Paperitehtaan lämpöenergianhallinta

Diplomityön tavoitteena oli kehittää oikeudenmukainen keino lämmönkulutuksen osastokohtaisen jaolle, sekä löytää lämmönkäytön tehostamismahdollisuuksia Stora Enson Summan tehtailta. Työ liittyi osana Summan tehtaille tehtyyn energiakatselmukseen. Todenmukainen lämmöntuotannon ja -kulutuksen tunteminen luo perustan oikeansuuntaisille lämpötaloutta parantaville teoille ja mahdollistaa lämpöenergian kustannusten oikean jaon osastoille. Osastokohtaisen lämmönkulutuksen selvittämiseksi tarvitaan uusia virtaus- ja lämpötilamittauksia. Tärkeintä on kuitenkin saada ensin tehtaan kokonaistase selville. Tehtaan lämmöntuotanto ja –kulutus eivät nykyisten mittausten mukaan täsmää täysin. Suurimpien höyryn massavirtojen mittaukset on saatava luotettaviksi kalibroinnein tai uusinnoin, ja vasta tehtaan kokonaislämpötaseen täsmätessä on järkevää pyrkiä täydellisiin osastokohtaisiin lämpötaseisiin. Lämmönkulutuksen pienentäminen vähentää polttoainekustannuksia, jolloin paperintuotannon kokonaiskustannukset pienenevät parantaen tehtaan kilpailukykyä. Vuonna 2005 alkava hiilidioksidipäästökauppa tulee luultavasti vaikuttamaan teollisuuden lämmönkäyttöön. Päästökaupan rasituksia voidaan vähentää pienentämällä lämmönkulutusta. Tehtaan lämmönsäästömahdollisuuksia tutkittiin systemaattisesti mm. lauhteenpalautusten järjestämisen tuomia säästöjä laskemalla, sekä osastokohtaisesti eri lämmönkulutuskohteita tarkastelemalla. Tehtaan lämmöntarvetta on mahdollista pienentää merkittävästi muutamilla toimenpiteillä.

Sähköä ja lämpöä tuottavien maakaasukäyttöisten pienvoimalaitosten kannattavuus Turengissa

Diplomityössä tutkitaan sähkön ja lämmön yhteistuotannon kannattavuutta Turengin nykyisen lämmöntuotannon yhteydessä. Tavoitteena on löytää taloudellisesti kilpailukykyiset tuotantovaihtoehdot Turengin energiahuollon kehittämisessä. Ensimmäisenä tarkasteltarkastellaan voimalaitoksen nykyiseen tuotantolaitteistoon kuuluvan vastapainehöyryturbiinin käyttöönoton mahdollisuuksia. Tämän jälkeen suoritetaan kannattavuuslaskelmat neljälle vaihtoehtoiselle investointitapaukselle. Voimalaitosinvestoinnit kohdistuvat kaasumoottori- ja kaasuturbiinivoimalaitoksiin, joilla tuotetaan sähköä, kaukolämpöä ja eräissä tapauksissa myös prosessihöyryä. Voimalaitosten nettosähkötehot ovat neljästä yhdeksään megawattia. Voimalaitosyksiköiden energiantuotanto määritetään Turengin lämpökuormien perusteella. Tuotannon määrityksessä apuna käytetään WinTEHO –ohjelmistoa, johon luodaan tarvittavat energiatiedostot. Kannattavuuslaskelmat suoritetaan vertaamalla investointivaihtoehtojen aiheuttamia vuotuisia kassavirtoja nykyisen tuotannon mukaisiin kassavirtoihin. Kassavirtalaskelmasta saadaan kullekin vaihtoehdolle nettonykyarvo, sisäinen korko ja takaisinmaksuaika. Tarkastelun tuloksena saatiin, että voimalaitosvaihtoehdoista kannattavin on investointi yhteen kaasumoottoriin, jolla tuotetaan sähkön lisäksi vain kaukolämpöä. Alhaisilla sähkön hinnoilla kaasuturbiinivaihtoehdot ovat suunnilleen yhtä kannattavia. Investointien nykyarvo valitulla korkokannalla on positiivinen, kun sähkön markkinahinnan keskiarvo tuotantokaudella ylittää likimain tason 130 mk/MWh. Nykyisillä markkinahinnoilla investoinnit eivät ole kannattavia. Investoiminen uuteen kaasumoottoriin tai -turbiiniin osoittautui kannattavammaksi kuin sähkön tuotannon aloittaminen laitoksen nykyisellä höyryturbiinilla. Merkittävin syy tähän oli höyryturbiinituotannon korkeat henkilöstökustannukset. Tehty selvitys tukee vallitsevaa käsitystä, että nykytekniikalla sähkön ja lämmön yhteistuotanto on taloudellisesti kilpailukykyistä myös pienessä kokoluokassa.

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.

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.

Reuse of electric vehicle battery in uninterruptible power supply

Tässä diplomityössä tarkasteltiin Nissan Leaf -sähköauton käytetyn litiumakun soveltuvuutta UPS-varavirtalaitteen energialähteeksi. Kun akku on heikentynyt niin ettei sen kapasiteetti enää ole riittävä autokäyttöön, sitä voidaan kuitenkin vielä hyödyntää muissa sovelluksissa, kuten UPS-laitteessa. Työ sai alkunsa osana GreenDataNet-projektia, jossa pyritään kehittämään datakeskuksiin ympäristöä vähemmän kuormittavia ratkaisuja käyttämällä uusiutuvia energialähteitä, akkujen uusiokäytöllä, sekä energianhallinnan optimoinnilla. Työssä käytiin läpi akun ja sen ohjausjärjestelmän ominaisuuksia, kerrottiin UPS:in ohjelmistoon tehdyistä muutoksista sekä esitettiin testitulokset. Lopputuloksena todettiin akun sopivan muuten hyvin UPS-käyttöön, mutta vaadittu päivittäinen kennojännitteiden tasaus ja sen aiheuttama katkos energian saatavuuteen heikentää UPSin käyttövarmuutta kuorman suojauksessa. Lopussa esitettiin muutamia ehdotuksia tämän ongelman korjaamiseksi.

Affectation de composantes basée sur des contraintes énergétiques dans une architecture multiprocesseurs en trois dimensions

La lithographie et la loi de Moore ont permis des avancées extraordinaires dans la fabrication des circuits intégrés. De nos jours, plusieurs systèmes très complexes peuvent être embarqués sur la même puce électronique. Les contraintes de développement de ces systèmes sont tellement grandes qu’une bonne planification dès le début de leur cycle de développement est incontournable. Ainsi, la planification de la gestion énergétique au début du cycle de développement est devenue une phase importante dans la conception de ces systèmes. Pendant plusieurs années, l’idée était de réduire la consommation énergétique en ajoutant un mécanisme physique une fois le circuit créé, comme par exemple un dissipateur de chaleur. La stratégie actuelle est d’intégrer les contraintes énergétiques dès les premières phases de la conception des circuits. Il est donc essentiel de bien connaître la dissipation d’énergie avant l’intégration des composantes dans une architecture d’un système multiprocesseurs de façon à ce que chaque composante puisse fonctionner efficacement dans les limites de ses contraintes thermiques. Lorsqu’une composante fonctionne, elle consomme de l’énergie électrique qui est transformée en dégagement de chaleur. Le but de ce mémoire est de trouver une affectation efficace des composantes dans une architecture de multiprocesseurs en trois dimensions en tenant compte des limites des facteurs thermiques de ce système.

Online Learning of Non-stationary Sequences

We consider an online learning scenario in which the learner can make predictions on the basis of a fixed set of experts. The performance of each expert may change over time in a manner unknown to the learner. We formulate a class of universal learning algorithms for this problem by expressing them as simple Bayesian algorithms operating on models analogous to Hidden Markov Models (HMMs). We derive a new performance bound for such algorithms which is considerably simpler than existing bounds. The bound provides the basis for learning the rate at which the identity of the optimal expert switches over time. We find an analytic expression for the a priori resolution at which we need to learn the rate parameter. We extend our scalar switching-rate result to models of the switching-rate that are governed by a matrix of parameters, i.e. arbitrary homogeneous HMMs. We apply and examine our algorithm in the context of the problem of energy management in wireless networks. We analyze the new results in the framework of Information Theory.

An investigation of thermal comfort adaptation behaviour in office buildings in the UK

Around 40% of total energy consumption in the UK is consumed by creating comfortable indoor environment for occupants. Occupants’ behaviour in terms of achieving thermal comfort could have a significant impact on a building’s energy consumption. Therefore, understanding the interactions of occupants with their buildings would be essential to provide a thermal comfort environment that is less reliance on energy-intensive heating, ventilation and air-conditioning systems, to meet energysaving and carbon emission targets. This paper presents the findings of a year-long field study conducted in non-air-conditioned office buildings in the UK. Occupants’ adaptive responses in terms of technological and personal dimensions are dynamic processes which could vary with both indoor and outdoor thermal conditions. The adaptive behaviours of occupants in the surveyed building show substantial seasonal and daily variations. Our study shows that non-physical factors such as habit could influence the adaptive responses of occupants. However, occupants sometimes displayed inappropriate adaptive behaviour, which could lead to a misuse of energy. This paper attempts to illustrate how occupants would adapt and interact with their built environment and consequently contribute to development of a guide for future design/refurbishment of buildings and to develop energy management systems for a comfortable built environment.

An investigation of the required skills for the delivery of low and zero carbon buildings within a region

The United Kingdom is committed to a raft of requirements to create a low-carbon economy. Buildings consume approximately 40% of UK energy demand. Any improvement on the energy performance of buildings therefore can significantly contribute to the delivery of a low-carbon economy. The challenge for the construction sector and its clients is how to meet the policy requirements to deliver low and zero carbon (LZC) buildings, which spans broader than the individual building level, to requirements at the local and regional levels, and wider sustainability pressures. Further, the construction sector is reporting skills shortages coupled with the need for ‘new skills’ for the delivery of LZC buildings. The aim of this paper is to identify, and better understand, the skills required by the construction sector and its clients for the delivery of LZC buildings within a region. The theoretical framing for this research is regional innovation system (RIS) using a socio-technical network analysis (STNA) methodology. A case study of a local authority region is presented. Data is drawn from a review of relevant local authority documentation, observations and semi-structured interviews from one (project 1) of five school retrofit projects within the region. The initial findings highlight the complexity surrounding the form and operation of the LZC network for project 1. The skills required by the construction sector and its clients are connected to different actor roles surrounding the delivery of the project. The key actors involved and their required skills are: project management and energy management skills required by local authority; project management skills (in particular project planning), communication and research skills required by school end-users; and a ‘technical skill’ relating to knowledge of a particular energy efficient measure (EEM) and use of equipment to implement the EEM is required by the EEM contractors.

The evolution of green leases: towards inter-organizational environmental governance

Improving the environmental performance of non-domestic buildings is a complex and ‘wicked’ problem due to conflicting interests and incentives. This is particularly challenging in tenanted spaces, where landlord and tenant interactions are regulated through leases that traditionally ignore environmental considerations. ‘Green leasing’ is conceptualized as a form of ‘middle-out’ inter-organizational environmental governance that operates between organizations, alongside other drivers. This paper investigates how leases are evolving to become ‘greener’ in the UK and Australia, providing evidence from five varied sources on: (1) UK office and retail leases, (2) UK retail sector energy management, (3) a major UK retailer case study; (4) office leasing in Sydney, and (5) expert interviews on Australian retail leases. With some exceptions, the evidence reveals an increasing trend towards green leases in prime offices in both countries, but not in retail or sub-prime offices. Generally introduced by landlords, adopted green leases contain a variety of ambitions and levels of enforcement. As an evolving form of private–private environmental governance, green leases form a valuable framework for further tenant–landlord cooperation within properties and across portfolios. This increased cohesion could create new opportunities for polycentric governance, particularly at the interface of cities and the property industry.

Modeling and forecasting long-term natural gas (NG) consumption in Iran, using particle swarm optimization (PSO)

The gradual changes in the world development have brought energy issues back into high profile. An ongoing challenge for countries around the world is to balance the development gains against its effects on the environment. The energy management is the key factor of any sustainable development program. All the aspects of development in agriculture, power generation, social welfare and industry in Iran are crucially related to the energy and its revenue. Forecasting end-use natural gas consumption is an important Factor for efficient system operation and a basis for planning decisions. In this thesis, particle swarm optimization (PSO) used to forecast long run natural gas consumption in Iran. Gas consumption data in Iran for the previous 34 years is used to predict the consumption for the coming years. Four linear and nonlinear models proposed and six factors such as Gross Domestic Product (GDP), Population, National Income (NI), Temperature, Consumer Price Index (CPI) and yearly Natural Gas (NG) demand investigated.

Sistema de tração elétrica flexível baseado em veículos trólebus para alimentação com redes CC e ou CA

Este artigo apresenta os principais resultados e o detalhamento da metodologia e equações de controle de um retificador monofásico pré-regulador de 150kW para sistema trólebus. A estrutura proposta possibilita a Correção ativa do Fator de Potência (CFP) com baixos níveis de Distorção Harmônica Total (DHT) na corrente, em conformidade com a norma internacional IEC 61000-3-4. Fruto de um projeto de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação (P) junto à empresa AES Eletropaulo Metropolitana de São Paulo, em parceria com a empresa de transporte Himalaia S.A., o projeto possui como principais objetivos estimular o interesse para a expansão das linhas de trólebus a partir de uma plataforma de alimentação de menor custo de instalação e manutenção, sem a necessidade de subestações retificadoras, e, com vistas a promover a melhoria da qualidade de vida nos grandes centros urbanos. Nessa nova modalidade proposta para o sistema de alimentação, o trólebus pode ser alimentado tanto pelas redes convencionais em corrente contínua (CC) quanto pelas redes de distribuição em corrente alternada (CA), mantendo-se a disposição a dois fios dos sistemas CC, sendo as mudanças de rede de alimentação (CC ou CA) monitoradas e controladas digitalmente. Todo o sistema de gerenciamento e controle do conversor é realizado digitalmente por FPGA XC3S200. Na evolução do sistema proposto, os autores pretendem inclusive eliminar as linhas aéreas de alimentação, através da utilização de postos de alimentação em CA, especialmente desenvolvidos para os pontos de embarque/desembarque de passageiros para este veículo de transporte coletivo, eliminando-se os aspectos visuais negativos das redes de alimentação deste modal, e, reduzindo-se as falhas de operação do sistema.

Técnicas de parametrização global para o fluxo de carga continuado

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Uma abordagem dirigida por modelos para gerência de variabilidade e execução de processos de software

This dissertation presents a model-driven and integrated approach to variability management, customization and execution of software processes. Our approach is founded on the principles and techniques of software product lines and model-driven engineering. Model-driven engineering provides support to the specification of software processes and their transformation to workflow specifications. Software product lines techniques allows the automatic variability management of process elements and fragments. Additionally, in our approach, workflow technologies enable the process execution in workflow engines. In order to evaluate the approach feasibility, we have implemented it using existing model-driven engineering technologies. The software processes are specified using Eclipse Process Framework (EPF). The automatic variability management of software processes has been implemented as an extension of an existing product derivation tool. Finally, ATL and Acceleo transformation languages are adopted to transform EPF process to jPDL workflow language specifications in order to enable the deployment and execution of software processes in the JBoss BPM workflow engine. The approach is evaluated through the modeling and modularization of the project management discipline of the Open Unified Process (OpenUP)

Economic and technical feasibility study of a combined-cycle cogeneration system associated with cellulose plants

In this paper, is presented an economical and technical feasibility study of a combined cycle cogeneration system proposed to be used in a pulp plant located in Brazil, where around 95% of country's pulp production is done by the use of Kraft Process. This process allows the use of black liquor and other by-products as fuel. This study is based upon actual data from a pulp plant with a daily production of 1000 tons., that generates part of the energy demanded by the process in a conventional cogeneration system with condensing steam turbine and two extractions. The addition of a gas turbine was studied to compare electricity production level and its related costs between original system and the new one, considering that the former can use industrial by-products and firewood as fuel, when required. Several parameters related to electric generation systems operation and production costs were studied. The use of natural gas in the combined cycle, in comparison with the use of firewood in the conventional system was studied. The advantages of natural gas fuel are highlighted. The surplus availability and the electricity generation costs are presented as a function of pulp and black liquor production.