Power and Performance Management Strategies on NoC-Based Multicore Platforms, Using DVFS, Adaptive Algorithm and Task Parallelism

This work presents synopsis of efficient strategies used in power managements for achieving the most economical power and energy consumption in multicore systems, FPGA and NoC Platforms. In this work, a practical approach was taken, in an effort to validate the significance of the proposed Adaptive Power Management Algorithm (APMA), proposed for system developed, for this thesis project. This system comprise arithmetic and logic unit, up and down counters, adder, state machine and multiplexer. The essence of carrying this project firstly, is to develop a system that will be used for this power management project. Secondly, to perform area and power synopsis of the system on these various scalable technology platforms, UMC 90nm nanotechnology 1.2v, UMC 90nm nanotechnology 1.32v and UMC 0.18 μmNanotechnology 1.80v, in order to examine the difference in area and power consumption of the system on the platforms. Thirdly, to explore various strategies that can be used to reducing system’s power consumption and to propose an adaptive power management algorithm that can be used to reduce the power consumption of the system. The strategies introduced in this work comprise Dynamic Voltage Frequency Scaling (DVFS) and task parallelism. After the system development, it was run on FPGA board, basically NoC Platforms and on these various technology platforms UMC 90nm nanotechnology1.2v, UMC 90nm nanotechnology 1.32v and UMC180 nm nanotechnology 1.80v, the system synthesis was successfully accomplished, the simulated result analysis shows that the system meets all functional requirements, the power consumption and the area utilization were recorded and analyzed in chapter 7 of this work. This work extensively reviewed various strategies for managing power consumption which were quantitative research works by many researchers and companies, it's a mixture of study analysis and experimented lab works, it condensed and presents the whole basic concepts of power management strategy from quality technical papers.

Regional potential for collaborative implementation of small CHP plants in bioenergy technology

This thesis is a preliminary study targeting South-Eastern Finland. The objective was to find out the financial and functional readiness and willingness of the small and medium-sized enterprises of the region to manufacture and sell distributed bioenergy solutions collaboratively as a business network. In this case these solutions mean small-scale (0.5 - 3 MW) woodchips-operated combined heat and power (CHP) plants. South-Eastern Finland has suffered from a decline in the recent years, mostly due to the problems of the traditionally strong industrial know-how area of the region, the paper industry. Local small and medium-sized companies will have to find new ways to survive the toughening competition. A group of 40 companies from suitable industries were selected and financial and comparative analysis was performed on them. Additionally 19 managing directors of the companies were selected for an interview to find out their views on networking, its requirements, advantages and the general interest in it. The studied companies were found to be generally in fairly good financial condition and in that sense, fit for networking activities. The interviews revealed that the companies were capable of producing all the needed elements for the plants in question, and the managers appeared to be very interested in and have a positive attitude towards such business networks. Thus it can be said that the small and medium-sized companies of the region are capable of and interested in manufacturing small bio-CHP plants as a production network.

Aurinkopaneeleihin liitettävien vaihtosuuntaajien testaussuunnitelman laadinta ja toteutus

Aurinkoenergia on yksi monista uusiutuvan energian muodoista, joiden suosio on viimeisten vuosien aikana kasvanut fossiilisten polttoaineiden kallistumisen sekä ilmaston lämpenemisen vuoksi. Auringon säteilyn energiaa voidaan muuttaa sähköenergiaksi mm. aurinkopaneeleiden avulla. Aurinkopaneeleihin liitetään usein vaihtosuuntaaja, jolla tuotettu teho voidaan muokata sähköverkkoon tai kotitalouden sähköjärjestelmään sopivaksi. Tässä työssä on esitelty aurinkopaneelilla tuotettavan sähköenergian perusperiaatteet sekä tehoa tuottavan järjestelmän reunaehdot. Tutkimuksessa on perehdytty keskeisiin, aurinkopaneeleihin liitettäville vaihtosuuntaajille laadittuihin standardeihin, hyötysuhteen mittaamisen sekä sähkön laadun näkökulmista. Selvityksen avulla järjestelmän hyötysuhteen sekä lähtötehon laadun määrittämiseksi voidaan laatia standardien mukainen mittaussuunnitelma vaihtosuuntaajan nimellistehosta riippumatta. Standardien avulla on laadittu mittaussuunnitelma Global Inversonne, 100 kW - verkkovaihtosuuntaajayksikölle. Suunnitelman mukaisissa mittauksissa on tutkittu yksikön muunnoshyötysuhdetta sekä lähtöjännitteen- ja virran laatua. Lisäksi työssä on analysoitu mittaustulosten mittausepävarmuuksia ja niitä aiheuttavia tekijöitä.

Tunninsisäinen tehotasapaino Suomessa 2020 ja 2030

Sähkön tuotannon ja kulutuksen välillä tulee vallita tasapaino joka hetki. Tunninsisäinen tehotasapainon hallinta on kantaverkkoyhtiön vastuulla, ja se tehdään säätöresurssein. Tässä työssä tarkastellaan tunninsisäistä tehotasapainon hallintaa Suomessa 2020-luvun alussa ja loppupuolella. Työn tarkoituksena on arvioida, riittävätkö nykytilanteen mukaiset säätöresurssit kattamaan tulevat säätötarpeet ja kuinka suuria säätövajeita, eli erotuksia markkinaehtoisen säätökyvyn ja säätötarpeen välillä, mahdollisesti esiintyy. Tehotasapainon hallintaa tarkastellaan tarkemmin kuudessa esimerkki-markkinatilanteessa. Tilanteet ajoittuvat tällä hetkellä tehotasapainon hallinnan kannalta hankaliin ajankohtiin, kevään tulva-ajalle, kesän lomakaudelle ja talven huippukuormitustilanteeseen. Tarkastelutilanteiden avulla pyritäänkin selvittämään hankalimmat tilanteet, joita tehotasapainon hallinnassa 2020-luvulla voidaan kohdata. Työn tarkastelutilanteiden perusteella säätövaje voi olla suurimmillaan 200 - 1100 MW Suomessa 2020-luvulla. Tämä työ vastaa myös siihen, mitä tulisi tehdä, jotta selvittäisiin tehotasapainon hallinnasta kaikissa tilanteissa tulevalla vuosikymmenellä.

”Jos tietää, mitä haluaa.” Seurantatutkimus lukio-opiskelijoiden itsesäätelystä, opiskelun kulusta ja odotusten toteutumisesta

Tutkimuksen päätarkoituksena on selvittää lukio-opiskelijoiden käsityksiä oppimisensa itsesäätelystrategioista. Lukiokoulutuksessa toteutetut muutokset kuten valinnanmahdollisuuksien lisääntyminen ovat antaneet lukio-opiskelijoille kasvaneen mahdollisuuden omanlaisensa lukio-opiskelupolun suunnitteluun ja yksilölliseen tavoitteenasetteluun. Työssä tarkastellaan myös lukio-opiskelijoiden opintojen kulkua, erilaisia opiskeluodotuksia ja niiden toteutumista sekä näiden yhteyttä itsesäätelyyn. Tutkimus toteutettiin seurantatutkimuksena, jossa kyselylomakkeilla kerättiin tietoa syksyllä 2004 Turun kaupungin suomenkielisissä päivälukioissa (10 koulua) opintonsa aloittavilta opiskelijoilta kahdesti; ensimmäisenä ja kolmantena opiskeluvuotena. Tutkimuksessa oli mukana 245 opiskelijaa, 142 tyttöä ja 103 poikaa. Tutkimuksen vastausprosentti oli 84 %. Kyselylomakkeiden itsesäätelyä ja oppimisorientaatioita koskevat kysymykset pohjautuivat Jan Vermuntin ILS-oppimistyylimittariin (Inventory of Learning Styles) (Vermunt 1994; 1996). Lisäksi haastateltiin 15 tutkimuksessa mukana ollutta opiskelijaa. Kyselylomakeaineisto analysoitiin ristiintaulukoinneilla, korrelaatiokertoimilla, t-testeillä ja erilaisilla varianssianalyyseillä. Itsesäätelystrategiamittarin neljän summamuuttujan oletus testattiin erikseen mittauksissa 1 ja 2 konfirmatorisen faktorianalyysin avulla. Tutkimuksessa identifioitiin klusterianalyysillä tehdyssä ryhmittelyssä neljä erilaista lukio-opiskelijaryhmää: menestyvät navigoijat, tavalliset tasapainoilijat, säätelemättömät kulkeutujat ja ylikuormittuneet avuntarvitsijat. Navigoijille on tyypillistä niin prosessin/ tulosten kuin sisällön suhteen korkea itsesäätely. Tyypillinen piirre navigoijien kohdalla on myös ulkoisen säätelyn korkea taso. Avuntarvitsijat eroavat muista ryhmistä selkeästi korkeampien puutteellisten säätelystrategioidensa perusteella, vaikka heidän itsesäätelynsä on suhteellisesti niihin ja muihin ryhmiin nähden melko korkealla tasolla. Tasapainoilijat sijoittuvat itsesäätelyn ja ulkoisen säätelyn osalta ryhmien keskitasolle. Kulkeutujien itsesäätely samoin kuin ulkoinen säätely ovat ryhmien matalinta tasoa. Tuloksista nähdään, että kehittyneemmällä itsesäätelyllä on selvä yhteys lukio-opintojen sujuvuuteen ja opintomenestykseen, mutta noin kolmasosalle opiskelijoista itsesäätelevä, suunnitelmallinen tavoitteenasettelu on vaikeaa. Navigoijilla ja tasapainoilijoilla opiskelu on sekä heille itselleen mielekästä että ulkoisesti arvioituna tehokasta. Joidenkin opiskelijoiden erityisesti avuntarvitsijoiden ja kulkeutujien keskuudessa opintojen kulku sen sijaan hapuilee. Lukiolaisten opiskeluun kohdistuvien odotusten voidaan tämän tutkimuksen tuloksen perusteella katsoa ennustavan todellista opintojen kulkua ja opintomenestystä melko hyvin. Eroja on sekä tavoitetasossa, opiskeluprosessiin liittyvissä kokemuksissa että jatko-opintosuunnitelmissa ja ne ovat yhteydessä sukupuoleen, isän sosioekonomiseen asemaan, erikoislinjalla opiskeluun sekä lukion alun itsesäätelyryhmiin.

Affektitehdas. Työn rationalisoinnin historiallisia jatkumoita

Affektit, kapitalismi ja työn rationalisointi yhdistyvät toisiinsa erottamattomasti. Nykykeskusteluissa työstä ja työelämästä rationalisointi jaetaan usein tekniseen fordistiseen rationalisointiin ja sitä tunteellisempaan postfordistiseen rationalisointiin. Tämä tutkimus osoittaa, affektiivisen rationalisoinnin käsitteen kautta, että työn vanhat ja uudet tieteet asettuvat jatkumoon. Työn tieteissä tietoa työläisestä tuotetaan asettamalla ominaisuuksia aina uudelleen määriteltävään työläisen luokittuneeseen ja sukupuolittuneeseen affektiiviseen figuuriin. Tiedon tuottamisen näkökulmasta muun muassa tayloristiset työn tehostamisen fantasiat, ihmissuhdekoulukunnan ideologiat sekä uuden työn autonomiset järjestykset sisältävät yhtenäisiä piirteitä. Tutkimuksen pääkysymys on: miten affekteja rationalisoidaan työssä, työn tieteissä ja niiden kerrostumissa. Tutkimuksessa kysytään myös, miten affekti kiinnittää luokittuneet ja sukupuolittuneet subjektit työn rationalisoinnin aatteeseen ja millaisia mahdollisuuksia työläiseksi tulemiseen niissä tarjotaan. Kysymystä lähestytään monipuolisen aineiston ja lukuisten teemojen kautta. Aineistoina toimivat muun muassa rationalisoinnin klassikko-teokset, operaismo-vaikutteisen prekariaattiliikkeen pamfletit, ajatushautomoiden uuden työn visiot, self-help-teokset uranaisille sekä Helsingin Sanomien työelämäkeskustelut. Tutkimuksen monipuolista aineistoa lähiluetaan ja tulkitaan siihen luodun erityisen metodologian kautta, joka koostuu kolmesta osa-alueesta: historiallistaminen, paikantuminen ja figuurit. Kaksi ensimmäistä korostavat kontekstien ja position merkitystä tiedon tuotannossa, kolmas osoittaa tiedon tuottamisen valtasuhteita. Työn tieteiden visiot ideaalityöläisestä materialisoituvat figuurien kautta negaatioina kuvaten sitä, millainen ideaalityöläinen ei ole. Väitöskirja aineistoineen paikantuu Suomeen, mutta se osoittaa työn tieteiden ja affektiivisen rationalisoinnin globaaliutta sekä sidonnaisuutta Yhdysvaltoihin, sen yrityskulttuuriin ja esimerkiksi työtehotutkimuksiin Hawthornen elektroniikkatehtaalla vuosina 1924–1933. Väitöskirja tuo uusia näkökulmia nykykeskusteluun työstä, työläisistä, kapitalismista ja affekteista. Se osoittaa, että itsen tuntemisen ja kertomisen tieteitä, kuten psykologiaa, tarjotaan usein ratkaisuksi kapitalistisen tuotannon aiheuttamiin suuriin ja pieniin kurjuuksiin, vaikka terapeuttinen tunnekulttuuri itsessään on muodostunut osana rationalisoinnin ja kapitalismin ambivalentteja kehiä. Tutkimus myös muistuttaa, että työn järjestyksien keskiössä säilyy työläisen ja affektitehtaan konflikti silloinkin, kun fordistinen imperatiivi ”älä!” vaihtuu postfordistiseen kehotukseen ”tunne”.

Power semiconductor nonlinearities in active du/dt output filtering

This doctoral thesis introduces an improved control principle for active du/dt output filtering in variable-speed AC drives, together with performance comparisons with previous filtering methods. The effects of power semiconductor nonlinearities on the output filtering performance are investigated. The nonlinearities include the timing deviation and the voltage pulse waveform distortion in the variable-speed AC drive output bridge. Active du/dt output filtering (ADUDT) is a method to mitigate motor overvoltages in variable-speed AC drives with long motor cables. It is a quite recent addition to the du/dt reduction methods available. This thesis improves on the existing control method for the filter, and concentrates on the lowvoltage (below 1 kV AC) two-level voltage-source inverter implementation of the method. The ADUDT uses narrow voltage pulses having a duration in the order of a microsecond from an IGBT (insulated gate bipolar transistor) inverter to control the output voltage of a tuned LC filter circuit. The filter output voltage has thus increased slope transition times at the rising and falling edges, with an opportunity of no overshoot. The effect of the longer slope transition times is a reduction in the du/dt of the voltage fed to the motor cable. Lower du/dt values result in a reduction in the overvoltage effects on the motor terminals. Compared with traditional output filtering methods to accomplish this task, the active du/dt filtering provides lower inductance values and a smaller physical size of the filter itself. The filter circuit weight can also be reduced. However, the power semiconductor nonlinearities skew the filter control pulse pattern, resulting in control deviation. This deviation introduces unwanted overshoot and resonance in the filter. The controlmethod proposed in this thesis is able to directly compensate for the dead time-induced zero-current clamping (ZCC) effect in the pulse pattern. It gives more flexibility to the pattern structure, which could help in the timing deviation compensation design. Previous studies have shown that when a motor load current flows in the filter circuit and the inverter, the phase leg blanking times distort the voltage pulse sequence fed to the filter input. These blanking times are caused by excessively large dead time values between the IGBT control pulses. Moreover, the various switching timing distortions, present in realworld electronics when operating with a microsecond timescale, bring additional skew to the control. Left uncompensated, this results in distortion of the filter input voltage and a filter self-induced overvoltage in the form of an overshoot. This overshoot adds to the voltage appearing at the motor terminals, thus increasing the transient voltage amplitude at the motor. This doctoral thesis investigates the magnitude of such timing deviation effects. If the motor load current is left uncompensated in the control, the filter output voltage can overshoot up to double the input voltage amplitude. IGBT nonlinearities were observed to cause a smaller overshoot, in the order of 30%. This thesis introduces an improved ADUDT control method that is able to compensate for phase leg blanking times, giving flexibility to the pulse pattern structure and dead times. The control method is still sensitive to timing deviations, and their effect is investigated. A simple approach of using a fixed delay compensation value was tried in the test setup measurements. The ADUDT method with the new control algorithm was found to work in an actual motor drive application. Judging by the simulation results, with the delay compensation, the method should ultimately enable an output voltage performance and a du/dt reduction that are free from residual overshoot effects. The proposed control algorithm is not strictly required for successful ADUDT operation: It is possible to precalculate the pulse patterns by iteration and then for instance store them into a look-up table inside the control electronics. Rather, the newly developed control method is a mathematical tool for solving the ADUDT control pulses. It does not contain the timing deviation compensation (from the logic-level command to the phase leg output voltage), and as such is not able to remove the timing deviation effects that cause error and overshoot in the filter. When the timing deviation compensation has to be tuned-in in the control pattern, the precalculated iteration method could prove simpler and equally good (or even better) compared with the mathematical solution with a separate timing compensation module. One of the key findings in this thesis is the conclusion that the correctness of the pulse pattern structure, in the sense of ZCC and predicted pulse timings, cannot be separated from the timing deviations. The usefulness of the correctly calculated pattern is reduced by the voltage edge timing errors. The doctoral thesis provides an introductory background chapter on variable-speed AC drives and the problem of motor overvoltages and takes a look at traditional solutions for overvoltage mitigation. Previous results related to the active du/dt filtering are discussed. The basic operation principle and design of the filter have been studied previously. The effect of load current in the filter and the basic idea of compensation have been presented in the past. However, there was no direct way of including the dead time in the control (except for solving the pulse pattern manually by iteration), and the magnitude of nonlinearity effects had not been investigated. The enhanced control principle with the dead time handling capability and a case study of the test setup timing deviations are the main contributions of this doctoral thesis. The simulation and experimental setup results show that the proposed control method can be used in an actual drive. Loss measurements and a comparison of active du/dt output filtering with traditional output filtering methods are also presented in the work. Two different ADUDT filter designs are included, with ferrite core and air core inductors. Other filters included in the tests were a passive du/dtfilter and a passive sine filter. The loss measurements incorporated a silicon carbide diode-equipped IGBT module, and the results show lower losses with these new device technologies. The new control principle was measured in a 43 A load current motor drive system and was able to bring the filter output peak voltage from 980 V (the previous control principle) down to 680 V in a 540 V average DC link voltage variable-speed drive. A 200 m motor cable was used, and the filter losses for the active du/dt methods were 111W–126 W versus 184 W for the passive du/dt. In terms of inverter and filter losses, the active du/dt filtering method had a 1.82-fold increase in losses compared with an all-passive traditional du/dt output filter. The filter mass with the active du/dt method was 17% (2.4 kg, air-core inductors) compared with 14 kg of the passive du/dt method filter. Silicon carbide freewheeling diodes were found to reduce the inverter losses in the active du/dt filtering by 18% compared with the same IGBT module with silicon diodes. For a 200 m cable length, the average peak voltage at the motor terminals was 1050 V with no filter, 960 V for the all-passive du/dt filter, and 700 V for the active du/dt filtering applying the new control principle.

Modelling of a Hydrogen Catalytic Recombiner for Nuclear Power Plant Containment Studies; Case: Siemens FR90/1-150 Recombiner in TONUS OD Code

Ydinvoimalaitokset on suunniteltu ja rakennettu niin, että niillä on kyky selviytyä erilaisista käyttöhäiriöistä ja onnettomuuksista ilman laitoksen vahingoittumista sekä väestön ja ympäristön vaarantumista. On erittäin epätodennäköistä, että ydinvoimalaitosonnettomuus etenee reaktorisydämen vaurioitumiseen asti, minkä seurauksena sydänmateriaalien hapettuminen voi tuottaa vetyä. Jäädytyspiirin rikkoutumisen myötä vety saattaa kulkeutua ydinvoimalaitoksen suojarakennukseen, jossa se voi muodostaa palavan seoksen ilman hapen kanssa ja palaa tai jopa räjähtää. Vetypalosta aiheutuvat lämpötila- ja painekuormitukset vaarantavat suojarakennuksen eheyden ja suojarakennuksen sisällä olevien turvajärjestelmien toimivuuden, joten tehokas ja luotettava vedynhallintajärjestelmä on tarpeellinen. Passiivisia autokatalyyttisiä vetyrekombinaattoreita käytetäänyhä useammissa Euroopan ydinvoimaitoksissa vedynhallintaan. Nämä rekombinaattorit poistavat vetyä katalyyttisellä reaktiolla vedyn reagoidessa katalyytin pinnalla hapen kanssa muodostaen vesihöyryä. Rekombinaattorit ovat täysin passiivisiaeivätkä tarvitse ulkoista energiaa tai operaattoritoimintaa käynnistyäkseen taitoimiakseen. Rekombinaattoreiden käyttäytymisen tutkimisellatähdätään niiden toimivuuden selvittämiseen kaikissa mahdollisissa onnettomuustilanteissa, niiden suunnittelun optimoimiseen sekä niiden optimaalisen lukumäärän ja sijainnin määrittämiseen suojarakennuksessa. Suojarakennuksen mallintamiseen käytetään joko keskiarvoistavia ohjelmia (Lumped parameter (LP) code), moniulotteisia virtausmalliohjelmia (Computational Fluid Dynamics, CFD) tai näiden yhdistelmiä. Rekombinaattoreiden mallintaminen on toteutettu näissä ohjelmissa joko kokeellisella, teoreettisella tai yleisellä (eng. Global Approach) mallilla. Tämä diplomityö sisältää tulokset TONUS OD-ohjelman sisältämän Siemens FR90/1-150 rekombinaattorin mallin vedynkulutuksen tarkistuslaskuista ja TONUS OD-ohjelmalla suoritettujen laskujen tulokset Siemens rekombinaattoreiden vuorovaikutuksista. TONUS on CEA:n (Commissariat à 1'En¬ergie Atomique) kehittämä LP (OD) ja CFD -vetyanalyysiohjelma, jota käytetään vedyn jakautumisen, palamisenja detonaation mallintamiseen. TONUS:sta käytetään myös vedynpoiston mallintamiseen passiivisilla autokatalyyttisillä rekombinaattoreilla. Vedynkulutukseen vaikuttavat tekijät eroteltiin ja tutkittiin yksi kerrallaan. Rekombinaattoreiden vuorovaikutuksia tutkittaessa samaan tilavuuteen sijoitettiin eri kokoisia ja eri lukumäärä rekombinaattoreita. Siemens rekombinaattorimalli TONUS OD-ohjelmassa laskee vedynkulutuksen kuten oletettiin ja tulokset vahvistavat TONUS OD-ohjelman fysikaalisen laskennan luotettavuuden. Mahdollisia paikallisia jakautumia tutkitussa tilavuudessa ei voitu havaita LP-ohjelmalla, koska se käyttäälaskennassa suureiden tilavuuskeskiarvoja. Paikallisten jakautumien tutkintaan tarvitaan CFD -laskentaohjelma.

Nitrogen Oxides Reduction Possibilities at Pulp Mill and Power Plant

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää typenoksidien vähennysmahdollisuudet Stora Enson Varkauden tehtaiden sellutehtaalla ja voimalaitoksella. Tutkimuksessa käsiteltiin tehdasalueen suurimpia typenoksidien päästölähteitä: soodakattilaa, meesauunia, kuorikattilaa, öljykattilaa ja muovi-alumiinijakeen kaasutuslaitosta. Tutkimuksessa selvitettiin typenoksidipäästöjen syntymekanismit ja erilaisiin polttotekniikoihin soveltuvat typenoksidien vähennystekniikat. Varkauden tehtaiden typenoksidien vuosipäästö vuonna 2001 oli 836 tonnia. Kansallinen lainsäädäntö, kansainväliset sopimukset sekä paras käytettävissä oleva tekniikka (BAT) huomioiden selvitettiin kuhunkin kohteeseen parhaiten soveltuvat ratkaisut. Tutkimuksen perusteella laadittiin toimenpideohjelma, joka määrittelee suositeltavan toteutusjärjestyksen typenoksidien vähennystoimenpiteille. Toimenpideohjelman tärkeimpinä kriteereinä pidettiin vuonna 2004 tulevan uuden ympäristöluvan arvioituja luparajoja sekä toimenpiteiden kustannustehokkuutta. Toteutusjärjestyksessä ensimmäiseksi valittiin koeajojakson järjestäminen ajon optimoimiseksi kiertopetikattilalla ja toiseksi meesauunin ajon optimointi jatkuvatoimisen NOx-analysaattorin avulla. Seuraaviksi toimenpiteiksi ehdotettiin vertikaali-ilmajärjestelmän käyttöönottoa soodakattilalla sekä SNCR-järjestelmän asennusta kuorikattilalle. Saavutettava NOx-vähennys tulisi olemaan 10 – 45 % ja hinta 30 – 3573 EUR vähennettyä NOx-tonnia kohti. Tutkimuksen osana Ilmatieteen laitoksella teetetyn typenoksidien leviämisselvityksen mukaan Stora Enson tehtaiden NOx-päästöjen vaikutus Varkauden ilmanlaatuun on hyvin pieni. Suurin osa NOx-päästöistä aiheutuu liikenteestä.

The Optimisation of the Draft Tube of a Hydro Power Plant at Off-Design Conditions

Several possible methods of increasing the efficiency and power of hydro power plants by improving the flow passages are investigated in this stydy. The theoretical background of diffuser design and its application to the optimisation of hydraulic turbine draft tubes is presented in the first part of this study. Several draft tube modernisation projects that have been carried out recently are discussed. Also, a method of increasing the efficiency of the draft tube by injecting a high velocity jet into the boundary layer is presented. Methods of increasing the head of a hydro power plant by using an ejector or a jet pump are discussed in the second part of this work. The theoretical principles of various ejector and jet pump types are presented and four different methods of calculating them are examined in more detail. A self-made computer code is used to calculate the gain in the head for two example power plants. Suitable ejector installations for the example plants are also discussed. The efficiency of the ejector power was found to be in the range 6 - 15 % for conventional head increasers, and 30 % for the jet pump at its optimum operating point. In practice, it is impossible to install an optimised jet pump with a 30 % efficiency into the draft tube as this would considerabely reduce the efficiency of the draft tube at normal operating conditions. This demonstrates, however, the potential for improvement which lies in conventional head increaser technology. This study is based on previous publications and on published test results. No actual laboratory measurements were made for this study. Certain aspects of modelling the flow in the draft tube using computational fluid dynamics are discussed in the final part of this work. The draft tube inlet velocity field is a vital boundary condition for such a calculation. Several previously measured velocity fields that have successfully been utilised in such flow calculations are presented herein.

The role of power relations in strategic supply management – A value net approach

Supplier relationships are key elements of supply management and thus have attracted substantial research interest among academics and practitioners. The collaborative nature of relationships has been the focus of the mainstream research, and limited interest has been channelled towards power in buyer–supplier relationships. However, power is one of the key factors determining the outcomes in many business relations. Hence, one of the main objectives of this dissertation is to clarify how power may influence the nature of buyer–supplier relationships and, moreover, the depth of collaboration. Another main objective is to clarify the role of power relations in strategic supply management. Given the different nature of relationships, the firm needs divergent strategies in its supply management in order to handle them efficiently. Power has been identified as one of the factors that affect the nature of buyer–supplier relationships, and firms should thus develop strategies for handling power relations. Three research questions are addressed in pursuit of these objectives, the aim being to clarify the sources of power, the influence of power on collaboration, and the role of buyer–supplier relationships in the firm’s supply strategy. This dissertation has two parts. The first part provides a synthesis of the overall dissertation, and the second part comprises five complementary research papers. The qualitative research method is applied in an empirical case study from the Finnish food industry. The main contribution of this dissertation is that it clarifies the role of power relations in strategic supply management in value nets, and discloses the nature of power as an influencing factor in supplier relationships. It extends the discussion on power in buyer– supplier relationships in highlighting the context of networks and raising the question of network effects on power relations. It also illustrates how power positions and power relations in value nets can be determined based on the sources of power of the network actors, and shows their influence on collaboration.

Spatial multicriteria decision analysis for the siting of on-shore wind power in Kemiönsaari

Wind power is a low-carbon energy production form that reduces the dependence of society on fossil fuels. Finland has adopted wind energy production into its climate change mitigation policy, and that has lead to changes in legislation, guidelines, regional wind power areas allocation and establishing a feed-in tariff. Wind power production has indeed boosted in Finland after two decades of relatively slow growth, for instance from 2010 to 2011 wind energy production increased with 64 %, but there is still a long way to the national goal of 6 TWh by 2020. This thesis introduces a GIS-based decision-support methodology for the preliminary identification of suitable areas for wind energy production including estimation of their level of risk. The goal of this study was to define the least risky places for wind energy development within Kemiönsaari municipality in Southwest Finland. Spatial multicriteria decision analysis (SMCDA) has been used for searching suitable wind power areas along with many other location-allocation problems. SMCDA scrutinizes complex ill-structured decision problems in GIS environment using constraints and evaluation criteria, which are aggregated using weighted linear combination (WLC). Weights for the evaluation criteria were acquired using analytic hierarchy process (AHP) with nine expert interviews. Subsequently, feasible alternatives were ranked in order to provide a recommendation and finally, a sensitivity analysis was conducted for the determination of recommendation robustness. The first study aim was to scrutinize the suitability and necessity of existing data for this SMCDA study. Most of the available data sets were of sufficient resolution and quality. Input data necessity was evaluated qualitatively for each data set based on e.g. constraint coverage and attribute weights. Attribute quality was estimated mainly qualitatively by attribute comprehensiveness, operationality, measurability, completeness, decomposability, minimality and redundancy. The most significant quality issue was redundancy as interdependencies are not tolerated by WLC and AHP does not include measures to detect them. The third aim was to define the least risky areas for wind power development within the study area. The two highest ranking areas were Nordanå-Lövböle and Påvalsby followed by Helgeboda, Degerdal, Pungböle, Björkboda, and Östanå-Labböle. The fourth aim was to assess the recommendation reliability, and the top-ranking two areas proved robust whereas the other ones were more sensitive.

Achieving EU energy targets – Impacts of evolutionary and revolutionary transition paths on power systems

Ambitious energy targets set by EU put pressures to increase share of renewable electricity supply in this and next decades and therefore, some EU member countries have boosted increasing renewable energy generation capacity by implementing subsidy schemes on national level. In this study, two different change approaches to increase renewable energy supply and increase self-sufficiency of supply are assessed with respect to their impacts on power system, electricity market and electricity generation costs in Finland. It is obtained that the current electricity generation costs are high compared to opportunities of earnings from present-day investor’s perspective. In addition, the growth expectations of consumptions and the price forecasts do not stimulate investing in new generation capacity. Revolutionary transition path is driven by administrative and political interventions to achieve the energy targets. Evolutionary transition path is driven by market-based mechanisms, such as market itself and emission trading scheme. It is obtained in this study that in the revolutionary transition path operation of market-based mechanisms is distorted to some extent and it is likely that this path requires providing more public financial resources compared to evolutionary transition path. In the evolutionary transition path the energy targets are not achieved as quickly but market-based mechanisms function better and investment environment endures more stable compared to revolutionary transition path.

Analysing the power consumption behaviour of Ethernet switch using Design of Experiment

At present, one of the main concerns of green network is to minimize the power consumption of network infrastructure. Surveys show that, the highest amount of power is consumed by the network devices during its runtime. However to control this power consumption it is important to know which factors has highest impact on this matter. This paper is focused on the measurement and modeling the power consumption of an Ethernet switch during its runtime considering various types of input parameters with all possible combinations. For the experiment, three input parameters are chosen. They are bandwidth, link load and number of connections. The output to be measured is the power consumption of the Ethernet switch. Due to the uncertain power consuming pattern of the Ethernet switch a fully-comprehensive experimental evaluation would require an unfeasible and cumbersome experimental phase. Because of that, design of experiment (DoE) method has been applied to obtain adequate information on the effects of each input parameters on the power consumption. The whole work consists of three parts. In the first part a test bed is planned with input parameters and the power consumption of the switch is measured. The second part is about generating a mathematical model with the help of design of experiment tools. This model can be used for measuring precise power consumption in different scenario and also pinpoint the parameters with higher influence in power consumption. And in the last part, the mathematical model is evaluated by comparing with the experimental values.