n säteellä biopolttoainevarastosta.

Energiasisällön määrittely tunnetussa tekniikassa ei mahdollista koko toimitusketjun toimimista kustannustehokkaasti ja/tai siten, että biopolttoaineiden toimitukset voitaisiin suorittaa luotettavasti ja riittävän tarkkoihin tietoihin perustuen. Virheelliset tiedot ja/tai olettamukset kuormittavat näin ollen tar15 peettomasti koko biopolttoaineiden toimitusketjua. Keksinnössä on poistuttu tunnetun tekniikan mukaisesta ajattelusta, jonka mukaan samasta kuutiomäärästä tiettyä puutavaraa saadaan voimalaitoksessa olennaisesti sama energiamäärä. Sen sijaan ajatusta on muutettu vastaamaan paremmin todellisuutta.

Erään edullisen esimerkin mukaan keksinnössä käytetään yhtä tai useampaa ennalta määriteltyä parametria mittaavaa mittalaitetta yhdessä ennustavan matemaattisen mallin kanssa arvioimaan tietyn biopolttoainevaraston sisältämä energiamäärä kullakin mallinnuksen käsittävällä ajanhetkellä. Erään 25 edullisen esimerkin mukaan tällöin päästään vähintään 50 % tarkkuuteen mainitun energiamäärän arvioinnissa ja edullisemmin noin 80 % tarkkuuteen mainitun energiamäärän arvioinnissa. On havaittu, että jopa 50 % tarkkuudella toimiva mallinnus tarkoittaa huomattavaa parannusta nykyiseen käytäntöön siten, että biopolttoaineen hankinnan kustannustehokkuus nousee 30 olennaisesti. Tämän johdosta keksinnön mukaisen menetelmän ansiosta on mahdollista nostaa olennaisesti biopolttoaineketjun kannattavuutta.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa arvioidaan biopolttoainevaraston energiasisältöä tietyllä ajanhetkellä ja/tai ajanjaksolla, joka voi olla nykyhetki ja/tai 35 tietty ajanjakso menneisyydessä ja/tai tietty ajanjakso tulevaisuudessa. Lisäksi sopivimmin ylläpidetään tietoa yhden tai useamman biopolttoainevaraston

20115696 prh 08 -02- 2019 energiasisällöstä ajan funktiona. Arvioitua biopolttoainevaraston energiasisältöä käytetään biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi, kuten esimerkiksi määrittelemään tietyssä biopolttoainevarastossa sijaitsevan biopolttoaineen optimaalista kuljetusajankohtaa ja/tai 5 optimaalista käyttöajankohtaa voimalaitoksessa. Keksinnön mukaiset mittaukset voidaan toteuttaa tunnetun tekniikan mukaisilla mittalaitteilla.

Eräässä edullisessa esimerkissä luodaan biopolttoaineen todellista energiasisältöä arvioiva matemaattinen malli. Matemaattisen mallin luomisessa suo10 ritetaan ainakin samoja mittauksia kuin menetelmässä biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi. Tämän jälkeen mainittua matemaattista mallia käytetään yhdessä yhden tai useamman malliin sisältyvän mittauksen kanssa arvioimaan yhden tai useamman biopolttoainevaraston todellista energiasisältöä ajan funktiona.

Kuvissa 1 ja 2 on esitetty kaaviona erään suoritusmuodon mukainen järjestelmä biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi. Kuvissa on esitetty, kuinka biopolttoaineesta toisella mittalaitteella 2 tehtyjen mittausten, biopolttoaineen sijaintiin liittyvän tiedon 3 ja/tai biopolttoaine20 varaston lähiympäristöstä mittalaitteella tehtyjen ensimmäisten mittausten 1 perusteella voidaan arvioida biopolttoaineen energiasisältöä tiettynä aikana ja käyttää tätä arviota biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi. Kuvassa 2 on esitetty ensimmäinen mittalaite 1 ympäristöstä tehtäviä mittauksia varten, toinen mittalaite 2 biopolttoaineesta tehtäviä mit25 tauksia varten, biopolttoaineen sijaintiin liittyvä tieto 3, ohjausjärjestelmä 4, joka sisältää matemaattisen mallin käsittävän lohkon, ja tieto biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi 5 käsittäen sopivimmin ohjaussignaalin.

Kuvassa 3 on esitetty erään esimerkin mukainen biopolttoaineen energiasisältökäyrä ajan funktiona. Lisäksi on havainnollistettu tunnetun tekniikan mukainen varastokirjanpitoarvo suhteessa todelliseen energiasisältöön.

Kuvassa 3 esitetystä kuvaajasta käyvät ilmi kolme erilaista energiapitoisuus35 käsitystä. Malli A esittää tyypillisesti käytössä olevan mallin, jossa oletetaan biopolttoaineen energiapitoisuuden pysyvän samana varaston syntyhetkestä

20115696 prh 08 -02- 2019 varaston käyttöhetkeen saakka. Malli B on toinen yleisesti käytössä oleva malli, jossa pyritään korjaamaan mallin A mukaista ajattelua biopolttoainevaraston energiapitoisuudesta kertaluontoisesti jollakin vakio-kertoimella. Tämä vakiokertoimella tehtävä muutos, joka voi olla esimerkiksi + 10 %, voi5 daan tehdä esimerkiksi kerran vuodessa varaston syntyhetkestä varaston käyttöhetkeen saakka. Malli C esittää uutta, keksinnön mukaista ratkaisua, jossa määritetään varaston energiapitoisuutta ajan kuluessa mittauksien sekä matemaattisen mallin perusteella.

Kuvassa 4 on esitetty nyt esillä olevan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukainen ohjausjärjestelmä 40 pelkistettynä lohkokaaviona. Ohjausjärjestelmä 40 käsittää sopivimmin ohjauslohkon 41, kuten esimerkiksi prosessorin tai vastaavan, jonka toimintaa voidaan ohjata ohjelmakäskyjen avulla. Ohjausjärjestelmä käsittää lisäksi tietojen, kuten mittaustulosten, vastaanottovälineet 42 tietojen vastaanottamiseksi esimerkiksi ensimmäisiltä ja/tai toisilta mittalaitteilta 1, 2 ja muistia 43 tietojen tallentamiseksi. Ohjausjärjestelmässä 40 voi lisäksi olla näyttö 45 tietojen esittämiseksi, jotta ohjausjärjestelmän käyttäjä pystyy seuraamaan esimerkiksi biopolttoaineen energiasisältökäyrän muutoksia ajan funktiona, ja näppäimistö 46 tietojen, ohjauskomentojen yms. syöttämiseksi ohjausjärjestelmään. Ohjauslohkossa määritettyjä tietoja voidaan myös tallentaa esimerkiksi ohjausjärjestelmän muistiin 43, tai jonkin muun laitteen muistiin (ei esitetty). Ohjausjärjestelmässä 40 voi vielä olla mm. tietojen lähetysvälineet 44 ohjauslohkossa määritettyjen tietojen välittämiseksi edelleen esimerkiksi energiantuotantolaitokseen.

Keksinnön mukaisen matemaattisen mallin luomisessa ja toteuttamisessa voidaan käyttää esimerkiksi tietokoneohjelmaa, joka sisältää ohjelmakäskyjä ohjausjärjestelmän 40 toiminnan ohjaamiseksi, jotta mittaustiedoista saadaan muodostettua tarvittavat lähtötiedot, kuten mainittu biopolttoaineen energiasisältökäyrä. Tietokoneohjelma, ohjelmakäskyt ja matemaattinen malli voivat 30 olla tallennettu esimerkiksi ohjausjärjestelmän muistiin 43. Tätä esittää lohko 47 kuvassa 4.

Erään esimerkin mukaan menetelmässä luodaan matemaattinen malli käyttäen ainakin seuraavia mittaustuloksia:

- varastopaikkaan varastoidun biopolttoaineen kosteuspitoisuus mitatuilla ajanhetkillä, ja

20115696 prh 08 -02- 2019 yksi tai useampi varastopaikan lähiympäristön ominaisuus mitatuilla ajanhetkillä.

Tällöin menetelmässä sopivimmin syötetään tietokoneohjelmalle mainittuja kosteuspitoisuuden mittaustuloksia sekä mainittuja yhden tai useamman lä5 hiympäristön ominaisuuden mittaustuloksia biopolttoaineen energiasisältöä arvioivan matemaattisen mallin luomiseksi, ja luodaan matemaattinen malli biopolttoaineen energiasisältöarvion määrittämiseksi.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttö10 ajankohdan optimoimiseksi suoritetaan mittauksia siten, että ainakin yksi toinen mittalaite 2 mittaa ainakin yhtä biopolttoainevarastossa olevan biopolttoaineen ominaisuutta, sopivimmin biopolttoaineen kosteuspitoisuutta. Lisäksi otetaan huomioon yksi tai useampi biopolttoainevaraston sijaintiin liittyvä ominaisuus ja/tai biopolttoaineeseen muulla tavoin ulkoisesti vaikuttava omi15 naisuus. Käytännössä tällöin voidaan kiinnittää yksi tai useampi ensimmäinen ja/tai toinen mittalaite 1, 2 biopolttoainevaraston lähiympäristöön ja/tai biopolttoaineeseen. Toinen mittalaite 2 voi perustua johonkin seuraavista mittausmenetelmistä: infrapuna, radiometrinen, impedanssi, kapasitiivinen, mikroaalto tai ylimagneettinen resonanssi (NMR) mittausmenetelmä. Kos20 teutta voidaan mitata joko hakettamalla biopolttoainenäyte ja suorittamalla mittaus hakkeesta tai mittaamalla kosteus suoraan biopolttoainemateriaalista.

Erään edullisen esimerkin mukaan käytetään vähintään yhtä ensimmäistä mittalaitetta 1 yhtä biopolttoainevarastoa kohti mittaamaan ulkoisia olosuh25 teitä, joilla voi olla vaikutusta biopolttoaineeseen. Nämä biopolttoainevaraston lähiympäristöstä tehdyt mittaukset suoritetaan kultakin kyseessä olevalta varastopaikalta tai sen välittömästä läheisyydestä. Tämä parantaa mittausten luotettavuutta, koska ulkoiset olosuhteet voivat maaston muotojen yms. johdosta muuttua olennaisesti jopa vierekkäisillä maa-alueilla. Toisin sanoen 30 mikroilmasto ja sen mahdolliset muutokset voivat olla oleellisia tekijöitä arvioitaessa biopolttoaineen energiasisältöä ja luotaessa ja/tai käytettäessä matemaattista mallia biopolttoaineen energiasisällön arvioimiseksi. Tällöin erään edullisen esimerkin mukaan käytettävässä matemaattisessa mallissa huomioidaan biopolttoainevaraston sijainti ja ympäristöolosuhteet riittävällä 35 tarkkuudella, jotka voivat sisältää esimerkiksi maaston pinnan muodot ja/tai maaperätyypin. Yleinen, esimerkiksi kuntakohtainen, säätieto ei tyypillisesti

20115696 prh 08 -02- 2019 ole riittävä käytettäessä matemaattista mallia biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi. Mittalaitteita voidaan sijoittaa biopolttoainevaraston lähiympäristöön esimerkiksi biopolttoaineen korjuu- ja/tai varastointi- ja/tai lähikuljetusvaiheessa.

Erään esimerkin mukaan arvioitaessa kooltaan pienten biopolttoainevarastojen energiasisältöä biopolttoainevaraston toimituksen optimoimiseksi, voi joissain tapauksissa olla riittävän kustannustehokasta määritellä biopolttoainevaraston energiapitoisuutta pelkästään matemaattista mallia seuraamalla. 10 Tyypillisesti biopolttoainevarastojen kohdalla on kuitenkin edullista käyttää mittalaitteita matemaattisen mallin rinnalla varmistamaan varaston energiasisällön arviointia.

Erään esimerkin mukaan keksinnön mukainen ratkaisu biopolttoaineen kul15 jetus- ja/tai käyttöajankohdan optimoimiseksi sisältää ohjausjärjestelmän 40.

Erään esimerkin mukaan mittalaite lähettää biopolttoainevarastosta tai sen lähiympäristöstä mitattuja mittaustuloksia, mikä voi tapahtua myös langattomasi!, ohjausjärjestelmään 4, 40, jolloin tiedonsiirto voi tapahtua reaaliaikaisesti tai olennaisesti reaaliaikaisesti. Tämän lisäksi tai sijasta voidaan lähettää 20 tallennettuja tietoja jaksoittaisesti ohjausjärjestelmään. Ohjausjärjestelmä 4, yhdistää tällöin sopivimmin yhden tai useamman mittaustuloksen ja/tai yhden tai useamman korjuu- ja varastoalueen tiedon (esimerkiksi maaperä, varaston sijainti, korjuu ajankohta) ja/tai yhden tai useamman alueen säätiedon ja yhdistää mainittuja tietoja käytettävään matemaattiseen malliin. Tällöin 25 on mahdollista arvioida mainitun biopolttoainevaraston energiasisältö kyseisellä ajanhetkellä ja/tai ennustaa mainitun biopolttoainevaraston energiasisällön kehittymistä. Erään edullisen esimerkin mukaan järjestelmä biopolttoaineen kuljetus- ja/tai käyttöajankohdanoptimoimiseksi optimoi parasta kuljetusajankohtaa voimalaitokselle tai voimalaitoksen läheisyydessä sijaitse30 valle nk. terminaalivarastolle biopolttoainemateriaalivarastokohtaisesti.

Keksinnössä käytetään sopivimmin ainakin yhtä etäluettavaa mittalaitetta ja/tai ainakin yhtä tallentavaa ensimmäistä ja/tai toista mittalaitetta 1, 2. Sama mittalaite 1, 2 voi toimia sekä tallentavana että etäluettavana mittalaitteena. 35 Mittaustulosten siirto mittalaitteelta ohjausjärjestelmään 4, 40 ja/tai muuhun tallennusyksikköön voidaan toteuttaa esimerkiksi joitakin kertoja

20115696 prh 08 -02- 2019 vuorokaudessa, kerran vuorokaudessa, joitakin kertoja viikossa, kerran viikossa, 1-4 kertaa kuukaudessa, tai harvemmin.

Erään esimerkin mukaan keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään ainakin yhtä tallentavaa ensimmäistä ja/tai toista mittalaitetta 1, 2. Tällöin mittalaitteen suorittamien mittausten tulokset tallennetaan ja niitä luetaan ja/tai siirretään halutuin väliajoin. Tallentavan mittalaitteen tulosten siirto- ja/tai lukuväli voi olla jopa useita kuukausia. Erään esimerkin mukaan keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään ainakin yhtä etäluettavaa mittalaitetta, 10 joka on tallentava mittalaite. Tällöin erään edullisen esimerkin mukaan yhdessä tai useammassa autossa, kuten esimerkiksi biopolttoaineen kuljetusautossa, on mainitun etäluettavan mittalaitteen lukulaite, jolloin erään edullisen esimerkin mukaan mittalaitteen mittaamat lukuarvot on järjestetty tallentumaan mainitun yhden tai useamman biopolttoaineen tai ainespuun 15 kuljetusauton tallennusjärjestelmään mainitun kuljetusauton ajaessa kyseessä olevan biopolttoainevaraston ohitse.

Erään esimerkin mukaan biopolttoainevaraston energiasisällön arvioinnissa käytettävää matemaattista mallia päivitetään voimalaitokselta ja/tai biopoltto20 ainemittalaitteelta, kuten esimerkiksi nk. energiapuumittarilta, saadun suhteellisen tarkan mittaustuloksen perusteella. Tällöin mainitulle matemaattiselle mallille voidaan tehdä tarvittaessa säätötoimenpiteitä.

Biopolttoaineen energiasisältöä arvioitaessa ja/tai sitä ennustettaessa mita25 taan ja/tai otetaan sopivimmin huomioon yksi tai useampi alla olevista tekijöistä:

säätieto, haihdunta, puun kasvuolosuhteet,

- metsäkuljetuksen ajankohta, biopolttoaineen korjuuaika, korjuutapa, varaston laatu, yhdellä tai useammalla mittalaitteella 1,2 mitattu tieto biopolttoaine35 varastosta ja/tai sen lähiympäristöstä, energialaji,

20115696 prh 08 -02- 2019 biopolttoaineen laji, korjuupaikan ja/tai varastopaikan maaperän tyyppi, varastopaikan maantieteellinen sijainti / ilmasto-olot, varastopaikan maan pinnan muodot (topografia, saatavina paikkatietoi5 na (Geographic Information, Gl)), ja aika, jonka biopolttoaineen annetaan kuivua esimerkiksi hakkuualueella levällään (kuivuminen tyypillisesti hidastuu isossa kasassa).

Nämä otetaan sopivimmin huomioon ennalta määritellyillä ajanjaksoilla bio10 polttoainevaraston lähiympäristöstä.

Säätieto käsittää esimerkiksi yhden tai useamman seuraavista:

- sademäärä,

- ilmankosteus,

- ilman lämpötila, ja

- tuulen nopeus.

Haihdunta on laskennallinen arvo, johon vaikuttavat mm. sää ja puiden tiheys kyseisellä paikalla.

Puun kasvuolosuhteisiin vaikuttavat mm. metsän käsittelyt ja muu kasvillisuus.

Metsäkuljetuksen ajankohdan vaikutus perustuu mm. varastointiaikaan. Lisäksi on hyvä huomioida ympäröivät olosuhteet varastointiajan aikana.

Biopolttoaineen korjuuajalla tarkoitetaan mm. vuodenaikaa sekä siihen liittyviä olosuhteita, kuten esimerkiksi säätä kyseisenä vuodenaikana.

Varaston laadulla tarkoitetaan mm. sitä, kuinka tehokkaasti biopolttoaine kui30 vuu. Tähän vaikuttaa mm. se, onko biopolttoainevarasto peitetty sateensuojalla.

Energialajilla tarkoitetaan sitä, käsittääkö biopolttoaine esimerkiksi hakkuutähdettä, pienpuuta, kantoja, risuja, vai jotain muuta energiatyyppiä. Erään 35 esimerkin mukaan biopolttoaine käsittää aines-ja energiapuu-kantoja. Tällöin mainittuja kantoja voidaan esimurskata ja/tai murskata ennen varastointia

20115696 prh 08 -02- 2019 ja/tai varastoinnin aikana, mikä sopivimmin huomioidaan arvioitaessa biopolttoaineen energiasisältöä. Kantojen murskaaminen vaikuttaa tyypillisesti sen energiapitoisuuteen vaikuttaviin ominaisuuksiin, kuten esimerkiksi kosteuspitoisuuden muutoksiin, ja voi myös vaikuttaa kannoissa olevaan pala5 mattoman materiaalin määrään.

Biopolttoaineen lajilla tarkoitetaan mm. puulajia. Esimerkiksi pienpuu kuivuu eri tavoin riippuen siitä, onko kyseessä kuusi, mänty, koivu, haapa tai jokin muu puulaji. Energiapuuta käytettäessä puulajilla on merkitystä, sillä esimer10 kiksi kuusen kanto on energiaominaisuuksiltaan erilainen kuin männyn kanto.

Puulajit eroavat esimerkiksi siten, että eri puulajien kosteuspitoisuudet voivat olla erilaisia ja lisäksi eri puulajien kuivumistapa voi olla erilainen.

Tieto maaperän tyypistä eli maalajista voi olla saatavilla paikkatietona. Maa15 lajeja ovat esimerkiksi kivennäismaalajit ja eloperäiset maalajit. Maalajia voidaan tarkentaa lisämääreillä, jotka kertovat miten maalajit poikkeavat perustyypistään. Kivennäismaalajeja ovat esimerkiksi louhikko ja kivikko, sora-, moreeni-, hiekka-, hieta-, hiesu- ja savimaa. Eloperäisiä maalajeja ovat esimerkiksi lieju-ja multamaa, sekä humusmaa, joka on tyypiltään multamaa tai 20 turvemaa.

Maaperän tyypillä voi olla olennainen merkitys esimerkiksi biopolttoaineessa, erityisesti energiapuussa, olevien epäpuhtauksien (palamattoman materiaalin) osalta. Jos biopolttoaineen korjuu suoritetaan esimerkiksi hienojakoisessa 25 maa-aineksessa kuivalla ilmalla, maa irtoaa esimerkiksi pienpuusta ja oksista.

Samoin kantoja nostettaessa maa irtoaa puun juurista helposti. Sen sijaan suoritettaessa korjuu hienojakoisessa maa-aineksessa kostealla ilmalla, palamatonta materiaalia jää tyypillisesti kiinni biopolttoaineeseen, kuten esimerkiksi puiden juuriin. Tällöin mainittua palamatonta materiaalia voi irrota 30 kuivumisen jälkeen. Jos biopolttoaineen korjuu puolestaan suoritetaan soraperäisessä maa-aineksessa, sora tippuu yleensä kosteudesta riippumatta pois biopolttoaineesta. Suoritettaessa biopolttoaineen korjuu esimerkiksi turvemaassa, on mm. energiataloudellisesti yleensä sitä parempi mitä enemmän turvetta jää esimerkiksi energiapuuhun kiinni. Turvetta ei siis tyy35 pillisesti pyritä poistamaan energiapuun seasta.

20115696 prh 08 -02- 2019

Energiapuun energiamäärän ennustamiseen käytetään sekä matemaattista mallia että mainittua vähintään yhtä ensimmäistä ja/tai toista mittalaitetta. Matemaattiseen malliin on sopivasti valittu yksi tai useampi yllä mainittu muuttuja. Matemaattinen malli on sopivimmin toteutettu huomioimalla sekä 5 biopolttoaineesta että ympäristöstä tehtyjä mittaustuloksia. Lisäksi sopivimmin on otettu huomioon seikkoja, jotka eivät yleensä muutu olennaisesti ajan funktiona (biopolttoaineen varastoinnin aikana), kuten esimerkiksi biopolttoainevaraston sijaintiin liittyvä tieto, kuten maaperätyyppi ja/tai maan pinnan muodot ja/tai maantieteellinen sijainti.

Keksinnön avulla on mahdollista optimoida biopolttoaineen varastointiaikaa ja/tai kuljetusajankohtaa ja/tai käyttöhetkeä. Toisin sanoen, keksinnön avulla biopolttoaineen kuivuminen ja energiapitoisuus voidaan optimoida niin, että biopolttoainetta toimitetaan varastopaikoista voimalaitokselle parhaaseen 15 mahdolliseen ajankohtaan ja vieläpä niin, että voimalaitokselle tulevan biopolttoaineen koostumus ja laatu tuottavat parhaan mahdollisen energiamäärän. Tällöin on mahdollista pienentää poltettavassa biopolttoaineessa olevan veden määrää sekä näin ollen saada samasta biopolttoainemäärästä enemmän energiaa voimalaitoksessa, koska veden lämmittämiseen kuluu vähem20 män energiaa kuin kosteampaa biopolttoainetta käytettäessä. Lisäksi on mahdollista pienentää biopolttoaineen mukana kulkeutuvan veden määrää sekä näin ollen pienentää biopolttoaineen kuljetuskustannuksia.

Keksintö ei rajoitu pelkästään kuvissa ja edellä olevassa selostuksessa esi25 tettyihin esimerkkeihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (10)

1. Patenttivaatimukset:

   1. Menetelmä biopolttoaineen oikea-aikaiseksi kuljettamiseksi, jossa menetelmässä ensin

   5 - luodaan biopolttoaineen energiasisällön määrittävä matemaattinen malli käyttäen ainakin seuraavia mittaustuloksia:

   • varastopaikkaan varastoidun biopolttoaineen kosteuspitoisuus mitatuilla ajanhetkillä, ja • yksi tai useampi varastopaikan lähiympäristön ominaisuus, joka käsit-

   10 tää ainakin yhden säätiedon, mitatuilla ajanhetkillä, ja jossa menetelmässä luotaessa mainittu matemaattinen malli syötetään tietokoneohjelmalle mainittuja kosteuspitoisuuden mittaustuloksia sekä mainittuja yhden tai useamman lähiympäristön ominaisuuden mittaustuloksia biopolttoaineen energiasisällön määrittävän 15 matemaattisen mallin luomiseksi, ja luodaan matemaattinen malli biopolttoaineen energiasisältöarvion määrittämiseksi, jonka jälkeen

   - mitataan

   20 · ensimmäisellä mittalaitteella (1) yhtä tai useampaa varastopaikan lähiympäristön ominaisuutta, joka käsittää ainakin yhden säätiedon ja • toisella mittalaitteella (
2. 2) varastopaikkaan varastoidun biopolttoaineen kosteuspitoisuutta,

   25 joista mainituista mittalaitteista ainakin yksi mainittu ensimmäinen ja/tai toinen mittalaite (1,2) on etäluettava mittalaite ja/tai tallentava mittalaite,

   - mainituista mittalaitteista ainakin toinen mittalaite (2) on sijoitettu biopolttoaineeseen tai biopolttoainevaraston lähiympäristöön,

   30 jolloin;

   - toisella mittalaitteella (2) mitataan varastopaikkaan varastoidun biopolttoaineen kosteuspitoisuutta suoraan biopolttoainemateriaalista ja

   - syötetään mainittu yksi tai useampi lähiympäristön ominaisuuden,

   35 joka käsittää ainakin yhden säätiedon, mittaustulos mainittuun biopolttoaineen energiasisällön määrittävään matemaattiseen

   20115696 prh 08 -02- 2019 malliin tietokoneohjelmalle biopolttoaineen energiasisällön määrittämiseksi,

   - syötetään lisäksi kosteuspitoisuuden mittaustulos mainittuun biopolttoaineen energiasisällön määrittävään matemaattiseen malliin

   5 tietokoneohjelmalle,

   - optimoidaan tietokoneohjelmaa käyttäen biopolttoaineen kuljetusajankohtaa käyttämällä määritettyä biopolttoaineen energiasisältöä, jolloin

   - määritetään mainitussa biopolttoainevarastossa sijaitsevan bio-

   10 polttoaineen optimaalinen kuljetusajankohta, ja jossa menetelmässä lisäksi

   - kuljetetaan biopolttoainetta oikea-aikaisesti määritetyn optimaalisen kuljetusajankohdan perusteella.

   15 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu säätieto on valittu joukosta:

   ilman lämpötila, ilman kosteus, tuulen nopeus, ja

   20 - sademäärä.
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittuun matemaattiseen malliin syötetään lisäksi biopolttoainevaraston maantieteellinen sijainti.
4. 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä optimoidaan mainitun biopolttoaineen parasta kuljetusajankohtaa voimalaitokselle tai nk. terminaalivarastolle.
5. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu biopolttoaine on energiapuuta.
6. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu

   35 siitä, että kuljetetaan ja/tai käytetään biopolttoainetta oikea-aikaisesti optimoidun ajankohdan avulla.
7. 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään mainittua matemaattista mallia biopolttoaineen energiasisällön määrittämiseksi ajan funktiona.
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään mainittua matemaattista mallia biopolttoaineen energiasisällön määrittämiseksi tietyllä ajanjaksolla, joka on tulevaisuudessa.
9. 10 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että optimoidaan biopolttoaineen kuljetus-ja/tai käyttöajankohtaa käyttämällä määritettyä biopolttoaineen energiasisältöä siten, että poltettavassa biopolttoaineessa olevan veden määrä optimoidaan pieneksi.
10. 15 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että biopolttoainevaraston energiasisällön määrittämisessä käytettävää matemaattista mallia päivitetään voimalaitokselta ja/tai biopolttoainemittalaitteelta saadun mittaustuloksen perusteella.