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.

Cost-plus-loss analyses of forest inventory strategies based on kNN-assigned reference sample plot data

Abstract

Objectives and motivations of small-scale forest owners : theoretical modelling and qualitative assessment

Abstract

The environmental effectiviness of alternative agri-environmental policy reforms : theoretical and empirical analysis

Selostus: Maatalouden ympäristöpolitiikan reformien tehokkuus ravinnepäästöjen vähentämisessä - teoreettinen ja empiirinen analyysi

Quantum transport phenomena and shallow impurity states in CdSb

This work is dedicated to investigation of the energy spectrum of one of the most anisotropic narrow-gap semiconductors, CdSb. At the beginning of the present studies even the model of its energy band structure was not clear. Measurements of galvanomagnetic effects in wide temperature range (1.6 - 300 K) and in magnetic fields up to 30 T were chosen for clarifying of the energy spectrum in the intentionally undoped CdSb single crystals and doped with shallow impurities (In, Ag). Detection of the Shubnikov - de Haas oscillations allowed estimating the fundamental energy spectrum parameters. The shapes of the Fermi surfaces of electrons (sphere) and holes (ellipsoid), the number of the equivalent extremums for valence band (2) and their positions in the Brillouin zone were determined for the first time in this work. Also anisotropy coefficients, components of the tensor of effective masses of carriers, effective masses of density of states, nonparabolicity of the conduction and valence bands, g-factor and its anisotropy for n- and p-CdSb were estimated for the first time during these studies. All the results obtained are compared with the cyclotron resonance data and the corresponding theoretical calculations for p-CdSb. This is basic information for the analyses of the complex transport properties of CdSb and for working out the energy spectrum model of the shallow energy levels of defects and impurities in this semiconductor. It was found out existence of different mechanisms of hopping conductivity in the presence of metal - insulator transition induced by magnetic field in n- and p-CdSb. Quite unusual feature opened in CdSb is that different types of hopping conductivity may take place in the same crystal depending on temperature, magnetic field or even orientation of crystal in magnetic field. Transport properties of undoped p-CdSb samples show that the anisotropy of the resistivity in weak and strong magnetic fields is determined completely by the anisotropy of the effective mass of the holes. Temperature and magnetic field dependence of the Hall coefficient and magnetoresistance is attributed to presence of two groups of holes with different concentrations and mobilities. The analysis demonstrates that below Tcr ~ 20 K and down to ~ 6 - 7 K the low-mobile carriers are itinerant holes with energy E2 ≈ 6 meV. The high-mobile carriers, at all temperatures T < Tcr, are holes activated thermally from a deeper acceptor band to itinerant states of a shallower acceptor band with energy E1 ≈ 3 meV. Analysis of temperature dependences of mobilities confirms the existence of the heavy-hole band or a non-equivalent maximum and two equivalent maxima of the light-hole valence band. Galvanomagnetic effects in n-CdSb reveal the existence of two groups of carriers. These are the electrons of a single minimum in isotropic conduction band and the itinerant electrons of the narrow impurity band, having at low temperatures the energies above the bottom of the conduction band. It is found that above this impurity band exists second impurity band of only localized states and the energy of both impurity bands depend on temperature so that they sink into the band gap when temperature is increased. The bands are splitted by the spin, and in strong magnetic fields the energy difference between them decreases and redistribution of the electrons between the two impurity bands takes place. Mobility of the conduction band carriers demonstrates that scattering in n-CdSb at low temperatures is strongly anisotropic. This is because of domination from scattering on the neutral impurity centers and increasing of the contribution to mobility from scattering by acoustic phonons when temperature increases. Metallic conductivity in zero or weak magnetic field is changed to activated conductivity with increasing of magnetic field. This exhibits a metal-insulator transition (MIT) induced by the magnetic field due to shift of the Fermi level from the interval of extended states to that of the localized states of the electron spectrum near the edge of the conduction band. The Mott variablerange hopping conductivity is observed in the low- and high-field intervals on the insulating side of the MIT. The results yield information about the density of states, the localization radius of the resonant impurity band with completely localized states and about the donor band. In high magnetic fields this band is separated from the conduction band and lies below the resonant impurity bands.

Optimisation of data analysis method for a fluidized bed combustion test rig

Nowadays the used fuel variety in power boilers is widening and new boiler constructions and running models have to be developed. This research and development is done in small pilot plants where more faster analyse about the boiler mass and heat balance is needed to be able to find and do the right decisions already during the test run. The barrier on determining boiler balance during test runs is the long process of chemical analyses of collected input and outputmatter samples. The present work is concentrating on finding a way to determinethe boiler balance without chemical analyses and optimise the test rig to get the best possible accuracy for heat and mass balance of the boiler. The purpose of this work was to create an automatic boiler balance calculation method for 4 MW CFB/BFB pilot boiler of Kvaerner Pulping Oy located in Messukylä in Tampere. The calculation was created in the data management computer of pilot plants automation system. The calculation is made in Microsoft Excel environment, which gives a good base and functions for handling large databases and calculations without any delicate programming. The automation system in pilot plant was reconstructed und updated by Metso Automation Oy during year 2001 and the new system MetsoDNA has good data management properties, which is necessary for big calculations as boiler balance calculation. Two possible methods for calculating boiler balance during test run were found. Either the fuel flow is determined, which is usedto calculate the boiler's mass balance, or the unburned carbon loss is estimated and the mass balance of the boiler is calculated on the basis of boiler's heat balance. Both of the methods have their own weaknesses, so they were constructed parallel in the calculation and the decision of the used method was left to user. User also needs to define the used fuels and some solid mass flowsthat aren't measured automatically by the automation system. With sensitivity analysis was found that the most essential values for accurate boiler balance determination are flue gas oxygen content, the boiler's measured heat output and lower heating value of the fuel. The theoretical part of this work concentrates in the error management of these measurements and analyses and on measurement accuracy and boiler balance calculation in theory. The empirical part of this work concentrates on the creation of the balance calculation for the boiler in issue and on describing the work environment.

Ohjelmistoyritysten liiketoimintamallit Kaakkois-Suomessa

Tutkielman tavoitteena on tunnistaa Kaakkois-Suomen alueella olevat ohjelmistoyritysten tyypilliset yritysryhmät ja kuvata niiden toimintaa. Tunnistamalla alueen ohjelmistoyrityksille ominaiset piirteet työ antaa myös pohjaa tulevien kehityskohteiden löytämisessä ja kehitystoimenpiteiden kohdistamisessa useisiin samantyyppisiin yrityksiin. Työn taustaksi esitellään ohjelmistoalaa ja ohjelmistoliiketoiminnan malleja, joiden pohjalta muodostetaan viitekehys alueen ohjelmistoyritysten empiiriseen tarkasteluun. Empiriaosuudessa tarkastellaan työn teoreettisessa osiossa esitettyjen liiketoimintamallien toteutumista Kaakkois-Suomessa ja ryhmitellään alueen ohjelmistoyritykset erottelevimpien tekijöiden avulla. Tutkimus on luonteeltaan kvantitatiivinen kokonaistutkimus Kaakkois-Suomen ohjelmistoyrityksistä, ja tutkimusotteeltaan deskriptiivinen eli kuvaileva. Tutkimusaineisto perustui tutkimusryhmän suorittamaan strukturoituun haastatteluun, jossa haastateltiin kaikkiaan 58 ohjelmistoyrityksen vastuuhenkilöitä. Tutkimustulosten perusteella alueelta pystyttiin tunnistamaan neljä toimintatavoiltaan erilaista ohjelmistoliiketoiminnan perustyyppiä: asiakaslähtöiset toimijat (26 toimipaikkaa), räätälöijät (14 toimipaikkaa), integroijat (10 toimipaikkaa) ja tuotteistajat (8 toimipaikkaa). Tulokset osoittavat, että perinteisten ohjelmistoalan liiketoimintamallien kuvaukset ja niistä tehtävät yleistykset antavat hyvän lähtökohdan ohjelmistoyritysten tarkasteluun. Kuitenkin perinteisten ohjelmistoalan liiketoimintamallien antama näkökulma on liian rajoittunut,jos halutaan tarkastella syvällisemmin ohjelmistoyritysten liiketoimintalogiikkaa.

APROS code benchmarking inboiling water reactor accident analyses

Diplomityö käsittelee kiehutusvesilaitosten transienttien ja onnettomuuksien analysointia APROS-ohjelmiston avulla. Työ on tehty Teollisuuden Voima Oy:n (TVO) Olkiluoto 1 ja 2 laitosyksiköiden mallin pohjalta. Raportissa esitetään ohjelmiston käyttämiä yhtälöitäja laskentamalleja yleisellä tasolla. Työssä esitellään laitoksen yleispiirteet turvallisuustoimintoineen ja kuvataan ohjelmaan suureksi osaksi aiemmin luotua laskentamallia. Työssä on luetteloitu voimassa olevatlisensiointianalyysit, joiden joukosta on valittu laskentatapauksia ohjelmiston suorituskyvyn arviointia varten. Lisäksi työhön on valittu laskentatapauksia muilla kuin lisensointiin käytetyillä ohjelmilla lasketuista analyyseistä. Lisäksi on suoritettu vertailulaskuja konservatiivisen ja realistisen mallin erojen esille saamiseksi. Laskentatapauksia ovat mm. ylipainetransientti, jäähdytteen menetysonnettomuus ja oletettavissa oleva käyttöhäiriö, jossa pikasulku ei toimi (ATWS). Diplomityön edetessä laitosmallia on kehitetty edelleen lisäämällä joitakin järjestelmiä ja tarkentamalla joidenkin komponenttien kuvausta. Työssä ilmeni, että APROS soveltuu jäähdytteenmenetysonnettomuuden ja suojarakennuksen yhtäaikaiseen analyysiin. APROS.n vaste nopeisiin transientteihin jäi kuitenkin vertailutasosta. Tämän työn perusteella APROS-mallia kehitys jatkuu edelleen siten, että se soveltuisi entistä paremmin myös nopeiden transienttien ja ATWS-tilanteiden kuvaamiseen. Työssä olevaa lisensointianalyysien kuvausta tullaan käyttämään hyväksi selvitettäessä laitoksen turvallisuuden väliarviossa tarvittavien analyysien määrää ja laatua. Nyt saatuja kokemuksia voidaan hyödyntää myös mahdollisen kolmiulotteisen sydänmallin hankinnassa APROS-ohjelmistoon. Tässä diplomityössä esitettyjä parannuksia voidaan käyttää hyväksi SAFIRtutkimusohjelman hankkeiden suunnittelussa.

Esituotannon aikainen konseptien verifiointi muovituotteen valmistusessa

 Diplomityön tavoitteena on tutkia ja kehittää muovituotteen valmistuskonseptien verifiointimenetelmiä ja luoda malli, jolla saadaan esituotantovaiheestalähtien parannettu tuotantoprosessi massatuotannon aloittamiseen (ramp up). Työn tavoitteena on myös toimia viestintäkeinona lisäämässä organisaation tietoisuutta esituotantovaiheen tärkeydestä. Työ pohjautuu tekijän aikaisempaan tutkimukseen "esituotantoprosessista oppimisen vaikutukset massatuotannon aloitukseen", joka on tehty erikoistyönä v.2006. Tutkimus menetelminä on käytetty pääasiassa prosessien kuvaamista, benchmarkingia, asiantuntijoiden haastatteluja sekä analysoitu toteutuneita projekteja. Lopputuloksena on saatu toimintamalli, joka vastaa hyvin pitkälle prosessien kuvausten aikana syntynyttä mallia. Keskeisenä ajatuksena on valmistuskonseptin verifioinnin kytkeminen tuotteen mekaniikkasuunnittelun kypsyyteen. Koko projektia koskevien tavoitteiden määrittäminen johdetaan ramp up tavoitteista. Verifioitavaksi valitaan kriittisin tuote ja prosessi. Tähän on teoreettisena viitekehyksenä käytetty Quality Function Deployment (QFD) menetelmää. Jatkotoimenpiteiksi esitetään ramp up tavoitteiden ja mittareiden kehittämistä, joilla pystytään seuraamaan ja ohjaamaan projektia jo heti alusta alkaen. Lisätutkimusta tarvitaan myös esituotannon aikaisten prosessiparametrien suunnitteluun ja optimointiin.

Laadullinen tutkimus metsäteollisuuden ohjelmistotoimittajista Kaakkois-Suomessa: Nykytilanne

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää paikallisten metsäteollisuuteen toimittavien pienten ja keskisuurten ohjelmistoyritysten nykytilannetta, hyviä käytäntöjä ja toiminnan ongelmia. Tunnistamalla pienten ja keskisuurten ohjelmistoyritysten nykytilanne on mahdollista suunnitella konkreettisia yrityksille suunnattavia kehittämistoimenpiteitä. Työssä on keskitytty tutkimaan metsäteollisuuteen toimittavia kaakkoissuomaisia pieniä ja keskisuuria ohjelmistoyrityksiä. Työn viitekehyksenä esitellään metsäteollisuuden nykytilannetta, kehitystrendejä sekä kehitystrendien vaikutusta metsäteollisuusyritysten tietojärjestelmätarpeisiin. Lisäksi työn viitekehyksessä esitellään tutkimuksessa käytetyt kvalitatiiviset tutkimusmenetelmät.Tutkimus on luonteeltaan kvalitatiivinen eli laadullinen ja tutkimusotteeltaan deskriptiivinen eli kuvaileva. Tutkimusaineisto koostui 19 asiantuntijahaastattelusta ja dokumenttiaineistosta. Tutkimusaineiston analysoinnissa käytin aineistopohjaista meneelmää ja tapaustutkimusta. Tutkimustulosten perusteella pystyttiinkuvaamaan tutkimuksessa mukana olleille 10 paikalliselle pienelle ja keskisuurelle ohjelmistoyritykselle yhteisiä ominaisuuksia. Tämän lisäksi pystyttiin tunnistamaan ohjelmistoyrityksistä kolme erilaista tyyppiä ja luonnehtimaan kunkin tyypin nykytilannetta, hyviä käytäntöjä ja toiminnan ongelmia. Tunnistetut paikallisten pienten ja keskisuurten ohjelmistoyritysten tyypit ovat: erikoistuja, ennakoija ja keräilijä. Tutkimustulokset antavat hyvän lähtökohdan tulevaisuuden kehitystrendien tunnistamisessa ja toiminnankehitystoimenpiteiden suunnittelussa.

Uudistumiskykyinen strategian toteuttaminen, case Oy Hartwall Ab

Tutkielman tutkimusongelmana oli, miten organisaatio voi toteuttaa strategiaansa uudistumiskykyisesti. Tutkimusongelmaa tutkittiin kartoittavasti, kuvailevasti ja selittävästi. Tutkimuksessa lähdettiin liikkeelle strategian toteuttamisen teoreettisen tarkastelupohjan rakentamisesta. Strategian toteuttamisen näkökulmat yhdistettiin Ståhlen (1999) kehittämään kolmiulotteiseen tietoympäristömalliin. Tämänsynteesin pohjalta luotiin uudistumiskykyinen strategian toteuttaminen -malli. Mallin perusteella vastattiin tutkimusongelmaan ja ehdotettiin case-yritykselle strategian toteuttamisen kehittämistoimenpiteitä. Tutkielman tutkimusstrategiana käytettiin Survey-tutkimusta. Tällä pyrittiin tutkimaan case-yrityksen myyntiorganisaation uudistumiskyvyn tasoa ja analysoimaanuudistumiskyky -mittauksen tulosten pohjalta organisaation uudistumiskykyistä strategian toteuttamista. Tutkimuksen metodiksi valittiin kyselylomakepohjainen KM-factor¿-mittari. KM-factor¿-mittaus suoritettiin case-yritys Oy Hartwall Ab:ssä kevään 2004 aikana. Mittauksen perusjoukkona oli Oy Hartwall Ab:n myyntiorganisaatio. Mittauksen otoskoko oli N=64, henkilöstö: N=49, johto: N=15. Henkilöstönvastausprosentti oli 71 %:a ja johdon 78 %:a. Kyselylomake oli internet-pohjainen. KM-factor¿-mittauksen tulokset analysoi businessXray Oy. Tutkielman tekijä analysoi KM-factor¿-mittauksen tuloksia hyödyntämällä uudistumiskykyinen strategian toteuttaminen -mallia. Organisaatio voi toteuttaa strategiaansa uudistumiskykyisesti toteuttamalla ja uudistamalla strategiaansa yhtenäisesti strategisen fokuksensa mukaisesti. Tämä onnistuu toteuttamalla strategiaa uudistumiskykyisen strategian toteuttamisen -mallin mukaisesti. Mallia hyödyntämällä organisaation johto kykenee organisoimaanstrategian toteutuksen yrityksen strategisen fokuksen mukaisesti.