Viljakuivurien energiatarkastelu

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan lämminilmaviljakuivurien energiankulututusta ja mahdollisuutta öljyn säästöön ilmalämpöpumppuratkaisulla sekä aurinkosähkön käyttöä osana kuivurin ja maatilan energiantuotantoa. Työn kirjallisuusosassa tutustutaan lyhyesti viljankuivausprosessin fysiikkaan ja nykyaikaisen lämminilmakuivurin toimintaan. Puintikostea vilja tulee kuivattaa varastointia varten. Viljan kuivaukseen käytettävä energia on noin 13 % viljelyyn kuluvasta energian kokonaiskulutuksesta ja näin ollen kuivauksessa saavutettavat säästöt näkyvät suoraan myös viljelykustannuksissa. Ilmalämpöpumppuratkaisua tarkastellaan teoreettisella tasolla laskennallisesti energiankulutuksen ja taloudellisuuden näkökulmista. Öljyuunin korvaaminen osittain tai kokonaan sähkökäyttöisellä ilmalämpöpumpulla vähentää öljynkulutusta, jolloin myös päästöt vähenevät. Ilmalämpöpumpulla voidaan tuottaa moninkertaisesti lämpöä kulutettuun sähköenergiaan nähden, joten näin ollen myös kokonaisenergiankulutus vähenee. Kuivauskäyttöön mitoitetun ilmalämpöpumpun vaatima verrattain suuri sähköteho kasvattaa tarvittavaa sulakekokoa, joten maatilan sähköliittymä tulisi päivittää suuremmaksi. Taloudellisesti kannattavaksi ilmalämpöpumppuratkaisu tulee erityisesti suurilla kuivausmäärillä. Auringosta saatavaa energiaa voidaan käyttää sähkönä puhaltimen pyörittämiseen ja valaistukseen tai suoraan lämpönä aurinkokeräinjärjestelmällä. Aurinkovoimalan hankkiminen pelkästään viljankuivauskäyttöön ei ole taloudellisesti kannattavaa, joten voimalaa mitoittaessa tulee ottaa huomioon maatilan kokonaissähkönkulutus

Opistorakennusten energiatehokkuuden parantaminen

Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää Kymenlaakson Opiston energiatehokkuuden parantamista ja tutkia onko olemassa selvästi taloudellisempi sekä ekologisempi tapa kattaa Opiston lämmitystarve verrattuna nykyisin käytössä olevaan kaukolämpöön. Työn teoriaosuudessa tehdään katsaus rakennusten energiatehokkuuteen vaikuttaviin seikkoihin, lähienergian tuotantoon ja energiatehokkuuden parantamiseen liittyvään lainsäädäntöön ja säädöksiin. Useasta rakennuksesta koostuva kansanopisto tarjoaa mielenkiintoisen pohjan selvitystyölle ja suuri lämmitystehontarve yhdistettynä monille saneerauskohteille tyypillisiin ahtaisiin teknisiin tiloihin asettaa rajoituksia lämmitysjärjestelmän suunnittelulle. Soveltavassa osuudessa määritellään reunaehdot mahdolliselle kaukolämmön korvaavalle lämmitysratkaisulle. Tutkitaan vesistölämmön hyödyntämisen mahdollisuutta ja lasketaan aurinkosähkön ja -lämmön tuotantopotentiaalia. Maalämpöjärjestelmän mitoituksessa ja taloudellisessa vertailussa käytettiin apuna maalämpöjärjestelmiä toimittavia yrityksiä. Työssä saatujen tulosten perusteella maalämpöjärjestelmä on taloudellisesti kannattava isossa kohteessa, tosin järjestelmän asennukseen liittyy ahtaiden tilojen johdosta ongelmia. Maalämpö on myös selvästi ekologisempi, kuin nykyisin käytössä oleva kaukolämpö. Aurinkosähkön tuotannolle on Kymenlaakson Opistolla hyvä potentiaali ja sähkön tuotanto kohtaa hyvin sähkön käytön.

Screening of power to gas projects

The purpose of this thesis was the screening of power to gas projects worldwide and reviewing the technologies used and applications for the end products. This study focuses solely on technical solutions and feasibility, economical profitability is excluded. With power grids having larger penetrations of intermittent sources such as solar and wind power, the demand and production cannot be balanced in conventional methods. Technologies for storing electric power in times of surplus production are needed, and the concept called power to gas is a solution for this problem. A total of 57 projects mostly located in Europe were reviewed by going through publications, presentations and project web pages. Hydrogen is the more popular end product over methane. Power to gas is a viable concept when power production from intermittent sources needs to be smoothed and time shifted, when carbon free fuels are produced for vehicles and when chemical industry needs carbon neutral raw materials.

Carbon pricing and its effect on company profitability

In order to reach the 2°C climate target, the carbon price should rise significantly in order for it to be financially rewarding for companies to reduce their emissions. This research aims to find how a significant increase in the carbon price would affect the profitability of companies. Prior research has not found consensus on how regulatory policies affect companies. This research looks at profitability factors of carbon pricing through a mix of related issues such as the carbon risk, carbon pricing mechanisms and cost pass-through of additional costs. The research is quantitative and examines financial data and emissions data regarding scope 1 and scope 2 emissions on 328 European companies. The data analysis method utilised is a sensitivity analysis conducted as a scenario analysis. Different price increases and cost pass-through rates are tested to see how company profitability is affected. As the companies are distributed between 9 sectors and 53 industries, the results vary. The industries that are found to be affected by an increase in carbon pricing show drastic negative changes in profitability. The results complement prior research identifying the most carbon-intensive industries, but also provide some new insights on industries that may be affected by carbon pricing. Industries related to manufacturing, electricity and energy are partly significantly impacted, but also industries related to tourism and food show potential signs of impact when an increased carbon price is introduced.

Tietokantaratkaisuehdotus pientasajännitesähköverkoston mittausdatavarastoksi

Lappeenrannan teknillinen yliopisto tutkii pientasajännitesähkön käyttöä. Yliopisto on rakennuttanut Järvi-Suomen Energia Oy:n ja Suur-Savon Sähkö Oy:n kanssa yhteistyössä kokeellisen pientasajännitesähköverkon, jolla pystytään tarjoamaan kenttäolosuhteet pienjännitetutkimukselle todellisilla asiakkailla ja todentaa LVDC-teknologiaa ja muita älykkään sähköverkon toimintoja kenttäolosuhteissa. Verkon tasajänniteyhteys on rakennettu 20 kV sähkönjakeluverkon ja neljän kuluttajan välille. 20 kV keskijännite suunnataan tasamuuntamolla ±750 V pientasajännitteeksi ja uudestaan 400/230 V vaihtojännitteeksi kuluttajien läheisyydessä. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on luoda yliopistolle tietokanta pientasajännitesähköverkosta kertyvälle tiedolle ja mittaustuloksille. Tietokanta nähtiin tarpeelliseksi luoda, jotta pienjänniteverkon mittaustuloksia pystytään myöhemmin tarkastelemaan yhdessä ja yhtenäisessä muodossa. Yhdeksi tutkimuskysymykseksi muodostui, kuinka järjestää ja visualisoida kaikki verkosta palvelimille kertyvä mittausdata. Työssä on huomioitu myös kolme tietokantaa mahdollisesti hyödyntävää käyttäjäryhmää: kotitalousasiakkaat, sähköverkkoyhtiöt ja tutkimuslaboratorio, sekä pohdittu tietokannan hyötyä ja merkitystä näille käyttäjille. Toiseksi tutkimuskysymykseksi muodostuikin, mikä kaikesta tietokantaan talletetusta datasta olisi oleellisen tärkeää ottaa talteen näiden asiakkaiden kannalta, ja kuinka nämä voisivat hakea tietoa tietokannasta. Työn tutkimusmenetelmät perustuvat jo valmiiksi olemassa olevaan mittausdataan. Työtä varten on käytetty sekä painettua että sähköisessä muodossa olevaa kirjallisuutta. Työn tuloksena on saatu luotua tietokanta MySQL Workbench -ohjelmistolla, sekä mittausdatan keräys- ja käsittelyohjelmat Python-ohjelmointikielellä. Lisäksi on luotu erillinen MATLAB-rajapinta tiedon visualisoimista varten, jolla havainnollistetaan kolmen asiakasryhmän mittausdataa. Tietokanta ja sen tiedon visualisointi antavat kuluttajalle mahdollisuuden ymmärtää paremmin omaa sähkönkäyttöään, sekä sähköverkkoyhtiöille ja tutkimuslaboratorioille muun muassa tietoa sähkön laadusta ja verkon kuormituksesta.

Litiumin talteenotto luonnon suola-altaista ionisilla nesteillä

Uusiutuvan energian käytön lisääntyminen lisää sähkön varastoinnin tarvetta. Litiumioniakku-jen on todettu olevan oivallisia keinoja varastoida sähköä esimerkiksi sähköautojen energian-lähteeksi. Tästä syystä akkujen kysyntä kasvaa nopeaa tahtia, jolloin nykyiset litiumlähteet ei-vät enää riitä tuottamaan tarpeeksi litiumia kasvavaan tarpeeseen. Tämän vuoksi litiumin tal-teenottoon tulee valjastaa uusia litiumin lähteitä, joiden hyödynnettävyys nykyisellä tekniikalla on pienen litiumkonsentraation ja muiden alkali- ja maa-alkalimetallien läsnäolon takia vaikeaa. Tällä hetkellä litiumia otetaan talteen eniten korkean litiumpitoisuuden luonnon suolajärvistä. Nykyisin käytössä oleva litiumin erotusprosessi on hidas ja sen käyttö pienten litiumkonsent-raatioiden suola-altailla on kannattamatonta. Tehokkaampana talteenottomenetelmänä luonnon suolajärvillä nähdään litiumin selektiivinen uutto ionisilla nesteillä. Menetelmä on todettu toi-mivaksi suolajärvillä, joilla on matala litiumkonsentraatio. Uusien suolajärvien käyttöönotto ei ratkaise kaikkia litiumin talteenottoon liittyviä ongelmia, sillä suolajärvet ovat alttiita ilmastonmuutokselle, eikä niiden litiumvarannot ole ehtymättömät. Merien litiumvarantoja sen sijaan pidetään lähes ehtymättöminä. Litiumin talteenotto meristä on mahdollista ionisia nesteitä ja membraaneja hyödyntävällä elektrodialyysilaitteistolla, jolla litiumia voidaan ottaa talteen myös hyvin pienistä pitoisuuksista. Lisäksi on mahdollista, että litiumin talteenottoon yhdistetään juomaveden valmistus. Tällainen vedenpuhdistusprosessi olisi myös hyvä kestävän kehityksen näkökulmasta.

Life cycle management of TVO nuclear power plant

Tämä diplomityö tutkii eri elinkaarihallinnan menetelmiä ja vertaa niitä TVO:n menetelmiin. Lisäksi TVO:n prosessin ongelmakohdat tunnistetaan ja niihin esitetään ratkaisuja. Vertailukohteina toimii ydinvoimateollisuuden lisäksi vesivoima, fossiiliset voimalaitokset sekä paperiteollisuus. Sähkön hinnan jatkaessa laskuaan on elinkaariajattelusta tullut ajankohtaista myös ydinvoimayhtiöille. Ydinvoimalaitoksien pitkän suunnitellun käyttöiän ansiosta laitoksen elinkaaren aikana voi tapahtua useita asioita, jotka vaikuttavat laitoksen investointitarpeisiin. Turvallisen sähköntuotannon varmistamiseksi eri laitososia on joko muokattava tai uusittava. Elinkaariajatteluun kuuluu tehokas laitoksen kunnon valvonta, laitoksen ikääntymiseen vaikuttavien ilmiöiden tunnistaminen, sekä ikääntymistä hillitsevien toimenpiteiden pitkän tähtäimen suunnittelu. Hyvällä ennakkosuunnittelulla pyritään varmistamaan se, että laitoksella voidaan tuottaa sähköä koko sen jäljellä olevan käyttöiän aikana. Kun tarpeiden tunnistus ja suunnittelu tehdään hyvissä ajoin mahdollistetaan myös investointien optimointi. Paras hyöty pyritään saamaan ajoittamalla oikeat investoinnit oikeaan aikaan.

Cascade hydropower capacity increase profitability analysis with optimisation modelling

The electricity market and climate are both undergoing a change. The changes impact hydropower and provoke an interest for hydropower capacity increases. In this thesis a new methodology was developed utilising short-term hydropower optimisation and planning software for better capacity increase profitability analysis accuracy. In the methodology income increases are calculated in month long periods while varying average discharge and electricity price volatility. The monthly incomes are used for constructing year scenarios, and from different types of year scenarios a long-term profitability analysis can be made. Average price development is included utilising a multiplier. The method was applied on Oulujoki hydropower plants. It was found that the capacity additions that were analysed for Oulujoki were not profitable. However, the methodology was found versatile and useful. The result showed that short periods of peaking prices play major role in the profitability of capacity increases. Adding more discharge capacity to hydropower plants that initially bypassed water more often showed the best improvements both in income and power generation profile flexibility.

Datahubin merkitys jakeluverkonhaltijalle case: Vantaan Energia Sähköverkot Oy

Tavoitteena oleva hiilineutraali energiantuotanto muokkaa sähköntuotannosta sykkivämpää ja vaatii kulutuksen sopeutumista siihen. Tämä synnyttää tarpeen kansallisia markkinoita laajemmille sähkön vähittäismarkkinoille ja vaatii kuluttajilta aktiivisempaa roolia markkinoilla. Pohjoismaiset kantaverkkoyhtiöt ovat alkaneet valmistella pohjoismaisia sähkömarkkinoita sähkön vähittäiskaupan avaamiselle. Sähkön vähittäiskaupan avautuminen eri maiden välillä vaatii kansallisten markkinamenetelmien yhtenäistämistä varsinkin taseselvityksen ja tiedonvaihdon osalta. Tässä työssä tutkitaan Suomessa vuonna 2019 käyttöönotettavan keskitetyn tiedonvaihtojärjestelmän, Datahubin, vaikutuksia jakeluverkonhaltijalle. Vaikutuksia tarkastellaan Vantaan Energia Sähköverkot Oy:n näkökulmasta. Työssä kartoitetaan jakeluverkonhaltijan nykyisiä liiketoiminnan pääprosesseja ja niihin liittyvää tiedonvaihtoa eri markkinaosapuolten kanssa prosessien toteutuksessa. Lisäksi työssä esitellään jakeluverkonhaltijan nykyisten liiketoiminnan pääprosessien toteuttaminen Datahubissa. Jakeluverkonhaltijan liiketoiminnan nykyisiä pääprosesseja ja tiedonvaihtoa verrataan Datahubin kautta suoritettaviin prosesseihin. Työssä todettiin Datahubin korjaavan jakeluverkonhaltijan liiketoiminannan nykyisissä pääprosesseissa havaittuja ongelmia ja mahdollistavan prosessien tehostamisen. Datahub ei sinällään muuta nykyisiä jakeluverkonhaltijan liiketoimintaprosesseja merkittävästi, mutta mahdollistaa prosessien kehittämisen markkinoiden muutoksen mukana. Datahubin kokonaisvaltainen hyödyntäminen on toimijoiden itsensä käsissä, niiltä osin, kun sähkömarkkinalaki ei velvoita tiettyyn toimintamalliin. Jakeluverkonhaltijan liiketoimintaprosessien osalta suurin muutos kohdistuu jakeluverkonhaltijan taseselvitykseen, joka siirtyy kokonaisuudessaan Datahubin tehtäväksi. Datahub tulee kaventamaan jakeluverkonhaltijan roolia markkinapaikalla ja siksi jakeluverkonhaltijoiden tulisi kartoittaa liiketoiminnan laajentamisen tarvetta ja mahdollisuuksia tulevaisuudessa.

Alueellinen sähkökuormien kehitysennuste Rovaniemen Verkko Oy:n jakelualueella

Tämän työn tavoitteena on skenaarioiden avulla luoda pitkän aikavälin alueellinen sähkökuormien kehitysennuste Rovaniemen Verkko Oy:lle. Pitkän aikavälin kuormitusennusteet ovat välttämättömiä verkon kehittämisen pohjalle, jotta verkko voidaan mitoittaa vastaamaan kuormitusta pitkälle tulevaisuuteen tekniset ja taloudelliset vaatimukset huomioiden. Kuormitusennusteen onkin jatkossa tarkoitus toimia apuvälineenä verkon strategisessa kehittämisessä. Pohjana kuormitusennusteissa on tilastokeskuksen ja Rovaniemen kaupungin väestö- ja työpaikkaennusteet. Väestöennusteiden ja erilaisten rakentamistilastoiden avulla arvioidaan uudisrakentamisen määrä tulevaisuudessa. Uudisrakentamisen kuormitusvaikutuksiin päästään työssä määritettyjen paikallisten ja rakennustyyppikohtaisten sähkön ominaiskulutuksien avulla. Kuormituksien alueellinen sijoittautuminen arvioidaan kaavoituksen ja kaupungin maankäytön toteuttamisohjelman avulla. Työssä tutkitaan myös tulevaisuudessa sähkönkäytössä tapahtuvien useiden muutosten vaikutusta alueelliseen kuormitukseen. Näitä muutoksia ovat muun muassa sähköautojen, hajautetun tuotannon, lämpöpumppujen ja kysynnän jouston lisääntyminen. Myös rakennusten jatkuvasti parantuva energiatehokkuus aiheuttaa muutoksia sähkön kulutukseen.