DEE-53020 Tuulivoiman perusteet, 5 op
Foundations of Wind Power

Vastuuhenkilö

Risto Mikkonen

Opetus

Toteutuskerta Periodi Vastuuhenkilö Suoritusvaatimukset
DEE-53020 2019-01 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:

Osasuoritusten pitää liittyä samaan toteutuskertaan

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  

Päivittäjä: Turjanmäki Pia, 04.03.2019