Exam text content

 

DEE-53000 — Energian varastointi ja uudet energialähteet

Tentti 16.10.2015 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

OSA | Valitse oheisista kysymyksistä oikea vaihtoehto.

1. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on tällä hetkellä noin

a) 300 ppm
b) 350 ppm
c) 400ppm
d) 450 ppm

2. Mikä oheisista ideaalisista lämpövoimakoneista tai lämpöpumpuista on mahdollinen?

 

 

 

 

3. Kaksi samansuuruista määrää vettä sekoitetaan eristetyssä astiassa. Vesimäärät ovat
alkujaan eri lämpötiloissa, jolloin seos saavuttaa tietyn tasapainolämpötilan. Mitä on ta-
sapainotilan saavuttamisen jälkeen tapahtunut veden energialle ja entropialle?

a) energia ja entropia ovat molemmat lisääntyneet
b) energia ja entropia ovat molemmat vähentyneet
c) energia on pysynyt muuttumattomana ja entropia on vähentynyt
d) energia on pysynyt muuttumattomana ja entropia on lisääntynyt

4. Miten piiaurinkokennon oikosulkuvirta /sc riippuu säteilytehotiheydestä G?
a) dl/dGF0

b) 16c(G) -riippuvuus on likimain lineaarinen

c) = 15c(G) -riippuvuus on likimain neliöllinen

d) Icon likimain käänteisesti verrannollinen G:hen

Mikä seuraavista toteamuksista ei pidä paikkaansa puhuttaessa aurinkoenergian
hyödynnettävyydestä?

a) Auringonsäteily synnyttää puolijohteeseen vapaita varauksenkuljettajia, vaikka pn-
liitos puuttuu.

b) Amorfisen piikennon hyötysuhde on kiteistä piikennoa alhaisempi.

c) Väriaineaurinkokenno ei tarvitse pn-liitosta.

d) Lasi läpäisee pitkäaaltoista IR-säteilyä, jota auringosta tuleva lämpö pääosin edustaa.

Käytettävissä on yksi kilogramma (A) maakaasua, (B) litiumakkua, (C) vetyä, (D) kuivaa
puuta. Mikä seuraavista on oikea järjestys (suurimmasta pienimpään), kun kriteerinä on
massayksikköön suhteutettu energiamäärä?

a) CDBA
b) ADCB
c) DCAB
d) CADB

- Mikäon ns. Ekmanin kerros?

 

a) Orgaanisen aurinkokennon ohut pintakerros.

b) Ilmakehän kerros, missä tuulen nopeuden suunta muuttuu.
c) Polttokennon membraanikalvo.

d) Suprajohteen Cooperin parien muodostama kerros.

Mikä seuraavista tunnuspiirteistä on ominainen fuusioreaktoriin kytkeytyvässä stella-
raattori -konseptissa?

a) Fuusioplasmaan ei tarvitse syöttää sähkövirtaa.

b) Fuusioplasman lämpötilaksi riittää noin 20 miljoonaa astetta.
c) Reaktorin käämigeometriat ovat yksinkertaisia.

d) Fuusiopolttoaineen määrä saadaan alhaiseksi.

 
 

9. Fuusioreaktiossa hyödynnettävän tritiumin puoliintumisaika on noin

10.

ll

125

13.

2)
b)
o)
d)

1,2 kuukautta
1,2 vuotta

12 vuotta
120 vuotta

Tuulivoimalan roottoriin kohdistuvan ilmavirtauksen nopeus on Vo. Mikä on ideaalitilan-
teessa roottorin jättöpuolella olevan ilmavirtauksen nopeus V:?

Vi = (1/5) Wo
Vi = (1/4) Vo
Vi = (1/3) Vo
Vi = (1/2) Vo

Miksi lämpösähköelementtien uskotaan kehittyvän merkittävästi nanotekniikan avulla?

2)
b)
o)

d)

nanomittakaavan rakenteet mahdollistavat sähkönjohtavuuden kasvattamisen siten,
että aineen lämmönjohtavuus pysyy ennallaan

nanomittakaavan rakenteet mahdollistavat lämmönjohtavuuden pienentämisen si-
ten, että aineen sähkönjohtavuus pysyy ennallaan

nanomittakaavan rakenteet mahdollistavat lämmönjohtavuuden kasvattamisen si-
ten, että aineen sähkönjohtavuus pysyy ennallaan

nanomittakaavan rakenteilla aineen sähkön- ja lämmönjohtavuutta pystytään kas-
vattamaan samanaikaisesti.

Mikä seuraavista ei pidä paikkaansa polttokennoista puhuttaessa?

a)
b)
c)
d)

aktivointihäviöt ovat erittäin merkityksellisiä korkean lämpötilan polttokennoilla
polttokennon hyötysuhdetta ei voida arvioida Carnot'n hyötysuhteen perusteella
polttokennolla on ajoneuvokäytössä hyvä osakuormahyötysuhde
reaktanttiaineita (vety ja happi) täytyy syöttää polttokennon jatkuvatoimisesti

Aseta toimintalämpötilan perusteella (korkeammasta lämpötilasta matalimpaan) järjes-
tykseen seuraavat polttokennotyypit: (A) sulakarbonaattikenno, (B) alkaalikenno, (C)
fosforihappokenno, (D) kiinteäoksidikenno
 

14.

15.

16.

17:

a) CDAB
b) DACB
c) ADCB
d) DCAB

Mikäli vetyä varastoidaan metallihydridiin, on vedyn varastointikapasiteetti massaan
suhteutettuna

a) <10%

b) 10-20%
ce) 20-30%
d) 30-40%

Tarkastellaan seuraavia tunnuslukuja: A) ilmalämpöpumpun lämpökerroin, B) tuulivoi-
malan kapasiteettikerroin Suomessa, €) kiteisen piikennon sähköntuotannon hyötysuh-
de, D) 10:nen sarjaankytketyn PEM-kennon yli oleva jännite. Mikäli asetetaan edellisten
tunnuslukujen tyypilliset lukuarvot numerolliseen suuruusjärjestykseen, on oikea järjes-
tys suurimmasta pienimpään

a) DBCA
b) BCDA
c) CBAD
d) BACD

Mikä seuraavista ei pidä paikkaansa vauhtipyöristä puhuttaessa?

a) Pyörimisnopeus voi olla jopa yli 100 000 rpm.

b) Vauhtipyörävarastoa ei voida purkaa aivan tyhjäksi.

c) Varastoitu energia on suoraan verrannollinen vauhtipyörän hitausmomenttiin.
d) Vauhtipyörän elinikä on tuntuvasti akkujen elinikää korkeampi.

Lämpösähkömateriaalin laatulukua voidaan kasvattaa

a) pienentämällä materiaalin sähkönjohtavuutta

b) pienentämällä materiaalin lämmönjohtavuutta

c) pienentämällä Seebeckin kerrointa

d) pienentämällä kuuman ja kylmän pään välistä absoluuttista keskiarvolämpötilaa

 

 

 

 

 

 

 

 
 

18. Suprajohteen ns. n-arvo kuvaa

95

20.

OSA II

a) transition jyrkkyyttä suprajohtavasta tilasta normaalitilaan
b) suprajohteen kriittisen lämpötilan luokitusta

c) suprajohteen valmistuksessa lämpökäsittelyluokkaa

d) BCS-teoriassa elektroniparien stabiilisuutta

Mikä seuraavista ei ole oikein puhuttaessa ns. SMES-järjestelmästä (Superconducting
Magnetic Energy Storage)?

a) Energiatiheys on kertaluokan suurempi kuin lyijyakulla.

b) Varasto voidaan tarvittaessa purkaa hyvin nopeasti.

c) Lataus-purkaus -hyötysuhde saadaan yli 90 %:n tasolle.

d) Pääsovelluskohde tänä päivänä on sähkön laadun parantaminen.

Mitä seuraavista ei pelkästään voida suoraan patentoida?

a) menetelmä

b) laite

c) tietokoneohjelma
d) tuote

Suorametanolipolttokennon anodin ja katodin reaktioyhtälöt ovat
CH,OH + H,0 > CO, +6H* +6e"

50 +6H*+6e >3H,0

Polttokennon toimintaa voidaan karakterisoida tarkastelemalla kennon tyhjäkäyntijän-
nitettä £", jolle voidaan johtaa lauseke

—Ag
2

E

 

Mikä on kyseisessä reaktiossa suuren z arvo ja mitä se tarkoittaa? Mitä tyhjäkäyntijän-
nitteen lausekkeen muut termit tarkoittavat?
 

2. Tarkastellaan kolmea tuulivoimalaa. Voimala 1 pyörii koko vuoden keskimääräisellä tuu-
len nopeudella vav. Voimala 2 pyörii puolet ajasta kaksinkertaisella (2 x va,) tuulen no-
peudella, puolet ko. voimala ei pyöri lainkaan. Voimala 3 pyörii kolmasosan ajasta kol-
minkertaisella nopeudella, muulloin ko. voimala ei pyöri lainkaan. Määritä voimaloiden
vuotuisten energioiden suhde W2:W, ja W43:W..

3. Vauhtipyörän hyötysuhde on 75 %, pyörimisnopeus 18 000 rpm sekä hitausmomentti 50
kgm?. Vastaava energia tulisi varastoida suprajohtavaan sähkömagneettiseen energia-
varastoon, jonka hyötysuhde on 92 %. Suprajohtavan käämin induktanssi on 1 H. Mikä
on käämin virta?

HUOM! Osan | tehtävien arvo on yksi piste / tehtävä. Osan II tehtävistä voi kustakin saa-
da maksimissaan kaksi pistettä.