Markkinamekanismit sähkön tukkumarkkinoilla

Diplomityön tavoitteena on tehdä katsaus sähkömarkkinoiden integroitumiseen Euroopassa. Lisäksi keskeinen tavoite on löytää integraatiokehitystä ohjaavia tekijöitä, ja vertailla eri alueiden yhdistymiskehitystä. Markkinaintegraation taustalla on Euroopan Unionin tavoitteet luoda yhtenäiset sähkön sisämarkkinat. Aluksi kuitenkin luodaan alueelliset sähkömarkkinat, jotka yhdistetään yhteen myöhemmin. Työssä tarkastellaan Pohjoismaiden sähkömarkkinoita ja pörssitoimintaa. Tämän lisäksi paneudutaan Saksan, Ranskan, Hollannin ja Belgian sähkömarkkinoihin, sähköpörsseihin ja markkinaintegraatioprosesseihin. Näillä alueilla yhdistymisprosessit ovat edenneet kaikkein pisimmälle, joten ne ovat mielenkiintoisia tarkastelukohteita. Kutakin aluetta käsitellään sen omista lähtökohdista käsin ja lisäksi tehdään vertailu eri markkina-alueiden kehityksestä. Toinen näkökulma on tarkastella EU:n muiden alueiden (Iso-Britannia, Iberia, Italia ja Kreikka) sähkömarkkinoita ja integraatioprosesseja. Osassa näitä alueita on ollut ongelmia markkinoiden avaamisessa ja yhdistymiskehityksessä, joten näistä saadaan hyviä vertailukohtia. Merkittävä osa työtä on myös perehtyä erilaisiin hinnoittelumekanismeihin pörsseissä, ja siirtoverkon ruuhkaisuuden käsittelyyn liittyviin malleihin. Tässä yhteydessä esitellään myös yhdysvaltalaisia sähkömarkkinoita, ja siirtoverkon kapasiteetinjakomenetelmiä Euroopassa.

Imatran Seudun Sähkö Oy:n sähkön siirto- ja myyntituotteiden kehittämissuunnitelma

Diplomityössä selvitetään Imatran Seudun Sähkö Oy:n myynti- ja siirtotuotteiden kehitystarpeita. Työssä tarkastellaan käytössä olevien siirtotuotteiden kustannusvastaavuutta, lakkautustuotteiden tulevaisuutta ja tarvetta uusille tuotteille. Lopuksi lasketaan uusi siirtohinnoittelumalli ja sitä tukevat myyntituotteet. Työn alussa perehdytään tariffisuunnittelun periaatteisiinja tehdään kulutusanalyysi Imatran Seudun Sähkö Oy:ssä 1999 tehdyn tehoennusteen ja edellisten vuosien kulutustietojen pohjalta. Seuraavaksi selvitetään sähkönsiirrosta aiheutuvat kustannukset kustannusanalyysissä rajakustannus- ja keskikustannuslaskentaa soveltaen ja kohdistetaan kustannukset käyttäjille. Kun sähkönsiirron aiheuttamat kustannukset on selvitetty, voidaan käytössä olevien ja kehitettävien siirtotuotteiden kustannusvastaavuus ja sopivuus käyttäjille määrittää. Lopuksi tuotteet muotoillaan järkeväksi kokonaisuudeksi muuttamalla energiamaksun ja perus- tai tehomaksun painoja. Tariffien suunnittelussa mitoitetaan tulot niin, että ne kattavat kaikki kulut ja tuottovaatimuksen.

Sähkön omatuotannon kannattavuustarkastelu

Tässä diplomityössä tutkitaan sähkön omatuotannon kannattavuutta M-realin Simpeleen tehtaiden voimalaitoksella. Erityisesti työssä arvioidaan lauhdesähköntuotannon kannattavuutta polttoaine- ja päästökustannuksista muodostuvien marginaalikustannusten osalta. Koska voimalaitoksen rakennusaste on varsin alhainen,sähköntuotannon kannattavuutta on tarkasteltu arvioimalla sähkön ja lämmön yhteistuotannon kustannuksia ja jakamalla syntyneet kustannukset suhdemenetelmän avulla eri tuotteille. Diplomityössä etsitään kustannustehokkain seospolttosuhde annettujen reunaehtojen puitteissa muodostamalla polttoaineista aiheutuvista kustannuksista laskentamalli, jota optimoidaan Microsoft Excelin Solver-toiminnolla. Lauhdesähköntuotannon marginaalikustannuksia verrataan Nord Poolin SPOT-tuntihintaan. Lauhdesähköntuotanto voimalaitoksella on kannattavaa, mikäli SPOT-tuntihinnan vuorokautinen keskiarvo ylittää lauhdesähköntuotannon marginaalikustannukset.

Hybridilämmityksen vaikutus sähkön- ja lämmöntuotantoon

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää kaukolämmityksen rinnalla käytettävän toisen lämmitysmuodon, tässä tapauksessa sähkölämmityksen, vaikutusta sähkön- ja lämmöntuotantoon. Tämä tutkimus liittyy ¿Kehittyvä kaukolämpö -hankkeen pilottiosaan. Hankkeen pilottiosassa tutkitaan hybridilämmityksen kannattavuutta ja vaikutuksia sekä kuluttajan että yhdyskunnan kannalta. Tämätutkimus jatkaa jo aikaisemmin tehtyä tutkimusta 'Hybridilämmityksen kustannusvaikutukset', jossa tutkittiin kaukolämmityksen taloudellisuutta kuluttajan kannalta elinkaarianalyysin avulla. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on määrittää hybridilämmityksen niin taloudelliset kuin ympäristölliset vaikutukset yhdyskunnan kannalta. Yhdyskunnan osalta vaikutuksia tarkasteltiin referenssikaupungin avulla. Referenssikaupungin alkuarvot perustuvat jo aiemmin tähän pilottiosaan tehtyyn tutkimukseen 'Hybridilämmityksen kustannusvaikutukset'. Näitä arvoja hyväksi käyttäen referenssikaupungille perustettiin kaksi energian tuotantorakennemallia ja molemmille malleille kaksi eri skenaariota hybridilämmityksen kasvamisesta. Skenaarioissa otettiin huomioon myös päästökaupan vaikutukset. Molemmat skenaariot osoittivat päästökaupan vaikutukset mukaan luettuna, ettei sähkölämmityksen käyttäminen kaukolämmityksen ohella tuo ainoastaan yhdyskunnalle lisää tuotantokustannuksia, vaan se lisää myös päästöjä. Tulevaisuuden epävarmuutta analysoitiin herkkyysanalyysin avulla. Tutkimusta varten laadittiin tuontienergian ja kotimaisten polttoaineiden hinnoille kaksi skenaariota, joilla laskettiin vuositason tuotantokustannukset. Jokainen skenaario toi huomattavan lisän niin tuotantokustannuksiin kuin päästöihin. Eri skenaarioilla oli vaikutus kaukolämmön pysyvyyskäyrän muotoon ja näin myös voimalaitoksien käyttötunteihin. Laitoksien huipun käyttötunnit pienenevät ja tuotantokustannukset tuotettua energiayksikköä kohden kasvavat. Tapauksessa, jossa on edullista käyttää peruskuormalaitoksia mahdollisimman paljonvuoden aikana, hybridilämmityksen käyttäminen siirsi tilannetta päinvastaiseen suuntaan. Tämä suunta tarkoittaa sitä, että halpaa peruskuormatuotantoapitää korvata kalliimmalla ja enemmän päästöjä aiheuttavalla erillistuotannolla. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että mikäli sähkölämmityksen yleistyminen kaukolämmityksen rinnalla lisääntyy, aiheuttaa se yhdyskunnalle huomattavia lisäkustannuksia ja päästöjä. Yksi sähkölämmityksen käyttöä lisäävä tekijä on kuluttajien mielikuva. Kuluttajien mielikuva sähkölämmityksestä on, että se on asennuskustannuksiltaan edullinen ja helppo asentaa. Todellisuudessa sähkölämmityksen käyttäminen tuo odottamattomia lisäkustannuksia kuluttajille energiantuotantolaitoksien omien lisääntyvien tuotantokustannusten kautta. Nämä kustannukset voivat realisoitua esimerkiksi kohonneiden sähkön ja kaukolämmön energiamaksujen tai sähkön siirtomaksujen muodossa. Ainoastaan kuluttajien mielikuvien muuttamisella voidaan päästä yhdyskunnan kannalta taloudellisempaan ja ympäristöystävällisempään energiantuotantomalliin.

Sähkön laadun jaympäristöasioiden huomioiminen keskijänniteverkon kehittämisessä

Tässä diplomityössä tutkittiin sähkön laatua Suur-Savon Sähkön verkossa. Samalla perehdyttiin sähkönjakeluverkkojen aiheuttamiin ympäristövaikutuksiin ja näiden vähentämiseen. Työn aihealue on aika laaja kokonaisuus, eikä mihinkään perehdytä kovin yksityiskohtaisella tasolla, vaan käsitellään asiaa mahdollisimman laajasti monelta eri näkökantilta käytännönläheisesti. Mietittäessä keinoja parantaa sähkönlaatua alettiin yhtiössä pohtimaan keinoja vähentää 20 kV avojohtoverkon määrääja osana tätä keskustelua kehitettiin 1000 voltin jakelu-järjestelmä, jonka ensimmäiset koekohteet otettiin käyttöön vuonna 2001. Järjestelmä on osoittautunut käyttökelpoiseksi ja toimivaksi varsinkin vapaa-ajan asuntojen sähköistämisessä. Osana tulevaisuuden verkostostrategiaa joudutaan Suur-Savon Sähkössäkin pohtimaan maasulkuvirtojen kompensointia ja myös tätä aihealuetta onkäsitelty työn yhteydessä. Sähkön laatu on erittäin riippuvainen luonnon aiheuttamista vioista ja näiltä suojautuminen vaatii nykyisen avojohtoverkon korvaamista jollain muulla johtoratkaisulla, joka nostaa maasulkuvirran arvoa ja johtaa jossain vaiheessa kompensoinnin käyttöön.

Sähkön markkinahintaa selittävät tekijät. Case: Nord Pool 2000-2005

Sähkön markkinahinta on saanut osakseen suurta huomiota viimeaikoina. Sähkömarkkinoiden vapautuminen ja päästökaupan avaaminen Euroopassa onentisestään nostanut sähkömarkkinoita näkyville lehdissä. Tämä tutkielma tutkii erilaisten tekijöiden vaikutusta sähkön markkinahintaan regressioanalyysin avulla. Edellä mainitun päästösopimusten markkinahinnan lisäksi tutkittiin kivihiilen sekä maakaasun markkinahintojen, lämpötilojen, jokien virtaamien, vesivarantojen täyttöasteiden sekä Saksan sähkömarkkinoiden hinnan vaikutusta sähkön markkinahintaan Nord Pool -sähköpörssissä. Työssä luotiin myös sähkön markkinahintaa ennustava malli. Kaikkien selittävien tekijöiden korrelaatiot olivat oletusten mukaiset ja regressioanalyysi onnistui selittämään yli 80 % sähkön markkinahinnan vaih-teluista. Merkittävimpiä selittäviä tekijöitä olivat vesivarannot sekä jokien virtaamat. Ennustavan mallin keskimääräinen suhteellinen virhe oli noin 10 %, joten ennustetarkkuus oli melko hyvä.

Päästökaupan ja vihreiden sertifikaattien vaikutus sähkön ja kaukolämmön toimittajaan

Kasvihuonekaasujen päästökauppa ja vihreät sertifikaatit liittyvät kehitysvaiheessa olevaan ilmastopoliittiseen kokonaisuuteen, jonka tarkoitus on rajoittaa ihmisen toiminnasta aiheutuvaa kasvihuoneilmiön voimistumista. Työssä tutkittiin Euroopan Unionin sisäisen päästökaupan ja vihreiden sertifikaattien vaikutusta energian toimittajaan. Tarkastelu tehtiin kohdeyrityksinä toimineiden yritysten näkökulmasta keskittyen energianhankintatapojen kilpailukykyyn ja kustannusmuutoksiin sekä niiden vaikutusten selvittämiseen. Päästökauppa tulee toteutuessaan heikentämään energiantuotannossa käytettyjen fossiilisten polttoaineiden ja turpeen kilpailukykyä hiilidioksidipäästöttömiin tuotantomuotoihin nähden ja aiheuttamaan lisäkustannuksia hiilidioksidia aiheuttavien tuotantomuotojen käytölle. Vihreät sertifikaatit ovat tapa tukea uusiutuvista energianlähteistä tuotettua sähköä. Niistä on kehittymässä Euroopassa erilaisia järjestelmiä eikä yhtenäisten eurooppalaisten markkinoiden toteutumisesta ole varmuutta. Suomalaisiin sähköntoimittajiin vihreät sertifikaatit voivat vaikuttaa myös, mikäli Suomeen perustetaan kansallinen sertifikaattijärjestelmä tai sähköntuottajat pystyvät hyödyntämään muiden maiden järjestelmiä.

Sähkön ja lämmön yhteistuotannon optimointi

Työn tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksen tuotannon optimointi. Optimoinnin kriteerinä on tuotannon kannattavuus. Pyrittiin luomaan optimointimalli, joka ottaa optimoinnissa huomioon erityisesti kaukolämmön kulutusennusteen muutokset sekä sähkön pörssihinnan vaihtelut. Tuotannon kannalta olennaisin kriteeri on kaukolämmön kulutusennusteen pohjalta arvioidun kaukolämpökuorman tyydyttäminen mahdollisimman tehokkaasti ja taloudellisesti. Sähkön tuotannon merkittävimmiksi kriteereiksi muodostuivat sähkön tuotannon ennustettavuus ja tuotannon maksimointi sähkön pörssihinnan asettamissa puitteissa. Optimointiohjelmaa ei ole tarkoitus kytkeä suoraan voimalaitoksen ajojärjestelmään, vaan siitä on tarkoitus tulla erillinen ajosuunnittelijan työkalu. Itse ajosuunnitteluun vaikuttaa usein monipuolisemmat suunnittelukriteerit kuin pelkästään tuotannon tuottavuus. Näiden eri kriteerien painotuksia ei ohjelmassa huomioida, vaan ne päättää ajosuunnittelija. Tuloksena saatiin aikaan optimointiohjelma, joka laskee valittujen tuotantovaihtoehtojen kokonaistuotot eri kaukolämmön kulutusennusteiden ja sähkön pörssihintaennusteiden pohjalta.

Lietettä polttoaineenaan käyttävän pienen kokoluokan lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitoksen investointikustannus

Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa on käynnissä hanke, jossa kehitetään lietettä polttoaineenaan käyttävä höyryvoimalaitosprosessiin perustuva pienen kokoluokan lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitos. Kehitteillä olevan pienen kokoluokan lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitoksen erikoisuutena on laitoksen polttoaineeksi valittu yhdyskuntaliete. Valitussa ratkaisussa jätevedenpuhdistamolla esikäsitelty liete tuodaan voimalaitokselle, jossa liete kuivataan epäsuorassa kiertomassakuivurissa ja kuivauksen jälkeen poltetaan kiertoleijutekniikkaan perustuvassa reaktorissa. Palamistuotteena syntyvän tuhkan määrä on vain murto-osa laitoksella käsitellystä lietemäärästä. Laitoksessa on mahdollista käyttää lietteen lisäksi biopolttoaineita sekä kierrätyspolttoaineita. Tämän työn tavoitteena on määrittää laitoksen investointikustannus. Määritys perustuu koneiden ja laitteiden osalta yrityksiltä saatuihin tarjouksiin ja muilta osin kirjallisuustietoihin sekä toteutettuihin vastaavan kaltaisiin hankkeisiin. Tässä työssä määritetyn investointikustannuksen perusteella voidaan tehdä jatkotarkasteluja laitoksen toteutettavuudesta valitussa liiketoimintaympäristössä.

Sähkön tuotantokustannusvertailu

Työssä vertaillaan eri sähköntuotantovaihtoehtojen taloudellista kannattavuutta. Kannattavuusvertailu suoritetaan pelkkää sähköä tuottaville voimalaitoksille. Sähkön ja lämmön yhteistuotannon lisärakentaminen tulee kattamaan tietyn osuuden lähitulevaisuuden sähkön hankinnan vajeesta, mutta sen lisäksi tarvitaan myös uutta lauhdetuotantokapasiteettia. Tutkittavat voimalaitostyypit ovat: ydinvoimalaitos, maakaasukombilauhdevoimalaitos, kivihiililauhdevoimalaitos, turvelauhdevoimalaitos, puulauhdevoimalaitos ja tuulivoimala. Kannattavuustarkastelu suoritetaan annuiteettimenetelmällä käyttäen 5 % reaalikorkoa ja tammikuun 2008 hintatasoa. Laskelmien perusteella 8000 tunnin huipunkäyttöajalla ydinsähkön tuotantokustannus olisi 35,0 € /MWh, kaasusähkön 59,2 €/MWh ja hiilisähkön 64,4 €/MWh, kun hiilidioksidipäästöoikeuden hintana käytetään 23 €/t. Ilman päästökauppaa kaasusähkön hinta on 51,2 €/MWh ja hiilisähkön 45,7 €/MWh ydinsähkön hinnan pysyessä ennallaan. Herkkyystarkastelun tulosten perusteella ydinvoiman kilpailukyky korostuu muihin tarkasteltuihin tuotantomuotoihin verrattuna. Ydinpolttoaineen suurellakaan hinnan muutoksella ei ole merkittävää vaikutusta ydinsähkön tuotantokustannukseen, kun taas maakaasusähkö on erittäin riippuvainen polttoaineen hinnasta. Myös päästöoikeuden hinnan kasvu lisää merkittävästi ydinvoiman kilpailukykyä kaasu- ja hiilisähköön verrattuna. Ydinvoimainvestoinnin kannattavuutta ja takaisinmaksua tarkastellaan myös yksinään siten, että investoinnilla saavutettavien tuottojen laskennassa käytetään useita eri sähkön markkinahintoja. Investoinnin kannattavuus on erittäin hyvä, kun sähkön markkinahinta on 50 €/MWh tai suurempi.

Pienet alle 4MW yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto mahdollisuudet

Tässä energiatekniikan kandidaatintyössä tarkastellaan pieniä yhdistetyn sähkön- ja lämmön tuotantotekniikoita ja niiden mahdollisuuksia nykypäivänä. Työssä selvitetään millaisia laitosratkaisuja eri valmistajilla on tällä hetkellä. Lisäksi työssä tarkastellaan voimalaitoksen rakennus- ja käyttökustannuksia, kannattavuutta, sekä verkkoon liitäntä mahdollisuuksia, kun polttoaineena käytetään biopolttoainetta.

Biokaasu pienen kokoluokan sähkön ja lämmön yhteistuotannossa

Tässä työssä tarkastellaan mädättämällä saadun biokaasun käyttöä pienen kokoluokan alle 100 kWe sähkön ja lämmön yhteistuotannossa. Työssä esitellään biokaasun tuotanto biokaasureaktorissa anaerobisella käsittelyllä eli mädättämällä sekä nykypäivänä käytössä olevat biokaasua käyttävät pienen kokoluokan energiantuotantotekniikat alle 100 kWe kokoluokassa. Lisäksi tutkitaan maatilakokoluokan biokaasulaitoksen kannattavuutta, sekä esitellään eri toimittajia biokaasulaitokseen liittyen. Työn loppuosassa käsitellään myös tulevaisuudennäkymiä biokaasusektorilla. Hajautettu energiantuotanto on nouseva teknologia-alue ja monet toimenpiteet Euroopan unionin alueella kannustavat hajautettuun sekä kestävään energiantuotantoon. Suomen uusiutuvan energian velvoitepaketissa on tavoitteena lisätä biokaasulla tuotetun kokonaisenergian määrä vuodessa 1 TWh:iin vuoteen 2020 mennessä, kun se vuonna 2009 oli 0,44 TWh. Kiinnostus biokaasuteknologiaa ja biokaasua käyttävien pienen kokoluokan sähkön ja lämmön yhteistuotantoratkaisuja kohtaan onkin lisääntynyt viime vuosien aikana.