Operointialueen huomioiminen risteilylaivan sähkötaseessa

Kiristyvät päästörajoitukset ja muuttuvat säädökset ovat muokanneet laivanrakennusalaa energiatehokkaampaan ja ympäristöystävällisempään suuntaan. Energiatehokkuutta tutkitaan yksittäisistä laiteratkaisuista laivan operointitasolle asti. Tämä työ on tehty osana STX Finland Oy:n laivojen energiatehokkuuden tutkimusta. Työn tarkoituksena oli uudistaa laivojen sähkötaseen laskennassa käytettyjä kuormitustaulukoita ja kehittää operointialueen vaikutuksia huomioiva laskentamenetelmä. Uudistuksen taustalla oli tieto operointialueiden ympäristöolosuhteiden vaikutuksista sähkönkulutukseen ja työn tarkoituksena oli mahdollistaa suunnittelun myöhäisemmässä vaiheessa tehtävä operointialuekohtainen sähkönkulutustarkastelu. Sähkötaseen laskenta haluttiin vastaamaan enemmän todellista sähkönkulutusta. Aikaisemmin käytetystä mitoitusperusteisesta laskennasta haluttiin siirtyä todellisempien kuormien arviointiin laitteiden ja muuntajien turhan ylimitoituksen poistamiseksi. Kuormitustaulukoiden toimintaa yksinkertaistettiin ja taulukoista tehtiin helpommin mukautuvia, jotta erilaisten operointitilanteiden vertailu olisi mahdollista. Perinteisen taselaskennan rinnalle kehitettiin operointialueiden vaikutuksia huomioivat laskentataulukot. Uudet taulukot huomioivat komponenttien sähkönkulutuksen prosentuaalisen muutoksen operointialueittain sekä yksilöllisesti että kulutusryhmittäin. Laskentataulukoiden yhteyteen tehtiin kuvaajat havainnollistamaan alueittaisia kulutuseroja.

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.

Kotitalouksien sähkön pientuotanto

Työssä tarkastellaan sähkön pientuotantoa, siitä syntyviä kustannuksia ja onko kyseistä sähköä kannattavaa myydä jakeluverkkoon. Kasvavan sähköntarpeen ja ympäristökysy-mysten takia uusiutuvien energialähteiden käyttö on kasvavassa suosiossa sähköntuotan-nossa. Työssä keskitytään tuuli- ja aurinkosähköön, sillä ne ovat helpoimmin toteutettavissa olevia sähkön pientuotanto muotoja kotitalouksille. Työssä perehdytään pintapuolisesti älykkään sähköverkon toimintaan, sillä älykäs sähköverkko on avainasemassa hajautetun tuotannon mahdollistamisessa. Tämän lisäksi tarkastellaan voimassa olevia houkuttimia, joilla saadaan kuluttajat kiinnostumaan uusiutuvien energiamuotojen käytöstä sähköntuo-tannossa. Empiirisessä osiossa kuvaillaan Suomen ja Saksan tuuli- ja aurinko-olosuhteita. Tässä työssä tarkastellaan Suomen osalta Etelä-Suomea ja Saksan osalta Etelä-Saksaa. Sähköntuottajien kannalta lasketaan tuuli- ja aurinkosähköstä aiheutuvat kustannukset, kuten investointi- ja vuosikustannukset. Tämän jälkeen tarkastellaan saatuja tuloksia ja vertaillaan Suomen ja Saksan välistä tilannetta. Suomen syöttötariffijärjestelmä on vasta otettu käyttöön, toisin kuin Saksassa, jossa on yli 20 vuoden ajan ollut jo kyseinen järjestelmä käytössä. Tämä näkyy Saksan energian tuo-tannossa, sillä Saksa on yksi johtavimpia tuuli- ja aurinkosähköntuottajamaita. Tariffijär-jestelmän myötä Suomessa hajautettu sähkön tuotanto tulee lähitulevaisuudessa kasvamaan, mikä vaatii nykyisen jakeluverkon uudistamista.

Yliopiston sähköverkon mallintaminen

Lappeenrannan teknillinen yliopisto tutkii älykkäiden sähköverkkojen kehittämistä. Yliopisto on hankkinut sähköverkkoonsa tuuliturbiinin ja aurinkopaneeleita, joilla pystytään tuottamaan sähköenergiaa sähköverkkoon. Näitä tuotantoja voidaan käyttää myös tutkimuksessa. Tässä työssä luodaan simulaatiomalli yliopiston sähköverkosta Matlab® Simulink® -ohjelmalla. Simulaatiomalliin mallinnetaan yliopiston sisäinen keskijänniteverkko ja osa pienjänniteverkosta. Simulaatiomalli toteutetaan ohjelman valmiilla komponenteilla, joihin lasketaan tarvittavat parametrit. Tuuliturbiinin ja aurinkopaneelien sähköntuotantotehot määritetään säätiladatojen avulla. Verkon komponenteille lasketaan arvot komponenttien tyyppitietojen perusteella ja asetetaan simulaatiomallin parametreiksi. Simulaatiomalli luodaan yliopiston sisäisen verkon tehonjaon tarkastelemiseksi. Työssä selvitetään myös mahdollisuuksia luodun simulaatiomallin käyttämiseen vikatilanteiden tarkastelussa.

Review of water electrolysis technologies and design of renewable hydrogen production systems

An electric system based on renewable energy faces challenges concerning the storage and utilization of energy due to the intermittent and seasonal nature of renewable energy sources. Wind and solar photovoltaic power productions are variable and difficult to predict, and thus electricity storage will be needed in the case of basic power production. Hydrogen’s energetic potential lies in its ability and versatility to store chemical energy, to serve as an energy carrier and as feedstock for various industries. Hydrogen is also used e.g. in the production of biofuels. The amount of energy produced during hydrogen combustion is higher than any other fuel’s on a mass basis with a higher-heating-value of 39.4 kWh/kg. However, even though hydrogen is the most abundant element in the universe, on Earth most hydrogen exists in molecular forms such as water. Therefore, hydrogen must be produced and there are various methods to do so. Today, the majority hydrogen comes from fossil fuels, mainly from steam methane reforming, and only about 4 % of global hydrogen comes from water electrolysis. Combination of electrolytic production of hydrogen from water and supply of renewable energy is attracting more interest due to the sustainability and the increased flexibility of the resulting energy system. The preferred option for intermittent hydrogen storage is pressurization in tanks since at ambient conditions the volumetric energy density of hydrogen is low, and pressurized tanks are efficient and affordable when the cycling rate is high. Pressurized hydrogen enables energy storage in larger capacities compared to battery technologies and additionally the energy can be stored for longer periods of time, on a time scale of months. In this thesis, the thermodynamics and electrochemistry associated with water electrolysis are described. The main water electrolysis technologies are presented with state-of-the-art specifications. Finally, a Power-to-Hydrogen infrastructure design for Lappeenranta University of Technology is presented. Laboratory setup for water electrolysis is specified and factors affecting its commissioning in Finland are presented.

20 kV ilmajohtoverkon maakaapeloinnin vaikutus maasulkusuojaukseen ja loistehotaseeseen

Sähkömarkkinalakimuutokset ovat ohjanneet useita verkkoyhtiötä muuttamaan investoin-tistrategioitaan. Kiristyneet toimitusvarmuusvaatimukset edellyttävät useilta verkkoyh-tiöiltä aiempaa suurempaa panostusta jakeluverkon kehittämiseksi. Toimitusvarmuusvaa-timusten täyttäminen edellyttää myös merkittäviä muutoksia verkkoyhtiöiden käyttämiin verkostotekniikoihin. Suurhäiriöille alttiita ilmajohtoja muutetaan verkkoyhtiöissä totuttua nopeammalla aikataululla maakaapeleiksi tiukentuneiden toimitusvarmuusvaatimusten täyttämiseksi. PKS Sähkönsiirto Oy:n 20 kV sähköverkko on ollut suurimmalta osalta avojohtoverkkoa jossa toimitusvarmuus ei ole nykyisellään muuttuneen sähkömarkkinalain asettamalla ta-solla. Tämä on johtanut verkostostrategian luomiseen, jossa yhtenä toimena toimitusvar-muuden lisäämiseksi vaaditulle tasolle on avojohtolinjojen korvaaminen maakaapeleilla. Maakaapelointien nopea rakennusaikataulu tuo monia haasteita verkkoyhtiöille. Maakaa-pelointien korkea maasulkuvirran ja loistehon tuotto verrattuna avojohtoverkkoon tulee huomioida yhtiössä verkkoa rakennettaessa. Tässä diplomityössä selvitetään PKS Sähkönsiirto Oy:n verkostostrategian mukaisten maakaapelointien vaikutuksia sähköverkolle. Työssä on arvioitu tavoiteverkon mukaisten maakaapeleiden aiheuttamaa maasulkuvirran ja loistehon tuoton tasoa. Tulosten perusteel-la on tehty johtopäätökset mihin verkkoyhtiön on kiinnitettävä huomioita kaapelointeja suunnitellessa ja toteuttaessa.

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.