Exam text content

DEE-53020 Tuulivoiman perusteet

Tentti 9.5.2019 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

1.

Ilman liikkeeseen vaikuttavia voimia luokitellaan viisi kappaletta. Mitä nämä voimat
ovat? Esitä näiden voimien ja havainnollisen kuvan avulla, millä tavalla kitka vaikuttaa
ilmavirtaukseen pohjoisella pallonpuoliskolla.

Kuvaile Lidar- ja Sodar-konsepteihin pohjautuvia tuulisuuden mittausmenetelmiä.

Tuulisuuden mallintamisessa hyödynnetään yleisesti Weibull-jakaumaa, jonka tiheys-

ja kertymäfunktiot ovat
k v $1 ( W ]
f0)= E x) exp | C

F(v)=1- exp (2) |

Selitä, mitä edellisten lausekkeiden eri termit tarkoittavat. Mikäli tuulivoimalan käyn-
nistystuulennopeus (cut-in-speed) on 4 m/s, mikä on Weibullin-jakauman avulla arvi-
oituna voimalan pysäytystuulennopeus (cut-out-speed), mikäli voimala tuottaa säh-
köä 20 tuntia vuorokaudessa? Käytä Weibullin analyysissä parametrille k arvoa 2 ja
parametrille C arvoa 10.

Kuvaile ja perustele huolellisesti ne kaksi tekijää, joilla tuulivoimalan lavan kohtauskul-
ma on mahdollista pitää optimaalisessa arvossaan. Kirjoita edelleen yhtälö turbiinin
pyörimisliikkeen mekaaniselle teholle ja kerro, miten lapojen lukumäärän muutos
vaikuttaa tehon yhtälössä esiintyviin muuttujiin. Miksi kolme lapaa on parempi
ratkaisu kuin yksi tai kaksi lapaa? Entä miksi nelilapaiset voimalat ovat harvinaisia?

Mökkinaapurisi harkitsee pientuulivoimalan hankintaa. Sinun tehtävänäsi on arvioida,
kuinka paljon voimala tuottaa sähköenergiaa vuoden aikana. Jos lähtötietona on vain
tuulen nopeuden vuosittainen keskiarvolukema voimalan napakorkeudella, miten
saat arvioitua pinta-alamenetelmällä voimalan tuotantoa? Jos naapurisi kysyy, mikä
on hänen voimalansa kapasiteettikerroin, mitä vastaat? Periaatteellinen selitys riittää,
eli tuulen nopeuden todennäköisyysjakaumia ei tarvitse alkaa käsin laskea.

KÄÄNNÄ!
5. Ovatko seuraavat väittämät totta (T) vai epätotta (E)? Oikea vastaus antaa yhden
pisteen kukin, väärä vastaus aiheuttaa pistemenetyksen. Vastaamatta jättäminen ei
tuota pisteitä kumpaankaan suuntaan.

a) Coriolis-ilmiön vaikutus on suurimmillaan päiväntasaajalla.

b) Hydrostaattinen tasapaino estää ilman liikkumisen pystysuunnassa kaikissa olo-
suhteissa.

c) Weibullin-jakaumassa muotokertoimen pienentäminen tarkoittaa tuulisuuden
kannalta vaihtelun vähenemistä.

d) Kohtauskulmalla tarkoitetaan tuulivoimalan lavan jänneviivan ja suhteellisen tuu-
len välistä kulmaa.

e) Tuulivoimalan suuren pintasuhteen hyödyt liittyvät ennen kaikkea alhaisten tuu-
lennopeuksien hyödyntämiseen.

f) Epätahtikone, oikosulkukone ja induktiokone ovat saman generaattorikonseptin
kolme eri nimeä.