Tentin tekstisisältö

DEE-53100 Johdatus uusiutuviin energialähteisiin

Tentti 18.10.2017 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu

OSA |

1.

Valitse oikea vaihtoehto seuraavista kysymyksistä.

Mikä seuraavista sitoumuksista ei liity EU:n 20:20:20 -tunnettuun pakettiin?

a)

b)
c)
d)

EU sitoutuu vuoteen 2020 mennessä vähentämään päästöjään 20 % vuoden 1990
tasosta.

EU sitoutuu nostamaan uusiutuvan energian tuotanto-osuuden 20 %:iin.

EU sitoutuu parantamaan energiatehokkuutta perusskenaarion verrattuna 20 %.
EU sitoutuu käyttämään liikenteen polttoaineina 20 % biopolttoaineita.

Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus ylitti Mauna Loan mittausasemalla Havaijilla symbo-
lisen pitoisuusrajan koko vuoden 2016 ajan. Tämä symbolinen raja on

a)
b)
o)
d)

300 ppm
350 ppm
400 ppm
450 ppm

Mikä seuraavista väittämistä ei pidä paikkaansa maakaasusta puhuttaessa?

a)
b)

<)
d)

Konventionaaliset maakaasuvarannot ovat voimakkaasti keskittyneet Venäjälle ja
Lähi-itään.

Öljyyn verrattuna maakaasulla on suuret kuljetuskustannukset suhteessa energia-
sisältöön.

Nesteytetyn maakaasun (LNG) höyrystymislämpötila on noin 110 K.

Suomella ei ole nesteytetyn maakaasun varastointikapasiteettia.

Carnot'n koneen, jonka alemman lämpösäiliön lämpötila on 7 €, hyötysuhde on 40 %.
Hyötysuhde halutaan nostaa 50 %:iin. Ylemmän lämpösäiliön lämpötilaa on tällöin
nostettava noin

a)
b)
o)
d)

Ns.

a)

b)

73 astetta
83 astetta
93 astetta
103 astetta

aurinkovakio tarkoittaa

Auringosta tulevan sähkömagneettisen säteilyn ja varausten välistä vuorovaiku-
tusta.

Auringon sähkömagneettisen säteilyn kokonaisteho pinta-alayksikköä kohti
maapallon etäisyydellä Auringosta (150 milj. km) mitattuna ilmakehän
ulkopuolella.
10.

c) Piistä valmistetun aurinkokennon teoreettista maksimihyötysuhdetta.
d) Aurinkolämpöjärjestelmän tehokkuutta kuvaava lukuarvo.

Mikä seuraavista toteamuksista ei pidä paikkaansa puhuttaessa aurinkoenergian hyö-

dynnettävyydestä?

a) Auringonsäteily synnyttää puolijohteeseen vapaita varauksenkuljettajia, vaikka
pn-liitos puuttuu.

b) Amorfisen piikennon hyötysuhde on kiteistä piikennoa alhaisempi.

c) Väriaineaurinkokenno ei tarvitse pn-liitosta.

d) Lasiläpäisee pitkäaaltoista IR-säteilyä, jota Auringosta tuleva lämpö pääosin edus-
taa.

Mikäli tuulivoimalan huipunkäyttöaika on 2628 tuntia, on voimalan ns. kapasiteetti-
kerroin

a) 20%

b) 25%

c) 30%

d) 35%

Tuulennopeuden v esiintymistodennäköisyyttä mallinnetaan Weibull-jakaumalla, jon-
ka tiheysfunktio on muotoa

ele) =]

Mikäli yhtälössä esiintyvä muotokerroin k kasvaa, niin
a) Tuulennopeuden keskiarvo kasvaa.

b) Tuulennopeuden keskiarvo pienenee.

c) Tuulisuudessa esiintyvä vaihtelu kasvaa.

d) Tuulisuudessa esiintyvä vaihtelu pienenee.

Mitä fuusiotutkimuksessa käytetty ns. O-luku ilmaisee?

a) Tuotetun fuusiotehon ja plasman kuumentamiseen vaaditun tehon suhdetta.
b) Plasmakammiossa tarvittavan fuusiopolttoaineen määrää.

c) Fuusiopalon kestoaikaa.

d) Fuusioreaktiossa syntynyttä massaeroa.

Tutkituin fuusioreaktio perustuu vedyn kahden isotoopin, deuteriumin ja tritiumin
väliseen fuusioitumiseen. Mitä voit sanoa näiden radioaktiivisuudesta?

a) Kumpikaan ei ole radioaktiivinen.

b) Tritium on lievästi radioaktiivinen, deuterium ei.
11.

12.

13.

14.

15.

c) Deuterium on lievästi radioaktiivinen, tritium ei.
d) Molemmat ovat radioaktiivisia.

Mikä seuraavista ei pidä paikkaansa polttokennoista puhuttaessa?

a) Aktivointihäviöt ovat erityisen merkityksellisiä korkean lämpötilan polttokennoil-
la.

b) Polttokennon hyötysuhdetta ei voida arvioida Carnot'n hyötysuhteen perusteel-
la.

c) Polttokennolla on ajoneuvokäytössä hyvä osakuormahyötysuhde.

d) Reaktanttiaineita (vety ja happi) täytyy syöttää polttokennoon jatkuvatoimisesti.

Mikä on metallihydridi?

a) Polttokennossa elektrolyytin ja elektrodien välissä oleva kaasudiffuusiokerros.
b) Alkalipolttokennon elektrolyyttimateriaali.

c) Polttokennon katalyyttimateriaali.

d) Vedyn varastointiteknologia.

Lämpösähkömateriaalin hyvyyttä voidaan kuvata laatuluvulla. Hyvällä lämpösähkö-
materiaalilla tulee olla pieni

a) Seebeckin kerroin.

b) sähkönjohtavuus.

c) Kuuman ja kylmän pään välinen absoluuttinen keskiarvolämpötila.

d) Lämmönjohtavuus.

Tarkastellaan seuraavia tunnuslukuja: A) ilmalämpöpumpun lämpökerroin, B) keraa-
misista puolijohteista valmistetun lämpösähkömateriaalin laatuluvun saavutettu
maksimiarvo, C) kiteisestä piistä valmistetun aurinkokennon sähköntuotannon hyöty-
suhde, D) 10:nen sarjaankytketyn PEM-polttokennon yli oleva jännite. Mikäli asete-
taan edellisten tunnuslukujen tyypilliset lukuarvot numerolliseen suuruusjärjestyk-
seen, on oikea järjestys suurimmasta pienimpään

a) ABCD

b) BACD

c) DBAC

d) ABDC

Montako sähköautojen lataustapaa on tällä hetkellä standardoitu?
a) 2

)
)
)

an o
U p w
16. Suprajohtavan tilan määrittämät kolme kriittistä suuretta ovat lämpötila, virrantiheys

17:

18.

19:

20.

ja
a)
b)
o)
d)

Sähkökentän voimakkuus.
Resistiivisyys.

Paine.

Magneettivuon tiheys.

Suprajohtavuuteen liittyvä Meissner-ilmiö tarkoittaa

a)
b)

o)
d)

Materiaalin resistiivisyyden arvon pienentymistä nollaan.

Ulkoinen magneettikenttä ei pääse vapaasti tunkeutumaan suprajohtavaan mate-
riaaliin.

Suprajohtavan tilan synnyttämän Cooperin elektroniparien muodostumista.
Suprajohtavan tilan muuttumista normaalitilaan.

Mikä seuraavista ei pidä paikkaansa vauhtipyöristä puhuttaessa?

3)

b)
<)
4)

Vauhtipyörän materiaalina käytetään enenevässä määrin hiilikuitupohjaisia kom-
posiittimateriaaleja.

Varastoitu energia on suoraan verrannollinen vauhtipyörän hitausmomenttiin.
Vauhtipyörän elinikä on tuntuvasti lyijyakkua korkeampi.

Mekaanisten rasitusten vuoksi vauhtipyörän pyörimisnopeus voi maksimissaan
olla 10 000 rpm (kierrosta minuutissa).

Millä energian varastointiteknologialla voidaan aikaansaada pisin energian purkaus-
aika?

a)
b)
o)
d)

Pumppuvoimalaitos
Paineilmavarasto
Vauhtipyörä

Ni-Cd akku

Mitä seuraavista ei pelkästään voida patentoida?

a)
b)
c)
d)

Menetelmä

Laite
Tietokoneohjelma
Tuote
OSA II

Suorametanolipolttokennon anodin ja katodin reaktioyhtälöt ovat

CH,OH+ H,O0—>C0,+6H' +6e"
50, +6H*+6e >3H,0
Polttokennon toimintaa voidaan karakterisoida tarkastelemalla kennon tyhjäkäynti-

jännitettä F, jolle voidaan johtaa lauseke

z2F

ES =

 

Mikä on kyseisessä reaktiossa suuren z arvo ja mitä se tarkoittaa? Mitä tyhjäkäynti-

jännitteen lausekkeen muut termit tarkoittavat?

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:W1 ja W3:W..

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>?He+in

Selitä verbaalisesti, miten reaktiossa vapautunut energia määräytyy.

Osan | kysymykset ovat arvoltaan yksi piste kukin. Osan II kysymyksistä voi kustakin
saada 0-2 pistettä