Performance Degradation Modelling and Techno-Economic Analysis of Lithium-Ion Battery Energy Storage Systems

Transmission system operators and distribution system operators are experiencing new challenges in terms of reliability, power quality, and cost efficiency. Although the potential of energy storages to face those challenges is recognized, the economic implications are still obscure, which introduce the risk into the business models. This thesis aims to investigate the technical and economic value indicators of lithium-ion battery energy storage systems (BESS) in grid-scale applications. In order to do that, a comprehensive performance lithium-ion BESS model with degradation effects estimation is developed. The model development process implies literature review on lifetime modelling, use, and modification of previous study progress, building the additional system parts and integrating it into a complete tool. The constructed model is capable of describing the dynamic behavior of the BESS voltage, state of charge, temperature and capacity loss. Five control strategies for BESS unit providing primary frequency regulation are implemented, in addition to the model. The questions related to BESS dimensioning and the end of life (EoL) criterion are addressed. Simulations are performed with one-month real frequency data acquired from Fingrid. The lifetime and cost-benefit analysis of the simulation results allow to compare and determine the preferable control strategy. Finally, the study performs the sensitivity analysis of economic profitability with variable size, EoL and system price. The research reports that BESS can be profitable in certain cases and presents the recommendations.

Allianssit metsä- ja ICT -sektoreilla vuosina 1990-2005 - globaalin kehityksen analyysi

Pro gradu -tutkielman tavoitteena on tarkastella metsä- ja ICT-sektorin allianssien kehitystä vuosina 1990-2005. Lisäksi tarkoituksena on tutkia, voidaanko osoittaa yhteys allianssien ja yrityksen taloudellisen menestymisen välillä. Yhteyden testaamissa käytetään lineaarista regressiota. Aineisto perustuu SDC Platinum -tietokannasta haettuihin allianssitietoihin sekä Thomson One Banker -tietokannan tilinpäätöstietoihin, jotka koskevat 70 liikevaihdoltaan maailman suurinta metsäyritystä ja 43 liikevaihdoltaanmaailman suurinta ICT-yritystä. Hypoteesit vahvistuivat osittain. Toimialan kehitysvaihetta ja alliansseja koskevat hypoteesit vahvistuivat kahta lukuun ottamatta, eli toimialan luonne ja kehitysvaihe vaikuttavat allianssimääriin ja -laatuun. Allianssien ja taloudellisen menestymisen yhteyttä koskevat hypoteesit vahvistuivat osittain. Testauksessa löydettiin positiivinen, tilastollisesti merkitsevä yhteys allianssien ja liikevaihdon välillä sekä sijoitetunpääoman tuoton väliltä. Allianssien yhteismäärä vaikutti positiivisesti liikevaihdon kasvuprosenttiin ICT- ja yhdistelmäaineistossa. Uusien allianssien osuus vaikutti positiivisesti vain sijoitetun pääoman tuottoon. Strategisten allianssien osalta saatiin vain ristiriitaisia tuloksia. Metsäaineistossa ne vaikuttivat negatiivisesti liikevaihdon kasvuun, mutta yhdistelmäaineistossa löydettiin positiivinen yhteys. Liiketuottoprosentin ja allianssien välillä ei voitu osoittaa lainkaan yhteyttä.

Measurement Problems and Problem-Solving in Kraft Pulping

Tämän työn tarkoituksena on koota yhteen selluprosessin mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat ongelmien ratkaisemiseksi. Pääpaino on online-mittaustekniikoissa. Työ koostuu kolmesta osasta. Ensimmäinen osa on kirjallisuustyö, jossa esitellään nykyaikaisen selluprosessin perusmittaukset ja säätötarpeet. Mukana on koko kuitulinja puunkäsittelystä valkaisuun ja kemikaalikierto: haihduttamo, soodakattila, kaustistamo ja meesauuni. Toisessa osassa mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat on koottu yhteen ”tiekartaksi”. Tiedot on koottu vierailemalla kolmella suomalaisella sellutehtaalla ja haastattelemalla laitetekniikka- ja mittaustekniikka-asiantuntijoita. Prosessikemian paremmalle ymmärtämiselle näyttää haastattelun perusteella olevan tarvetta, minkä vuoksi konsentraatiomittaukset on valittu jatkotutkimuskohteeksi. Viimeisessä osassa esitellään mahdollisia mittaustekniikoita konsentraatiomittausten ratkaisemiseksi. Valitut tekniikat ovat lähi-infrapunatekniikka (NIR), fourier-muunnosinfrapunatekniikka (FTIR), online-kapillaarielektroforeesi (CE) ja laserindusoitu plasmaemissiospektroskopia (LIPS). Kaikkia tekniikoita voi käyttää online-kytkettyinä prosessikehitystyökaluina. Kehityskustannukset on arvioitu säätöön kytketylle online-laitteelle. Kehityskustannukset vaihtelevat nollasta miestyövuodesta FTIR-tekniikalle viiteen miestyövuoteen CE-laitteelle; kehityskustannukset riippuvat tekniikan kehitysasteesta ja valmiusasteesta tietyn ongelman ratkaisuun. Työn viimeisessä osassa arvioidaan myös yhden mittausongelman – pesuhäviömittauksen – ratkaisemisen teknis-taloudellista kannattavuutta. Ligniinipitoisuus kuvaisi nykyisiä mittauksia paremmin todellista pesuhäviötä. Nykyään mitataan joko natrium- tai COD-pesuhäviötä. Ligniinipitoisuutta voidaan mitata UV-absorptiotekniikalla. Myös CE-laitetta voitaisiin käyttää pesuhäviön mittauksessa ainakin prosessikehitysvaiheessa. Taloudellinen tarkastelu pohjautuu moniin yksinkertaistuksiin ja se ei sovellu suoraan investointipäätösten tueksi. Parempi mittaus- ja säätöjärjestelmä voisi vakauttaa pesemön ajoa. Investointi ajoa vakauttavaan järjestelmään on kannattavaa, jos todellinen ajotilanne on tarpeeksi kaukana kustannusminimistä tai jos pesurin ajo heilahtelee eli pesuhäviön keskihajonta on suuri. 50 000 € maksavalle mittaus- ja säätöjärjestelmälle saadaan alle 0,5 vuoden takaisinmaksuaika epävakaassa ajossa, jos COD-pesuhäviön vaihteluväli on 5,2 – 11,6 kg/odt asetusarvon ollessa 8,4 kg/odt. Laimennuskerroin vaihtelee tällöin välillä 1,7 – 3,6 m3/odt asetusarvon ollessa 2,5 m3/odt.

1000 V jakelujännitteen käyttömahdollisuudet Kymenlaakson Sähköverkko Oy:ssä

Kymenlaakson Sähköverkko Oy:n 20/0,4 kV tekniikalla toteutettu sähkönjakeluverkko on monin paikoin saavuttamassa pitoaikansa loppua. Sähkönjakeluverkko sijaitsee pääasiassa haja-asutusalueilla ja on pääosin avojohtotekniikalla rakennettua. Haja-asutusalueilla 20 kV sähköverkko sisältää paljon lyhyitä 1–5 km pituisia johtohaaroja. Tässä diplomityössä selvitettiin 20/1/0,4 kV sähkönjakelujärjestelmän käyttömahdollisuuksia Kymenlaakson Sähköverkko Oy:n sähkönjakeluverkossa. Työssä vertailtiin erilaisilla verkostoratkaisuilla saatavia elinkaarikustannuksia perusparannus- ja uudisrakennuskohteissa. Tutkimuksen perusteella Kymenlaakson Sähköverkko Oy:n sähkönjakeluverkossa on potentiaalia 1000 V jakelujännitteen käytölle. Työssä perehdyttiin myös 1000 V verkostokomponenttien merkitsemiseen ja verkkoyhtiön tekemiin 1000 V verkon tarkastuksiin.

Suluntekolaitteen toteutusvaihtoehdot: Kannattavuustarkastelu ja valinta

Diplomityön toimeksiantajayritys on 20 henkilöä työllistävä konepaja, jonka yksi liiketoiminta-alueista on koneenrakennus. Työn tutkimusongelmana oli selvittää, mikä on kannattavin kolmesta tarkasteltavasta teknisestä vaihtoehdosta lujitemuoviputken suluntekolaitteen toteuttamiseksi. Kyseessä on tapaustutkimus, jossa on käytetty esimerkkiasiakkaan, muovituotteita teollisuudelle valmistavan yrityksen, lähtötietoja. Kannattavuustekijöiksi määriteltiin kannattavuus asiakkaan näkökulmasta, kannattavuus toimittajan näkökulmasta sekä vaihtoehtoihin liittyvä epävarmuus. Asiakkaan näkökulmasta kannattavuutta on arvioitu investoinnin edullisuutena, toimittajan näkökulmasta projektin kannattavuutena taloudellisesta näkökulmasta ja vaihtoehtoihin liittyvää epävarmuutta muun muassa herkkyysanalyyseillä. Kannattavuustarkastelu on toteutettu Excel -mallilla, joka sisältää pisteytysjärjestelmän kannattavimman vaihtoehdon valitsemiseksi. Osana tutkimusta laadittiin sulunteon laatuvirheitä koskeva laatukustannusselvitys ja hinnoiteltiin laitteet. Kannattavuustarkastelun tuloksena todettiin, että sulunteko kannattaa koneellistaa ja että kannattavin tarkasteltavista vaihtoehdoista on konstruktio, jossa kudokset kelataan muotille rinnakkain. Todettiin, että laatukustannukset ovat merkittävä kustannuserä. Laadittua Excel-mallia voidaan käyttää myös muiden tuotteistusprojektien kannattavuustarkasteluun. Toimeksiantajayritys voi käyttää työssä saavutettuja tuloksia myyntiargumenttina.

Pienen kokoluokan CHP-tuotannon kannattavuus kunnallisen lämpölaitoksen yhteydessä

Fossiiliset polttoainevarannot ovat ehtymässä. Nykyisen talouskasvumme perustuessa fossiilisten polttoaineiden kestämättömään käyttöön, on energiantuotantorakenteen muututtava. Euroopan Unioni on asettanut tavoitteet uusiutuvan energian osuuden lisäämiseksi. Näistä syistä johtuen kiinnostus uusiutuvaa energiaa ja hajautettua energiantuotantoa kohtaan on kasvanut viime aikoina. Tämän globaalin ilmiön rinnalla yhteiskuntarakenteen muutos Suomessa on johtanut tilanteeseen, jossa taloudellinen aktiviteetti kasvukeskusten ulkopuolella on hiipumassa. Loogisena ratkaisumallina on syntynyt hankkeita kuten Keski-Karjalan Kehitysyhtiö Oy:n Puhos 2013 - ympäristöalasta uutta liiketoimintaa - hanke. Tämä työ on Puhos 2013 - hankkeeseen tilattu tutkimus, jonka tavoitteena on puuta ja biokaasua polttoaineenaan käyttävän mikroturbiinitekniikkaan pohjautuvan pienen kokoluokan CHP tuotannon kannattavuuden selvittäminen kunnallisen lämpölaitoksen yhteydessä. Tutkimuksessa selvitettiin aluksi pienen kokoluokan CHP tuotannon kannattavuuteen vaikuttavat tekijät, jonka jälkeen opittua tietoa sovellettiin Kiteen Lämmön Arppentien lämpölaitoksen tapaukseen. Kiteen Lämmön taloudellisen kannattavuuden ohella tutkimuksessa huomioitiin uusien liiketoiminta mahdollisuuksien syntyminen alueelle. Käytetyt tutkimusmenetelmät olivat kvalitatiivinen analyysi ja perinteinen investoinnin kannattavuuslaskenta. Tutkimuksen tuloksena muodostettiin strategia, joka maksimoi molemmat edellä mainitut kannattavuuden näkökulmat. Kehitetyn strategian Kiteen Lämmön tulosta maksimoiva osuus muodostuu oman käyttösähkön tuottamisen aloittamisesta Arppentien lämpölaitoksella 30 kWe mikroturbiinilla käyttäen polttoaineena Bio10 Oy:n toimittamaa biokaasua. Uusien liiketoiminta mahdollisuuksien synty alueelle mahdollistetaan puolestaan kehittämällä puun kaasutukseen perustuva modulaarinen CHP laitos yhteistyössä Mekrijärven tutkimusaseman ja suomalaisten laitevalmistajien kanssa.

Effect of species composition on economic return in amixed stand of Norway spruce and Scots Pine

Summary

Potential economic effects of climate change on Finnish agriculture

Selostus: Ilmastonmuutoksen taloudelliset vaikutukset suomalaiseen maatalouteen