Modelling the super-equilibria in thermal biomass conversion : applications and limitations of the constrained free energy method

Bioenergi ses som en viktig del av det nu- och framtida sortimentet av inhemsk energi. Svartlut, bark och skogsavfall täcker mer än en femtedel av den inhemska energianvändningen. Produktionsanläggningar kan fungera ofullständigt och en mängd gas-, partikelutsläpp och tjära produceras samtidigt och kan leda till beläggningsbildning och korrosion. Orsaken till dessa problem är ofta obalans i processen: vissa föreningar anrikas i processen och superjämviktstillstånd är bildas. I denna doktorsavhandling presenteras en ny beräkningsmetod, med vilken man kan beskriva superjämviktstillståndet, de viktigaste kemiska reaktionerna, processens värmeproduktion och tillståndsstorheter samtidigt. Beräkningsmetoden grundar sig på en unik frienergimetod med bivillkor som har utvecklats vid VTT. Den här så kallade CFE-metoden har tidigare utnyttjats i pappers-, metall- och kemiindustrin. Applikationer för bioenergi, vilka är demonstrerade i doktorsavhandlingen, är ett nytt användingsområde för metoden. Studien visade att beräkningsmetoden är väl lämpad för högtemperaturenergiprocesser. Superjämviktstillstånden kan uppstå i dessa processer och det kemiska systemet kan definieras med några bivillkor. Typiska tillämpningar är förbränning av biomassa och svartlut, förgasning av biomassa och uppkomsten av kväveoxider. Också olika sätt att definiera superjämviktstillstånd presenterades i doktorsavhandlingen: empiriska konstanter, empiriska hastighetsuttryck eller reaktionsmekanismer kan användas. Resultaten av doktorsavhandlingen kan utnyttjas i framtiden i processplaneringen och i undersökning av nya tekniska lösningar för förgasning, förbränningsteknik och biobränslen. Den presenterade metoden är ett bra alternativ till de traditionella mekanistiska och fenomenmodeller och kombinerar de bästa delarna av både. --------------------------------------------------------------- Bioenergia on tärkeä osa nykyistä ja tulevaa kotimaista energiapalettia. Mustalipeä, kuori ja metsätähteet kattavat yli viidenneksen kotimaisesta energian kulutuksesta. Tuotantolaitokset eivät kuitenkaan aina toimi täydellisesti ja niiden prosesseissa syntyy erilaisia kaasu- ja hiukkaspäästöjä, tervoja sekä prosessilaitteita kuluttavia saostumia ja ruostumista. Usein syy näihin ongelmiin on prosessissa esiintyvä epätasapainotila: tietyt yhdisteet rikastuvat prosessissa ja muodostavat supertasapainotiloja. Väitöstyössä kehitettiin uusi laskentamenetelmä, jolla voidaan kuvata nämä supertasapainotilat, tärkeimmät niihin liittyvät kemialliset reaktiot, prosessin lämmöntuotanto ja tilansuureet yhtä aikaa. Laskentamenetelmä perustuu VTT:llä kehitettyyn ainutlaatuiseen rajoitettuun vapaaenergiamenetelmään. Tätä niin kutsuttua CFE-menetelmää on aiemmin sovelluttu onnistuneesti muun muassa paperi-, metalli- ja kemianteollisuudessa. Väitöstyössä esitetyt bioenergiasovellukset ovat uusi sovellusalue menetelmälle. Työ osoitti laskentatavan soveltuvan hyvin korkealämpöisiin energiatekniikan prosesseihin, joissa kemiallista systeemiä rajoittavia tekijöitä oli rajallinen määrä ja siten super-tasapainotila saattoi muodostua prosessin aikana. Tyypillisiä sovelluskohteita ovat biomassan ja mustalipeän poltto, biomassan kaasutus ja typpioksidipäästöt. Työn aikana arvioitiin myös erilaisia tapoja määritellä super-tasapainojen muodostumista rajoittavat tekijät. Rajoitukset voitiin tehdä teollisiin mittauksiin pohjautuen, kokeellisia malleja hyödyntäen tai mekanistiseen reaktiokinetiikkaan perustuen. Tulevaisuudessa väitöstyön tuloksia voidaan hyödyntää prosessisuunnittelussa ja tutkittaessa uusia teknisiä ratkaisuja kaasutus- ja polttotekniikoissa sekä biopolttoaineiden tutkimuksessa. Kehitetty menetelmä tarjoaa hyvän vaihtoehdon perinteisille mekanistisille ja ilmiömalleille yhdistäen näiden parhaita puolia.

Zum Problem der Übersetzung von Gedichten : auch vom Gesichtspunkt des Computers

Abstract

A new heuristic method for solving spatially constrained forest planning problems based on mitigation of infeasibilities radiating outward from a forced choice

[Abstract]

Generating a raster map presentation of a forest resource by solving a transportation problem

Abstract

Peso problem anddevaluation expectations: Evidence from Latin America

Tämän tutkielman tavoitteena on tutkia peso-ongelmaa sekä devalvaatio-odotuksia seuraavissa Latinalaisen Amerikan maissa: Argentiina, Brasilia, Costa Rica, Uruguay ja Venezuela. Lisäksi tutkitaan, onko peso-ongelmalla mahdollista selittää korkojen epäsäännöllistä käyttäytymistä ennen todellisen devalvaation tapahtumista. Jotta näiden tutkiminen olisi mahdollista, lasketaan markkinoiden odotettu devalvaation todennäköisyys tutkittavissa maissa. Odotettu devalvaation todennäköisyys lasketaan aikavälillä tammikuusta 1996 joulukuuhun 2006 käyttäen kahta erilaista mallia. Korkoero-mallin mukaan maiden välisestä korkoerosta on mahdollista laskea markkinoiden devalvaatio-odotukset. Toiseksi, Probit-mallissa käytetään useita makrotaloudellisia tekijöitä selittävinä muuttujina laskettaessa odotettua devalvaation todennäköisyyttä. Lisäksi tutkitaan, miten yksittäisten makrotaloudellisten muuttujien kehitys vaikuttaa odotettuun devalvaation todennäköisyyteen. Empiiriset tulokset osoittavat, että tutkituissa Latinalaisen Amerikan maissa oli peso-ongelma aikavälillä tammikuusta 1996 joulukuuhun 2006. Korkoero-mallin tulosten mukaan peso-ongelma löytyi kaikista muista tutkituista maista lukuun ottamatta Argentiinaa. Vastaavasti Probit-mallin mukaan peso-ongelma löytyi kaikista tutkituista maista. Tulokset osoittavat myös, että korkojen epäsäännöllinen kehitys ennen varsinaista devalvaatiota on mahdollista selittää peso-ongelmalla. Probit-mallin tulokset osoittavat lisäksi, että makrotaloudellisten muuttujien kehityksellä ei ole mitään tiettyä kaavaa liittyen siihen, kuinka ne vaikuttavat markkinoiden devalvaatio-odotuksiin Latinalaisessa Amerikassa. Pikemmin vaikutukset näyttävät olevan maakohtaisia.

Patents in the Information and Communications Technology Sector - Development Trends, Problem Areas and Pressures for Change

The patent system was created for the purpose of promoting innovation by granting the inventors a legally defined right to exclude others in return for public disclosure. Today, patents are being applied and granted in greater numbers than ever, particularly in new areas such as biotechnology and information andcommunications technology (ICT), in which research and development (R&D) investments are also high. At the same time, the patent system has been heavily criticized. It has been claimed that it discourages rather than encourages the introduction of new products and processes, particularly in areas that develop quickly, lack one-product-one-patent correlation, and in which theemergence of patent thickets is characteristic. A further concern, which is particularly acute in the U.S., is the granting of so-called 'bad patents', i.e. patents that do not factually fulfil the patentability criteria. From the perspective of technology-intensive companies, patents could,irrespective of the above, be described as the most significant intellectual property right (IPR), having the potential of being used to protect products and processes from imitation, to limit competitors' freedom-to-operate, to provide such freedom to the company in question, and to exchange ideas with others. In fact, patents define the boundaries of ownership in relation to certain technologies. They may be sold or licensed on their ownor they may be components of all sorts of technology acquisition and licensing arrangements. Moreover, with the possibility of patenting business-method inventions in the U.S., patents are becoming increasingly important for companies basing their businesses on services. The value of patents is dependent on the value of the invention it claims, and how it is commercialized. Thus, most of them are worth very little, and most inventions are not worth patenting: it may be possible to protect them in other ways, and the costs of protection may exceed the benefits. Moreover, instead of making all inventions proprietary and seeking to appropriate as highreturns on investments as possible through patent enforcement, it is sometimes better to allow some of them to be disseminated freely in order to maximize market penetration. In fact, the ideology of openness is well established in the software sector, which has been the breeding ground for the open-source movement, for instance. Furthermore, industries, such as ICT, that benefit from network effects do not shun the idea of setting open standards or opening up their proprietary interfaces to allow everyone todesign products and services that are interoperable with theirs. The problem is that even though patents do not, strictly speaking, prevent access to protected technologies, they have the potential of doing so, and conflicts of interest are not rare. The primary aim of this dissertation is to increase understanding of the dynamics and controversies of the U.S. and European patent systems, with the focus on the ICT sector. The study consists of three parts. The first part introduces the research topic and the overall results of the dissertation. The second part comprises a publication in which academic, political, legal and business developments that concern software and business-method patents are investigated, and contentiousareas are identified. The third part examines the problems with patents and open standards both of which carry significant economic weight inthe ICT sector. Here, the focus is on so-called submarine patents, i.e. patentsthat remain unnoticed during the standardization process and then emerge after the standard has been set. The factors that contribute to the problems are documented and the practical and juridical options for alleviating them are assessed. In total, the dissertation provides a good overview of the challenges and pressures for change the patent system is facing,and of how these challenges are reflected in standard setting.

Measurement Problems and Problem-Solving in Kraft Pulping

Tämän työn tarkoituksena on koota yhteen selluprosessin mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat ongelmien ratkaisemiseksi. Pääpaino on online-mittaustekniikoissa. Työ koostuu kolmesta osasta. Ensimmäinen osa on kirjallisuustyö, jossa esitellään nykyaikaisen selluprosessin perusmittaukset ja säätötarpeet. Mukana on koko kuitulinja puunkäsittelystä valkaisuun ja kemikaalikierto: haihduttamo, soodakattila, kaustistamo ja meesauuni. Toisessa osassa mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat on koottu yhteen ”tiekartaksi”. Tiedot on koottu vierailemalla kolmella suomalaisella sellutehtaalla ja haastattelemalla laitetekniikka- ja mittaustekniikka-asiantuntijoita. Prosessikemian paremmalle ymmärtämiselle näyttää haastattelun perusteella olevan tarvetta, minkä vuoksi konsentraatiomittaukset on valittu jatkotutkimuskohteeksi. Viimeisessä osassa esitellään mahdollisia mittaustekniikoita konsentraatiomittausten ratkaisemiseksi. Valitut tekniikat ovat lähi-infrapunatekniikka (NIR), fourier-muunnosinfrapunatekniikka (FTIR), online-kapillaarielektroforeesi (CE) ja laserindusoitu plasmaemissiospektroskopia (LIPS). Kaikkia tekniikoita voi käyttää online-kytkettyinä prosessikehitystyökaluina. Kehityskustannukset on arvioitu säätöön kytketylle online-laitteelle. Kehityskustannukset vaihtelevat nollasta miestyövuodesta FTIR-tekniikalle viiteen miestyövuoteen CE-laitteelle; kehityskustannukset riippuvat tekniikan kehitysasteesta ja valmiusasteesta tietyn ongelman ratkaisuun. Työn viimeisessä osassa arvioidaan myös yhden mittausongelman – pesuhäviömittauksen – ratkaisemisen teknis-taloudellista kannattavuutta. Ligniinipitoisuus kuvaisi nykyisiä mittauksia paremmin todellista pesuhäviötä. Nykyään mitataan joko natrium- tai COD-pesuhäviötä. Ligniinipitoisuutta voidaan mitata UV-absorptiotekniikalla. Myös CE-laitetta voitaisiin käyttää pesuhäviön mittauksessa ainakin prosessikehitysvaiheessa. Taloudellinen tarkastelu pohjautuu moniin yksinkertaistuksiin ja se ei sovellu suoraan investointipäätösten tueksi. Parempi mittaus- ja säätöjärjestelmä voisi vakauttaa pesemön ajoa. Investointi ajoa vakauttavaan järjestelmään on kannattavaa, jos todellinen ajotilanne on tarpeeksi kaukana kustannusminimistä tai jos pesurin ajo heilahtelee eli pesuhäviön keskihajonta on suuri. 50 000 € maksavalle mittaus- ja säätöjärjestelmälle saadaan alle 0,5 vuoden takaisinmaksuaika epävakaassa ajossa, jos COD-pesuhäviön vaihteluväli on 5,2 – 11,6 kg/odt asetusarvon ollessa 8,4 kg/odt. Laimennuskerroin vaihtelee tällöin välillä 1,7 – 3,6 m3/odt asetusarvon ollessa 2,5 m3/odt.

Analyzing Carbon Trade Permits in Optimization Framework

The threats caused by global warming motivate different stake holders to deal with and control them. This Master's thesis focuses on analyzing carbon trade permits in optimization framework. The studied model determines optimal emission and uncertainty levels which minimize the total cost. Research questions are formulated and answered by using different optimization tools. The model is developed and calibrated by using available consistent data in the area of carbon emission technology and control. Data and some basic modeling assumptions were extracted from reports and existing literatures. The data collected from the countries in the Kyoto treaty are used to estimate the cost functions. Theory and methods of constrained optimization are briefly presented. A two-level optimization problem (individual and between the parties) is analyzed by using several optimization methods. The combined cost optimization between the parties leads into multivariate model and calls for advanced techniques. Lagrangian, Sequential Quadratic Programming and Differential Evolution (DE) algorithm are referred to. The role of inherent measurement uncertainty in the monitoring of emissions is discussed. We briefly investigate an approach where emission uncertainty would be described in stochastic framework. MATLAB software has been used to provide visualizations including the relationship between decision variables and objective function values. Interpretations in the context of carbon trading were briefly presented. Suggestions for future work are given in stochastic modeling, emission trading and coupled analysis of energy prices and carbon permits.

Parallel-Operating Three-Phase Voltage Source Inverters – Circulating CurrentModeling, Analysis and Mitigation

The maximum realizable power throughput of power electronic converters may be limited or constrained by technical or economical considerations. One solution to this problemis to connect several power converter units in parallel. The parallel connection can be used to increase the current carrying capacity of the overall system beyond the ratings of individual power converter units. Thus, it is possible to use several lower-power converter units, produced in large quantities, as building blocks to construct high-power converters in a modular manner. High-power converters realized by using parallel connection are needed for example in multimegawatt wind power generation systems. Parallel connection of power converter units is also required in emerging applications such as photovoltaic and fuel cell power conversion. The parallel operation of power converter units is not, however, problem free. This is because parallel-operating units are subject to overcurrent stresses, which are caused by unequal load current sharing or currents that flow between the units. Commonly, the term ’circulatingcurrent’ is used to describe both the unequal load current sharing and the currents flowing between the units. Circulating currents, again, are caused by component tolerances and asynchronous operation of the parallel units. Parallel-operating units are also subject to stresses caused by unequal thermal stress distribution. Both of these problemscan, nevertheless, be handled with a proper circulating current control. To design an effective circulating current control system, we need information about circulating current dynamics. The dynamics of the circulating currents can be investigated by developing appropriate mathematical models. In this dissertation, circulating current models aredeveloped for two different types of parallel two-level three-phase inverter configurations. Themodels, which are developed for an arbitrary number of parallel units, provide a framework for analyzing circulating current generation mechanisms and developing circulating current control systems. In addition to developing circulating current models, modulation of parallel inverters is considered. It is illustrated that depending on the parallel inverter configuration and the modulation method applied, common-mode circulating currents may be excited as a consequence of the differential-mode circulating current control. To prevent the common-mode circulating currents that are caused by the modulation, a dual modulator method is introduced. The dual modulator basically consists of two independently operating modulators, the outputs of which eventually constitute the switching commands of the inverter. The two independently operating modulators are referred to as primary and secondary modulators. In its intended usage, the same voltage vector is fed to the primary modulators of each parallel unit, and the inputs of the secondary modulators are obtained from the circulating current controllers. To ensure that voltage commands obtained from the circulating current controllers are realizable, it must be guaranteed that the inverter is not driven into saturation by the primary modulator. The inverter saturation can be prevented by limiting the inputs of the primary and secondary modulators. Because of this, also a limitation algorithm is proposed. The operation of both the proposed dual modulator and the limitation algorithm is verified experimentally.

IDEAS for Strategic Technology Management: Design of an electronically mediated scenario method

The age-old adage goes that nothing in this world lasts but change, and this generation has indeed seen changes that are unprecedented. Business managers do not have the luxury of going with the flow: they have to plan ahead, to think strategies that will meet the changing conditions, however stormy the weather seems to be. This demand raises the question of whether there is something a manager or planner can do to circumvent the eye of the storm in the future? Intuitively, one can either run on the risk of something happening without preparing, or one can try to prepare oneself. Preparing by planning for each eventuality and contingency would be impractical and prohibitively expensive, so one needs to develop foreknowledge, or foresight past the horizon of the present and the immediate future. The research mission in this study is to support strategic technology management by designing an effective and efficient scenario method to induce foresight to practicing managers. The design science framework guides this study in developing and evaluating the IDEAS method. The IDEAS method is an electronically mediated scenario method that is specifically designed to be an effective and accessible. The design is based on the state-of-the-art in scenario planning, and the product is a technology-based artifact to solve the foresight problem. This study demonstrates the utility, quality and efficacy of the artifact through a multi-method empirical evaluation study, first by experimental testing and secondly through two case studies. The construction of the artifact is rigorously documented as justification knowledge as well as the principles of form and function on the general level, and later through the description and evaluation of instantiations. This design contributes both to practice and foundation of the design. The IDEAS method contributes to the state-of-the-art in scenario planning by offering a light-weight and intuitive scenario method for resource constrained applications. Additionally, the study contributes to the foundations and methods of design by forging a clear design science framework which is followed rigorously. To summarize, the IDEAS method is offered for strategic technology management, with a confident belief that it will enable gaining foresight and aid the users to choose trajectories past the gales of creative destruction and off to a brighter future.

Våld i parrelationer : en begreppslig undersökning av ett moraliskt och samhälleligt problem

Mäns våld mot kvinnor i parrelationer är ett förekommande problem i det finländska samhället. Som en moralisk fråga råder det ingen tvekan om att våld i parrelationer är orätt. Den moraliska diskussionen kan ändå inte stanna där. När våldsproblematiken studeras närmare träder flera aspekter av moralfilosofiskt intresse fram. Detta är dock sammanlänkat med hela avhandlingens utgångspunkt: att moralfrågor i första hand är frågor i första person. Det handlar om hur var och en av oss som de personer vi är förhåller oss till andra människor i olika situationer. Det handlar om hur varje enskild person berörs av, möter eller står tyst inför t.ex. en problematik som våld i parrelationer. Genom den här utgångspunkten problematiserar avhandlingen en vanlig syn på etik och moral som en uppsättning yttre regler eller som något vi helt objektivt kan resonera kring utan att själva egentligen beröras och bli indragna i det vi diskuterar, eller utan hänsyn till dem som faktiskt berörs. Tyngdpunkten i avhandlingen läggs på en moralisk begreppslig undersökning kring ett antal begrepp som stiger fram som relevanta i mötet med våld i parrelationer. De för avhandlingen centrala begreppen är offentligt-privat, rättvisa, rättigheter, makt, skam, skuld, förlåtelse, omsorg, tillit och ansvar. I avhandlingen har jag beskrivit, kritiskt analyserat samt fördjupat en förståelse av dessa begrepp och uttryck som både rör ett individ- och ett samhällsplan. Hur dessa begrepp och uttryck används och fungerar i olika sammanhang uttrycker moraliska förhållningssätt gentemot våld, offer och förövare. I avhandlingen synliggörs detta och en konkret förankring sker med hjälp av följande material: finländskt lagstiftningsmaterial (förarbeten till lagar som berör våld i parrelationer under perioden 1991-2006) och berättelser av kvinnor som upplevt våld. Den begreppsliga analysen, där bl.a. olika feministiska teoretiker används, visar att språket inte är neutralt. Språket kan vara färgat av flera självklara förutsättningar och distanserande begrepp kan användas på ett sådant sätt att det moraliskt mest centrala och brännande döljs.