Risk Management in Sustainable Supply Chain

Growing awareness in corporate responsibility and issues related to sustainability is seen to increase innovativeness in a company as well as in its supply chain. The stakeholders’ awareness on sustainability has increased, and they demand the companies to identify sustainability risks and adapt procedures for mitigating them. The purpose of this thesis is to examine how risks are managed in sustainable supply chain. Definition of sustainability risks and risk management procedures construct the framework of the study. It is done through an empirical study conducted on 95 Finnish companies operating in the manufacturing industry. The data is acquired via an online questionnaire. The research has been conducted as a quantitative study utilizing the methods of statistical analysis, such as correlation analysis and factor analysis. The essential results of this thesis are identified risk-procedure connections, and the importance of different risks and procedures in the respondent companies.

Ilmajohtoverkon viankorjaus maakaapelointiteknologiaa hyödyntäen

Elenia Oy linjasi vuonna 2009 suunnittelustrategiassaan, että koko sen verkkoalueella käytetään ainoana rakennustapana maakaapelointia. Lisäksi vuoden 2013 sähkömarkkinalain sähkönjakeluverkkoyhtiöiltä edellyttämät toimitusvarmuuskriteerit ovat lisänneet säävarman verkon rakentamista merkittävästi. Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia ilmajohtoverkon viankorjauksen soveltumista maakaapeloinnilla tehtäväksi. Tarkastelu toteutetaan taloudellisuuden ja käytännön toteutuksen näkökulmista. Taloudellisessa tarkastelussa vertaillaan ilmajohtorakentamisen ja maakaapeloinnin elinkaarikustannuksia viankorjauksen yhteydessä. Käytännön toteutuksen osalta esitetään tilanteet, joissa viankorjaus on järkevä suorittaa maakaapeloimalla. Käyttämällä laskennassa Energiaviraston yksikköhintoja, jäävät viankorjaukselle soveltuvat verkko-osuudet elinkaarikustannustarkastelun valossa vähäisiksi. Tehokas investoiminen, auraustekniikan hyödyntäminen, regulaatiomallin kannustimet ja kaapelointiratkaisujen hintakehitys voidaan kuitenkin todeta merkittäviksi vaikuttajiksi maakaapeloinnin yleistymisessä toimintatavaksi ilmajohtoverkon viankorjauksessa.

Verkostoskenaarioiden arviointi sähkön jakeluverkkotoiminnan valvontamenetelmien kannalta

Tämän työn tavoitteena oli selvittää sähkön jakeluverkkotoiminnan valvontamenetelmien muutoksien vaikutuksia Loiste Sähköverkko Oy:n talouteen neljännellä ja viidennellä valvontajaksolla. Tarkastelua varten tehtiin talousmalli, joka mallintaa verkkoyhtiön taloutta vuoteen 2040 asti. Talousmallissa mallinnettiin kaikkien kannustimien vaikutus paitsi innovaatio- ja toimitusvarmuuskannustimien vaikutus. Talousmallinnuksen perusperiaate oli, että mitä ei pystytä kattamaan siirtotuloilla, rahoitetaan vieraalla pääomalla, kun kassavirran minimitaso ja investointitaso ovat valittu. Talousmallilla tarkasteltiin neljää erilaista verkostoskenaariota. Tarkasteltavat verkostoskenaariot olivat kehittämissuunnitelman mukainen skenaario, nopeutettu kehittämissuunnitelman mukainen skenaario, kaapelointipainotteinen skenaario ja kunnossapitopainotteinen skenaario. Verkon arvon kehittyminen verkostoskenaarioissa mallinnettiin Loiste Sähköverkko Oy:n investointimallilla ja kuvattiin talousmallinnusta varten jälleenhankinta-arvon, nykykäyttöarvon, investointien ja tasapoistojen kehittymisellä vuoteen 2029 asti. Työn tulosten perusteella kehittämissuunnitelman mukaisessa skenaariossa vieraan pääoman määrä pysyy kohtuullisena ja mahdollistaa kohtuullisen kassavirran tarkastelujakson lopussa. Nopeutetussa kehittämissuunnitelman mukaisessa skenaariossa ja kaapelointipainotteisissa skenaariossa vieraan pääoman määrä kasvaa merkittävästi, mikä voi lisätä liiketaloudellisia riskejä, mutta toisaalta mahdollistavat korkeamman kassavirran tarkastelujakson lopussa. Kunnossapitopainotteisessa skenaariossa vieraan pääoman määrä on matala, mutta kassavirta myös pysyy matalana tarkastelujakson loppuun asti.

Suljetun sähkönjakeluverkon regulaatio teollisuusympäristössä

Tässä työssä tutkitaan suljetun jakeluverkon regulaatiota yhden suomalaisen teollisuussähköverkon näkökulmasta ja sitä verrataan olemassa olevaan energiaviraston jakeluverkkoja koskevaan säätelymalliin. Työssä tutkitaan verkkoyhtiön kehittämän säätelymallin toimivuutta ja sitä kuinka se täyttää hyvän valvontamallin ominaispiirteet. Tässä työssä ei ole tarkoituksena esittää uutta valvontamallia, vaan tutkia ja arvioida olemassa olevia malleja. Työssä käydään läpi olemassa oleva kolmannen valvontajakson regulaatiomalli sekä muutokset, joita on esitetty tuleville valvontakausille. Työssä taustoitetaan valvontatoimintaa myös yleisen talousteorian ja valvontateorioiden avulla. Tämän taustoituksen avulla tarkastellaan teollisuussähköverkkojen erityisiä ominaisuuksia ja edelleen tutkitun teollisuussähköverkon korkeita käyttövaatimuksia ja syitä tällaisille vaatimuksille. Verkkoyhtiön käyttämä tariffimalli kuvataan myös sen liittyessä sääntelyyn saumattomasti. Työssä todistettiin mallin toimivuus tämän kaltaisessa toimintaympäristössä, jossa käyntivarmuusvaatimus on erittäin korkea. Havainnoissa myös korostuu mallin pitkäjänteisyys ja ennustettavuus. Laskentaesimerkkien avulla arvioidaan liittymähinnoittelun kohtuullisuutta asiakkaalle ja mallin toimivuutta yleensä. Näissä tarkasteluissa havaittiin, että yleisellä tasolla liittymähinnoittelu on kohtuullista asiakkaalle ja se mahdollistaa asiakkaan pääomien tehokkaamman käytön kuin ilman verkkoyhtiötä. Kehittämiskohteina tuodaan esille keskeytyksistä aiheutuvien haittojen käsittely ja se, ettei tällaiseen verkkoympäristöön ole tällä hetkellä toimivaa mittaria, jolla voitaisiin arvioida kuinka hyvin verkkoyhtiö toimii.

Energy Management System for LVDC Island Networks

Recent developments in power electronics technology have made it possible to develop competitive and reliable low-voltage DC (LVDC) distribution networks. Further, islanded microgrids—isolated small-scale localized distribution networks— have been proposed to reliably supply power using distributed generations. However, islanded operations face many issues such as power quality, voltage regulation, network stability, and protection. In this thesis, an energy management system (EMS) that ensures efficient energy and power balancing and voltage regulation has been proposed for an LVDC island network utilizing solar panels for electricity production and lead-acid batteries for energy storage. The EMS uses the master/slave method with robust communication infrastructure to control the production, storage, and loads. The logical basis for the EMS operations has been established by proposing functionalities of the network components as well as by defining appropriate operation modes that encompass all situations. During loss-of-powersupply periods, load prioritizations and disconnections are employed to maintain the power supply to at least some loads. The proposed EMS ensures optimal energy balance in the network. A sizing method based on discrete-event simulations has also been proposed to obtain reliable capacities of the photovoltaic array and battery. In addition, an algorithm to determine the number of hours of electric power supply that can be guaranteed to the customers at any given location has been developed. The successful performances of all the proposed algorithms have been demonstrated by simulations.

Modelling of changes in electricity end-use and their impacts on electricity distribution

The electricity distribution sector will face significant changes in the future. Increasing reliability demands will call for major network investments. At the same time, electricity end-use is undergoing profound changes. The changes include future energy technologies and other advances in the field. New technologies such as microgeneration and electric vehicles will have different kinds of impacts on electricity distribution network loads. In addition, smart metering provides more accurate electricity consumption data and opportunities to develop sophisticated load modelling and forecasting approaches. Thus, there are both demands and opportunities to develop a new type of long-term forecasting methodology for electricity distribution. The work concentrates on the technical and economic perspectives of electricity distribution. The doctoral dissertation proposes a methodology to forecast electricity consumption in the distribution networks. The forecasting process consists of a spatial analysis, clustering, end-use modelling, scenarios and simulation methods, and the load forecasts are based on the application of automatic meter reading (AMR) data. The developed long-term forecasting process produces power-based load forecasts. By applying these results, it is possible to forecast the impacts of changes on electrical energy in the network, and further, on the distribution system operator’s revenue. These results are applicable to distribution network and business planning. This doctoral dissertation includes a case study, which tests the forecasting process in practice. For the case study, the most prominent future energy technologies are chosen, and their impacts on the electrical energy and power on the network are analysed. The most relevant topics related to changes in the operating environment, namely energy efficiency, microgeneration, electric vehicles, energy storages and demand response, are discussed in more detail. The study shows that changes in electricity end-use may have radical impacts both on electrical energy and power in the distribution networks and on the distribution revenue. These changes will probably pose challenges for distribution system operators. The study suggests solutions for the distribution system operators on how they can prepare for the changing conditions. It is concluded that a new type of load forecasting methodology is needed, because the previous methods are no longer able to produce adequate forecasts.

Distributed energy resources in an electricity retailer’s short-term profit optimization

Liberalization of electricity markets has resulted in a competed Nordic electricity market, in which electricity retailers play a key role as electricity suppliers, market intermediaries, and service providers. Although these roles may remain unchanged in the near future, the retailers’ operation may change fundamentally as a result of the emerging smart grid environment. Especially the increasing amount of distributed energy resources (DER), and improving opportunities for their control, are reshaping the operating environment of the retailers. This requires that the retailers’ operation models are developed to match the operating environment, in which the active use of DER plays a major role. Electricity retailers have a clientele, and they operate actively in the electricity markets, which makes them a natural market party to offer new services for end-users aiming at an efficient and market-based use of DER. From the retailer’s point of view, the active use of DER can provide means to adapt the operation to meet the challenges posed by the smart grid environment, and to pursue the ultimate objective of the retailer, which is to maximize the profit of operation. This doctoral dissertation introduces a methodology for the comprehensive use of DER in an electricity retailer’s short-term profit optimization that covers operation in a variety of marketplaces including day-ahead, intra-day, and reserve markets. The analysis results provide data of the key profit-making opportunities and the risks associated with different types of DER use. Therefore, the methodology may serve as an efficient tool for an experienced operator in the planning of the optimal market-based DER use. The key contributions of this doctoral dissertation lie in the analysis and development of the model that allows the retailer to benefit from profit-making opportunities brought by the use of DER in different marketplaces, but also to manage the major risks involved in the active use of DER. In addition, the dissertation introduces an analysis of the economic potential of DER control actions in different marketplaces including the day-ahead Elspot market, balancing power market, and the hourly market of Frequency Containment Reserve for Disturbances (FCR-D).