Sähkön ja lämmön yhteistuotanto biopolttoaineilla, alueellinen selvitys - Tutkimusraportti

Globaali ilmaston lämpeneminen ja tunnettujen energiavarojen ehtyminen ovat lisääntyvässä määrin maailmanlaajuisia huolenaiheita. Tietoisuus kulutuksen kasvun ja fossiilisten polttoaineiden käytön aiheuttamasta ympäristönmuutoksesta on merkittävästi kasvanut, ja osana kestävää kehitystä Euroopan Unionin vuoden 2020 välitavoitteena on vähentää kasvihuonepäästöjä 20 prosentilla vuoden 1990 tasosta, parantaa energiatehokkuutta 20 prosentilla, ja lisätä uusiutuvien energialähteiden osuus 20 prosenttiin. Suomen sitovaksi tavoitteeksi EU on määritellyt uusiutuvan energian osuudeksi 38 % kokonaisenergian kulutuksesta vuoteen 2020 mennessä. Suomen tavoitetta voi pitää varsin haasteellisena ja näin ollen tavoitteiden saavuttaminen edellyttää myös, että Suomessa käyttöönotetaan monipuolisia energiatehokkuutta parantavia ja erilaista tuotantoteknologiaa hyödyntäviä ratkaisuja. Biopolttoaineita käyttävä pienen kokoluokan yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto (CHP) voi osaltaan tarjota yhden ratkaisun varmistaa kestävä kehitys. Hajautetusti toimivat kiinteää biopolttoainetta, kuten metsätähdehaketta esimerkiksi maatiloilla, kasvihuoneilla ja pkteollisuudessa käyttävät pien-CHP laitokset lisäävät energiaomavaraisuutta, työllisyyttä ja maaseudun elinvoimaa. Sähkön ja lämmön yhteistuotanto – hankekokonaisuus sisälsi kolme erillistä projektia; (1) Bio-CHP tutkimus- ja opetuslaboratorion kehittäminen, (2) Biovoima Innoverkko, ja (3) Sähkön ja lämmön yhteistuotanto biopolttoaineilla, alueellinen selvitys. Näissä projekteissa on (1) tutkittu, koekäytetty, testattu ja mallinnettu pienen kokoluokan (laitoksen polttoaineteho alle 3 MW) CHP-laitteistoa laboratorio-olosuhteissa, (2) koulutettu ja konsultoitu potentiaalisia asiakkaita, laitevalmistajia ja energiayrityksiä sekä (3) kartoitettu markkinapotentiaalia, potentiaalisia asiakkaita ja alan toimijoita sekä tehty esiselvityksiä käyttökohteiden kannattavuudesta. Hankekokonaisuuden yhteydessä Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa laboratoriossa koekäytössä oleva CHPratkaisu perustuu Stirling-moottorin tai vaihtoehtoisesti mikroturbiinin käyttöön hakelämmityskattilalaitoksen yhteydessä. Kaupalliseen vaiheeseen edetessään pienen kokoluokan CHP-tuotanto voidaan arvioida kannattavaksi, koska sen avulla voidaan muun muassa saavuttaa kustannussäästöjä, vähentää päästöjä, ja lisätä sähköntuotannon omavaraisuutta sekä tukea alueellista työllisyyttä. Tässä hankkeessa (3) tutkittiin pienen kokoluokan hajautetun CHP-teknologian markkinapotentiaalia yleisesti Suomessa ja Kaakkois-Suomessa, tarkasteltiin alueellisia primäärienergialähteitä, ja tutkittiin laitetoimittajia, energiayrityksiä sekä niiden liiketoimintaverkostoja. Alueellisen selvityksen tueksi tutkittavia asioita tarkasteltiin osittain myös laajemmin muun muassa vertaisarvioinnin ja riittävän suuren otoskoon varmistamiseksi. Hankkeessa konsultoitiin potentiaalisia CHP-käyttökohteita ja tehtiin esiselvitykset kahdeksan kohteen teknis-taloudellisesta kannattavuudesta. Konsultoinneissa ja esiselvityksissä hyödynnettiin kehitettyä teknis-taloudellista laskentamallia. Hankkeen tulosten pohjalta laadittiin yleisohje soveltuvuusselvitysten tekemiseksi sekä suositus bioenergian alueelliseksi kehittämiseksi hajautetussa CHP-tuotannossa. Vuoden 2011 alussa voimaan tullut laki uusiutuvilla energialähteillä tuotetun sähkön tuotantotuesta on tarkoitettu tukemaan tuulivoimalla, biokaasulla ja puupolttoaineella tuotettua sähkön tuotantoa. Syöttötariffijärjestelmään hyväksytty sähkön tuottaja osallistuisi sähkömarkkinoille, ja tuottajalle maksettaisiin määräajan tukea markkinahinnan ja tuotantokustannusten välisen eron kattamiseksi. Jotta metsähakevoimala yleisten kelpoisuusehtojen täytyttyä voitaisiin hyväksyä syöttötariffin piiriin, pitää lisäksi laitoksen generaattoreiden nimellistehon olla vähintään 100 kW. Nykytekniikalla ja nykyisillä laitosten hyötysuhteilla tämä tarkoittaa sitä, että CHP-laitoksen kokonaistehon tulisi olla suuruusluokaltaan noin 500 kW. Näin ollen syöttötariffijärjestelmä ei kannusta pienimpiä laitoksia bioenergialla tuotetun sähkön myyntiin, ja näissä tapauksissa onkin arvioitava ainoastaan omakäyttösähkön merkitystä. Lämpö- ja CHP-laitosten polttoaineen hankintaketjua tuleva laki pienpuun energiatuesta (Petu) on hyväksytty eduskunnassa ja tulee voimaan asetuksella, mikäli Euroopan komissio hyväksyy uuden valtiontukijärjestelmän. Pienpuun energiatuki korvaa aiemmat Kemera-lain mukaiset korjuu- ja haketustuet. Tukea maksetaan nuoren metsän hoidon tai ensiharvennuksen yhteydessä saatavasta energiapuusta, mutta ei päätehakkuiden energiapuusta. Maa- ja puutarhataloudessa potentiaalisimpia käyttökohteita ovat suurehkot sika- ja siipikarjatilat, joiden lämmön ja sähkön kulutus on jo merkittävää. Kasvihuoneet ovat jo keskikokoisina huomattavia sähkön ja lämmön kuluttajia, ja siten potentiaalisia kohteita. Yleisesti tilojen määrän ennustetaan jo lähivuosien aikana vähenevän ja tilakoon kasvavan merkittävästi. Suurempi yksikkökoko luonnollisesti merkitsee mahdollisesti parantuneesta energiatehokkuudesta huolimatta yleensä suurempaa energian tarvetta ja siten potentiaalista kiinteää biomassaa käyttävää CHP-kohdetta. Pk-teollisuudessa luontevia käyttökohteita ovat esimerkiksi mekaanisen metsäteollisuuden laitokset sekä yleisestikin teollisuuskohteet, joiden energian kulutus on kohtalainen ja suhteellisen tasainen. Niin ikään suurehkot kiinteistöt, kuten esimerkiksi hotellit ja vanhainkodit, ovat potentiaalisia käyttökohteita. Olemassa olevat aluelämpölaitokset voivat ottaa CHP-teknologian käyttöön esimerkiksi laitoksen peruskorjauksen tai uusimisen yhteydessä. Kaiken kaikkiaan Kaakkois-Suomessa voidaan arvioida olevan maatiloilla, kasvihuoneissa, pk-teollisuudessa ja lämpölaitoksissa yhteensä useita kymmeniä potentiaalisia käyttökohteita. Arvioitaessa Kaakkois-Suomen kiinteitä bioenergiapotentiaaleja, keskeisin on metsäenergia, jonka teknistaloudellinen potentiaali on arvioitu olevan alle 2000 GWh, mitä voidaan pitää varsin konservatiivisena arviona. Peltoenergiapotentiaaliksi on arvioitu noin 400 GWh. Metsätähdehaketta kuljetetaan myös maakuntien välillä, vaikka kuljetusmatkat tulisi rajoittaa enintään 50–100 km etäisyydelle käyttöpaikasta kannattavuuden turvaamiseksi. Energiapuun voidaan arvioida riittävän pienen kokoluokan CHPteknologian lisääntyvään tarpeeseen, mutta alueellisesti polttoaineen saatavuuteen ja hintaan vaikuttavat olennaisesti esimerkiksi suurten CHP-laitosten mahdollisesti lisääntyvä metsähakkeen käyttö. Metsäteollisuuden ainespuun käytöllä on keskeinen rooli energiapuun saantoon. Lisäksi metsänomistajien todellinen halukkuus energiapuun myyntiin vaihtelee, ja esimerkiksi kantojen hyödyntäminen biopolttoaineena jakaa mielipiteitä. Hankkeessa tutkittiin ja haastateltiin 26 lämpöyritystä ja 26 lämpölaitostoimittajaa eri puolella Suomea sekä 19 potentiaalista CHP-laitevalmistajaa Kaakkois-Suomessa. Lämpöyrittäjyys on varsin paikallista toimintaa, joka on voimakkaasti kasvamassa. Lämpöyrittäjien hoitamia kohteita on Suomessa tällä hetkellä noin 450. Lämpölaitoksen ja lämpöverkon omistaa usein esimerkiksi kunta, ja lämpöyrittäjä hankkii polttoaineen, huolehtii laitoksen toiminnasta ja saa tuoton myydystä energiasta. Tyypillisesti lämpöyrityksellä ja –yrittäjällä on yhteistyötä paitsi polttoainetoimittajien ja asiakkaidensa kanssa, niin myös erilaisia huolto- ja muita palveluita tarjoavien tahojen, lämpölaitoksen kokonais- ja komponenttitoimittajien, ja muiden lämpöyrittäjien kanssa. Merkittävimmät laitevalmistajat ovat maantieteellisesti painottuneet Länsi- ja Etelä- Suomeen. Valmistajat ovat pääosin pk-yrityksiä, joista muutama on osa isompaa konsernia. Yritykset valmistavat tyypillisesti muun muassa lämpökattiloita, poltinteknologiaa, kuljettimia ja automaatiojärjestelmiä. Harva yritys valmistaa kaikki lämpölaitoksen komponentit itse, mutta useat kykenevät suunnittelemaan ja toimittamaan asiakkaille kokonaisia laitoksia avaimet käteen periaatteella liiketoimintaverkostojaan hyödyntäen. Laajimmillaan yritysten liiketoimintaverkostoihin voi kuulua asiakkaita, alihankkijoita, muita laitevalmistajia, kilpailijoita ja muita palveluiden tarjoajia. Kaakkois-Suomessa on huomattava yrityskanta konepaja-, automaatio-, hydrauliikka-, sähkö- ja LVI-yrityksiä, ja osa näistä yrityksistä on toiminut muun muassa metsäteollisuuden alihankkijoina. Metsäteollisuuden rakennemuutoksen myötä yritykset joutuvat osittain suuntaamaan liiketoimintaansa muualle, ja kyseisillä yrityksillä on perusosaamista ja kyvykkyyttä palvella energia-alaa, kuten esimerkiksi toimittaa komponentteja, laitteita tai palveluita CHP-laitostoimituksiin. Liiketoiminnan suuntaaminen uudelle toimialalle ja mahdollisten omien tuotteiden suunnittelu, valmistus ja markkinointi edellyttää kuitenkin merkittäviä panostuksia ja riskinsietokykyä. Kaiken kaikkiaan tutkitut lämpöyritykset, laitostoimittajat ja potentiaaliset laitetoimittajat suhtautuivat varovaisen positiivisesti pien-CHP:n tarjoamiin mahdollisuuksiin. Pien-CHP teknologian todettiin vielä vaativan kuitenkin kehittämistä, ja toisaalta yhteiskunnan tukitoimenpiteet nähtiin välttämättöminä, jotta bioenergiaa hyödyntävät pien-CHP ratkaisut voisivat yleistyä. Hankkeessa tutkittiin syvällisemmin erityyppisiä potentiaalisia bio-CHP kohteita, joista tehtiin esiselvitystasoiset soveltuvuus- ja kannattavuusarviot. Halukkuutta esiselvitysten tekemiseen olisi potentiaalisilta asiakkailta todennäköisesti löytynyt enemmän, mikäli bioenergiaa hyödyntävät pienen kokoluokan CHP-ratkaisut olisivat olleet lähempänä kaupallista sovellusta ja yhteiskunnan tukijärjestelmät bioenergialle valmiimpia sekä kattaneet paremmin myös pienen kokoluokan laitokset. Käyttökohteet olivat hyvin yksilöllisiä eikä niiden perusteella ollut mahdollista muodostaa yleispätevää mallia soveltuvuuden ja kannattavuuden arvioimiseksi. Teknologisten ratkaisujen vielä kehittyessä tarkkoja arvioita laitekustannuksista ei niin ikään ollut mahdollista esittää. Voidaan kuitenkin arvioida, että laitehinnat tulevat merkittävästi alenemaan kaupallisten ratkaisujen yleistyessä. Käyttökohteen kannattavuutta eivät itsestään selvästi turvaa myöskään yhteiskunnan tukijärjestelmät, vaikka laitos kuuluisikin kyseisten tukien piiriin. Olennaista investoinnin kannattavuuden kannalta on riittävän iso ja tasainen sähkön ja lämmön kulutus käyttökohteessa sekä polttoaineen ja energiahintojen tuleva kehitys. Kiinteitä biopolttoaineita kuten metsähaketta käyttävä pienen kokoluokan hajautettu CHP-teknologia on vielä kehittymässä, ja mennee vielä muutama vuosi ennen kuin kaupalliset ratkaisut yleistyvät merkittävästi. Yhteiskunnan tukimuodot kuten esimerkiksi syöttötariffijärjestelmä eivät niin ikään parhaalla mahdollisella tavalla tue kaikkein pienimmän kokoluokan CHP-investointeja. Pien-CHP ratkaisujen kaupallistumisen myötä Kaakkois-Suomella on yhtäläiset mahdollisuudet yhdessä muun Suomen kanssa kehittyä hajautetun bioenergian entistä kokonaisvaltaisemmaksi hyödyntäjäksi Avainsanat: sähkön ja lämmön yhteistuotanto, combined heat and power (CHP), mikroturbiini, stirling, syöttötariffi, biopolttoaine, metsähake, lämpöyrittäjä, lämpölaitosvalmistaja, maatila

Simulation of wind powered hydraulic heating system

The objective of this master’s thesis was to design and simulate a wind powered hydraulic heating system that can operate independently in remote places where the use of electricity is not possible. Components for the system were to be selected in such a way that the conditions for manufacture, use and economic viability are the as good as possible. Savonius rotor was chosen for wind turbine, due to its low cut in speed and robust design. Savonius rotor produces kinetic energy in wide wind speed range and it can withstand high wind gusts. Radial piston pump was chosen for the flow source of the hydraulic heater. Pump type was selected due to its characteristics in low rotation speeds and high efficiency. Volume flow from the pump is passed through the throttle orifice. Pressure drop over the orifice causes the hydraulic oil to heat up and, thus, creating thermal energy. Thermal energy in the oil is led to radiator where it conducts heat to the environment. The hydraulic heating system was simulated. For this purpose a mathematical models of chosen components were created. In simulation wind data gathered by Finnish meteorological institute for 167 hours was used as input. The highest produced power was achieved by changing the orifice diameter so that the rotor tip speed ratio follows the power curve. This is not possible to achieve without using electricity. Thus, for the orifice diameter only one, the optimal value was defined. Results from the simulation were compared with investment calculations. Different parameters effecting the investment profitability were altered in sensitivity analyses in order to define the points of investment profitability. Investment was found to be profitable only with high average wind speeds.

Tukimekanismeja ja tavoitekonflikteja Euroopan nykyisillä sähkömarkkinoilla : Uusiutuva energiapolitiikka

Eurooppalaisessa energiapolitiikassa päästökauppa ja uusiutuvan energian osuuden lisääminen sähköntuotannossa on nähty keskeisiksi keinoiksi edistää globaalien ilmastotavoitteiden saavuttamista. Käytännön tasolla näiden kahden tavoitteen rinnakkaiset ohjausmekanismit ovat kuitenkin johtaneet konflikteihin, joiden vaikutukset tulevat esiin satunnaisesti vaihtelevan uusiutuvan energian määrän noustessa huomattavan suureksi olemassa olevissa sähköjärjestelmissä, jotka ovat rakentuneet nykyiseen muotoonsa toisenlaisten paradigmojen vallitessa. Erityisesti hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen tähtäävä päästökauppa on jäänyt kansallisten, usein satunnaisesti vaihtelevan aurinko- ja tuulisähkön lisäämiseen tähtäävien kohdennettujen teknologiatukien jalkoihin. Tuloksena on ollut esimerkiksi hiilen kannattavuuden paraneminen sähköntuotannossa suhteessa ilmaston kannalta huomattavasti edullisempaan kaasuun sekä sähkön vähittäishinnan voimakas nousu, joka heikentää kuluttajien ostovoimaa ja eurooppalaisten yritysten kilpailukykyä. Tämän raportin keskeiset havainnot voidaan tiivistää seuraavasti: 1. Päästökauppa on saatava toimivaksi, jotta hintaohjauksen kautta syntyy kannustin kustannustehokkaaseen sähköntuotannon hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen. Jos on tarvetta vielä nopeampaan hiilen käytön vähentämiseen, allokatiivisesti parhaimpana keinona on silloin käytettävä koordinoidusti toteutettua hiiliverotusta. 2. Investointeja sähkönsiirtoverkkoihin on lisättävä, jotta sähköä voidaan tuottaa siellä, missä se kulloinkin on kustannustehokkainta. Tämä koskee niin uusiutuvaa energiaa kuin perinteistäkin sähköntuotantoa. 3. Markkinahäiriöitä aiheuttavista ja päästövaikutuksiltaan usein haitallisista kansallisista tukijärjestelmistä tulee luopua. Tämä koskee niin perinteisiä kuin uusiutuviakin energiamuotoja. 4. Kaikilta energiamuodoilta tulee jatkossa edellyttää joko tuotantolaitosten joustavaa käyttöä tai vaihtoehtoisesti osallistumista sähköjärjestelmän joustavuuden lisäämisen kustannuksiin. 5. Yhteiseurooppalaisten energiamarkkinoiden, energiaunionin, syntyä tulee edistää, jotta varmistetaan sähköntuotantoon ja jakeluun käytettävien resurssien kohdentuminen sinne, missä se on kokonaistaloudellisesti tehokkainta eli toteuttaa parhaiten taloudellisuuden ja vähäpäästöisyyden idean. 6. Tukijärjestelmiä voidaan tarvittaessa käyttää teknologioiden ja innovaatioiden saamiseen markkinoille, mutta tällöin niiden on oltava kestoltaan lyhytaikaisia. Investointien arvioinneissa ja rahoitusjärjestelmissä on otettava nykyistä monipuolisemmin huomioon ilmastoon ja päästöihin liittyviä kustannus-hyöty -aspekteja. 7. Tarvitaan monipuolisempi analyysikehikko, jonka avulla eri sähköntuotantomuotojen kustannuksia ja hyötyjä vertaillaan keskenään. Tämän avulla voidaan kattavasti tunnistaa sellaisen säätökykyisen joustavan sähköntuotannon arvo, jolla on keskeinen rooli huolehdittaessa energian saannin varmuudesta ja energiajärjestelmän luotettavasta toiminnasta.

Kaksivaiheisen lämmöntalteenottoprosessin soveltuvuus poistoilmanvaihtoiseen kerrostaloon

Diplomityön tavoitteena oli tarkastella perinteistä poistoilmanvaihtoa käyttävän kerrostalon lämmöntalteenottoa menetelmällä, joka yhdistää poistoilmalämpöpumpun ja maalämpöpumpun toiminnat. Nostamalla maalämpöpumpulle tulevan veden lämpötilaa saadaan nostettua järjestelmän COP-arvoa, jolla on suuri merkitys laitteen energiateknisen toiminnan kannalta. Laskelmat tehtiin Suomen rakennusmääräyskokoelman ohjeiden mukaisesti käyttämällä MX6- energiaohjelmaa sekä simuloimalla kylmäprosessia. Tulokset yhdistettiin taulukkolaskentaohjelmassa, ja näin saatiin teoreettinen säästölaskelma, joka perustuu arvioituun kuukausittaiseen energian keskikulutukseen, ts. taseeseen. Työssä todettiin, että poistoilmalämpöpumppu saattaisi kuluttaa poistoilman lämmöntalteenotossa liikaa sähköä, työssä tarkoitetulla tavalla. Kulutus olisi enemmän kuin maalämpöpumpun COP-arvon parantamisella saatava rahallinen hyöty. Koneellisen poistoilman välittämän energian tehokas käyttö on kuitenkin yksi mahdollisuus säästää maalämpöreikien poraamisessa, jos kerrostalossa harkittaisiin kokonaan maalämpöön siirtymistä.

Kerrostalon kiinteistösähkönkulutuksen kompensointi aurinkosähköjärjestelmällä

Aurinkopaneeleiden hinta on laskenut reilusti viime vuosien aikana. Hinnan laskun seurauksena aurinkosähköjärjestelmiä on asennettu paljon yksityisiin rakennuksiin sekä Suomessa että muualla maailmassa. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan kerrostalon kiinteistösähkönkulutuksen kompensointia aurinkosähköjärjestelmällä. Kompensointia tutkitaan, koska näin saadaan taloudellisesti paras hyöty aurinkosähköjärjestelmästä. Kerrostalon kiinteistösähkönkulutuksella tarkoitetaan talon teknisten järjestelmien kuluttamaa sähköä. Järjestelmän sijoitusta tutkitaan katolle ja parvekekaiteisiin. Katolle sijoitettuna aurinkopaneelien tuotantoa tutkitaan siten, että paneelit ovat asennettu 45° ja 15° tasokulmaan. Aurinkosähköjärjestelmän investoinnin kannattavuutta tutkitaan taloyhtiön näkökulmasta.

Suomessa ja Itävallassa toimivien liiketoimintamallien siirrettävyys puupohjaisen uusiutuvan energian tuotantoon Puolaan, Romaniaan ja Slovakiaan

Tutkimus kuvaa tiedon, osaamisen ja teknologian siirtoa Suomesta ja Itävallasta Puolaan, Romaniaan ja Slovakiaan hajautetussa puupohjaisessa sähkö- ja lämpöenergian tuotannossa. Metsävaroiltaan rikas ja bioenergia-asioissa toimintatavoiltaan edistynyt Suomi toimi Metsäntutkimuslaitoksen (nykyisin Luonnonvarakeskus) johdolla tutkimuksen empiirisen aineiston tuottaneen kehittäjäverkostohankkeen pääkoordinaattorina vuosina 2011-2014. Tutkimusmenetelmänä käytettiin hankkeen dokumentaation sisällönanalyysiä. Itävalta on tunnettu edistyksellisistä bioenergia-alan tuki- ja ohjausjärjestelmistä. Suomi ja Itävalta kuuluvat EU:n viiden edistyneimmän maan joukkoon uusiutuvien energialähteiden hyödyntämisessä. Tämän työn tavoitteena oli selvittää, miten Suomessa ja Itävallassa hyvin toimivia liiketoimintamalleja voidaan siirtää kohdemaihin puupohjaisen uusiutuvan energian tuotannossa hyödynnettäviksi. Työssä kuvataan tiedonsiirtäjämaiden eli Suomen ja Itävallan ydinosaaminen kiinteän biomassan energiantuotannossa politiikkatasolta käytännön liiketoiminnan tasolle. Lisäksi työssä analysoidaan poliittisen ohjauksen merkitystä alan kehittämisessä, missä käydään läpi maakohtaiset uusiutuvan energian toimintasuunnitelmat vuodelta 2010. Lopuksi arvioidaan tiedonsiirtäjä- ja tiedonhyödyntäjämaiden välisiä eroavaisuuksia kyseisellä liiketoiminta-alueella, ja onko olemassa sellaisia tekijöitä, mitkä estävät tiedonsiirtoa tai hyväksi todettujen liiketoimintamallien soveltamista kohdemaissa. Kussakin maassa metsänomistusolosuhteet ratkaisevat kiinteän biomassan tarjonnan toimivuuden eli tilanteen toimitusketjun alkupäässä. Tuotannon ohjauksen pyrkimys on myös hyödyntää mekaanisen puunjalostuksen sivutuotevirrat mahdollisimman tarkoin energiantuotannon tarpeisiin. Yleiset taloudelliset suhdanteet vaikuttavat ketjun toimivuuteen ja tehokkuuteen. Yksin energiantuotannon tarpeisiin puunkorjuuta ei kannata suunnitella, koska se harvemmin erikseen toteutettuna on kannattavaa liiketoimintaa. Puun käyttö energiantuotantoon tarvitsee hyvin suunniteltua tuki- ja ohjausjärjestelmää, joista kansalliset hallitukset vastaavat. Suomalainen tuotannon suunnittelun ja ohjauksen ajattelutapa sekä itävaltalainen energiapuun varastointi biomassan logistiikkakeskuksiin koettiin kohdemaiden yrittäjäkunnassa varteenotettavimpina liiketoiminnan kehittämisvaihtoehtoina paikallisissa toimintaympäristöissä. Lean-tuotantoajatteluun kuuluva hukan poistaminen toimitusketjusta liittyy mm. varastonhallinnan järjestelyihin ja sivutuotevirtojen hyödyntämiseen. Näitä piirteitä oli myös löydettävissä tiedonhyödyntäjämaiden yritysten toiminnassa hankkeen toteutuksen aikana.

Ilmastonmuutosteknologiat maailman patenttijärjestelmissä: Case autoteollisuus

Tässä työssä tarkastellaan kahden kansainvälisen patenttiluokitusjärjestelmän vihreiden teknologioiden luokitusjärjestelmiä autoteollisuudessa. Työn tarkoitus on tutkia, kuinka paljon vihreän teknologian patenttianalyysin tulokset eroavat toisistaan, jos tutkimuksissa käytetään eri patenttien luokitusjärjestelmiä. Vanhempi järjestelmä, International Patent Classification, on asemansa vakiinnuttanut kansainvälinen patenttienluokitusjärjestelmä. Vasta viime vuosina käyttöön otettu Cooperative Patent Classification on Euroopan ja Yhdysvaltojen patenttijärjestöjen kehittämä patenttien luokitusjärjestelmä. Tutkimusmenetelmissä hyödynnetään patenttianalyysia ja joukko-oppia. Tutkimuksessa vihreiden teknologioiden luokittelumenetelmien vertailukohteille saatiin määrällisesti samankaltaiset tulokset, mutta niiden sisältämät patentit eivät olleet pääsäännöllisesti samoja. Työssä tarkastellaan myös Toyotan, Daimlerin ja Fordin vihreiden autoteknologiapolkujen kehitystä. Varsinkin Toyota ja Daimler tulevat yhä enemmän panostamaan sähkö- ja hybridiautoihin verrattuna polttomoottoriautoihin.

Aurinkosähkön mikrotuotanto Suomessa

Tässä kandidaatintyössä käydään läpi aurinkosähkön kehitystä ja kannattavuutta Suomessa. Aurinkosähkön kehityksen osalta keskitytään aurinkopaneelien tekniikan ja aurinkosähkön tuotannon kehittymistä viime vuosina. Pienten aurinkosähköjärjestelmien hinnat ovat laskeneet viime vuosina siten, että sähkön kuluttajien oman paikallisen tuotannon kannattavuus on noussut merkittävästi. Työssä käsitellään aluksi aurinkosähköä yleisellä tasolla, jonka jälkeen pääpaino siirtyy aurinkosähkön mikrotuotantoon Suomessa. Kannattavuutta tutkitaan työssä esisuunniteltavan laitoksen avulla. Esisuunnittelussa tutkitaan kohdekiinteistön pohjakuormaa erityisesti tuotantohuippujen aikana. Tällä varmistetaan, että esisuunniteltavan järjestelmän sähköntuotanto pystytään kuluttamaan itse. Näin saavutetaan suurin hyöty. Aurinkosähköjärjestelmällä tuotetusta sähköstä saadaan tällä hetkellä noin 2,5 kertaa suurempi hyöty, kun sähkö käytetään itse verrattuna siihen, että sähkö myytäisin energiayhtiöille. Aurinkosähköjärjestelmä kytketään kuitenkin valtakunnan verkkoon, jotta mahdollinen satunnaisesti syntyvä ylijäämätuotanto voidaan myydä sähköyhtiölle. Järjestelmän suunnittelun jälkeen käydään läpi järjestelmän hankinta ja asentaminen. Tämän jälkeen tutkitaan järjestelmän kannattavuutta määrittämällä kustannukset ja tuotannosta saatavat säästöt. Järjestelmälle lasketaan takaisinmaksuaika ja pohditaan riskejä. Yhteenvedossa käydään läpi aurinkosähkön mikrotuotannon mahdollisuuksia ja kannattavuutta Suomessa.

Sähkön tuotanto ja sen kustannukset Suomessa

Työssä perehdytään sähkön tuotantoon Suomessa. Tarkastelun kohteena on Suomen sähköntuotanto vuonna 2013. Sähköä tuotetaan Suomessa monipuolisesti eri energianlähteillä. Tärkeimmät energianlähteet sähköntuotannon kannalta ovat uusiutuvista energianlähteistä vesi- ja tuulivoima. Lisäksi sähköä tuotetaan bioperäisillä polttoaineilla sekä turpeella. Fossiilisista polttoaineista käytetyimmät on kivihiili ja maakaasu. Suomen suurin yksittäinen sähköntuotantomuoto on ydinvoima. Työn laskennallisessa osassa selvitetään sähkön tuotantokustannukset eri tuotantomuodoille. Merkittävimmät kustannukset sähkön tuotannossa syntyvät voimalaitoksen investointi- ja polttoainekustannuksista. Muita kustannuksia ovat muun muassa kiinteät- sekä muuttuvat käyttö- ja kunnossapitokustannukset. Tarkasteltavat tuotantomuodot ovat ydinvoimalaitos, tuulivoimalapuisto, kivihiilivoimala, kaasukombivoimalaitos, biomassavoimala ja turvevoimalaitos. Polttoainekustannuksien laskennassa käytetään vuoden 2014 hintatasoa.

Economics of Power-to-Gas integration to wastewater treatment plant

Solar and wind power produce electricity irregularly. This irregular power production is problematic and therefore production can exceed the need. Thus sufficient energy storage solutions are needed. Currently there are some storages, such as flywheel, but they are quite short-term. Power-to-Gas (P2G) offers a solution to store energy as a synthetic natural gas. It also improves nation’s energy self-sufficiency. Power-to-Gas can be integrated to an industrial or a municipal facility to reduce production costs. In this master’s thesis the integration of Power-to-Gas technologies to wastewater treatment as a part of the VTT’s Neo-Carbon Energy project is studied. Power-to-Gas produces synthetic methane (SNG) from water and carbon dioxide with electricity. This SNG can be considered as stored energy. Basic wastewater treatment technologies and the production of biogas in the treatment plant are studied. The utilisation of biogas and SNG in heat and power production and in transportation is also studied. The integration of the P2G to wastewater treatment plant (WWTP) is examined mainly from economic view. First the mass flows of flowing materials are calculated and after that the economic impact based on the mass flows. The economic efficiency is evaluated with Net Present Value method. In this thesis it is also studied the overall profitability of the integration and the key economic factors.

Sähköajoneuvojen akkujen uusiokäyttö

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin sähkö- ja hybridiajoneuvojen akkujen uusiokäyttöä. Tutkimus toteutettiin kirjallisuustyönä. Tavoitteena oli selvittää voidaanko sähkö- ja hybridiajoneuvojen akkuja uusiokäyttää, mitä ongelmia mahdollisesti uusiokäyttöön liittyy, minkälaisissa sovelluksissa käytettyjä akkuja voisi käyttää ja uusiokäytetäänkö kyseisenlaisia akkuja jo nykyään. Työssä esiteltiin myös yleisimpiä akkutekniikoita sekä niiden kierrätystä. Tutkimuksessa havaittiin, että akuissa on runsaasti kapasiteettia jäljellä ajoneuvokäytön jälkeen. Uusiokäytössä akku voi kestää jopa yhtä paljon käyttöä kuin ajoneuvokäytössä. Ongelmat uusiokäytössä liittyvät akkujen vaihtelevaan kuntoon ja kapasiteettiin. Ennen uusiokäyttöä akut tulisi tarkastaa ja jos mahdollista, poistaa huonokuntoiset ja vialliset kennot. Käytettyjen akkujen uusiokäyttöön soveltuvista laitteistoista on tehty muutamia prototyyppejä, jotka ovat teholtaan ja kapasiteetiltaan hyvin vaihtelevia. Sopivalla valvontajärjestelmällä varustettuna käytettyjä akkuja voitaneen käyttää myös olemassa olevissa, akkuja sisältävissä järjestelmissä. Käytettyjä akkuja voitaneen käyttää muun muassa uusiutuvan energian varastointiin, sähköverkon kulutushuippujen kompensointiin ja sähköajoneuvojen pikalatauksen puskurina. Etenkin litiumioniakkujen uusiokäyttö on järkevää, koska kierrätys ei ole kovin tehokasta ainakaan vielä.

Eläkeläisenä maaseudulla

Kirjallisuusarvostelu

Elektromagneettinen raidetykki

Elektromagneettinen raidetykki on tulevaisuuden ase, joka on tällä hetkellä kehitysvaiheessa. Magneettisen propulsiovoiman ansiosta tykki kykenee saavuttamaan merkittävän pitkiä ampumaetäisyyksiä hyödyntämällä pelkästään sähköä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää elektromagneettisen tykin yleisrakenteet ja toiminta. Tutkimuksen pääkysymys ja sen alakysymykset ovat: - Mikä elektromagneettinen tykki on, ja miten se toimii? - Millainen on elektromagneettisen raidetykin rakenne? - Mitkä ovat elektromagneettisen raidetykin mahdolliset käyttösovellukset? Tutkimus on tekniikan työlle tyypillinen kvalitatiivinen, kartoittava kirjallinen selvitys. Työssä kerättiin aiheesta aiemmin tuotettua tietoa. Koska kyseisestä asejärjestelmästä ei ole vielä tehty tutkimusta, joka kokoaisi ja käsittelisi aseen rakenteita ja toimintatapaa yleisellä tasolla ja suomeksi, on tämä tutkimus ensimmäinen laatuaan. Tutkimuksen johtopäätöksistä voidaan huomata, että asejärjestelmä poikkeaa hyvin paljon perinteisistä ruudilla toimivista tykeistä. Elektromagneettinen raidetykki on tulevaisuuden ase, joka saattaa mullistaa taistelukentän tarkkuudellaan, kantamallaan ja tuhovoimallaan.

Sähkönmyyntiyhtiöiden riskienhallinnan haasteet ja kehittäminen

Diplomityön tavoitteena on esitellä sähkökaupan ja erityisesti sähköyhtiöiden kokemia sähkönmyynnin riskejä sekä kuvata sähkönmyyntiin liittyvää riskienhallinnan problematiikkaa. Tarkastelun näkökulmana on tietojärjestelmien ja saatavissa olevan tiedon hyödyntäminen energiayhtiöiden riskienhallinnassa. Toinen päätavoitteista on tutkia, kuinka saatavilla olevaa tiedon hyödyntämistä voidaan kehittää sähkönmyynnin hinnoittelussa sekä suojausten suunnittelussa. Työ toteutettiin työskentelemällä asiantuntijana energia-alaan keskittyneessä ohjelmistoyrityksessä sekä haastattelemalla yhdeksän suomalaisen sähkönmyyntiyhtiön henkilöitä riskienhallinnan haasteiden sekä tietojärjestelmien näkökulmasta. Saatavilla olevien tietojen nykyistä parempi hyödyntäminen ja automatisointi voivat auttaa pienentämään yhtiöiden riskitasoa ja parantaa menestymisen edellytyksiä sähkönmyynnin vähittäismarkkinoilla. Lisäksi kulloiseenkin markkinatilanteeseen sopivat sähkön hankintahinnan suojausstrategiat sekä monipuoliset dynaamiset hinnoittelumallit auttavat pienentämään yhtiön kokemia riskejä tai niiden vaikutuksia. Näiden hyödyntäminen vaatii laajaa ymmärrystä sähkö- ja johdannaismarkkinoiden toiminnasta sekä usein myös nykyisten tietojärjestelmien kehittämistä. Tulevaisuudessa yhä yleistyvä hajautettu tuotanto sekä kysynnän jousto asettavat tietojärjestelmille uusia vaatimuksia, jotka toteutuessaan mahdollistavat uudenlaisten palveluiden käyttöönoton sekä voivat tuoda tilaa myös alan uusille toimijoille. Työssä käsitellään energiayhtiöiden kokemia riskejä sähkönmyynnin näkökulmasta, esitellään alan yleisimmät riskit sekä keinot ja työkalut niiltä suojautumiseen. Työn lopuksi tarkastellaan sähkönmyynnin ja –hankinnan oleellisimpia prosesseja riskienhallinnan kehittämisen näkökulmasta.

Sähkökemiallisten mittausmenetelmien hyödyntäminen optimaalisessa kunnossapidossa

Sähkökemiallisia korroosionopeuden mittausmenetelmiä, yhdistettynä rakennema-teriaalien ohenemaseurantaan, on edelleen harvoin hyödynnetty toimilaitteiden ja rakenteiden elinkaarihallintaan liittyvässä kunnossapidossa. Tässä diplomityössä selvitetään sähkökemiallisten korroosiomittausten käyttöä optimaalisen kunnossapidon apuvälineenä. Työssä selvitetään erityisesti sähkö-kemiallisten mittausjärjestelmien soveltuvuutta voimalaitosten tulistinalueen kor-roosion sekä kylmäpään happo- ja vesikastepisteen mittaamiseen ja kriittisen kas-tepistelämpötilan määrittämiseen. Lisäksi selvitetään mittausten soveltuvuut-ta voimalaitosten polttoainehallinnan optimointiin sekä teknis-taloudellisuuteen perustuvaan prosessin säätämiseen. / Electrochemical corrosion rate measuring methods have been used years in indus-trial maintenance research. Still electrochemical corrosion rate measurement methods are rarely used in the industrial maintenance work related to the life cycle of equipment and structures. This work will study the suitability and use of electrochemical corrosion meas-urements in the optimum maintenance. The work will specifically address the suitability of electrochemical measuring systems for power plants super heater and the cold end corrosion monitoring. Study focus on acid and water dew point monitoring and the determination of the critical dew point temperature. In addi-tion, study the suitability of measurements of power plant fuel management as well as techno-economics based on the process of adjustment.