Seppo Niemi Energiatekniikka 27.8.2015 Teknillinen tiedekunta
UV FOCUS AREAS Distributed energy production Renewable fuels and energy Gas and diesel engines Engine-driven power plants Flexible power generation 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 2
RESEARCH BACKGROUND 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 3
RESEARCH BACKGROUND 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 4
27/08/2015 University of Vaasa Seppo Niemi 5 Åstrand, U. (2014) Flexible
R&D CHALLENGES Flexibility required by high penetration of variable generation in power and heat systems Means to balance demand and generation Cycling of generation units Utilization of power and heat energy storages Stability maintained by keeping enough conventional units online Causes fuel costs and emissions Important to study alternative means Lower operational costs and emissions Gas engine driven plants very suitable for balancing task 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 6
R&D CHALLENGES Off-road engines: Reduction of nitrogen oxides (NO x ) Reduction of particulate matter (PM): mass and number Prevention of secondary emissions (e.g., NO 2, NH 3 ) Marine and power plant engines, additionally: Reduction of sulfur emissions (SO 2, SO 3 ) Specific challenge: high-ash and high-sulfur fuels Elimination of methane emissions in gas engine applications All engines Improvement of fuel economy and reduction of CO 2 emissions Development of alternative fuels and fuel flexible engines 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 7
CURRENT R&D PROJECTS Renewable fuels Oxidation stability Fuel properties Blends of renewable and conventional fuels Fuel flexibility Fuel flow analysis Advanced integration of SCR technology with engines Exhaust scrubber development SO x reduction Reduction of particle number emissions Methane emission abatement in gas engines Fault analyses and prognosis Research infrastructure www.feora.fi 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 8
ENERGIAA KANDEILLE Energiatekniikan fysikaaliset perusteet, 4 op Energy Production, 5 op Sähköenergiatekniikan perusteet, 5 op Mittaustekniikan perusteet, 5 op Energiajärjestelmän mallin rakentaminen, 3 op Kemian perusteet, 5 op Paljon muita hyviä kursseja 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 9
ENERGIATEKNIIKAN DI- OPINNOT Lähtökohtana tekniikan kandidaatin-, insinöörintai muu tutkinto soveltuvalta alalta Suunnan opintoja tukevat opinnot, 30 op Suunnan syventävät opinnot, 40 op Liiketoimintaosaaminen, 14 op Diplomityökokonaisuus, 30 op Vapaasti valittavat opinnot, 6 op 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 10
SUUNTAA TUKEVAT JA SYVENTÄVÄT Pakolliset Henkilökohtainen opintosuunnitelma, HOPS Tieteellinen kirjoittaminen / Scientific Writing in English Atomi- ja ydinfysiikka Teknillinen termodynamiikka Virtausmekaniikka Lämmönsiirtotekniikka Valittavissa Tilastotieteen perusteet / Tilastotiede ja todennäköisyyslaskenta Diskreetti matematiikka Numeeriset menetelmät Riippuvuusanalyysi Kemian perusteet Diesel- ja kaasumoottorit Hajautettu energiantuotanto Pako- ja savukaasujen puhdistustekniikan seminaari Poltto- tai voiteluaineita koskeva erikoistyö Polttomoottoriprosessin mallinnus ja simulointi Voimalaitokset Uusiutuvat energialähteet 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 11
Polttomoottorilaboratorio Horiba-pyörrevirtadynamometri 300 kw AGCO Power -moottoreita ABB Sensyflow -ilmamäärämittari Kistler KiBox -indikaattori AVL 415S -savutusmittari CO- ja CO 2 -analysaattori (NDIR) HC-analysaattori (HFID) Paramagneettinen O 2 -mittari CLD ja NO x -anturit NO-, CO- and O 2 -mittarit Gasmet FTIR NO, NO 2, CO, CO 2, CH 4, NH 3, N 2 O, jne. EEPS-hiukkasanalysaattori Kokojakauma 5,6-560 nm Dekatin hiukkasmassaimpaktorit Yksi- tai kaksiportainen laimennus 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 12
Biopolttoainelaboratorio ICP-OES Hivenaineet Biodiesel Rancimat 873 Hapettumisenkesto Kaasukromatografi FAME-pitoisuus Kulometri Vesipitoisuus Viskositeetti ja tiheys Happoluku, jodiluku Tensiometri Pintajännitys Leimahduspiste Mikrovaaka 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 13
Tuloksia, uusiutuvat polttoaineet PM number, 1/cm 3 1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 Intermediate speed, high load DFO HVO FISH ME AFME 1.E+04 1 10 100 1000 Mobility diameter, nm 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 14
Tuloksia, uusiutuvat polttoaineet Heat release rate [J/deg] 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0-10 -20 2200 rpm / 100 % DFO B50 B100-30 -20-10 0 10 20 30 40 50 60 Crank Angle [deg] 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 15
Tuloksia, uusiutuvat polttoaineet HC (g/kwh) 0.20 0.16 0.12 0.08 ISO8178 - C1 0.40 0.04 ISO8178 - C1 0.00 BL B10 B20 B50 B100 CO (g/kwh) 0.30 0.20 0.10 0.00 BL B10 B20 B50 B100 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 16
Voiteluaineen vaikutus hiukkasiin 6.E+16 Change in total PN against A (1/cm 3 ) 4.E+16 2.E+16 0.E+00 2.E+16 5.6 < Dp < 560 10 < Dp < 560 20 < Dp < 560 30 < Dp < 560 40 < Dp < 560 A B C D E 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 17
CIMAC Kansainvälinen polttomoottorikongressi Suomessa 5.- 10.6.2016 Opiskelijat pääsevät Töihin Osallistumaan 900 1500 osallistujaa ympäri maailmaa Suomen osuutta hoitaa Teknologiateollisuuden (TT) Polttomoottori- ja turbotekniikan toimialaryhmä Vaasan yliopisto on ryhmän jäsen 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 18
Kiitos ja tervetuloa energiatekniikan pariin! Prof. Seppo Niemi 050 430 8519 seppo.niemi@uva.fi F285 Yliopistonlehtori Jukka Kiijärvi 029 449 8213 Jukka.kiijarvi@uva.fi F494 27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 19
27.8.2015 Vaasan yliopisto Seppo Niemi 20