DEE-53020 Tuulivoiman perusteet, 5 op
Foundations of Wind Power
Vastuuhenkilö
Risto Mikkonen
Opetus
| Toteutuskerta | Periodi | Vastuuhenkilö | Suoritusvaatimukset |
| DEE-53020 2018-01 | 4 |
Risto Mikkonen Lasse Söderlund |
Hyvaksytysti suoritettu tentti ja harjoitustyö. |
Osaamistavoitteet
Opintojakson suoritettuaan opiskelijalla on käsitys tuulivoima-alan poikkitieteellisyydestä. Opiskelija hahmottaa meteorologiset, virtausopilliset, mekaaniset, sähkötekniset ja myös ympäristötekniset haasteet, joita tuulivoimalahanke aina sisältää. Kurssin suoritettuaan opiskelijalla on vahva käsitys teknisten yksityiskohtien taustalla vaikuttavista ilmiöistä. Opiskelija tuntee energiamuunnosten taustat, joita tapahtuu ilmavirtauksen tehon muuttuessa roottorin mekaaniseksi tehoksi, joka edelleen muuttuu generaattorissa sähkötehoksi. Lisäksi opiskelija osaa selittää tuulivoimalan lavan toimintaperiaatteen sakkaamista myöten. Kurssin suoritettuaan opiskelijalla on myös käsitys epätahti- ja tahtigeneraattorin toimintaperiaatteesta, ja lisäksi hän osaa kertoa, miksi tietyissä voimalatyypeissä tarvitaan vaihteisto, kun taas jotkin voimalat ovat suoravetoisia. Lisäksi opiskelija osaa arvioida tuulivoimalan energiantuotantoa ja tuntee tuulivoimahankkeisiin liittyvät suunnitteluprosessit.
Sisältö
| Sisältö | Ydinsisältö | Täydentävä tietämys | Erityistietämys |
| 1. | Tuuli luonnonilmiönä: ilmavirtauksiin vaikuttavat voimat ja voimien yhteisvaikutuksista syntyvät ilmavirtaustyypit. | Geostrofinen tuuli, gradienttituuli, tuuli rajakerroksessa. | |
| 2. | Tuulen energia ja teho. | Tuulivoimalan hyötysuhteen teoreettisen ylärajan johtaminen: Betzin laki ja siihen liittyvät oletukset. | |
| 3. | Tuulen mittaaminen ja mallintaminen | LIDAR, SODAR, Weibull-jakauman hyödyntäminen tuulisuuden mallinnuksessa | |
| 4. | Tuulivoimalan roottorin fysiikkaa: kiertoliikkeen dynamiikka | Vääntömomentin ja pyörimisnopeuden vaikutus mekaaniseen tehoon. | |
| 5. | Lapasuunnittelun perusteet | Suhteellinen tuuli, kohtauskulma, sakkaaminen, perustelu lavan kierteelle, kärjen nopeussuhde, lapakulman säätö. | |
| 6. | Tuulivoimaloiden generaattorit | Voimaloiden jako vakio- ja vaihtuvanopeuksisiin generaattorin perusteella: epätahti- ja tahtigeneraattorin toimintaperiaate. Vaihteelliset ja suoravetoiset tuulivoimalat. | |
| 7. | Tuulivoimalan energiantuotanto-odotukset | Kokonaishyötysuhde, huipunkäyttöaika, kapasiteettikerroin. Pinta-alamenetelmän ja tehokäyrämenetelmän hyödyntäminen energiantuotannon ennustamisessa. | |
| 8. | Tuulivoimapuiston kohdeanalyysi | Mitä yksityiskohtia on otettava huomioon, kun arvioidaan tietyn kohteen soveltuvuutta tuulivoiman tuotantoon? Miten mallinnus käytännössä tehdään? | |
| 9. | Tuulivoiman hankekehitys | Mitä vaiheita tuulivoimahanke kokonaisuudessaan sisältää? Kuinka kannattavaa sijoitustoimintaa tuulivoimahankkeet Suomessa ovat? |
Ohjeita opiskelijalle osaamisen tasojen saavuttamiseksi
Opintojakson suoritusvaatimuksina ovat kirjallinen tentti ja hyväksytty harjoitustyö. Hyväksytty tenttisuoritus arvosanalla 1 (välttävä) edellyttää ydinaineksen hallitsemista periaatteelisella tasolla. Arvosana 3 (hyvä) edellyttää opiskelijalta yleisempää hahmotusta tuulivoiman taustalla olevista luonnonilmiöistä ja niiden poikkitieteellisyydestä. Arvosanan 5 (erinomainen) saadakseen opiskelijan tulee hallita tuulivoimalan toiminnan sekä tuuliolosuhteiden matemaattinen mallintaminen sekä voimalan matemaattinen mitoittaminen. Kurssin harjoitustyö liittyy tuulivoiman kohdeanalyysiin: kuinka paljon tiettyyn kohteeseen sijoitettu tuulivoimala tuottaa energiaa vuoden aikana, ja mitkä asiat on otettava huomioon energiantuotantoa arvioitaessa? Harjoitustyön arvosana on hyväksytty/hylätty, mutta poikkeuksellisen ansiokkaalla harjoitustyöllä on mahdollista saada yhden numeron korotus hyväksyttyyn tenttiarvosanaan.
Arvosteluasteikko:
Arvosteluasteikko on numeerinen (0-5)
Osasuoritukset:
Oppimateriaali
| Tyyppi | Nimi | Tekijä | ISBN | URL | Lisätiedot | Tenttimateriaali |
| Kirja | Aeroelastic Simulation of Wind Turbine Dynamics, Doctoral Thesis from Royal Institute of Technology, 2005 | A. Ahlström | Ei | |||
| Kirja | Meteorology: The Atmosphere and the Science of Weather, Prentice-Hall, 1997 | J. Moran, M. Morgan | Ei | |||
| Kirja | Wind Power: Renewable Energy for Home, Farm and Business, Chelsea Green Publishing Company, 2004 | P. Gipe | Ei | |||
| Opintomoniste | Tuulivoiman luonnontieteelliset perusteet | Aki Korpela | Kyllä |
Vastaavuudet
| Opintojakso | Vastaa opintojaksoa | Selite |
| DEE-53020 Tuulivoiman perusteet, 5 op | SMG-4500 Tuulivoima, 5 op |