Price spike forecasting in a competitive day-ahead energy market

Electricity price forecasting has become an important area of research in the aftermath of the worldwide deregulation of the power industry that launched competitive electricity markets now embracing all market participants including generation and retail companies, transmission network providers, and market managers. Based on the needs of the market, a variety of approaches forecasting day-ahead electricity prices have been proposed over the last decades. However, most of the existing approaches are reasonably effective for normal range prices but disregard price spike events, which are caused by a number of complex factors and occur during periods of market stress. In the early research, price spikes were truncated before application of the forecasting model to reduce the influence of such observations on the estimation of the model parameters; otherwise, a very large forecast error would be generated on price spike occasions. Electricity price spikes, however, are significant for energy market participants to stay competitive in a market. Accurate price spike forecasting is important for generation companies to strategically bid into the market and to optimally manage their assets; for retailer companies, since they cannot pass the spikes onto final customers, and finally, for market managers to provide better management and planning for the energy market. This doctoral thesis aims at deriving a methodology able to accurately predict not only the day-ahead electricity prices within the normal range but also the price spikes. The Finnish day-ahead energy market of Nord Pool Spot is selected as the case market, and its structure is studied in detail. It is almost universally agreed in the forecasting literature that no single method is best in every situation. Since the real-world problems are often complex in nature, no single model is able to capture different patterns equally well. Therefore, a hybrid methodology that enhances the modeling capabilities appears to be a possibly productive strategy for practical use when electricity prices are predicted. The price forecasting methodology is proposed through a hybrid model applied to the price forecasting in the Finnish day-ahead energy market. The iterative search procedure employed within the methodology is developed to tune the model parameters and select the optimal input set of the explanatory variables. The numerical studies show that the proposed methodology has more accurate behavior than all other examined methods most recently applied to case studies of energy markets in different countries. The obtained results can be considered as providing extensive and useful information for participants of the day-ahead energy market, who have limited and uncertain information for price prediction to set up an optimal short-term operation portfolio. Although the focus of this work is primarily on the Finnish price area of Nord Pool Spot, given the result of this work, it is very likely that the same methodology will give good results when forecasting the prices on energy markets of other countries.

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.

Small wind energy

Master thesis represents the literature overview of small wind energy. I have given the description of principles of work wind turbines, the description of the types of wind turbines, their advantages and disadvantages, the characteristics of small wind turbines, have shown how to count the payback period, have given an overview of currently market wind turbines and the future forecast.

Sähkönjakeluverkon ylläpitopalveluiden ulkoistamisella saavutettavat hyödyt

Sähkönsiirto jakeluverkoissa on alueellista monopoliliiketoimintaa. Tätä monopoliliiketoimintaa säätelee Suomessa energiamarkkinavirasto. Siirtoliiketoiminnalle on asetettu kohtuullisen tuoton rajoitukset siten, että liiketoiminnan täytyy olla myös tehokkaasti toteutettua. Sähköverkkojen ylläpitopalveluiden toteuttamiseksi on markkinoille syntynyt useita näiden palveluiden tuottamiseen erikoistuneita palveluyrityksiä. Ulkoistamalla ylläpitopalvelut ulkopuoliselle palveluyritykselle sähköverkkoyhtiöt pyrkivät hakemaan toiminnalleen tehokkuutta, kustannussäästöjä ja toimintojen selkeytymistä. Yhtiön johto voi näin keskittyä toiminnan ja tuloksen kehittämisen kannalta olennaisiin asioihin. Tässä työssä on selvitetty sähköverkkojen ylläpitotoimintojen ulkoistamisella saavutettavissa olevia hyötyjä. Hyötyjen toteutumista on tutkittu Eltel Networks Pohjoinen Oy:n ja sen asiakasyritysten Kainuun Sähkö Oyj:n, Kajaanin Lämpö Oy:n ja Kajaanin Puhelinosuuskunnan asiakastapauksissa.

Sähkönjakeluverkon komponenttien pitoajat

Suomessa sähkönjakeluverkkoyhtiöt toimivat verkkovastuualueillaan yksinoikeudella. Verkkovastuualuiden ominaispiirteet voivat olla hyvin erilaiset. Energiamarkkinavirasto valvoo sähkömarkkinalainsäädännön noudattamista jakeluverkkotoiminnassa. Jakeluverkonhaltijat on velvoitettu Energiamarkkinaviraston valvontamallin kautta määrittämään tiettyjen rajoitusten mukaisesti verkkokomponenteillensa sopivimmat teknistaloudelliset pitoajat. Nämä pitoajat vaikuttavat varsinkin verkkoyhtiön tuottomahdollisuuksiin ja asiakkaiden siirtohintoihin. Lisäksi huomioon on otettava jaettavan sähkön laatu, verkon käyttövarmuus sekä vaikutukset ympäristöön ja turvallisuuteen. Pitoaikojen matemaattinen mallintaminen on usein monimutkaista. Teknistaloudellinen pitoaika valitaankin monesti kokemuksen ja harkinnan perusteella. Tärkeimmät reunaehdot jakeluverkkokomponenttien teknistaloudellisten pitoaikojen valinnalle muodostavat verkkovastuualueen sähkönkulutuksen kasvun sekä infrastruktuurin muutoksen nopeudet. Hitaan muutoksen alueilla verkkokomponenttien teknistaloudelliset pitoajat lähenevät teknisiä pitoaikoja, joihin vaikuttavat voimakkaasti verkkovastuualueen maantieteelliset ja ilmastolliset ominaispiirteet. Yhtiöittäin vaihtelevat verkon rakennus- ja ylläpitomenetelmät tulee myös huomioida. Tässä diplomityössä keskitytään pääosin sähkönjakeluverkon komponenttien teknistaloudelliseen pitoaikaan verkon ja verkkovastuualueen ominaispiirteiden kautta. Aluksi määritellään jakeluverkon pitoaika usealla eri tavalla, sekä selvitetään pitoajan merkitystä nykytilanteessa. Lisäksi työn alkuosassa esitellään Energiamarkkinaviraston vuoden 2005 alusta käyttöönotettu jakeluverkkotoiminnan hinnoittelun kohtuullisuuden valvontamalli ja käydään läpi teknistaloudellisen pitoajan merkitys siinä. Sen jälkeen tarkastellaan jakeluverkkokomponenttien ja niiden osien tekniseen pitoaikaan vaikuttavia tekijöitä. Erityisesti puupylväisiin ja niihin liittyviin ajankohtaisiin asioihin kiinnitetään huomiota, koska puupylväät määräävät monesti koko ilmajohtorakenteen uusimisajankohdan. Lisäksi suolakyllästeiselle puupylväälle esitetään yleinen rappeutumismalli ja jakelumuuntajan rappeutumistapahtumaa tutkitaan. Lopuksi tarkastellaan Graninge Kainuu Oy:tä jakeluverkonhaltijana sekä määritetään sen verkkovastuualueelle ominaisia komponenttien teknisiä ja teknistaloudellisia pitoaikoja haastattelujen, tuoreimpien lähteiden, tutkimustulosten, vertailun ja harkinnan avulla.

Kaukolämpöliiketoiminnan kustannusanalyysi

Diplomityössä selvitettiin Kuopion Energian kaukolämpöliiketoiminnan kustannusten muodostumista. Tilikartan toimivuutta ja kustannusvastaavuuden toteutumista tarkasteltiin kaukolämpöosaston näkökulmasta. Työssä laaditussa raportointisovelluksessa kustannukset jaoteltiin lämmön hankinnan, jakelun ja myyntitoiminnan kesken. Lisäksi tehtiin jako kiinteisiin ja muuttuviin kustannuksiin. Tällä tarkastelulla selvitettiin, vastaavatko perusmaksujen tulot kiinteitä kustannuksia ja energiamaksujen tulot muuttuvia kustannuksia. Energiamarkkinoiden vapautumista tarkasteltiin kaukolämpöliiketoiminnan näkökulmasta. Energiamarkkinavirasto on kehittänyt valvontamallin sähköverkkoliiketoiminnan kohtuullisen tuoton mittaamiseksi. Diplomityössä tarkasteltiin mallin soveltamismahdollisuuksia kaukolämpötoimintaan ja selvitettiin Kuopion Energian kaukolämpöliiketoiminnan tuoton kohtuullisuutta.

Tiedon tuottaminen ja vaikuttaminen: prosessi ja liitynnät tietolähteisiin

Diplomityön tavoitteena on helpottaa Energiamarkkinaviraston tietomassojen käsittelyä ja tehostaa organisaatiotiedon hallintaa. Keskeisin tavoite on määritellä ja kuvata viraston tiedon tuottamis- ja vaikuttamisprosessi sekä sen liitynnät sisäisiin ja ulkoisiin tietolähteisiin. Työssä perehdytään organisaatiotiedon nykytilanteeseen, tiedon tuottamiseen ja vaikuttamiseen sekä ehdotetaan useita keinoja olemassa olevan tietomassan tehokkaampaan hyödyntämiseen. Työssä analysoidaan millaista tietoa virastossa tarvitaan, missä tieto on saatavilla ajantasaisena sekä luotettavana ja mihin hankittua tietoa loppujen lopuksi käytetään. Nykytilanteen selvittämisen lisäksi työssa ehdotetaan keinoja, joiden avulla organisaatiotieto saadaan nostettua nykyiseltä, pääosin operatiiviselta tasolta vähintään täysin taktiselle tai jopa osin strategiselle tasolle. Lisaksi työssä selvitetään kuinka virasto pystyy hankkimaan tietoa uudenlaiseen tietotarpeeseen. Työn keskeisimmät tulokset ovat diplomityössä esille nostetut kehityskohteet liittyen tietolähteiden hyödyntämiseen, internetsivuston uudistamiseen, uusien analyysien tuottamiseen, tärkeiden ohjeistusten tekemiseen ja prosessien suunnitteluun sekä automatisointiin. Näihin voidaan puuttua prosessikeskeisen ajattelutavan ja proaktiivisuuden lisäämisellä.

Haja-asutusalueiden sähkönjakelujärjestelmien kehittäminen – erityisesti 1000 V jakelujännitteen käyttömahdollisuudet

Yhteiskunnan riippuvuus sähköstä on lisääntynyt voimakkaasti viime vuosikymmenien aikana. Sähkönjakelussa esiintyneet lyhyet ja pitkät keskeytykset ovat osoittaneet yhteiskunnan haavoittuvuuden ja yhteiskunta kestää entistä vähemmän sähkönjakelussa tapahtuvia häiriöitä. Keskeytyksistä aiheutuneiden haittojen arvostus on kasvanut ja tämä on luonut taloudelliset perusteet sähkön laatua parantaville investoinneille. Haja-asutusalueiden keskijänniteverkon johdot on rakennettu avojohtoina ja siten ne ovat alttiita sääolosuhteista johtuville myrsky- ja lumikuormavaurioille. Ilmastomuutoksen ennustetaan lisäävän tuulisuutta ja siten ongelmat sähkönjakelussa mahdollisesti lisääntyvät. Taajamissa käytetään enemmän kaapeleita ja johtolähdöt ovat lyhyitä, joten myrskyistä aiheutuvia keskeytyksiä on vähemmän kuin haja-asutusalueella. Olemassa olevat jakeluverkot ovat käytössä vielä vuosikymmeniä, joten uuden tekniikan kehittämisen rinnalla on kehitettävä myös olemassa olevaa jakeluverkkoa ja sen ylläpitoa. Ylläpidon tavoitteena on käyttövarmuuden parantamisen lisäksi huolehtia siitä, että jakeluverkkoihin sitoutunut omaisuus säilyttää arvonsa mahdollisimman hyvin pitoajan loppuun saakka. Jakeluverkkoihin investoitiin paljon 1950–70-luvuilla. Tältä ajalta on yhä käytössä puupylväitä, joiden ikääntymisen takia korvausinvestointien tarve kasvaa. Hyvänä puolena tässä on että käyttövarmuuden parantamiseksi olemassa olevaa jakeluverkkoa ei tarvitse uusia ennenaikaisesti. Tutkimuksessa päähuomio on haja-asutusalueiden 20 kV keskijänniteverkon kehittämisessä, sillä yli 90 % asiakkaiden kokemista keskeytyksistä johtuu keskijänniteverkon vioista. Erityisesti johtorakenteisiin ja johtojen sijoittamiseen on kiinnitettävä huomiota. Käyttövarmuuden lisäksi jakeluverkkojen kehittämistä ohjaavia tekijöitä ovat taloudellisuus, ympäristön huomioiminen, viranomaisvalvonta sekä asiakkaiden ja omistajien odotukset. Haja-asutusalueilla taloudelliset haasteet ovat suuret vakituisen väestön vähenemisen ja mahdollisesti sähköntarpeen pienenemisen takia. Taloudellisuus korostuu ja riskit kasvavat, kun tuottojen määrä supistuu tarvittaviin jakeluverkon investointeihin ja ylläpitokustannuksiin verrattuna. Ristiriitaa aiheuttaa se, että asiakkaat odottavat sähkönjakelulta parempaa luotettavuutta, mutta paremmasta sähkönlaadusta ei olla valmiita maksamaan juurikaan nykyistä enempää. Jakeluverkkojen kehittämistä voi hidastaa myös viranomaisvalvonta, jos tuottoja ei voida lisätä investointien lisätarpeiden suhteessa. Tutkimuksessa on analysoitu yleisellä tasolla kaapeloinnin lisäämistä, korkeiden pylväiden käyttämistä, leveitä johtokatuja, edullisten ja yksinkertaisten sähköasemien rakentamista haja-asutusalueille ja automaatioasemien lisäämistä keskijänniteverkon solmupisteisiin. Erityisesti tutkimuksessa on analysoitu uutena tekniikkana 1000 V jännitteen käyttömahdollisuutta jakeluverkkojen kehittämisessä. Sähköjohtojen siirtäminen teiden varsiin parantaa käyttövarmuutta, vaikka johdot rakennetaan samalla tekniikalla kuin olemassa olevat johdot. Hajaasutusalueille rakennettavilla sähköasemilla pitkät syöttöjohdot voidaan jakaa pienemmiksi syöttöalueiksi, jolloin keskeytyksistä aiheutuvat haitat koskettavat kerrallaan pienempää asiakasmäärää. Samaan tulokseen päästään oikein sijoitetuilla ja toteutetuilla automaatioasemilla. Tutkimuksen mukaan lupaavaksi tekniikaksi jakeluverkkojen kehittämisessä on osoittautumassa 1000 V jänniteportaan ottaminen 400 V pienjännitteen lisäksi. 1000 V verkoilla voidaan korvata häiriöherkkiä 20 kV keskijänniteverkon lyhyitä, alle viiden kilometrin pituisia haarajohtoja ja haarajohtojen jatkeita, missä siirrettävät tehot ovat pieniä. Uudessa jakelujärjestelmässä sähkö tuodaan 1000 V jännitteellä lähelle asiakasta, jossa jännite muunnetaan normaaliksi asiakkaille soveltuvaksi 400/230 V jännitteeksi. Edullisuus perustuu siihen, että rakentamisessa käytetään samoja pienjännitejohtoja kuin asiakkaille menevässä 400 V pienjänniteverkossa. 1000 V jakelutekniikassa sekä investointikustannukset että ylläpitokustannukset ovat pienemmät kuin perinteisessä 20 kV ilmajohtotekniikassa. 1000 V johdot säästävät maisemaa, sillä ne eivät tarvitse leveää johtokatua kuten 20 kV keskijännitejohdot. 1000 V verkkojen käyttö soveltuukin erityisesti vapaa-ajanasuntojen sähköistykseen herkissä ranta- ja järvimaisemissa. 1000 V verkot mahdollistavat kaapeliauraamisen lisäämisen ja näin voidaan vähentää ympäristöä haittaavien kyllästettyjen pylväiden käyttöä. 1000 V jakeluverkkojen osalta tutkimustyön tuloksia on sovellettu suomalaisessa Suur-Savon Sähkö Oy:ssä. Käytännön kokemuksia 1000 V jakelujärjestelmästä on useista kymmenistä kohteista. Tutkimustulokset osoittavat, ettei keskijänniteverkon maakaapelointi hajaasutusalueilla ole taloudellisesti kannattavaa nykyisillä keskeytyksistä aiheutuvilla haitta-arvoilla, mutta jos keskeytyskustannusten arvostus kasvaa, tulee kaapelointi kannattavaksi monissa paikoissa. Myös myrskyisyyden ja myrskyistä aiheutuvien jakelukeskeytysten lisääntyminen tekisi kaapeloinnista kannattavan. Tulevaisuudessa jakeluverkkojen rakentaminen on entistä monimuotoisempi tehtävä, jossa taloudellisuuden ja käyttövarmuuden lisäksi on huomioitava asiakkaat, omistajat, viranomaiset ja ympäristö. Tutkimusta jakelutekniikan kehittämiseksi tarvitaan edelleen. Tulevaisuuden osalta haja-asutusalueiden jakeluverkkojen kehittämiseen liittyy paljon epävarmuuksia. Hajautetun kiinteistökohtaisen sähköntuotannon lisääntyminen voi tehdä jakeluverkoista nykyistä tarpeettomampia, mutta esimerkiksi liikenteen sähköistyminen voi kasvattaa jakeluverkkojen merkitystä. Tästä syystä jakeluverkkojen rakentamisessa tarvitaan joustavuutta, jotta tarvittaessa voidaan helposti sopeutua erilaisiin kehityssuuntiin.

Energiatiedon hallintajärjestelmän suorituskyvyn määrittäminen ja todentaminen

Sähkömarkkinoiden vapautumisen jälkeen energia-alalle on muodostunut entistä suurempi kysyntä kehittyneille energiatiedon hallintaaan erikoistuneille tietojärjestelmille. Uudet lakisäädökset sekä tulevaisuuden kokonaisvaltaiset tiedonkeruujärjestelmät, kuten älykkäät mittarit ja älykkäät sähköverkot, tuovat mukanaan entistä suuremman prosessoitavan tietovirran. Nykyaikaisen energiatietojärjestelmän on kyettävä vastaamaan haasteeseen ja palveltava asiakkaan vaatimuksia tehokkaasti prosessien suorituskyvyn kärsimättä. Tietojärjestelmän prosessien on oltava myös skaalautuvia, jotta tulevaisuuden lisääntyneet prosessointitarpeet ovat hallittavissa. Tässä työssä kuvataan nykyaikaisen energiatietojärjestelmän keskeiset energiatiedon hallintaan ja varastointiin liittyvät komponentit. Työssä esitellään myös älykkäiden mittareiden perusperiaate ja niiden tuomat edut energia-alalla. Lisäksi työssä kuvataan visioita tulevaisuuden älykkäiden sähköverkkojen toteutusmahdollisuuksista. Diplomityössä esitellään keskeisiä suorituskykyyn liittyviä kokonaisuuksia. Lisäksi työssä kuvataan keskeiset suorituskyvyn mittarit sekä suorituskykyvaatimukset. Järjestelmän suorituskyvyn arvioinnin toteuttamiseen on erilaisia menetelmiä, joista tässä työssä kuvataan yksi sen keskeisine periaatteineen. Suorituskyvyn analysointiin käytetään erilaisia tekniikoita, joista tässä diplomityössä esitellään tarkemmin järjestelmän mittaus. Työssä toteutetaan myös case-tutkimus, jossa analysoidaan mittaustiedon sisääntuontiin käytettävän prosessin kahta eri kehitysversiota ja näiden suorituskykyominaisuuksia. Kehitysversioiden vertailussa havaitaan, että uusi versio on selkeästi edellistä versiota nopeampi. Case-tutkimuksessa määritetään myös suorituskyvyn kannalta optimaalinen rinnakkaisprosessien määrä ja tutkitaan prosessin skaalautuvuutta. Tutkimuksessa todetaan, että uusi kehitysversio skaalautuu lineaarisesti.

Kaupunkialueella toimivan sähkönjakeluverkkoyhtiön siirtohinnoittelun kehittäminen

Sähkönjakeluverkkoyhtiöllä on sähkön siirtopalveluun alueellinen monopoli. Siirtohinnoittelun reunaehdot tulevat sähkömarkkinalaista ja hintojen kohtuullisuutta valvoo ja sääntelee Energiamarkkinavirasto. Tässä työssä selvitetään Turku Energia Sähköverkot Oy:lle kustannusvastaavat aiheuttamisperiaatteen mukaiset siirtohinnat. Samalla muodostetaan yleis-, yö- ja kausituotteiden perusmaksuihin asiakkaan liittymispisteen pääsulakkeen kokoon perustuva porrastus. Sulakeporrastuksen käyttöönotolla pystytään kehittämään siirtohinnoittelun kustannusvastaavuutta ja noudattamaan aiheuttamisperiaatteen mukaista hinnoittelupolitiikkaa entistä paremmin. Työssä tutkitaan siirtohinnoittelun kehitysnäkymiä myös pidemmällä tähtäimellä. Älykkäiden sähköverkkojen kehittyminen ja erityisesti etäluettavien mittareiden käyttöönotto tulevat luomaan kehitysmahdollisuuksia siirtohinnoitteluun tulevaisuudessa. Laitteista saatavia tarkkoja sähkönkulutus- ja tehotietoja voidaan käyttää kustannusvastaavuuslaskennan taustalla. Jotta verkon käyttö olisi sen mitoitukseen nähden mahdollisimman tehokasta, tulisi kuorman jakautua mahdollisimman tasaisesti ajan suhteen. Verkossa esiintyviä kulutushuippuja pystytään tulevaisuudessa mahdollisesti tasoittamaan esimerkiksi kuorman ohjauksen avulla, jonka tehokeinona voidaan käyttää siirtohinnoittelua. Siirtohinnoilla voidaan mahdollisesti vaikuttaa myös esimerkiksi kulutuksen ja tuotannon ajoittamiseen sekä kannusta asiakkaita loistehon kompensointiin. Siirtotuotteiden täytyy myös kehittyä asiakkaiden tarpeiden kehittymisen rinnalla ja esimerkiksi sähkön laadun tuotteistaminen voi olla eräs keino vastaamaan tiukentuneisiin vaatimuksiin.

Combustion properties of biomass residues rich in phosphorus

Tillgången på traditionella biobränslen är begränsad och därför behöver man ta fram nya, tidigare outnyttjade biobränslen för att möta de uppställda CO2 emissionsmålen av EU och det ständigt ökande energibehovet. Under de senare åren har intresset riktats mot termisk energiutvinning ur olika restfraktioner och avfall. Vid produktion av fordonsbränsle ur biomassa är den fasta restprodukten ofta den största procesströmmen i produktionsanläggningen. En riktig hantering av restprodukterna skulle göra produktionen mera lönsam och mer ekologiskt hållbar. Ett alternativ är att genom förbränning producera elektricitet och/eller värme eftersom dessa restprodukter anses som CO2-neutrala. Målsättningen med den här avhandlingen var att studera förbränningsegenskaperna hos några fasta restprodukter som uppstår vid framställning av förnybara fordonsbränslen. De fyra undersökta materialen är rapskaka, palmkärnskaka, torkad drank och stabiliserat rötslam. I studien används ett stort urval av undersökningsmetoder, från laboratorieskala till fullskalig förbränning, för att identifiera de huvudsakliga utmaningarna förknippade med förbränning av restprodukterna i pannor med fluidiserad bäddteknik. Med hjälp av detaljerad bränslekarakterisering kunde restprodukterna konstateras vara en värdefull källa för värme- och elproduktion. Den kemiska sammansättningen av restprodukterna varierar stort jämfört med mera traditionellt använda biobränslen. En gemensam faktor för alla de studerade restprodukterna är en hög fosforhalt. På grund av de låga fosforkoncentrationerna i de traditionella biobränslena har grundämnet hittills inte ansetts spela någon större roll i askkemin. Experimenten visade nu att fosfor inte mera kan försummas då man studerar kemin i förbränningsprocesser, då allt flera fosforrika bränslen tränger in på energimarknaden.

Beta and debt premium for a Finnish distribution company

Suomessa sähkönjakelu on säännelty monopoli. Energiamarkkinavirasto tuottaa ohjeistuksen sekä mallin yritysten ansaintamahdollisuuksille. Karkeasti sanottuna tulomalli on sijoitetun pääoman ja pääoman painotetun kustannuksen tulo. Pääoman painotettu kustannus koostuu useista parametreista kuten beta ja vieraan pääoman riskipreemio. Näiden parametrien taso ja määrittämisajankohta perustuvat subjektiivisiin näkemyksiin, kun objektiivista parametrien määrittämismenetelmää tulisi käyttää. Nykyiset beta ja vieraan pääoman riskipreemio perustuvat energiamarkkinaviraston ja asiantuntijoiden lausuntoihin. Aihealuetta on tutkittu erittäin vähän, mikä johtunee pääasiassa siitä, ettei ole olemassa listautuneita puhtaita jakeluverkkoyhtiöitä. Betan nykytaso on 0.529 ja vieraan pääoman riskipreemio on 1.0 %. Tässä pro gradu –työssä määritetään markkinaperusteisesti betan ja vieraan pääoman riskipreemion nykytaso. Tässä työssä esiteltävä määrittämismalli perustuu puhtaasti markkinadataan eikä sen soveltamisessa käytetä subjektiivisia mielipiteitä. Markkinaehtoisia tietoja käyttäen betan pitäisi olla tasolla 0.525 ja vieraan pääoman riskipreemion tasolla 1.34 %. Nämä luvut, mikäli ne otettaisiin käyttöön, vaikuttaisivat suoraan ja positiivisesti jakeluverkkoyhtiöiden sallittuun tuottoon Suomessa.

Susteinable steelmaking by process integration

Environmental issues, including global warming, have been serious challenges realized worldwide, and they have become particularly important for the iron and steel manufacturers during the last decades. Many sites has been shut down in developed countries due to environmental regulation and pollution prevention while a large number of production plants have been established in developing countries which has changed the economy of this business. Sustainable development is a concept, which today affects economic growth, environmental protection, and social progress in setting up the basis for future ecosystem. A sustainable headway may attempt to preserve natural resources, recycle and reuse materials, prevent pollution, enhance yield and increase profitability. To achieve these objectives numerous alternatives should be examined in the sustainable process design. Conventional engineering work cannot address all of these substitutes effectively and efficiently to find an optimal route of processing. A systematic framework is needed as a tool to guide designers to make decisions based on overall concepts of the system, identifying the key bottlenecks and opportunities, which lead to an optimal design and operation of the systems. Since the 1980s, researchers have made big efforts to develop tools for what today is referred to as Process Integration. Advanced mathematics has been used in simulation models to evaluate various available alternatives considering physical, economic and environmental constraints. Improvements on feed material and operation, competitive energy market, environmental restrictions and the role of Nordic steelworks as energy supplier (electricity and district heat) make a great motivation behind integration among industries toward more sustainable operation, which could increase the overall energy efficiency and decrease environmental impacts. In this study, through different steps a model is developed for primary steelmaking, with the Finnish steel sector as a reference, to evaluate future operation concepts of a steelmaking site regarding sustainability. The research started by potential study on increasing energy efficiency and carbon dioxide reduction due to integration of steelworks with chemical plants for possible utilization of available off-gases in the system as chemical products. These off-gases from blast furnace, basic oxygen furnace and coke oven furnace are mainly contained of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen and partially methane (in coke oven gas) and have proportionally low heating value but are currently used as fuel within these industries. Nonlinear optimization technique is used to assess integration with methanol plant under novel blast furnace technologies and (partially) substitution of coal with other reducing agents and fuels such as heavy oil, natural gas and biomass in the system. Technical aspect of integration and its effect on blast furnace operation regardless of capital expenditure of new operational units are studied to evaluate feasibility of the idea behind the research. Later on the concept of polygeneration system added and a superstructure generated with alternative routes for off-gases pretreatment and further utilization on a polygeneration system producing electricity, district heat and methanol. (Vacuum) pressure swing adsorption, membrane technology and chemical absorption for gas separation; partial oxidation, carbon dioxide and steam methane reforming for methane gasification; gas and liquid phase methanol synthesis are the main alternative process units considered in the superstructure. Due to high degree of integration in process synthesis, and optimization techniques, equation oriented modeling is chosen as an alternative and effective strategy to previous sequential modelling for process analysis to investigate suggested superstructure. A mixed integer nonlinear programming is developed to study behavior of the integrated system under different economic and environmental scenarios. Net present value and specific carbon dioxide emission is taken to compare economic and environmental aspects of integrated system respectively for different fuel systems, alternative blast furnace reductants, implementation of new blast furnace technologies, and carbon dioxide emission penalties. Sensitivity analysis, carbon distribution and the effect of external seasonal energy demand is investigated with different optimization techniques. This tool can provide useful information concerning techno-environmental and economic aspects for decision-making and estimate optimal operational condition of current and future primary steelmaking under alternative scenarios. The results of the work have demonstrated that it is possible in the future to develop steelmaking towards more sustainable operation.

Maakaasumarkkinoiden integroimiseen vaikuttavat tekijät Suomessa ja Baltiassa

Tässä työssä tutkitaan, miksi maakaasumarkkinoita integroidaan ja mitkä tekijät ohjaavat Suomen ja Baltian maakaasumarkkinoiden yhdentymiskehitystä. Tutkimuskysymyksiin pyrittiin vastaamaan asiantuntijahaastatteluiden perusteella. EU:n tavoitteena on luoda Eurooppaan toimivat energian sisämarkkinat, ja huolena on ollut esimerkiksi Suomen ja Baltian eristäytyminen muiden EU:n jäsenvaltioiden energiamarkkinoista. Keskeisimmät hyödyt markkinaintegraatiosta ovat toimitusvarmuuden paraneminen vaihtoehtoisten hankintalähteiden myötä sekä suuremman markkinan muodostuminen, jolloin hinnanmuodostus on tehokkaampaa. Markkinoiden integroimiseksi tarvitaan investointeja infrastruktuuriin. Lisäksi markkinoiden integroituessa tulee ottaa käyttöön ENTSOG:n verkkokoodit. Markkinoiden yhdistyminen luo myös uusia liiketoimintamahdollisuuksia.