Evaluation of the main energy scenarios for the global energy transition

Energy scenarios are used as a tool to examine credible future states and pathways. The one who constructs a scenario defines the framework in which the possible outcomes exist. The credibility of a scenario depends on its compatibility with real world experiences, and on how well the general information of the study, methodology, and originality and processing of data are disclosed. In the thesis, selected global energy scenarios’ transparency and desirability from the society’s point of view were evaluated based on literature derived criteria. The global energy transition consists of changes to social conventions and economic development in addition to technological development. Energy solutions are economic and ethical choices due to far-reaching impacts of energy decision-making. Currently the global energy system is mostly based on fossil fuels, which is unsustainable over the long-term due to various reasons: negative climate change impacts, negative health impacts, depletion of fossil fuel reserves, resource-use conflicts with water management and food supply, loss of biodiversity, challenge to preserve ecosystems and resources for future generations, and inability of fossil fuels to provide universal access to modern energy services. Nuclear power and carbon capture and storage cannot be regarded as sustainable energy solutions due to their inherent risks and required long-term storage. The energy transition is driven by a growing energy demand, decreasing costs of renewables, modularity and scalability of renewable technologies, macroeconomic benefits of using renewables, investors’ risk awareness, renewable energy related attractive business opportunities, almost even distribution of solar and wind resources on the planet, growing awareness of the planet’s environmental status, environmental movements and tougher environmental legislation. Many of the investigated scenarios identified solar and wind power as a backbone for future energy systems. The scenarios, in which the solar and wind potentials were deployed in largest scale, met best the set out sustainability criteria. In future research, energy scenarios’ transparency can be improved by better disclosure on who has ordered the study, clarifying the funding, clearly referencing to used sources and indicating processed data, and by exploring how variations in cost assumptions and deployment of technologies influence on the outcomes of the study.

Oliorelaatiotietokannan käyttö energianhallintajärjestelmässä

Empower Oy on energia-alan palveluja tarjoava yritys. Energianhallintajärjestelmää käytetään energiatietojen hallintaan ja ylläpitoon sekä tietojen esittämiseen loppukäyttäjille. Palvelun näytöt ja raportit on toteutettu web-pohjaisen käyttöliittymän kautta. Yhtiössä käynnistyi suurprojekti vanhan energianhallintajärjestelmän korvaamiseksi. Vanha järjestelmä otettiin käyttöön vuonna 1995 ja EMS-projekti käynnistettiin vuonna 2001. Diplomityö tehtiin osana EMS-projektia ja työn tavoitteina oli selvittää perusjärjestelmän käyttämän tietokantaratkaisun toimivuutta ja soveltuvuutta tehtävään sekä tutkailla eri tietokantamalleja teoreettisesti. Lisäksi työhön kuului erillisten haku- ja muutoskomponenttien ja rajapintojen toteuttaminen. Näiden avulla voidaan hakea ja muuttaa tietoa perusjärjestelmän pohjalla toimivasta oliorelaatiotietokannasta. Perusjärjestelmän DOR-tietokannaksi (Domain Object Repository) kutsuttu kokonaisuus on olioläheinen tietovarasto, josta tietoa haetaan ilmoittamalla haettavan olion tyyppi ja siihen liitoksissa olevat tyypit. Hakutulokseen mukaan haluttavat ominaisuudet ilmoitetaan kultakin tyypiltä erikseen. Haettaessa ja muutettaessa oliopohjaista DOR-tietoa, tulee noudattaa järjestelmän käyttämiä tietomalleja. Haku- ja muutoskomponentit toteutettiin Microsoftin kehittämällä .NET-teknologialla. Tietokantamallien teoreettinen tarkastelu auttoi ymmärtämään järjestelmän pohjalla toimivaa tietokantaratkaisua. Työssä selvisi, että perusjärjestelmän hyödyntämä oliorelaatiotietokanta soveltuu varsin hyvin tarkoitukseensa. Haku- ja muutoskomponenttien toteutus onnistui ja ne toimivat helppokäyttöisenä rajapintana energianhallintajärjestelmän tietokantaan.

Sähköisen liiketoiminnan vaikutukset suurten energiayhtiöiden myyntitoimintaan

Työn tavoitteena oli selvittää tutkimukseen valittujen energiayhtiöiden TXU Europen, Centrican, RWE:n, Vattenfallin, Royal Dutch/Shellin ja Statoilin sähköisen liiketoiminnan tavoitteita ja tarkoitusta. Ensin käytiin läpi sähköisen liiketoiminnan käsitteitä ja Internetin merkitystä. Seuraavaksi selvitettiin energiamarkkinoilla tapahtuneita muutoksia, joiden puitteissa sähköinen liiketoiminta energiamarkkinoilla tulisi ymmärtää. Lopuksi energiayhtiöiden sähköiset palvelut analysoitiin perusteellisesti tutkimuksessa rakennettua viitekehystä apuna käyttämällä. Tutkimus perustuu täysin julkiseen informaatioon.Tällä hetkellä koko energianmyyntiprosessin suorittaminen alusta loppuun on energiayhtiöiden verkkosivuilla mahdollista. Sivut ovat kehittyneet pelkistä kotisivuista tarjous-, sopimus- ja laskutusprosessitoiminnot sisältäviksi sähköisiksi kauppapaikoiksi. Palveluita on myös vähitellen alettu integroimaan yritysten operatiivisiin järjestelmiin ja räätälöityjen palveluiden kehitys korostuu tulevaisuudessa. Asiakkaan itsepalvelumahdollisuudet lisääntyvät. Lisäarvoa tuovia palveluita kehitetään asiakassuhdetta vähitellen uusilla tuotteilla vahvistaen, laajaan energiayhtiöpohjaan perustuen tai viemällä useita uusia energiaan liittyviä tuotteita ja myös uusia energiatuotteita kerralla markkinoille. Yhteistyön merkitys tuotepakettien kehittämisessä korostuu.

Energiatehokkuuden parantaminen teollisuushalleissa - Etelä-Karjalan pienten ja keskisuurten konepaja- ja kunnossapitoyritysten energiaohjelma

Työn tarkoituksena on lisätä Etelä-Karjalan pienten ja keskisuurten konepaja- ja kunnossapitoyritysten tietoisuutta energiatehokkuudesta sekä muista niitä koskettavista energia-asioista. Tietoisuuden lisäämiseksi tutkittiin yritysten energiankulutusta ja kulutustapoja. Tutkimusten pohjalta on kehitetty työkalu, energiaohjelma, jonka avulla tutkimuksen kohteena olleet yritykset voivat itse tarkastella omaa energiankulutustaan ja –tehokkuuttaan. Energiaohjelmaa lähdettiin kehittelemään tutkimuksessa mukana olevan yritysryhmään kuuluvien yritysten haastattelujen pohjalta. Lisäksi muutamiin kohteisiin käytiin tutustumassa energiatehokkuuden mahdollisiin parannuskohtiin paikan päällä. Ohjelma muodostettiin näissä tapahtumissa havainnoitujen tarpeiden pohjalta. Haastattelujen lisäksi tutkimuksessa on käytetty lähteenä myös kirjallisuutta, tärkeimpinä Suomen rakentamismääräyskokoelmat. Ohjelman testausta varten toteutettiin pilottiprojekti, josta saatiin laskennallisesti lupaavia tuloksia. Lämmöntalteenoton lisääminen teollisuushallin poistoilmaan osoittautui hyväksi tavaksi lisätä pilottiprojektissa mukana olleen yrityksen energiatehokkuutta ja hankkeen takaisinmaksuaika jäi alhaiseksi. Jatkoa ajatellen olisi hyvä, jos ohjelmaa voitaisiin kehittää edelleen samankaltaisten kohteiden avulla enemmän yrityksiä palvelevaksi kokonaisuudeksi.

The Present State and Future Prospects of a Manpower Pool as Part of Project Business

This research focused on operation of a manpower pool within a service business unit in Company X and aimed to identify how the operation should be improved in order to get most out of it concerning the future prospects of the service business unit. This was done by analyzing the current state of the manpower pool related operations in means of project business, project management and business models. The objective was to deepen the understanding and to highlight possible areas of improvement. The research was conducted as a qualitative single-case study utilizing also an action research method; the research approach was a combination of conceptual, action-oriented and constructive approaches. The primary data was collected with executing a comprehensive literature review and semi-structured theme interviews. The main results described how the manpower pool operates as part of the service business unit in project business by participating in different types of delivery projects; process flows for the project types were mapped. Project management was analyzed especially from the resource management point of view, and an Excel-based skills analysis model was constructed for this purpose. Utilization of operational business models was also studied to define strategic direction for development activities. The results were benchmarked against two competitors in order to specify lessons to be learnt from their use of operational business models.

Viability of part cargoes in tramp shipping company’s routing and scheduling decisions

Operational excellence of individual tramp shipping companies is important in today’s market, where competition is intense, freight revenues are modest and capital costs high due to global financial crisis, and tighter regulatory framework is generating additional costs and challenges to the industry. This thesis concentrates on tramp shipping, where a tramp operator in a form of an individual case company, specialized in short-sea shipping activities in the Baltic Sea region, is searching ways to map their current fleet operations and better understand potential ways to improve the overall routing and scheduling decisions. The research problem is related to tramp fleet planning where several cargoes are carried on board at the same time, which are here systematically referred to as part cargoes. The purpose is to determine the pivotal dimensions and characteristics of these part cargo operations in tramp shipping, and offer both the individual case company and wider research community better understanding of potential risks and benefits related to utilization of part cargo operations. A mixed method research approach is utilized in this research, as the objectives are related to complex, real-life business practices in the field of supply chain management and more specifically, maritime logistics. A quantitative analysis of different voyage scenarios is executed, including alternative voyage legs with varying cost structure and customer involvement. An on-line-based questionnaire designed and prepared by case company’s decision group again provides desired data of predominant attitudes and views of most important industrial customers regarding the part cargo-related operations and potential future utilization of this business model. The results gained from these quantitative methods are complied with qualitative data collection tools, along with suitable secondary data sources. Based on results and logical analysis of different data sources, a framework for characterizing the different aspects of part cargo operations is developed, utilizing both existing research and empirical investigation of the phenomenon. As conclusions, part cargoes have the ability to be part of viable fleet operations, and even increase flexibility among the fleet to a certain extent. Naturally, several hinderers for this development is recognized as well, such as potential issues with information gathering and sharing, inefficient port activities, and increased transit times.

Tulevaisuuden energiatehokas teollisuuspuisto

Tutkimuksessa selvitetään uusiutuvien energiateknologioiden soveltumista valmistavan teknologiateollisuuden toimintaan ja teollisuuspuistossa toimimisen tuottamia mahdollisia etuja yritysten energiankäytön osalta. Toimimalla teollisuuspuistossa yritykset voivat hyötyä alueen vahvasta infrastruktuurista ja vastata tulevaisuuden kiristyviin tehokkuus- tai vähähiilisyysvaatimuksiin. Teollisuuspuistot mahdollistavat teollisten symbioosien syntymisen sekä energianhankinnan ja -käytön huomattavat mittakaavahyödyt. Useissa teknologiayrityksissä energian kustannukset ovat olleet vähällä huomiolla, sillä ne eivät ole yritysten ydinliiketoimintaa tai vaikuta merkittävästi tuotantoprosessiin. Oikein mitoitettuna paikalliset energian tuotantotavat ja energiatehokkuustoimet voivat olla kannattavia investointeja jo tänään. Tulevaisuudessa teollisuuspuistot voivat osoittautua kiinnostaviksi sijaintikohteiksi energiavarastoille. Tuloksissa esitetään näkemys erilaisten paikallisten uusiutuvien energiantuotantomuotojen ja synteettisten polttoaineiden tuotannon soveltumisesta valmistavan teollisuuden keskittymään. Teollisuuspuiston yritykset voivat hyödyntää monia synteettisten polttoaineiden tuotannon sivuvirtoja vähentäen samalla nykyisiä kustannuksia sekä päästöjä. Uuden teollisuuspuiston ratkaisuja suunniteltaessa tulee ottaa huomioon tulevaisuuden vaatimukset ja uudenlaisten ratkaisujen kuten teollisuuden ylijäämälämpöjen hyödyntämisen mahdollisuudet.

Front end development for building automation systems using JavaScript Frameworks

Automation technologies are widely acclaimed to have the potential to significantly reduce energy consumption and energy-related costs in buildings. However, despite the abundance of commercially available technologies, automation in domestic environments keep on meeting commercial failures. The main reason for this is the development process that is used to build the automation applications, which tend to focus more on technical aspects rather than on the needs and limitations of the users. An instance of this problem is the complex and poorly designed home automation front-ends that deter customers from investing in a home automation product. On the other hand, developing a usable and interactive interface is a complicated task for developers due to the multidisciplinary challenges that need to be identified and solved. In this context, the current research work investigates the different design problems associated with developing a home automation interface as well as the existing design solutions that are applied to these problems. The Qualitative Data Analysis approach was used for collecting data from research papers and the open coding process was used to cluster the findings. From the analysis of the data collected, requirements for designing the interface were derived. A home energy management functionality for a Web-based home automation front-end was developed as a proof-of-concept and a user evaluation was used to assess the usability of the interface. The results of the evaluation showed that this holistic approach to designing interfaces improved its usability which increases the chances of its commercial success.

Clean development mechanism and joint implementation in China and Russia as related to industrial energy projects

Being highly discussed the problem of climate change and global warming has been keeping importance for several of decades. As a response to the world’s need in solution for climate change disasters, the United Nations Framework Convention on Climate Change was adopted in 1992 and supplemented with the Kyoto protocol in 1997. This work is aimed to give better understanding of the Convention, Kyoto Protocol with its mechanisms and their function, related to energy projects in such case countries, as Russia and China, in order to assist evaluation of projects cost-effectiveness. It provides basic information about the Convention and the Protocol with their regulations, overview of present situation and future post-Kyoto forecasts, while the most attention is concentrated on the clean development mechanism and joint implementation step-by-step project cycles and specific regulations in given countries. The current study disclosed that CDM and JI project cycles are resulting in a complicated process. By the moment it requires step-by-step following of a number of methodologies, spending time and finance to particular project development. Uncertainties about post-Kyoto period bring additional risk to the projects and complicate any business decision concerning Kyoto Protocol.

Development of management accounting practices in energy operations in a forest industry Company

The aim of this master’s thesis was to map the management accounting processes and reporting of an internal service unit. The research was conducted in energy services in a forest industry company. Research questions and the results of the study are highly specific for the case unit although some generalizable features of management accounting in internal service units under shared services were searched. The research was carried out as a qualitative action research and a single case study. Internal benchmarking was used to find best practices from other units and to get a comprehensive understanding of the financial processes of the case company. Empirical data for the study was collected with participant observation, interviews of experts and by exploring internal company documents. A literature review was conducted to outline the subject and to support the study. Although the management accounting processes of the case unit were found to be on a good level, some improvement ideas were presented. Results of the research show that the needs of the customers are in the key role in the processes of an internal service unit. Management accounting and reporting need to support the company strategy and management decision-making. To evaluate the performance of the service unit both financial and non-financial measures are needed.

Microgrids and their operations

Interconnection of loads and small size generation forms a new type of distribution systems, the Microgrid. The microgrids can be operated together with the utility grid or be operated autonomously in an island. Thesesmall grids present a new paradigm of the construction of the low voltage distribution systems. The microgrids in the distribution systems can become small, controllable units, which immediately react to the system's changes. Along with that the microgrids can realize the special properties, such as increasing the reliability, reducing losses, voltage sag correction, uninterruptible supplying. The goals of the thesis are to explain the principles of the microgrid's functioning, to clarify the main ideas and positive features of the microgrids, to find out and prove their advantages and explain why they are so popular nowadays all over the world. The practical aims of the thesis are to construct and build a test setup of a microgrid based on two inverters from SMA Technologie AG in the laboratory and to test all the main modes and parameters of the microgrid's operating. Also the purpose of the thesis is to test the main component of the microgrid - the battery inverter which controls allthe processes and energy flows inside a microgrid and communicates with the main grid. Based on received data the main contribution of the thesis consists of the estimation of the established microgrid from the reliability, economy and simplicity of operating points of view and evaluation ofthe advisability of its use in different conditions. Moreover, the thesis assumes to give the recommendations and advice for the future investigations of the built system.

Energiansäästömahdollisuudet energiayhtiön toiminnassa

Työn tarkoituksena oli etsiä energian säästökohteita Etelä-Savon Energia Oy:n voimalaitos-, kaukolämpö- sekä sähkön siirto- ja jakelualalta. Työ liittyi Etelä-Savon Energia Oy:n sopimaan valtakunnalliseen energiansäästösopimukseen, jossa yhtiö sitoutui analysoimaan energian käyttönsä ja tekemään energia-analyysin pohjalta energiansäästösuunnitelman. Tässä työssä analysoitiin nykyinen energian käyttö ja etsittiin säästökohteita. Löydetyille säästökohteille määritettiin säästön sekä tarvittavan investoinnin suuruus ja suora takaisinmaksuaika investoinnille. Voimalaitoksen osalta ei löydetty suuria säästökohteita, mutta muutamia pienempiä lähinnä lämmityksiin liittyviä kohteita havaittiin. Kaukolämmön osalta säästökohteita löytyi lähinnä lämpökeskusten seisonta-aikaisista lämmityksistä, mutta kaukolämpöverkon osalta ei kannattavia säästökohteita löydetty. Sähkön siirron ja jakelun osalta loistehon kompensoinnin lisääminen vähentäisi häviöitä verkossa ja vähentäisi kompensoinnin tarvetta voimalaitoksen generaattorilla. Isoja säästökohteita ei löydetty, koska yhtiö on vuosien varrella tehostanut toimintaansa ja pienentänyt aktiivisesti energiahäviöitä.

Risk Management Services in Energy Production

Työ käsittelee energian tuotannossa esiintyviä tärkeimpiä taloudellisia ja teknisiä riskejä sekä niiden hallitsemista energian tuottajan näkökulmasta. Ensiksi käsitellään yleisesti riskienhallintaa, eri riskityyppejä ja esitetään periaatteellinen riskienhallintaprosessi. Sen jälkeen tarkastellaan energiamarkkinoiden nykytilannetta lähinnä Pohjoismaiden tasolla ja verrataan sitä aikaisempaan tilanteeseen energian tuottajan kannalta. Tämä siksi, että energiamarkkinoiden vapautuminen on muuttanut merkittävästi energian tuotantoon liittyviä taloudellisia riskejä, käytännössä lisännyt niitä. Pääpaino on energian tuotannossa esiintyvien olennaisten riskien tarkastelussa ja niiden hallitsemisessa. Ensin esitellään työn kannalta olennaiset riskit ja tekijät joista ne aiheutuvat. Jokainen riski ja sen aiheuttamat haitat liiketoiminnalle kuvataan lyhyesti. Sen jälkeen kiinnitetään huomiota asioihin, jotka ovat tyypillisiä energian tuotannolle ja aiheuttavat samalla erikoisvaatimuksia riskienhallinnalle. Sitten käydään läpi sopivat riskienhallinnan menetelmät, jotka ovat yleisesti käytössä energian tuotannossa, aiemmin esitetyille olennaisille riskeille. Esitetyistä riskienhallinta menetelmistä useimpia ei ole kohdistettu millekään yksittäiselle riskille, vaan monia niistä voidaan käyttää useammankin riskin hallintaan.

Practical Solutions for Increased Safety in Paper Mill Operations

Tämä diplomityö käsittelee työterveys- ja työturvallisuushallinnan (TTT) sekä ympäristönsuojelun ongelmia ja riskejä, joita tehdasalueen toiminnanharjoittaja kohtaa ulkoistaessaan tehdastoimintojaan ja siirtyessään käyttämään 24 h ulkoisia kunnossapitopalveluja. Teoriaosa selventää ulkoistukseen liittyviä lainmukaisia määräyksiä ja vaatimuksia koskien terveyden, turvallisuuden ja ympäristöongelmien hallintaa sellu-, paperi- ja kartonkitehtaissa Euroopassa, Yhdysvalloissa ja Suomessa. TTT-toiminnan tason sekä ympäristönsuojelun tason mittaamisen ongelmat tuodaan esille. Olemassa olevia kansainvälisiä TTT-johtamisjärjestelmien ja ympäristöjärjestelmien standardeja, riskien hallintatyökaluja ja ohjelmia esitellään lyhyesti. Käytännön osa toteutettiin tapaustutkimuksena, jonka kohteena oli Äänekosken tehdaskombinaatti ja kemianteollisuuden laitos, Noviant CMC Oy. TTT-hallintatoimien ja ympäristönsuojelun ongelmia tutkitaan tehdastoimintoja ulkoistettaessa. Integroidun johtamisjärjestelmän auditointimenettelyt, ulkoistuksen kohdealueet, pk-yrityksien riskien hallinta ja ulkoisten työntekijöiden turvallisuuskoulutus ovat erityisen tarkastelun alla. Käyttäen hyväksi kerättyä TTT- ja ympäristöaineistoa, suunniteltiin malli ja sisältöehdotus uudelle internet-selain tyyppiselle työkalulle TTT- ja ympäristöasioiden hallinnan avuksi. Työkalu on tarkoitettu palvelemaan Noviant CMC Oy:n eri sidosryhmien tarpeita. Diplomityön käytännön osa muodostaa pohjan JP MILLSAFE - pilottiprojektille, joka käynnistettiin internet-selain tyyppisen turvallisuuspalvelusovelluksen kehittämiseksi palvelemaan Äänekosken tehdaskombinaatin eri sidosryhmien tarpeita.

New Climate Change Related EC Directives and Their Interrelations to Green Electricity and Certificate Practices

Työn päätavoite on tutkia vihreän sähkön ja sertifikaattien kaupan ja EY:n uusien ilmastonmuutosta koskevien direktiivien ja direktiiviehdotusten välisiä yhteyksiä. Tutkimuksessa käsitellään direktiiviä sähköntuotannosta uusiutuvilla energialähteillä ja direktiiviehdotuksia Euroopan Unionin alueen päästökaupasta sekä yhdistetyn sähkön ja lämmön tuotannon lisäämisestä. Työ keskittyy erään suomalaisen metsäteollisuusyrityksen toimiin ilmastonmuutoksen hidastamiseksi. Tutkimus keskittyy pääosin EU:n suunnitelmaan aloittaa Unionin jäsenvaltioiden välinen päästökauppa, koska tämä järjestelmä tulee toteutuessaan olemaan teollisuuden kannalta merkittävä. Tilannetta on analysoitu neljän sellu- ja paperitehtaan hiilidioksidipäästölaskelmien avulla. Työssä kehitettyjä laskumalleja voidaan käyttää avuksi yhtiön muilla tehtailla. Tämän lisäksi työssä on luotu malli energiainvestointien arvioimiseksi tulevaisuudessa ottamalla päästöoikeuden hinnan vaikutus huomioon. Päästökaupan vaikutukset pohjoismaisilla vapautuneilla sähkömarkkinoilla on analysoity, koska teollinen sähkönhankinta on suuresti riippuvainen tästä markkinasta. Suomen metsäteollisuuden oma yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto erityisesti uusiutuvista energialähteistä tulee olemaan entistäkin tärkeämpää tiukentuvassa toimintaympäristössä. Tällä hetkellä on käynnissä kokeilu lisäarvon saamiseksi omalle sähköntuotannolle. Tällä haetaan kokemuksia ja valmiutta tulevaa päästökauppaa varten.