Integrating distributed generation and Smart Grids into single-family house

This study examines Smart Grids and distributed generation, which is connected to a single-family house. The distributed generation comprises small wind power plant and solar panels. The study is done from the consumer point of view and it is divided into two parts. The first part presents the theoretical part and the second part presents the research part. The theoretical part consists of the definition of distributed generation, wind power, solar energy and Smart Grids. The study examines what the Smart Grids will enable. New technology concerning Smart Grids is also examined. The research part introduces wind and sun conditions from two countries. The countries are Finland and Germany. According to the wind and sun conditions of these two countries, the annual electricity production from wind power plant and solar panels will be calculated. The costs of generating electricity from wind and solar energy are calculated from the results of annual electricity productions. The study will also deal with feed-in tariffs, which are supporting systems for renewable energy resources. It is examined in the study, if it is cost-effective for the consumers to use the produced electricity by themselves or sell it to the grid. Finally, figures for both countries are formed. The figures include the calculated cost of generating electricity from wind power plant and solar panels, retail and wholesale prices and feed-in tariffs. In Finland, it is not cost-effective to sell the produced electricity to the grid, before there are support systems. In Germany, it is cost-effective to sell the produced electricity from solar panels to the grid because of feed-in tariffs. On the other hand, in Germany it is cost-effective to produce electricity from wind to own use because the retail price is higher than the produced electricity from wind.

Kierrätyspolttoaineiden käyttö leijukerrospoltossa vetykaasun kanssa

Tämä diplomityö on tehty Leppäkosken Energia Oy:n ja Kemira Chemicals Oy:n yhteisyritys FC Energia Oy:lle. FC Energia Oy suunnittelee rakentaa uutta bio-vetyvoimalaitosta Sastamalaan. Voimalaitoksella tuotettaisiin Kemira Chemicals Oy:n ylijäämävedystä ja biopolttoaineista sähköä, kaukolämpöä ja prosessihöyryä. Ympäristölupaa on haettu hakkeen, turpeen ja kierrätyspuun poltolle vetykaasun kanssa. Voimalaitoksen kattilan toiminta perustuu kuplivaan leijukerrostekniikkaan. Diplomityössä selvitettiin, mitä muutoksia kierrätyspolttoaineiden käyttö vaatii leijukerrospoltossa verrattuna hakkeen ja turpeen polttoon. Kierrätyspolttoaineena käytetään hyvälaatuista kierrätyspuuta. Kierrätyspuun käytössä sovelletaan jätteenpoltto-asetusta. Jätteenpolttoasetus määrää tiukemmat päästöjen raja-arvot rinnakkaispoltolle kuin hakkeen ja turpeen poltolle sekä jatkuvatoimiset savukaasujen mittauslaitteet. Rinnakkaispolton hiukkasmaisten päästöjen tiukempi raja-arvo vaatii tehokkaamman sähkösuodattimen. Lisäksi kierrätyspuuta käytettäessä tulistimen materiaaliin tulee olla kestävämpää, mikä aiheuttaa huomattavan lisäinvestoinnin. Työn päätavoitteena oli selvittää, onko kierrätyspuun käyttö taloudellisesti kannattavaa. Oletetulla kierrätyspuun hinnalla 10 €/MWh kierrätyspuuta polttavan voimalaitoksen takaisinmaksuaika on sama kuin haketta polttavan laitoksen ja vuoden lyhyempi kuin turvetta polttavan laitoksen. Tulokseksi saatiin, että rinnakkaispoltto käyttö on taloudellisesti kannattavaa hakkeenpolttoon nähden jos kierrätyspuun hinta on alle 11,2 €/MWh. Kierrätyspuun polttoon liittyy toiminnallinen riski, koska vastaavanlaisia rinnakkaispolttolaitoksia ei ole aiemmin rakennettu.

The role of nuclear and other conventional power plants in the flexible energy system

This thesis reviews the role of nuclear and conventional power plants in the future energy system. The review is done by utilizing freely accesible publications in addition to generating load duration and ramping curves for Nordic energy system. As the aim of the future energy system is to reduce GHG-emissions and avoid further global warming, the need for flexible power generation increases with the increased share of intermittent renewables. The goal of this thesis is to offer extensive understanding of possibilities and restrictions that nuclear power and conventional power plants have regarding flexible and sustainable generation. As a conclusion, nuclear power is the only technology that is able to provide large scale GHG-free power output variations with good ramping values. Most of the currently operating plants are able to take part in load following as the requirement to do so is already required to be included in the plant design. Load duration and ramping curves produced prove that nuclear power is able to cover most of the annual generation variation and ramping needs in the Nordic energy system. From the conventional power generation methods, only biomass combustion can be considered GHG-free because biomass is considered carbon neutral. CFB combusted biomass has good load follow capabilities in good ramping and turndown ratios. All the other conventional power generation technologies generate GHG-emissions and therefore the use of these technologies should be reduced.

Kymijoen vesistöalueen tulvariskien hallintasuunnitelma vuosille 2016–2021

Tässä suunnitelmassa on käsitelty Kymijoen vesistöalueella mahdollisesti toteutuvaa harvinaista tulvaa ja sen vaatimia tulvariskiä vähentäviä toimenpiteitä. Suunnitelmassa on esitetty erilaisia ennakkotoimenpiteitä, joilla parannetaan valmiutta tulvatilannetta varten. Suunnitelma sisältää myös tulvatapahtuman aikana ja sen jälkeen toteutettavia toimenpiteitä. Tulvaa on ajateltu tapahtumana, joka aiheuttaa väistämättä vahinkoja. Tulvariskien hallinnan kannalta on olennaista, että tulvasta aiheutuvat vaikutukset eivät kuitenkaan uhkaa ihmisten henkeä tai terveyttä ja yhteiskunnan välttämättömät palvelut kuten vedenjakelu, sähkö, lämpö ja sairaanhoito toimivat. Tulvariskien hallintasuunnitelman mukaisia toimenpiteitä toteutetaan tulevien kuuden vuoden aikana (2016–2011). Suunnitelma päivitetään vuonna 2021.

Tuoteturvallisuusriskien hallinta suorituskyvyn johtamisen tukena sähkö- ja elektroniikkateollisuudessa

Eurooppalaisia ja suomalaisia markkinavalvontatilastoja tutkimalla havaitaan, ettei tuoteturvallisuuden hallinta ole itsestään selvää sähkö- ja elektroniikka-alalla. Vuodesta 2000 maaliskuuhun 2006Euroopan markkinoilla havaittiin 3040 vaarallista kuluttajien käyttöön tarkoitettua sähkötuotetta. Työn päätavoitteena on selvittää, miten tuoteturvallisuusriskien hallinta kytkeytyy yrityksen suorituskyvyn johtamiseen. Työssä on käytetty konstruktiivista tutkimusotetta. Aineistopohjaisen analyysin avulla kartoitetaan suorituskyvyn johtamisen teoriaa, suorituskyvyn käytännön mittaamista pienissä ja keskisuurissa yrityksissä sekä tuoteturvallisuusriskejä jariskienhallinnan periaatteita. Lisäksi kartoitetaan lainsäädännön vaatimuksia, tuotesuunnittelua, valmistusta ja osaamista sekä tarkastellaan tuoteturvallisuuden viranomaisvalvonnan tuloksia. Tutkimuksessa analysoidaan kirjallisuutta ja tilastoja etsien tuoteriskien hallinnan ja suorituskyvyn johtamisen välistä yhteyttä. Analyysiä täydennetään tutkimuksen tekijän kokemuksella tuoteturvallisuuden testauksesta ja sertifioinnista, standardisoimistyöstä sekä tuoteturvallisuuden viranomaisvalvonnasta. Riskienhallinta muodostaa parhaimmillaan osan yrityksen johtamis- ja hallintakäytäntöä. Tuoteturvallisuusriskien hallinta on yrityksen strateginen päätös, joka tukee suorituskyvyn johtamista. Työssämallinnetaan kolme toimintatapaa, joilla eri kehitysvaiheessa olevat sähkö- ja elektroniikkateollisuuden valmistajat voivat hallita tuoteturvallisuusriskejään.Työssä kootaan yhteen tuoteturvallisuuden tekijöitä, jotka suorituskyvyn mittareissa monitoroivat tuoteriskien tilaa. Lisäksi kootaan yhteen riskienhallinnan kustannuksia, joilla yritys voi arvioida etukäteen kokonaiskustannuksia.

Optimointijärjestelmän kehittäminen sähköä ja lämpöä tuottavaan voimalaitokseen

Työn tavoitteena oli kehittää automaattinen optimointijärjestelmä energiayhtiön omistamaan pieneen sähkön- ja lämmöntuotantolaitokseen (CHP-laitos). Optimointitarve perustuu energiayhtiön sähkön hankintaan sähköpörssistä, kaasun hankintahintaan, kohteen paikallisiin sähkö- ja lämpökuormituksiin ja muihin laitoksen talouteen vaikuttaviin tekijöihin. Kehitettävällä optimointijärjestelmällä ontarkoitus tulevaisuudessa hallita useita hajautetun energiantuotannon yksiköitäkeskitetysti. Työssä kehitettiin algoritmi, joka optimoi voimalaitoksen taloutta sähkötehoa säätävillä ajomalleilla ja suoralla sähköteho-ohjeella. Työssä kehitetyn algoritmin tuottamia hyötyjä selvitettiin Harjun oppimiskeskuksen CHP-laitoksen mittaushistoriatiedoilla. CHP-laitosten käytön optimointiin luotiin keskitettyyn laskentaan ja hajautettuun ohjaukseen perustuva järjestelmä. Se ohjaa CHP-laitoksia reaaliaikaisesti ja ennustaa historiatietoihin perustuvalla aikasarjamallilla laitoksen tulevaa käyttöä. Optimointijärjestelmän toimivuus ja saatu hyöty selvitettiin Harjun oppimiskeskuksen CHP-laitoksella vertaamalla mittauksista laskettua toteutunutta hyötyä optimointijärjestelmän laskemaan ennustettuun hyötyyn.

Imatran Seudun Sähkö Oy:n sähkön siirto- ja myyntituotteiden kehittämissuunnitelma

Diplomityössä selvitetään Imatran Seudun Sähkö Oy:n myynti- ja siirtotuotteiden kehitystarpeita. Työssä tarkastellaan käytössä olevien siirtotuotteiden kustannusvastaavuutta, lakkautustuotteiden tulevaisuutta ja tarvetta uusille tuotteille. Lopuksi lasketaan uusi siirtohinnoittelumalli ja sitä tukevat myyntituotteet. Työn alussa perehdytään tariffisuunnittelun periaatteisiinja tehdään kulutusanalyysi Imatran Seudun Sähkö Oy:ssä 1999 tehdyn tehoennusteen ja edellisten vuosien kulutustietojen pohjalta. Seuraavaksi selvitetään sähkönsiirrosta aiheutuvat kustannukset kustannusanalyysissä rajakustannus- ja keskikustannuslaskentaa soveltaen ja kohdistetaan kustannukset käyttäjille. Kun sähkönsiirron aiheuttamat kustannukset on selvitetty, voidaan käytössä olevien ja kehitettävien siirtotuotteiden kustannusvastaavuus ja sopivuus käyttäjille määrittää. Lopuksi tuotteet muotoillaan järkeväksi kokonaisuudeksi muuttamalla energiamaksun ja perus- tai tehomaksun painoja. Tariffien suunnittelussa mitoitetaan tulot niin, että ne kattavat kaikki kulut ja tuottovaatimuksen.

Sähkö- ja hybridiautojen EMC- ja sähköturvallisuusstandardit

Tässä kandidaatintyössä käydään läpi sähkö- ja hybridiautojen tärkeimpiä EMC- ja sähköturvallisuusstandardeja. Työssä käydään läpi sähkö- ja hybridiautojen teknisiä toteutuksia sekä näiden vaikutuksia standardeihin. Lisäksi käydään läpi tärkeimmät kansainväliset standardointiorganisaatiot, sekä listataan näiden organisaatioiden asettamia standardeja sisältöineen.

Sähköä ja lämpöä tuottavien voimalaitosten kannattavuusanalyysin kehittäminen

Tutkimuksen tavoitteena oli laskea voimalaitoskannattavuudet vuosilta 2007–2009 kohdeyrityksen biovoimalaitokselle sekä kombivoimalaitokselle. Lisäksi laskettiin kohdeyrityksen uuden hyötyvoimalaitoksen käyttöönottovuoden 2009 kannattavuus sekä odotetun käyttöasteen kannattavuus. Tavoitteena oli muodostaa tuotantolaitoskohtaiset tuotekannattavuudet vuodelta 2009 Kotkan Energia Oy:ssä sekä muodostaa kirjatut jakoperusteet kannattavuuksien laskentaa varten ja analysoida saatuja kannattavuuksia. Tutkimusmetodologiana on käytetty soveltavaa tutkimusotetta. Kannattavuusanalyysin kehittäminen vaatii yrityksen kustannusten, tuottojen ja toiminnan sekä toimialan luonteen ymmärtämistä. Haasteena tutkimuksessa oli sähkön, lämmön ja höyryn valmistuksen periaatteiden omaksuminen, joka on kustannusten ja tuottojen oikean kohdistamisen perusta. Tutkimuksen tuloksena todettiin, että kombivoimalaitos on tuotantolaitoksista kannattamattomin. Kohdeyrityksen kannattavuutta voitaisiin parantaa investoimalla kombivoimalaitoksen tilalle halvempaa polttoainetta käyttävä tuotantolaitos. Tuotteista kannattavimmaksi todettiin kaukolämpö. Tutkimuksen tuloksina saatuja kannattavuuksia voidaan hyödyntää Kotkan Energian päätöksenteossa ja niitä hyödyntämällä pystytään kohdeyritykselle laskemaan nopeasti tarpeellisia tulevaisuudenskenaarioita. Kannattavuuslaskelmien tuloksien analyysin jatkoksi pohdittiin Kotkan Energialle jatkotutkimusehdotelmia.

Jätehuoltosuunnitelman laatiminen elektroniikka-alan yritykselle

Sähkö- ja elektroniikka-alan yritykset eivät yleensä kuormita merkittävästi ympäristöä, sillä teollisuudenalan suurimmat ympäristövaikutukset aiheutuvat alihankkijoiden ja komponenttivalmistajien toiminnasta. Yritysten oma toiminta perustuu pitkälti tuotekehitykseen ja tuotteiden loppukokoonpanoon valmiista komponenteista. Syntynyt jäte on tyypillisesti pääosin pakkausjätettä, metalleja, kaatopaikkajätettä ja vähäisessä määrin myös ongelmajätettä. Vähäisen ympäristökuormituksen johdosta yrityksiltä ei yleensä vaadita ympäristölupaa. Diplomityössä laadittiin jätehuoltosuunnitelma elektroniikka-alan yritykselle. Työ suoritettiin Kemppi Oy:n toimeksiannosta Lahdessa. Jätehuoltosuunnitelman noudattaminen parantaa yrityksen julkisuuskuvaa ja tuo kustannussäästöjä. Toimivan suunnitelman laatiminen vaatii kuitenkin aikaa ja muita resursseja. Jätehuollon toimivuus on tarkistettava säännöllisesti, etenkin silloin kun yrityksen toiminnan painopiste muuttuu. Käytännön osuudessa kartoitettiin edellisvuosien jätemäärät ja yrityksen jätehuollon tila. Jätehuoltosuunnitelman laatimiselle oli selkeä tarve, koska jätehuolto perustui osin kirjoittamattomiin sääntöihin ja vanhoihin tottumuksiin. Syntypaikkalajittelua tehostettiin lisäämällä jäteastioita ja -pisteitä jätteiden syntypaikoille. Lajittelua parannettiin myös laatimalla selkeät ohjeet ja kouluttamalla työntekijöitä.

Elektroniikka-alan kunnossapitovastuulliselle asetettavat tukeutumisvaatimukset painostus- ja sieto- vaiheiden aikana

Maavoimien kunnossapidon strateginen kumppanuus käynnistyi vuoden 2009 alusta. MILLOG Oy otti vastuulleen maavoimien huoltotason II (lukuun ottamatta kenttähuoltoa) kunnossapitotehtävät normaali- ja poikkeusolojen aikana. Elektroniikka-alan kunnossapitovastuulla olevat järjestelmät muodostavat tärkeän kokonaisuuden puolustusvoimien operatiivisen suorituskyvyn käytölle. Kunnossapidolla varmistetaan järjestelmien tekninen käytettävyys. Tutkielmassa perehdytään elektroniikka-alan järjestelmien näkökulmasta niiden kunnossapidon tukeutumistarpeisiin poikkeusoloissa huoltotasolla II. Tukeutumisvaatimukset toimivat perusteena strategiselle kumppanille poikkeusolojen kunnossapidon tuen järjestämisessä. Tutkimuksessa tunnistetaan ne tarpeet, joilla voidaan varmistaa puolustusvoimien kannalta merkittävien ja jopa kriittisten järjestelmien materiaalinen suorituskyky. Tutkimus toteutettiin laatimalla kyselytutkimus puolustusvoimien logistiikkajärjestelmän johtoesikuntiin. Kyselyllä selvitettiin elektroniikka-alan tukeutumisjärjestelmän operatiivisen suunnittelun nykytila sekä joukkojen tukeutumisvaatimukset eri valmiustilojen aikana eri operaatioalueilla. Kyselytutkimusta täydennettiin haastattelun ja konstruktiivisen ryhmätyöskentelyn avulla, joilla luotiin järjestelmävastuun valtakunnalliseen hallintaan uusi toimintamalliehdotus. Johtamisprosessin toiminnasta haettiin havaintoja JOHTO08- harjoituksen yhteydessä. Elektroniikka-alan kunnossapitovarmuuden kuvaaminen poikkeusolojen ohjeistuksessa ja käskyissä vaatii kehittämistä. Nykyiset tukeutumisvaatimukset eivät anna riittäviä perusteita strategiselle kumppanille tuottaa ja kehittää tarvittavaa kunnossapitovarmuutta. Suorituskyky-, järjestelmä- ja kunnossapitovastuulliset eivät keskustele keskenään käyttövarmuuden määrittelystä tai sen täyttymisestä. Samoin operatiivisten sotilasläänien ja huoltorykmenttien rinnakkainen suunnitteluprosessi ei tuota tarvittavia tukeutumisvaatimuksia. Näiden haasteiden johdosta valtakunnallista tukeutumiskonseptia ei tunnisteta. Eri toimijoiden yhteistyö ja tukeutumisvaatimusten määrittely mahdollistaisi merkittävästi paremman kunnossapitovarmuuden olemassaolon sekä kaikille osapuolille selkeät menettelytavat. Tulevaisuudessa materiaalisen käyttövarmuuden hallinnan prosessia tulisi kehittää kokonaisprosessina. Järjestelmävastuuyksikkö, jolla on käytännönläheisin tieto järjestelmien tilasta, voisi tulevaisuudessa tuottaa järjestelmätilannekuvan ja toimia prosessissa koollekutsujan ominaisuudessa.

Sähkö I - Sähkö ja sen käyttäminen valaistukseen ja työvoiman siirtämiseen

Ilmestyi alunperin 7 vihkona vuosina 1898-1899. Vihkojen 1-6 kansilehdillä: Sähkö : oppikirja sähkön alalla : käsikirja sähkötyömiehille : ruotsalaisen Karl Wallinin ja saksalaisen S. Frhr. Gaisbergin mukaan useain ammattimiesten suosiollisella avulla. Vihkojen 1-3 kansilehdillä lisäksi: toimittanut J. G. Toivonen. Vihkon 7 kansilehdellä: Sähkö. I, Sähkö ja sen käyttäminen valaistukseen ja työvoiman siirtämiseen / Karl Wallinin mukaan. - Gaisbergin osuus ilmestynyt nähtävästi erikseen, ks.: Käsikirja sähkövalaistuslaitosten asettajille.

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.

Sähkö- ja hybridibussien tilanneselvitys

Työn tavoitteena on selvittää, minkälaisia sähkö- ja hybridibusseja maailmalla on käytössä. Työssä tutustutaan sähkö- ja hybridibussien tekniikkaan yleisellä tasolla. Tarkastellaan eri valmistajien bussien tekniikoita myös yksityiskohtaisemmin. Vertaillaan hieman bussien suorituskykyjä. Tuloksena tarkasteltavien bussien tärkeimmät ominaisuudet kerättiin taulukoihin ja vertailtiin niitä. Saatiin selville, että sähkö- ja hybridibussivalikoima on hyvin laaja. Yhtä optimaalista sähkö- tai hybridijärjestelmää ei ole vielä kehitetty vaan busseissa käytetään erilaisia sovelluksia esimerkiksi moottorin, voimansiirron ja energiavaraston osalta.