Utilization of a Time Domain Simulator in the Technical and Economic Analysis of a Wind Turbine Electric Drive Train

The amount of installed wind power has been growing exponentially during the past ten years. As wind turbines have become a significant source of electrical energy, the interactions between the turbines and the electric power network need to be studied more thoroughly than before. Especially, the behavior of the turbines in fault situations is of prime importance; simply disconnecting all wind turbines from the network during a voltage drop is no longer acceptable, since this would contribute to a total network collapse. These requirements have been a contributor to the increased role of simulations in the study and design of the electric drive train of a wind turbine. When planning a wind power investment, the selection of the site and the turbine are crucial for the economic feasibility of the installation. Economic feasibility, on the other hand, is the factor that determines whether or not investment in wind power will continue, contributing to green electricity production and reduction of emissions. In the selection of the installation site and the turbine (siting and site matching), the properties of the electric drive train of the planned turbine have so far been generally not been taken into account. Additionally, although the loss minimization of some of the individual components of the drive train has been studied, the drive train as a whole has received less attention. Furthermore, as a wind turbine will typically operate at a power level lower than the nominal most of the time, efficiency analysis in the nominal operating point is not sufficient. This doctoral dissertation attempts to combine the two aforementioned areas of interest by studying the applicability of time domain simulations in the analysis of the economicfeasibility of a wind turbine. The utilization of a general-purpose time domain simulator, otherwise applied to the study of network interactions and control systems, in the economic analysis of the wind energy conversion system is studied. The main benefits of the simulation-based method over traditional methods based on analytic calculation of losses include the ability to reuse and recombine existing models, the ability to analyze interactions between the components and subsystems in the electric drive train (something which is impossible when considering different subsystems as independent blocks, as is commonly done in theanalytical calculation of efficiencies), the ability to analyze in a rather straightforward manner the effect of selections other than physical components, for example control algorithms, and the ability to verify assumptions of the effects of a particular design change on the efficiency of the whole system. Based on the work, it can be concluded that differences between two configurations can be seen in the economic performance with only minor modifications to the simulation models used in the network interaction and control method study. This eliminates the need ofdeveloping analytic expressions for losses and enables the study of the system as a whole instead of modeling it as series connection of independent blocks with no lossinterdependencies. Three example cases (site matching, component selection, control principle selection) are provided to illustrate the usage of the approach and analyze its performance.

Vaneritehtaan energianäkökohtien tarkastelu ja seuranta

Diplomityön tavoitteena oli tunnistaa ja analysoida vaneritehtaan energianäkökohdat. Lisäksi tavoitteena oli luoda työkalu, joka mahdollistaisi energianäkökohtien seurannan ja vertailun sekä tehtaan energiankäytön jatkuvan kehittämisen. Teoriaosuudessa käsiteltiin energiatehokkuutta sekä energian käyttöä, hankintaa ja tuotantoa. Lisäksi tarkasteltiin vanerin valmistusprosessia. Tarkoituksena oli luoda pohja vaneritehtaan energiankäytön hahmottamiselle ja sen energianäkökohtien analysoinnille. Energian käytön kartoittaminen tehtiin osaksi hyödyntämällä olemassa olevaa tietokantaa ja osaksi prosessoimalla kerättyjä mittaustuloksia. Kartoituksen perusteella tunnistettiin vaneritehtaan osastokohtaiset energianäkökohdat. Näkökohtien analysoinnilla selvitettiin niiden vaikutusta energiankulutukseen ja tuotannon tehokkuuteen. Tämän pohjalta luotiin seurantatyökalu, johon energianäkökohdat ja niihin vaikuttavat tekijät koottiin osastoittain. Energiatehokkuuteen vaikuttavien tekijöiden merkittävyyttä tarkasteltiin pisteyttämällä toiminnan osa-alueita. Analysoinnin yhteydessä työssä esitettiin myös yksittäisiä toiminnan tehokkuuteen liittyviä kehitysesimerkkejä.

Ympäristö- ja energianhallintajärjestelmän suunnittelu valaisinpylväitä valmistavalle yritykselle

Diplomityön tavoitteena oli tutkia, miten ympäristö- ja energianhallintajärjestelmät tulisi yrityksessä rakentaa. Tarkoituksena oli myös analysoida toimipaikkojen ominaisuuksien perusteella, olisiko Tehomet-konsernin tehtaille kannattavampaa rakentaa yhteinen vai oma hallintajärjestelmä. Lisäksi analysoitiin ympäristö- ja energianhallintajärjestelmien integroimista olemassa olevaan laatujärjestelmään. Kansainvälisten ISO-standardien pohjalta rakennetaan hallintajärjestelmä, joka toimii johtamisen työkaluna. Järjestelmä sisältää käytännössä sovitut toimintatavat ja kirjatut menetelmät, joilla voidaan hallita yrityksen todettuja ja mahdollisia ympäristövaikutuksia. Työssä keskityttiin yrityksen toiveiden mukaisesti erityisesti ympäristöjärjestelmään. Tapaustutkimuksen menetelmänä käytettiin kyselyä, haastatteluja ja tehdaskatselmuskierrosta. Standardien sisältöjen ja toimijan nykytilanteen kartoittamisen sekä jatkotoimenpiteiden pohtimisen tuloksena syntyivät teoriakatsaus järjestelmistä, alustavan ympäristökatselmuksen tulokset sekä toimintamalli ympäristöjärjestelmän käyttöönottamiseksi. Toimintamallin esimerkkien avulla yrityksen on mahdollista rakentaa ympäristöjärjestelmä. Työn sovellusosassa kerrottiin, miltä osin energiajärjestelmä eroaa ympäristöjärjestelmästä, eli mitkä asiat tulisi vielä huomioida, jotta energia-asioita voitaisiin jatkossa hallita standardin mukaisesti. Työn toimenpidesuositusten avulla on siten annettu ohjeet myös energianjärjestelmän rakentamiseksi. Järjestelmän rakentamisen jälkeen alkaa ylläpitotyö jatkuvan parantamisen periaatteen mukaisesti.

Sähkö- ja lämpöenergian tuotantomenetelmien ympäristöllisen kilpailukyvyn määrittäminen alueellista energiajärjestelmää suunniteltaessa

Työssä tarkasteltiin sähkö- ja lämpöenergian tuotantomenetelmien ympäristöllistä kilpailukykyä osana yhdyskunnan energiajärjestelmää. Sähkö- lämpöenergian tuotantomenetelmiä vertailtiin keskenään aiheutuvien kasvihuonekaasupäästöjen perusteella. Tarkastelu toteutettiin elinkaariarviointimenetelmällä. Työssä mallinnettiin pääasiassa uusiutuviin energialähteisiin perustuvia menetelmiä yhdyskunnan vuotuisen sähkö- ja lämpöenergiantarpeen täyttämiseksi. Elinkaariarviointimallin avulla vertailtiin keskenään aurinko- ja tuulisähköpainotteista ja CHP-painotteista energiajärjestelmää. Lisäksi työssä arvioitiin aurinko- ja tuulisähköntuotantoa sekä CHP-tuotantoa nettoenergianäkökulmasta. Työn tulosten pohjalta voidaan olettaa, että kokonaisvaltaisesti paras energianhankintavaihtoehto on usean eri sähkö- ja lämpöenergiantuotantomenetelmän yhdistelmä. Alhainen päästötaso tietyssä kategoriassa on yhdentekevää, jos energiaa ei ole saatavissa silloin, kun sitä tarvitaan. Lisäksi on tärkeää huomata, että uusiutuvien energialähteiden hyödynnettävyys riippuu vahvasti alueellisista erityispiirteistä, kuten aurinko- ja tuuliolosuhteista. Tästä johtuen kestävän energiajärjestelmän suunnittelussa alueellisten ominaisuuksien huomiointi on tärkeää. Mikä tietyllä alueella osoittautuu parhaimmaksi ratkaisuksi, ei välttämättä ole sitä toisenlaisessa ympäristössä.

INFLUENCE OF PRECIPITATION AND SUGARCANE STRAW IN AMINOCYCLOPYRACHLOR AND INDAZIFLAM CONTROL EFFICIENCY

ABSTRACTThe raw sugarcane harvesting system has changed the dynamics of weed tillage for this crop, changing the predominant weed species and providing a barrier between the herbicide and the soil. Thus, this study has aimed to assess the influence of precipitation and sugarcane straw in the aminocyclopyrachlor and indaziflam herbicides control efficiency for the species Ipomoea trilobaand Euphorbia heterophylla. There were two trials, one for aminocyclopyrachlor and one for the indaziflam, both in the greenhouse at the campus of Faculdade Integrado in the Brazilian city of Campo Mourão, PR. Each experiment consisted of eight treatments with four replications. The treatments consisted of the combination of the presence of straw (10 t ha-1), capillary irrigation and rainfall simulation (20 mm). Assessments of control percentage of I.triloba and E.heterophylla were carried out, as well as the number of plants per pot. The aminocyclopyrachlor and indaziflam herbicides applied directly to the soil were efficient in controlling these species. The 20 mm rainfall simulation or daily irrigation on the straw are indispensable to promote the removal of aminocyclopyrachlor and indaziflam from the straw and provide satisfactory control of I.triloba and E.heterophylla.

Handshake ecosystem for Educational Contents between Institutional Repository and OER based Repository

Poster at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014

Activity and functional interaction of alternative oxidase and uncoupling protein in mitochondria from tomato fruit

Cyanide-resistant alternative oxidase (AOX) is not limited to plant mitochondria and is widespread among several types of protists. The uncoupling protein (UCP) is much more widespread than previously believed, not only in tissues of higher animals but also in plants and in an amoeboid protozoan. The redox energy-dissipating pathway (AOX) and the proton electrochemical gradient energy-dissipating pathway (UCP) lead to the same final effect, i.e., a decrease in ATP synthesis and an increase in heat production. Studies with green tomato fruit mitochondria show that both proteins are present simultaneously in the membrane. This raises the question of a specific physiological role for each energy-dissipating system and of a possible functional connection between them (shared regulation). Linoleic acid, an abundant free fatty acid in plants which activates UCP, strongly inhibits cyanide-resistant respiration mediated by AOX. Moreover, studies of the evolution of AOX and UCP protein expression and of their activities during post-harvest ripening of tomato fruit show that AOX and plant UCP work sequentially: AOX activity decreases in early post-growing stages and UCP activity is decreased in late ripening stages. Electron partitioning between the alternative oxidase and the cytochrome pathway as well as H+ gradient partitioning between ATP synthase and UCP can be evaluated by the ADP/O method. This method facilitates description of the kinetics of energy-dissipating pathways and of ATP synthase when state 3 respiration is decreased by limitation of oxidizable substrate.

Comparison of Different Concentrated Solar Power Collector Designs and Development of a Linear Fresnel Solar Collector Model

Concentrated solar power (CSP) is a renewable energy technology, which could contribute to overcoming global problems related to pollution emissions and increasing energy demand. CSP utilizes solar irradiation, which is a variable source of energy. In order to utilize CSP technology in energy production and reliably operate a solar field including thermal energy storage system, dynamic simulation tools are needed in order to study the dynamics of the solar field, to optimize production and develop control systems. The object of this Master’s Thesis is to compare different concentrated solar power technologies and configure a dynamic solar field model of one selected CSP field design in the dynamic simulation program Apros, owned by VTT and Fortum. The configured model is based on German Novatec Solar’s linear Fresnel reflector design. Solar collector components including dimensions and performance calculation were developed, as well as a simple solar field control system. The preliminary simulation results of two simulation cases under clear sky conditions were good; the desired and stable superheated steam conditions were maintained in both cases, while, as expected, the amount of steam produced was reduced in the case having lower irradiation conditions. As a result of the model development process, it can be concluded, that the configured model is working successfully and that Apros is a very capable and flexible tool for configuring new solar field models and control systems and simulating solar field dynamic behaviour.

Sähkön varastointi

Kiinnostus sähkön varastointia kohtaan on kasvussa. Nykypäivänä ja etenkin tulevaisuudessa sähkövarastoilla voidaan parantaa energiantuotannon resurssitehokkuutta ja tukea aurinko- ja tuulisähkön käytön lisäämistä. Sähkövarastoja on pieniä ja suuria. On olemassa mekaanisia, sähkökemiallisia, kemiallisia ja sähköisiä varastoteknologioita. Varastoitua energiaa voidaan käyttää eri tehtävissä. Tehtävät vaihtelevat varastoidun energian määrässä ja siinä, millä teholla energia voidaan purkaa varastosta. Suurilla sähkövarastoilla taataan sähköntoimitus ja pienillä parannetaan sähkön laatua jakeluverkossa. Sähkövarastoja ei ole vielä laajasti otettu käyttöön, koska ne ovat kalliita. Sähkövaraston investointikustannukset ovat tällä hetkellä vähintään yhtä suuret kuin samankokoisen perinteisen voimalaitoksen. Sähkövarastojen tutkimus ja kehitys pienentää investointikustannuksia ja nopeuttaa varastojen laajempaa käyttöönottoa.

Heat Demand Forecasting Models’ Development: Use of Data Mining Tools in SQL Server Analysis Services

This thesis introduces heat demand forecasting models which are generated by using data mining algorithms. The forecast spans one full day and this forecast can be used in regulating heat consumption of buildings. For training the data mining models, two years of heat consumption data from a case building and weather measurement data from Finnish Meteorological Institute are used. The thesis utilizes Microsoft SQL Server Analysis Services data mining tools in generating the data mining models and CRISP-DM process framework to implement the research. Results show that the built models can predict heat demand at best with mean average percentage errors of 3.8% for 24-h profile and 5.9% for full day. A deployment model for integrating the generated data mining models into an existing building energy management system is also discussed.

The Impact of Foreign Direct Investment Inflows on the Economic Growth of Bangladesh. The Roles of Infrastructural Facilities

Foreign direct investment (FDI) inflow has been a key concern for Bangladesh to obtain additional support for the economic development. The Government of Bangladesh continuously competing with other South Asian countries and putting more effort to increase the number of FDI inflows in the country. From the country’s perspective, the constant increasing rate of economic growth shows a positive outcome of FDI inflow. However, the country still not performing up to the mark to pull enough FDI inflows to its potential. Thus, this study discusses about the major determinants and factors affecting FDI inflows in Bangladesh. Among those determinants and factors, infrastructural facility is considered as the most important to affect FDI inflows. FDI inflow is fundamentally depending upon infrastructural facilities to achieve its desire success. Foreign investors take this issue very seriously because based on this they can measure their ease of doing business in the host country. Despite of providing a large market size, due to having weak and lack of infrastructural facilities, Bangladesh is facing trouble in drawing attention of the foreign investors. In order to make the infrastructural facilities happen, it is highly required to organize each of the systems under of it. The body of this study discussed about the weak infrastructures in Bangladesh such as transport and communication, power and energy, education system, and governance services. Improvement in one of these systems cannot provide valuable positive changes on FDI inflows. It requires improvement in all the weak systems to grasp multinational companies and attract foreign investors. On the basis of this research problem, research questions are established. Both qualitative and quantitative methods are used to answer the research questions. Furthermore, several theories have been applied to justify possible scenarios from the research problem. In addition, the history in between Bangladesh, trade liberalization, and FDI inflows is presented briefly.

The Impact of Foreign Direct Investment Inflows on the Economic Growth of Bangladesh. The Roles of Infrastructural Facilities

Foreign direct investment (FDI) inflow has been a key concern for Bangladesh to obtain additional support for the economic development. The Government of Bangladesh continuously competing with other South Asian countries and putting more effort to increase the number of FDI inflows in the country. From the country’s perspective, the constant increasing rate of economic growth shows a positive outcome of FDI inflow. However, the country still not performing up to the mark to pull enough FDI inflows to its potential. Thus, this study discusses about the major determinants and factors affecting FDI inflows in Bangladesh. Among those determinants and factors, infrastructural facility is considered as the most important to affect FDI inflows. FDI inflow is fundamentally depending upon infrastructural facilities to achieve its desire success. Foreign investors take this issue very seriously because based on this they can measure their ease of doing business in the host country. Despite of providing a large market size, due to having weak and lack of infrastructural facilities, Bangladesh is facing trouble in drawing attention of the foreign investors. In order to make the infrastructural facilities happen, it is highly required to organize each of the systems under of it. The body of this study discussed about the weak infrastructures in Bangladesh such as transport and communication, power and energy, education system, and governance services. Improvement in one of these systems cannot provide valuable positive changes on FDI inflows. It requires improvement in all the weak systems to grasp multinational companies and attract foreign investors. On the basis of this research problem, research questions are established. Both qualitative and quantitative methods are used to answer the research questions. Furthermore, several theories have been applied to justify possible scenarios from the research problem. In addition, the history in between Bangladesh, trade liberalization, and FDI inflows is presented briefly

Voimalaitoksen energiaraportoinnin kehittäminen

Diplomityössä tarkasteltiin Metsä Board Simpeleen voimalaitoksen energiaraportointi kokonaisuutta. Tarkastelun kohteena olivat lämpö-, sähkö- ja polttoaine-energiat. Tarkastelun pääpaino oli energian määritykseen tarvittavissa mittapisteissä sekä niistä muodostuvissa raporteissa. Työn tavoitteena oli saada luotettavat energiaraportit, jotka ovat jaoteltu selkeästi ja johdonmukaisesti. Tavoitteena oli myös vähentää kuukausiraportoinnin muodostamiseen tarvittavaa henkilötyöaikaa. Teoriaosuudessa käsitellään yleisesti voimalaitosprosessin toimintaa sekä siinä käytettäviä polttoaineita. Energiataseen muodostamisen perusteita tarkasteltiin voimalaitosprosessin kannalta. Energian määrityksiin käytettävät prosessimittaukset käytiin läpi. Raportointivelvollisuudet selvitettiin, niin tilastokeskuksien, kuin viranomaistenkin suuntaan. Työosuudessa perehdyttiin käytössä oleviin raportointikäytäntöihin sekä raporttipohjiin. Energialaskentayhtälöt ja parametrit tarkastettiin tarvittavilta osin. Työnaikana havaittiin nopeasti, että raportointi muodostetaan pitkälti Microsoft Excel-taulukkolaskentaohjelmiston avulla. Olemassa olevia automatisoituja raportteja ei hyödynnetty ollenkaan, koska niitä pidettiin epäluotettavina. Työn tuloksena automatisoidut kuukausiraportit tarkastettiin, virheet korjattiin ja ne otettiin käyttöön. Automaattisiin raportteihin tehtiin päivitysehdotukset uusista raporttipohjista. Viralliseen kuukausiraportointiin rakennettiin myös kokonaan uudet raportointipohjat, jotka hyödyntävät automaattisesti muodostuvia raportteja. Uudet raporttipohjat nopeuttivat raportointityötä merkittävästi. Polttoaine-energian hallintajärjestelmä todettiin vanhanaikaiseksi ja sen uusimista suositellaan. Uusinnalla raportointityö helpottuisi ja sen avulla siitä saataisiin kattavampi.

Passive Solar Building Design Using Genetic Programming

Passive solar building design is the process of designing a building while considering sunlight exposure for receiving heat in winter and rejecting heat in summer. The main goal of a passive solar building design is to remove or reduce the need of mechanical and electrical systems for cooling and heating, and therefore saving energy costs and reducing environmental impact. This research will use evolutionary computation to design passive solar buildings. Evolutionary design is used in many research projects to build 3D models for structures automatically. In this research, we use a mixture of split grammar and string-rewriting for generating new 3D structures. To evaluate energy costs, the EnergyPlus system is used. This is a comprehensive building energy simulation system, which will be used alongside the genetic programming system. In addition, genetic programming will also consider other design and geometry characteristics of the building as search objectives, for example, window placement, building shape, size, and complexity. In passive solar designs, reducing energy that is needed for cooling and heating are two objectives of interest. Experiments show that smaller buildings with no windows and skylights are the most energy efficient models. Window heat gain is another objective used to encourage models to have windows. In addition, window and volume based objectives are tried. To examine the impact of environment on designs, experiments are run on five different geographic locations. Also, both single floor models and multi-floor models are examined in this research. According to the experiments, solutions from the experiments were consistent with respect to materials, sizes, and appearance, and satisfied problem constraints in all instances.

Vers des assemblages de complexes métalliques oligonucléaires, servant d’antenne solaire au niveau moléculaire

Les fichiers additionnels sont les données cristallographiques en format CIF. Voir le site de la Cambridge Crystallographic Data Centre pour un visualiseur: http://www.ccdc.cam.ac.uk