Mikä on Vaihtoehtoisten Sähköenergiateknologioiden ammattiaineen idea?

Transkriptio

1

2 Mikä on Vaihtoehtoisten Sähköenergiateknologioiden ammattiaineen idea? VAIHTOEHTOISET SÄHKÖENERGIATEKNOLOGIAT ON UUSIUTUVIEN SÄHKÖENERGIAMUOTOJEN TEKNIIKKAA Lähtökohta: Ilmastonmuutoksen seurauksena uusiutuvien energiamuotojen osuus energiantuotannosta tullee kasvamaan. Kioton sopimus velvoittaa valtioita tuottamaan energiaa nykyistä vähäisemmillä kasvihuonekaasupäästöillä. Tuulivoiman, aurinkoenergian, vetyteknologian (polttokennot) ja mahdollisesti myös suprajohtavuuden asiantuntijoita tarvitaan tulevaisuudessa nykyistä enemmän. Vaihtoehtoisten sähköenergiateknologioiden ammattiainevaihtoehdon idea on antaa opiskelijalle valmiudet alan tuotekehitystehtävissä toimimiseen. Tällöin tärkeimmäksi asiaksi nousee aihepiiriin liittyvien luonnonilmiöiden tunteminen.

3 KURSSIKALENTERI Aineopinnot, 3. lukuvuosi 1. periodi: SMG-4050 Energian varastointi ja uudet energialähteet, 5 op 2. ja 3. periodi: SMG-4100 Sähkömateriaalioppi, 5 op 4. ja 5. periodi: SMG-4150 Uusiutuvien energiamuotojen työkurssi, 5 op 4. ja 5. periodi: Elektroniikan laitoksen kandidaatintyöseminaari Syventävät aineopinnot, 4. lukuvuosi 1. ja 2. periodi: Elektroniikan laitoksen kandidaatintyöseminaari 2. periodi: SMG-4200 Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto, 5 op 3. periodi: SMG-4250 Suprajohtavuus sähköverkossa, 5 op 3. periodi: SMG-4450 Aurinkosähkö, 5 op 4. periodi: SMG-4500 Tuulivoima, 5 op 4. periodi: SMG-4350 Polttokennot ja vetyteknologia, 5 op 5. periodi: SMG-4400 Kryogeniikka, 5 op 5. periodi: SMG-4550 Vaihtoehtoisen sähköenergiateknologian case-harjoitukset

4 Kurssin teemoja: SMG-4050 Energian varastointi ja uudet energialähteet, 5 op Uusiutuvat energialähteet: tekninen ja taloudellinen näkökulma. Teknologioiden integrointi hajautettuun energiantuotantoon ja ympäristömääräyksiin. Mekaaninen, sähkökemiallinen ja sähkömagneettinen energian varastointi.

5 SMG-4100 Sähkömateriaalioppi, 5 op Materiaaliominaisuudet ja niihin perustuvat materiaalivalinnat ovat kaikessa sähköteknisessä suunnittelussa vastaantulevia kysymyksiä. Sähkömateriaaliopin kurssilla käsitellään esimerkiksi seuraavia aihepiirejä: Mihin kiinteän aineen sähkönjohtavuus perustuu? Metalliseosten, eristeiden ja magneettisten materiaalien ominaisuudet ja materiaalivalintoihin vaikuttavat tekijät. Puolijohteet: pn-liitoksen käyttäytyminen ja Hall-ilmiö. Sähkötekniikan komponenttien valmistustekniset näkökulmat.

6 SMG-4150 Uusiutuvien energiamuotojen työkurssi, 5 op Idea: Mittaillaan asioita, joita tarkastellaan laskennallisesti Vaihtoehtoisten sähköenergiateknologioiden muissa kursseissa. Tavoite: Luonnonilmiöiden havainnollistaminen, mittaustulosten huolellinen ja johdonmukainen raportointi Resistiivisyyden lämpötilariippuvuus (SMG-4100, 4250 ja 4400) Korkean lämpötilan suprajohteen resistiivinen transitio (SMG-4250) Aurinkosähkön mittausjärjestelmä (SMG-4450) Polttokennojen virta-jännite-käyrä ja hyötysuhde (SMG-4350) Lämmönsiirron eri mekanismit (4 työtä) (SMG-4200)

7 SMG-4200 Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto, 5 op Sähkömateriaaleihin liittyvän tietämyksen lisäksi myös lämmönsiirron periaatteiden tunteminen on välttämätöntä kaikessa sähköteknisessä suunnittelussa. Lämmönsiirron kurssilla käsitellään esimerkiksi seuraavia aihepiirejä: Miten lämpeneminen huomioidaan sähkömagneettisen järjestelmän mitoituksessa? Lämpötilajakauman analyyttinen ja numeerinen ratkaiseminen yksi- ja kaksidimensioisissa tilanteissa sekä jatkuvuus- että transienttitiloissa. Lämmönsiirron tehostamismekanismit.

8 SMG-4250 Suprajohtavuus sähköverkossa, 5 op Kurssilla käsitellään esimerkiksi seuraavia aihepiirejä: Suprajohtavuus: ilmiö, teoria, hyödyntäminen. Suprajohtavan magneettijärjestelmän suunnittelu. Ilmiön integrointi sovelluksiin: energiasektori, magneetit, Big Science.

9 SMG-4350 Polttokennot ja vetyteknologia, 5 op Kurssilla käsitellään esimerkiksi seuravia aihepiirejä: Eri polttokennotyyppien erityispiirteet ja toimintaperiaatteet. Hyödyntäminen sähkön ja lämmön tuottajina, erikoissovelluksissa ja ajoneuvoissa. Vetytalous tulevaisuuden energiajärjestelmänä, vedyn tuotanto ja varastointi.

10 SMG-4450 Aurinkosähkö, 5 op Kurssin tavoitteena on antaa opiskelijalle käsitys seuraavista asioista: Miksi ja miten auringosta tulee energiaa Maahan? Mihin luonnonilmiöihin piipohjaisen aurinkokennon toiminta perustuu? Miten ja miksi olosuhteet vaikuttavat piipohjaisen aurinkokennon toimintaan? Mitä vaiheita piipohjaisen aurinkokennon valmistus sisältää? Mitä vaihtoehtoisia aurinkokennomateriaaleja on olemassa? Voisiko aurinkosähköllä olla mahdollisuuksia hajautetussa energiantuotannossa Suomen olosuhteissa?

11 SMG-4500 Tuulivoima, 5 op Kurssin tavoitteena on antaa opiskelijalle käsitys seuraavista asioista: Mistä tuuli saa alkunsa? Miten tuulta mitataan? Miten tuulennopeus vaikuttaa energiantuotantoon? Miten tuulivoimalan osat toimivat? Miten tuulivoiman tuotanto eroaa muista sähköntuotantomuodoista? Missä mielessä tuulivoima on ympäristöystävällistä? Mitä tuulisähkö maksaa?

12 SMG-4400 Kryogeniikka, 5 op Kurssilla käsitellään esimerkiksi seuraavia aihepiirejä: Kryogeniikan teoria ja termodynamiikka. Materiaalien mekaaniset ja sähköiset ominaisuudet kryogeenisissa lämpötiloissa. Kryogeeniset nesteet ja niiden hyödyntäminen erityisesti sähköenergiatekniikassa.

13 SMG-4550 Vaihtoehtoisen sähköenergiateknologian case-harjoitukset, 5 op Idea: Tietokonetta apuna käyttäen tehdään case-tyyppisiä mallinnuspohjaisia tutkimuksia Vaihtoehtoisten sähköenergiateknologioiden kurssien aihepiireistä. Tavoite: Valmistaa opiskelijoita itsenäiseen tutkimustyöhön tietokoneen laskentaohjelmistoja apuvälineinä käyttäen. Kurssi sisältää neljä tietokoneharjoitusta, joista jokaisessa tehdään yksi case-harjoitus. Harjoitukset, joihin sisältyy esiselostus ja loppuraportti, tehdään kahden hengen ryhmissä. Uusiutuvien energiamuotojen työkurssilla opittuja raportinkirjoitustaitoja on hyvä hyödyntää tämän kurssin raporteissa. Harjoitusten aihepiirejä ovat aurinkosähkö, polttokennot ja vetyteknologia, sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto, tuulivoima, piirilaskenta ja suprajohtavuus. Kurssi päätetään itsenäisesti tehtyyn isompaan harjoitustyöhön, jonka tekeminen aloitetaan viimeisellä harjoituskerralla. Tällöin työhön on mahdollisuus saada apua harjoitustenpitäjältä.

14 SMG-3200 Sähkömagnetiikan erikoistyö, 3 op Erikoistyö on kirjallinen harjoitustyö, jonka aihe sovitaan opiskelijakohtaisesti. Opiskelijan omien mieltymysten mukaan erikoistyö voi esimerkiksi olla: puhdas kirjallisuustutkimus (luokkaa sivua). laskentamallin rakentaminen ja tulosten raportointi. laboratoriomittauksia ja tulosten raportointi. konkreettiseen hankkeeseen liittyvä suunnittelutehtävä.

15 VAIHTOEHTOISET SÄHKÖENERGIATEKNOLOGIAT: KURSSIEN HARJOITUSTYÖT Opintokokonaisuus pyrkii ensisijaisesti siihen, että vastavalmistuneella diplomi-insinöörillä on vankka tuntemus aihepiiriin liittyvistä luonnonilmiöistä. Tämän lisäksi erittäin tarpeellisia asioita ovat esitelmien pitämiseen, mittausraporttien kirjoittamiseen ja tieteellisen tekstin tuottamiseen liittyvät taidot. Opintokokonaisuuden kurssien harjoitustöiden idea on kehittää näitä taitoja. SMG-4050 Energian varastointi ja uudet energialähteet Miten pidän hyvän esitelmän? Miten asioita esityksen opponoinnissa kannattaa ottaa huomioon? SMG-4150 Uusiutuvien energiamuotojen työkurssi Miten mittaustulokset raportoidaan mahdollisimman huolellisesti ja täsmällisesti? SMG-4350 Polttokennot ja vetyteknologia Mitä asioita pitää ottaa huomioon, kun kirjoitetaan tieteellista tekstiä? Harjoitustyön idea on olla mahdollisimman hyödyllinen kirjoitusharjoitustus diplomityötä ajatellen. SMG-4200 Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto Tietokoneavusteinen mallinnustehtävä Matlabia hyödyntäen.

16 Lähimenneisyyden kandidaatintöitä Sähkömagnetiikan yksikössä Vaihtoehtoiset sähköenergiateknologiat ja Sähköfysiikka Aurinkosähkö ja pientuulivoima rivitaloyhtiön sähköntuotannossa Tampereella Yksi- ja monikiteisten piiaurinkokennojen valmistus Aurinkokennon ja -keräimen yhdistäminen energiantuoton kasvattamiseksi Uusituvan energian paikalliset mahdollisuudet Akut sähköautojen energiavarastona Tuulivoimalan rakenne Energian varastointiteknologioiden tekninen ja taloudellinen vertailu Yleisimmät antennityypit ja antennitehtävän ratkaiseminen

17 Lähimenneisyyden diplomitöitä Sähkömagnetiikan yksikössä Vaihtoehtoiset sähköenergiateknologiat ja Sähköfysiikka Studies of inertial navigation in sports applications (Suunto) Multichannel radio in automotive environment (Elektrobit, TEKES) Suprajohtavuuden hyödyntäminen virranrajoittimissa (Sähkömagnetiikka) Alumiinimatriisin vaikutus niobititaanisuprajohteen stabiilisuuteen (PrizzTech, Luvata, Sähkömagnetiikka) Numerical 2D solid oxide fuel cell model for dynamic system simulations (VTT) Experimental verification of thermal instabilities in MgB 2 superconductor (EU-hanke) Suprajohteen sähkönjohtavuuden vaikutus monisolenoidimagneetin jäähdytyskustannuksiin (PrizzTech, Luvata) Environmental aspects of lightning ballasts (Helvar) Lämpösähköelementtien hyödyntäminen vesilämmittimessä (Sähkömagnetiikka) Tuulisähkön varastointi vetyyn (PrizzTech) Poikittaisvuokoneen tarkastelu pientuulivoimakäytössä (Sähkömagnetiikka) Aurinkosähkön soveltuvuus hajautettuun energiantuotantoon Suomessa (Fortumin säätiö) Radiotaajuuskuumentamisen soveltaminen leipomokäytössä (Linkosuo) Price forecasting in Russian wholesale power market (Fortum) Suprajohtavuutta hyödyntävä magneettinostin (Metso) Development in diesel electric straddle carrier power transmission (Kalmar Industries) Joint implementation in Russia - challenges and possibilities (Fortum) Sähköisesti viritettävän matkapuhelinantennin epälineaarisuuden mallintaminen (Nokia) Kiinteäoksidipolttokennojen johdinten materiaalivalinnat ja mitoitus (VTT) Modeling high frequency phenomena in inverter fed induction motors (ABB Motors) Feasibility study and experimental analysis of superconducting MgB2 coils (PrizzTech) Verkkoon kytketyn aurinkosähköjärjestelmän toteutus Saarijärven koulukeskuksessa (Jyväskylän yliopisto) Liikkuvan kappaleen inertiamittaukset sähkömekaanisilla muuntimilla (Suomen hiihtoliitto, Suunto) Sähkömagneettinen toimilaite digitaalihydrauliikkaan (Sähkömagnetiikan ja Hydrauliikan laitokset) Stability of MgB 2 superconductor (EU-hanke) Development of a tissue-conducting audio transducer and sensor for mobile use (Nokia) Vesijäähdytteisen polymeeripolttokennon rakenteiden optimointi ja suorituskyvyn määrittäminen (VTT)