• Energy Research
• 13. Climate action close
• 15. Life on land close
• 2. Zero hunger close
• FI close
• Finnish close

Tämän työn tarkoituksena on tarkastella tulevaisuuden kehitysnäkymien vaikutusta Vaasan kaukolämpötoimintaan. Komartekin Flowra 32 verkostolaskentaohjelman avulla tutkitaan kaukolämpöverkon siirtokykyä nykyisissä ja tulevaisuuden kuormitustilanteissa. Työn yhteydessä laaditaan kaukolämmityksen kasvuennuste seuraavalle kymmenelle vuodelle ja selvitetään mitoituslämpötilaa -29°C vastaava teho tilastollisen analyysin avulla. Lisäksi tutkitaan mahdollisia ratkaisuja huippu- ja varatehon tuottamiseksi. Tarkastelun kohteena on myös lämmön lyhytaikaisvarastoinnin kannattavuus energianhankintajärjestelmässä. Kaukolämpöverkon siirtokyky on tarkastelun perusteella kohtalaisen hyvä, mutta liittymistehojen kasvaessa paine-erot verkon häntäpäässä jäävät liian alhaisiksi. Paras ratkaisu paine-ero ongelmaan on rakentaa välipumppaamo Hovioikeudenpuistoon. Tarkastelun perusteella kaukolämmön varatehon lisätarve on kymmenen vuoden kuluttua noin 40 MW ja varatehoksi on kannattavinta rakentaa raskasta polttoöljyä käyttävä lämpökeskus. Lämmön lyhytaikaisvarastointi on nykyisillä energianhinnoilla kohtalaisen kannattavaa varsinkin, jos Kauppa- ja teollisuusministeriö myöntää hankkeelle täyden 30%:n investointiavustuksen. The purpose of this thesis is to examine the effects of future prospects on district heating in the town of Vaasa. Using Komartek`s Flowra 32 network computation software application, the transfer capacity of the district heating network is studied in current and future load situations. A growth forecast for the next ten years is prepared in connection with this thesis and the power that corresponds to a dimensioning temperature of -29°C obtained using statistical analysis. In addition, possible solutions for generating peak and back-up power are examined. The economic viability of the short-term heat storage in the energy purchasing system is also focus of the study. On the basis of the analysis, the transfer capacity of the district heat network is rather good, although as the connection power increases, pressure differences at the end of the network remain too low. The best solution for the pressure difference problem is to construct a booster pumping station in Hovioikeudenpuisto. The analysis showed that after ten years, the need for back-up district heating energy will be 40 MW and the most economically viable way of providing back-up energy will be to build a heating centre that runs on heavy fuel oil. At current energy prices, the short-term heat storage is economically viable, especially if the Ministry of Trade and Industry grants the project 30% of its value in the form of investment support.

Tässä diplomityössä tutkittiin ilmastonmuutoksen vaikutusta sähköverkkoliiketoimintaan. Ilmastonmuutosennusteet laadittiin RCAOilmastomallin antamien laskelmien perusteella. Ilmastomuuttujien ennusteet tehtiin ajanjaksolle 2016 - 2045 ja ennusteiden vertailujaksona käytettiin ajanjaksoa 1960 - 1990. Ennusteet laadittiin sadannalle, lämpötilalle, kuuraantumiselle, huurteelle, ukkoselle, routaantumiselle ja tuulisuudelle. Ilmastomuuttujien vaikutukset arvioitiin sekä tekniseltä että taloudelliselta kannalta. Ilmastonmuutoksen myötä on odotettavissa, että ilmastomuuttujien aiheuttamat rasitukset verkkoliiketoimintaa kohtaan tulevat olemaan niistä saatuja hyötyjä suuremmat. Vikamäärien kasvu on merkittävin ja haastavin ilmastonmuutoksen aiheuttama haitta. Ukkonen, lumikuormat ja tuuli tulevat aiheuttamaan nykyistä enemmän vikoja erityisesti keskijänniteverkoissa avojohdoille ellei verkkoja kehitetä vikavarmemmiksi. Lämpötilan nousun seurauksena lämmitystarve laskee ja jäähdytystarve nousee. Tämä näkyy merkittävimmin voimakkaasti lämpötilariippuvaisten käyttäjäryhmien sähkönkulutuksessa ja huippukuormissa. In this paper the effect of climate change on electricity network business is presented. The results are based on RCAO climate model scenarios. The climate predictions were composed to the period 2016 - 2045. The period 1960 - 1990 was used as a control period. The climate predictions were composed for precipitation, temperature, hoarfrost, thunder, ground frost and wind. The effects of the change of the climate variables on electricity network business were estimated from technical and economical points of view. The estimationwas based on the change predictions of the climate variables. It is expected that the climate change will cause more damages than benefits on electrical network business. The increase of the number of network fault will be the most important and demanding disadvantage caused by the climate change. If networks are not developed more resistant for faults, thunder, heavy snow and wind will cause more damages especially to overhead lines in medium voltage network. As a consequence of increasing temperature the demand of heating energy will decrease and the demand of cooling energy will increase. This is significant for the electricity consumption and the peak load of temperaturedependent electricity users.

Diplomityö on tehty UPM-Kymmene Oyj, Kaukaan tehtailla Lappeenrannassa. Integroidussa metsäteollisuudessa energiantuotanto koostuu yleensä sähkön- ja lämmöntuotannosta. Kaukaan tehtailla prosessien lämmöntarve saadaan katettua kokonaisuudessaan omalla tuotannolla, kun taas kulutetusta sähköstä ainoastaan puolet on tuotettu itse. Loput sähköntarpeesta joudutaan ostamaan ulkopuolelta. Tutkimuksen pääpaino on ollut selvittää, miten kustannukset ovat riippuvaisia energiantuotannosta erilaisissa käyttöolosuhteissa. Työn tuloksena on luotu tietokonepohjainen laskentamalli, jonka avulla Kaukaan tehtaiden energiantuotantoa voidaan ohjata taloudellisesti optimaalisimmalla tavalla kulloinkin vallitsevassa käyttötilanteessa. Lisäksi tutkimuksessa on analysoitu tehdasintegraatin lämmönkulutuksen seurannan mahdollisuuksia lämmönsiirtoverkon nykyisten mittausten perusteella. Työssä on kerrottu yleisesti metsäteollisuuden energiankulutuksesta Suomessa. Lisäksi on esitetty arvioita energiankulutuksen kehityksestä tulevaisuudessa sekä keinoja energiatehokkuuden parantamiseksi. Kaukaan tehtailla lämmönkulutuksen seurantaan käytettävät mittausmenetelmät ja -laitteet on esitelty virtausmittausten osalta sekä arvioitu nykyisten mittausten luotettavuutta ja riittävyyttä kokonaisvaltaisen lämpötaseen hallintaan. Kaukaan tehtaiden energiantuotantojärjestelmästä on luotu termodynaaminen malli, johon energiantuotannosta aiheutuneiden kustannusten laskenta perustuu. Energiantuotannon optimoinnilla pyritään määrittelemään tietyn tarkasteluhetken käyttötilanteessa taloudellisesti optimaalisin kattiloiden ajojärjestys. Tarkastelu on rajattu lämmöntuotannon lisäämisen osalta maakaasun käytön lisäämiseen ja höyryturbiinien ohitukseen. Sähkön ja maakaasun hinnan sekä ympäristön lämpötilan vaihtelujen vaikutusta optimaaliseen ajojärjestykseen on havainnollistettu esimerkkien avulla. This thesis has been made for UPM-Kymmene Plc, Kaukas in Lappeenranta. Energy production in integrated forest industry usually consists of heat and power. In Kaukas, the demand for heat is fully covered by their own production, whereas only half of the power consumed is self-generated. The other half is purchased from outside. The emphasis in the study has been on establishing the dependency between the energy production and costs in different operating conditions. As a result, a computer-based calculation model has been developed. The calculation model guides the planning of the energy production in Kaukas in the most cost-effective way. Also the possibility of monitoring the total heat consumption by using the existing instrumentation has been evaluated in the study. In the thesis, the present energy consumption of the Finnish forest industry has been intro-duced. Estimations for the future of the energy consumption and some possibilities of energy conservation have been presented as well. The methods and equipment of flow meas-urements, which are used for measuring the heat consumption in Kaukas, have been introduced. The reliability and adequacy of the existing instrumentation for indicating and controlling the total heat balance have been analyzed. A thermodynamic model of the Kaukas energy production system has been created. The cost calculations and optimization of the energy production are based on the thermodynamic model of the system. The objective of optimization is to determine the most cost-effective way of running the boilers in the operating conditions of a given moment. In optimization, increasing the use of natural gas and reducing the power generation have been outlined as the methods for increasing the heat production. At the end, the effects of varying the price of natural gas and electric power as well as the ambient temperature have been demonstrated.

Työn tavoitteena oli luoda menetelmä leijukerroskattilan petin lämpötilojen ja toiminta-alueen arvioimiseksi annetuilla lähtötiedoilla. Toimintatapana oli tutkia polttoaineen ominaisuuksien ja kattilan geometrian vaikutuksia petin energiataseeseen ja tätä kautta petin lämpötilaan kattilan ajotapa huomioiden. Työn teoriaosassa esitellään aluksi biopolttoaineiden ominaisuuksia ja leijukerroskattilan toimintaa petin toimintaympäristön selvittämiseksi. Teoriaosan lopussa käsitellään perusteellisesti petin hydrodynamiikkaa ja reaktiokinettikkaa sekä petin alueen mekaanista mitoitusta. Lisäksi polttoaineen syöttötapa ja palaminen petissä tuodaan esille. Tutkimusosassa selvitetään petin energiatasemallin määrittämistä teoriaan ja diplomityön aikana eri kattiloilla suoritettuihin mittauksiin perustuen. Mittauksista on erillinen selvitys seitsemännessä kappaleessa. Lopuksi kuvaillaan petin energiatasetta mallintavan menetelmän toimintaa sekä siihen syötettäviä lähtötietoja. Tuloksena on saatu suppealla alueella toimiva laajennettavissa oleva petin energiataseen malli. Menetelmän testaamiseen käytetään mittaustietoa kahdelta kattilalta, joita ei olla käytetty petin energiatasemallin virityksessä. The purpose of this study was to create a method to estimate bed temperatures and thereby the range of action of the bubbling fluidized bed. The development is based on the effects of the fuel properties and boiler's geometry to bed's energy balance and and thus bed temperature. Also, boiler's operational conditions were involved with the development of the method. Biofuel's properties and the combustion conditions in the BFB boiler are de-scribed at the beginning of the theory part. This has to be done in order to figure out the operational conditions of the bubbling fluidized bed. In the latter part reaction kinetics and hydrodynamics of the bed and also the mechanical dimensioning of bed area are described. In addition, fuel feeding procedure and the combustion of fuel in the bubbling fluidized bed are introduced. In the research part the energy balance of bed on the basis of theory and measurements is defined. There is account of the measurements in the seventh part of the study. Finally, procedure of the model is presented with the input data, which is needed for proper function of the model. As a result, a model of the energy balance of the bubbling fluidized bed has been created. The area of operation of the model is not wide, but it can be expanded in the further development. Process data from two different boilers is used for testing the model. The process data from these boilers were not used when the model was created.

Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää Suomen poliittisten päättäjien sekä heidän sidosryhmien mielipiteitä energiatehokkuuden lisäämisestä erityisesti yritysten näkökulmasta. Tämän lisäksi työssä selvitetään poliittisten päättäjien tärkeimpiä sidosryhmiä energiapoliittisia asioita käsiteltäessä. Tutkimuksen teoriaosassa keskitytään energiatehokkuuden kehittymiseen, energiatehokkuuden hyötyihin, keinoihin energiatehokkuuden edistämiseksi sekä uusimpiin energiatehokkuutta koskeviin strategioihin, lainsäädäntöihin ja sopimuksiin. Tutkimusaineisto kerätään laadullisella ja määrällisellä tutkimusmenetelmällä. Tarvittavan informaation saamiseksi suoritetaan eduskunnan talous-, tulevaisuus- ja ympäristövaliokunnalle kysely, joka toteutetaan Internetin välityksellä. Sidosryhmiltä tieto kerätään haastatteluilla. Tutkimustuloksien mukaan energiatehokkuuteen ei ole panostettu tarpeeksi Suomessa ja se on yksi keskeisimmistä keinoista torjua ilmastonmuutos. Yleisesti ottaen asenteet energiatehokkuuden lisäämiseksi ovat selvästi parantuneet viimevuosien aikana. Tärkeimmäksi sidosryhmäksi nousi selkeästi Työ- ja elinkeinoministeriö, mutta myös Energiateollisuus ry sekä kansalais- ja ympäristöjärjestöt koettiin tärkeiksi. The purpose of this Master’s thesis is to find out Finnish political decision-makers and their interest groups opinions of energy efficiency especially from companies’ point of view. This work also determines political decision-makers most importants interest groups when discussing about energy politics. The theory part in this thesis focus on improving energy efficiency, benefits of energy efficiency, resorts to improve energy efficiency and the newest strategies, laws and contracts that aim to improve energy efficiency. Research data is gathered with qualitative and quantitative research methods. This thesis performs a questioning to parliaments economy-, future- and environment committee to gather the information. The questioning is conducted through Internet. Interest groups opinions are collected with an interview. Research result reveals that in Finland hasn’t been invested enough for energy efficiency and that energy efficiency is an important way to reject climate change. Political decision-makers attitudes for improving energy efficiency have gotten better during last years. The most important political decision-makers are Ministry of Employment and the Economy, but also Finnish Energy Industries and civil and environmental organizations.

Diplomityössä tarkasteltiin lentoaseman terminaalirakennuksen energia- ja ainevirtoja sekä sisäilman ominaisuuksia. Esimerkkikohteena oli Helsinki-Vantaan lentoaseman keskiterminaalirakennus, jonka 1. ja 2. rakennusvaiheen ulkovaippa muodosti taserajan. Taseen ulkopuolisista tekijöistä tarkasteltiin jäähdytysenergian tuotantoa ja ulkoilman laatua. Työn yhtenä tavoitteena oli muodostaa rakennukselle energiatase. Taseen avulla saatiin tietoa energian jakautumisesta eri toimintoihin ja löydettiin tekijät, joita suunnittelussa tulee painottaa. Terminaalin lähiympäristössä tutkittiin ulkoilman laatua mittausten avulla. Mittaustietoja käytetään apuna tulevaisuuden ilmanottosuunnittelussa. Työssä tarkasteltiin energia- ja ainevirtoina lämpö-, jäähdytys- ja sähköenergian sekä veden ostoa, tuotantoa ja kulutusta sekä prosessointia. Terminaalin lämpötarpeesta hieman yli puolet katettiin kaukolämmöllä. Loput noin 45 % lämpöenergiasta saatiin ns. ilmaisenergioista. Näistä merkittävimmäksi havaittiin sähkölaitteiden luovuttama lämpömäärä. Lämpöhäviöiden kannalta merkittäviä energiavirtoja olivat ilmanvaihdon ja vuotoilmojen kautta siirtyvät energiavirrat, joiden osuuden todettiin olevan noin 80 % terminaalin kokonaislämpöhäviöistä. Vaipan lämmöneristyskyky ja kyky absorboida auringon säteilyä todettiin hyviksi. Tulevaisuudessa tärkeitä suunnittelunäkökohtia tulevat olemaan ilmanvaihdon ja vuotoilman kautta siirtyvien energiavirtojen hallinta sekä sähköenergian ominaiskulutuksen pienentäminen. Ulkoilma todettiin mittauksin hyvätasoiseksi. Lento- ja maaliikenteen päästöarvot olivat lähellä toisiaan ja selvästi ohjearvoja alemmalla tasolla. Päästöjen sijaintiin vaikuttivat liikennemääriä enemmän tuuliolosuhteet. Tulevaisuudessa tuloilma voidaan johtaa terminaaliin yhtä hyvin joko lento- tai maaliikenteen puolelta. The aim of this study was to examine energy flows, material flows and indoor climate in an airport terminal building. The middle terminal building at Helsinki-Vantaa airport was used as an example object in the study. The exterior surface of the first and the second phases in the terminal building formed an energy balance border of the study. Cooling system and quality of open air were examined as exterior factors of the balance border. The object of this study was to create an energy balance for the terminal building. With the help of the formed energy balance has gotten information about distribution of energy flows into different functions and about factors which should be emphasized in planning. The quality of open air was measured in the surroundings of the terminal building. The results of the measurements will be used in ventilation planning. In this study heating, cooling, electric energy and water flows were examined from the perspectives of buying, producing, distributing and consuming these energy and material flows. Over 50 % of the heating needed in the terminal building was supplied by district heating. The rest of the heating need was covered by so called free energy. The most noticeable of these free energy forms was the heating energy submitted by electrical devices. From the aspect of thermal losses, ventilation and leak air were the most notable energy flows. Their amount of the total thermal losses in the terminal building was found to be about 80 %. Facade’s heat insulation and ability to absorb radiation from the sun were found to be good. In the future, control of energy flows in ventilation and leak air will be important designing aspects. Reduction of the specific consumption in electric energy is also worthy of consideration. The quality of open air was measured to be good. The quantities of emissions both in air traffic and land traffic sides were found to be close to each other and clearly below the guide lines. Wind conditions were observed to affect more to the location of emissions than the amount or quality of traffic in the airport area. In the future incoming air can be taken as well either from the air traffic side or from the land traffic side of the terminal building.

EU:n päästökaupan ensimmäinen jakso alkoi 1.1.2005. Päästökauppa on aiheuttanut sen piiriin kuuluvalle teollisuudelle monia haasteita ja riskejä kasvavien kustannusten muodossa. Massa- ja paperiteollisuus on päästökaupanpiiriin kuuluva teollisuudenala, johon päästökaupan kustannukset vaikuttavat haitallisesti globaalin hinnoittelun vuoksi. Massa- ja paperiteollisuudelle päästökaupasta voi koitua kustannuksia päästöoikeuksien ostamisesta, sähkön, polttoaineiden ja kemikaalien hinnan noususta sekä raaka-ainehuollon vaikeutumisesta. Toisaalta tehtaat voivat hyötyä päästökaupasta alittaessaan päästöoikeutensa tai myydessään sähköä ulkopuoliseen verkkoon. Massa- ja paperiteollisuudessa sähköä kuluu enimmäkseen pumppauksiin eli massan siirtoon ja mekaanisen massan valmistukseen. Suurimpia sähköenergian kuluttajia sellun valmistuksessa ovat soodakattila, puunkäsittely, valkaisu ja lajittelu. Lämpöä tarvitaan haihdutus-, kuivaus- ja keittoprosesseissa. Kemikaaleista klooridioksidin valmistuksessa käytettävä natriumkloraatti on kustannusten kannalta merkittävin kemikaali. Tässä työssä tutkittiin päästökaupan aiheuttamien kustannusten vähentämismahdollisuuksia kohdetehtaalla. Suurin potentiaali liittyy meesauunissa poltettavan maakaasun korvaamiseen mäntyöljyllä tai biomassan kaasutuskaasulla. Kemikaalikulutuksen osalta happidelignifiointi on merkittävin mahdollisuuskustannusten alentamiseksi. Lisäksi päästökaupan kustannuksia voidaan alentaa muun muassa oikealla mitoituksella ja sekundäärilämpöjen optimaalisella käytöllä. The first period of EU's emission trading scheme started 1.1.2005. Since then industries subjected to emission trading have faced many challenges and risks in the form of increasing costs. The pulp and paper industry is a part of emission trading scheme to which the costs associated with emission trading could have a negative effect due to global pricing ofit's products. The pulp and paper industry may face the costs of purchasing emission allowances, the increase in the prices of electricity, fuels and chemicalsand the negative effects on raw material deliveries. On the other hand mills may benefit from emission trading if they can go under their allowances or sell electricity outside the mill. In the pulp and paper industry electricity is consumed mostly by pumping and thus conveying materials and for the manufacture of mechanical pulp. The major electricity consumers in pulp mills are recovery boilers, wood handling, bleaching and screening operations. Heat isconsumed in evaporation, drying and cooking processes. Sodium chlorate used in the manufacture of chlorine dioxide is the most significant chemical when considering the costs of emission trading. In this thesis the possibilities to reduce the costs of emission trading were examined. The greatest potential to reduce these costs is to replace the natural gas burned in lime kilns for tall oil or biomass gasification gas. Chemical consumption can be significantly reduced with oxygen delignification. In addition the costs can be reduced byproper sizing of equipment and optimal utilization of secondary heat sources.

Uusiutuvan energian osuutta maailman energiantuotannossa halutaan kasvattaa, ja yksi sopiva energialähde on tuulienergia. Tuuliturbiinien rakentaminen on Suomessa ollut kasvussa, mikä tarkoittaa, että turbiineja rakennetaan entistä enemmän sisämaahan metsäiseen maastoon. Tämä tuo haasteita turbiinien rakentamiselle ja valinnalle sekä tuotannon optimoinnille. Metsäinen maasto, tai mikä tahansa virtauksien tielle osuva este, hidastaa tuulen nopeutta ja aiheuttaa tuuleen turbulenssia. Tässä työssä analysoidaan metsäisessä maastossa mitatusta tuulidatasta tuuligradientin ja tuulen turbulenssin jaksottaisuutta ja tilastollisuutta. Turbulenssin osalta käytetään turbulenssin intensiteettiä. Jaksottaisuutta tarkastellaan vuorokauden ja vuodenajan mukaan. Tutkimusaineistona toimii Lappeenrannassa TuuliMuukon tuulipuistossa LiDAR-tutkalla (Light Detection And Ranging) mitattu tuulidata. Datan analysointiin käytetään Matlab-ohjelmaa. Analysoinnissa havaittiin tuuligradientilla ja turbulenssin intensiteetillä olevan vuorokausijaksottaisuutta. Tuuligradientti vaihtelee vuorokauden aikana siten, että se on pienempää päivän aikana ja suurempaa yön aikana. Turbulenssin intensiteetti vaihtelee päinvastaisesti. Tilastollisesti suurin osa tuuligradientin eksponenttiarvon arvoista on välillä 0,2-0,6. Tuuligradientin potenssiarvo vaihtelee vuodenajan mukaan hieman, ja pienimpänä potenssiarvo on lämpiminä kuukausina kuten toukokuussa. Graafisen tarkastelun perusteella tuuligradientti poikkeaa selvästi standardin mukaisesta arvosta ainakin maaliskuussa. Turbulenssin intensiteetin arvot jakautuvat välille 0,02-0,2, joista suurin osa on välillä 0,10-0,16. Turbulenssin intensiteetin jakaumien perusteella tuuliolosuhteet näyttävät olevan standardien mukaisia, pois lukien tarkastelluista kuukausista syyskuun jakauman, joka poikkesi standardin mukaisesta. There is a need to increase the share of renewable energy in the world’s energy production and one suitable energy source is wind energy. The construction of wind turbines in Finland has been growing, which means that the turbines are built more and more inland where the terrain is forested. This brings challenges for the construction, selection and optimization of production of the wind turbines. Forested terrain, or any other obstacle, slows down the wind and causes turbulence to the wind. This bachelor’s thesis analyzes the wind conditions’, wind shear and turbulence, periodicity and statisticality from wind data that has been measured in forested area. Turbulence intensity is chosen to represent turbulence. Periodicity is viewed from the point of diurnal and seasonal variation. The research material used is wind data measured in Lappeenranta in TuuliMuukko wind farm with a LiDAR-radar (Light Detection and Ranging). Matlab-software is used to analyze the data. The wind shear and turbulence intensity were observed to have periodicity in diurnal time interval. The wind shear varies such as it is smaller during day and bigger during night. The turbulence intensity varies the other way around. Statistically the biggest share of the wind shear exponent’s values are between 0.2 and 0.6. The wind shear exponent varies a little by the season and the smallest it is during the warmest months like in May. Based on graphical review, the wind shear diverges clearly from the standard value at least during March. The values of turbulence intensity divide between 0.02 and 0.2, and the greater part are between 0.10 and 0.16. Based on the distribution of the turbulence intensity, the wind conditions look to be in accordance with standards, excluding September’s distribution which diverged from the standard values.

Maailmanlaajuinen ilmastopolitiikka asettaa vaativia tavoitteita hiilidioksidipäästöjen vähentämiselle. Suurin haaste on tuottaa energiaa mahdollisimman alhaisin kustannuksin käyttäen uusiutuvia ja ympäristöä säästäviä energiamuotoja. Tuulivoimasta on tullut nopeimmin kehittyvä sähköntuotantotapa, ja tuuliturbiinien koon kasvun myötä on myös generaattorien koko kasvanut merkittävästi 1990-luvulta lähtien. Generaattorin massiivisuus suoravetoisessa tuuliturbiinin voimansiirrossa vaatii tarkkoja kuormitustarkasteluja, jotta rakenne kestäisi tuuliturbiinin eliniän. Tuuliturbiinin kuormitukset ovat stokastisia ja toisinaan erittäin suuria, mikä vaikeuttaa kuormitusten määrittämistä. Tuulen kuormitusten lisäksi generaattori altistuu eri toimintojen kautta muillekin kuormituksille, ja tästä syystä on otettava huomioon jarrutuksen, dynaamisen tasapainon ja ohjauksen sekä verkkovikojen aiheuttamat rasitukset tuuliturbiinin voimansiirrolle. Edellisten lisäksi työssä on tarkasteltu erilaisia rakenneratkaisuja sekä pyritty kiinnittämään huomio niiden kuormankantokykyyn ja jäykkyyteen sekä generaattorin keventämismahdollisuuksiin verrattuna perinteisiin radiaalivuogeneraattoreihin. Työssä on pyritty selvittämään rakenteen kuormitukset siten, että pystyttäisiin optimoimaan mahdollisimman kevyt rakenne. Optimoinnin kohteena on pinnarakenteisen generaattorin rakenteen massa puolien, puolan kulmien sekä tukirenkaan ja niistä aiheutuvien erilaisten rakenneyhdistelmien suhteen tarkasteltuna. Worldwide climate policy and the global climate agreement strongly demand to reduce carbon dioxide emissions. The greatest challenge is to produce low cost energy with renewable methods. Wind power is one of the fastest developing methods to produce electricity and with the growth of the wind turbine size the wind turbine generators have become heavier and the size of the generators has grown since the beginning of 1990's. The massive generators in wind turbine drivetrain require many kinds of structural analysis to enable the structure to last the lifetime of the wind turbine. Wind turbine loads are stochastic and sometimes very big due to wind, which makes the load determination very demanding. In addition to wind loads, additional loads due to various functions affect the generator as well. For this reason, it is advisable to take into account braking, dynamic balance, dynamic control and electrical network failure impact to the drivetrain loads of the generator. In this study different structural solutions have been examined and a great effort has been made to find out what is the feature of the structure that carries the load and also, the potential of the existing lightweight wind turbine generators compared to the structure of the conventional radial flux generator has been taken into consideration. Furthermore, the goal of this study has been to find out a way to determine wind turbine generator loads in a way that makes it possible to optimize the lightweight structure. The target of the optimization in the structure is the number of the spokes, the spoke angle and the support ring in a generator and the weight gain on the structure of different combinations caused by them.

Diplomityön tavoitteena on tuottaa informaatiota kunnalliseen päätöksentekoon, jonka avulla kestävän kehityksen näkökulmia voidaan huomioida kunnan energiaratkaisusta päätettäessä. Yhtenä työn lähtökohtana on ollut myös uusi EU-direktiivi, jonka mukaan ympäristönäkökohtia voidaan huomioida julkisten hankintojen tarjouspyyntömenettelyssä valintaperusteena. Tarkastelun kohteena oli kokoluokaltaan 0,5–3 MW:n aluelämpölaitokset sekä polttoaineiden tuotantoketjut. Työssä vertailtavat polttoaineet olivat metsähake, raskas polttoöljy, kevyt polttoöljy ja turve. Diplomityössä on perehdytty kestävän kehityksen käsitteeseen ja muodostettu sen mukaan ekologiselle, sosiaaliselle ja taloudelliselle näkökulmalle kunnallisen energiaratkaisun indikaattoreita. Empiirisessä osassa käsitellään kestävän kehityksen näkökulmien muodostumista Enon energiaosuuskunnan toimintaan perustuen. Käytettävät kestävän kehityksen näkökulmien mukaiset indikaattorit ovat polttoaineen tuotannosta ja käytöstä aiheutuvat kasvihuonekaasupäästöt, polttoaineen tuotannon työllisyysvaikutukset sekä energian hinnan muodostuminen osuuskunnan asiakkaille. Tässä diplomityössä tarkastelluilla kestävän kehityksen indikaattoreilla mitattuna, metsähakkeen käytöllä energiantuotannossa on positiivinen vaikutus niin kunnan kasvihuonekaasutaseessa, työllisyystilanteessa sekä myös enemmän kuluttajaystävällinen asema, lämmön hinnan vakauden ansiosta, kuin muilla työssä käsiteltävillä polttoaineilla. Polttoaineen tuotantoketjun osalta metsähakkeelle saatiin tuotannon ja käytön aiheuttamaksi kasvihuonekaasupäästöksi 2,9–4,2 g CO2-ekv/MJ. Tulos perustuu Enon energiaosuuskunnan polttoaineen hankinnassa käytössä oleviin keskimääräisiin etäisyyksiin metsäkuljetuksessa (250 m) ja kaukokuljetuksessa (15 km). Tuotannon ja käytön aiheuttamat kasvihuonekaasupäästöt olivat raskaalla polttoöljyllä 88,2 g CO2-ekv/MJ, kevyellä polttoöljyllä 85,0 g CO2-ekv/MJ ja turpeella 104,0–108,1 g CO2-ekv/MJ. Metsähakkeen osalta polttoaineen tuotannon osuus koko tarkastellun energiaketjun kasvihuonekaasupäästöistä oli noin 43–57 %. Enon energiaosuuskunnan tapauksessa vuoden 2005 odotetulla toiminta-asteella metsähakkeella tuotetun lämmön tuotantoketjun kasvihuonekaasupäästöt ovat noin 160 t CO2-ekv. Kevyellä polttoöljyllä tuotetun lämmön tuotantoketjun kasvihuonekaasupäästöt olisivat noin 3700 t CO2-ekv sekä turpeen (50 %) ja metsähakkeen (50 %) seoskäyttöön perustuvalla ketjulla noin 2300–2400 t CO2-ekv. Samaisella toiminta-asteella työllisyysvaikutukset ovat käytettäessä metsähaketta 2,2–8,6 htv, raakaöljyä 0,12 htv ja turvetta 1,4–1,6 htv. Metsähakkeen käyttö aluelämpölaitosten pääpolttoaineena takaa myös vakaan hintakehityksen osuuskunnan asiakkaille. The aim of this study is to produce information on possibilities to consider the sustainable development perspectives in the municipal energy decision-making. One aspect is also the new EU-directive that allows the use of environmental aspects as selection criteria in supply request procedure of public supplies. The study focuses on small-scale district heating systems (between 0.5 and 3 MW) including their fuel-supply chains. The comparable fuels of the study were forest chips, heavy fuel oil, light fuel oil and peat. The first part of the study discusses the concept of the sustainable development and establishes the indicators for ecological-, social- and economical aspects of the municipal energy production. The indicators used in empirical part of the study, which based on the Eno energy cooperative, were the equivalent CO2-emissions from the production and the combustion of the fuel, the employment impacts of the fuel production and the energy price formation for the consumers. The indicators show that using forest chips in energy production has a positive effect of reduced greenhouse gases. The use of wood in energy production also provides employment opportunities and is more favourable option to consumers, because of the steady fuel price, when compared to the other alternative fuels considered in this study. The equivalent CO2 emission from the production and use of the forest chips in Eno energy cooperative heating plants is approximately 2.9–4.2 g CO2-ekv/MJ when the average transportation distance in forest is 250 meters and on the road 15 kilometres. Equivalent CO2 emissions of the comparable fuel chains are 88.2 g CO2-ekv/MJ with heavy fuel oil, 85.0 g CO2-ekv/MJ with light fuel oil and 104.0–108.1 g CO2-ekv/MJ with peat. The share of the greenhouse gas emissions of the forest chips production is about 43–57 % of the total greenhouse gas emissions caused by the production and the combustion of the forest chips. The estimated use of the forest chips in the Eno energy cooperative heating plants for the year 2005 is about 12 000 MWh. Equivalent CO2 emissions caused by the production and the use of the forest chips with the estimated consumption rate is 160 t CO2-ekv. If the heat is produced with comparable fuels, the amount of the greenhouse gas emissions would be 3700 t CO2-ekv with the light fuel oil and 2300–2400 t CO2-ekv with the mixture of peat (50 %) and forest chips (50 %). The employment effects of using the forest chips with the estimated consumption rate are between 2.2 and 8.6 man-years. If the same amount of energy is produced with comparable fuels, the effect would be 0.12 man-years with the heavy and light fuel oil, and 1.4–1.6 man-years with the peat. The use of forest chips as a fuel in energy production offers also very steady energy price for the consumers.