Comparison of electricity generation costs

The economical competitiveness of various power plant alternatives is compared. The comparison comprises merely electricity producing power plants. Combined heat and power (CHP) producing power will cover part of the future power deficit in Finland, but also condensing power plants for base load production will be needed. The following types of power plants are studied: nuclear power plant, combined cycle gas turbine plant, coal-fired condensing power plant, peat-fired condensing power plant, wood-fired condensing power plant and wind power plant. The calculations are carried out by using the annuity method with a real interest rate of 5 % per annum and with a fixed price level as of January 2008. With the annual peak load utilization time of 8000 hours (corresponding to a load factor of 91,3 %) the production costs would be for nuclear electricity 35,0 €/MWh, for gas based electricity 59,2 €/MWh and for coal based electricity 64,4 €/MWh, when using a price of 23 €/tonCO2 for the carbon dioxide emission trading. Without emission trading the production cost of gas electricity is 51,2 €/MWh and that of coal electricity 45,7 €/MWh and nuclear remains the same (35,0 €/MWh) In order to study the impact of changes in the input data, a sensitivity analysis has been carried out. It reveals that the advantage of the nuclear power is quite clear. E.g. the nuclear electricity is rather insensitive to the changes of nuclear fuel price, whereas for natural gas alternative the rising trend of gas price causes the greatest risk. Furthermore, increase of emission trading price improves the competitiveness of the nuclear alternative. The competitiveness and payback of the nuclear power investment is studied also as such by using various electricity market prices for determining the revenues generated by the investment. The profitability of the investment is excellent, if the market price of electricity is 50 €/MWh or more.

Bioenergian ja tuulivoiman rooli kasvihuonekaasupäästöjen rajoittamiseksi

Työssä käydään läpi bioenergian ja tuulivoiman osuuksia Suomen energiantuotannossa, sekä niiden mahdollisuuksia kasvihuonekaasupäästöjen vähentämisessä.

Kolmen vapausasteen akseliston ohjaaminen mikroprosessorilla

Diplomityön tavoitteena on tehdä lasertyöasemalle liikkuva kolmen vapausasteen akselisto liikuttamaan laser-laitteiston skanneripäätä. Liikkeen tarkkuus ja tarkka toistettavuus ovat tärkeitä. Moottoreiden liikkeen nopeus sekä kiihdytys- ja jarrutusparametrien täytyy olla määriteltävissä jokaiselle moottorille erikseen. Kolmen vapausasteen akselisto muodostetaan käyttäen kolmea askelmoottoria ja lineaarivaihteistoa. Akselisto liikkuu vaaka-, pysty-, ja syvyyssuunnassa. Työssä kehitetään C-kielinen ohjelma käytettävälle prosessorille ja suunnitellaan ohjainkortti lopullista prototyyppiä varten. Moottoreiden ohjaus ja hallinta toteutetaan AT91S256-prosessorilla, jota ohjataan tietokoneen avulla RS-232 -väylää käyttäen. Vaatimuksena on myös mahdollisuus ohjata askelmoottorin sijasta servomoottoreita samalla ohjelmalla. Tietokoneen käyttöliittymä suunnitellaan erikseen.

Tuulivoimapuiston keskijänniteverkon teknistaloudellinen optimointi

Euroopan Unionin asettamat tavoitteet uusiutuvien energialähteiden lisäämiselle sähköntuotannossa ovat johtamassa tuulivoimalla tuotetun sähkön merkittävään kasvamiseen. Suomeenkin suunnitellaan suuria, useista kymmenistä tuulivoimaloista koostuvia tuulivoimapuistoja niin maalle kuin merelle. Tuulivoimapuiston suunnittelu on kokonaisuudessaan pitkä prosessi, johon sisältyy sähköteknisen suunnittelun lisäksi myös ympäristövaikutusten arviointiohjelma ja erinäiset lupa-asiat. Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää menetelmiä, joiden avulla suurten tuulivoimapuistojen keskijänniteverkon teknistaloudellinen suunnittelu helpottuisi. Tuulivoimapuiston keskijänniteverkon parhaan teknistaloudellisen ratkaisun löytyminen riippuu useista muuttujista. Työssä kehitettiin laskentamallipohja, jonka avulla voidaan helposti ja nopeasti tarkastella erilaisten ratkaisuiden vaikutusta kokonaisuuteen. Tavoite on optimoida teknistaloudellisessa mielessä koko tuulivoimapuiston sisäinen keskijänniteverkko. Kehitettyä laskentamallipohjaa hyödynnettiin esimerkkiprojektina olleen tuulivoimapuiston keskijänniteverkon suunnittelussa. Mallin avulla voidaan laskea nopeasti verkon kustannukset koko pitoajalta. Kustannuslaskelmissa otetaan huomioon investointi-, häviö- ja keskeytyskustannukset.

Tuulivoimakäytön verkkoliitynnät ja mittaukset

Tässä työssä tutkitaan muuttuvanopeuksisen tuulivoimakäytön verkkoliityntöjä, verkkomääräyksiä ja mittausmenetelmiä Euroopassa. Yleiset tuulivoimalaitoksen verkkomääräyksiin liittyvät asiat on selitetty standardisarjassa IEC 61000 ja mittauksiin liittyvät säännökset standardissa IEC 61400-21. Työssä selvitetään Euroopan yleiset verkkomääräykset ja vertaillaan niitä keskenään, sekä määritetään tärkeimmät mittaukset. Lisäksi esitellään eräs standardimittauksiin soveltuva mittalaite ja analysoidaan täystehomuokkaimen suorituskykyä tuulivoimapuistossa. Työssä havaittiin, että standardin mukaisten mittausten toteuttaminen ja analysointi on hyvin haastava prosessi. Verkkomääräysten eroavaisuudet aiheuttavat hankaluuksia tuulivoimalan valmistajan ja verkko-operaattorien välillä. Täten myös konvertterivalmistajan täytyy olla selvillä käytössä olevista verkkomääräyksistä ja standardeista.

Jäähdytysnestekierron optimointi tuuliturbiinin konvertterikaapistoon

Diplomityössä perehdytään tuuliturbiinin konvertterikaapiston nestekierron tarkasteluun ja mittausten suunnitteluun sitä varten. Tarkastelun tulokset ovat yhdistettävissä konvertterikaapiston ilmapuolen jäähdytykseen, jolloin koko jäähdytysjärjestelmä on katettu. Työn alkupuolella perehdytään lyhyesti nykyhetken tuulivoimaan. Tämän jälkeen tarkastellaan itse konvertterikaapistoa, sen toimintaa sekä nestejäähdytyksen toteutusta komponentteineen. Työn keskimmäisessä osassa konvertterille tehtiin virtaustekninen malli aiempaa mittausdataa hyväksi käyttäen. Tällä mallilla suoritettiin herkkyystarkasteluja ja simuloitiin konvertterikaapiston nestekierron käyttäytymistä yhden tai useamman haaran tukkeutuessa osittain tai kokonaan. Lisäksi suunniteltiin uusi nestekierto. Lopuksi selvitetään mittauksissa tarvittava laitteisto, perehdytään kunkin laitteen toimintaperiaatteeseen sekä selvennetään suositeltavat asennuspaikat ja suojaetäisyydet.

Sähköinen tarkastuslista rakennusteollisuuden laadunvalvonnan tukena

Rakennusteollisuus on tunnettu useita muita aloja hitaammasta uuden teknologian käyttöönotosta. Yleisesti käytössä on hyvin perinteinen paperia ja kynää hyödyntävä tiedontallennuskäytäntö. Paperin käytössä tiedon tallennusvälineenä on useita ongelmia kuten säilytettävyys ja hallittavuus, joista päästään eroon siirtymällä sähköiseen tiedon tallennukseen. Laadun varmistamiseksi voidaan käyttää tarkastuslistoja, jotka toimivat tarkastuksien suorittajan muistin tukena. Muutettaessa tarkastuslista sähköiseen muotoon, voidaan välttyä paperisen tarkastuslistan ongelmilta, kuten käsialan tunnistamiselta ja merkintätapojen vaihtelevuudelta. Tässä diplomityössä käsitellään rakennusteollisuuden laadunhallinnan nykytilaa sekä sähköisen tarkastuslistan käyttöä rakennusteollisuuden laadunvalvonnassa. Lisäksi esitellään prototyyppi sähköisestä tarkastuslistasta osana laadunvalvontaa. Sähköinen tarkastuslista toteutetaan dynaamisesti niin, että tarkastuslistojen pohjalta on mahdollista luoda käyttöliittymä kyseessä olevan listan mukaisesti päätelaitteelle. Sähköisen tarkastuslistan prototyyppi on toteutettu WWW-sovelluspalveluna (World Wide Web), joka mahdollistaa useiden erilaisten päätelaitteiden hyödyntämisen.

Integrating distributed generation and Smart Grids into single-family house

This study examines Smart Grids and distributed generation, which is connected to a single-family house. The distributed generation comprises small wind power plant and solar panels. The study is done from the consumer point of view and it is divided into two parts. The first part presents the theoretical part and the second part presents the research part. The theoretical part consists of the definition of distributed generation, wind power, solar energy and Smart Grids. The study examines what the Smart Grids will enable. New technology concerning Smart Grids is also examined. The research part introduces wind and sun conditions from two countries. The countries are Finland and Germany. According to the wind and sun conditions of these two countries, the annual electricity production from wind power plant and solar panels will be calculated. The costs of generating electricity from wind and solar energy are calculated from the results of annual electricity productions. The study will also deal with feed-in tariffs, which are supporting systems for renewable energy resources. It is examined in the study, if it is cost-effective for the consumers to use the produced electricity by themselves or sell it to the grid. Finally, figures for both countries are formed. The figures include the calculated cost of generating electricity from wind power plant and solar panels, retail and wholesale prices and feed-in tariffs. In Finland, it is not cost-effective to sell the produced electricity to the grid, before there are support systems. In Germany, it is cost-effective to sell the produced electricity from solar panels to the grid because of feed-in tariffs. On the other hand, in Germany it is cost-effective to produce electricity from wind to own use because the retail price is higher than the produced electricity from wind.

Tuotannonohjauksen kehittäminen piensarjatuotannossa

Tämä diplomityö käsittelee teollisen yrityksen tuotannonohjauksen kehittämistä piensarjatuotannossa. Työn kohteena on ABB Oy:n Tuulivoimageneraattorit-tulosyksikkö, joka valmistaa vakiotuotteita asiakasohjautuvasti. Työssä esitellään aluksi tuotannon ja tuotannonohjauksen teoriaa. Lävitse käydään perusasioiden kuten määritelmien, tavoitteiden ja tehtävien lisäksi tuotannonohjausprosessia sekä tuotannonohjauksen tietotekniikkaa. Teorian jälkeisessä empiriaosuudessa esitellään työssä kehitettyjä keinoja tuotannonohjauksen parantamiseksi. Tutkimus on toteutettu teoreettisen ja empiirisen tutkimustyön avulla. Teoreettiseen tutkimustyöhön sisältyi suomalaisiin ja ulkomaalaisiin kirjallisuuslähteisiin perehtyminen. Empiirinen tutkimustyö suoritettiin itsenäisen ongelman ratkaisutyön avulla. Tämä sisälsi kehittämiskohteiden analysoinnin, tarkempien kehittämistarpeiden määrityksen sekä kokeilujen kautta tapahtuneen kehittämistyön. Tutkimuksen päätavoitteena oli selvittää, miten tuotannonohjauksen kehittämisellä voidaan parantaa kohteena olevan tulosyksikön tuottavuutta ja kannattavuutta. Päätavoitteen pohjalta muodostettiin kuusi osatavoitetta: toimitusvarmuuden parantaminen, kapasiteetin kuormitusasteen nostaminen, kapasiteetin suunnittelun kehittäminen, läpäisyaikojen lyhentäminen, uuden ERP-järjestelmän vaatimusmäärittely sekä tuotannonohjausprosessin määrittäminen. Työssä rakennettiin neljään ensiksi mainittuun osatavoitteeseen tietotekniset sovellukset, jotka mahdollistavat osatavoitteiden suunnittelun ja ohjaamisen. Sovelluksia varten kullekin tuotteelle määriteltiin esimerkiksi työnvaiheketjut läpäisyaikoineen, kuormitusryhmät, kuormitusryhmien kapasiteetit, tuotteiden kuormittavuudet sekä kriittiset työvälineet. Työ osoitti, että tietotekniikka auttaa suuresti tuotannonohjauksessa. Lisääntynyt läpinäkyvyys, parantunut tiedonkulku, simulointimahdollisuudet sekä graafinen esitystapa helpottavat erilaisten suunnitelmien teossa ja parantavat siten päätöksenteon laatua. Tietotekniikan hyväksikäytön pohjana toimii tuotannon perus- ja tapahtumatietojen kurinalainen päivitys. Tämän vuoksi tietojärjestelmistä kannattaa rakentaa mahdollisimman yksinkertaisia.

Palveluväylän hyödyntäminen palvelukeskeisessä arkkitehtuurissa

Palvelukeskeinen arkkitehtuuri on uusi tapa rakentaa tietojärjestelmiä. Se perustuu siihen, että logiikasta koostetaan yleiskäyttöisiä palveluita, joita tarjotaan muiden järjestelmän osien käyttöön. Tällöin samoja asioita ei tarvitse toteuttaa moneen kertaan ja järjestelmää voidaan hyödyntää tehokkaasti ja monipuolisesti. Näiden palveluiden hallinnassa voidaan hyödyntää palveluväyliä, eli ESB -tuotteita. Palveluväylät sisältävät erilaisia mekanismeja, joiden avulla palveluihin liittyvää viestiliikennettä voidaan reitittää, muokata ja valvoa eri tavoin. Nykyisissä palvelukeskeisissä toteutuksissa käytetään usein XML -kieleen pohjautuvia Web Service -määrityksiä. Ne tarjoavat ympäristöriippumattoman pohjan, joka täyttää suoraan useita palvelukeskeisen arkkitehtuurin vaatimuksia. Määritysten ympärille on myös paljon valmiita laajennuksia, joiden avulla palveluihin voidaan liittää lisätoiminnallisuutta. Lahden kaupunki lähti Fenix -projektin yhteydessä kehittämään uutta kuntien käyttöön soveltuvaa järjestelmää, joka hyödyntää palvelukeskeisen arkkitehtuurin periaatteita. Järjestelmä jaettiin selkeisiin kerroksiin siten, että käyttöliittymä erotettiin palvelulogiikoista palveluväylän avulla. Tällöin järjestelmä saatiin jaettua loogisiin kokonaisuuksiin, joilla on selkeä rooli. Taustapalvelut hoitavat käsitteiden hallinnan, sekä niihin liittyvät liiketoimintasäännöt. Käyttöliittymäkerros hoitaa tiedon esittämisen ja tarjoaa graafisen, selainpohjaisen käyttöliittymän palveluihin. Palveluväylä hoitaa liikenteen reitittämisen, sekä huolehtii palveluihin liittyvistä käyttöoikeuksista ja tilastoinnista. Lopputuloksena on loputtomiin laajennettavissa oleva järjestelmä, jonka päälle voidaan kehittää erilaisia sähköisiä palveluita kunnan ja sen asukkaiden välille.

Täystehokonvertterin tehohäviöt ja hyötysuhde

Diplomityössä perehdytään tuuliturbineissa käytettyjen täystehokonvertterien tehohäviöihin ja hyötysuhteeseen. Täystehokonvertterissa generaattorin tuottama sähköteho tasasuunnataan hyvällä hyötysuhteella aktiivisella geenraattorisillalla konvertterin välipiiriin ja edelleen vaihtosuunnataan aktiivisella verkkovaihtosuuntaajasillalla siirtoverkkoon. Työn tarkoituksena on antaa yleiskuva tehohäviöiden jakautumisesta ja yksinkertaistaa niiden laskentaa. Häviömekanismit ja häviöiden määräytyminen esitellään pääkomponenttitasolla. Tehohäviöiden osalta keskitytään erityisesti muuntajateräksestä valmistettujen sinisuotimien ja du/dt-suotimien rautahäviöihin. Ongelmana rautahäviöiden määrittämisessä on korkeilla taajuuksilla tapahtuvat häviöt, joiden laskentaan ei ole yleensä saatavilla tarvittavia materiaaliparametrejä. Tehohäviöiden laskentaa varten toteutettu laskentasovellus on esitelty periaatteellisina vuokaavioina ja sovelluksella saatavia tuloksia on esitetty ja vertailtu mitattuihin tuloksiin.

HTML-teknologian hyödyntäminen Web-sovelluksen prototypoinnissa

Käyttöliittymä on rajapinta käyttäjän ja järjestelmän tarjoamien toimintojen välillä ja sen toimivuus vaikuttaa toimintojen suorittamiseen joko positiivisesti tai negatiivisesti. Täten sovelluksen suunnitteluvaiheessa on hyvä arvioida käyttöliittymän ja sen toimintojen laatua ja kokeilla ideoiden toimivuutta rakentamalla asiasta prototyyppejä. Prototypoinnilla voidaan tunnistaa ja korjata mahdolliset ongelmat jo suunnittelupöydällä. Tämä diplomityö käsittelee Web-sovelluksen kehityksen aikana toteutettua käyttöliittymän ja sen toimintojen prototypointia. Käyttöliittymien mallintamista voidaan toteuttaa erilaisilla menetelmillä, joita työssä käydään läpi teknologisista näkökulmista eli miten prototypointimenetelmiä voidaan soveltaa projektin eri vaiheissa. Prototypoinnin apuna käytettäviin työkaluihin luodaan lyhyt katsaus esitellen yleisellä tasolla muutamia eri sovelluskategorian ohjelmistoja ja lisäksi käsitellään suunnittelumallien hyödyntämistä. Työ osoittaa, että yleisiä prototypointimenetelmiä ja -periaatteita voidaan soveltaa Web-sovellusten prototypoinnissa. Prototypointi on hyödyllistä aloittaa luonnostelemalla ja jatkaa aikaisessa vaiheessa HTML-malleihin, joilla päästään lähelle toteutuksen teknologioita ja mallintamaan sovelluksen luonnetta, ilmettä, tuntumaa ja vuorovaikutusta. HTML-prototyypeistä voidaan jalostaa sekoitetun tarkkuuden malleja ja ne toimivat toteutuksen perustana. Jatkokehityksessä ideoita voidaan esittää useilla eri tarkkuuden tekniikoilla.

Kuljetusten suunnittelujärjestelmän toteutus

Kuusakoski Oy on maailmanlaajuisesti toimiva kierrätysyritys, jolla on yli 100 toimipistettä 10 eri maassa. Toimipisteistä osa pelkästään vastaanottaa kierrätysmateriaalia, osassa suoritetaan myös kierrätysmateriaalin jatkojalostusta. Lisäksi Kuusakoski Oy tarjoaa kierrätysmateriaalin noutopalvelua asiakkailleen. Edellä mainituista syistä kuljetus ja logistiikka nousevat yrityksen toiminnassa merkittävään rooliin. Tässä diplomityössä tehtiin Kuusakoski Oy:n kuljetusten suunnittelujärjestelmän toteutus. Järjestelmän toteutuksen teknisessä tutkimisessa keskityttiin kolmeen pääaiheeseen: ohjelmistoarkkitehtuuriin, karttapalvelujen sekä ajoneuvopäätteen ja toimistosovellusten väliseen rajapintaan. Diplomityön empiirisessä osuudessa käsitellään järjestelmän toimintaa sekä tietokannan että käyttöliittymän näkökulmasta.

DFMA-ohjeistuksen laatiminen tuulivoimateollisuuden mekaniikkasuunnittelijoille

Osien hyvä valmistettavuus on aina asettanut haasteita suunnittelulle. Yritysten verkostoituminen lisää haasteellisuutta, kun tuotteiden suunnittelu tehdään erillään kokoonpanosta ja osavalmistus tapahtuu alihankintana. Tällöin on ensiarvoisen tärkeää, että suunnittelulla on tarvittavat perustiedot eri valmistusmenetelmistä, jotta suunniteltujen osien valmistus ja kokoonpano luonnistuu ongelmitta. Työn alun kirjallisuusosiossa käsitellään suunnittelun teoriaa, joka toimii perustana hyvälle osasuunnittelulle. Teorian lisäksi työssä käsitellään eri työmenetelmiä koskevat rajoitukset ja mahdollisuudet. Oikein suunniteltu osa on työstömenetelmien kannalta hyvin valmistettavissa, työ voidaan tehdä taloudellisilla työmenetelmillä ja kokoonpanossa osat sopivat yhteen ilman sovitustyötä. Käytännön osuudessa on käsitelty The Switch Drive Systems Oy:n tuotteiden valmistettavuuden kehityskohteita, joilla tuotteiden valmistettavuutta voidaan parantaa. Kehityskohteiden perusteella on laadittu valmistusmenetelmäkohtainen suunnittelun ohjeistus, jonka avulla kehitetään The Switchin suunnittelua vastaamaan paremmin laitetoimittajien tarpeisiin. Näiden ohjeistuksien avulla voidaan kehittää suunnittelutyötä siten, että osien valmistettavuus sekä laatu paranevat ja kokoonpano nopeutuu.

Mobiilin työajanhallinnan ohjelmistokehitys

Työajan seuranta ja kohdistaminen oikeisiin kustannuslajeihin on yrityksen suorituskyvyn ja kasvun kannalta usein välttämättömyys. Tässä työssä tutkitaan mobiiliteknologioiden mahdollisuuksia ja soveltuvuutta tuottaa palveluita työajan hallinnointiin, valitaan sopiva arkkitehtuuri ja kehitetään Java ME –teknologialla prototyyppi, joka on helposti integroitavissa yrityksen nykyisiin palvelinpuolen järjestelmiin ja tietokantoihin. Työn sovellusosuudessa kuvataan prototyypin ohjelmoinnissa käytetyt työkalut, menetelmät, ongelmakohdat sekä niiden ratkaisut. Suunnitelluissa käyttötapauksissa tapahtumatiedot syötetään manuaalisesti puhelimen käyttöliittymän kautta tai automatisoidummin kerätään kustannuskohdistetietoa työkohteisiin sijoitetuista NFC-tageista. Työaikaleimaamista testattiin emulaattorilla ja oikealla matkapuhelimella. Lopputuloksena asiakkaan työajanhallinnan tapahtumat siirtyvät langattomasti ja reaaliaikaisesti yrityksen webpalvelimelle JSON-formaatissa.