Ydinvoiman säädettävyys laajamittaisesti sähköä varastoivassa energiajärjestelmässä

Tulevaisuudessa tuuli- ja aurinkovoiman osuus sähköntuotannosta tulee kasvamaan. Näiden uusiutuvien energiamuotojen tuotanto kuitenkin vaihtelee sääolosuhteiden mukaan. Tästä johtuen tarvitaan lisää säätövoimaa, jotta voidaan vastata sähkönkulutukseen tuuli- ja aurinkosähkön tuotannon laskiessa. Tässä työssä tarkastellaan mahdollisuutta toteuttaa sähkönkulutuksen ja tuotannon tasapainottaminen Suomessa sähkön varastoinnin avulla sekä ydinvoiman soveltuvuutta säätövoimaksi ja ydinsähkön varastoinnin kannattavuutta. Työssä vertaillaan mahdollisuuksia sähkön varastointiteknologioiksi, joista valitaan potentiaalisimmat vaihtoehdot kustannus- ja soveltuvuustarkasteluun. Varastointikapasiteetin tarvetta tarkastellaan Suomen nykyisen sähkönkulutuksen ja -tuotannon mukaan sekä tilanteessa, jossa tuuli- ja aurinkovoiman osuus on molemmilla 15 % kokonaistuotantokapasiteetista. Vanhempien sekä nykyaikaisten ydinvoimaloiden soveltuvuutta säätövoimaksi tarkastellaan laitosten säädettävyyden perusteella. Ydinvoimalaa on kuitenkin kannattavinta käyttää mahdollisimman suurella käyttökertoimella, joten tarkastelussa on myös mahdollisuus varastoida sähköä tilanteissa, joissa tuotantoa jouduttaisiin rajoittamaan. Varastointiteknologioiden ja eri skenaarioissa vaadittujen varastointikapasiteettien perusteella voidaan todeta, ettei sähkönkulutuksen ja -tuotannon tasapainottaminen sähkön varastoinnilla ole kannattavaa nykyisillä varastointikustannuksilla ja sähkön hinnoilla. Ydinvoiman voidaan todeta soveltuvan hyvin säätövoimaksi ominaisuuksien puolesta, mutta taloudellisesti se ei ole paras vaihtoehto. Ydinvoimalla tuotetun sähkön varastointi ei ole tällä hetkellä Suomessa kannattavaa matalien sähkön hintojen ja korkeiden varastointikustannusten vuoksi. Sähkön varastoinnista on mahdollista tulla kannattavaa 2020-luvulla. Tämä edellyttää Yhdysvaltojen energiaministeriön asettaman strategian toteutumista, jonka tavoitteena on varastoimalla tuotetun sähkön kustannusten saaminen alle 75 €/MWh.

Carbon sources for Power-to-Gas applications in the Finnish energy system

This thesis is done as a part of the NEOCARBON project. The aim of NEOCARBON project is to study a fully renewable energy system utilizing Power-to-Gas or Power-to-Liquid technology for energy storage. Power-to-Gas consists of two main operations: Hydrogen production via electrolysis and methane production via methanation. Methanation requires carbon dioxide and hydrogen as a raw material. This thesis studies the potential carbon dioxide sources within Finland. The different sources are ranked using the cost and energy penalty of the carbon capture, carbon biogenity and compatibility with Power-to-Gas. It can be concluded that in Finland there exists enough CO2 point sources to provide national PtG system with sufficient amounts of carbon. Pulp and paper industry is single largest producer of biogenic CO2 in Finland. It is possible to obtain single unit capable of grid balancing operations and energy transformations via Power-to-Gas and Gas-to-Power by coupling biogas plants with biomethanation and CHP units.

Benefits of gas driven ground source heat pump systems

This thesis studies energy efficiencies and technical properties of gas driven ground source heat pumps and pump systems. The research focuses on two technologies: gas engine driven compressor heat pump and thermally driven gas absorption heat pump. System consist of a gas driven compressor or absorption ground source heat pump and a gas condensing boiler, which covers peak load. The reference system is a standard electrically powered compressor heat pump with electric heating elements for peak load. The systems are compared through primary energy ratios. Coefficient of performances of different heat pump technologies are also compared. At heat pump level, gas driven heat pumps are having lower coefficient of performances as compared with corresponding electric driven heat pump. However, gas heat pumps are competitive when primary energy ratios, where electricity production losses are counted in, are compared. Technically, gas heat pumps can potentially achieve a slightly higher temperatures with greater total energy efficiency as compared to the electric driven heat pump. The primary energy ratios of gas heat pump systems in relation to EHP-system improves when the share of peak load increases. Electric heat pump system's overall energy efficiency is heavily dependent on the electricity production efficiency. Economy as well as CO2-emissions were not examined in this thesis, which however, would be good topics for further study.

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.

Uuden asuinalueen kaksisuuntaisen kaukolämpöratkaisun asiakastarveselvitys

Rakennusten energiatehokkuustoimet, lähes nollaenergiarakentaminen sekä uusiutuvien lähienergiamuotojen markkinakasvu muuttavat kaukolämpöliiketoimintaa. Kaukolämpöyhtiön on pyrittävä kehittämään liiketoimintaansa energian tuotantorakenteiden muutoksessa ja rakennusten energiankulutuksen pienentyessä. Tätä vastaamaan Turku Energia Oy on kehittänyt ilmastoystävällisen energiapaketin, jonka yhtenä osa-alueena on matalalämpötilainen ja kaksisuuntainen kaukolämpöverkko. Skanssin uudelle asuinalueelle valmistuvassa kaukolämpöverkossa kaukolämmön asiakkailla on mahdollisuus myydä ylijäämälämpöä energiayhtiölle. Yksi Skanssin energiahankkeen tavoitteista on kehittää Turku Energia Oy:lle uudenlainen hankintamenettely, johon sisältyy tässä diplomityössä toteutettu asiakastarveselvitys. Selvityksessä kartoitetaan paikallisten rakennus- ja kiinteistöyhtiöiden toiveita sekä heidän näkemiään haasteita liittyen kaksisuuntaiseen kaukolämpöverkkoratkaisuun, lähienergian tuotantoon ja kaupunkisuunnitteluun. Tavoitteena on löytää uusia teknologioita sekä valita ja kehittää Skanssin asukkaita parhaiten palvelevat energiatehokkuutta lisäävät tuotteet ja palvelut. Asiakastarveselvityksen tuloksena todettiin, että rakennuttajien näkökulmasta rakentamismääräyskokoelmasta poikkeavien uusien energiaratkaisujen sisällyttäminen rakennuksen investointiin on erittäin haastavaa. Asunnon ostajan näkökulmasta määrääviä valintakriteerejä ovat edelleen asunnon hinta ja sijainti. Lisäinvestoinnin tekemiseen eivät riitä perusteluiksi ainoastaan vihreät attribuutit, mutta tulevaisuudessa niiden asema rakentamisessa tulee korostumaan. Rakennus- ja kiinteistöyhtiöt kaipaavat rakentamisen erityishankkeisiin asiantuntevia ja sitoutuneita osapuolia sekä riittävää neuvotteluvaraa kaikille osapuolille.

Asiakasarvo yritysten välisessä ostamisessa: käsitteellistäminen ja taustat.

Arvo ja arvon tuotanto ovat olleet hyvin keskeisessä asemassa markkinointitutkimuksessa jo vuosikymmeniä. 2000-luvulla on erityisesti noussut pinnalle näkemys arvon kanssaluonnista toimittajan ja asiakkaan välisissä suhteissa. Tästä huolimatta arvon ostamista on tutkittu vielä hyvin rajallisesti, ja siinä missä ensimmäisiä askeleita on otettu kohti arvomyynnin käsitteellistämistä, on arvoperusteinen ostaminen jäänyt hyvin vähälle huomiolle akateemisessa tutkimuksessa. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten asiakasarvo näyttäytyy yritystenvälisessä ostamisessa ja missä tilanteissa yritykset ostavat arvoa. Teoreettiseksi lähtöasetelmaksi tutkielmaan otettiin palvelulogiikan näkemys arvon syntymisestä. Toinen lähtöasetelma oli ostamisen näkeminen asiakkaan ja toimittajan välisenä vuorovaikutuksena. Kvalitatiivinen tutkimus toteutettiin 10 puolistrukturoidulla haastattelulla, joissa haastateltiin edistyksellisiksi arvon ostajiksi tunnistettuja yrityspäättäjiä eri toimialoilta. Haastattelut kirjoitettiin puhtaaksi ja näin saatu aineisto analysoitiin sisältöanalyysimenetelmillä. Arvoperusteinen ostaminen määriteltiin haastatteluaineiston perusteella aktiviteetiksi, jossa asiakasyritys integroi resursseja toimittajan kanssa saadakseen aikaan kokonaistaloudellista hyötyä, joka kehittää yrityksen liiketoimintaa pitkällä aikavälillä toimittajasuhteesta realisoituvan toimittajan osaamisen kautta. Haastatteluaineiston analyysin perusteella esitettiin arvoperusteisen ostamisen ilmiön ulottuvuuksia esittävä malli. Mallissa ehdotettiin, että asiakasyritysten pääpaino ostamisessa siirtyy hinnasta ja kustannuksista arvoon sellaisissa tilanteissa, joissa asiakas on havainnut toimittajan kustannustehokkaasta ratkaisusta yhdessä toimittajan osaamisen kanssa aiheutuvan positiivista pitkän aikavälin vaikutusta asiakkaan merkittäväksi kokemaan liiketoimintaprosessiin. Ajan myötä toimittajasuhteessa realisoituva toimittajan osaamisen tuomien hyötyjen vaikea mitattavuus aiheuttaa asiakkaalle riskin tunteen arvon toteutumattomuudesta.

Johtamisviestintä hajautetun organisaation keskijohdon silmin. Case: Hätäkeskuslaitos

Megatrendien ennustajat ovat tuoneet esiin, että viestinnän merkitys yhteiskunnassa tulee korostumaan entisestään. Tämä ja toimintaympäristön muut jatkuvat muutokset, muun muassa kiristynyt talous, pakottavat myös julkisia organisaatioita muuttumaan. Julkisjohtamisen keskiöön nousee voimallisesti vuorovaikutus; sen merkityksen ymmärtäminen ja sen osaaminen. Onnistuneen johtamisviestinnän toteuttamisen on todettu olevan haasteellista, mutta miten siihen vaikuttaa organisaation hajautettu työskentely ja matriisiohjaus? Miten voidaan ylittää vuorovaikutuksen epäselvyys ja tulkinnanvaraisuus ilman fyysistä läsnäoloa ja saavuttaa organisaation keskinäinen luottamus sekä yhteisöllisyys? Miten tämän ilmiön kokee johtamisviestinnän kulmakivenä toimiva maantieteellisesti hajautettu keskijohto? Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, mitkä ovat johtamisen viestintähaasteita hajautetussa organisaatiossa ja millaisia osaamisvaatimuksia johtamisviestintään liittyy keskijohdon näkökulmasta. Viestintähaasteita tarkastellaan sekä johtamisviestinnän merkityksen että kokemuksen kautta. Tutkimus keskittyy yhden julkisen viraston, Hätäkeskuslaitoksen, keskijohdon subjektiivisten näkemysten syvälliseen ymmärtämiseen sekä tulkintaan ollen luonteeltaan laadullinen tapaustutkimus. Tutkimuksen tieteenfilosofinen lähtökohta on subjektiivinen, jota tukee fenomenologishermeneuttinen ajattelutapa. Tutkimuksen empiirinen aineisto on kerätty teemahaastatteluiden avulla. Tutkimuksen sisällön analyysi on luonteeltaan teoriaohjaava abduktiivisen päättelyn logiikan tukemana. Tutkimustulosten mukaan johtamisen viestintähaasteita hajautetun organisaation keskijohdossa ovat: selkeät tavoitteet, roolit sekä pelisäännöt, selkeä ja perusteltu päätöksenteko, työn tuki ja itseohjautuvuus, valta ja vastuu, yksilöiden tunteminen ja arvostus, ammatillinen itsetunto sekä avoin ja aktiivinen vuorovaikutus. Tutkimus osoitti, että keskijohdolla tulisi olla kykyä käyttää teknologiavälitteistä viestintää, tuottaa kirjallista materiaalia, kykyä osallistua avoimeen dialogiin ja kuunnella, kykyä ajatella asioita loogisesti ja kiteyttää niitä, kyetä vaikuttavaan esiintymiseen, kykyä verkostoitumiseen sekä olla aktiivinen vuorovaikuttaja. Tulos tukee aiempia tutkimuksia siinä, että hajautetussa organisaatiossa johdon vuorovaikutus ja sen osaaminen nousee korostuneeseen asemaan. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että fyysinen eripaikkaisuus asettaa haasteita läsnäolon ja arvostuksen välittämiselle, joilla on merkitystä organisaation luottamuksen synnyttämiselle, me-hengen sekä ilmapiirin ja kulttuurin luomiselle sekä yhteisöllisyyden saavuttamiselle.

Sulautettujen järjestelmien ketterän käsikirjan lisäosa: Ketteryys avaruusteollisuudessa

Ketteryys avaruusteollisuudessa valottaa ketterien menetelmien käyttöä avaruusteollisuuden hankkeissa. Ennalta määritellyt spesifikaatiot, tiukat laatuvaatimukset ja hajautettu järjestelmäkehitys luovat haasteita ketteryyden hyödyntämiseen perinteisillä tavoilla. Julkaisussa kerrotaan esimerkkien kautta, miten ketteryyttä voidaan onnistuneesti hyödyntää tällaisissa hankkeissa. Tämä julkaisu on lisäosa Sulautettujen järjestelmien ketterälle käsikirjalle. Käsikirja kertoo, mitä ketterät menetelmät ovat ja miten niitä sovelletaan sulautettuja järjestelmiä rakennettaessa. Julkaisu täydentää alkuperäistä käsikirjaa.

Vaneritehtaan sisäisen viestinnän kehittäminen

Viestinnän merkitys yritysten menestymisessä on huomattu viimeisten vuosikymmenien aikana ja myös yritysten sisäiseen viestintään kiinnitetään yhä enemmän huomiota. Tutkimukset ovat osoittaneet, että suurin osa organisaatioissa esiintyneistä ongelmista johtuu epäonnistuneesta viestinnästä. Suurin osa kirjallisuudesta keskittyy tarkastelemaan sisäistä viestintää yleisellä tasolla, ottamatta kantaa tarkemmin erilaisten organisaatioiden erityispiirteisiin. Tämän työn tarkoituksen on tarkastella sisäistä viestintää tuotanto-organisaation kontekstissa. Työn tarkoituksena oli tutkia vanerituotantolaitoksen sisäisen viestinnän tilaa ja viestinnän suunnittelua strategisella sekä käytännön tasolla. Työn tuloksena päivitettiin tehtaan sisäinen viestintästrategia tehtaan henkilökunnalle tehdyn kvantitatiivisen tutkimuksen, sekä aikaisempien tutkimusten perusteella. Lisäksi aihetta lähestyttiin havainnoimalla konkreettisia sisäisen viestinnän parantamisen keinoja kolmessa muussa tuotanto-organisaatiossa. Työn tuloksena saatiin arvokasta tietoa tehtaan sisäisen viestinnän tasosta ja kehitysideoita sisäisen viestinnän kehittämiseen. Kyselytutkimuksen tulokset myös tukivat aikaisempien tutkimuksien tuloksia viestinnän tärkeistä elementeistä.

Torrefioidun biohiilipelletin kirjallisuustutkimus ja koeajot pilottilaitoksessa

Tämä raportti käsittelee ”Torrefioidun biohiilipelletin laatu ja varastoitavuus” hankkeen tuloksia. Hankkeen tavoitteena oli tutkia torrefioidun biohiilipelletin prosessiteknologiaa, markkinoita ja tuotantokustannuksia kirjallisuustutkimusosiossa. Hankkeen päätutkimus keskittyi koeajoihin pilottilaitoksella, jossa valmistettiin biohiilipellettiä erilaisista puuraaka-aineista. Pilottilaitos oli perustettu Torrec Oy:n toimesta Etelä-Savon Energian Pursialan voimalaitoksen yhteyteen Mikkelissä ja sen tuotanto oli käynnistynyt kesällä 2014. Kaikki koe-erät valmistettiin vain käyttämällä sidonta-aineena lauhdevettä, jota oli tiivistynyt säiliön pohjalle torrefiointiprosessin aikana. Näin ollen erillistä lisäsidonta-aineita ei tarvittu, jolloin voidaan säästää tuotantokustannuksissa jatkossakin. Euroopan Unioni on asettanut 20 % tavoitteen uusiutuvien energioiden käytölle vuoteen 2020, josta biomassalla voidaan kattaa kaksi kolmannesta. Tutkimushankkeen tavoitteena oli metsään perustuvan bioenergiatuotannon lisääminen ja tuontienergian korvaaminen kotimaisella polttoaineella. Hankkeen tarkoituksena oli tutkimusanalyysien kautta kehittää uutta kilpailukykyistä teknologiavaihtoehtoa puupolttoaineiden hyödyntämiseksi. Torrefiointiteknologiaa ollaan kaupallistamassa ympäri Eurooppaa parasta aikaa ja uusia biohiilen tuotantolaitoksia on kehitteillä ja rakenteilla. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että biohiilipelletillä on mahdollisuudet suurimittakaavaiseen energiantuotantoon laadun suhteen, kunhan sen käyttäminen tulee edullisemmaksi laitoksissa. Toisaalta, tämä kehitys vaatii tukimekanismeja valtion puolelta, jotta pelletit lähtisivät todella liikkeelle markkinoilla.

Suomalaisen metsäluonnon lukutaidon historiaa – Ihmisen ja koivun muuttuva suhde Suomessa 1730-luvulta 1930-luvulle

Tutkimus on perustutkimus suomalaisten metsäluonnon lukutaidosta ja käsityksistä koivusta ja sen käytöstä kahdensadan vuoden ajalta. Valitun ajanjakson sisällä on ollut mahdollista havaita sekä perinteisen maanviljelyajan että teollisen ajan metsäluonnon lukutaidon yhtäläisyydet ja erot. Yhteistä koko jaksolle on ollut huoli metsien riittävyydestä ja oikeasta hoidosta. Eroja on ollut metsänkäyttötavoissa perinteisen luontaistalouden muututtua teollisuuden ajan kulutusyhteiskunnaksi. Tutkimuksen pääkysymykset ovat:1) Miten suomalaisten metsäluonnon lukutaito ja käsitykset koivusta ja sen resursseista ovat muuttuneet 1730-luvulta 1930-luvulle ja 2) mitkä seikat ovat näihin muutoksiin vaikuttaneet? Tutkimuksen esimerkkinä metsäluonnon lukemisesta on suomalaisten suhde koivuun. Tutkimuksessa tarkastellaan ympäristön lukutaidon avulla, miten ihminen ymmärtää ja tulkitsee ympäristöään tässä tutkimuksessa metsäluontoa. Ympäristön lukutaito on kokonaisvaltaista luonnon ymmärtämistä, tulkitsemista ja määrittelemistä huomioiden, elämysten, arvojen, asenteiden ja tiedon avulla. Taidon perustana on paikallisten, alueellisten, yhteiskunnallisten, kulttuuristen ja historiallisten tekijöiden synnyttämä henkilökohtainen ymmärrys. Sen oppiminen on pitkäaikaisen harjaantumisen tulos, ja se on henkilökohtainen taito, joka vaihtelee eri yksilöillä. Tiedonsiirto sukupolvelta toiselle tapahtuu yhteisön sisäisessä kanssakäymisessä. Ympäristön lukutaito ei ole geneettistä vaan opittua. Tuotanto-olosuhteiden muutokset vaikuttavat metsäluonnon lukemiseen. Kaskiviljelijä näki metsän toisenlaisena kuin teollisuuden tarpeisiin puuta hankkinut ostaja tai puunkaataja. Vallassa olevat mielipidevaikuttajat määrittelevät oman aikansa ympäristöongelmat, he määrittelevät myös kenen syytä ongelmat ovat. Metsien häviäminen on aiheuttanut kautta historian ympäristöongelmia eri puolilla maapalloa. Niihin on suhtauduttu eri aikoina eri tavoin; metsäluontoa on luettu eri kulttuureissa ja eri aikoina eri tavalla. Näin on tapahtunut myös Suomessa. Keskeinen tutkimuksen tulos on kahdensadan vuoden ajalta saatu tieto, miten metsien häviämisen pelko on havaittu ja perusteltu, miten tähän pelkoon on suhtauduttu ja mihin toimenpiteisiin ryhdytty. Suomalaisten metsäluonnon lukemisen historian tunteminen auttaa näkemään menneisyydessä tehdyt virheet ja oikeat teot. Tutkimuksen tuloksia voi soveltaa suunniteltaessa ja kehitettäessä erilaisia ympäristön lukutaidon sovellusmuotoja ja opetusta sekä tulevaisuuden metsänhoidon ympäristötietoisuuden lisäämiseen tähtääviä toimenpiteitä sekä Suomessa että muissa maissa. Sen tuloksien pohjalta on myös hyvä jatkaa suomalaisen metsäluonnon lukemisen historian perustutkimusta kaskikauden ja teollisen ajan murroksesta nykypäivään.

Pertussis: infection, vaccination and gene polymorphisms

Pertussis or whooping cough is a human respiratory tract infection and a vaccine-preventable disease that is caused by Bordetella pertussis bacteria. Pertussis vaccination has been part of the Finnish national vaccine program since 1952. Despite extensive vaccinations, the incidence of pertussis has increased in many countries during the last decades. Large epidemics have been observed also in countries with high vaccine coverage. Inter-individual variation in immune responses is always encountered after vaccination. Low vaccine responses may cause vulnerability to pertussis even straight after vaccination. Reasons for low responses are not fully understood. The innate immune system is responsible for the initial recognition of pathogens and vaccine antigens. The role of innate immunity on pertussis immunity has not been thoroughly investigated. Mannose-binding lectin (MBL) and toll-like receptor 4 (TLR4) are important molecules of the innate immune system and in the recognition of pathogens. Cytokines form a signaling network that have a notable role in immune responses after infections as well as after vaccinations. Single nucleotide polymorphism (SNP) is common in genes encoding these molecules and the polymorphisms have been reported to affect vaccine response after viral and bacterial vaccines. This study investigated the gene polymorphisms of MBL2, TLR4 and interleukin (IL)-10 promoter and their association with vaccine responses after acellular pertussis (aP) vaccination in Finnish adolescents and infants. Cell-mediated immune responses were investigated ten years after the previous pertussis vaccinations in young adults. In addition, the role of MBL deficiency in pertussis infection susceptibility was evaluated. The results of this study show that subjects with TLR4 polymorphism had lower antibody production and persistence after aP vaccination compared with normal allele. A specific SNP in the TLR4 gene was associated with decreased antibody responses and persistence in adolescents after aP booster vaccination. Cell-mediated immune responses were partly detected ten years after the previous vaccination; booster vaccine clearly enhanced the responses. In addition, subjects with IL-10 polymorphism had altered cell-mediated immune responses. MBL deficiency was found to be more frequent in pertussis patients than healthy controls but the polymorphism of MBL2 was not associated with antibody responses after acellular pertussis vaccination. The novel finding of this study was that genetic variation in the innate immune system seems to play a role in altered pertussis vaccine responses as well as in pertussis infection. These new findings enlighten the mechanisms behind the low responses after pertussis vaccination and help to predict risk factors related to this phenomenon.