Tentin tekstisisältö

DEE-53020 TUULIVOIMAN PERUSTEET
tentti 14.5.2014 Aki Korpela
OMAN OHJELMOITAVAN LASKIMEN KÄYTTÖ SALLITTU

1. KÄSITTEITÄ

Selitä lyhyesti seuraavat käsitteet: (1 p/kohta)

(a) geostrofinen tuuli (b) kohtauskulma (c) kärjen nopeussuhde
(d) aktiivinen sakkaussäätö — (e) kapasiteettikerroin (9) DFIG

 

2. TUULI LUONNONILMIÖNÄ

Kopioi oheinen karttakuva karkeasti vastauspaperiisi,
ja hahmottele karttaan rajakerroksen yläpuolisten
ilmavirtausten suuntia. Piirrä myös toinen kuva, jonka
avulla havainnollistat tilanteen muuttumista
rajakerrokseen siirryttäessä. Perustele vastauksesi
huolellisesti. (6 p)

 

 

 

 

3. LAPASUUNNITTELUN PERUSTEET

Tarkastellaan oheista kuvaa tuulivoimalan lavan poikkileikkauksesta. Kun olet vastannut

kohtiin (a)-(c), paperistasi pitäisi löytyä kaikki kuvassa esiintyvät termit.

(a) Mitä kohtauskulma tarkoittaa, ja mitkä tekijät siihen vaikuttavat? (2 p)

(b) — Selitä kuvan vasemmasta yläreunasta löytyvien voimavektorien käyttäytyminen
kohtauskulman kasvaessa. (2 p)

(e) Miksi lavassa on oltava kierrettä pituusakselin suhteen? Entä miten lavan
kierrekulma on suunniteltava, jos tuulivoimalan tehoa rajoitetaan nimellistuulen-
nopeuden yläpuolella aktiivisen sakkaussäädön avulla? (2 p)

   
     

KIERREKULMA

LAVAN PYÖRIMISESTÄ
1 SEURAAVA TUULENNOPEUS

TUULENNOPEUS

  

KÄÄNNÄ!
Aden oral e se IANE

4. GENERAATTORIT JA TUULIVOIMALAKONSEPTIT

(a) Miksi vakionopeuksinen tuulivoimala on luontevaa toteuttaa epätahtigeneraattorin
avulla? Tässä lyhyessä vastauksessa ei tarvitse ottaa lainkaan kantaa
lapasuunnitteluun, vaan selitä vakionopeuksisuus pelkästään generaattorin
ominaisuuksilla.

osatehoinen.
suuntaajakäyttö

 

(b) — Oheinen kuva esittää yksinkertaistetut
periaatteet osittain muuttuvanopeuksisen
ja täysin muuttuvanopeuksisen tuuli-
voimalakonseptin toteuttamiseksi.
Perustele lyhyesti, mistä eroavaisuus
näiden konseptien välillä johtuu. Kerro
myös, miksi alemman konseptin vaihde-

 

vaihde-
laatikko]

 

 

 

epätahti-
generaattori

muuntaja

täystehoinen
suuntaajakäyttö

 

CD

 

 

 

 

laatikko on ympäröity katkoviivalla.

muuntaja

 

(c) Alla oleva kuva esittää kestomagneettien valmistuksessa käytettävän neodyymin
hintakehitystä vuosina 2007-2013. Tällä hintakehityksellä on ollut merkittävä
vaikutuksensa siihen, että DFIG on tällä hetkellä yleisin tuulivoimageneraattori.
Perustele tämä.

 

Price of Neodymium Metal ($/ka)
2005 Through November 11th,2013

 

 

 

350

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

ae s yv
ERAISLIIISSIII SISSIN

rose
PSS

 

 

5. ENERGIANTUOTANNON ARVIOINTIA

Kurssin excursio tehtiin tänä keväänä Honkajoelle, johon Taaleritehdas Oy on
rakennuttanut 21.6 MW:n tuulipuiston. Puisto koostuu yhdeksästä Nordexin DFIG-
tyyppisestä turbiinista, yksittäisen voimalan nimellistehon ollessa 2.4 MW.

Jos sinulla on hallussasi Nordexin turbiinien tehokäyrät sekä mittauksiin perustuvat
tuulennopeuden — weibull-jakaumat — voimaloiden | napakorkeuksilta, miten pystyt
karkeahkosti arvioimaan tuulipuiston vuotuista energiantuotantoa. Kerro myös, miten
saat laskettua huipunkäyttöajan ja kapasiteettikertoimen.

 

 

sähkö:
verkko