Exam text content

DEE-53100 Johdatus uusiutuviin energialähteisiin

Tentti 16.10.2018 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

1. Selitä lyhyesti seuraavat käsitteet.

a)
b)
<)
d)
e)
f)

Euroopan unionin ns. 20-20-20 sitoumuspäätös
Aurinkokennon pn-liitos

Fuusioreaktorin O-luku

Entropia

Polttokennon aktivointihäviöt

Suprajohteen n-arvo

2. Täydennä puuttuva sana(t) seuraaviin toteamuksiin.

Tällä hetkellä Euroopassa on standardoitu kappaletta sähköauton

lataustapaa.

Ns. suoravetoinen tuulivoimalakonsepti mahdollistaa sen, että voimalan kone-

huonessa (nasellissa) ei tarvita

Toimintaolosuhteiden näkökulmasta, piiaurinkokennon oikosulkuvirta ei juurikaan

riipu

Vedyn kolme kaupallisinta varastointiteknologiaa ovat paineistettu kaasu, neste-

mäinen vety sekä

Vauhtipyörään varastoitunut energia on verrannollinen pyörän hitausmomentin
potenssiin.

Suprajohtavuuden kolme kriittistä parametria ovat lämpötila, magneettivuon

tieheys sekä

3. Ratkaise seuraavat kolme tehtävää.

a)

Tarkastellaan seuraavia tunnuslukuja: A) ilmalämpöpumpun lämpökerroin, B)
Betzin luvun prosentuaalinen lukuarvo, C) kiteisestä piistä valmistetun aurinko-
kennon sähköntuotannon hyötysuhde, D) 10:nen sarjaan kytketyn PEM-
polttokennon yli oleva jännite. Mikäli asetetaan edellisten tunnuslukujen
tyypilliset lukuarvot numerolliseen suuruusjärjestykseen, mikä on oikea järjestys
suurimmasta pienimpään?

KÄÄNNÄ!
b) Tarkastellaan kolmea tuulivoimalaa. Voimala 1 pyörii koko vuoden
keskimääräisellä tuulen nopeudella vav. Voimala 2 pyörii puolet ajasta
kaksinkertaisella (2 x Vav) tuulen nopeudella, puolet ko. voimala ei pyöri lainkaan.
Voimala 3 pyörii kolmasosan ajasta kolminkertaisella nopeudella, muulloin ko.
voimala ei pyöri lainkaan. Määritä voimaloiden vuotuisten energioiden suhde
W2:Wa ja W3:Wi.

c) Ydinfysiikassa energian yksikkönä käytetään elektronivolttia (eV). Mitä tällä
termillä tarkoitetaan? Tutkituin fuusioreaktio perustuu vedyn kahden isotoopin,
deuteriumin ja tritiumin välisen fuusioitumiseen, jolloin reaktiotuotteena saadaan
ar-partikkeli (heliumatomi) ja neutroni, ts.

IH+H>! Het in

Selitä verbaalisesti, miten reaktiossa vapautunut energia määräytyy.

4. Vastaa seuraaviin kahteen tehtävään.

a) Suorametanolipolttokennon anodin ja katodin reaktioyhtälöt ovat

CH,OH+ H,0> CO, +6H* + 6e"

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

Polttokennon toimintaa voidaan karakterisoida tarkastelemalla kennon tyhjäkäynti-
jännitettä FP, jolle voidaan johtaa lauseke

Et = -48
z2F
Mikä on kyseisessä reaktiossa suuren z arvo ja mitä se tarkoittaa? Mitä tyhjäkäynti-

jännitteen lausekkeen muut termit tarkoittavat?

b) Selitä sähkömagneettisen energiavaraston (SMES) rakenne ja toimintaperiaate. Mikä
on mielestäsi järjestelmän merkittävin este suuremman mittakaavan kaupalliselle

läpimurrolle?
5. Ovatko seuraavat väittämät oikein vai väärin? Oikea vastaus antaa kukin yhden pis-
teen, väärä vastaus tuottaa pistemenetyksen. Vastaamatta jättäminen antaa nolla pis-
tettä.

a) Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus ylitti Mauna Loan mittausasemalla Havaijilla sym-
bolisen 500 ppm:n pitoisuusrajan koko vuoden 2017 ajan.

b) Suomella ei ole nesteytetyn maakaasun varastointikapasiteettia.

c) Suomen tuulivoimaloiden keskimääräinen kapasiteettikerroin on hieman yli 50%.

d) Peltierin ilmiössä on kyse siitä, että lämpötilagradientti synnyttää virran sähköä
johtavaan materiaaliin.

e) Fuusioreaktiossa hyödynnettävän tritiumin puoliintumisaika on noin 12 vuotta.

a) Termi rekombinaatio tarkoittaa polttokennossa elektrolyytin läpi tapahtuvaa
vedyn ylivuotoa.