Uusiutuvan energian käytön edistäminen syöttötariffijärjestelmällä

Tässä opinnäytetyössä käsitellään syöttötariffeja, jotka ovat yksi valtion tukikeino uusiutuvalle energialle. Työn tarkoituksena on käsitellä uusiutuvien energialähteiden käytön edistämistä syöttötariffijärjestelmällä. Työssä esitellään lainsäädännön edellytykset kullekin tuotantomuodolle, jotta ne hyväksytään syöttötariffijärjestelmään. Lisäksi käsitellään syöttötariffien piirissä olevien eri tuotantomuotojen kohtaamia ongelmia. Työssä tutkitaan myös syöttötariffien vaikutusta sähkön hintaan tulevaisuudessa. Lopuksi esitellään lyhyesti muualla Euroopassa käytössä olevia tukimuotoja ja niiden määritys perusteita.

Sähköajoneuvojen vaikutukset sähköverkkoon

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan sähköajoneuvojen yleistymisen vaikutuksia Suomen sähköverkkoihin. Työssä käsitellään myös sähköajoneuvojen, sekä hybridi- että täyssähköajoneuvon, toimintaperiaate, akkuteknologiaa ja latausvaihtoehtoja, sekä mahdollisia muita vaihtoehtoja nykyiselle polttonesteajoneuvokannalle. Kirjallisuustutkimuksessa käydään läpi myös mahdolliset sähköajoneuvojen yleistymisskenaariot. Tutkimuksessa käydään läpi yleistymisen vaikutukset sähkön siirtoverkkoon, keskijänniteverkkoon, pienjänniteverkkoon sekä sähköntuotantoon.

Laboratoriokäyttöön soveltuvan syklonin suunnittelu

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan laboratoriokäyttöön soveltuvan syklonin suunnittelussa huomioitavia asioita. Työn kokeellisessa osuudessa tarkastellaan aiemmin nesteen ja kiintoaineen erotukseen käytetyn hydrosyklonin soveltuvuutta kaasun ja kiintoaineen erotukseen. Syklonit ovat laajasti käytössä olevia kaasun ja kiintoaineen erotukseen suunniteltuja laitteita. Yksinkertainen, ilman liikkuvia osia toteutettu rakenne tekee sykloneista kustannuksiltaan alhaisen ja toimintavarman ratkaisun moniin teollisuuden ilmanpuhdistustarpeisiin. Yleinen käyttökohde on esimerkiksi poistoilman esipuhdistus ennen pienhiukkaskeräintä. Työn kirjallisuusosassa käydään läpi suureet, joiden avulla syklonien toimintaa voidaan arvioida ja vertailla. Lisäksi esitellään yleisimmät syklonin rakenneratkaisut sekä syklonin erot ja yhteneväisyydet muiden erotuslaitteistojen kanssa. Lopuksi käydään läpi, miten erilaiset käyttöolosuhteet tai syklonin ominaisuudet vaikuttavat syklonin toimintaan ja tehokkuuteen. Kokeellisessa osassa esitellään menetelmiä laboratoriokäyttöön soveltuvan syklonin mittasuhteiden määrittämiseksi perustuen laboratoriosyklonille asetettuihin vaatimuksiin ja ennalta määrättyyn halkaisijaan. Laskettuja arvoja vertaillaan mainittuun hydrosykloniin. Lisäksi analysoidaan hydrosyklonin tehokkuutta kaasun ja kiintoaineen erotuksessa sen käsittelemän kalkin partikkelikokojakaumien perusteella. Kokeellisen osan tuloksista havaitaan, että hydrosykloni ei ilman muutoksia suoraan sovellu kiintoaineen ja kaasun erotukseen. Suurimmaksi ongelmaksi tämän työn yhteydessä nousee kiintoaineen tarttuminen laitteiston sisään staattisen sähkön ja liian pienen virtausnopeuden vaikutuksesta. Virtausnopeutta sisääntuloputkessa voitaisiin kasvattaa sen halkaisijaa pienentämällä tai tilavuusvirtaa kasvattamalla. Syklonin muokkaaminen paremmin vastaamaan standardimittasuhteita parantaisi todennäköisesti virtausprofiileja laitteiston sisällä. Lisäksi rakennemateriaalin vaihtaminen metalliin olisi suositeltavaa staattisen sähkön eliminoimiseksi.

Aurinkosähköjärjestelmien vieminen Afrikan kehittyviin maihin

Aurinkosähköjärjestelmien käyttäminen sähkön tuotannossa on kasvanut viime vuosina teknologian hinnan laskun ja tiukentuvien ympäristömääräyksien seurauksena. Monet aurinkosähköön keskittyvät yritykset etsivät uusia markkinoita Afrikan kehittyvistä maista. Aurinkosähkön avulla voidaan vastata kehittyvien maiden kasvavaan sähköntarpeeseen ja samalla vähentää maiden hiilidioksidipäästöjä sekä nostaa maiden kehittyvää elintasoa. Tässä työssä tutkitaan aurinkosähköjärjestelmien viemistä kahteen Afrikan kehittyvään maahan Tansaniaan ja Etelä-Afrikkaan. Työn tavoitteena on kohdemaiden liiketoimintaympäristöjen tutkiminen ja markkinapotentiaalin selvittäminen suomalaisen sähkö- ja automaatiotekniikkaan keskittyvän pk-yrityksen näkökulmasta. Työssä selvitetään Tansanian ja Etelä-Afrikan liiketoimintaympäristöjen ja aurinkosähkömarkkinoiden erityispiirteet. Tuloksissa käsitellään myös sopivinta kansainvälistymistapaa tutkitulle pk-yritykselle sekä haasteita, joita yritys kohtaa Afrikan markkinoilla. Kansainvälistymismalleista tutkimuksessa käsitellään Uppsala-mallia ja verkostomallia.

Kestomagneettitahtigeneraattorin kannattavuustarkastelu vesivoimalaitoksen saneerauksen yhteydessä

Työssä vertaillaan kestomagneettitahtigeneraattorin kannattavuutta suhteessa perinteiseen erillismagnetoituun tahtigeneraattoriin. Sähkön markkinahinnan nousu tulevaisuudessa, pakottaa etsimään uusia ratkaisuja jo olemassa olevien vesivoimalaitosten hyötysuhteen parantamiseksi. Hyötysuhteeseen vaikuttavat laitoksen mekaaniset ja sähköiset häviöt. Työn kohteena olevan vesivoimalaitoksen saneeraus on ajankohtainen lähivuosina, ja samalla avautuu mahdollisuus vaihtaa myös vanha erillismagnetoitu tahtigeneraattori uudempaan kestomagneeteilla toteutettuun. Työssä tarkastellaan kalliimman investoinnin kannattavuutta suhteessa kasvavaan energian tuotantoon. Tarkastelujaksolla lisääntyneen vuosituotannon osuuden rahallista arvoa verrataan investointihetken kustannuksiin. Työn edetessä havaittiin, että virtaamamäärän lisäyksellä on vahva rooli kannattavuutta laskettaessa. Pienillä virtaamilla ei saavuteta riittävää tuottoa ilman mekaanisen hyötysuhteen parantamista. Pelkästään generaattorityypin vaihto ei tällä hetkellä kannata, kun nykyisellä generaattorilla on käyttöaikaa jäljellä kymmeniä vuosia. Tilanne voi muuttua kannattavaksi esimerkiksi äkillisen generaattorivaurion myötä.

Kuormanohjauksen vaikutus kaksion sähkönkulutuskäyrään

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää millainen kaksion sähkönkulutuskäyrä on ja mistä kuormista se koostuu. Tarkoituksena oli myös tutkia miten kuormansiirrot vaikuttavat sähkönkulutuskäyrään ja onko kuormansiirroissa säästöpotentiaalia ajatellen asiakkaan sähkökustannuksia. Säästöpotentiaalia laskettaessa oletettiin, että asiakkaalla on sähkösopimus, jonka hinta seuraa sähköpörssin (Nord Pool) spot-hintoja. Tutkimustuloksista nähdään, että asunnon pohjakuorma aiheutuu kylmälaitteista ja suuret sähkön kulutuspiikit aiheutuvat liedestä, astianpesukoneesta ja pyykinpesukoneesta. Kuormansiirtojen vaikutus normaaliin sähkönkulutus käyrään on se, että suurten kuormien aiheuttamat kulutuspiikit siirtyivät myöhemmäksi iltaan. Laskelmissa selvisi, että kuormansiirto ei tuo asiakkaalle merkittäviä säästöjä, koska säästöjen saanti edellyttäisi pidempiä mittausjaksoja sekä päivittäisiä suuria hinnanvaihteluita sähkön spot-hinnoissa. Tutkittiin myös millaisia kylmälaitteiden kulutuskäyrät ovat ja miten pysäytykset ja uudelleenkäynnistyksen vaikuttavat niihin.

Biolietteen kuiva-ainepitoisuuden parantaminen elektro-kuivauksen avulla

Tässä työssä tutkittiin sähkön käyttömahdollisuuksia metsäteollisuuden jäteveden-puhdistamolla syntyvän biolietteen kuivauksessa. Lisäksi selvityksen kohteena olivat lietteen sähkökuivaukseen vaikuttavat tekijät. Työn kirjallisessa osassa perehdyttiin lietteiden syntyyn jätevedenpuhdistamolla sekä lietteiden ominaisuuksiin. Työssä tutustuttiin myös lietteiden käsittelyyn ja siinä käytettäviin tekniikoihin. Ennen työn kokeellista osaa esiteltiin sähkökuivauksen periaate sekä sähkökuivaukselle aiemmin tehtyjä tutkimuksia ja niistä saatuja kokemuksia. Myös tuotteistetut elektrokuivauksen sovellukset olivat osa työtä. Kokeellisessa osassa keskityttiin varsinaisiin sähkökuivauskokeisiin. Tutkimukset suoritettiin suodatuskokein, jotka toteutettiin imuun perustuvalla Büchner-suodattimella sekä painesuodattimella. Kokeissa tutkittiin tasavirran, virran pulssituksen ja vaihtovirran vaikutusta metsäteollisuuden primääri- ja biolietteeseen. Tasavirtatutkimuksissa sähkövirtaa johdettiin lietteeseen suodatuksen aikana, kun taas vaihtovirtaa testattaessa liete käsiteltiin ensin sähköllä ja suodatettiin erikseen. Suodatuskokeiden lisäksi tutkimuksissa tarkkailtiin lietteiden kuiva-ainepitoisuuksia, redox-potentiaalia, lämpötilaa, pH:ta ja sähkönjohtokykyä. Lietteitä tutkittiin myös tuhkapitoisuuden suhteen sekä suoritettiin solututkimuksia fluoresenssilukijan avulla. Työn laboratoriotutkimukset osoittivat sähkön vaikuttavan selkeästi biolietteen ve-denerotuskykyyn: sähkö nopeutti lietteen suodatusta parhaimmillaan yli 70 %. Säh-kökuivauksella lietteen kuiva-ainepitoisuudet pysyivät samoina, mutta suodatus nopeutui ja suodatusajat jopa puolittuivat. Myös lietteen sähkönjohtokyky kasvoi sähkökäsittelyn aikana, mikä viittasi veden vapautumiseen solujen sisältä. Lietteen kunto ja ominaisuudet, polymeeri, sekoitus sekä sähkökäsittelyn parametrit olivat tärkeässä asemassa sähkökuivauksen onnistumisen kannalta.

Tunninsisäinen tehotasapaino Suomessa 2020 ja 2030

Sähkön tuotannon ja kulutuksen välillä tulee vallita tasapaino joka hetki. Tunninsisäinen tehotasapainon hallinta on kantaverkkoyhtiön vastuulla, ja se tehdään säätöresurssein. Tässä työssä tarkastellaan tunninsisäistä tehotasapainon hallintaa Suomessa 2020-luvun alussa ja loppupuolella. Työn tarkoituksena on arvioida, riittävätkö nykytilanteen mukaiset säätöresurssit kattamaan tulevat säätötarpeet ja kuinka suuria säätövajeita, eli erotuksia markkinaehtoisen säätökyvyn ja säätötarpeen välillä, mahdollisesti esiintyy. Tehotasapainon hallintaa tarkastellaan tarkemmin kuudessa esimerkki-markkinatilanteessa. Tilanteet ajoittuvat tällä hetkellä tehotasapainon hallinnan kannalta hankaliin ajankohtiin, kevään tulva-ajalle, kesän lomakaudelle ja talven huippukuormitustilanteeseen. Tarkastelutilanteiden avulla pyritäänkin selvittämään hankalimmat tilanteet, joita tehotasapainon hallinnassa 2020-luvulla voidaan kohdata. Työn tarkastelutilanteiden perusteella säätövaje voi olla suurimmillaan 200 - 1100 MW Suomessa 2020-luvulla. Tämä työ vastaa myös siihen, mitä tulisi tehdä, jotta selvittäisiin tehotasapainon hallinnasta kaikissa tilanteissa tulevalla vuosikymmenellä.

Tuulivoima; kehitys, investoinnit ja työllisyys Suomessa

Tuulivoimalla on pitkä historia. Tuulivoima soveltuu nykyajan energiantuotantoon. Suunniteltaessa ja rakennettaessa uusia tuulivoimaloita on tunnettava tuulisuuteen vaikuttavat tekijät samoin kuin tuulivoimalan sijoituspaikalla on tehtävä perusteelliset tuu-liolosuhdemittaukset. Nykyisellä sähkön hinnalla tuulivoimalat eivät ole täysin kilpailukykyisiä, joten niitä on tuettava. Tukimuotoja on monia. Suomessa pääasiallinen tukimuoto on syöttötariffi. Vallitseva politiikka on ratkaisevassa asemassa luotaessa tukijärjestelmiä tuulivoimalle. Suomessa tehtävät tuulivoimainvestoinnit ovat kasvussa. Tuulivoimaan liittyy niin hyviä kuin huonoja puolia. Huonot puolet ovat ratkaistavissa. Päästökaupan kannalta on tuulivoima yksi keino alentaa kasvihuonekaasuja ilmakehässä. Tuulivoiman osuuden kasvattaminen sähköntuotannossa luo työpaikkoja Suomeen ja luo vientimahdollisuuksia ulkomaille. Tuulivoimalla on valoisa tulevaisuus.

Lämpötilamuutosten aiheuttamien volyymi- ja hintapiikkien suojaaminen yhteispohjoismaisilla sähkömarkkinoilla

Säätilan muutokset ovat Pohjoismaissa iso riski niin yrityksille, kotitalouksille, kuin sähkön myyjille/tuottajille. Säätilan muutoksia ja niistä seuraavia kulutus- ja hintavaihteluita vastaan voidaan suojautua oikeanlaisella riskienhallintapolitiikalla sekä oikeanlaisilla suojausinstrumenteilla. Tässä työssä perehdytään case-yritys Lappeenrannan Energian riskienhallintaan sekä erityisesti talvikauden aikana ilmeneviin lämpötilan muutoksien aiheuttamiin hinta- ja kulutuspiikkeihin. Työssä käydään läpi eri vaihtoehtoja, joilla suojausta ja riskienhallintaa voisi parantaa ja mitkä johdannaiset soveltuvat riskienhallinnan tueksi. Työssä havaitaan, että riskienhallinnan tukena on syytä käyttää johdannaisia mahdollisimman monipuolisesti, jolloin liiketoiminnan kassavirrat pysyvät tasapainossa ja nouseva kulutus- ja hintakäyrä voidaan ”valjastaa”. Pörssijohdannaiset eivät pelkästään ratkaise suojausongelmaa, sillä niiden suojausteho on rajallinen, eivätkä ne sovellu yksinään kyseisiltä riskeiltä suojautumiseen. Pörssijohdannaisten lisäksi on syytä käyttää räätälöityjä tuotteita, jotta suojauksesta saataisiin mahdollisimman kattava.

Hakkeen kuivaus ennen varastointia ja biopolttoaineterminaalin suunnittelu

Lempäälään aiotaan rakentaa uusi kaukolämpölaitos, jossa polttoaineena käytettäisiin haketta. Nykyään Lempäälässä tuotetaan kaukolämpöä maakaasulla, jonka käyttämisestä halutaan siirtyä käyttämään lähialueilta saatavaa biopolttoainetta. Tässä työssä halutaan selvittää, mitä hyötyjä saataisiin hakkeen koneellisesta kuivauksesta. Työn toisena tavoitteena on suunnitella ja pohtia biopolttoaineterminaalin rakentamista sekä käsitellä hakkeen varastointia yleensä. Työssä tutustutaan hakkeeseen aiheesta kertovan kirjallisuuden avulla. Työssä on myös laskettu hakkeen kuivauksesta saatavia hyötyjä hakkeen lämpöarvoon sekä energiatiheyteen. Erityisesti perehdytään metsätähdehakkeeseen, rankahakkeeseen, kuorihakkeeseen sekä sahanpuruun. Laskelmien tuloksista on havaittu, että suurin hyöty hakkeen energiatiheyden parantumisessa saadaan kun hake kuivataan 35 % kosteuspitoisuuteen. Tämän jälkeen energiatiheyden paraneminen tapahtuu hitaammin. Hakkeen kuivauksesta saadaan myös muita hyötyjä kuin energiatiheyden paraneminen. Kuivan hakkeen käsittelyn ja varastoinnin on havaittu olevan vaivattomampaa kuin märän hakkeen. Biopolttoaineterminaalin ja voimalaitoksen tulisi sijaita rinnakkain, jotta hakkeen kuivauksesta saadaan mahdollisimman kustannustehokasta. Näin ollen syntyisi myös säästöjä hakkeen kuljetuksen suhteen. Biopolttoaineterminaalin rakentamista varten tarvittaisiin tilaa alustavien laskelmien perusteella noin yksi hehtaari. Työssä on myös laskettu biopolttoaineterminaalin rakentamisesta aiheutuvia kustannuksia sekä hakkeen kuljetuksesta koituvia logistiikka kustannuksia. Haketerminaalin ja voimalaitoksen sijaintia Lempäälässä on myös kartoitettu.

Loma- ja kokoushotellin energiaratkaisujen kartoitus

Jatkuvasti kohoava energian hinta pakottaa kuluttajaa miettimään energiankulutuksen vähentämistä tai energian tuottamista vaihtoehtoisilla menetelmillä. Etenkin sähkölämmitteiset rakennukset joutuvat ahtaalle lämmitysenergian muodostaessa yli puolet sähkölaskusta ja sähkön hintojen kohotessa jatkuvasti. Tässä kandidaatintyössä paneudutaan ongelmaan esimerkkikohteen, Lappeenrannassa sijaitsevan loma- ja kokoushotelli Marjolan vuonna 1988 rakennetun päärakennuksen Marjohovin kautta. Työssä on tavoitteena kartoittaa Marjohovin energiankulutusta ja ratkaisuja sen tehostamiseksi. Rakennuksessa on keittiö, ravintolasali ja 12 majoitushuonetta.

Waste-to-Energy Scenarios in the China Context

Waste incineration plants are increasingly established in China. A low heating value and high moisture content, due to a large proportion of biowaste in the municipal solid waste (MSW), can be regarded as typical characteristics of Chinese MSW. Two incineration technologies have been mainly established in China: stoker grate and circular fluidized bed (CFB). Both of them are designed to incinerate mixed MSW. However, there have been difficulties to reach the sufficient temperature in the combustion process due to the low heating value of the MSW. That is contributed to the usage of an auxiliary fossil fuel, which is often used during the whole incineration process. The objective of this study was to design alternative Waste-to-energy (WTE) scenarios for existing WTE plants with the aim to improve the material and energy efficiency as well as the feasibility of the plants. Moreover, the aim of this thesis was to find the key factors that affect to the feasibility of the scenarios. Five different WTE plants were selected as study targets. The necessary data for calculation was gained from literature as well as received from the operators of the target WTE plants. The created scenarios were based on mechanical-biological treatment (MBT) technologies, in which the produced solid recovered fuel (SRF) was fed as an auxiliary fuel into a WTE plant replacing the fossil fuel. The mechanically separated biowaste was treated either in an anaerobic digestion (AD) plant, a biodrying plant, a thermal drying plant, or a combined AD plant + thermal drying plant. An interactive excel spreadsheet based computation tool was designed to estimate the viability of the scenarios in different WTE cases. The key figures of the improved material and energy efficiency, such as additional electricity generated and avoided waste for landfill, were got as results. Furthermore, economic indicators such as annual profits (or costs), payback period, and internal rate of return (IRR) were gained as results. The results show that the AD scenario was the most profitable in most of the cases. The current heating value of MSW and the tipping fee for the received MSW appeared as the most important factor in terms of feasibility.

Soodakattilalaitosten energiantuotannon lisääminen

The aim of this thesis is to study different methods to increase the energy production of recovery boilers. This improvement is encouraged by the current energy policy and the rapid rise in energy prices, especially in electricity. In addition, the energy efficiency of the power plants is intended to be improved. There are several methods to increase the energy production. The methods taken into more accurate study are lower pressure steam for soot blowing and flue gas coolers. Energy balances are made for these two cases to check a plausible addition of power generation of turbo-generator of the steam turbine. Also, the viability issues are studied. Solvo Power Plant Simulation program is used for the energy balance research. Two case power plants are simulated to solve the balances. To solve the addition of power generation with the flue gas coolers, basic balance calculation is performed. The viabilities are also taken into account, especially the payback times of these alternatives. On the basis of the results, installing the system to the process is viable in both cases. By installing the lowest possible pressure steam system for the soot blowing, the advantages are the most significant. The investment costs are the highest but the payback time is less than 1,5 years and the profit in the next 20 years is the greatest. In the case of flue gas coolers, the results did not entirely agree with past studies. Nevertheless, installing the flue gas coolers into the process also seems to be significant and profitable.

Verkostoinvestointien optimointi uuden sähkömarkkinalain ympäristössä

Vuonna 2013 uudistunut sähkömarkkinalaki toi sähköverkkoyhtiöille velvoitteen parantaa sähkönjakeluverkkojensa toimintavarmuutta suurhäiriötilanteissa. Toimenpiteet tämän velvoitteen täyttämiseksi näkyvät merkittävinä verkostoinvestointeina. Diplomityössä tarkastellaan uudistuneen sähkömarkkinalain tuomia vaikutuksia Imatran Seudun Sähkön jakeluverkkoa koskeviin verkostoinvestointeihin. Päätavoitteena on selvittää, millaisia toimenpiteitä uuden sähköntoimitusvarmuustason vaatimusten täyttämiseksi tarvitaan ja mitkä ovat optimaaliset ratkaisut näiden toimenpiteiden toteuttamiseksi. Uudella sähköntoimitusvarmuustasolla on vaikutusta jakeluverkon rakennemuutoksiin tulevien 15 vuoden aikana, mutta näiden rakennemuutosten vaikutukset kantavat useiden kymmenien vuosien päähän.