Väitöskirjan nimi on “Emerging risk issues in underground storage of bituminous coal”, suomeksi ”Maanalaisen kivihiilivaraston uudet riskitekijät”.
Sipilän tutkimuskohteena oli Helsingin Energian Salmisaaren kivihiilivarasto. Se on maailman ainoa täysin automatisoitu maanalainen kivihiilivarasto. Tukholmassa on myös pienempi maanalainen kivihiilivarasto, mutta siellä prosessia ei ole automatisoitu eikä hiili ole siiloissa.
Itsesyttymisen riski kasvaa varastointiajan pidetessä
Kivihiiltä varastoitaessa on vaarana, että kivihiilikasan sisuksiin syntyy itsestään kytöpalo. Itsesyttymisalttiuden arviointiin on monia menetelmiä, mutta niihin liittyy yleensä monimutkaisia, hitaita ja kalliita laboratoriokokeita. Menetelmät eivät sovellu hyvin voimalaitoksille, joihin saapuu kivihiiltä vaihtelevilta maantieteellisiltä alueilta ja eri kaivoksilta.
Sipilän menetelmä kytöpalovaaran ennustamiseksi perustuu eteläafrikkalaisten tutkijoiden Myles Smithin ja David Glasserin ehdottamaan hiilen itsesyttyvyysindeksiin, jota on edelleen kehitetty niin, että se saadaan hiilen vastaanoton laatuarvioinnin suureista.
- Indeksimenetelmässä itsesyttymisherkkyyttä arvioidaan kivihiilierän kosteuspitoisuuden ja haihtuvien ainesosien pitoisuuden perusteella. Ne ovat arvoja, joita määritellään joka tapauksessa kivihiilikauppaa tehtäessä ja mitataan vastaanottotarkastuksessa, Sipilä sanoo.
Itsesyttymisen riski myös kasvaa varastointiajan pidetessä. Siksi Sipilä päätyy suosittamaan, että kivihiilierät, joilla on korkea itsesyttymisriskiä kuvaava indeksi, tulisi mahdollisuuksien mukaan käyttää pois ennen kesäkauden pitkää seisokkia. Jokainen siilo olisi hyvä saada tyhjäksi ainakin kerran vuodessa.
Jäätyminen riski
Väitöstyössään Sipilä paneutui myös kivihiilen jäätymisestä aiheutuviin ongelmiin. Siperiasta tuotu kylmä kivihiili jäädytti siilojen seinien salaojakanavat, jolloin vuotovesi valui kivihiilen sekaan ja muodosti jopa henkilöauton kokoisia jään ja hiilen sekaisia lohkareita, jotka tukkivat siilon nielun. Tukkeumat johtivat tehorajoituksiin voimalaitosten energiantuotannossa.
Väitöstutkimuksen mukaan kivihiilen jäätymisriskiä voidaan arvioida kuljetusreitin ja kuljetusreitillä valitsevien sääolosuhteiden perusteella. Jos jäätymisriski on suuri, ongelmaa voidaan ehkäistä ohjaamalla kyseinen kivihiilierä maanpäälliseen varastoon. Maanalaisessa varastossa jäätymisen kannalta turvallisimpia ovat kauimpana merestä olevat siilot, joiden kallioseinät ovat kuivempia kuin merta lähinnä olevien siilojen seinät.
Sipilä loi väitöstyössään hiilen itsesyttymiselle ja jäätymiselle myös vika- ja tapahtumapuut sekä riskimatriisit. Ne kuvaavat todettujen ja mahdollisten skenaarioiden mukaisia tapahtumaketjuja sekä niiden todennäköisyyksiä ja seurauksia käyttäen esimerkkeinä havaittuja itsesyttymis- ja jäätymistapauksia. Tulosten avulla voidaan mm. seurata sitä miten tehdyillä toimenpiteillä onnistutaan hallitsemaan ja pienentämään riskejä.
Väitöstyössä tarkastellaan kivihiilen varastointia, mutta vastaavia toimintatapoja voidaan soveltaa myös biopolttoaineille, joilla on tyypillisesti korkea itsesyttymistaipumus muun muassa kivihiiltä korkeamman kosteuden ja haihtuvien aiheiden pitoisuuksien vuoksi.
DI Juha Sipilä väittelee 19.11.2013 klo 12 Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulun koneenrakennustekniikan laitoksella.
Paikka: Puu 2 -rakennus, sali 121, Tekniikantie 3, Otaniemi.
Vastaväittäjät: TkT Ulla McNiven, Fortum Power and Heat Oy ja professori, Dr-Ing. Aleksandar Jovanovic, University of Novi Sad, Serbia, project director EU at University of Stuttgart (ZIRN), Germany
Valvoja: Prof. Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, Koneenrakennustekniikan laitos
Väitöskirjan verkko-osoite: http://otalib.aalto.fi/en/collections/e-publications/dissertations/
Väittelijän yhteystiedot:
Juha Sipilä
Helsingin Energia, 00090 Helen
p. 040 334 6663, juha.sipila@helen.fi
Teksti: Timo Hämäläinen