Spin Polarization and Normal Reflection at Nanoscale Point Contacts

This thesis presents point-contact measurements between superconductors (Nb, Ta, Sn,Al, Zn) and ferromagnets (Co, Fe, Ni) as well as non-magnetic metals (Ag, Au, Cu, Pt).The point contacts were fabricated using the shear method. The differential resistanceof the contacts was measured either in liquid He at 4.2 K or in vacuum in a dilutionrefrigerator at varying temperature down to 0.1 K. The contact properties were investigatedas function of size and temperature. The measured Andreev-reflection spectrawere analysed in the framework of the BTK model – a three parameter model that describescurrent transport across a superconductor - normal conductor interface. Theoriginal BTK model was modified to include the effects of spin polarization or finitelifetime of the Cooper pairs. Our polarization values for the ferromagnets at 4.2 K agree with the literature data, but the analysis was ambiguous because the experimental spectra both with ferromagnets and non-magnets could be described equally well either with spin polarization or finite lifetime effects in the BTK model. With the polarization model the Z parametervaries from almost 0 to 0.8 while the lifetime model produces Z values close to 0.5. Measurements at lower temperatures partly lift this ambiguity because the magnitude of thermal broadening is small enough to separate lifetime broadening from the polarization. The reduced magnitude of the superconducting anomalies for Zn-Fe contacts required an additional modification of the BTK model which was implemented as a scaling factor. Adding this parameter led to reduced polarization values. However, reliable data is difficult to obtain because different parameter sets produce almost identical spectra.

Pakolaisuus ja etnografinen tietäminen

Kirjallisuusarvostelu

Koulutus yhteiskunnallisena tutkimuskohteena

Kirjallisuusarvostelu

Etnografinen katse koulukulttuuriin

Kirjallisuusarvostelu

Selvitys Helsingin seudun pääväylien liikenteen toimivuudesta ja ruuhkautumisesta

Tämän selvityksen tavoitteena oli laatia käytettävissä olevaa mittaustietoa ja maastokäyntejä hyödyntäen asiantuntija-arviona kokonaisnäkemys Helsingin seudun pääväylien ruuhkautuvuudesta. Analyysiin haettiin LAM-tietokannasta pääväylien pisteistä vuosien 2003 ja 2010 jokaisen tunnin liikennemäärä ja keskinopeus ajosuunnittain. Lisäksi LAM-aineistoa yhdisteltiin Liikenneviraston keli- ja häiriötietoihin. LAM -pisteiden mittaustietojen perusteella on ruuhkattomien päivien määrä vähentynyt selvästi vuoden 2003 jälkeen. Ruuhkattomat päivät ovat vähentyneet noin puolessa mittauspisteistä sekä aamu- että iltaruuhkassa. Ruuhkat ovat muuttuneet vakavammiksi. Lähes kaikissa mittauspisteissä, joissa ruuhkattomat päivät vähenivät, kasvoi myös vakavampien ruuhkien määrä. Aamuliikenteessä ruuhkautuminen on lisääntynyt varsinkin Kehä I:llä sekä säteittäisväylillä Kehä III:n sisäpuolella. Iltapäiväliikenteessä ruuhkautuminen on yleisempää kehäteillä kuin säteittäisväylillä. Vakavat ruuhkat keskittyvät säteittäisväylillä yksittäisten liittymien yhteydessä sijaitseviin pullonkauloihin ja väylien päätepisteisiin katuverkolle saavuttaessa. Kehä III:n ulkopuolella suuret nopeushajonnat alkavat aiheuttaa ruuhkia myös linjaosuuksille väylillä, joiden liikennemäärä on lähellä kapasiteettia. Ruuhkautuminen on yleisintä marras-, joulu- ja tammikuussa, jolloin olosuhteet näyttävät lisäävän erityisesti lieviä ruuhkia. Huonolla talvikelillä ruuhkautuvien tuntien osuus kasvaa hieman ja erittäin huonolla talvikelillä ruuhkautuminen on kaksi kertaa todennäköisempää kuin normaalilla kelillä. Huonon kelin vaikutus näkyy voimakkaasti varsinkin pisteissä, joiden liikennemäärä on lähellä tien kapasiteettia. Ruuhkautumisen riskiä huonoilla keleillä lisää se, että huonon ja erittäin huonon ajokelin aikana häiriöriski on suurempi kuin normaalin talvikelin aikana. Toimenpidesuosituksena esitettiin säteittäisväylien lisäkaistoja pahimmin ruuhkautuneilla liittymäväleillä Kehä I:n ja Kehä III:n välillä. Toimenpiteiden suunnittelussa tulee huomioida, että käynnissä olevien Kehä I:n ja Kehä III:n työmaiden valmistuminen voi muuttaa ruuhkautumistilannetta huomattavasti. Kehä III:n ulkopuolella säteittäisten pääväylien linjaosuuksien ruuhkautumista voidaan vähentää toteuttamalla vaihtuvia nopeusrajoituksia. Nopeusrajoitusten laskemisen lisäksi raskaan liikenteen ohituskiellot ruuhka-aikoina vähentäisivät nopeushajontaa ja voisivat siten vähentää ruuhkia sekä säteittäisväylillä että kehäteillä.

Review of water electrolysis technologies and design of renewable hydrogen production systems

An electric system based on renewable energy faces challenges concerning the storage and utilization of energy due to the intermittent and seasonal nature of renewable energy sources. Wind and solar photovoltaic power productions are variable and difficult to predict, and thus electricity storage will be needed in the case of basic power production. Hydrogen’s energetic potential lies in its ability and versatility to store chemical energy, to serve as an energy carrier and as feedstock for various industries. Hydrogen is also used e.g. in the production of biofuels. The amount of energy produced during hydrogen combustion is higher than any other fuel’s on a mass basis with a higher-heating-value of 39.4 kWh/kg. However, even though hydrogen is the most abundant element in the universe, on Earth most hydrogen exists in molecular forms such as water. Therefore, hydrogen must be produced and there are various methods to do so. Today, the majority hydrogen comes from fossil fuels, mainly from steam methane reforming, and only about 4 % of global hydrogen comes from water electrolysis. Combination of electrolytic production of hydrogen from water and supply of renewable energy is attracting more interest due to the sustainability and the increased flexibility of the resulting energy system. The preferred option for intermittent hydrogen storage is pressurization in tanks since at ambient conditions the volumetric energy density of hydrogen is low, and pressurized tanks are efficient and affordable when the cycling rate is high. Pressurized hydrogen enables energy storage in larger capacities compared to battery technologies and additionally the energy can be stored for longer periods of time, on a time scale of months. In this thesis, the thermodynamics and electrochemistry associated with water electrolysis are described. The main water electrolysis technologies are presented with state-of-the-art specifications. Finally, a Power-to-Hydrogen infrastructure design for Lappeenranta University of Technology is presented. Laboratory setup for water electrolysis is specified and factors affecting its commissioning in Finland are presented.

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.

Integrated energy storage tank for large scale power-to-gas applications

The global interest towards renewable energy production such as wind and solar energy is increasing, which in turn calls for new energy storage concepts due to the larger share of intermittent energy production. Power-to-gas solutions can be utilized to convert surplus electricity to chemical energy which can be stored for extended periods of time. The energy storage concept explored in this thesis is an integrated energy storage tank connected to an oxy-fuel combustion plant. Using this approach, flue gases from the plant could be fed directly into the storage tank and later converted into synthetic natural gas by utilizing electrolysis-methanation route. This work utilizes computational fluid dynamics to model the desublimation of carbon dioxide inside a storage tank containing cryogenic liquid, such as liquefied natural gas. Numerical modelling enables the evaluation of the transient flow patterns caused by the desublimation, as well as general fluid behaviour inside the tank. Based on simulations the stability of the cryogenic storage and the magnitude of the key parameters can be evaluated.

Yritysten sähkön kysyntäjouston tuotteistaminen

Muuttuva sähköntuotantorakenne yhdessä Euroopan yhdentyvien sähkömarkkinoiden kanssa muuttaa energiayhtiöiden toimintaympäristöä tulevaisuudessa. Markkinoilta poistu-va säätökykyinen lauhdevoima ja lisääntyvä säiden mukaan vaihteleva tuuli- ja aurin-koenergia lisäävät säätövoiman tarvetta energiajärjestelmässä. Osa lisääntyvästä säätövoi-man tarpeesta voidaan kattaa kulutuksen kysyntäjoustoa lisäämällä. Tässä työssä tavoitteena on kehittää Savon Voima Oyj:lle kysyntäjoutopalvelu yritysasiak-kaille. Työssä kartoitetaan kysyntäjouston eri markkinapaikkojen mahdollisuuksia kysyntä-jouston toteuttamiselle, sekä käydään läpi niiden asettamia rajoitteita kysyntäjouston to-teuttamisen kannalta. Työn osana kehitettyä kysyntäjouston potentiaalin laskentatyökalua käytetään arvioitaessa valittujen pilottiasiakkaiden potentiaalia Elspot-markkinoille osallistuvan kysyntäjouston osalta. Laskennan tulosten perusteella kysyntäjouston toteuttaminen Elspot-markkinoille on kannattavaa valittujen pilottiasiakkaiden kohdalla. Työssä käydään läpi kysyntäjoustopalvelun prosessia, sen vaiheita sekä huomioon otettavia asioita tarjottaessa kysyntäjoustopalvelua yrityksille. Lopuksi esitetään liiketoimintamalli, jolla palvelua lähdetään yritysasiakkaille tarjoamaan. Liiketoimintamallissa esitetään koh-deryhmät ja markkinat kysyntäjouston toteuttamiselle.

Yrittäjien ja hallitusjäsenten kokemuksia pk-yritysten hallitustyöstä

Teollisuuden rakennemuutoksen myötä pk-yrityskanta on Etelä-Karjalan alueen elinvoimaisuudelle tärkeämpi kuin koskaan. Kehittyäkseen pienistä keskikokoisiksi yritykset tarvitsevat lisää osaamista paitsi johtoon myös hallituksiinsa. Tämä tiivistelmään on koottu Pk-yritysten hallitustoiminta Etelä-Karjalassa -hankkeen tuloksia. Hankkeen keskeisenä tavoitteena oli vahvistaa Etelä-Karjalassa sijaitsevien pk-kokoluokan yritysten hallitustyötä ja hallitusten hyödyntämismahdollisuuksia sekä lisätä pk-yrityksissä toimivien hallitusjäsenten osaamista pk-yritysten hallitusjäseniltä vaadittavista taidoista ja osaamisalueista. Tiivistelmä on käytännönläheinen ja lyhyt esitys pk-yritysten hallitustoiminnan erityispiirteistä. Hanketta rahoittivat Euroopan sosiaalirahasto ja Hämeen ELY-keskus ja se toteutettiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston toimesta vuosien 2014-2015 aikana.