Exam text content

DEE-53000— Energian varastointi ja uudet energialähteet

Tentti 30.11.2016 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu. Vastaa vain kuuteen kysymykseen.

1. Tuulimittaukset tehdään usein 10 metrin korkeudella. Tuulen nopeutta ekstrapoloidaan
! usein yhteydellä 1 missä h on korkeus maan pinnasta. Mikäli tuulivoimasta saatu
teoreettinen teho 10 metrin korkeudella on P, mikä on saatu teho todellisella

napakorkeudella 50 metriä?

2. Vastaa lyhyesti seuraaviin fuusioenergiaan liittyviin kysymyksiin

a) Mikäontällä hetkellä tutkituin fuusioreaktio?
b) Magneettisen koossapidon ja inertiakoossapidon periaatteet.
c) Fuusioplasman kuumentamisen eri vaiheet.

3. Vastaa lyhyesti seuraaviin energian varastointiin liittyviin kysymyksiin

a) Vedyn eri varastointiteknologiat
b) Suprajohtavan tilan edellytykset, SMES-järjestelmän periaate.

4. Tee selkoa polttokennon rakenteesta, toimintaperiaatteesta sekä eri polttokenno-
tyypeistä. Miksi polttokennon hyötysuhdetta ei voida arvioida Carnot'n hyötysuhteen
kautta?

5. Vastaa lyhyesti seuraaviin aurinkosähköön liittyviin kysymyksiin:

a) pn-liitoksen rakenne
b) Miksi aurinkokennoja ei valmisteta puhtaasta puolijohteesta?
c) Hahmota auringon säteilyenergiatiheyden vaikutusta kennon /-V-käyrään.

KÄÄNNÄ!
6. 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?

7. Ovatko seuraavat väittämät oikein vai väärin. Oikea vastaus antaa kukin yhden pisteen,
väärä vastaus tuottaa pistemenetyksen. Vastaamatta jättäminen antaa nolla pistettä.

a) Tyypillisen hiilivoimalan sähkön tuotannon hyötysuhde on vajaat 40 %. O

b) Teollisuuden piirissä kolme eniten energiaa kuluttavaa teollisuuden haaraa
Suomessa ovat metsä-, metalli ja elintarviketeollisuus. V

c) Auringon ytimessä vety fuusioituu heliumiksi noin 10-15 miljoonan *C lämpötilassa. O
Esimerkiksi ITER-reaktorissa fuusio vaatii kuitenkin yli 100 miljoonan 2 lämpötilan,
jotta tarvittavan polttoaineen määrä saadaan riittävän pieneksi.

d) Aurinkovakio kuvaa ilmakehään saapuvaa auringon säteilyä. O

€) Alkalipolttokennon elektrolyyttinä käytetään pääasiassa kaliumhydroksidia. O

f) Peltierin ilmiössä on kyse siitä, että lämpötilagradientti synnyttää virran sähköä joh-
tavaan materiaaliin. Vv

g) Zeoliitti on maa-aines, jota voidaan hyödyntää geotermisen energian tuottamisessa. V

h) Polttokennossa yksittäisen kennon kennojännite on luokkaa 1V. O

i) Ns. Meissner-ilmiö tarkoittaa, että ulkoinen magneettikenttä ei pääse vapaasti
tunkeutumaan suprajohtavaan materiaaliin.

j) Ns. SMES-järjestelmän energiatiheys on tyypillisesti noin 20-kertainen lyijyakkuun
verrattuna V

henri [lasia student. tot fi