Exam text content

EE.REE.200 — Johdatus uusiutuviin energialähteisiin

Tentti 19.10.2022 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu

OSA |

NU PWNHr

10.

11.
12.
13.
14.
15.

VASTAA LYHYESTI SEURAAVIIN KYSYMYKSIIN (max 1 piste / tehtävä)

Esitä kolme määrettä, jotka hajautetun energiantuotannon mallin tulee toteuttaa.

Mitkä kuusi ainetta luokitellaan yleisesti kasvihuonekaasuiksi?

Mitä tarkoitetaan ns. aurinkovakiolla, ja mikä sen arvo suuruusluokaltaan on?

Miksi aurinkokennoja ei valmisteta puhtaasta puolijohteesta?

Mitä tarkoitetaan ns. Betzin luvulla ja kuinka suuri se on?

Tuulivoiman yhteydessä puhutaan usein ns. huipunkäyttöajasta. Mitä tällä tarkoitetaan ja
mitä suuruusluokkaa se on Suomen tuulivoimaloiden kohdalla?

Mikä merkittävä etu liittyy pystyakseliseen tuuliturbiinikonseptiin vaaka-akseliseen
malliin verrattuna?

Mitä fuusioreaktiossa käytetty ns. O-luku ilmaisee?

Mihin fuusioplasman koossapito ja hallinta ns. Tokamak-reaktorissa perustuu?

Selitä, miksi Peltier-ilmiön yhteydessä tapahtuu aina sekä jäähtymistä että lämpenemis-
tä?

Mitä ymmärretään käsitteillä sininen ja vihreä vety?

Mikä on ns. metallihydridi?

Mitä tarkoitetaan ns. Meissner-ilmiöllä?

Mitkä ovat suprajohtavuuden kolme kriittistä parametria?

Esitä ns. SMES-järjestelmän rakenne ja toimintaperiaate.

OSA II (pisteytys 0-3 pistettä / tehtävä)

1.

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
(heliumatomin ydin) ja neutroni, ts.

?H+H>?He+;n

Selitä verbaalisesti, miten reaktiossa vapautunut energia määräytyy.
2. 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/m?. Miten kommentoit yrityksen
markkinointia?

3. Selitä polttokennon rakenne ja toimintaperiaate. Miten polttokenno toiminnallisesti
eroaa keskeisesti akusta? Tee edelleen selkoa polttokennossa syntyvistä häviöistä.
Tarkastellaan suorametanolipolttokennoa, jolloin anodin ja katodin reaktioyhtälöt ovat

CH,OH+ H,0 > CO, +6H* +6€"

5a, +6H*+6e >3H,0

Mikä on reaktiotuotteiden ja lähtöaineiden Gibbsin vapaan energian muutos, kun kennon
reversiibeli tyhjäkäyntijännite £9 = 1.2 V. Faradayn vakio F = 96485 C/mol.

OSA III

Ovatko seuraavat väittämät oikein vai väärin? Oikea vastaus antaa kukin yhden pisteen, väärä
vastaus -0.5 pistettä. Vastaamatta jättäminen antaa nolla pistettä.

a) Kaupallisen piistä valmistetun aurinkokennon sähköntuottamisen hyötysuhde on noin
30%.

b) Ideaalitilanteessa lämpöpumpun lämpöarvo on 1. N

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 relevantti
sisämaassa olevalle voimalalle ja oikean puoleinen offshore -voimalalle.

 

016]

;
|
|

012
j
i

o
a

Son
2 o
sas.

esiintymistodennäkölsyys

esiintymistodennäkäisyys

oo] :
005;

 

TE 10 17 4 16 18 6 5 %
tuulen nopeus (m/s) tuulen nopeus (mis)

 
 

€) 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.

Tentin maksimipisteet:

OSA | 15 pistettä
OSA II 9 pistettä
OSA III 6 pistettä

Yhteensä 30 pistettä