1. JOHDANTO
4.3 V ESISTÖVAIKUTUKSET
Pumppauslautta laskettiin Pien-Saimaan Koneenselälle 15.6. jolloin se käynnistettiin.
Kuvassa 4.7 on merkitty pumppauslautan sijainti Pien-Saimaalla. Lautan yhteydessä on ollut toiminnassa Lappeenrannan seudun ympäristötoimen mittauslautta, joka on mitannut mm.
järven happipitoisuuksia ja sinileväpitoisuutta. Ympäristötoimen mittauslautta näkyy kuvasta 4.8. Pumppauslautan tarkoituksena on estää Koneenselällä syksyllä ennen täyskiertoa tapahtuva alusveden täysi happikato, mikä puolestaan edesauttaa järven rehevöitymistä entisestään. Järven rehevöityminen puolestaan aiheuttaa lyhyellä aikavälillä järven eliökannan muutoksia, jolloin kalalajit, jotka selviytyvät hyvin rehevöityneissä järvissä alkavat lisääntyä. Pitkän aikavälin tuloksena mm. erilaiset sinilevät lisääntyvät paremmin rehevöityneessä järvessä, joka pahimmassa tapauksessa johtaa tilanteeseen, missä järvi on muulta eliöstöltään kuollut. (ELY-keskus a, b) Happipitoisuuksia on esitelty kuvissa 4.9 ja 4.10. Pumppu oli tarkkailujakson aikana pumpannut n. 3,5 milj. m3 vettä pohjaan.
Järven pohjan happimäärää on vaikea arvioida pelkän pumpatun veden osalta, sillä happipitoisuus riippuu monestakin asiasta, happi esimerkiksi liukenee paremmin kylmään, kuin lämpimään veteen. (ELY-keskus) Veden lämpötilat on esitelty kuvissa 4.11 ja 4.12.
Kuva 4.7 Hapetuspumppauslautan sijainti Pien-Saimaan Koneenselällä.
Kuva 4.8 Ympäristötoimen mittauslautan sijainti hapetuspumppauslautalta kuvattuna.
Tarkastelujakson 15.6. – 30.9. aikana pumppu on toiminut käytännössä aikavälillä 15.6. – 26.9.Kuvasta 4.10 havaitaan vuonna 2018 veden pintalämpötilan lähtevän nousemaan 7.7.
– 17.7. välillä. Pintalämpötila kohoaa lähes 27 vuorokauden ajan (7.7. – 4.8.). Tällä välillä hapen liukoisuus pintaveteen on heikoimmillaan, ja pintaveden happipitoisuus laskeekin muutaman vuorokauden viiveellä (11.7. – 8.8.) pintalämpötilaan nähden. Järven keskilämpötila puolestaan pysyy lähestulkoon vakiona, lukuun ottamatta pientä nousua 20.7.
Tämä kertoo järven kerrostumisesta, joka johtuu huomattavan lämpimästä kesästä.
Huomattavaa on, että järven keskilämpötila nousee jyrkästi 27.7. alkaen muutaman vuorokauden aikana lähelle pinnan keskilämpötilaa. Vastaavaa ei tapahdu vuotena 2017.
Tämä voi selittyä pumpun toiminnalla, sillä pumppu on 27.7. mennessä pyörinyt n. 2 miljoonaa kierrosta. Osaltaan myös säällä on ollut vaikutusta. Tarkkaa kierroslukua on vaikea määritellä kierroslaskurin toimiessa miljoonan kierroksen tarkkuudella ja datan puutteen vuoksi. Pohjaveden ollessa tiheämpää kuin pintavesi, pohjalle pumpattu pintavesi kohoaa aiheuttaen järven keskilämpötilan nousun. Järveen on kesän 2018 aikana muodostunut selkeästi kolme erillistä kerrosta, toisin kuin kesän 2017 aikana. Erot selittyvät kesän 2018 ollessa todella lämmin ja kesän 2017 poikkeuksellisen viileä.
Pohjan happipitoisuus laskee kesän aikana, kunnes se nousee muiden kerrosten tasolle syksyllä tapahtuvan täyskierron mukaisesti. Hapetuspumppauslautta ei täysin onnistu tavoitteessaan estää pohjan happikatoa, vaan pohja menee hapettomaksi 26.8. On kuitenkin huomattavaa, että vuonna 2017 oleva järven pinnan happipitoisuus pysyy paljon tasaisempana ollen n. 9 – 11 mg/l välillä koko tarkkailujakson ajan, kun taas vuonna 2018 pinnan happipitoisuus on välillä 7 – 9 mg/l 17.7. – 18.8. välisen ajan. Näin ollen pintaveteen on liuennut helpommin happea vuonna 2017, kuin 2018. Vastaavasti kesällä 2017 ei ole tapahtunut läheskään samankaltaista lämpötilojen muodostamaa kerrostumista, kuin kesällä 2018. Hapeton aika pohjalla v. 2018 on n. 14 vuorokautta. Ilman hapetuspumppauslautan toimintaa, happikato olisi lämpötilan ja edellisen vuoden tulosten perusteella alkanut paljon aikaisemmin, kestäen pidempään. Pohjan happipitoisuuden laskun nähdään loiventuvan heinäkuun aikana, mikä osoittaa pumppauslautan toiminnalla olleen vaikutusta. Vastaavasti pohjan hapeton aika v. 2017 on n. 26 vuorokautta.
Kuva 4.9 Lappeenrannanseudun ympäristötoimen mittausdataa. Pohja menee hapettomaksi ensimmäisen kerran 26.8 ja pysyy hapettomana 30.8 – 12.9, n. 14 vuorokautta. Järven keskihappitoisuuden nousut elokuussa selittyvät pumpun toiminnalla. Pohjalle pumpattu hapekas pintavesi kohoaa ylöspäin.
Kuva 4.10 Pohja pysyy hapettomana 10.8 – 5.9, n. 26 vuorokautta. Vuonna 2017 mittauslautta on siirretty koneenselälle 11.7, joten data on vertailukelpoista 11.7. – 30.9.
Kuva 4.11 Pintaveden lämpötila on vuonna 2018 huomattavasti lämpimämpää kuin vuonna 2017.
Kuva 4.12 Pohjan lämpötilamittauksessa heinäkuun datassa on hieman mittausvirhettä, mutta 11.7 – 30.9 välinen on virheetöntä. Veden lämpötilan mittaukset ovat alkaneet 11.7 lähtien.
Koneenselän sinileväpitoisuudet on esitetty kuvassa 4.13. Sinileväpitoisuudesta ei voi kahden vuoden tarkkailujakson osalta tehdä vertailua, sillä ne poikkeavat suuresti toisistaan.
Vuoden 2018 osalta sinileväkausi alkoi aikaisemmin kuin yleensä, kuitenkaan Koneenselällä ei esiintynyt sinilevää merkittävästi vuonna 2018. Vuonna 2017 puolestaan havaittiin runsaasti sinileväkukintoja ja sinilevää oli runsaasti. Hapetuspumppauslautan ensimmäisen kesän tulosten perusteella voidaan kuitenkin todeta sen toiminnalla olleen vaikusta järven happipitoisuuden osalta. (ELY-keskus a, b, c).
Kuva 4.13 Koneenselän sinileväpitoisuudet tarkkailujakson osalta vuosina 2017 ja 2018. Mittausdataa on vuonna 2017 saatu luotettavasti 1.7 – 10.7 ja 10.7 alkaen. 10.7 oleva piikki on mittaushäiriö.
5 NYKYTILANNE JA TULEVAISUUS
Hapetuspumppauslautan ensimmäisen kesän seurauksena tehtiin korjausliikkeitä pumpun toiminnan parantamiseksi. Lautalla käytössä ollut taajuusmuuttaja vaihdettiin.
Pyörimisnopeusohje, joka kesän aikana olleessa pumppauslautassa toteutui MPPT-algoritmilla ja myöhemmin skalaarisäädöllä, vaihdettiin pyörimisnopeusohjeeksi, joka tulee erilliseltä pyörimisnopeusohjeen tuottamiseen tarkoitetulta aurinkopaneelilta.
Tiedonsiirrossa käytössä olleet komponentit SREA-01 ja MOXA GSM-modeemi vaihdettiin, ja uudet komponentit ovat kandidaatintyön kirjoitushetkellä toimineet odotetusti. Yksiselitteistä syytä tiedonsiirrossa olleiden komponenttien toimimattomuudelle ei kuitenkaan tutkimustyöstä huolimatta saatu selville.
Tulevaisuutta ajatellen tulisi pohtia paneelien likaantumista, mikä pääosin johtuu lokkien viihtymisestä lautalla. Lokkien oleskelu aurinkopaneeleilla on vaikuttanut osaltaan aurinkosähköntuotantoon kesän aikana, mikä muodostuu tulevaisuudessa esteeksi, kun pumpun moottoria halutaan pyörittää suuremmilla kierrosnopeuksilla, kuin mikä kesän aikana ollut 40 rpm. Olisi myös syytä pohtia lautan vikatietojen yksityiskohtaisempaa lähettämistä, varsinkin kun taajuusmuuttaja on vaihdettu uuteen. Vuosittaisten säiden vaihteluiden takia vesistövaikutuksia on hyvä arvioida useamman vuoden toiminnan perusteella. Yhden kesäkauden jälkeen tulkinta hapetuspumppauslautan toiminnasta aiheutuneista vesistövaikuksista on alustavasti positiivinen.
6 YHTEENVETO
Työssä käsiteltiin hapetuspumppauslautan toteutusta, haasteita ja toimintaa vuoden 2018 aikana, sekä lautan toiminnan vaikutuksia Pien-Saimaan Koneenselän vesistöön. Lautan toteutuksesta annetaan kattava yleiskuva. Lautan toiminnasta saatiin tuloksia, jotka osoittavat lautan toiminnalla olleen vaikutusta pohjan happikadon estämiseksi. Lautan haasteista tehtiin selvitys ja haasteiden vakavuutta pohdittiin tulevaisuutta ajatellen.
Tämän työn tuloksena syntyi kattava dokumentaatio hapetuspumppauslautan toteutuksesta ja toiminnasta sen ensimmäisenä kesänä. Lautan toimintaa tulisikin seurata tulevina vuosina ja tämä työ soveltuu hyvin vertailukohdaksi tulevaisuutta ajatellen. Työssä esiteltyjen lautan erinäisten haasteiden ratkaiseminen vaatii vielä jatkosuunnittelua, sillä kesän ja syksyn aikana tehdyt ratkaisut eivät välttämättä ole täysin optimaalisia.
Hapetuspumppauslautan pumppu oli 16.9.2018 mennessä pumpannut 3,5 milj. m3 hapekasta pintavettä Koneenselän pohjaan. Pelkästään mittauslautan mittaustietojen perusteella pohja oli hapettomana n. 30 % lyhyemmän aikaa elo-syyskuussa vuonna 2018 kuin 2017. Vaikutus olisi voinut olla suurempikin, mikäli kesä 2018 ei olisi ollut huomattavasti lämpimämpi kuin kesä 2017 ja mikäli pumppu olisi pyörinyt puolen nopeuden sijaista täydellä nopeudella.
Vuonna 2018 ei havaittu merkittäviä sinileväongelmia Koneenselällä.
LÄHTEET
Vattenfall. aurinkosähkön tuotanto. [verkkodokumentti] [viitattu 22.1.2019] Saatavilla:
https://www.vattenfall.fi/sahkosopimukset/tuotantomuodot/aurinkovoima/
LUT-Voima. M. Nieminen, J. Pyrhönen. Lappeenranta: Lappeenrannan teknillinen Yliopisto. [Sisäinen viestintä]. [Viitattu 27.1.2019]
E-Saimaa. Pien-Saimaan Koneenselän hapetuspumppauslautta. [verkkodokumentti] [viitattu 30.1.2019]. Saatavissa:
https://esaimaa.fi/uutiset/lahella/07585525-925d-4175-a144-2e02e7863560
Kivisalmi. [verkkodokumentti]. [viitattu 29.1.2019]. Saatavissa:
http://www.piensaimaa.fi/kunnostus/virtausohjaus
Pennala, E. 2000. Lujuusopin perusteet. 10. tark. ja korj p. Kappale 11: Lujuus kuormituksen vaihdellessa. Espoo: Otatieto.
ABB a. ACS355 Solar pump inverter [verkkodokumentti]. [viitattu 31.1.2019]. Saatavissa:
https://library.e.abb.com/public/de33478b2ec91d9048257ccf003986a7/EN_ACS355_N82 7_SUPPL_B_A4.pdf
ABB b. MGate MB3170 MOXA [verkkodokumentti]. [viitattu 31.1.2019]. Saatavissa:
https://new.abb.com/products/3BHE031120R0001/mgate-mb3170-moxa
ABB c. SREA-01 Ethernet adapter module [verkkodokumentti]. [viitattu 31.1.2019].
Saatavissa: https://new.abb.com/products/3AUA0000039179/srea-01-srea-01 Aurinkosähkö. [verkkodokumentti]. [viitattu 31.1.2019]. Saatavissa:
https://aurinkosahkoakotiin.fi/aurinkopaneelien-sijoitus-ja-suuntaus/
SFS-standardit: (LUT). Pienjännitesähköasennukset. Osa 4-41: Suojausmenetelmät.
Suojaus sähköiskulta Suomen Standardisoimisliitto SFS ry.
ABB d. NOCH0016-62 [verkkodokumentti]. [viitattu 2.2.2019] Saatavissa:
https://library.e.abb.com/public/27abbad6a8bb5672c125763b0031ff9d/EN_AOCH_NOCH _HW_G.pdf
Aura, L. & Tonteri, A. J. 1986. Sähkömiehen käsikirja: 3, Tehoelektroniikka ja sähkökoneiden käyttö. Porvoo: WSOY.
Ilmastokatsaus. [verkkodokumentti]. [viitattu 2.2.2019] Saatavissa:
http://www.ilmastokatsaus.fi/2018/06/17/toukokuun-lyomaton-saaennatys/
PVGIS [verkkodokumentti]. [viitattu 12.2.2019] Saatavissa:
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php
Areva Solar [verkkodokumentti]. [viitattu 12.2.2019] Saatavissa: http://www.arevasolar.fi Ilmatieteenlaitos a. [verkkodokumentti]. [viitattu 2.2.2019] Saatavissa:
https://ilmatieteenlaitos.fi/havaintojen-lataus#!/
Helen Oy. [verkkodokumentti]. [viitattu 3.2.2019] Saatavissa:
https://www.helen.fi/yritys/vastuullisuus/ajankohtaista/blogi/2018/aurinkoenergia/
ELY-keskus a. [verkkodokumentti]. [viitattu 4.2.2019] Saatavissa:
http://www.ely-keskus.fi/web/ely/levatilanne
Ilmatieteenlaitos b. [verkkodokumentti]. [viitattu 5.2.2019] Saatavissa:
https://ilmatieteenlaitos.fi/kesa-2018
ELY-keskus b [verkkodokumentti] [viitattu 20.2.2019] Saatavissa:
https://www.ymparisto.fi/fi-FI/Vesi/Pintavesien_tila/Pintavesien_tilan_seuranta?f=PohjoisKarjalan_ELYkeskus ELY-keskus c. [verkkodokumentti]. [viitattu 25.2.2019] Saatavilla:
https://www.ely-keskus.fi/web/ely/-/yleisohavaintoja-sinilevista-jo-kymmenkunta-etelaiselta-saimaalta-kaakkois-suomi-
EHP. Lappeenrannanseudun ympäristötoimi [Sisäinen viestintä, vain projektin sisäiseen käyttöön]. [Viitattu 27.1.2019]
LIITE 1. Pumppukokoonpanon mittoja
Taulukko: Pumppukokoonpanon mittoja
Suure Tunnus Mitat (toteutunut)
Johdeosan halkaisija D0 1,725 m
Halkaisija D1 1,358 m
Keskirungon halkaisija Dx 0,679 m
Diffuusorin ulkohalkaisija D2 1,615 m
Minimi välys lauttaan L0 1,300 m
Etuosan pituus L1 1,089 m
Johdeosan pituus Lx1 0,316 m
Runkoputken pituus Lx2 0,733 m
Letkun pituus L2 8,500 m
Diffuusorin pituus L3 1,150 m
Kokonaissyväys 12,70 m
LIITE 1 jatkoa.
Kuva: Pumppukokoonpanon mitat kuvassa.
LIITE 2. Sähköpiirustukset
LIITE 2. jatkoa
LIITE 3. Aurinkopaneelivoimalan energialaskelmat
LIITE 3. jatkoa
LIITE 3. jatkoa
LIITE 4. Tarkkailujakson pilvisyys
LIITE 4. jatkoa
LIITE 4. jatkoa
Pilvisyyden jaottelulle eri määräryhmiin on useita vaihtoehtoja. Eri tuotteissa voi olla käytössä eri rajat.
Yhdet sanonnat sille, kuinka suuri osa taivaasta on pilvien peitossa:
• 0/8–1/8 selkeää
• 2/8–4/8 melko selkeää
• 3/8–6/8 puolipilvistä
• 5/8–7/8 melko pilvistä
• 7/8–8/8 pilvistä
• 9/8 pilvisyyttä ei voida määrittää esimerkiksi tiheän sumun tai runsaan lumisateen vuoksi
Vaihtelevaa pilvisyyttä kertoo, että ennustusjakson aikana pilvisyys vaihtelee alle 3/8 ja yli 6/8 välillä. Vaihteleva pilvisyys on kesällä yleinen, mutta talvella selvästi harvinaisempi.
[Lähde: Ilmatieteenlaitos [verkkodokumentti]. [viitattu 16.3.2019] Saatavissa:
https://ilmatieteenlaitos.fi/pilvisyys ]