Kaukolämpölaitoksen kunnossapitosuunnitelma

Työssä on esitetty pääpiirteissään Joutsenon Energia Oy:n kaukolämpöjärjestelmä lämpökeskuksineen ja kaukolämpöverkkoineen sekä toimintaa ohjaava lainsäädäntö. Kunnossapitoa on käsitelty ensin teoreettisesti yleisellä tasolla, keskittyen kunnossapitostrategioihin ja niiden valintaan, kunnossapitotiedon hallintaan sekä kunnossapidon organisointiin. Työn puitteissa otettiin käyttöön myös Komartekin kaukolämmön kunnossapito-ohjelma Lämpökunto sekä graafinen informaatiojärjestelmä MAP, johon mallinnettiin mm. Joutsenon kaukolämpöverkkojen johdot ja kaivot. Tutkimustuloksina on esitelty mahdollisuuksia tehostaa kaukolämpöverkkojen ja –keskusten kunnossapitoa ja käyttää Lämpökuntoa tässä apuvälineenä. Kaukolämpöverkoille tehtiin perusparannustarpeen kartoitus sekä keskustaajaman kaukolämpöverkon uusimiselle aikatauluehdotus. Lämpökeskuksia tarkasteltiin niiden energiataloudellisuuden ja käyttöluotettavuuden kannalta ja pyrittiin löytämään keinoja näiden tekijöiden parantamiseksi.

Competitor comparison: variable speed drives in pumping applications

As the world’s energy demand is increasing, a durable solution to control it is to improve the energy efficiency of the processes. It has been estimated that pumping applications have a significant potential for energy savings trough equipment or control system changes. For many pumping application the use of a variable speed drive as a process control element is the most energy efficient solution. The main target of this study is to examine the energy efficiency of a drive system that moves the pump. In a larger scale the purpose of this study is to examine how the different manufacturers’ variable speed drives are functioning as a control device of a pumping process. The idea is to compare the drives from a normal pump user’s point of view. The things that are mattering for the pump user are the efficiency gained in the process and the easiness of the use of the VSD. So some thought is given also on valuating the user-friendliness of the VSDs. The VSDs are compared to each other also on the basis of their life cycle energy costs in different kind of pumping cases. The comparison is made between ACS800 from ABB, VLT AQUA Drive from Danfoss, NX-drive from Vacon and Micromaster 430 from Siemens. The efficiencies are measured in power electronics laboratory in the Lappeenranta University of Technology with a system that consists of a variable speed drive, an induction motor with dc-machine, two power analyzers and a torque transducer. The efficiencies are measured as a function of a load at different frequencies. According to measurement results the differences between the measured system efficiencies on the actual working area of pumping are on average few percent units. When examining efficiencies at the whole range of different loads and frequencies, the differences get bigger. At low frequencies and loads the differences between the most efficient and the least efficient systems are at the most about ten percent units. At the most of the tested points ABB’s drive seem to have slightly better efficiencies than the other drives.

Life cycle costs in heating, ventilation and air-conditioning systems with drive

Energy consumption and energy efficiency have become an issue. Energy consumption is rising all over the world and because of that, and the climate change, energy is becoming more and more expensive. Buildings are major consumers of energy, and inside the buildings the major consumers are heating, ventilation and air-conditioning systems. They usually run at constant speed without efficient control. In most cases HVAC equipment is also oversized. Traditionally heating, ventilation and air-conditioning systems have been sized to meet conditions that rarely occur. The theory part in this thesis represents the basics of life cycle costs and calculations for the whole life cycle of a system. It also represents HVAC systems, equipment, systems controls and ways to save energy in these systems. The empirical part of this thesis represents life cycle cost calculations for HVAC systems. With these calculations it is possible to compute costs for the whole life cycle for the wanted variables. Life cycle costs make it possible to compare which variable causes most of the costs from the whole life point of view. Life cycle costs were studied through two real life cases which were focused on two different kinds of HVAC systems. In both of these cases the renovations were already made, so that the comparison between the old and the new, now existing system would be easier. The study indicates that energy can be saved in HVAC systems by using variable speed drive as a control method.

An energy efficient vertical handover decision algorithm

As wireless communications evolve towards heterogeneousnetworks, mobile terminals have been enabled tohandover seamlessly from one network to another. At the sametime, the continuous increase in the terminal power consumptionhas resulted in an ever-decreasing battery lifetime. To that end,the network selection is expected to play a key role on howto minimize the energy consumption, and thus to extend theterminal lifetime. Hitherto, terminals select the network thatprovides the highest received power. However, it has been provedthat this solution does not provide the highest energy efficiency.Thus, this paper proposes an energy efficient vertical handoveralgorithm that selects the most energy efficient network thatminimizes the uplink power consumption. The performance of theproposed algorithm is evaluated through extensive simulationsand it is shown to achieve high energy efficiency gains comparedto the conventional approach.

The International Distribution of Energy Intensities: some synthetic results

The paper examines the international distribution of energy intensities as a conventional proxy indicator of energy efficiency and sustainability in the consumption of resources, by employing some descriptive tools from the analysis of inequality and polarization. The analysis specifically focuses on the following points: firstly, inequalities are evaluated synthetically based on diverse summary measures and Lorenz curves; secondly, different factorial decompositions are undertaken that assist in investigating some explanatory factors (weighting factors, multiplicative factors and decomposition by groups); and thirdly, an analysis is made of the polarization of intensities when groups of countries are defined endogenously and exogenously. The results obtained have significant implications from both academic and political perspectives.

Marketing of Lappeenranta University of Technology energy auditing services

The objective of this study was to find out how LUT Energy should start marketing its energy audit services, what would be the optimal pricing policy for its services and how LUT Energy could manage customer expectations towards quality of its auditing services. In order to answer these questions, a quantitative survey questionnaire was sent by e-mail to 56 companies from the regions of South Karelia and Kymenlaakso. The empirical data of the study was the answers and opinions of the companies, previous researches about energy efficiency and articles and presentations about the current situation in the energy efficiency market. The results of the study were that there is a great potential for energy audit services and also the legislation requires companies to improve their energy efficiency. To start marketing its services, LUT Energy should first clarify its service concept and divide its service offering into two offers. It should also clarify the marketing message it wants to send its customers and then do the marketing with the help of three-way-model. The best pricing policy for the service would be that the price is proportioned to the future savings. In order to ensure the quality of its services, LUT Energy has to make sure that both dimensions of the quality are managed properly and to fade out customer expectations towards the quality the auditing work has to be monitored.

Energy intensity in road freight transport of heavy goods vehicles in Spain

This paper examines the factors that have influenced the energy intensity of the Spanish road freight transport of heavy goods vehicles over the period 1996–2012. This article aims to contribute to a better understanding of the factors behind the energy intensity change of road freight and also to inform the design of measures to improve energy efficiency in road freight transport. The paper uses both annual single-period and chained multi-period multiplicative LMDI-II decomposition analysis. The results suggest that the decrease in the energy intensity of Spanish road freight in the period is explained by the change in the real energy intensity index (lower energy consumption per tonne-kilometre transported), which is partially offset by the behaviour of the structural index (greater share in freight transport of those commodities the transportation of which is more energy intensive). The change in energy intensity is analysed in more depth by quantifying the contribution of each commodity through the attribution of changes in Divisia indices.

Consumer valuation of energy-saving features of residential air conditioners with hedonic and choice models

The promotion of energy-efficient appliances is necessary to reduce the energetic and environmental burden of the household sector. However, many studies have reported that a typical consumer underestimates the benefits of energy-saving investment on the purchase of household electric appliances. To analyze this energy-efficiency gap problem, many scholars have estimated implicit discount rates that consumers use for energy-consuming durables. Although both hedonic and choice models have been used in previous studies, a comparison between two models has not yet been done. This study uses point of sale data about Japanese residential air conditioners and estimates implicit discounts rates with both hedonic and choice models. Both models demonstrate that a typical consumer underinvests in energy efficiency. Although choice models estimate a lower implicit discount rate than hedonic models, the latter models estimate the values of other product characteristics more consistently than choice models.

Sellutehtaan sekundäärilämmön käytön tehostaminen

Energia on olennainen osa nykyaikaisen sellutehtaan prosesseja, joissa kuluu suuria määriä lämpöä ja sähköä. Pyrittäessä entistä kustannustehokkaampaan liiketoimintaan nousee energiatehokkuus usein mielenkiinnon kohteeksi. Pitkälle viety sähkön ja lämmön yhteistuotanto yhdistettynä korkeaan biopolttoaineiden osuuteen energian tuotannossa luovat pohjan tälle pyrkimykselle. Sekundäärilämpöä syntyy prosessien sivutuotteena ja sen mahdollisimman suuri hyödyntäminen on yksi keino päästä kohti parempaa energiatehokkuutta. Joissain tapauksissa sillä voidaan korvata jopa primäärienergian käyttöä ja mahdollisesti pienentää ostopolttoaineiden tarvetta. Diplomityössä tutkitaan sellutehtaan sekundäärilämpöjärjestelmän toimintaa, ohjausta ja energiankulutusta. Sekundäärilämpöjärjestelmästä muodostetaan taseet talvitilanteessa ja samalla etsitään mahdollisia uusia talteenotettavia sekundäärilämpövirtoja tai vastaavasti käyttökohteita. Lisäksi päivitetään sekundäärilämpöjärjestelmän raportoinnin ja ohjauksen työkaluja nykytilannetta vastaavaksi. Työn aikana kiinnitetään myös huomiota järjestelmän toimintaan muutostilanteissa, joissa kaikkia vesijakeita ei välttämättä ole saatavilla prosessin tarvitsemia määriä.

Ympäristöluokitusjärjestelmät talotekniikan suunnitteluprosessissa

Vihreä rakentaminen on voimakkaasti kasvava rakennusliiketoiminnan osa-alue, johon useat toimijat ovat alkaneet herätä. Suomessakin on otettu käyttöön erilaisia ympäristösuorituskyvyn mittarointijärjestelmiä, joilla pyritään varmentamaan laadukas lopputulos vihreille rakennuksille. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää vihreän rakentamisen kannattavuutta. Työn teoriaosassa käydään läpi ympäristöluokitusjärjestelmien ominaisuuksia ja eroavaisuuksia sekä LEED-ympäristöluokitusjärjestelmän sisältö ja suhde Suomen rakentamismääräyksiin. Työn empiirisessä osassa tutkitaan LEED:n talotekniselle suunnittelulle aiheuttamia vaikutuksia sekä niihin liittyvien valintojen elinkaarikustannuksia. Vaikutuksia tutkitaan suunnitteluohjeiden ja -vaatimusten tasolta, suunnittelijoiden ja haastattelujen pohjalta sekä tutkimalla case-kohdetta, jossa tavoitteena on korkeimman LEED-luokituksen saavuttaminen.

Pientalon energiatehokkuuden vaatimusten kiristymisen vaikutus lämmitysratkaisujen hiilidioksidipäästöihin

Tässä työssä tarkastellaan pientalojen kiristyvien energiatehokkuusvaatimusten vaikutusta lämmitysratkaisuista aiheutuviin hiilidioksipäästöihin. Kiristyvät vaatimukset tähtäävät tarvittavan lämmitysenergian ja hiilidioksidipäästöjen pienenemiseen mutta ne vaikuttavat myös lämmitystapojen keskinäiseen kilpailukykyyn. Koska hiilidioksidipäästöt lämmitystapojen kesken ovat erilaisia, ei päästöt pienene samassa suhteessa lämmitysenergian pienentymisen kanssa mikäli järjestelmä vaihdetaan suurempipäästöiseen lämmitystapaan. Kannattavuuden perusteella arvioidaan mitkä lämmitystavat yleistyvät tulevaisuudessa ja kuinka muutos vaikuttaa hiilidioksipäästöihin. Tarkasteltavina lämmitysmuotoina on maalämpöpumppulämmitys, öljylämmitys ja kaukolämpölämmitys. Tarkasteltavia lämmitysmuotoja verrataan investointikustannuksiltaan edullisimpiin sähkölämmitysmuotoihin. Työssä todettiin energiatehokkuuden vaatimusten kiristämisen kasvattavan sähkölämmitystapojen osuutta. Koska lämmityssähkön hiilidioksidipäästöt ovat korkeat, joissain tapauksissa hiilidioksipäästöt jopa kasvavat energiatehokkuuden parantuessa.

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.

Teollisuuden ja yhdyskuntien energiatehokkuusselvitykset, auditoinnit 2008–2010

Nykypäivänä energiansäästötavoitteet ovat haasteena yhä useammalle energiankuluttajalle. Tavoitteisiin päästäkseen yritykset ja kunnalliset energiankuluttajat kaipaavat usein apua kannattavien energiansäätökeinojen löytämiseksi. Erilaiset energiakatselmukset vastaavat tähän tarpeeseen ja ovat esimerkki tuloksellisesta energiansäästöstä. Lappeenrannan teknillinen yliopisto on tutkinut energiatehokkuutta pitkään erilaisissa projekteissa teollisuuden kanssa yhteistyössä. Osa LUT:n energiatehokkuustutkimusta ovat energia-auditoinnit yrityksille ja kunnille, joita LUT Energian projektin puitteissa alettiin kehittää vuoden 2008 syksyllä. Energia-auditointien fokuksena on pyritty pitämään pumppausprosessien energiatehokkuuden optimointia, sillä aihetta on tutkittu yliopistolla laajasti. Pumppausprosesseissa on todettu olevan merkittävä energiansäästöpotentiaali: pumppauksen kuluttamasta energiasta voi olla mahdollista säästää jopa 50 % erilaisilla laite- ja säästötaparatkaisuilla. Pumppausprosessien energia-auditointeja on tehty teollisuuden pumppauskohteisiin kuin myös kunnallisiin vesi-huoltolaitoksiin. Lisäksi energia-auditointien puitteissa on tutkittu energiansäästömahdollisuuksia rakennuksissa. Energiansäästökohteita etsitään sekä lämpö- että sähköenergian osalta. Energia-auditoinneissa pumppausten osalta energiansäästöpotentiaalia on todettu olevan etenkin suuren kokoluokan pumpuissa, joilla on pitkä vuosittainen käyttöaika. Myös pumppujen säätötavalla on suuri merkitys energiankulutukseen. Rakennusten osalta on pyritty selvittämään, kuinka energiankulutus jakautuu eri kulutusryhmien kesken. Säästökohteita on löydetty muun muassa rakennusten tiiviydestä, ilmanvaihdosta kuin valaistuksestakin. Monia auditointien asiakkaita on kiinnostanut etenkin led-teknologian hyödyntäminen yleisvalaistuksessa sekä muut keinot säästää valaistuksen energiankulutuksessa. Pyrkimyksenä on kehittää energia-auditointeja projektin aikana saavutettujen kokemusten avulla sekä myös liiketaloudellisessa mielessä opinnäytetutkielmien avulla. Menestyksekäs palveluliiketoiminta edellyttää määriteltyjä toimintatapoja, riittävän tarkkaa palvelujen rajausta ja koko energia-auditointiprosessin kehittämistä aina asiakassuhteen luomisesta sen jatko-hoitoon saakka.

A Development and Application of a Three-Dimensional Model for a CFB Gasifier

The developing energy markets and rising energy system costs have sparked the need to find new forms of energy production and increase the self-sufficiency of energy production. One alternative is gasification, whose principles have been known for decades, but it is only recently when the technology has become a true alternative. However, in order to meet the requirements of modern energy production methods, it is necessary to study the phenomenon thoroughly. In order to understand the gasification process better and optimize it from the viewpoint of ecology and energy efficiency, it is necessary to develop effective and reliable modeling tools for gasifiers. The main aims of this work have been to understand gasification as a process and furthermore to develop an existing three-dimensional circulating fluidized bed modeling tool for modeling of gasification. The model is applied to two gasification processes of 12 and 50 MWth. The results of modeling and measurements have been compared and subsequently reviewed. The work was done in co-operation with Lappeenranta University of Technology and Foster Wheeler Energia Oy.

Pumppauksen energiansäästökartoitus teollisuuslaitoksessa

Tässä diplomityössä on suoritettu pumppauksen energiansäästökartoitus Nordkalkin Lappeenrannan teollisuuslaitoksessa. Tavoitteena on kuvata teollisuuslaitoksen nykyistä pumppauksen tarvetta sekä etsiä energiansäästökohteita. Työn valmistelussa on käytetty apuna energiankulutustiedoista koostettuja energiataseita sekä yrityksen valmistelemia pumppulistoja. Energiansäästökohteita haettaessa tässä tarkastelutyössä huomio on kohdistettu pumppujen säätötapoihin ja mahdollisuuksiin vähentää virtaamaa tai pumppujärjestelmän kokonaisnostokorkeutta. Pumppujärjestelmän toiminnan määrittämisessä on käytetty hyväksi tilavuusvirran ja sähkötehon mittauksia sekä teoreettista tarkastelua kokonaisnostokorkeuden ja pumpun toimintapisteen selvittämiseksi. Kaikkien tarkasteltavien pumppujen osalta on hyödynnetty laitevalmistajien tarjoamia tietoja. Pumppujen vuotuisen toiminnan arviointi on suoritettu tuotantotietojen sekä käyttöhenkilökunnan haastatteluilla kerätyn tiedon perusteella. Työn lopussa on esitetty tarkastelukohteiksi valittujen pumppujärjestelmien energiatehokkuuden parantamiseksi suositeltavia toimenpiteitä. Suositeltavien toimenpiteiden sisältäessä investointeja on niille laskettu nykyarvot sekä takaisinmaksuajat. Energiansäästökohteiksi valittujen pumppujärjestelmien yhteenlaskettu vuosittainen energiansäästö on 352 MWh/a (24640 €/a) investointikustannusten (hankintakustannukset) ollessa 12000 €.