Opinto-opas 2015-2016

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

Vastuuhenkilö

Lasse Söderlund

Opetus

Toteutuskerta 1: DEE-53020 2015-01

Opetusmuoto P1 P2 P3 P4 Kesä
Luennot

 

 

 
 32 h/per

 

Luentoajat ja -paikat: Keskiviikko 12 - 14 SE211 , Torstai 9 - 10 SE211

Suoritusvaatimukset

Hyvaksytysti suoritettu tentti ja harjoitustyö.
Osasuoritusten pitää liittyä samaan toteutuskertaan

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 edellyttää ydinaineksen hallitsemista. Korkeammat arvosanat vaativat yleisempää hahmotusta tuulivoiman taustalla olevista luonnonilmiöistä ja niiden poikkitieteellisyydestä. Kurssin harjoitustyössä 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:

Opintojaksolla käytetään numeerista arviointiasteikkoa (1-5)

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  

Viimeksi muokattu 09.03.2015