Superkondensaattorien suoritusarvot

Superkondensaattorit paikkaavat perinteisten kondensaattorien ja akkujen väliin jäävää teho- sekä energiasuorituskyvyn kuilua sähköenergian varastoinnissa. Tässä kandidaatin-työssä selvitetään superkondensaattorien toimintaperiaate, sähköiset ominaisuudet sekä saatavilla olevien kaupallisten tuotteiden suorituskyky.

Sisälogististen materiaalivirtojen -ja materiaalitoimintojen kehittäminen eräässä kokoonpanoyrityksessä

Toimintaympäristön muutokset ja kysynnän monipuolistuminen haastavat useat teollisuuden alan yritykset kehittämään toimintaansa. Varastointi ja sisälogistiikka sisältävät useita yrityksen sisäisen tehokkuuden kehityskohteita. Logististen toimintojen ajankäytöllisen hukan eliminointi ja sisälogistinen selkeys parantavat liiketoiminnan kannattavuutta. Työssä käsitellään yrityksen sisälogistisia materiaalivirtoja, jotka muodostuvat materiaalitoimintojen suorittamista komponenttien ja lopputuotteiden siirroista. Tavoitteina oli lyhentää tuotannon pääkokoonpanon komponenttien keräilyyn kuluvaa aikaa ja selkeyttää sisälogistista systeemiä kehittämällä kokoonpanotuotannon ja sitä palvelevan varastoinnin layoutia, sekä komponenttien varastopaikkoja. Tutkimus perustuu kvantitatiiviseen ja kvalitatiiviseen tutkimusmenetelmään. Sisälogististen osa-alueiden analysointiin käytettiin osallistuvaa havainnointia, haastatteluita, vertailevaa tutkimusta ja datapohjaista aineistoa. Työn tuloksena syntyi kehitysehdotus materiaalivirtojen ja varastoinnin uudeksi rakenteeksi, sekä toimintamalli nimikkeiden varastopaikkojen määrittämiseksi ja työpisteiden järjestyksen ylläpitoon.

Engineer-to-order tuotteen ja tuotannon kehittäminen kohti massakustomointia

Tämän kandidaatinyön tavoitteena on selvittää keinoja joilla ETO-yhtiö voi kehittää tuotettaan ja tuotantoaan kohti massakustomointi. Lisäksi selvitetään mitkä asiat vaikuttavat asiakastilauksen kytkentäpisteen asettamiseen siirtyessä massakustomointiin. Työ on tehty kirjallisuuskatsauksena. Esitettyjen tietojen ja tulosten pohjana on alan kirjallisuus sekä julkaistut artikkelit. Työn perusteella voidaan todeta että parhaimmat keinot massakustomoinnin tavoitteluun ETO-yhtiölle ovat; tuotannon ja tuotteiden kehittäminen siten että pystytään hyödyntämään modularisointia ja komponenttien standardointia, lisäksi tuotesuunnitteluun käytettävää aikaa tulee vähentää automatisoimalla tuotesuunnittelua tai käyttämällä standardi suunnitelmia. ETO-yhtiössä siirtyessä massakustomointiin tulee asiakastilauksen kytkentäpisteen paikkaa asetettaessa ottaa huomioon tuotannon ja suunnittelun ulottuvuus kytkettynä asiakkaan vaatimuksiin.

Espoon puhdistamolietteen käsittelymenetelmien selvitys Ämmässuon käsittelykeskukselle

Ravinteiden kierrätys yhä enemmän luonnonvaroja kuluttavassa yhteiskunnassa on noussut tärkeäksi. Hyötykäyttämällä luonnollisesti syntyvät orgaaniset virrat yhteiskunnasta voidaan kierrättää pellolta nostetut ravinteet takaisin. Tässä diplomityössä on tarkasteltu Helsingin seudun ympäristöpalveluiden toteuttamaa mädätetyn puhdistamolietteen käsittelyä ja pohdittu sen käsittelymahdollisuuksia erityisesti Ämmässuon käsittelykeskuksessa. Tarkastelussa on keskitytty kahteen yleisimpään kompostointimenetelmään, eli auma- ja tunnelikompostointiin. Kompostointimenetelmien tarkastelussa on pyritty löytämään optimaalinen tukiaine sekä prosessiaika käsiteltävälle lietteelle Ämmässuolla olemassa olleilla resursseilla. Tutkimuksessa toteutettiin käytännön pilot -kokeita sekä toteutettiin teoreettista prosessin parametrien laskentaa mukaan lukien kustannukset ja resurssit. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että kyseisen tyyppisellä käsittelyalueella tunneli-kompostointi on näillä parametreilla testattuna paras vaihtoehto. Menetelmällä voidaan saavuttaa nopeampi käsittelyaika sekä vähentää kompostoinnista aiheutuvia hajuhaittoja ympäristöön. Tukiaineseoksessa voidaan korvata yleisestikin käytetty turve vastaanotettavalla lehti-puru viherjäteseoksella sekä risuhakkeella ja prosessiaika on noin 12 -16 viikkoa. Käsittelyn kustannukset verrattuna tämän hetkiseen käsittelyyn Metsäpirtissä eivät olleet merkittävästi suuremmat ja ympäristövaikutusarvioinnin perusteella syntypaikkaa lähellä oleva käsittelyalue sekä prosessin pienemmät vaikutukset tuovat ympäristöedun käsittelylle Ämmässuolla.

Apply of energy storages in electricity distribution networks and reserve capacity applications

The Thesis is dedicated to development of an operative tool to support decision making of battery energy storages implementation in distribution networks. The basics of various battery technologies, their perspectives and challenges are represented in the Thesis. Mathematical equations that describe economic effect from battery energy storage installation are offered. The main factors that influence profitability of battery settings have been explored and mathematically defined. Mathematical model and principal trends of battery storage profitability under an impact of the major factors are determined. The meaning of annual net value was introduced to show the difference between savings and required costs. The model gives a clear vision for dependencies between annual net value and main factors. Proposals for optimal network and battery characteristics are suggested.

Kraft recovery boilers – Principles and practice

This book was created as postgraduate lecture notes for Lappeenranta University of Technology's special course of steam power plants. But as with anything ever written the ideas shown have nurtured for a long time. Parts of these chapters have appeared elsewhere as individual papers or work documents. One of the most helpful episodes have been presentations and discussions during Pohto Operator training seminars. Input from those sessions can be seen in chapter firing. You who run recovery boilers, I salute you. The purpose of this text is to give the reader an overview of recovery boiler operation. Most parts of the recovery boiler operation are common to boilers burning other fuels. The furnace operation differs significantly from operation of other boiler furnaces. Oxygen rich atmosphere is needed to burn fuel efficiently. But the main function of recovery boiler is to reduce spent cooking chemicals. Reduction reactions happen best in oxygen deficient atmosphere. This dual, conflicting nature of recovery furnace makes understanding it so challenging. To understand the processes happening in the recovery furnace one must try to understand the detailed processes that might occur and their limitations. Therefore chapters on materials, corrosion and fouling have been added.

Sähköajoneuvojen akkujen uusiokäyttö

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin sähkö- ja hybridiajoneuvojen akkujen uusiokäyttöä. Tutkimus toteutettiin kirjallisuustyönä. Tavoitteena oli selvittää voidaanko sähkö- ja hybridiajoneuvojen akkuja uusiokäyttää, mitä ongelmia mahdollisesti uusiokäyttöön liittyy, minkälaisissa sovelluksissa käytettyjä akkuja voisi käyttää ja uusiokäytetäänkö kyseisenlaisia akkuja jo nykyään. Työssä esiteltiin myös yleisimpiä akkutekniikoita sekä niiden kierrätystä. Tutkimuksessa havaittiin, että akuissa on runsaasti kapasiteettia jäljellä ajoneuvokäytön jälkeen. Uusiokäytössä akku voi kestää jopa yhtä paljon käyttöä kuin ajoneuvokäytössä. Ongelmat uusiokäytössä liittyvät akkujen vaihtelevaan kuntoon ja kapasiteettiin. Ennen uusiokäyttöä akut tulisi tarkastaa ja jos mahdollista, poistaa huonokuntoiset ja vialliset kennot. Käytettyjen akkujen uusiokäyttöön soveltuvista laitteistoista on tehty muutamia prototyyppejä, jotka ovat teholtaan ja kapasiteetiltaan hyvin vaihtelevia. Sopivalla valvontajärjestelmällä varustettuna käytettyjä akkuja voitaneen käyttää myös olemassa olevissa, akkuja sisältävissä järjestelmissä. Käytettyjä akkuja voitaneen käyttää muun muassa uusiutuvan energian varastointiin, sähköverkon kulutushuippujen kompensointiin ja sähköajoneuvojen pikalatauksen puskurina. Etenkin litiumioniakkujen uusiokäyttö on järkevää, koska kierrätys ei ole kovin tehokasta ainakaan vielä.

Vanadiiniakut

Nykyään monet käyttökohteet vaativat akuilta aiempaa parempaa suorituskykyä, joten on syntynyt kasvavaa tarvetta uusien akkujen kehittämiselle erilaisista uusista materiaaleista ja uusiin valmistusmenetelmiin pohjautuen. Työn tavoitteena on selvittää kirjallisuustutkimuksena litium-vanadiini-fosfaattiakun ja vanadiini-redoksi-virtausakun ominaisuuksia, saatavuutta, sovelluskohteita ja vertailla niitä muutamaan eri litiumakkutekniikkaan. Tutkimuksen perusteella litium-vanadiini-fosfaattiakkuja ei ole vielä saatavilla kaupallisesti, joten työssä tutkittiin niitä teknisten raporttien pohjalta. Raporttien pohjalta arvioituna, parhaita ominaisuuksia litium-vanadiini-fosfaattiakuilla on erinomainen kuormituksen kesto ja korkea nimellisjännite. Sähköisissä ajoneuvoissa litium-vanadiini-fosfaattiakuilla on suurimmat mahdollisuudet erilaisissa hybridiajoneuvoissa, mutta todennäköisesti ne soveltuvat täyssähköisiin ajoneuvoihin vähintään yhtä hyvin kuin esimerkiksi litium-rauta-fosfaattiakut, jos valmistuskustannukset olisivat samalla tasolla. Vanadiini-redoksi-virtausakkua on jo markkinoilla usean valmistajan toimesta. Niiden ominaisuudet poikkeavat paljon muista akkutyypeistä ja erikoisuutena on mahdollisuus akun pikalataukseen elektrolyyttinesteet vaihtamalla. Syklien kestossa päästään myös erinomaisiin arvoihin, mutta suurimmat ongelmat ovat lyijyakkuakin matalampi energiatiheys ja tehotiheys. Vanadiini-redoksi-virtausakut soveltuvat parhaiten suuren kokoluokan sähköverkkoratkaisuihin ja sähköisissä ajoneuvoissa niiden mahdollisuudet rajoittunevat täyssähköisiin linja-autoihin ja isoihin työkoneisiin.

Akkuvarastot omakotitaloissa

Energian varastointi on noussut keskeiseksi energia-alan teemaksi viime vuosina. Erityi-sesti uusiutuvan tuotannon lisääntyminen ja energian käytön tehostaminen ovat edesautta-neet energiavarastoratkaisuiden mukaantuloa. Työssä tarkastellaan litiumrautafosfaattiak-kujen käytön kannattavuutta omakotitaloissa. Tavoitteena on selvittää, millä reunaehdoilla näiden akkujen käyttö energiavarastoina tulee kannattavaksi Lappeenrannan olosuhteissa. Kannattavuutta selvitetään litiumrautafosfaattiakkujen markkina-analyysin ja teknistalou-dellisen analyysin sekä Matlab-simulaation avulla.

Tuottavuuden, vaikuttavuuden ja kustannusvaikuttavuuden arviointi alueellisesti integroiduissa sosiaali- ja terveyspalveluissa – palvelujen käyttöön perustuva malli ja esimerkkejä

Yli puolet kuntien vuosibudjeteista kuluu sosiaali- ja terveyspalveluihin. Jatkossa väestö ikääntyy ja huoltosuhteen muutos tulee niukentamaan kuntien resursseja ja lisäämään palvelujen tarvetta. Näin ollen vaikuttavien ja kustannustehokkaiden ratkaisumallien luominen on ensiarvoisen tärkeää. Tutkimuksen tavoitteena on rakentaa malli, jota voidaan hyödyntää tuottavuuden, vaikuttavuuden ja kustannusvaikuttavuuden jatkuvassa seurannassa alueellisissa sosiaali- ja terveyspalveluissa ja testata mallia esimerkkitapauksilla. Pääpaino on vaikuttavuudessa ja kustannusvaikuttavuudessa. Aiemman tutkimuksen perusteella tuottavuuden, vaikuttavuuden ja kustannusvaikuttavuuden mittaamiseen on useita lähestymistapoja. Tässä tutkimuksessa tuottavuutta arvioidaan panosten ja tuotosten suhteella, vaikuttavuutta palvelujen käytöllä ja kustannusvaikuttavuutta palvelujen käytön kustannuksilla. Kirjallisuudesta nousee esille selkeä tarve yli perinteisten organisaatiorajojen menevälle jatkuvalle vaikuttavuuden seurannalle. Aikaisempi tutkimus kattaa kertaluontoisia selvityksiä, joissa usein mittarit ovat operatiivisella tasolla, toimialasidonnaisia tai vaikeasti mitattavissa. Tutkimus on suunnittelutiedettä. Tutkimuksen lopputuloksena syntyy sosiaali- ja terveyspalvelujen käyttömalli (sote-palvelujen käyttömalli), jota varten toteutetaan tietokanta ja raportointikerros. Sote-palvelujen käyttömallia testataan tässä tutkimuksessa kolmella eri organisaatioyksiköllä ja asiakasryhmällä, jotka ovat strategisesti merkittäviä tutkittavalle organisaatiolle ja asiakasryhmiin on kohdennettu selkeä kehittämistoimenpide (kuntoutukseen panostaminen ja vammaisten sekä vanhusten laitoshoidon purku). Sote-palvelujen käyttömalli tuottaa tietoa kehittämistoimenpiteiden tuottavuudesta, vaikuttavuudesta ja kustannusvaikuttavuudesta. Sote-palvelujen käyttömallin todetaan soveltuvan tutkittavaan organisaatioon ja sote-palvelujen käyttömalli on sielläjatkuvassa käytössä. Sote-palvelujen käyttömalli on siirrettävissä myös muihin soteorganisaatioihin ja laajennettavissa myös muihin sosiaali- ja terveyspalveluihin ja niitä lähellä oleviin palveluihin.

Optimization of PV and battery capacity for domestic purposes

The usage of PV batteries nowadays became more and more widely spread. Due to the fact that the efficiency of modern PV is rising every year the prevalence of this source of energy is increasing. As the source of the energy is sunlight, these batteries need to be complimented by storage capacitors which will store energy for future use. Nevertheless the less the calculation of demanded amount of energy according the load and capacity of a storage battery that will keep the end consumer in work during certain time still is not overviewed. In this thesis the overall system will be considered and there will be made economic calculations for configurations of such system that will depend from the load. Also the behavior of the system in different geographical and climate conditions that influence of the amount of energy produced will be overviewed.

Energy Management System for LVDC Island Networks

Recent developments in power electronics technology have made it possible to develop competitive and reliable low-voltage DC (LVDC) distribution networks. Further, islanded microgrids—isolated small-scale localized distribution networks— have been proposed to reliably supply power using distributed generations. However, islanded operations face many issues such as power quality, voltage regulation, network stability, and protection. In this thesis, an energy management system (EMS) that ensures efficient energy and power balancing and voltage regulation has been proposed for an LVDC island network utilizing solar panels for electricity production and lead-acid batteries for energy storage. The EMS uses the master/slave method with robust communication infrastructure to control the production, storage, and loads. The logical basis for the EMS operations has been established by proposing functionalities of the network components as well as by defining appropriate operation modes that encompass all situations. During loss-of-powersupply periods, load prioritizations and disconnections are employed to maintain the power supply to at least some loads. The proposed EMS ensures optimal energy balance in the network. A sizing method based on discrete-event simulations has also been proposed to obtain reliable capacities of the photovoltaic array and battery. In addition, an algorithm to determine the number of hours of electric power supply that can be guaranteed to the customers at any given location has been developed. The successful performances of all the proposed algorithms have been demonstrated by simulations.

Piirilevyn suunnittelu suurelle virralle DC/DC-muuntimeen

Ajoneuvoissa, kuten busseissa, käytetään yleensä 24 VDC järjestelmiä ja tämä ei muutu myöskään sähköajoneuvojen kohdalla. Sähköajoneuvoissakin tarvitaan siis 24 VDC matalajänniteakustoja valoille, pyyhkijöille ja muille matalan jännitteen järjestelmille. Lisäksi sähköajoneuvoissa on esimerkiksi ilmastointi ja paineilmankompressori, jotka tarvitsevat taajuusmuuttajan pyörittämään niitä. Tässä työssä suunnitellaan suuren virran piilevy DC/DC-muuntimeen, joka on osa ajoneuvokäyttöön suunnitellun invertterin ja DC/DC-muuntimen yhdistelmälaitetta. Työn pääpaino on piirilevyn suunnittelussa, mutta työssä kerrotaan lyhyesti koko laitteen kytkentä ja käyttötarkoitus. Työssä kerrotaan myös tehopiirilevylle tulevien komponenttien valinta, mitoitus ja jäähdytys. Käydään läpi suuren virran piirilevysuunnittelun mitoitusperiaatteet ja mitä seikkoja siinä erityisesti tulee ottaa huomioon. Lisäksi käsitellään piirilevyn liityntöjä ja virtakiskojen lämpenemää virranahtautumisen takia. Suunniteltua piirilevyä mitataan ja sen toimintaa kokeillaan prototyyppilaitteessa. Protoyyppilaitteella havaitaan virtakiskojen lämpenevän liikaa ja huomataan ongelma kytkenssä. Kytkentää korjattiin ja toimintaa analysoitiin uudestaan, jonka jälkeen havaittiin piirilevyn lämpenemän tippuneen 20 °C. Lopputuloksena piirilevyn lämpenemä, korjatulla kytkennällä, on suunnitellun mukainen. Lopussa esitetään piirilevyn korvaamista moduuliratkaisulla laitteen parantamiseksi sarjatuotantoon.

Sedentary behaviour and health with special reference to obesity and fatty liver in early midlife. The Cardiovascular risk in Young Finns Study

Background: Physical inactivity and positive energy balance pose a risk to health. They increase the risk of obesity and associated non-communicable diseases. Recently, also sedentary behaviour has been associated with obesity and non-communicable diseases. Nevertheless, it has been unclear which type of sedentary behaviour is the most harmful. It is also unknown whether the relationship of sedentary behaviour with obesity is truly independent of other factors, for example physical activity and diet. Longitudinal data are limited, and the direction of causality and the mechanism of action are still unknown. Aims: The aim of this study was 1) to identify the type of sedentary behaviour having the strongest association with obesity, 2) to explore the causal relationship of sedentary behaviour and weight increase, and 3) to additionally, investigate the relationship of sedentary behaviour with fatty liver. These were studied in cross-sectional and/or longitudinal settings using data from the Cardiovascular Risk in Young Finns Study. Special emphasis was put on the evaluation of a wide range of other lifestyle factors and risks for obesity and fatty liver. Subjects: 2,060 subjects (aged 33-50 years in 2011, of which 55 % were female) from the Cardiovascular Risk in Young Finns Study participating in follow-ups in 2001, 2007, and 2011. Measures: Self-reported time spent in various types of sedentary behaviour (I), or TV viewing time (I-III). Measured body weight, height and waist circumference (I-III), and genetic variants for high BMI (I). Fasting plasma concentrations of gamma-glutamyltransferase enzyme and triglyceride, calculated Fatty Liver Index (based on gamma-glutamyltransferase and triglyceride concentration, BMI and waist circumference), and the amount of intrahepatic fat measured with ultrasound (III). Self-reported leisure-time physical activity and active commuting, occupational physical activity, energy intake, diet, alcohol consumption, smoking, socioeconomic status, and sleep duration as possible confounders were considered (I-III). Results: TV viewing is the sedentary behaviour type that has the strongest association with obesity. Sedentary behaviour (TV viewing) precedes weight increase, and not the other way around. Sedentary behaviour (TV viewing) is associated with increased risk of fatty liver. Conclusions: Sedentary behaviour (especially high TV viewing time) is associated with increased risks of obesity and fatty liver. Intervention studies are needed to assess whether reduction of TV time would prevent obesity and fatty liver.

Sähköautojen akkuteknologioiden tilannekatsaus

Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia sähköautoissa käytettäviä akkuteknologioita ja verrata niiden ominaisuuksia keskenään sekä sähköautojen asettamien akkuvaatimusten kanssa. Akkuteknologiakartoituksen ja ominaisuusvertailun avulla tutkimuksessa oli tarkoitus selvittää sähköautojen akkujen kehitystä menneestä nykyhetkeen ja luoda katsaus akkuteknologian tulevaisuuteen. Tutkimuksessa painotettiin akkujen suorituskykynäkökulmaa, mutta tutkimuksessa otettiin kantaa myös eri akkuteknologioiden turvallisuuteen, ympäristötekijöihin ja hintaan. Työ toteutettiin kirjallisuustutkimuksena ja lähteinä käytettiin alan kirjallisuutta, IEEE artikkeleita, tutkimusraportteja ja verkkodokumentteja. Lisäksi tutkimuksessa hyödynnettiin akku- ja sähköautovalmistajilta saatavaa tietoa, johon suhtauduttiin varauksin. Tutkimuksessa kävi ilmi, että erilaisia litiumioniakkuteknologioita käytetään tällä hetkellä eniten sekä täyssähköautoissa että pistokehybrideissä. Huomattiin, että akkujen suorituskyvyn kehittyminen on nopeutunut viime vuosina. Erityisesti akkujen energianvarastointikykyyn vaikuttavat ominaisenergiatasot ovat kasvaneet selkeästi. Nykyisen kehittyneen litiumioniakkuteknologian todettiin täyttävän jo osittain lähivuosien suorituskykytavoitteet. Tutkimuksessa tultiin siihen tulokseen, että litiumrikkiakkuteknologia voi korvata litiumioniakkuteknologian ainakin täyssähköautoissa parempien ominaisenergiatasojen ja halvempien valmistuskustannuksien takia. Myös litiumilma-akkuteknologialla havaittiin olevan mahdollisuuksia haastaa muut litiumakkuteknologiat seuraavalla vuosikymmenellä. Tutkimuksen johtopäätöksenä todetaan, että sähköautot voivat kaupallistua laajemmin lähivuosina akkujen suorituskykyominaisuuksien kehittyessä jatkuvasti. Suorituskykyominaisuuksien parantuminen tulee todennäköisesti johtamaan siihen, että täyssähköautot yleistyvät enemmän ja pistokehybridit tulevat jäämään sähköautojen välivaiheeksi. Uusien akkuteknologioiden käyttöönotto kaupallisiin sähköautoihin voi viedä kuitenkin odotettua kauemmin, sillä akut tarvitsevat huolellista testausta ja käyttöönotto edellyttää, että kaikki ominaisuudet ovat vaaditulla tasolla.