Palvelumallin kehittäminen sähköverkkoyhtiön kohtuullisen tuoton ja siirtohinnoittelun analysointiin

Uuden sähkömarkkinalain myötä sähkönjakeluverkonhaltijoille tuli velvoite parantaa verkkonsa toimitusvarmuutta tasolle, jossa verkon vikaantuminen myrskyn tai lumikuorman seurauksena ei aiheuta asemakaava-alueella asiakkaalle yli 6 tuntia kestävää keskeytystä eikä muilla alueilla yli 36 tuntia kestävää keskeytystä. 1.9.2013 voimaan astuneessa laissa toimitusvarmuuden parantamisen aikaraamiksi on määritetty 15 vuotta. Verkkoyhtiöt voivat päättää verkon saneerausstrategiasta itsenäisesti, mutta toimitusvarmuusvaatimuksiin vastaaminen vaatii monelta yhtiöltä laajamittaista verkon kaapelointia ja investointivolyymien kasvattamista. Verkon investoinneilla on vaikutuksensa verkkoyhtiöiden taloudellisessa valvonnassa, joka puolestaan on Energiaviraston vastuulla. Valvonnan kohteina ovat siirtohinnoittelun kohtuullisuus, toiminnan tehokkuus ja sähkön laatu. ElMil Oy:lle kehitetyn palvelumallin tarkoituksena on siten mallintaa investointien vaikutusta sähköverkkoliiketoiminnan valvontamallin näkökulmasta. Palvelumallissa laaditaan ennalta määritettyjen investointikohteiden ympärille optimaalinen investointiohjelma kohteiden kannattavuuden perusteella. Ohjelman perusteella voidaan puolestaan estimoida investointien vaikutusta verkosta saatavaan kohtuulliseen tuottoon ja mallintaa tämän pohjalta siirtohinnan korotuspotentiaalia. Muodostettaessa optimaalista investointiohjelmaa voidaan työssä kehitetyn laskentatyökalun avulla varioida erilaisia skenaarioita ja tehdä vaihtelevia painotuksia investointivolyymeissa vuositasolla. Laskenta seuraa myös tulorahoituksen riittävyyttä, joten investointiohjelman optimoinnilla voidaan hakea vähäisintä lisärahoitusta vaativa ratkaisu, jolloin voidaan minimoida toimitusvarmuusinvestointien aiheuttamaa vieraan pääoman kasvattamista. Osana palvelumallia päivitetään viranomaisraportointiin liittyvä toimitusvarmuuden kehittämissuunnitelma.

Suurten paikkatietoaineistojen käsittely

Maapallosta, sen ihmisistä, muista eliölajeista ja elottomasta luonnosta kerätään joka päivä valtavasti erilaista tilastotietoa. Usein tämä tieto on sidottu paikkaan. Tietoa, johon liittyy paikka, sanotaan paikkatiedoksi. Paikkatietoaineistoa voidaan tarkastella tasoittain. Paikkatieto-ohjelmistolla näitä tasoja pystytään hallitsemaan: poistamaan, lisäämään tai muuttamaan niiden keskinäistä järjestystä. Yhdessä tai erikseen. Paikkatieto-ohjelmistot tarjoavat monipuoliset työkalut paikkatiedon analysoimiseen sekä helppokäyttöisen graafisen käyttöliittymän. Paikkatieto voidaan kuvata joka rasteri- tai vektorimuodossa. Menetelmät eivät kilpaile keskenään, vaan sopivat lähinnä erilaisen tiedon kuvaamiseen. Rasterimuotoisen paikkatiedon sijainti perustuu rasteriruutuihin, rivien ja sarakkeiden sijaintiin ruudukossa. Vektorimuotoinen paikkatieto esitetään yleensä karttakoordinaatteina. Tutkimukseni tavoitteena oli selvittää, miten paikkatietoaineistoja pystyy pilkkomaan pienemmiksi, laskentaa nopeuttavimmiksi paloiksi sekä miten eri muotoa olevien paikkatietoaineistojen välisten ominaisuuksien laskenta onnistuu ilman paikkatieto-ohjelmistoja. Lisäksi pohdin, miten tällainen laskenta olisi mahdollista ulottaa ohjelmointitaitoja osaamattomille ihmisille. Tein tutkielman ohessa ohjelmakoodin, joka luki, pilkkoi ja käsitteli rasterimuotoisia paikkatietoaineistoja. Tutkimus osoitti, että suurilla rasteriaineistoilla paikkatieto-ohjelmistojen ulkopuolella tehty laskenta voi tuottaa merkittävää hyötyä paikkatiedon käyttäjälle laskennan nopeutumisen ja monipuolistamisen kautta. Vaikka useissa ammattikäytöön suunnitelluissa paikkatieto-ohjelmistoissa pystyy käyttöä monipuolistamaan itse tekemien skriptien ja osamoduulien avulla, ei tämä anna samaa vapautta, mitä suoraan interaktiivinen pythonin käyttö voi antaa. Toisaalta skriptit ja osamoduulit vaativat saman ohjelmointiosaamisen. Jo pienehkö osaohjelmien paketti voi auttaa merkittävästi paikkatietoaineiston käytössä paikkatieto-ohjelmistoista riippumattomasti. Tutkimuksessani havaitsin paikkatiedon käyttäjien vahvan kahtiajakautuneisuuden. Toisena ryhmänä ovat GIS-ammattilaiset, jotka ymmärtävät paikkatiedon luonteen ja osaavat käyttää paikkatieto-ohjelmistoja. Toisen ryhmän muodostavat ohjelmoinnin ammattilaiset. Näiden kahden ryhmän yhteistyötä täytyisi lisätä.

Raskaan liikenteen taukopaikat Uudenmaan ELY-keskuksen alueella : Kysynnän ja tarjonnan analyysi sekä mahdollisia yhteistoimintamalleja

Selvityksen tavoitteena oli tuottaa kokonaiskuva raskaan liikenteen taukopaikkojen nykytilanteesta, kehittämistarpeista, kysynnästä ja tarjonnasta Uudenmaan ELY-keskuksen alueella sekä kartoittaa esimerkkejä tauko- ja levähdysalueiden toimintamalleista Suomessa ja muualla. Tavoitteena oli tuottaa tietoa kehittämistoimenpiteiden suuntaamiselle ja eri sidosryhmien välisen yhteistoiminnan kehittämiselle. Selvitys toteutettiin kesäkuun ja joulukuun 2015 välisenä aikana. Hankkeessa toteutettiin taukopaikkojen raskaan liikenteen käyttäjälaskenta ja kapasiteetin inventointi elokuussa 2015. Laskenta suoritettiin sekä päivällä että yöllä. Inventoiduista valtion taukopaikoista on tehty myös levähdysaluekortit, joissa on esitetty taukopaikkojen ominaisuustietoja. Taukopaikkojen kysyntää arvioitiin lisäksi selvittämällä suurimmista kaupungeista etelän suuntaan lähtevien kuljetusten ajo- ja lepoaikojen perusteella määritellyt (4½ h ja 9 h) taukovyöhykkeet Uudenmaan ELY-keskuksen alueella. Taukopaikkojen kysynnän kehittymistä arvioitiin vertailemalla käyttäjälaskennan tuloksia aiemmin tehdyn käyttäjälaskennan tuloksiin. Kysynnän kehittymistä tulevaisuudessa arvioitiin Uudenmaan 4. vaihemaakuntakaavan kehityskuvavaihtoehtoa varten tehdyn liikenne-ennusteen perusteella. Kysynnän ja kehittämismahdollisuuksien (tauko- ja levähdysalueiden ominaisuudet) perusteella valittiin ne taukopaikat, joilla on eniten kehittämistarvetta ja -mahdollisuuksia. Nämä kehittämiskohteet priorisoitiin hankkeessa kehitetyllä priorisointimenetelmällä. Uusien taukopaikkojen likimääräinen tarve laskettiin taukopaikkojen kapasiteetin ja yön keskimääräisen käyttöasteen perusteella. Uusien alueiden tarvetta ja toteuttamismahdollisuuksia arvioitiin olemassa olevien suunnitelmien ja kysynnän perusteella. Raportin viimeisessä luvussa esitetään tutkimustuloksista pääteltyjä jatkotoimenpidetarpeita.

Wood species identification by visual characterization of fibers

Kandidaatintyö tehtiin osana PulpVision-tutkimusprojektia, jonka tarkoituksena on kehittää kuvapohjaisia laskenta- ja luokittelumetodeja sellun laaduntarkkailuun paperin valmistuksessa. Tämän tutkimusprojektin osana on aiemmin kehitetty metodi, jolla etsittiin kaarevia rakenteita kuvista, ja tätä metodia hyödynnettiin kuitujen etsintään kuvista. Tätä metodia käytettiin lähtökohtana kandidaatintyölle. Työn tarkoituksena oli tutkia, voidaanko erilaisista kuitukuvista laskettujen piirteiden avulla tunnistaa kuvassa olevien kuitujen laji. Näissä kuitukuvissa oli kuituja neljästä eri puulajista ja yhdestä kasvista. Nämä lajit olivat akasia, koivu, mänty, eukalyptus ja vehnä. Jokaisesta lajista valittiin 100 kuitukuvaa ja nämä kuvat jaettiin kahteen ryhmään, joista ensimmäistä käytettiin opetusryhmänä ja toista testausryhmänä. Opetusryhmän avulla jokaiselle kuitulajille laskettiin näitä kuvaavia piirteitä, joiden avulla pyrittiin tunnistamaan testausryhmän kuvissa olevat kuitulajit. Nämä kuvat oli tuottanut CEMIS-Oulu (Center for Measurement and Information Systems), joka on mittaustekniikkaan keskittynyt yksikkö Oulun yliopistossa. Yksittäiselle opetusryhmän kuitukuvalle laskettiin keskiarvot ja keskihajonnat kolmesta eri piirteestä, jotka olivat pituus, leveys ja kaarevuus. Lisäksi laskettiin, kuinka monta kuitua kuvasta löydettiin. Näiden piirteiden eri yhdistelmien avulla testattiin tunnistamisen tarkkuutta käyttämällä k:n lähimmän naapurin menetelmää ja Naiivi Bayes -luokitinta testausryhmän kuville. Testeistä saatiin lupaavia tuloksia muun muassa pituuden ja leveyden keskiarvoja käytettäessä saavutettiin jopa noin 98 %:n tarkkuus molemmilla algoritmeilla. Tunnistuksessa kuitujen keskimäärinen pituus vaikutti olevan kuitukuvia parhaiten kuvaava piirre. Käytettyjen algoritmien välillä ei ollut suurta vaihtelua tarkkuudessa. Testeissä saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että kuitukuvien tunnistaminen on mahdollista. Testien perusteella kuitukuvista tarvitsee laskea vain kaksi piirrettä, joilla kuidut voidaan tunnistaa tarkasti. Käytetyt lajittelualgoritmit olivat hyvin yksinkertaisia, mutta ne toimivat testeissä hyvin.

Virtaavan veden hyödyntäminen keskitetyssä lämmöntuotannossa

Tässä työssä tutkittiin uudenlaista kaukolämmön tuotantotapaa, joka perustuu lämmöntal-teenottoon jokivedestä lämpöpumpuilla. Tutkimuksessa luotiin kokonaiskuva uudenlaisen lämmöntuotannon toiminnasta, sekä selvitettiin tuotannon soveltumista Suomeen. Tuotan-non kattavuus selvitettiin laskennan avulla käymällä läpi kaikki kaukolämpöä myyvien yri-tysten kaukolämpöverkot. Verkoston kulutustietoihin yhdisteltiin jokien virtaamatietoja. Laskenta tehtiin taulukkolaskentaohjelmalla ja kohteita oli yhteensä 184. Työssä tutkittiin myös laitoksen ympäristövaikutuksia lämpövaraston, jokiekosysteemin ja hiilidioksidipäästöjen osalta. Merkittävimmät vaikutukset tulisivat Suomen ilmastossa suu-riksi muodostuvien lämpövarastojen rakentamisesta. Jokiekosysteemin kannalta laitoksen toiminnan vaikutukset osoittautuivat pääasiassa positiivisiksi. Hiilidioksidipäästöjen lasken-nassa laitos oletettiin täysin päästöttömäksi, koska sähköverkkoa tarkasteltiin vuoden 2050 näkökulmasta, jolloin sähköntuotannon oletettiin olevan päästötöntä. Laskennasta selvisi, että laitoksilla pystyttäisiin kattamaan 22,7 % kaukolämmityksen tar-peesta. Tämä tarkoittaisi noin 1,6 milj. tonnin hiilidioksidipäästöjen välttämistä vuositasolla. Laitostyypin todettiin soveltuvan paremmin vain kesänaikaisen lämmöntarpeen kattami-seen. Talviaikainen lämmöntarve olisi parempi kattaa jollakin muulla ratkaisulla.

Elliptisten käyrien kryptosysteemit: Weierstrassin, Hessen ja Edwardsin käyrien vertailua

Elliptisten käyrien salakirjoitusjärjestelmät (ECC) ovat julkisen avaimen salakirjoitusjärjestelmiä, jotka perustuvat elliptisen käyrän pisteiden muodostamaan ryhmään. Ne ovat tällä hetkellä suuren mielenkiinnon kohteina, sillä perinteisesti käytössä olevan RSA-salausalgoritmin avainten pituudet ovat alkaneet kasvaa epäkäytännöllisen pitkiksi. Elliptisten käyrien järjestelmillä on mahdollista päästä 160 bitin avaimenpituudella vastaavan tasoiseen turvallisuuteen kuin 1024-bittisellä RSA-salausavaimella. Elliptisiin käyriin perustuvilla järjestelmillä on kuitenkin ollut omat ongelmansa yhtenäisyyden kanssa. Tämä on aiheuttanut haasteita salausjärjestelmän rakentamisessa ja saattanut vuotaa sivukanavatietoa. Määrittelemällä käytettävä elliptinen käyrä sopivasti näitä ongelmia on kuitenkin mahdollista välttää. Lisähyötynä voidaan saavuttaa nopeampi laskenta tinkimättä turvallisuudesta. Tässä työssä esitellään elliptisistä käyristä Weierstrassin normaalimuoto, Hessen käyrä, Edwardsin käyrä sekä binääriset Weierstrassin ja Edwardsin käyrät. Kaikille käyrille määritellään pisteiden yhteenlasku sekä esitetään käyräkohtaista tietoa niiden tehokkuudesta laskennassa.

Keskipakoispuhaltimen siipipyörän lujuusteknisen mitoituksen kehittäminen

Tässä työssä on tutkittu prosessipuhaltimena käytettävän keskipakoispuhaltimen lujuusteknistä mitoitusta. Työn tavoitteena on ollut luoda analyyttisiä laskentakaavoja Koja Oy:n käyttöön tulevaisuuden tuotekehityksen tueksi. Tavoitteena on ollut tutkia myös siipien ja etu- ja takalevyn kiinnityshitsejä ja antaa työkaluja siipipyörän väsymismitoitukseen. Kirjallisuuskatkauksessa löytyi muutamia raportoituja tapauksia, jossa keskipakoispuhallin on vaurioitunut käytön aikana. Yhtenäisenä tekijänä kaikille tapauksille on ollut hitsausliitoksen väsyminen. Väsyttävän kuormituksen raportoiduissa tapauksissa on aiheuttanut siipipyörän värähtely. Väsyminen on alkanut siiven kiinnitysliitoksista hitsin rajaviivalta, siipipyörän ulkokehältä. Siipipyörän analysointiin on käytetty analyyttisiä laskentakaavoja ja elementtimenetelmää. Analyyttisten laskentakaavojen tuottaminen on muuten monimutkaiselle rakenteelle hyvin työlästä ja aikaa vievää. Staattisessa tarkastelussa elementtimenetelmällä siipipyörän mallintamiseen on käytetty keskipintamallia. Lisäksi laskentatiedostojen kokoa on pystytty rajaamaan syklisesti symmetrisen rakenteen ansiosta. Siipipyörän väsymistarkastelu on suoritettu tehollisen lovijännityksen menetelmällä, jossa tarkasteltavan hitsin rajaviivoille ja juureen on elementtimenetelmässä mallinnettu r=1 mm suuruinen lovi, josta jännityksen on luettu. Elementtimenetelmässä laskentaohjelmistona on käytetty Abaqus 6.14.1 -laskentaohjelmistoa. Analyyttisten laskentakaavojen kehityksessä on päästy hyvin lähelle elementtimenetelmästä saatuja vastaavia tuloksia. Analyyttisten kaavojen antamat tulokset eroavat kuitenkin sen verran virhettä, että varsinainen tarkka laskenta on syytä suorittaa ennen lopullisen konstruktion määrittämistä. Tehollisella lovijännitysmenetelmällä on saatu määritettyä rakenteen kriittisin kohta, jonka kestoikä on 36 400 sykliä. Tutkimuksen pohjalta Koja Oy on saanut hyvät edellytykset jatkaa tutkimusta lopun tuoteperheen parantamiseen.

Höyrytasetarkastelu kemianteollisuuden tehdasalueella

Tässä kandidaatintyössä perehdyttiin Kemira Chemicals Oy:n Sastamalan Äetsässä sijaitsevan tehdasalueen höyryverkkoon. Työn tavoitteena oli luoda selkeä kokonaiskuva höyryn tuotannosta ja kulutuksesta tehdasalueella. Työssä tutkittiin höyryverkon nykyisten mittauspisteiden kattavuutta ja suoritettiin höyrytasetarkastelu höyryverkostolle. Höyrytaseen tarkemmalla ymmärtämisellä helpotetaan mahdollisten energiatehokkuushankkeiden kohdentamista järkevästi. Työssä tarkasteltiin tehdasalueen höyryjärjestelmää siinä tarkkuudessa kuin se nykyisten mittausten dataa hyödyntäen on mahdollista. Laskennassa keskityttiin tarkastelemaan kokonaisuutta, ja erityisesti tuomaan esille merkittävimpiä höyrynkuluttajia. Päähöyrykattilan omakäyttöteho on huomattavan suuri syöttöveden merkittävän lämmitystarpeen johdosta. Tehtaista merkittävimmät höyryn kuluttajat ovat natriumkloraattitehdas (T III) ja hienokemikaalitehdas (T IV). Höyryverkkoa tarkasteltaessa luotiin myös uusi raportointipohja höyryn tuotannon ja kulutuksen tunnuslukujen seurantaan. Luotu raporttipohja hyödyntää saatavissa olevaa mittausdataa aiempaa tarkemmin ja laskenta on toteutettu mahdollisimman läpinäkyvästi. Mahdolliset höyrynkäytön tarkemmat selvitykset ja investoinnit esimerkiksi höyrymittauksiin kannattaa kohdentaa tehtaisiin T III ja T IV. Mikäli tulevaisuudessa halutaan muodostaa vetytase, helpottaa poltetun vedyn määrän seuranta luodussa raportointipohjassa taseen muodostamista.