• Energy Research
• 7. Clean energy close
• 11. Sustainability close
• 15. Life on land close
• FI close
• Finnish close

Tämän diplomityön tarkoituksena on esitellä energiatehokkuutta koskevien lakien ja määräysten nykytilannetta ja selvittää niiden vaikutusta esimerkkikohteena olevan Lappeenrannan teknillisen yliopiston rakennusten energiatehokkuuteen sekä esittää keinoja, kuinka energiatehokkuutta voidaan parantaa. Energiatehokkuuden parantamiskeinojen löytämiseksi on selvitetty Lappeenrannan teknillisen yliopiston energiankäytön nykytilaa. Energiatehokkuuden parantamiseksi tehtävät toimenpiteet on jaettu potentiaalisiin ja lisäselvitystä vaativiin toimenpiteisiin seuraavalle viidelle vuodelle. Työssä esitellään esimerkkitarkasteluja mahdollisista toimenpiteistä ja arvioidaan investointeja vaativien toimenpiteiden kustannuksia, saavutettavia säästöjä ja investointien takaisinmaksuaikaa. Toimenpiteet on rajattu sellaisiin, jotka voidaan toteuttaa seuraavan viiden vuoden aikana This Masters’ thesis concentrates on improving energy efficiency in Lappeenranta University of Technology. The main focus is on finding useful ways to reduce energy consumption in LUT. The theory chapter deals new energy efficiency laws, norms and settings in Finland. There’s also statistics of energy consumption in office and university buildings. How the government regulations and new building codes for energy efficiency will affect energy consumption in LUT have also been analyzed. This thesis concentrates on current state of energy consumption in Lappeenranta University of Technology. The main focus on this research is to solve how to improve energy efficiency in LUT. The research case covers heating and electricity consumption and presents many different ways to improve energy efficiency in LUT. These ways are divided into two groups: the possible ways to improve energy efficiency now and ways that look promising but need more research. There are a couple of examples how much energy it is possible to save with and without investments during the next five years. Investments and their costs are analyzed using the payback time method.

Hanke tähtää Lappeenrannan julkisen rakennuskannan energiatehokkuuden ja kokonaistaloudellisuuden parantamiseen. Energiatehokkuutta ja kokonaistaloudellisuutta kunnallisessa rakentamisessa kannustavat mm. kansainvälisten ja kansallisten sopimusten energiansäästötavoitteet, sekä kuntien tiukka budjettitilanne. Hankkeen yhteydessä on laadittu arviointikriteeristö rakennusinvestoinneista vastaavien viranomaisten käyttöön, mikä helpottaa tunnistamaan energiatehokkaita, kokonaistaloudellisia sekä laadukasta sisäilmastoa tukevia rakennusinvestointien toteutuskäytäntöjä. Kriteeristö on suunniteltu erityisesti kasvatus- ja opetustarkoituksiin suunnattuja rakennuksia varten. Jotta kokonaistaloudellisuustavoitteet täyttyisivät, työssä käytettiin hyväksi elinkaariajattelutapaa. Kriteerit laadittiin rakennuksen kolmelle tavoitteiden toteutumisen kannalta merkittävälle elinkaaren vaiheelle, eli suunnittelu-, toteutus- ja käyttövaiheelle. Kriteeristö on laadittu kirjallisuuden ja ammattilaisten haastattelujen tarjoaman tiedon pohjalta. Laadittua kriteeristöä koekäytettiin Myllymäen päiväkoti -hankkeen yhteydessä, jotta voitaisiin tunnistaa kriteeristön kehitystarpeita. Koekäytön yhteydessä toteutettiin myös mielipidekysely, jonka avulla kerättiin kriteeristön kehitysehdotuksia rakennushankkeen eri osapuolilta. Koekäytön tarjoaman tiedon nojalla kriteeristöä jatkokehitettiin vastaamaan paremmin käytännön tarpeita. Koekäyttö kohdistui kohteen suunnitteluvaiheeseen. Hankkeessa saavutettiin asetetut tavoitteet. Voidaan kuitenkin todeta, että kriteeristön jatkokehittämistä on syytä jatkaa. Koekäytön ulottaminen toteutus ja käyttövaiheeseen on tärkeää. Kriteeristön käsittelyalueen laajentamiselle korjausrakentamiseen sekä alueellisen tarkastelutavan käyttöönotolle olisi myös tarvetta. The aim of this project is the creation of a tool to improve the energy efficiency, overall economy and indoor climate quality in the public building stock of Lappeenranta. The motivation to improve the energy and cost efficiency in public buildings related to inter alia the energy saving targets set by international and national agreements and the economic challenges of municipalities. In the frames of this project, a set of evaluation criteria was created to help the officials responsible for building investments to identify methods for the implementation of new construction projects that promote energy and cost efficiency as well as indoor climate quality. The primary targets of the criteria are educational buildings. Life-cycle approach was used in this work in terms to ensure overall economy targets. The criteria were created for three phases of buildings’ life-cycle that were identified to be important from the perspective of the set targets. These phases were the design phase, construction phase and operational phase. The creation of criteria was based on the information gained from literature, interviews of professionals and the trial phase of criteria. In terms to identify the functionality of criteria, they were exposed for trial at the building project of Myllymäki kindergarten in Lappeenranta. The trial focused on the design phase of the object. In addition, the survey was conducted in terms to receive feedback and development proposals on the criteria from different parties of the building project. By using the new experience gained from the trial phase, the criteria were further developed. The targets set for this projects were met. However, it should be mentioned that there is a need to continue the further development of the criteria in the future. In addition to the design phase, it is important to extend the trial to the construction and operational phases. The extension of the scope of criteria to renovation projects and the implementation of a regional approach would also be important development steps. Loppuraportti

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.

Tämä tutkimus tehtiin osana Vapo Oy:n uuden turvetuotantotekniikan kehitystä. Kihniön Aitonevalle on rakennettu uuden turvetuotantotekniikan tutkimusalue, johon kuuluu muun muassa yksi lämmittämätön kuivatuskenttä sekä yksi aurinkolämmöllä lämmitetty kuivatuskenttä aurinkokeräimineen ja putkistoineen. Työn tavoitteena oli selvittää aurinkolämmöllä lämmitetyn kuivatuskentän tuotannon teho verrattuna lämmittämättömään kenttään. Toinen tavoite oli selvittää Aitonevan tutkimusalueella käytössä olevista aurinkokeräimistä turpeen kuivaustarkoitukseen parhaiten soveltuva keräin. Tuotantoa uudella menetelmällä tehtiin vuoden 2005 kesän ajan. Tuotantotehon ero pyrittiin selvittämään seuraamalla yksittäisten turvetuotantoerien eli satokiertojen kuivumista kosteusnäyttein ja toisaalta vertaamalla koko kesän aikana saatua tuotantoa. Aurinkokeräimien vertailu toteutettiin energiamäärä- ja hyötysuhdemittauksin. Lisäksi kuivatuskenttien lämpötiloja mitattiin kentässä tapahtuvan lämmönsiirron selvittämiseksi. Mittausten perusteella havaittiin, ettälämmitetyn ja lämmittämättömän kentän välillä on tutkimuksen aikaisella kenttärakenteella 6-8 % ero satokierron aikana haihdutetussa vesimäärässä. Tätä voidaanpitää odotuksia pienempänä. Kenttien lämpötilamittausten perusteella osoittautui, että kentän pintarakenne tulisi eristää maaperästä, koska kentän alle siirrettyä lämpöä siirtyy häviöinä kylmään pohjamaahan. Käytössä olleista aurinkokeräimistä parhaaksi osoittautui katettu kumimattokeräin niin hyötysuhteen kuin tehokkuudenkin puolesta. Työn aikana todettiin, että tutkimusta keräimien ja varsinkinkenttärakenteen suhteen tulee jatkaa tulevaisuudessa ennen aurinkokeräinkentän laajamittaisen käytön aloittamista. This thesis is a part ofthe development of a new peat production technology. In summer 2004 and spring 2005 a research site was built in Aitoneva Finland. The area includes, among others, two similar peat drying fields. One of them is solar water heated and the other is not. The main purpose of this thesis is to find out the difference between the heated and the non-heated field in peat drying. The second purpose is to caompare solar collectors which are used in Aitoneva and to find out the best solar collector for peat drying. Peat production with the new technology was practised in summer 2006. The difference between the heated and the non-heated field was established by taking humidity samples and comparing the amounts of evaporated water from peat production cycles during the summer. Another method was comparing production capacity during the summer. The best solar collector was determined by measuring the heat outputs and coefficients of the solar collectors in Aitoneva. The result of this research is that the difference between the heated and the non-heated field is approximately 6-8% in the amounts of evaporated water from the peat. The difference was smallerthan expected. Temperature measurements in the fields have proven that the heatloss to the cold subsoil is quite significant. The conclusion is that the surface structure of the drying fields should be insulated from the cold subsoil because of the heat loss. The rubber matting solar collector with a cover has provento be the best collector of those tested in Aitoneva with regards the coefficient and heat output. Based on the research it is clear that drying peat with the new technology needs more research and developing, especially regarding the field structure, before large scale use.

Suomessa on sitouduttu kansainvälisiin päästövähennystavoitteisiin ja uusiutuvan ener-gian osuuden kasvattamiseen. Biohiili on erinomainen polttoainevaihtoehto kivihiili-voimalaitoksissa, sillä sitä voidaan käyttää suurellakin seososuudella ilman merkittäviä rakenteellisia muutoksia polttoaineen syöttölaitteistoihin tai kattilaan. Biohiiltä voidaan käyttää myös metallurgiassa pelkistimenä, maanparannusaineena ja hiilinieluna. Biohiilen raaka-aineena toimii energia- ja kuitupuuhake. Parikkalan lähialueella on hyödyn-nettävissä olevaa teknis-taloudellista metsäenergiapotentiaalia keskisuuren biojalostamon perustamista varten. Biohiilen teoreettinen markkinapotentiaali on valtava, mutta sen taloudelliset kannattavuusnäkymät ovat heikot nykyhintatasolla. Biohiilen kilpailukykyä heikentävät kivihiilen ja päästöoikeuksien alhaiset hinnat ja biohiilen korkeat tuotantokustannukset. Biohiilimarkkinoiden kehittymistä jarruttaa myös olemassa olevan tuotannon puute. Biohiilen käyttöönotto edellyttäisi kansainvälisiä tukitoimia tai kivihiilen hinnan kasvua. Finland is committed to the international emission reduction targets and to increase the share of renewable energy. Biochar is an excellent alternative fuel for coal-fired power plants because it can be used even with a large share of the mixture without major struc-tural changes in the fuel supply installations or boiler. Biochar can also be used as a reducing agent in metallurgy, in a soil improvement and as a carbon sink. A raw material of the biochar is energy- and pulpwood chips. In the surrounding area of Parikkala there exists utilizable technical and economic potential of forest energy to establish a medium size biorefinery. Theoretical market potential of biochar is huge but its financial profitability prospects are weak at current prices. Low prices of coal and carbon emissions and high production costs reduce the competitiveness of biochar. The devel-opment of biochar markets are also obstructed because of the lack of existing biochar production. Biochar would require international measure of support or coal price growth.

The increase in the annual average temperature caused by climate change and the resulting extreme weather phenomena affect the design and dimensioning of buildings and their technical systems. As the average temperature rises, the energy consumption of building technical systems and the demand for peak cooling power increase. The work investigated the operation of the air conditioning process of one production area of a food production plant under different climate scenarios. In the years 2020–2022, the Finnish Meteorological Institute has published weather files in two different research projects for the current climate and the future climate, which were used in this study to model the current and the future climate. In the dynamic simulations of the study, the amounts of cooling and heating energy and the peak power demand of the cooling were obtained in different climate scenarios. The results show comparison with the original design solution and a test year describing the current climate. From the results, it can be stated that the need for cooling energy will increase considerably already in the scenarios of the near future. Ilmastonmuutoksen aiheuttama vuoden keskilämpötilan nousu ja siitä johtuvat sään ääriilmiöt vaikuttavat rakennuksien ja niiden teknisten järjestelemien suunnitteluun ja mitoitukseen. Keskilämpötilan noustessa taloteknisten järjestelmien energian kulutus sekä jäähdytyksen huipputehontarve kasvaa. Työssä tutkittiin elintarviketuotantolaitoksen yhden tuotantotilan ilmastointiprosessin toimintaa eri ilmastoskenaarioilla. Suomen Ilmatieteenlaitos on vuosina 2020–2022 julkaissut kahdessa eri tutkimushankkeessa nykyilmastolle sekä tulevaisuuden ilmastolle rakennusten energialaskennan ilmastolliset testivuodet sekä rakennusten jäähdytystehontarpeen mitoituspäivä tiedostot, joita tässä tutkimuksessa käytettiin mallintamaan nyky- ja tulevaisuuden ilmastoa. Tutkimuksen dynaamisissa simuloinneissa saatiin tuloksena jäähdytys- ja lämmitysenergian määrät sekä jäähdytystehon huipputehontarve eri ilmastoskenaarioilla. Tuloksissa esitetään vertailu alkuperäisen suunnitteluratkaisun ja nykyilmastoa kuvaavan testivuoden kanssa. Tuloksista voidaan todeta jäähdytysenergian tarpeen kasvavan huomattavasti jo lähitulevaisuuden skenaarioilla.

This research is part of a TRAKET-project which concentrates on the competitiveness of the transit routes to North-West Russia. This research report analyses the environmental and traffic safety effects of the transit traffic and the changes in their external cost effects as the traffic increases. Recommendations for the improvement of the environmental effects and the traffic accident rates are given in the report. In addition, measures to the development of new service concepts for the operators in transit traffic are presented. Tämätutkimus on osa TRAKET -hanketta, jossa keskitytään Luoteis-Venäjälle vievien transitoreittien kilpailukyvyn selvittämiseen. Tässä osatutkimuksessa tarkastellaan Suomen kautta kulkevan transitoliikenteen ympäristövaikutuksia ja turvallisuusnäkökohtia sekä niiden aiheuttamien kustannusten muuttumista liikennemäärän kasvaessa. Raportissa annetaan kehityssuosituksia ympäristö- ja onnettomuustilanteen parantamiseksi. Lisäksi tutkimuksessa esitetään uusien, transitoliikenteen osapuolille tarkoitettujen, lisäpalvelujen synnyttämiseen tarvittavia toimia.

Energy prices increased significantly in autumn 2021 in Europe and the topic came to be called the energy crisis. It affects all people because people’s lives are very dependent on energy. The purpose of this bachelor's thesis was to find out the reasons for the increase of energy prices and its effects on the energy structure of Europe. In addition, the energy crisis in Spain was examined in more detail. In the end, solutions to the energy crisis were being assessed. The thesis was done as a literature review by researching related scientific publications and articles. The topic was very topical and new publications were also published during the research of this topic. The rise in energy prices is largely the result of rising natural gas prices. In addition, the European Union’s emissions trading system has caused an increase in energy prices. The aim is to end the energy crisis as soon as possible. Decision-making must take into ac-count security of supply, price and sustainability. Energian hinnat nousivat merkittävästi syksyllä 2021 Euroopassa, jolloin aihetta alettiin kutsua energiakriisiksi. Asia koskettaa kaikkia ihmisiä, sillä ihmisten elämä on hyvin riippuvaista energiasta. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli selvittää syyt energian hintojen nousuun sekä sen vaikutukset Euroopan energiarakenteeseen. Lisäksi tarkasteltiin tarkemmin energia-kriisiä Espanjassa. Lopuksi arvioidaan ratkaisuja energiakriisiin. Työ tehdään kirjallisuustutkimuksena tutkimalla aiheeseen liittyviä tieteellisiä julkaisuja sekä artikkeleita. Aihe oli hyvin ajankohtainen ja uutta tietoa julkaistiin jatkuvasti myös työn tekemisen aikana. Energian hintojen nousu on pitkälti seurausta maakaasun hinnan noususta. Lisäksi Euroo-pan unionin päästökauppajärjestelmä on aiheuttanut energian hinnan nousua. Energiakrii-si halutaan saada päätökseen mahdollisimman nopeasti. Päätöksenteossa tulee ottaa huo-mioon toimitusvarmuus, hinta ja kestävyys.

The aim of this Bachelor’s thesis is to create a calculation tool that can be used for solving the optimal operating model of an electrically charged heat storage. Additionally, techno-economic examinations are made using the created calculation tool in this study. In the theory section of this study the background factors that should be considered are sorted out briefly with a literature research. The analysis and conclusions are based on the techno-economic examinations made with the calculation tool, the expressed theory and conversations with the Elstor Oy’s representatives. The study is carried out by the commission of Elstor Oy from Lappeenranta. Due to increasing irregular electricity production more energy storages and flexibility are needed in the future. With a heat storage, energy can be stored to be utilized for example as a heat source for industrial processes. The heat storage could potentially replace partially or entirely the heat production based on burning, which would not only help maintaining the power balance of the grid but also reducing local fine particle emissions and greenhouse gas emissions as well, if the electricity is produced renewably. As an investment, the heat storage’s competitiveness is mainly based on being able to buy electricity cheap and using it as heat when needed. It could be possible to use the heat storage also in the reserve market, but the calculation tool is created only the Elspot-market in mind. The calculation tool is created with the Python programming language and it has two main functions in short: 1. The program analyzes historical Elspot price data and draws the essential graphs based on the calculations. 2. The program simulates the heat storage’s operation in the Elspot-market according to inputs given by the user. The program prints characteristics of profitability and optimizes the parameters of the storage. In the calculations incomes are savings compared to a point of reference. When the heat storage is used only in the Elspot-market, the charging cycle should be one day during which the storage is charged with a suitable power and the number of hours depending on the situation. Technically the charging power is limited by the attributes of the power grid and economically by the grid company’s active power fee. The capacity should be such that it lasts until the next charging cycle. The cheapest charging hours are usually at nighttime especially if the grid company has a cheaper night tariff in effect. The optimal daily charging hour number is quite unlikely considerably more than eight hours if the cost of energy is a significant factor. The electrically charged heat storage used in the Elspot-market can be competitive compared to a heat production system that uses a fuel with approximately the price of natural gas. The nuclear power plant Olkiluoto 3 starting in the near future will probably reduce Finland’s Elspot area price and also the increasing irregular electricity production may cause more single cheap charging hours, so it is possible that the heat storage’s profitability improves by the time. Moreover, the usage of the regulating power market ignored in this study’s examinations could improve the profitability significantly. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on tehdä laskentatyökalu sähköenergialla ladattavan lämpövaraston optimaalisen toimintamallin selvittämiseksi. Lisäksi työssä tehdään teknistaloudellisia tarkasteluja laskentatyökalua käyttäen. Työn teoriaosuudessa selvitetään lyhyesti kirjallisuustutkimuksen avulla lämpövaraston käytön optimoinnissa huomioitavia taustatekijöitä. Analyysi ja johtopäätökset perustuvat laskentatyökalua apuna käytettyihin teknistaloudellisiin tarkasteluihin, esitettyyn teoriaan ja keskusteluihin toimijoiden kanssa. Työ on toteutettu Lappeenrantalaisen Elstor Oy:n toimeksiannosta. Lisääntyvän epäsäännöllisen sähköntuotannon takia jatkossa tarvitaan enemmän energiavarastoja ja joustoa. Lämpövarastolla energiaa voidaan varastoida hyödynnettäväksi esim. teollisuuden prosessilämpönä. Lämpövarasto voisi mahdollisesti korvata osittain tai kokonaan polttamiseen perustuvan lämmön tuotannon, mikä auttaisi ylläpitämään sähköverkon tehotasapainoa sekä samalla vähentäisi paikallisia pienhiukkaspäästöjä ja myös kasvihuonekaasupäästöjä, jos sähkö on tuotettu uusiutuvasti. Investointina lämpövaraston kilpailukyky perustuu pääasiassa mahdollisuuteen ostaa sähköä halvalla ja käyttää se lämpönä silloin kun on tarve. Lämpövarastoa voisi olla mahdollista käyttää myös reservimarkkinoilla, mutta luodun laskentatyökalun oletuksena on toimiminen vain Elspot-markkinoilla. Laskentatyökalu on toteutettu Python-ohjelmointikielellä ja siinä on tiivistetysti kaksi päätoimintoa: 1. Ohjelma analysoi historiallisia Elspot-hintatietoja ja piirtää niistä olennaisia kuvaajia laskentojen perusteella. 2. Ohjelma simuloi lämpövaraston toimintaa Elspot-markkinoilla ohjelman käyttäjän asettamilla lähtöarvoilla ja tulostaa kannattavuuden tunnuslukuja sekä optimoi varaston parametrit. Laskennassa tulot ovat säästöjä vertailukohteeseen nähden. Kun lämpövaraston kanssa toimitaan pelkästään Elspot-markkinoilla, lataussykli kannattaa olla yksi vuorokausi, jonka aikana ladataan tilanteesta riippuvan lataustuntimäärän ja ajankohdan mukaisesti sopivalla latausteholla. Teknisesti lataustehoa rajoittaa sähköverkon ominaisuudet ja taloudellisesti verkkoyhtiön pätötehomaksu. Kapasiteetti tulee olla sellainen, että se riittää seuraavan lataussyklin alkuun. Halvimmat tunnit ovat yleensä yöllä etenkin, jos käytössä olevalla verkkoyhtiöllä on voimassa halvempi yötariffi. Optimaalinen vuorokautinen lataustuntimäärä on melko epätodennäköisesti huomattavasti yli kahdeksan tunnin, jos energian hinta on merkittävä tekijä. Elspot-markkinoilla toimiva sähköllä ladattava lämpövarasto voi olla kilpailukykyinen korvaamaan osittain tai kokonaan lämmöntuottojärjestelmän, jossa käytetään suunnilleen maakaasun hintaista polttoainetta. Lähitulevaisuudessa käynnistyvä ydinvoimalaitos Olkiluoto 3 alentanee Suomen aluehintaa hieman ja myös lisääntyvä epätasainen sähköntuotanto aiheuttanee lisää yksittäisiä halpoja tunteja, joten on hyvin mahdollista, että lämpövaraston kannattavuus paranee ajan myötä. Myös tämän työn tarkasteluissa huomioimatta jätetty säätösähkömarkkinan käyttö voisi lisätä lämpövaraston kannattavuutta merkittävästi.