Teollisuuden energiaverorasitus EU-maissa ja eräissä muissa maissa

Useat maat ovat 1990-luvulla ottaneet käyttöön energiaveroja. Energiaverot vaikuttavat etenkin energiavaltaisen teollisuuden toimintaan. Energiaverojen aiheuttamien kustannusten siirto hintoihin on hankalaa tuotteiden kilpaillessa maailmanmarkkinoilla. Suomen perusteollisuus on hyvin energiaintensiivistä ja sen monet tuotteet on suunnattu vientiin. Suomen lisäksi kaikkia teollisuuden käyttämiä polttoaineita verotetaan vain Alanko-maissa, Italiassa ja Tanskassa. Teollisuudelle on usein lisäksi alhaisempi verotaso kuin kotitalouksille. Energiaverotasojen tarkastelu sellaisenaan ei kerro veron todellista vaikutusta. Diplo-mityössä tarkastellaan teollisuuden maksamien energiaverojen taloudellista rasittavuutta vertaamalla maksettuja energiaveroja tuotannon jalostusarvoon. Energiaveroja ympä-ristönäkökohdista tarkastellaan vertaamalla maksettuja energiaveroja hiilidioksidipäästöihin. Diplomityössä käsitellään kolmea teollisuuden energiavaltaisinta toimialaa: metsäteollisuutta, metallien jalostusta sekä kemianteollisuutta. Vertailumaina ovat Euroopan Unionin 15 jäsenmaan lisäksi Norja, Sveitsi, Japani, Kanada ja Yhdysvallat. Sähkön kulutus- ja/tai tuotantovero on monissa maissa ja useimmilla toimialoilla merkittävin yksittäinen energiavero. Sähkön käyttö teollisuudessa on runsasta, joten sillä on muita veroja selvemmin havaittava vaikutus verorasitusten kasvuun.

Kestävän kehityksen näkökulmien huomioiminen kunnan energiaratkaisussa

Diplomityön tavoitteena on tuottaa informaatiota kunnalliseen päätöksentekoon, jonka avulla kestävän kehityksen näkökulmia voidaan huomioida kunnan energiaratkaisusta päätettäessä. Yhtenä työn lähtökohtana on ollut myös uusi EU-direktiivi, jonka mukaan ympäristönäkökohtia voidaan huomioida julkisten hankintojen tarjouspyyntömenettelyssä valintaperusteena. Tarkastelun kohteena oli kokoluokaltaan 0,5–3 MW:n aluelämpölaitokset sekä polttoaineiden tuotantoketjut. Työssä vertailtavat polttoaineet olivat metsähake, raskas polttoöljy, kevyt polttoöljy ja turve. Diplomityössä on perehdytty kestävän kehityksen käsitteeseen ja muodostettu sen mukaan ekologiselle, sosiaaliselle ja taloudelliselle näkökulmalle kunnallisen energiaratkaisun indikaattoreita. Empiirisessä osassa käsitellään kestävän kehityksen näkökulmien muodostumista Enon energiaosuuskunnan toimintaan perustuen. Käytettävät kestävän kehityksen näkökulmien mukaiset indikaattorit ovat polttoaineen tuotannosta ja käytöstä aiheutuvat kasvihuonekaasupäästöt, polttoaineen tuotannon työllisyysvaikutukset sekä energian hinnan muodostuminen osuuskunnan asiakkaille. Tässä diplomityössä tarkastelluilla kestävän kehityksen indikaattoreilla mitattuna, metsähakkeen käytöllä energiantuotannossa on positiivinen vaikutus niin kunnan kasvihuonekaasutaseessa, työllisyystilanteessa sekä myös enemmän kuluttajaystävällinen asema, lämmön hinnan vakauden ansiosta, kuin muilla työssä käsiteltävillä polttoaineilla. Polttoaineen tuotantoketjun osalta metsähakkeelle saatiin tuotannon ja käytön aiheuttamaksi kasvihuonekaasupäästöksi 2,9–4,2 g CO2-ekv/MJ. Tulos perustuu Enon energiaosuuskunnan polttoaineen hankinnassa käytössä oleviin keskimääräisiin etäisyyksiin metsäkuljetuksessa (250 m) ja kaukokuljetuksessa (15 km). Tuotannon ja käytön aiheuttamat kasvihuonekaasupäästöt olivat raskaalla polttoöljyllä 88,2 g CO2-ekv/MJ, kevyellä polttoöljyllä 85,0 g CO2-ekv/MJ ja turpeella 104,0–108,1 g CO2-ekv/MJ. Metsähakkeen osalta polttoaineen tuotannon osuus koko tarkastellun energiaketjun kasvihuonekaasupäästöistä oli noin 43–57 %. Enon energiaosuuskunnan tapauksessa vuoden 2005 odotetulla toiminta-asteella metsähakkeella tuotetun lämmön tuotantoketjun kasvihuonekaasupäästöt ovat noin 160 t CO2-ekv. Kevyellä polttoöljyllä tuotetun lämmön tuotantoketjun kasvihuonekaasupäästöt olisivat noin 3700 t CO2-ekv sekä turpeen (50 %) ja metsähakkeen (50 %) seoskäyttöön perustuvalla ketjulla noin 2300–2400 t CO2-ekv. Samaisella toiminta-asteella työllisyysvaikutukset ovat käytettäessä metsähaketta 2,2–8,6 htv, raakaöljyä 0,12 htv ja turvetta 1,4–1,6 htv. Metsähakkeen käyttö aluelämpölaitosten pääpolttoaineena takaa myös vakaan hintakehityksen osuuskunnan asiakkaille.

Utilisation of Short Term Electricity Derivatives in Industrial Energy Management

Työn päätavoite on selvittää kuinka erityisesti sähkön markkinahinnan ennustamiseen ja johdannaismarkkinoiden tietämykseen perustuva lyhyen tähtäimen sähköjohdannaisten hyödyntäminen tapahtuu teollisessa energianhallinnassa. Tätä aihetta lähestytään luomalla prosessi lyhyen tähtäimen sähköjohdannaisten hyödyntämiselle. Prosessi esitellään ja selvitetään aina lähtökohdista todelliseen kaupankäyntiin asti erillisen esimerkkitehtaan avulla.Lyhyen tähtäimen sähköjohdannaisten hyödyntäminen teollisessa energianhallinnassa perustuu pääosin tulevaisuuden odotuksiin sähkön markkinahinnan kehittymisestä sekä tehtaiden operatiiviseen tilanteeseen. Operatiiviseen tilanteeseen perustuva lyhyen tähtäimen sähköjohdannaisten kaupankäynti on pääasiassa pitkän tähtäimen suojausten sopeuttamista lyhyelle tähtäimelle sopivaksi.Hinnan ennustamisella on suuri rooli lyhyen tähtäimen sähköjohdannaisten hyödyntämisprosessissa. Työssä esitelty hinnan ennustamismalli on sopiva päivä- ja viikkotason Nord Poolin Elspot -systeemihinnan ennustamiseen. Elspot -systeemihinnan ennustamismalli on suunniteltu käytännönläheiseksi ja sen perustana ovat todelliset fysikaaliset ja mitattavat suureet. Futuurimarkkinatietämys on tarpeen lyhyen tähtäimen johdannaisia käytettäessä. Työssä tutkitaan yleisiä markkinoiden odotuksia ja futuurimarkkinoiden tietoisuuden kehittymistä koskien tulevaa vallitsevaa tilannetta. Työssä luodaan myös työkalu, mikä auttaa kaupan laatijaa muodostamaan suuntaa-antavat todennäköisyydet eri hintanäkemyksille ja paikallistamaan mahdolliset markkinoiden epätodennäköiset hintaodotukset.Kokemukset Elspot -systeemihinnan ennustamismallin soveltamisesta ovat lupaavia. Lisäksi havainnot futuurimarkkinoiden käyttäytymisestä Nord Poolissa ja muodostettu työkalu suuntaa-antavien todennäköisyyksien selvittämiseksi auttavat kaupan laatijaa päätöksenteossa. Lyhyen tähtäimen sähköjohdannaisten hyödyntäminen teollisessa energianhallinnassa on periaatteessa mahdollista esitellyn prosessin avulla, vaikka täydellinen käyttöönotto vaatisi vielä joitakin järjestelyjä. Keskittymällä tilanteisiin jotka työssä kuvatulla prosessilla ovat hoidettavissa, työssä määritellyllä menettelyllä on mahdollisuudet saavuttaa epäedullisen hintakehityksen riskin väheneminen ja parempi taloudellinen tulos teollisen energianhallinnan sähkökaupankäynnissä.

Risk Management Services in Energy Production

Työ käsittelee energian tuotannossa esiintyviä tärkeimpiä taloudellisia ja teknisiä riskejä sekä niiden hallitsemista energian tuottajan näkökulmasta. Ensiksi käsitellään yleisesti riskienhallintaa, eri riskityyppejä ja esitetään periaatteellinen riskienhallintaprosessi. Sen jälkeen tarkastellaan energiamarkkinoiden nykytilannetta lähinnä Pohjoismaiden tasolla ja verrataan sitä aikaisempaan tilanteeseen energian tuottajan kannalta. Tämä siksi, että energiamarkkinoiden vapautuminen on muuttanut merkittävästi energian tuotantoon liittyviä taloudellisia riskejä, käytännössä lisännyt niitä. Pääpaino on energian tuotannossa esiintyvien olennaisten riskien tarkastelussa ja niiden hallitsemisessa. Ensin esitellään työn kannalta olennaiset riskit ja tekijät joista ne aiheutuvat. Jokainen riski ja sen aiheuttamat haitat liiketoiminnalle kuvataan lyhyesti. Sen jälkeen kiinnitetään huomiota asioihin, jotka ovat tyypillisiä energian tuotannolle ja aiheuttavat samalla erikoisvaatimuksia riskienhallinnalle. Sitten käydään läpi sopivat riskienhallinnan menetelmät, jotka ovat yleisesti käytössä energian tuotannossa, aiemmin esitetyille olennaisille riskeille. Esitetyistä riskienhallinta menetelmistä useimpia ei ole kohdistettu millekään yksittäiselle riskille, vaan monia niistä voidaan käyttää useammankin riskin hallintaan.

Profit at Risk as a Risk Management Tool in Deregulated Energy Markets

Euroopan energiamarkkinat ovat olleet viimeisen kymmenen vuoden aikana suurten muutosten alla. Markkinoiden kehitys on ollut huomattavaa myös Iso-Britanniassa, jossa sähkö- ja kaasumarkkinat ovat olleet avoinna kilpailulle jo muutamia vuosia. Ennen markkinoiden avautumista energiyhtiöt pystyivät siirtämään kaikki riskit suoraan asiakkaan kannettaviksi. Markkinoiden avautumisen myötä lisääntynyt kilpailu on kuitenkin pakottanut energiayhtiöitä ajanmukaistamaan näkemyksiään riskeistä. Riskitekijät, joista ei aiemmin tarvinnut välittää, on nyt pystyttävä tunnistamaan ja hallitsemaan. Tämä työ keskittyy hinta- ja volyymiriskien hallintaan. Rahoitusmarkkinoilla pitkään käytettyjä riskienhallintatyökaluja on otettu käyttöön myös energiamarkkinoilla. Energiamarkkinoiden piirteet poikkeavat kuitenkin rahoitusmarkkinoista, eikä näitä työkaluja voida ottaa käyttöön muutoksitta. Silti, jopa muutosten jälkeen rahoitusmarkkinoiden riskienhallitavälineet aliarvioivat energiamarkkinoiden hinta- ja volyymiriskejä. Tässä yhteydessä työssä esitetään Profit at Risk, PaR. PaR on skenaariopohjainen riskienhallinnan työkalu, joka on kehitetty erityisesti energiamarkkinoille ja täten huomioi niiden erikoispiirteet. Työn rungon muodostavat energiamarkkinoiden käyttäytyminen, hinta- ja volyymiriskitekijät sekä pohdinta miten hinta- ja volyymiriskeiltä voidaan suojautua ja miten niitä voidaan hallita. PaR-metodologiaa verrataan perinteisiin riskienhallintamenetelmiin ja työn tavoitteena on tuoda esiin ne tekijät, joiden ansiosta PaR on sopivampi työkalu energiamarkkinoiden riskienhallintaan kuin perinteiset menetelmät. Käytännön esimerkkinä työssä toimii Fortum Energy plus’n PaR –malli. Koska PaR on kehitetty erityisesti energiamarkkinoille, se huomioi täysin markkinoiden aiheuttamat hinta- ja volyymiriskit. Käytännön esimerkki kuitenkin osoittaa, että PaR menetelmästä ei ole riskienhallinnallista hyötyä ellei työkalun käyttäjällä ole täydellistä tietämystä niin energiamarkkinoista kuin markkinoiden muutoksiin vaikuttavien tekijöiden käyttäytymisestä.

Lentoaseman terminaalirakennuksen energiankäyttö ja sisäilmasto

Diplomityössä tarkasteltiin lentoaseman terminaalirakennuksen energia- ja ainevirtoja sekä sisäilman ominaisuuksia. Esimerkkikohteena oli Helsinki-Vantaan lentoaseman keskiterminaalirakennus, jonka 1. ja 2. rakennusvaiheen ulkovaippa muodosti taserajan. Taseen ulkopuolisista tekijöistä tarkasteltiin jäähdytysenergian tuotantoa ja ulkoilman laatua. Työn yhtenä tavoitteena oli muodostaa rakennukselle energiatase. Taseen avulla saatiin tietoa energian jakautumisesta eri toimintoihin ja löydettiin tekijät, joita suunnittelussa tulee painottaa. Terminaalin lähiympäristössä tutkittiin ulkoilman laatua mittausten avulla. Mittaustietoja käytetään apuna tulevaisuuden ilmanottosuunnittelussa. Työssä tarkasteltiin energia- ja ainevirtoina lämpö-, jäähdytys- ja sähköenergian sekä veden ostoa, tuotantoa ja kulutusta sekä prosessointia. Terminaalin lämpötarpeesta hieman yli puolet katettiin kaukolämmöllä. Loput noin 45 % lämpöenergiasta saatiin ns. ilmaisenergioista. Näistä merkittävimmäksi havaittiin sähkölaitteiden luovuttama lämpömäärä. Lämpöhäviöiden kannalta merkittäviä energiavirtoja olivat ilmanvaihdon ja vuotoilmojen kautta siirtyvät energiavirrat, joiden osuuden todettiin olevan noin 80 % terminaalin kokonaislämpöhäviöistä. Vaipan lämmöneristyskyky ja kyky absorboida auringon säteilyä todettiin hyviksi. Tulevaisuudessa tärkeitä suunnittelunäkökohtia tulevat olemaan ilmanvaihdon ja vuotoilman kautta siirtyvien energiavirtojen hallinta sekä sähköenergian ominaiskulutuksen pienentäminen. Ulkoilma todettiin mittauksin hyvätasoiseksi. Lento- ja maaliikenteen päästöarvot olivat lähellä toisiaan ja selvästi ohjearvoja alemmalla tasolla. Päästöjen sijaintiin vaikuttivat liikennemääriä enemmän tuuliolosuhteet. Tulevaisuudessa tuloilma voidaan johtaa terminaaliin yhtä hyvin joko lento- tai maaliikenteen puolelta.

Calculation analysis of energy saving tools for fan and pump applications

This thesis analyses the calculation of FanSave and PumpSave energy saving tools calculation. With these programs energy consumption of variable speed drive control for fans and pumps can be compared to other control methods. With FanSave centrifugal and axial fans can be examined and PumpSave deals with centrifugal pumps. By means of these programs also suitable frequency converter can be chosen from the ABB collection. Programs need as initial values information about the appliances like amount of flow and efficiencies. Operation time is important factor when calculating the annual energy consumption and information about it are the length and profile. Basic theory related to fans and pumps is introduced without more precise instructions for dimensioning. FanSave and PumpSave contain various methods for flow control. These control methods are introduced in the thesis based on their operational principles and suitability. Also squirrel cage motor and frequency converter are introduced because of their close involvement to fans and pumps. Second part of the thesis contains comparison between results of FanSave’s and PumpSave’s calculation and performance curve based calculation. Also laboratory tests were made with centrifugal and axial fan and also with centrifugal pump. With the results from this thesis the calculation of these programs can be adjusted to be more accurate and also some new features can be added.

Electric energy recovery system for a hydraulic forklift

This thesis studies the possibilities to recover energy in a hydraulic forklift system. Controlling of the system is done directly with an electric servo motor drive and a hydraulic pump. A real system was built and tested and simulations of the system were made with Matlab. Results of the system and simulations were analysed and compared and according to them, energy can be recovered efficiently from the hydraulic forklift system. Also new ideas and directions of further research were obtained with the help of this research.

Active Damping and Energy Recovery in a Hydraulic Boom Controlled by an Electric Drive

The aim of the study is to obtain a mathematical description for an alternative variant of controlling a hydraulic circuit with an electrical drive. The electrical and hydraulic systems are described by basic mathematical equations. The flexibilities of the load and boom is modeled with assumed mode method. The model is achieved and proven with simulations. The controller is constructed and proven to decrease oscillations and improve the dynamic response of the system.

Supplier Energy Audits in Thermal Power Plants

This master’s thesis handles an operating model for an electric equipment supplier conducted sale oriented energy audit for pumping, fan and other motor applications at power plants. The study goes through the largest factors affecting internal electricity use at a power plant, finds an energy audit –like approach for the basis of information gathering and presents the information needed for conducting the analysis. The model is tested in practice at a kraft recovery boiler of a chemical pulping mill. Targets chosen represent some of the largest electric motor applications in the boiler itself and in its fuel handling. The energy saving potential of the chosen targets is calculated by simulating the energy consumption of the alternatives for controlling the targets, and thereafter combining the information with the volume flow duration curve. Results of the research are somewhat divaricated, as all the information needed is not available in the automation system. Some of the targets could be simulated and their energy saving potential calculated quite easily. At some of the targets chosen the monitoring was not sufficient enough for this and additional measurements would have been needed to base the calculations on. In traditional energy audits, energy efficiency of pump and fan applications is not necessarily examined. This means that there are good possibilities for developing the now presented targeted energy audit procedure basis further.

Clean development mechanism and joint implementation in China and Russia as related to industrial energy projects

Being highly discussed the problem of climate change and global warming has been keeping importance for several of decades. As a response to the world’s need in solution for climate change disasters, the United Nations Framework Convention on Climate Change was adopted in 1992 and supplemented with the Kyoto protocol in 1997. This work is aimed to give better understanding of the Convention, Kyoto Protocol with its mechanisms and their function, related to energy projects in such case countries, as Russia and China, in order to assist evaluation of projects cost-effectiveness. It provides basic information about the Convention and the Protocol with their regulations, overview of present situation and future post-Kyoto forecasts, while the most attention is concentrated on the clean development mechanism and joint implementation step-by-step project cycles and specific regulations in given countries. The current study disclosed that CDM and JI project cycles are resulting in a complicated process. By the moment it requires step-by-step following of a number of methodologies, spending time and finance to particular project development. Uncertainties about post-Kyoto period bring additional risk to the projects and complicate any business decision concerning Kyoto Protocol.

Studies of Eu- and Yb-induced Reconstructions on the Si(100) Surface

This thesis presents experimental studies of rare earth (RE) metal induced structures on Si(100) surfaces. Two divalent RE metal adsorbates, Eu and Yb, are investigated on nominally flat Si(100) and on vicinal, stepped Si(100) substrates. Several experimental methods have been applied, including scanning tunneling microscopy/spectroscopy (STM/STS), low energy electron diffraction (LEED), synchrotron radiation photoelectron spectroscopy (SR-PES), Auger electron spectroscopy (AES), thermal desorption spectroscopy (TDS), and work function change measurements (Δφ). Two stages can be distinguished in the initial growth of the RE/Si interface: the formation of a two-dimensional (2D) adsorbed layer at submonolayer coverage and the growth of a three-dimensional (3D) silicide phase at higher coverage. The 2D phase is studied for both adsorbates in order to discover whether they produce common reconstructions or reconstructions common to the other RE metals. For studies of the 3D phase Yb is chosen due to its ability to crystallize in a hexagonal AlB2 type lattice, which is the structure of RE silicide nanowires, therefore allowing for the possibility of the growth of one-dimensional (1D) wires. It is found that despite their similar electronic configuration, Eu and Yb do not form similar 2D reconstructions on Si(100). Instead, a wealth of 2D structures is observed and atomic models are proposed for the 2×3-type reconstructions. In addition, adsorbate induced modifications on surface morphology and orientational symmetry are observed. The formation of the Yb silicide phase follows the Stranski-Krastanov growth mode. Nanowires with the hexagonal lattice are observed on the flat Si(100) substrate, and moreover, an unexpectedly large variety of growth directions are revealed. On the vicinal substrate the growth of the silicide phase as 3D islands and wires depends drastically on the growth conditions. The conditions under which wires with high aspect ratio and single orientation parallel to the step edges can be formed are demonstrated.

Avoimen AMR-palvelualustan tiedonsiirtomenetelmien selvitys ja analyysi

Sähköenergiamittareiden etälukuun (AMR) siirtyminen on kasvanut Suomessa, kuten muissakin Euroopan maissa viime vuosina merkittävästi. Tavoitteena on, että vuonna 2014 80 % kaikista Suomen sähköenergiamittareista olisi etäluettavia ja rekisteröisivät tunnittaiset kulutustiedot. AMR-tekniikan avulla voidaan toteuttaa myös muita palveluja kulutustietojen rekisteröinnin lisäksi. AMR-mittareiden etäluenta ja niiden kautta siirrettävät signaalit vaativat mittareilta tiedonsiirtotapoja. Työssä tarkastellaan TeliaSoneran AMR-palvelualustan ominaisuuksia ja arkkitehtuuria. Selvitetään AMR-mittareiden toiminnallisia vaatimuksia ja mahdollisia tiedonsiirtotapoja mittareiden ja etäluentajärjestelmän välillä. Arvioidaan näiden selvitysten perusteella ja myös kustannusten kannalta eri tiedonsiirtomenetelmien soveltuvuutta eri ympäristöihin. Lisäksi suoritetaan arviointi ja käytännön laboratoriotestauksia valitulle sähköverkkoa tiedonsiirrossa hyödyntävälle AMR-mittarille. Tavoitteena on selvittää ja analysoida vertailtavan mittarin yhteensopivuutta TeliaSoneran päätelaitteiden ja AMR-palvelualustan kanssa. Analysoidaan näiden tarkasteltavien mittareiden ominaisuuksia ja elinkaarta. Laboratoriotesteillä selvitetään myös tarkasteltavien sähköverkkotiedonsiirto AMRmittareiden häiriösietoisuutta verkossa esiintyviä häiriöitä vastaan. Näiden pohjalta tehdään johtopäätökset ja suositukset.

Sähkönjakeluverkon primäärikomponenttien elinkaarianalyysi

Tässä työssä on tarkasteltu sähkönjakeluverkon primäärikomponenttien elinkaaria niiden energiankulutuksen näkökulmasta. Työssä kerrotaan elinkaarianalyysin käyttämisestä tutkimusmenetelmänä erityisesti sähkönjakeluverkkojen tarkastelussa. Tarkasteltaviksi komponenteiksi on valittu 110 kV/20 kV sähköasemalta päämuuntajat ja keskijännitepuolen kojeistot, keskijännitejohtolähdön maakaapeli ja ilmajohtorakenteet sekä jake-lumuuntajat, pienjännitemaakaapelit ja -avojohdot. Työssä esitetään yksinkertainen menetelmä komponenttien elinkaarien aikana kuluvan energiamäärän ja siitä aiheutuvien CO2-päästöjen arviointiin. Lisäksi esitetään tuloksia tehdyistä esimerkkitarkasteluista ja analyysin lähtötietojen määrittämisestä. Työn tarkoitus on auttaa verkkoyhtiöitä arvioimaan komponentti-investointien kannattavuutta energiatehokkuuden näkökulmasta. Energiahäviöt ovat usein verkkoyhtiön suurin asiakas ja päästökaupan myötä myös CO2-päästöillä on hintansa. Energiatehokkaiden ratkaisujen käyttäminen on tullut entistä tärkeämmäksi komponentteja uusittaessa.