Selvitys yliopistorakennuksen energiatehokkuudesta

Rakennusten energiatehokkuusdirektiivi astui voimaan vuonna 2003. Yksi direktiivinkeskeisimmistä kohdista on energiatodistuksen hankkiminen silloin kun rakennusta tai sen osaa myydään tai vuokrataan. Kiinteistön omistaja voi hankkia energiatodistuksen joko erillisenä todistuksena, isännöitsijäntodistuksen osana tai katselmuksen yhteydessä. Tässä työssä verrataan jo olemassa olevaa katselmusmenettelyä erilliseen energiatodistukseen ja energiatodistuksen myöntämiseen isännöitsijätodistuksen yhteydessä case-kohteen kautta arvioituna. Vertailun suorittamiseksi tehtiin osana diplomityötä energiakatselmus Lappeenrannan teknillisen yliopiston rakennusvaiheesta 7. Energiakatselmukseen verrattuna energiatodistus on huomattavasti suppeampi selvitys rakennuksen energiankulutuksesta. Arvioitu energiankulutuksen säästöpotentiaali energiatodistuksessa oli noin puolet energiakatselmuksessa löydetyistä, kustannusten ollessa huomattavasti alhaisemmat. Erillisenä osana työssä käsitellään tilaustehojen tarkistusta Lappeenrannan teknillisen yliopiston rakennuskannasta. Rakennusvaiheen 7 tilausteho oli oikeansuuruinen, muiden rakennusvaiheiden osalta tilaustehojen uudelleen tarkastamista kannattaa harkita.

Energiataseen hallinta ja optimointi metsäteollisuusintegraatissa

Diplomityö on tehty UPM-Kymmene Oyj, Kaukaan tehtailla Lappeenrannassa. Integroidussa metsäteollisuudessa energiantuotanto koostuu yleensä sähkön- ja lämmöntuotannosta. Kaukaan tehtailla prosessien lämmöntarve saadaan katettua kokonaisuudessaan omalla tuotannolla, kun taas kulutetusta sähköstä ainoastaan puolet on tuotettu itse. Loput sähköntarpeesta joudutaan ostamaan ulkopuolelta. Tutkimuksen pääpaino on ollut selvittää, miten kustannukset ovat riippuvaisia energiantuotannosta erilaisissa käyttöolosuhteissa. Työn tuloksena on luotu tietokonepohjainen laskentamalli, jonka avulla Kaukaan tehtaiden energiantuotantoa voidaan ohjata taloudellisesti optimaalisimmalla tavalla kulloinkin vallitsevassa käyttötilanteessa. Lisäksi tutkimuksessa on analysoitu tehdasintegraatin lämmönkulutuksen seurannan mahdollisuuksia lämmönsiirtoverkon nykyisten mittausten perusteella. Työssä on kerrottu yleisesti metsäteollisuuden energiankulutuksesta Suomessa. Lisäksi on esitetty arvioita energiankulutuksen kehityksestä tulevaisuudessa sekä keinoja energiatehokkuuden parantamiseksi. Kaukaan tehtailla lämmönkulutuksen seurantaan käytettävät mittausmenetelmät ja -laitteet on esitelty virtausmittausten osalta sekä arvioitu nykyisten mittausten luotettavuutta ja riittävyyttä kokonaisvaltaisen lämpötaseen hallintaan. Kaukaan tehtaiden energiantuotantojärjestelmästä on luotu termodynaaminen malli, johon energiantuotannosta aiheutuneiden kustannusten laskenta perustuu. Energiantuotannon optimoinnilla pyritään määrittelemään tietyn tarkasteluhetken käyttötilanteessa taloudellisesti optimaalisin kattiloiden ajojärjestys. Tarkastelu on rajattu lämmöntuotannon lisäämisen osalta maakaasun käytön lisäämiseen ja höyryturbiinien ohitukseen. Sähkön ja maakaasun hinnan sekä ympäristön lämpötilan vaihtelujen vaikutusta optimaaliseen ajojärjestykseen on havainnollistettu esimerkkien avulla.

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.

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.

Maalitehtaan energiakatselmus

Diplomityö on osa kokonaisuutta, jossa on tarkoitus toteuttaa Motivan mallin mukainen energiakatselmus maalitehtaalle. Työn osuutena katselmuksessa oli työhön tarvittavien alkutietojen kerääminen, tarjouspyynnön tekeminen katselmuksia tekeville yrityksille ja katselmuksen kenttätöissä ja mittauksissa avustaminen. Tarvittavien alkutietojen keräämiseen liittyi myös työhön tehty alustava energiakulutuksen jakauma sähkön- ja lämmönkulutukselle kohteittain. Työssä esitellään energiakatselmusmalli ja käydään läpi sen eri vaiheet työssä toteutetussa järjestyksessä. Energiakatselmuksesta saadut ehdotukset energiatehokkuuden parantamiseksi käydään läpi ja niiden soveltuvuutta tehtaalle arvioidaan. Energiakatselmuksen tulokset olivat erittäin positiivisia ja katselmus tehtaalle onnistui hyvin. Kaikki katselmuksen säästöehdotukset olivat järkevästi ja yksinkertaisesti toteutettavissa. Suurin potentiaali säästöille oli tehtaan vedenkulutuksessa ja ilmanvaihdon lämmönkulutuksessa.

Benchmark of routing protocols regarding green considerations

In Mobile Ad-hoc Networks (MANET) the participating nodes have several roles such as sender, receiver and router. Hence there is a lot of energy consumed by the nodes for the normal working of the network since each node has many different roles. Also in MANET the nodes keep moving constantly and this in turn consumes a lot of energy. Since battery capacity of these nodes is limited it fails to fulfil the high demand of energy. The scarcity of energy makes the energy conservation in mobile ad-hoc networks an important concern. There is several research carried out on the energy consumption of mobile ad-hoc networks these days. Some of this research suggests sleep mode, transmission power control, load balancing etc. In this thesis, we are comparing various proposed energy efficient models for some of the ad-hoc protocols. We compare different energy efficient models for Optimised Linked State Algorithm (OLSR) and Ad-hoc On Demand Distance Vector (AODV). The routing protocols are compared for different parameters such as average remaining energy, number of nodes alive, payload data received and performance with different mobility speed. The simulation results helps in benchmarking the various energy efficient routing models for OLSR and AODV protocols. The benchmarking of the routing protocols can be based on many factors but this thesis concentrates on benchmarking the MANET routing protocols mainly based on the energy efficiency and increased network lifetime.

Electromagnetic and thermal design of a multilevel converter with high power density and reliability

Electric energy demand has been growing constantly as the global population increases. To avoid electric energy shortage, renewable energy sources and energy conservation are emphasized all over the world. The role of power electronics in energy saving and development of renewable energy systems is significant. Power electronics is applied in wind, solar, fuel cell, and micro turbine energy systems for the energy conversion and control. The use of power electronics introduces an energy saving potential in such applications as motors, lighting, home appliances, and consumer electronics. Despite the advantages of power converters, their penetration into the market requires that they have a set of characteristics such as high reliability and power density, cost effectiveness, and low weight, which are dictated by the emerging applications. In association with the increasing requirements, the design of the power converter is becoming more complicated, and thus, a multidisciplinary approach to the modelling of the converter is required. In this doctoral dissertation, methods and models are developed for the design of a multilevel power converter and the analysis of the related electromagnetic, thermal, and reliability issues. The focus is on the design of the main circuit. The electromagnetic model of the laminated busbar system and the IGBT modules is established with the aim of minimizing the stray inductance of the commutation loops that degrade the converter power capability. The circular busbar system is proposed to achieve equal current sharing among parallel-connected devices and implemented in the non-destructive test set-up. In addition to the electromagnetic model, a thermal model of the laminated busbar system is developed based on a lumped parameter thermal model. The temperature and temperature-dependent power losses of the busbars are estimated by the proposed algorithm. The Joule losses produced by non-sinusoidal currents flowing through the busbars in the converter are estimated taking into account the skin and proximity effects, which have a strong influence on the AC resistance of the busbars. The lifetime estimation algorithm was implemented to investigate the influence of the cooling solution on the reliability of the IGBT modules. As efficient cooling solutions have a low thermal inertia, they cause excessive temperature cycling of the IGBTs. Thus, a reliability analysis is required when selecting the cooling solutions for a particular application. The control of the cooling solution based on the use of a heat flux sensor is proposed to reduce the amplitude of the temperature cycles. The developed methods and models are verified experimentally by a laboratory prototype.

Conservation Laws in Cellular Automata

Conservation laws in physics are numerical invariants of the dynamics of a system. In cellular automata (CA), a similar concept has already been defined and studied. To each local pattern of cell states a real value is associated, interpreted as the “energy” (or “mass”, or . . . ) of that pattern.The overall “energy” of a configuration is simply the sum of the energy of the local patterns appearing on different positions in the configuration. We have a conservation law for that energy, if the total energy of each configuration remains constant during the evolution of the CA. For a given conservation law, it is desirable to find microscopic explanations for the dynamics of the conserved energy in terms of flows of energy from one region toward another. Often, it happens that the energy values are from non-negative integers, and are interpreted as the number of “particles” distributed on a configuration. In such cases, it is conjectured that one can always provide a microscopic explanation for the conservation laws by prescribing rules for the local movement of the particles. The onedimensional case has already been solved by Fuk´s and Pivato. We extend this to two-dimensional cellular automata with radius-0,5 neighborhood on the square lattice. We then consider conservation laws in which the energy values are chosen from a commutative group or semigroup. In this case, the class of all conservation laws for a CA form a partially ordered hierarchy. We study the structure of this hierarchy and prove some basic facts about it. Although the local properties of this hierarchy (at least in the group-valued case) are tractable, its global properties turn out to be algorithmically inaccessible. In particular, we prove that it is undecidable whether this hierarchy is trivial (i.e., if the CA has any non-trivial conservation law at all) or unbounded. We point out some interconnections between the structure of this hierarchy and the dynamical properties of the CA. We show that positively expansive CA do not have non-trivial conservation laws. We also investigate a curious relationship between conservation laws and invariant Gibbs measures in reversible and surjective CA. Gibbs measures are known to coincide with the equilibrium states of a lattice system defined in terms of a Hamiltonian. For reversible cellular automata, each conserved quantity may play the role of a Hamiltonian, and provides a Gibbs measure (or a set of Gibbs measures, in case of phase multiplicity) that is invariant. Conversely, every invariant Gibbs measure provides a conservation law for the CA. For surjective CA, the former statement also follows (in a slightly different form) from the variational characterization of the Gibbs measures. For one-dimensional surjective CA, we show that each invariant Gibbs measure provides a conservation law. We also prove that surjective CA almost surely preserve the average information content per cell with respect to any probability measure.