Sähköverkkoliiketoimintojen valvontamallit eräissä Euroopan maissa

Sähkömarkkinauudistukset ovat tuoneet kilpailun sähkön tuotantoon ja myyntiin, mutta samalla vahvistaneet tarvetta valvoa sähkönsiirtoa ja -jakelua, jotka ovat ns. luonnollisia monopolitoimintoja. Monopoleja valvotaan, jotta ne eivät väärinkäytä määräävää markkina-asemaansa. Tässä diplomityössä tarkastellaan sähkönjakeluverkkoliiketoiminnan sääntelyyn yleisesti käytettyjä valvontamalleja sekä niiden soveltamisessa huomioon otettavia seikkoja. Tarkasteltuja valvontamalleja on neljä, joista yleisimpiä ovat hintakattosääntely ja liikevaihdon sääntely. Tuoton sääntely on monesti ollut ensimmäinen keino säännellä alaa. Mittatikkusääntelyllä pyritään selvittämään tarkasteltavien yhtiöiden tehokkuutta. Sitä käytetään yleensä muiden mallien lisänä kannustamaan toiminnan tehostamiseen. Yhä useammin valvotaan myös sähköntoimituksen laatua. Jokainen maa valitsee omaan erityistilanteeseensa parhaiten sopivan valvontamallin. Valvontamallit kehittyvät jatkuvasti, jotta asiakkaiden etujen turvaamiseksi on olemassa toimivat regulatiiviset työkalut ja toisaalta sähkönjakeluyhtiöiden toimintaolosuhteet ovat vakaat ja realistiset. Kansallisen regulaattorin on luotava valvontamallin avulla oikeanlaiset kannustimet yhtiöiden toiminnalle, jotta niiden tekemät investointi- ja toimintapäätökset ovat järkeviä ja takaavat sähkönjakelun jatkuvuuden.

Sähkökaupan riskienhallinta

Tämän diplomityön tavoitteena on määrittää kuinka sähkökaupan riskienhallinta kehitetään ja toteutetaan käytännössä. Sähkömarkkinoiden viime vuosien muutosten takia energiayhtiöiden sähkökaupan riskienhallinnasta on tullut yhä tärkeämpi työkalu yritysten liiketoiminnan kannattavuuden kannalta. Tämän vuoksi tässä diplomityössä on tarkasteltu sähkökauppaan liittyviä riskejä. Liiketoiminnan kannattavuuteen vaikuttavista riskeistä merkittävämpänä voidaan pitää epävarmuutta sähkön hintatason vaihtelusta eli sähkön markkinahintariskiä. Ennen sähkömarkkinoiden muutosta sähköyhtiöt suojautuivat hintariskiltä pitkillä tukkusopimuksilla. Nykyiset lyhyet lähinnä sähkömarkkinoilla solmitut toimitussopimukset eivät omaa samaa riskeiltä suojautumisominaisuutta. Tämän vuoksi sähköyhtiöiden oikeanlaisesta riskipolitiikan ja -käsikirjan luomisesta on tullut avainosaamisalue yrityksen liiketoiminnassa. Riskienhallinnan tarkoituksena on riskien negatiivisen vaikutuksen vähentäminen ja sopeuttaminen yrityksen tuotto-odotuksiin ja riskiensietokykyyn. Nykyisessä markkinatilanteessa suojautuminen hintariskiltä on mahdollista toteuttaa joustavasti ja kohtuullisin kustannuksin sähköjohdannaisilla. Tämän diplomityön tarkastelu sähköjohdannaisten osalta rajoittuu kuinka riskien- ja sähkösalkunhallinta tulisi toteuttaa riskipolitiikan ja riskikäsikirjan määrittämällä tavalla. Sen sijaan sähköjohdannaisten strategisen hallinnan puoleen ei ole kiinnitetty suurta huomiota.

Sähkönmyyntisopimusten markkinalähtöinen hinnoittelu

Vuonna 1995 alkanut sähkömarkkinoiden vapautuminen on muuttanut sähköyhtiöiden myyntisopimusten hinnoittelua merkittävästi. Ennen markkinauudistusta voitiin sähkön myyntisopimukset hinnoitella perustuen oman sähkön tuotannon kustannuksiin ja haluttuun katteeseen. Nykyään sähköpörssissä noteerattava sähkön hinta muodostaa perustan kaikkien myyntisopimusten hinnoittelulle. Sähkön markkinahinnan lisäksi on myyntisopimusten hinnoittelussa otettava huomioon sähkömarkkinoiden ominaispiirteistä aiheutuvat riskit sähkön myyjälle. Tässä työssä mallinnetaan Lappeenrannan Energia Oy:n markkinalähtöiset hinnoittelumenetelmät kahdelle sähkönmyyntisopimustyypille. Lisäksi tutkitaan markkinalähtöisen hinnoittelun tärkeimpien riskikomponenttien, aluehintaeron sekä profiililisän, merkitystä markkinalähtöisten myyntisopimusten hinnoittelussa. Aluehintaeron hyväksikäyttöä myyntisopimusten hinnoittelussa on tutkittu selvittämällä Suomen hinta-alueen CfD-johdannaisten riskipreemiot. Profiililisän merkitystä myyntisopimusten hinnoittelussa on tutkittu havainnoimalla profiililisän muutoksia hinta- ja kulutusaikasarjoissa sekä suojaushinta ja tehotasossa tapahtuneiden muutosten suhteen. Ennustetun ja toteutuneen profiililisän eroja on tutkittu laskemalla ne seitsemälle Lappeenrannan Energia Oy:n merkittävälle asiakkaalle. Lisäksi on tarkasteltu profiililisän laskentaan tarvittavan hinta-aikasarjan mallintamiseen käytettyjen termiinituotteiden hintojen merkitystä lasketun profiililisän suuruuteen. Työn lopuksi esitetään kaksi vaihtoehtoista sähkösopimusten hinnoittelumenetelmää ja vertaillaan esitettyjä hinnoittelumenetelmiä keskenään. Työssä havaitaan, että aluehintaerolta suojautumiseen käytettävien CfD-johdannaisten avulla olisi ollut mahdollista lisätä markkinalähtöisten myyntisopimusten tuottoa viimeisen kolmen vuoden aikana. Suoritettujen herkkyysanalyysien perusteella voidaan todeta, että toteutuneen ja ennustetun profiililisän erot johtuvat laskentaan käytettävien hinta- sekä kulutusaikasarjojen epätarkkuudesta. Lappeenrannan Energia Oy:n käyttämät profiililisät osoittautuivat ex-post -tarkastelussa liian suuriksi yhtä asiakasta lukuun ottamatta. Lisäksi tarjousaikana laskettujen profiililisien voidaan katsoa muuttuvan täysin samassa suhteessa hinta-aikasarjan mallintamiseen käytettyjen termiinituotteiden volatiliteettien kanssa. Esiteltyjen vaihtoehtoisten myyntisopimusten hinnoittelumenetelmien voidaan katsoa antavan varsin samanlaisia tuloksia kuin Lappeenrannan Energia Oy:n nykyinen hinnoittelumenetelmä. Saatuihin tuloksiin vaikuttavat kuitenkin painokertoimien estimointiin käytetyn vuoden volatiliteetti sekä profiililisän laskentamenetelmä

Talouden ohjauksen ja organisaation muutostarpeet sähkömarkkinalain uudistuessa. Case: Kuopion Energia

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten sähkömarkkinalain muutosehdotus vaikuttaa Kuopion Energian verkkoliiketoiminnan talouden ohjaukseen ja organisaatiorakenteeseen. Tarkastelussa keskeisenä tutkimuskohteena oli verkkoliiketoiminnan suhde hallintopalveluihin ja asennuspalveluihin. Tutkielman teoriaosissa perehdyttiin talouden ohjausjärjestelmään ja sen osa-alueisiin sekä Suomen sähkömarkkinoiden toimintaan. Ensin perehdyttiin talouden ohjauksen merkitykseen yrityksessä sekä ohjausjärjestelmän osa-alueisiin. Sähkömarkkinoiden toiminta ja niillä tapahtuvat uudistukset loivat pohjan case–yrityksen toiminnan ymmärtämiselle. Teoriaosat toimivat viitekehyksenä case–yritystä koskettavan muutoksen arvioinnissa. Tutkimuksessa käytettävä tutkimusote oli toiminta-analyyttinen. Tutkielman lopputuloksena esitettiin toimintavaihtoehtoja, joita voidaan hyödyntää suunniteltaessa verkkoliiketoiminnan tulevaisuuden strategisia linjauksia muutostilanteessa.

Sähkömarkkinat mediassa

Työssä oli tarkoituksena selvittää sähkömarkkinoiden ja median suhdetta. Eri lehtien arkistoista kerättiin sähkömarkkinoihin liittyviä juttuja vuodesta 1995 lähtien. Niitä verrattiin sähkömarkkinoiden tapahtumiin. Päällimmäisenä havaintona oli, että media reagoi voimakkaasti sähkömarkkinoiden tapahtumiin. Kun sähkön hinta nousee, myös artikkeleiden lukumäärä lisääntyy. Samalla asenteet markkinoita kohtaan muuttuvat positiivisista negatiivisiksi. Toisaalta markkinoilla on nähtävissä puolustajat ja vastustajat. Markkinoita puolustavat energia-alan ammattilaiset, jotka pitävät vapaata kauppaa hyvänä. Vastustajia ovat tavalliset sähkön kuluttajat.

Markkinamekanismit sähkön tukkumarkkinoilla

Diplomityön tavoitteena on tehdä katsaus sähkömarkkinoiden integroitumiseen Euroopassa. Lisäksi keskeinen tavoite on löytää integraatiokehitystä ohjaavia tekijöitä, ja vertailla eri alueiden yhdistymiskehitystä. Markkinaintegraation taustalla on Euroopan Unionin tavoitteet luoda yhtenäiset sähkön sisämarkkinat. Aluksi kuitenkin luodaan alueelliset sähkömarkkinat, jotka yhdistetään yhteen myöhemmin. Työssä tarkastellaan Pohjoismaiden sähkömarkkinoita ja pörssitoimintaa. Tämän lisäksi paneudutaan Saksan, Ranskan, Hollannin ja Belgian sähkömarkkinoihin, sähköpörsseihin ja markkinaintegraatioprosesseihin. Näillä alueilla yhdistymisprosessit ovat edenneet kaikkein pisimmälle, joten ne ovat mielenkiintoisia tarkastelukohteita. Kutakin aluetta käsitellään sen omista lähtökohdista käsin ja lisäksi tehdään vertailu eri markkina-alueiden kehityksestä. Toinen näkökulma on tarkastella EU:n muiden alueiden (Iso-Britannia, Iberia, Italia ja Kreikka) sähkömarkkinoita ja integraatioprosesseja. Osassa näitä alueita on ollut ongelmia markkinoiden avaamisessa ja yhdistymiskehityksessä, joten näistä saadaan hyviä vertailukohtia. Merkittävä osa työtä on myös perehtyä erilaisiin hinnoittelumekanismeihin pörsseissä, ja siirtoverkon ruuhkaisuuden käsittelyyn liittyviin malleihin. Tässä yhteydessä esitellään myös yhdysvaltalaisia sähkömarkkinoita, ja siirtoverkon kapasiteetinjakomenetelmiä Euroopassa.

Optimization of short term power trading between Russia, Finland and Baltic countries

Russian and Baltic electricity markets are in the process of reformation and development on the way for competitive and transparent market. Nordic market also undergoes some changes on the way to market integration. Old structure and practices have been expired whereas new laws and rules come into force. The master thesis describes structure and functioning of wholesale electricity markets, cross-border connections between different countries. Additionally methods of cross-border trading using different methods of capacity allocation are disclosed. The main goal of present thesis is to study current situation at different electricity markets and observe changes coming into force as well as the capacity and electricity balances forecast in order to optimize short term power trading between countries and estimate the possible profit for the company.

Ancillary services market and potential profit for generators in Russia

Reformation of electricity markets has initiated creation of ancillary services markets all over the world. The Russian electricity market reform is in transition period, that is why the problem of ancillary services market has just arisen. Since the model of market rules was created, ancillary services market became a topical question for generating companies. This master’s thesis is focused on the describing the possible ancillary services around the world and in Russia specifically. Moreover, the physical interpretation of ancillary services is defined. In addition, possibility of generation company to participate in the ancillary services market was considered. Calculations were made for primary frequency regulation service, where necessary level of price bids and payback period were evaluated.

Loviisan ydinvoimalaitoksen todennäköisyyspohjaisen riskianalyysin tason 2 epävarmuustarkastelut

Diplomityössä tarkastellaan Loviisan ydinvoimalaitoksen todennäköisyyspohjaisen riskianalyysin tason 2 epävarmuuksia. Tason 2 riskitutkimuksissa tutkitaan ydinvoimalaitosonnettomuuksia, joiden seurauksena osa reaktorin radioaktiivisista aineista vapautuu ympäristöön. Näiden tutkimuksien päätulos on suuren päästön vuotuinen taajuus ja se on pääosin todelliseen laitoshistoriaan perustuva tilastollinen odotusarvo. Tämän odotusarvon uskottavuutta voidaan parantaa huomioimalla merkittävimmät laskentaan liittyvät epävarmuudet. Epävarmuuksia laskentaan aiheutuu muiden muassa vakavan reaktorionnettomuuden ilmiöistä, turvallisuusjärjestelmien laitteista, inhimillisistä toiminnoista sekä luotettavuusmallin määrittelemättömistä osista. Diplomityössä kuvataan, kuinka epävarmuustarkastelut integroidaan osaksi Loviisan ydinvoimalaitoksen todennäköisyyspohjaisia riskianalyysejä. Tämä toteutetaan diplomityössä kehitetyillä apuohjelmilla PRALA:lla ja PRATU:lla, joiden avulla voidaan lisätä laitoshistorian perusteella muodostetut epävarmuusparametrit osaksi riskianalyysien luotettavuusdataa. Lisäksi diplomityössä on laskettu laskentaesimerkkinä Loviisan ydinvoimalaitoksen suuren päästön vuotuisen taajuuden vaihtelua kuvaava luottamusväli. Tämä laskentaesimerkki pohjautuu pääosin konservatiivisiin epävarmuusarvioihin, ei todellisiin tilastollisiin epävarmuuksiin. Laskentaesimerkin tulosten perusteella Loviisan suuren päästön taajuudella on laaja vaihteluväli; virhekertoimeksi saatiin 8,4 nykyisillä epävarmuusparametreilla. Suuren päästön taajuuden luottamusväliä voidaan kuitenkin tulevaisuudessa supistaa, kun hyödynnetään todelliseen laitoshistoriaan perustuvia epävarmuusparametreja.

Taselaskentajärjestelmän kehittäminen pohjoismaisille sähkömarkkinoille

Pohjoismaisia sähkömarkkinoita ollaan avaamassa myös vähittäismarkkinoiden osalta. Jotta vähittäismarkkinoista saataisiin toimiva, kaikille avoin ja tasapuolinen kauppapaikka, on markkinamenetelmiä yhtenäistettävä. Yhtenäistäminen tarkoittaa muutoksia ennen kaikkea taseselvityksessä ja viestiformaateissa. Tämä tarkoittaa lisätyötä eri markkinaosapuolille ja heidän järjestelmätoimittajilleen. Tässä työssä tutkittiin näköpiirissä olevien muutosten vaikutuksia järjestelmätoimittajan valmiiseen jakeluverkonhaltijoille suunnattuun tietojärjestelmätuotteeseen. Tavoitteena oli selvittää, mitä muutoksia markkinoille on tulossa lähivuosina, tutkia mitkä niiden tuomat vaatimukset ovat tuotteelle ja minkälaisia muutoksia tuotteeseen nämä markkinamuutokset aiheuttavat. Tutkimuksen pohjalta pystyttiin arvioimaan vaadittavat toimenpiteet ja markkinoilla tapahtuvien muutosten vakavuus kohteena olevalle tietojärjestelmälle. Tutkimuksen sivutuotteena havaittiin myös muita kehityskohteita, jotka toisivat tuotteelle lisäarvoa.

Viron sähkömarkkinoiden vapautumisen hyödyntäminen ISS-konsernin liiketoiminnassa

Euroopan Unionin tavoitteena on vapauttaa ja yhdentää sähkömarkkinoita. Sähkömarkkinoiden vapautumisella ja yhdentymisellä EU:ssa taataan toimivat sisämarkkinat siirtovarmuudeltaan ja vähennetään energiariippuvuutta kolmansista maista. Sähkömarkkinoiden vapautuminen on toteutunut vaiheittain ja Virossa sähkömarkkinat ovat edelleen osittain säännöstellyt. EU:n lainsäädännön mukaan sähkömarkkinat tuli vapauttaa vuoteen 2007 mennessä, mutta Viro sai siirtymäkauden vuoteen 2013 saakka mm. rakenteellisten ongelmien vuoksi. Imatran Seudun Sähköllä on omistuksessa Virossa toimiva sähköyhtiö, Imatra Elekter AS. Työn tavoitteena oli selvittää Viron sähkömarkkinoiden toimintaa, markkinoiden vapautumisen vaikutuksia ja vapautumisen hyödyntämismahdollisuuksia Imatran Seudun Sähkön liiketoiminnassa. Viron sähkömarkkinat ovat hyvin erikoiset ja kilpailutilanne markkinoiden vapautumisen jälkeen on haastava. Markkinat ovat hyvin keskittyneet yhden osapuolen suuren markkinaosuuden vuoksi ja sähkön tuotanto perustuu lähes yksinomaan yhdellä polttoaineella keskitetysti tuotettuun energiaan. Huolimatta näistä seikoista markkinoilla on paljon myös mahdollisuuksia, joita tässä työssä selvitettiin. Työn tuloksena saatiin muodostettua liiketoimintastrategia energia- ja verkkoliiketoiminnalle. Lisäksi työssä pohdittiin energian tuotantomahdollisuuksia Virossa ja selvitystyö tuotti tulokseksi varteenotettavia energian tuotantomahdollisuuksia.

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.

Baltian maiden sähkömarkkinat

Tässä kandidaatintutkielmassa on tarkoituksena selvittää Baltian maiden sähkömarkkinoi- den kehittymistä ja avautumista kilpailulle. Baltian maiden sähkömarkkinoiden kehittymis- tä on vauhdittanut EU:n energiapolitiikka, jolla pyritään edistämään toimivien yhteiseu- rooppalaisten sähkömarkkinoiden kehittymistä. Baltian maista tullaankin lähitulevaisuu- dessa rakentamaan lisäsiirtoyhteyksiä Pohjoismaihin ja Eurooppaan. Työssä tutkitaan myös Baltian maiden sähköntuotantorakenteen muodostumista ja sähkönsiirtoverkon ra- kennetta. Suomen ja Venäjän välisessä sähkökaupassa on tapahtunut merkittäviä muutok- sia syksyn 2011 jälkeen. Tutkitaan myös Venäjän ja Baltian maiden välistä sähkönsiirtoa.

On state and parameter estimation in chaotic systems

State-of-the-art predictions of atmospheric states rely on large-scale numerical models of chaotic systems. This dissertation studies numerical methods for state and parameter estimation in such systems. The motivation comes from weather and climate models and a methodological perspective is adopted. The dissertation comprises three sections: state estimation, parameter estimation and chemical data assimilation with real atmospheric satellite data. In the state estimation part of this dissertation, a new filtering technique based on a combination of ensemble and variational Kalman filtering approaches, is presented, experimented and discussed. This new filter is developed for large-scale Kalman filtering applications. In the parameter estimation part, three different techniques for parameter estimation in chaotic systems are considered. The methods are studied using the parameterized Lorenz 95 system, which is a benchmark model for data assimilation. In addition, a dilemma related to the uniqueness of weather and climate model closure parameters is discussed. In the data-oriented part of this dissertation, data from the Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars (GOMOS) satellite instrument are considered and an alternative algorithm to retrieve atmospheric parameters from the measurements is presented. The validation study presents first global comparisons between two unique satellite-borne datasets of vertical profiles of nitrogen trioxide (NO3), retrieved using GOMOS and Stratospheric Aerosol and Gas Experiment III (SAGE III) satellite instruments. The GOMOS NO3 observations are also considered in a chemical state estimation study in order to retrieve stratospheric temperature profiles. The main result of this dissertation is the consideration of likelihood calculations via Kalman filtering outputs. The concept has previously been used together with stochastic differential equations and in time series analysis. In this work, the concept is applied to chaotic dynamical systems and used together with Markov chain Monte Carlo (MCMC) methods for statistical analysis. In particular, this methodology is advocated for use in numerical weather prediction (NWP) and climate model applications. In addition, the concept is shown to be useful in estimating the filter-specific parameters related, e.g., to model error covariance matrix parameters.

Segmentation of overlapping convex objects

This thesis presents a framework for segmentation of clustered overlapping convex objects. The proposed approach is based on a three-step framework in which the tasks of seed point extraction, contour evidence extraction, and contour estimation are addressed. The state-of-art techniques for each step were studied and evaluated using synthetic and real microscopic image data. According to obtained evaluation results, a method combining the best performers in each step was presented. In the proposed method, Fast Radial Symmetry transform, edge-to-marker association algorithm and ellipse fitting are employed for seed point extraction, contour evidence extraction and contour estimation respectively. Using synthetic and real image data, the proposed method was evaluated and compared with two competing methods and the results showed a promising improvement over the competing methods, with high segmentation and size distribution estimation accuracy.