Älykkäät sähköverkot

Tässä diplomityössä esitellään älykkäiden sähköverkkojen ominaisuuksia. Tavoitteena on selvittää, millaisia hyötyjä sähköverkkojen uudistamisella voidaan saavuttaa. Lisäksi työssä selvitetään syitä, jotka ovat ajaneet sähköverkkojen uudistamiseen. Älykäs sähkönmittaus on tärkeä osa älykkäitä sähköverkkoja, ja työssä on esitelty älykkäiden sähkömittareiden tilannetta eri maissa. Diplomityö selvittää myös hajautetun pientuotannon roolia sähköntuotannossa. Työn loppupuolella on esitelty muutama smart grid -projekti Euroopasta. Projektit valittiin Euroopasta, koska smart grids on oleellinen tekijä Euroopan komission 20/20/20 -tavoitteessa. Molemmat projektit kulminoituvat täysin älykkään sähkönmittauksen liittämiseen osaksi kuluttajien sähkönmittausta. Esimerkkien avulla nähdään, millaisella aikataululla älykkäitä sähköverkkoja saadaan aikaan ja kuinka suuria verkostokokonaisuuksia tulevaisuuden sähköverkot ovat.

Integrating distributed generation and Smart Grids into single-family house

This study examines Smart Grids and distributed generation, which is connected to a single-family house. The distributed generation comprises small wind power plant and solar panels. The study is done from the consumer point of view and it is divided into two parts. The first part presents the theoretical part and the second part presents the research part. The theoretical part consists of the definition of distributed generation, wind power, solar energy and Smart Grids. The study examines what the Smart Grids will enable. New technology concerning Smart Grids is also examined. The research part introduces wind and sun conditions from two countries. The countries are Finland and Germany. According to the wind and sun conditions of these two countries, the annual electricity production from wind power plant and solar panels will be calculated. The costs of generating electricity from wind and solar energy are calculated from the results of annual electricity productions. The study will also deal with feed-in tariffs, which are supporting systems for renewable energy resources. It is examined in the study, if it is cost-effective for the consumers to use the produced electricity by themselves or sell it to the grid. Finally, figures for both countries are formed. The figures include the calculated cost of generating electricity from wind power plant and solar panels, retail and wholesale prices and feed-in tariffs. In Finland, it is not cost-effective to sell the produced electricity to the grid, before there are support systems. In Germany, it is cost-effective to sell the produced electricity from solar panels to the grid because of feed-in tariffs. On the other hand, in Germany it is cost-effective to produce electricity from wind to own use because the retail price is higher than the produced electricity from wind.

Energiatiedon hallintajärjestelmän suorituskyvyn määrittäminen ja todentaminen

Sähkömarkkinoiden vapautumisen jälkeen energia-alalle on muodostunut entistä suurempi kysyntä kehittyneille energiatiedon hallintaaan erikoistuneille tietojärjestelmille. Uudet lakisäädökset sekä tulevaisuuden kokonaisvaltaiset tiedonkeruujärjestelmät, kuten älykkäät mittarit ja älykkäät sähköverkot, tuovat mukanaan entistä suuremman prosessoitavan tietovirran. Nykyaikaisen energiatietojärjestelmän on kyettävä vastaamaan haasteeseen ja palveltava asiakkaan vaatimuksia tehokkaasti prosessien suorituskyvyn kärsimättä. Tietojärjestelmän prosessien on oltava myös skaalautuvia, jotta tulevaisuuden lisääntyneet prosessointitarpeet ovat hallittavissa. Tässä työssä kuvataan nykyaikaisen energiatietojärjestelmän keskeiset energiatiedon hallintaan ja varastointiin liittyvät komponentit. Työssä esitellään myös älykkäiden mittareiden perusperiaate ja niiden tuomat edut energia-alalla. Lisäksi työssä kuvataan visioita tulevaisuuden älykkäiden sähköverkkojen toteutusmahdollisuuksista. Diplomityössä esitellään keskeisiä suorituskykyyn liittyviä kokonaisuuksia. Lisäksi työssä kuvataan keskeiset suorituskyvyn mittarit sekä suorituskykyvaatimukset. Järjestelmän suorituskyvyn arvioinnin toteuttamiseen on erilaisia menetelmiä, joista tässä työssä kuvataan yksi sen keskeisine periaatteineen. Suorituskyvyn analysointiin käytetään erilaisia tekniikoita, joista tässä diplomityössä esitellään tarkemmin järjestelmän mittaus. Työssä toteutetaan myös case-tutkimus, jossa analysoidaan mittaustiedon sisääntuontiin käytettävän prosessin kahta eri kehitysversiota ja näiden suorituskykyominaisuuksia. Kehitysversioiden vertailussa havaitaan, että uusi versio on selkeästi edellistä versiota nopeampi. Case-tutkimuksessa määritetään myös suorituskyvyn kannalta optimaalinen rinnakkaisprosessien määrä ja tutkitaan prosessin skaalautuvuutta. Tutkimuksessa todetaan, että uusi kehitysversio skaalautuu lineaarisesti.

Tuulivoiman verkkomääräykset Euroopassa ja Yhdysvalloissa sekä niiden kehittyminen tulevaisuudessa älykkäiden sähköverkkojen kannalta

Tuulivoimatekniikan nopea kehitys on lisännyt tuulivoimakapasiteetin määrää sähköverkoissa. Eri maiden siirtoverkko-operaattorit ovatkin julkaisseet tuulivoimaloille omat verkkomääräyksensä. Työssä tutkitaan tuulivoimaloiden tekniikkaa, eri maiden verkko-operaattoreiden asettamia verkkomääräyksiä tuulivoimalle sekä arvioidaan näiden kehitystä tulevaisuudessa. Tutkittaviksi alueiksi on valittu maita, joiden siirtoverkot ovat rakenteeltaan erilaisia ja joissa tuulivoimaloille asetetut vaatimukset sekä asennetun tuulivoimakapasiteetin määrät vaihtelevat. Verkkomääräyksiä käsitellessä on keskitytty vain tärkeimpiin teknisiin vaatimuksiin. Eri verkkomääräykset eroavat toisistaan rakenteeltaan sekä vaatimuksiltaan ja ne ovat tiukentuneet tuulivoiman osuuden kasvaessa kokonaisenergiantuotannosta. Tämä on vaikeuttanut sähköverkoissa toimivien osapuolien operointia. Verkkomääräyksien harmonisoinnille ja kehittämiselle onkin tarvetta verkon kaikkien osapuolien toimintaedellytyksien parantamiseksi. Tuulivoimaloiden sisältämän tehoelektroniikan ja älykkäiden sähköverkkojen kehityksen myötä voidaan tuulivoimalla saavuttaa myös monia etuja esimerkiksi muihin tuotantotapoihin verrattuna.

Hajautetun tuotannon verkkoonliittäminen - verkkokoodit ja käytännön toimet

Euroopan unionin asettamat uusiutuvan energian lisäämistavoitteet ovat kasvattaneet hajautetun tuotannon määrää Euroopassa. Eri hajautetun tuotannon verkkokoodit asettavat tuotantolaitoksille omat vaatimuksensa, mikä vaikeuttaa eri toimijoita, joten yhtenäiselle verkkokoodille on tarvetta. ENTSO-E onkin luomassa tällä hetkellä Euroopan unionille yhtenäisiä pilottiverkkokoodeja, joiden tarkoitus on myöhemmin kattaa kaikkia tuotantolaitoksia koko Euroopassa. Tämän vuoksi ENTSO-E:n verkkokoodien vaatimuksia on syytä tutkia. Tässä diplomityössä tarkastellaan hajautetun tuotannon nykyisiä ja ENTSO-E:n kehitteillä olevia verkkokoodeja. Työssä tutkitaan myös älykkäiden verkkojen ja verkkokoodien kehitystä. Verkkokoodien vertailuja suoritetaan pohjoismaisesta näkökulmasta, mutta vertailuun on otettu myös muita Euroopan maita. Tarkastelu painottuu siirto- ja jakeluverkkokoodien osalta tuulivoimalle asetettaviin vaatimuksiin. Mikrotuotannon verkkokoodien ja käytännön toimien tarkastelu keskittyy invertterin kautta verkkoonliitettäviin tuotantolaitoksiin, joissa aurinkotuotanto on merkittävin tuotantomuoto.

Suomen energiajärjestelmä

Suomen energialähteiden käyttö on pysynyt likimain samana viime vuosikymmenen aikana. Uusiutuvien energialähteiden käyttö (tuulivoima, aurinkovoima, biopolttoaineet) on lisääntynyt ja fossiilisten energialähteiden käyttö vähentynyt. Energian kokonaiskulutus ja lämmönkulutus on vuosikymmenen aikana laskenut hieman ja sähkönkulutus on lisääntynyt lisääntyvän infrastruktuurin myötä. Suomen kantaverkko ei ole vuosikymmenen aikana kokenut suuria muutoksia. Suomi kuuluu osana pohjoismaiden yhteisiä sähkömarkkinoita, joissa vallitsee vapaa kilpailu. Suomen energiajärjestelmän sähköntuotto on tällä hetkellä varsin tuontipainotteinen ja Suomi ei ole pystynyt vuosikymmenen aikana vastaamaan sähkön kysyntään, mikä tarkoittaa sähkön tuonnin lisääntymistä. Lämmöntuotanto ja -kulutus ovat pysyneet vuosikymmenen aikana likimain ennallaan. Lähitulevaisuudessa Suomen energiaomavaraisuus nousee ja Suomi voi jopa vuonna 2050 olla jo sähkön nettoviejä ja myös energiajärjestelmän aiheuttamat kokonaispäästöjä alenevat radikaalisti. Liikenne sähköistyy ja älykkäät sähköverkot tekevät tuloaan. Tässä työssä tutustutaan Suomen nykyiseen energiajärjestelmään, tehdään katsaus tulevaisuuteen ja vertaillaan Suomen energiajärjestelmää kansainvälisesti.

Kauniit ja älykkäät eurooppalaiset? : rotu ja etnosentrismi valistusajan kauneus- ja kulttuurikäsityksissä

Eila Rantonen

Miksi älykkäät organisaatiot tekevät vain rajoittuneesti rationaalisia ratkaisuja? : monitulkintaisuuden ongelma tehokkuusoppien soveltamisessa

Abstract: On the application problem of efficiency artifacts - or why may intelligent organizations make only boundedly rational choices?

Älykkäät lääkkeenjakoratkaisut:Liiketoimintakonseptien nykytila

Älykkäille lääkkeenjakoratkaisuille tulee luultavasti olemaan tulevaisuudessa suuri kysyntä, sillä asiakasmäärät ja julkisen terveydenhuollon resurssit eivät kohtaa toisiaan. Säilyttääksemme yhteiskuntamme terveydenhuollon tason kohtuullisilla kustannuksilla on ainoana mahdollisuutena alan uudet innovaatiot. Älykkäillä lääkkeenjakoratkaisuilla tarkoitetaan älykkäitä lääkepakkauksia tai muita lääkintään liittyviä tuotteita tai palveluja, jotka mahdollistavat teknologisen edistyksellisyyden avulla ihmistyömäärän vähentämisen terveydenhuollossa. Raportti esittelee tapaustutkimuksen alustavia tuloksia, joissa on tarkoituksena tuoda esille yleiskatsaus tuotteista ja asiakaseduista. Tuotteet on kuvattu niihin liittyvien liiketoimintamallinen tarjoomien avulla. Analyysi rakentuu liiketoimintamallin neljän peruspilarin mukaisesti, Tuote, Asiakassuhde, Rakenne, ja Talous, jotka määrittävät mallin asiakasarvon. Lähtökohtana liiketoimintamallien mittaamisessa on neljä arvon päämittaria: tekniset, taloudelliset, palvelulliset, ja sosiaaliset attribuutit. Esimerkin avulla voidaan huomata, että tarjoamaa markkinoilla on vakiintumaton. Yksi malli painotti lääkkeiden annosjakelun tehokkuutta, toinen nautittujen lääkkeiden oton valvontaa ja kolmas yritti pärjätä molemmissa. Suurimmat hyödyt voidaan nähdä, jos pystytään yhdistämään koneellinen jakelu älykkäisiin jakelulaitteisiin.

Kranaatinheittimistön älykkäät ampumatarvikkeet

Kranaatinheittimen hyödyt huomattiin toisessa maailman sodassa ja siitä asti niiden kehitys on ollut jatkuvaa. Nykyään kranaatinheittimelle on olemassa myös ampumatarvikkeita, jotka ohjautuvat laukaisun jälkeen automaattisesti kohteeseen. Näiden ampumatarvikkeiden myötä panssarintorjunta on mahdollista myös epäsuoralla tulella. Tutkimus on rajattu 120 mm ampumatarvikkeisiin, koska nämä ovat tämän hetkiset älykkäät ampumatarvikkeet, joita voidaan ampua myös Suomessa palveluskäytössä olevilla asejärjestelmillä. 81 mm kranaatti on liian pieni, jotta siihen voitaisiin asentaa kalliita virtapiirejä ja sensoreita. Tutkimuksessa on esitelty kaksi käytössä olevaa älykästä ampumatarviketta. Näistä kumpikaan ei ole Suomen Puolustusvoimilla palveluskäytössä. Tämän lisäksi tutkimus selvittää myös minkä tyyppisiä kohteita älykkäillä ampumatarvikkeilla kannattaa tuhota. Ohjautuvat ampumatarvikkeet ovat erittäin kalliita verrattuna perinteisiin ampumatarvikkeisiin, joten niiden käyttö on suunniteltava siten, että viholliselta saadaan tuhottua mahdollisimman arvokkaita kohteita.

Älykkäät materiaalit mukautuvissa siipiprofiileissa

Mukautuvien siipiprofiilien avulla lentokoneiden aerodynaamisia ominaisuuksia voidaan parantaa, minkä seurauksena suoritusarvot paranevat ja polttoaineen kulutus vähenee. Hyödyt on tunnettu vuosikymmenten ajan, mutta sopivien rakenteiden ja materiaalien puute on rajoittanut kehitystä: perinteisillä menetelmillä mukautuvista siivistä tulee liian painavia, kalliita ja monimutkaisia. Älykkäät materiaalit ovat materiaaleja, jotka voivat muuttaa muotoaan tai muuta ominaisuuttaan ennalta määritellyllä tavalla ulkoisen ärsykkeen seurauksena, ja niiden avulla mukautuvuus voidaan toteuttaa yksinkertaisemmin, edullisemmin ja kevyemmin. Tässä tutkimuksessa selvitettiin kirjallisuuskatsauksen keinoin, minkälaisia hyötyjä mukautuvuudesta on lentokoneiden suoritusarvoille, sekä minkälaisilla älykkäillä materiaaleilla mukautuvuus voidaan toteuttaa. Todettiin, että mukautuvilla siipiprofiileilla voidaan parantaa nostovoima-vastussuhdetta eri lentonopeuksilla ja näin säästää polttoainetta, parantaa muun muassa kaartokykyä ja nousukykyä, viivyttää sakkauksen alkamista pienellä ja suurella nopeudella ja estää aeroelastisen värähtelyn syntymistä. Älykkäistä materiaaleista tutkittiin muistimetalleja ja erilaisia pietsosähköisiä aktuaattoreita. Molemmilla materiaaleilla todettiin tehdyissä tutkimuksissa riittävä voimantuotto ja poikkeutus sekä todennettiin soveltuvuus lentokonekäyttöön. Tutkimuksista voidaan todeta, että älykkäiden materiaalien hyödyt tulevat selvimmin esiin kevyiden ja verrattain hitaiden lentokoneiden, kuten lennokkien ja miehittämättömien ilma-alusten siivissä – suurissa koneissa ilmavirran dynaamiset voimat ovat liian suuret halutun mukautuksen saavuttamiseksi. Nykyinen suuntaus tukeekin miehittämättömien ilma-alusten teknologista kehitystä ja luo mahdollisuuksia parempaan suorituskykyyn edullisempaan hintaan.

Datahubin merkitys jakeluverkonhaltijalle case: Vantaan Energia Sähköverkot Oy

Tavoitteena oleva hiilineutraali energiantuotanto muokkaa sähköntuotannosta sykkivämpää ja vaatii kulutuksen sopeutumista siihen. Tämä synnyttää tarpeen kansallisia markkinoita laajemmille sähkön vähittäismarkkinoille ja vaatii kuluttajilta aktiivisempaa roolia markkinoilla. Pohjoismaiset kantaverkkoyhtiöt ovat alkaneet valmistella pohjoismaisia sähkömarkkinoita sähkön vähittäiskaupan avaamiselle. Sähkön vähittäiskaupan avautuminen eri maiden välillä vaatii kansallisten markkinamenetelmien yhtenäistämistä varsinkin taseselvityksen ja tiedonvaihdon osalta. Tässä työssä tutkitaan Suomessa vuonna 2019 käyttöönotettavan keskitetyn tiedonvaihtojärjestelmän, Datahubin, vaikutuksia jakeluverkonhaltijalle. Vaikutuksia tarkastellaan Vantaan Energia Sähköverkot Oy:n näkökulmasta. Työssä kartoitetaan jakeluverkonhaltijan nykyisiä liiketoiminnan pääprosesseja ja niihin liittyvää tiedonvaihtoa eri markkinaosapuolten kanssa prosessien toteutuksessa. Lisäksi työssä esitellään jakeluverkonhaltijan nykyisten liiketoiminnan pääprosessien toteuttaminen Datahubissa. Jakeluverkonhaltijan liiketoiminnan nykyisiä pääprosesseja ja tiedonvaihtoa verrataan Datahubin kautta suoritettaviin prosesseihin. Työssä todettiin Datahubin korjaavan jakeluverkonhaltijan liiketoiminannan nykyisissä pääprosesseissa havaittuja ongelmia ja mahdollistavan prosessien tehostamisen. Datahub ei sinällään muuta nykyisiä jakeluverkonhaltijan liiketoimintaprosesseja merkittävästi, mutta mahdollistaa prosessien kehittämisen markkinoiden muutoksen mukana. Datahubin kokonaisvaltainen hyödyntäminen on toimijoiden itsensä käsissä, niiltä osin, kun sähkömarkkinalaki ei velvoita tiettyyn toimintamalliin. Jakeluverkonhaltijan liiketoimintaprosessien osalta suurin muutos kohdistuu jakeluverkonhaltijan taseselvitykseen, joka siirtyy kokonaisuudessaan Datahubin tehtäväksi. Datahub tulee kaventamaan jakeluverkonhaltijan roolia markkinapaikalla ja siksi jakeluverkonhaltijoiden tulisi kartoittaa liiketoiminnan laajentamisen tarvetta ja mahdollisuuksia tulevaisuudessa.