Exam text content

DEE-53100 Johdatus uusiutuviin energialähteisiin

Tentti 16.10.2020 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

1. Selitä lyhyesti seuraavat käsitteet.

a) Tuulivoimalan kapasiteettikerroin
b) Aurinkokennon pn-liitos

c) Fuusioreaktorin O-luku

d) Seebeckin ilmiö

e) Polttokennon aktivointihäviöt

f) Meissner-ilmiö

2. Täydennä puuttuva sana(t) seuraaviin toteamuksiin.

a) Tällä hetkellä Euroopassa on standardoitu kappaletta sähköauton
lataustapaa.

b) Ns. suoravetoinen tuulivoimalakonsepti mahdollistaa sen, että voimalan kone-
huonessa (nasellissa) ei tarvita

c) Toimintaolosuhteiden näkökulmasta, pilaurinkokennon oikosulkuvirta ei juurikaan
riipu

d) Vedyn kolme kaupallisinta varastointiteknologiaa ovat paineistettu kaasu, neste-
mäinen vety sekä

e) Vauhtipyörään varastoitunut energia on verrannollinen pyörän hitausmomentin

potenssiin.

f) Suprajohtavuuden kolme kriittistä parametria ovat lämpötila, magneettivuon

tieheys sekä

3. Ratkaise seuraavat kolme tehtävää.

a) Mikä / mitkä oheisista ideaalisista lämpövoimakoneista tai lämpöpumpuista ovat
mahdollisia?

 

 

[N 10] [o 1" On = oi

o ] ( AW = o J

= ( ; J |
€ E? € E
00= 1003] 0=4003 [| 00= el - 00=4003 |

(a) (e)

V

   

   
 

 

KÄÄNNÄ!
b) Tuulivoimaloita myyvä yritys markkinoi voimalaa, joka koostuu kolmilapaisesta,
halkaisijaltaan 20 metriä omaavasta turbiinista. Yritys toteaa voimalan tehoksi 600
KW tuulen nopeudella 15 m/s. Ilman tiheys on 1.18 kg/m3. Miten kommentoit
yrityksen markkinointia?

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
a-partikkeli (heliumatomi) ja neutroni, ts.

?H+H->3He+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"
5. +6H'+6e€ >3H,0
Polttokennon toimintaa voidaan karakterisoida tarkastelemalla kennon tyhjäkäynti-

jännitettä F9, jolle voidaan johtaa lauseke

-4g
2F

E* =

 

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) Hiilidioksidi on kasvihuonekaasuna haittavaikutuksiltaan noin 10 kertaa haitalli-
sempi kuin vastaava määrä metaania.

b) Stellaraattori on fuusioreaktorikonsepti, jossa fuusioplasmaan ei tarvitse syöttää
sähkövirtaa.

c) Väriaurinkokennon toiminta ei nojaudu perinteiseen pn-liitokseen.

d) Oheiset kaksi kuvaa esittävät tuulen nopeusjakautumia, joissa molemmissa
tuulennopeuden keskiarvo on yhtä suuri. Kuvista vasemman puoleinen on rele-
vantti off-shore -voimalalle ja oikean puoleinen sisämaassa olevalle voimalalle.

1446 18

 

e) Litium-ioniakun yksi etu on, että sen käyttöalue energia- ja tehotiheyden näkökul-
masta on hyvin laaja.

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