Exam text content

SMG-4500 Tuulivoima
tentti 24.5.2013 Aki Korpela
OMAN OHJELMOITAVAN LASKIMEN KÄYTTÖ SALLITTU

 

 

Tehtävän 1 maksimipistemäärä on viisi pistettä, ja tehtävistä 2-5 saa maksimissaan kuusi
pistettä kustakin. Näistä tulee maksimisummaksi 29 pistettä. Lisäksi opiskelija saa yhden
pisteen siitä, että hän arvioi jokaisen tehtävän lopuksi, kuinka monta pistettä kyseisestä
tehtävästä on tulossa.

 

E

Selitä lyhyesti mutta täsmällisesti seuraavat käsitteet: (1 p/kohta)
(a) gradienttituuli (b) rajakerros (c) SODAR
(d) kohtauskulma (€) epätahtigeneraattori

25

Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin: (2 p/kohta)

(a) Kuinka paljon Suomessa oli asennettua tuulivoimaa vuoden 2012 lopussa
nimellistehon avulla lausuttuna? Entä mikä on nimellistehon avulla lausuttu
tavoite vuoden 2020 osalta?

(b) — Mikä on tuulivoiman syöttötariffin perustaso Suomessa? Vuoden 2015 loppuun
asti uusilla voimaloilla on mahdollisuus saada korotettua tariffia. Mikä on sen
suuruus?

(c) Tuulivoimahankkeen tavoitteena ei ole maksimoida energiantuotantoa. Kerro,
mikä tuulivoimahankkeen tavoite sen sijaan on.

3

Tarkastellaan gradienttituulta eteläisellä pallonpuoliskolla. Käy huolellisesti läpi, mitkä
voimavaikutukset ilmamassaan vaikuttavat, ja millainen on voimien yhteisvaikutuksesta
syntyvä ilmavirtaus. Kerro myös perustelujen kera, miten ilmavirtaus muuttuu, kun
siirrytään rajakerroksen yläpuolelta rajakerrokseen. (6 p)

4.

Kurssilla käytiin läpi neljä tuulivoimalakonseptia, joista yksi oli vakionopeuksinen, yksi
aidosti muuttuvanopeuksinen ja kaksi muuta rajoitetusti muuttuvanopeuksisia. Tee selkoa
niistä teknisistä ratkaisuista, joiden seurauksena vakionopeuksisen voimalan roottori
pyörii likimain vakionopeudella tuulennopeudesta riippumatta. Entä mitä ovat ne tekniset
ratkaisut, joilla voimalatyypistä saadaan rajoitetusti muuttuvanopeuksinen ja edelleen
aidosti muuttuvanopeuksinen? Miksi valtaosa nykypäivän tuulivoimaloista sisältää
vaihdelaatikon? Entä mikä on se tekninen ratkaisu, jolla voimalasta saadaan vaihteeton
eli suoravetoinen? (6 p)

AÄNNÄ!I

 

 
5

Tarkastellaan — vaaka-akselista — tuulivoimalaa, jonka = roottori pyörii likimain
vakionopeudella tuulennopeudesta riippumatta. Oletetaan, että lavan pituus on 50 m, ja
roottorin pyörimisnopeus on 10 kierrosta minuutissa. Suunnittele lapaan pituusakselin
suuntainen kierre siten, että tuulennopeudella 15 m/s passiivinen sakkaussäätö toimii
voimalan tehonsäätömenetelmänä. Tarkastellaan tilannetta kolmessa lavan pisteessä,
joissa säde r saa arvot:

(a)r=1 m, kohtauskulma a = 18",
(b) r=30 m, a=15",
(ce) r=49m,a=12".

Tehtävänä on siis laskea, mikä on lavan kierrekulman arvon oltava kohdissa (a)-(c), jotta
annetut kohtauskulmat toteutuvat. Pohdi lopuksi, miten lavan sakkaaminen toteutuu
kohdissa (a)-(c). (6 p)