Achieving EU energy targets – Impacts of evolutionary and revolutionary transition paths on power systems

Ambitious energy targets set by EU put pressures to increase share of renewable electricity supply in this and next decades and therefore, some EU member countries have boosted increasing renewable energy generation capacity by implementing subsidy schemes on national level. In this study, two different change approaches to increase renewable energy supply and increase self-sufficiency of supply are assessed with respect to their impacts on power system, electricity market and electricity generation costs in Finland. It is obtained that the current electricity generation costs are high compared to opportunities of earnings from present-day investor’s perspective. In addition, the growth expectations of consumptions and the price forecasts do not stimulate investing in new generation capacity. Revolutionary transition path is driven by administrative and political interventions to achieve the energy targets. Evolutionary transition path is driven by market-based mechanisms, such as market itself and emission trading scheme. It is obtained in this study that in the revolutionary transition path operation of market-based mechanisms is distorted to some extent and it is likely that this path requires providing more public financial resources compared to evolutionary transition path. In the evolutionary transition path the energy targets are not achieved as quickly but market-based mechanisms function better and investment environment endures more stable compared to revolutionary transition path.

The evolution ofRussian power industry from monopoly to market operation

ei

Optimointijärjestelmän kehittäminen sähköä ja lämpöä tuottavaan voimalaitokseen

Työn tavoitteena oli kehittää automaattinen optimointijärjestelmä energiayhtiön omistamaan pieneen sähkön- ja lämmöntuotantolaitokseen (CHP-laitos). Optimointitarve perustuu energiayhtiön sähkön hankintaan sähköpörssistä, kaasun hankintahintaan, kohteen paikallisiin sähkö- ja lämpökuormituksiin ja muihin laitoksen talouteen vaikuttaviin tekijöihin. Kehitettävällä optimointijärjestelmällä ontarkoitus tulevaisuudessa hallita useita hajautetun energiantuotannon yksiköitäkeskitetysti. Työssä kehitettiin algoritmi, joka optimoi voimalaitoksen taloutta sähkötehoa säätävillä ajomalleilla ja suoralla sähköteho-ohjeella. Työssä kehitetyn algoritmin tuottamia hyötyjä selvitettiin Harjun oppimiskeskuksen CHP-laitoksen mittaushistoriatiedoilla. CHP-laitosten käytön optimointiin luotiin keskitettyyn laskentaan ja hajautettuun ohjaukseen perustuva järjestelmä. Se ohjaa CHP-laitoksia reaaliaikaisesti ja ennustaa historiatietoihin perustuvalla aikasarjamallilla laitoksen tulevaa käyttöä. Optimointijärjestelmän toimivuus ja saatu hyöty selvitettiin Harjun oppimiskeskuksen CHP-laitoksella vertaamalla mittauksista laskettua toteutunutta hyötyä optimointijärjestelmän laskemaan ennustettuun hyötyyn.

Market potentialfor free-cutting steels in Europe

Työn tavoitteena oli selvittää tilannetta Euroopan automaattiteräsmarkkinoilla ja sen perusteella arvioida Imatra Steelin mahdollisuuksia kilpailla kyseessä olevilla markkinoilla. Tärkein tavoite oli kokonaismarkkinapotentiaalin arvioiminen Saksan, Ruotsin, Englannin ja Suomen markkinoilla. Lisäksi selvitettiin käytetyt automaattiteräslajit ja mitta-alue, hintataso sekä koneistukseenliittyviä teknisiä yksityiskohtia.Tavoitteena oli myös kartoittaa asenteita ja mielipiteitä mahdollisesta lyijyn käytön kieltämisestä teräksen seosaineena tulevaisuudessa. Paremman kokonaiskuvan saamiseksi analysoitiin myös kilpailutilannetta Euroopassa. Työn teoriakehyksessä tutkittiin teollisuustuotteiden markkinatutkimuksen suorittamisen erityispiirteitä, markkinapotentiaalin määrittämiseen liittyviä käsitteitä ja kilpailija-analyysin suorittamista. Empiirinen tutkimus suoritettiin pääasiassa asiantuntijoiden haastattelujen ja kyselyjen avulla. Haastateltavina oli tukkureita ja loppukäyttäjiä. Kilpailutilanteen kartoittaminen perustuu lähinnä sekundääriseen tietoon, Internet-sivuihin ja myyntikonttoreiden aikaisemmin keräämään tietoon.Automaattiterästen kokonaispotentiaaliksi Euroopassa arvioitiin miljoona tonnia ja suurin osa kaupasta käydään tutkituilla markkina-alueilla. Suurimmat volyymit sijoittuvat pienemmille mitta-alueille, Æ 12 - 50 mm. Markkinoita hallitsee muutama suuri teräksen valmistaja. Imatra Steel kohtuullisen pienenä toimittajana ei pysty kilpailemaan volyymilla ja tuotevalikoimallaan suurten teräsjättien kanssa. Imatra Steelin mahdollinen strategiavaihtoehto olisi yrittää löytää ne kapeat segmentit ja markkinaraot, joilla sen tuotteet jatietotaito tuovat asiakkaalle suurimman mahdollisen hyödyn verrattuna kilpailijoihin.

Distributed Energy Production in the North-West Region of Russia

The energy system of Russia is the world's fourth largest measured by installed power. The largest are that of the the United States of America, China and Japan. After 1990, the electricity consumption decreased as a result of the Russian industry crisis. The vivid economic growth during the latest few years explains the new increase in the demand for energy resources within the State. In 2005 the consumption of electricity achieved the maximum level of 1990 and continues to growth. In the 1980's, the renewal of power facilities was already very slow and practically stopped in the 1990's. At present, the energy system can be very much characterized as outdated, inefficient and uneconomic because of the old equipment, non-effective structure and large losses in the transmission lines. The aim of Russia's energy reform, which was started in 2001, is to achieve a market based energy policy by 2011. This would thus remove the significantly state-controlled monopoly in Russia's energy policy. The reform will stimulateto decrease losses, improve the energy system and employ energy-saving technologies. The Russian energy system today is still based on the use of fossil fuels, and it almost totally ignores the efficient use of renewable sources such as wind, solar, small hydro and biomass, despite of their significant resources in Russia. The main target of this project is to consider opportunities to apply renewable energy production in the North-West Federal Region of Russia to partly solve the above mentioned problems in the energy system.

Sähkökaupan riskit ja riskienhallinta

Diplomityön tavoitteena on luoda kokonaisvaltainen kuva sähkökaupassa esiintyvistä riskeistä ja niiden analysointi- sekä hallintamenetelmistä. Toinen päätavoitteista on lisätä ymmärrystä markkinoiden erikoispiirteistä, kuten siirtokapasiteettirajoituksista, kysynnän hintajouston puutteesta ja markkinoiden keskittyneisyydestä, sekä arvioida niiden merkitystä sähkökaupan riskienhallinnan näkökulmasta. Markkinoiden erikoispiirteet ja sähkön tuotantoon ja kulutukseen vaikuttavat fundamentaaliset tekijät aiheuttavat suuria muutoksia pörssisähkön hintatasossa. Sähkön volatiliteetti yhdessä useiden muiden riskitekijöiden kanssa aiheuttaa sähkökaupantoimijoille todellisen tarpeen riskienhallinnalle. Sähkökauppa tarjoaa haasteellisen toimintaympäristön riskienhallinnan näkökulmasta. Sähkökaupassa esiintyvien riskien täydellinen hallitseminen on miltei mahdoton tehtävä, mutta sähkökaupan toimintaympäristön tunteminen ja järjestelmällisesti toteutettu riskienhallinta luovat hyvät edellytykset menestyksekkäälle toiminnalle sähkökaupassa. Diplomityössä käsitellään sähkökaupassa esiintyviä riskejä ja niidensyntyyn vaikuttavia tekijöitä. Näiden asioiden ymmärtäminen luo pohjan sähkökaupan onnistuneelle riskienhallinnalle. Työssä käydään myös läpi yleisimmät sähkökaupassa käytetyt riskianalyysin menetelmät. Diplomityössä esitellään sähköpörssin tarjoamat johdannaistuotteet ja havainnollistetaan niiden käyttöä osana sähkökaupan riskienhallintaa. Työn lopussa käsitellään profiiliriskin muodostumista jasen vaikutuksia sähkön hankintakustannuksiin.

Short-term Hydropower Planning System

The Thesis gives a decision support framework that has significant impact on the economic performance and viability of a hydropower company. The studyaddresses the short-term hydropower planning problem in the Nordic deregulated electricity market. The basics of the Nordic electricity market, trading mechanisms, hydropower system characteristics and production planning are presented in the Thesis. The related modelling theory and optimization methods are covered aswell. The Thesis provides a mixed integer linear programming model applied in asuccessive linearization method for optimal bidding and scheduling decisions inthe hydropower system operation within short-term horizon. A scenario based deterministic approach is exploited for modelling uncertainty in market price and inflow. The Thesis proposes a calibration framework to examine the physical accuracy and economic optimality of the decisions suggested by the model. A calibration example is provided with data from a real hydropower system using a commercial modelling application with the mixed integer linear programming solver CPLEX.

Sähkösalkun tuotteistaminen ja salkunhallinnan menestyksen seuranta

Sähkömarkkinoiden vapautumisen ja pörssimuotoisen kaupankäynnin myötäyhä useampi toimija on siirtynyt perinteisistä kiinteähintaisista sopimuksista salkkumuotoiseen sähkönhankintaan. Aktiivisen salkunhallinnan myötä kanava markkinoille pysyy jatkuvasti avoimena ja ostopäätös voidaan jakaa pidemmälle ajanjaksolle, jolloin riippuvaisuus vain yhden hetken hintatasosta pienenee. Sähkön hankintahinnan suojaamiseen käytettävien finanssituotteiden määrä pörssissä ja OTC-markkinalla on kasvanut viime vuosina merkittävästi. Tämän seurauksena myös käytettävien instrumenttien valinta ja perustelu asiakkaalle vaatii entistä tarkempaa huomiota. Työssä käsiteltävän tuotteistuksen tavoitteena oli luoda salkunhallinnan perustapauksille yksinkertaiset rungot, joita voidaan täydentää erilaisillalisäominaisuuksilla. Tuotteistuksella pyritään myös selkeyttämään asiakkaalle muodostuvaa mielikuvaa tarjolla olevista vaihtoehdoista sekä edesauttamaan markkinointia. Diplomityön toisena tavoitteena oli kehittää salkunhallinnan menestyksen seurantaa varten mittarit, joiden avulla sekä asiakas että salkunhoitaja pystyvät seuraamaan salkunhallinnan onnistumista. Mittarit toteutettiin Excel-ympäristössä ja testattavat salkut koostuivat pääasiassa lopullisista tuotteistettaviksi valituista salkuista. Työn pohjalta on määrä toteuttaa olemassa olevan internet-pohjaisen salkunhallintapalvelun osaksi sovellus, joka mahdollistaa salkunhallinnan menestyksen jatkuvan seurannan.

Kalenterianomaliat pohjoismaisilla sähkömarkkinoilla

Osakemarkkinoilta on jo useiden vuosien ajan julkaistu lukuisia tutkimuksia, joissa on esitetty havaintoja ajallisesta säännönmukaisuudesta osakkeiden hinnoissa, joita ei pystytä selittämään markkinakohtaisilla fundamenteilla. Nämä niin kutsutut kalenterianomaliat esiintyvät tyypillisesti ajallisissa käännepisteissä, kuten vuoden, kuukauden tai viikon vaihtuessa seuraavaksi. Myös erilaisten katkosten, kuten juhlapyhien, kaupankäyntirutiineissa on havaittu aiheuttavan anomalioita. Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia osakemarkkinoilla havaittujen kalenterianomalioiden esiintymistä pohjoismaisilla sähkömarkkinoilla. Tutkitut anomaliat olivat viikonpäivä- kuukausi-, kuunvaihde- ja juhlapyhäanomalia. Näiden lisäksi tutkittiin tuottojen käyttäytymistä optioiden erääntymispäivien läheisyydessä. Yksittäisten tuotteiden sijasta tarkastelut suoritettiin sesonki- ja kvartaalituotteista muodostetuilla vuosituotteilla. Testauksessa käytettiin pienimmän neliösumman menetelmää, huomioidenheteroskedastisuuden, autokorrelaation ja multikollineaarisuuden vaikutukset. Pelkkien kalenterimuuttujien lisäksi testit suoritettiin regressiomalleilla, joissa lisäselittäjinä käytettiin spot-hintaa, päästöoikeuden hintaa ja/tai sade-ennusteita. Tarkastelujakso koostui vuosista 1998-2006.

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.

Markkinaehtoinen hinnoittelu ja loppuasiakasmyynnin mallintaminen sähkökaupan riskienhallinnassa

Markkinauudistuksen myötä sähkökauppa pörssin kautta on lisääntynyt voimakkaasti ja tukkusähkölle on muodostunut yleisesti tunnustettu markkinahinta. Pörssikauppaan sisältyy monia riskejä, joiden hallinta on pörssikauppaa harjoittavan osapuolen toiminnan edellytys. Tukkusähkön hinnan markkinaehtoinen määräytyminen ja pörssikaupan riskit ovat muuttaneet sähkön vähittäismyynnin hinnoittelutarpeita. Työssä esitetään markkinaehtoinen hinnoittelumenetelmä, jossa markkinahinta-, aluehinta- ja profiiliriskit otetaan huomioon. Erityisesti tutkitaan hinnoittelussa vaikeimmin huomioitavissa olevan profiiliriskin muodostumista ja esitetään menetelmä sen hallintaan. Lisäksi esitetään menetelmät suojaustason optimointiin ja suojaustuotteiden toimitusjaksoista poikkeavan sähköntoimituksen hinnoitteluun. Kilpaillussa ympäristössä pärjää parhaiten se, joka toimii kustannustehokkaimmin ja hallitsee riskinsä parhaiten. Työn lopuksi esitetään kuinka myyntisopimuskannan salkuttamista voidaan käyttää hyväksi näihin tavoitteisiin pyrittäessä.

Effects of mergers and acquisitions in the paper industry

Paperiteollisuus on ollut perinteisesti fragmentoitunut toimiala, mutta viime vuosikymmenen aikana konsolidoitumisprosessi on kiihtynyt. Yrityskaupat ja fuusiot ovat muuttaneet paperiteollisuuden markkinarakennetta merkittävästi. Työn tavoitteena oli tutkia yleisesti markkinarakenteen vaikutusta liiketoiminnan tuloksiin sekä analysoida yrityskauppojen ja fuusioiden syitä, tuloksia ja rajoituksia. Tavoitteena oli myös tutkia paperiteollisuuden konsolidoitumisen vaikutuksia hintakehitykseen, hintaheilahteluihin ja kannattavuuteen. Keskeisenä syynä konsolidoitumiskehitykselle voidaan pitää uusien paperikoneiden huomattavaa investointikustannusten kasvua. Toinen tärkeä tekijä yhdentymiskehitykselle on se, että paperiteollisuus on saavuttanut elinkaaren kypsyysvaiheen Euroopassa, Pohjois-Amerikassa ja Japanissa. Yrityskauppojen ja fuusioiden motiiveja paperiteollisuudessa ovat mm. kasvu kypsillä markkinoilla, tarve parantaa taloudellista tulosta, mahdollisuus toimia globaalisti ja hyödyntää siitä saatavat edut tai mahdollisuus parempaan arvoketjun hallintaan. Näyttää siltä, että suurempien paperiteollisuusyritysten kannattavuus ei ole parempi kuin pienemmillä yrityksillä. Lisäksi useimmissa paperiteollisuuden yrityskaupoissa ja fuusioissa näyttäisi ostavan osapuolen kurssikehitys ilmoitusta seuraavana päivänä olevan negatiivinen.

Application of Neural Network Methods in the Prediction of Stock Markets

The purpose of the research is to define practical profit which can be achieved using neural network methods as a prediction instrument. The thesis investigates the ability of neural networks to forecast future events. This capability is checked on the example of price prediction during intraday trading on stock market. The executed experiments show predictions of average 1, 2, 5 and 10 minutes’ prices based on data of one day and made by two different types of forecasting systems. These systems are based on the recurrent neural networks and back propagation neural nets. The precision of the predictions is controlled by the absolute error and the error of market direction. The economical effectiveness is estimated by a special trading system. In conclusion, the best structures of neural nets are tested with data of 31 days’ interval. The best results of the average percent of profit from one transaction (buying + selling) are 0.06668654, 0.188299453, 0.349854787 and 0.453178626, they were achieved for prediction periods 1, 2, 5 and 10 minutes. The investigation can be interesting for the investors who have access to a fast information channel with a possibility of every-minute data refreshment.

Vesikiertoisen ja kaapeleilla toteutetun lattialämmityksen teknistaloudellinen vertailu

Lopputyössä vertailtiin vesikiertoisen ja kaapeleilla toteutetun lattialämmityksen erilai-sia ominaisuuksia. Vertailuparametreinä olivat lattialämmitysten mitoitus, säätö, asen-nus, investointikustannukset, käyttökustannukset, vikaantuminen ja korjaus, asumis-viihtyvyys, käyttöön liittyvät tekijät, markkinat ja toimijat sekä lattian päällysteet. Näistä lat-tialämmityksien asumisviihtyvyys, säätö ja kustannukset otettiin tarkempaan vertailuun. Lämmitysjärjestelmien kokonaiskustannuksia vertailtiin 25 vuoden jaksolla ja 4 % ko-rolla. Investointikustannuksiin sisältyi lämmitysjärjestelmien lisäksi lkv-varaajan ja tek-nisen tilan kustannukset sekä liittymismaksut. Käyttökustannusten vertailussa otettiin huomioon lämmityskulujen lisäksi myös lämmityksen hyötysuhde, yö- ja päiväsähköosuudet ja -energian hinnat, taloussähkön kustannukset, perusmaksut sekä huoltokulut. Tutkimuksen mukaan halvin pientalojen lämmitysmuoto on osittain varaava huonekoh-tainen sähkölämmitys, jonka vuosittaisiksi kustannuksiksi tuli 11452 mk. Sähkölämmi-tyksen tekee vertailtavista halvimmaksi lämmitysjärjestelmäksi pientaloille (n. 150 m2) sen pienet pääomakustannukset, lämmityksen hyvä hyötysuhde sekä varsin kilpailuky-kyiset käyttökustannukset. Vertailun kallein oli öljyä energialähteenä käyttävä vesikiertoi-nen lattialämmitys, jonka vuosittaisiksi kustannuksiksi tuli 13080 mk. Öljy on energia-hinnaltaan halpa, mutta öljylämmityksen huono hyötysuhde sekä varsin korkeat pää-omakustannukset tekevät siitä vertailtavista kalleimman lämmitysmuodon. Energian hin-tojen herkkyysanalyysissä huomattiin sähkön säilyttävän kilpailukykynsä, vaikka öljyn ja maakaasun hinnat laskisivatkin huomattavasti. Asumismukavuuden ja säädön kohdalla vertailtiin lämpötilojen tasaisuutta huonetilois-sa. Mittauskohteiden huonelämpötiloja on seurattu eri projekteissa jatkuvatoimisesti jo-pa yli kahden vuoden ajan. Mittaustulosten mukaan vesikiertoisella lattialämmityksellä huonelämpötilat ovat tasaisemmat kuin osittain varaavalla huonekohtaisella sähköläm-mityksellä. Tämä johtuu sähkölämmityksen varaavuudesta. Hyvillä yhdistelmätermostaateilla päästään tosin myös huonekohtaisen sähkölämmityksen yhteydessä tasaisiin huonelämpötiloihin. Molempien lämmitysmuotojen säädön heikkoutena on hidas reagointi sisäisten lämmönlähteiden aiheuttamaan nopeaan sisälämpötilan nousuun.

Performance benchmarking and incentive regulation – considerations of directing signals for electricity distribution companies

After the restructuring process of the power supply industry, which for instance in Finland took place in the mid-1990s, free competition was introduced for the production and sale of electricity. Nevertheless, natural monopolies are found to be the most efficient form of production in the transmission and distribution of electricity, and therefore such companies remained franchised monopolies. To prevent the misuse of the monopoly position and to guarantee the rights of the customers, regulation of these monopoly companies is required. One of the main objectives of the restructuring process has been to increase the cost efficiency of the industry. Simultaneously, demands for the service quality are increasing. Therefore, many regulatory frameworks are being, or have been, reshaped so that companies are provided with stronger incentives for efficiency and quality improvements. Performance benchmarking has in many cases a central role in the practical implementation of such incentive schemes. Economic regulation with performance benchmarking attached to it provides companies with directing signals that tend to affect their investment and maintenance strategies. Since the asset lifetimes in the electricity distribution are typically many decades, investment decisions have far-reaching technical and economic effects. This doctoral thesis addresses the directing signals of incentive regulation and performance benchmarking in the field of electricity distribution. The theory of efficiency measurement and the most common regulation models are presented. The chief contributions of this work are (1) a new kind of analysis of the regulatory framework, so that the actual directing signals of the regulation and benchmarking for the electricity distribution companies are evaluated, (2) developing the methodology and a software tool for analysing the directing signals of the regulation and benchmarking in the electricity distribution sector, and (3) analysing the real-life regulatory frameworks by the developed methodology and further develop regulation model from the viewpoint of the directing signals. The results of this study have played a key role in the development of the Finnish regulatory model.