Aine-, energia- ja rahatase teollisuudessa
Transcription
Aine-, energia- ja rahatase teollisuudessa
Aine-, energia- ja rahataseet prof. Olli Dahl Puhtaat teknologiat tutkimusryhmä Sisältö • Johdanto • Aine- ja energiatase • Reaaliset rahavirrat, yritystaso – rahatase • Esimerkkejä: – Kemiallisen massan eli sellun valmistus – Puuhiilen valmistus • Yhteenveto 1 Johdanto • Jotta uusia prosesseja voidaan suunnitella ja jo olevien prosessien toimintaa voidaan ymmärtää, mallintaa ja optimoida tulee ymmärtää ainakin seuraavat asiat: – Aineen häviämättömyyden laki ja termodynamiikan pääsäännöt – Lisäksi tulee ymmärtää miten yksikköprosessit toimivat (ilmiötasolla) ja mistä yksikköprosesseista prosessikokonaisuus muodostuu – Nykyisin prosessisuunnittelussa korostuvat materiaalitehokkuus ja energiatehokkuus – ns. puhtaat teknologiat valtaavat alaa hyvinkin nopeasti (Clean Technologies) – Onko teollinen tuotanto kannattavaa vai ei ja mitkä tekijät vaikuttavat kannattavuuteen eniten? Ainetase ja energiatase • Termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan järjestelmään tulevan ja sieltä poistuvan energian tulee tasapainotilassa olla yhtä suuret. • Samalla aineen häviämättömyyden laki määrää järjestelmään tulevan ja sieltä poistuvan massan yhtä suuriksi. • Termodynamiikan toisessa laissa todetaan suljetun systeemin entropian kasvavan, eli lämpöenergian muuttaminen täydellisesti työksi ei ole mahdollista. 2 Aine- ja energiatase Rajatun systeemin yksinkertaistettu aineja energiatase (Hukkanen 2009). Aine- ja energiatase ENERGIA LISÄAINEET RAAKA-AINE ILMAPÄÄSTÖT MELU PROSESSI LOPPUTUOTE ENERGIA VESI JÄTEVESI KIINTEÄT JÄTTEET Periaatekuva prosessin aiheuttamasta ympäristökuormasta 3 Verot Osinko Korot Lyhennykset Reaaliset rahavirrat, yritystaso - rahatase Muuttuvat kust. Myynti Muut tulot Teollisuusyritys Kiinteät kust. Korvausinvest. Annit Lainat Uusinvestoinnit Kemiallisen massan eli sellun valmistuksen perustaseet – yksikköprosessit ja niiden merkitys Kuitulinja Raaka-aineet Lisäaineet (Kemikaalit) Keittokemikaalien valmistus Lopputuote / toisen prosessin raaka-aine Energian tuotanto Prosessikokonaisuus: sellutehdas Osaprosessit: Puunkäsittely, kuitulinja ja kemikaalikierto Yksikköprosessit: satoja erilaisia (sulatus, kuorinta, haketus…. 4 Kemiallisen massan eli sellun valmistuksen perustaseet – yksikköprosessit ja niiden merkitys Kuitulinja Puunkäsittely Kemikaalien talteenotto (Lipeälinja) Kemiallisen massan eli sellun valmistuksen kokonaistaseet, ainetase ja energian tuotto Sellutehtaan ainetase (erittäin karkealla tasolla) Tuotanto , ADt/y Käytetyn puun määrä kuorellisena - puunkulutusluku - kuoren määrä, m3/a - kuoren määrä, tn-ka/a - puun määrä, m3/a - puun kuiva-aine, tn-ka/a Kuorikattilan energian tuotanto, 250 000 osuus 5,8 m3/ts 12,2 % 1 450 000 176 900 tiheys 320 kg/m3 56 608 1 273 100 tiheys lämpöarvo 400 kg/m3 509 240 hyötysuhde - Höyryn tuotanto, GJ/Adt - Sähkön tuotanto, GJ/Adt Tärpätin tuotanto, tn/a Raaka-mäntyöljyn tuotanto, tn/a Saanto (havu), % puusta Kuiva-ainesuhde, t ka/ADt Keitossa liuennut org, t ka org./ADt Lämpöarvo, Soodakattilan energian tuotanto, t ka/d - Höyryn tuotanto, GJ/Adt - Sähkön tuotanto, GJ/Adt 18 MJ/kg 4,08 GJ/Adt 85 % 2,43 1,04 1 000 15 000 46,00 1,65 1,06 13,50 22,28 4 kg/ts 60 kg/ts MJ/kg ka GJ/Adt hyötysuhde 75 % 13,37 3,34 5 Kemiallisen massan eli sellun valmistuksen kokonaistaseet – energiataseet Sellutehtaan energiataseet Lämpötase GJ/ADt Kulutus Puunkäsittely Keitin, happivalkaisu, lajittamo ja valkaisu Haihduttamo Muu talteenotto Massan kuivaus Muut Kulutus yhteensä Tuotto yhteensä (soodakattila ja kuorikattila) Ylimääärä höyry 0,15 3,02 4,71 0,20 2,85 1,00 11,93 15,79 3,86 Sellutehtaan sähkötase kWh/ADt Kulutus Kuorimo Keitin, happivalkaisu, lajittamo ja valkaisu 55 Talteenotto Satunnaiset kulutukset Sähköenergian muut kuluttajat Jäteveden käsittely Massan kuivaus Kulutus yhteensä Tuotto yhteensä (soodakattila ja kuorikattila) Ylimääärä sähkö 277,8 294 150 100 20 20 105 744 1217 473 Esimerkki yrityksen rahalaskelmasta – kemiallisen massan valmistus • Kustannusten perustavanlaatuisin jakoperuste on jako kiinteisiin ja muuttuviin kustannuksiin. • Kiinteinä pidetään kustannuksia, jotka eivät lyhyellä aikavälillä muutu tuotannon määrän mukaan. • Tyypillisiä kiinteitä kustannuksia ovat rakennukset, koneet ja hallinto sekä muuttuvia kustannuksia materiaalin hankintakustannukset • Valmistuksen työvoimakustannukset lasketaan usein muuttuviin kustannuksiin, vaikka niidenkin sopeuttaminen tuotannon laskuun kestää monissa tapauksissa viikkoja tai kuukausia. 6 Esimerkki yrityksen rahalaskelmasta – kemiallisen massan valmistus 250 000 ts/a tuottava tehdas; sellun hinta 600 €/tn Myyntitulot Sellun myynti, € 150 000 000 Sivutuotteet myynti, € 5 472 053 Energian myynti, € 13 251 262 168 723 315 Yhteensä, €/ts 250 000 ts/a tuottava tehdas; sellun hinta 400 €/tn Myyntitulot Sellun myynti, € 100 000 000 Sivutuotteet myynti, € 5 472 053 Energian myynti, € 13 251 262 118 723 315 Yhteensä, €/ts Muuttuvat kustannukset Esikäsittely, € Prosessi, € Valmistuspalkat, € Yhteensä, € 68 324 063 12 046 524 12 591 806 92 962 393 Muuttuvat kustannukset Esikäsittely, € Prosessi, € Valmistuspalkat, € Yhteensä, € 68 324 063 12 046 524 12 591 806 92 962 393 Myyntikate, €/ts Myyntikate-% myynn. 75 760 921 44,9 Myyntikate, €/ts Myyntikate-% myynn. 25 760 921 21,7 Kiinteät kustannukset, € 27 981 791 Kiinteät kustannukset, € 27 981 791 Käyttökate, € Käyttökate-% myynn. 47 779 131 28,3 Käyttökate, € Käyttökate-% myynn. -2 220 869 -1,9 Suunn. poistot, € Lask. korot, € Lask. verot, € Operattiivinen tulos, € 10 000 000 2 000 000 500 000 35 279 131 Suunn. poistot, € Lask. korot, € Lask. verot, € Operattiivinen tulos, € 10 000 000 2 000 000 500 000 -14 720 869 Onko investointi kannattava vai ei? Investoinnin tavoitteet Investoinnin tarkoituksena aloittaminen tai lisääminen. on yleensä tuotannon Muitakin tavoitteita voi olla, kuten tuotannon tehostaminen, työnteon helpottaminen, ympäristökuormituksen vähentäminen tai viranomaisen säännöksen noudattaminen. Investointi on yleensä suuri sijoitus, jonka oletetaan maksavan itsensä pitkällä aikavälillä takaisin. 7 Grillihiilen valmistus: ainetase abs. Kuivaa havupuuta tuottaa seuraavat jakeet 100 kg 32 kg Hiiltä 8 kg A-tervaa 40 kg Puuhappoa 33 kg Vettä 2 kg etikkahappo 0,7 kg metanoli 0,6 kg tärpätti 3,7 kg B-terva 20 kg lauhtumattomia kaasuja 12 kg Hiilidioksidi 6 kg Hiilimonoksidi 2 kg Vety ja hiilivedyt Laboratoriokokeet 1900-luvun alussa Grillihiilen valmistus: ulkopuolisen energian tarve 8 Grillihiilen valmistus: prosessiin kohdistuvat rahavirrat Grillihiilen valmistus: alustava talouslaskelma / investoinnin kannattavuus Investointien arviointimenetelmät kts. Erillinen excel • • Takaisinmaksuaika Herkkyysanalyysi Investoinnin hinta 15 milj. € Johtopäätös: Voi olla kannattavaa, mutta investointiin liittyy useita epävarmuustekijöitä 9 Yhteenveto Aine ja energiataseiden muodostaminen perustuu yksinkertaisiin sääntöihin Insinöörin tulee ymmärtää yksikköprosessien toiminta ilmiötasolla Insinöörin tulee ymmärtää prosessikokonaisuuksia ja osata muodostaa näille aine- ja energiataseet ja tarvittaessa hyödyntää ylimäärä aine- ja energiavirrat muissa prosesseissa (teollinen symbioosi) Insinöörien tulee ymmärtää onko olemassa oleva tuotanto kannattavaa ja mitkä tekijät siihen vaikuttavast eniten Insinöörin tulee osata myös laskea ja arvioida uusien prosessien kannattavuutta “riittävällä tarkkuudella”, jotta vältyttäisiin vääriltä investoinneilta 10