kuva
Etusivu / Lapin ammattikorkeakoulu - Lapin AMK / Esittely / Ajankohtaista / Uusiutuvien energioiden oppimisympäristö

Uusiutuvien energioiden oppimisympäristö

19.12.2017



Autioniemi_Matti.jpg
Insinööri (AMK) Matti Autioniemi toimii projekti-insinöörinä Lapin AMKin Arctic Power-tutkimusryhmässä.

Lapin AMK on hankkinut Smart Energy Demo Investments (SED-I) -hankkeessa uusiutuvia energioita vedyn ja sähkön tuotannossa hyödyntävän vetyjärjestelmän. Kyseisen vetyjärjestelmän käyttöönotto ja asennus tapahtuivat Smart Energy Demo (SED) -hankkeessa, jonka puitteissa järjestelmä asennettiin traileriin.

Traileriin on rakennettu uusiutuvia energioita hyödyntävä ja demonstroiva oppimisympäristö, jota voidaan hyödyntää niin opetuksessa kuin tutkimustoiminnassakin. Oppimisympäristön integrointi Lapin ammattikorkeakoulun tietojärjestelmiin mahdollistaa järjestelmän reaaliaikaisen seurannan ja analysoinnin mistä ja milloin tahansa.

Kuva 1 Autioniemi.jpg
Kuva 1. Vetyjärjestelmä sijaitsee Lapin AMK:n Rantavitikan kampuksen joenpuoleisella seinustalla.

Aurinko- ja tuulivoimalla vetyä

Trailerin katolle asennettujen kuuden aurinkopaneelin ja takaovessa olevaan mastoon asennetun pienen tuulivoimalan avulla tuotetaan puhdasta sähköä.

Elektrolyyseri käyttää syntyneen sähkön tuottaessaan vetyä, jota saadaan optimiolosuhteissa noin 60 litraa tunnissa. Elektrolyyseri tarvitsee sähkön lisäksi puhdistettua deionisoitua vettä vedyn tuotantoon.

Tuotettu vety varastoidaan turvallisiin metallihydridisäiliöihin, joissa vety sitoutuu säiliön sisällä oleviin hilarakenteisiin. Vety ei siis ole kaasumaisessa muodossa säiliön sisällä. Säiliön paine on vain 11 bar, joka on hyvin pieni verrattuna vetykaasupullojen useiden satojen barien paineisiin.

Kuva  2 Autioniemi.jpg
Kuva 2. Vetyjärjestelmän käyttöliittymä. Vasemmalla ylhäältä lukien vetysäiliöt, kosketusnäyttö, polttokenno ja alimpana elektrolyyseri. Keskimmäisessä kaapissa on eri osajärjestelmien kytkennät. Oikealla ylhäältä lukien mittarit, käyttökytkimet, pistorasiat ja liitännät, keinokuorma, teollisuus-pc ja alimpana paneelin takana akut energian varastointiin.

Järjestelmän laajennettavissa olevan vetyvaraston koko on noin 750 litraa. Tämä on vielä pienimuotoista vedyntuotantoa, mutta sen avulla voidaan jo demonstroida uusiutuvien energioiden varastointia vedyksi ja hyödyntämistä myöhemmin.

Varastoitu vety varavoiman lähteenä

Oppimisympäristössä on mahdollista testata vedyn hyödyntämistä varavoiman lähteenä kytkemällä järjestelmä ”Grid Backup”-moodiin. Tällöin sähkökatkoksen sattuessa järjestelmässä oleva polttokenno ja akusto tulevat hätiin varmistaen sähkön saannin. Polttokennolla tuotetaan varastoidusta vedystä sähköä, jolla ylläpidetään järjestelmän akustoa.

Järjestelmässä oleva invertteri ottaa virtansa kyseisestä akustosta tarjoten varavoimaa sähköverkkoon paikallisesti. Järjestelmä tuottaa maksimissaan noin 3 kilowattia sähkötehoa, eli riittävästi esimerkiksi varmistamaan yhteen tavalliseen 10 ampeerin pistorasiaan kytketyt laitteet.

Järjestelmä pystyy tuottamaan varavoimaa ilman aurinko-ja tuulivoimaa noin 1-2 tuntia kytketystä kuormasta ja varastoidun vedyn määrästä riippuen. Mikäli aurinko- ja tuulivoimaa on hyvin saatavilla, pystyy järjestelmä tarjoamaan varavoimaa pidempään.

Mobiili demonstraatioympäristö

Koska järjestelmä on rakennettu traileriin, voidaan sitä tarpeen vaatiessa siirtää kohteesta toiseen demonstraatioita varten. Järjestelmän suunnittelussa tämä on täytynyt huomioida, koska traileria ei voi liikuttaa turvallisesti tuulivoimalamasto ja aurinkopaneelit toimintakykyisinä.

Tuulivoimalamasto ja sen johdot ovat irrotettavissa ja ne sijoitetaan trailerin sisälle kuljetuksen ajaksi. Aurinkopaneeleihin olemme suunnitelleet ja asentaneet moottoroidun järjestelmän, jonka avulla paneelit saadaan laskettua vaakatasoon kuljetuksen ajaksi.

Vetyjärjestelmän siirrossa on myös muita huomioitavia asioita. Esimerkiksi vetypullot kytketään irti järjestelmästä, tyhjennetään ja säilytetään omassa kuljetuslaatikossaan. Myös vetyjärjestelmän putkistoista poistetaan vety ennen kuljetusta.

Kuva 1 Autioniemi.jpg
Kuva 3. Vetyjärjestelmä tiedekeskus Pilkkeen pihalla valmiina esiteltäväksi Artic Energy Summit Side Visit in Lapland tapahtumassa 21.9.2017.

Monipuolinen oppimisympäristö

SED- ja SED-I hankkeissa rakennettu oppimisympäristö mahdollistaa uusiutuvien energioiden tuotannon ja varastoinnin demonstroimisen käytännössä. Järjestelmään kuuluvat laitteet voidaan kytkeä erilaisiin konfiguraatioihin ja suorittaa erilaisten energiansiirtoketjujen testausta.

Järjestelmä mahdollistaa esimerkiksi vedyn tuotannon uusiutuvia energioita hyödyntäen. Lisäksi vetyä voidaan tuottaa pelkästään sähköverkon voimalla ilman uusiutuvia energianlähteitä ja hyödyntää sitä esimerkiksi sähkökatkon sattuessa. Vaihtoehtoisesti vedyn tuotanto ja varastointi voidaan myös kytkeä pois päältä ja tuottaa sähköä pelkästään uusiutuvilla energianlähteillä.

Järjestelmä mahdollistaa myös yksittäisten komponenttien, kuten esimerkiksi tuulivoimalan tai polttokennon testauksen keinokuormaa hyödyntäen. Järjestelmä voidaan kytkeä esimerkiksi pelkästään polttokennon varaan ja tutkia miten se käyttäytyy erilaisissa kuormitustilanteissa.

Kyseessä on siis hyvin monipuolinen oppimisympäristö ja seuraavana haasteena ja tavoitteena onkin saattaa se opiskelijoiden hyödynnettäväksi. Järjestelmän toimitukseen kuuluu kattava opetus- ja laboratoriotyömateriaali, joka on hyvä pohja vetyjärjestelmän integroimiseksi opetukseen. Lisäksi järjestelmän laitteisiin ja tiedonsiirtoväyliin voidaan kytkeytyä mahdollistaen järjestelmän hyödyntämisen myös tietotekniikan opetuksessa. Tämän lisäksi järjestelmän tuottama tieto kerätään Arctic Powerin tietojärjestelmiin, joista käsin sitä voidaan myös hyödyntää opetuksessa.



Kommentit

Lisää kommentti

Ei kommentteja

Asian äärellä tiistaisin

Pohjoisen tekijät on asiantuntijablogi, jossa julkaistaan Lapin AMKin toimintaa ja toimintaympäristöä käsitteleviä ajankohtaisia kirjoituksia.

Kirjoitukset perustuvat työntekijöidemme tekemään asiantuntija- tai tutkimustyöhön. 

Blogin tarkoituksena on yleistajuisen tiedon levittämisen lisäksi laatia tilannekuvaa ja analysoida erityisesti Lapin kehitystrendejä: onnistuessaan myös nostaa uusia teemoja yleiseen keskusteluun.

Kirjoituksia julkaistaan viikoittain. Julkaisupäivä on pääsääntöisesti tiistai.

Blogin toimituskunnan muodostaa Lapin AMKin julkaisutyöryhmä.

Tervetuloa lukijaksi!

Opiskelijoiden blogi
Opiskelijoiden blogikirjoituksia julkaistaan Lapin AMKin opiskelijablogissa.
Verkkopalvelumme käyttää evästeitä, lue lisää evästeistä. Jatkamalla sivuston selailua hyväksyt evästeiden käytön. [Hyväksyn ehdot]
OK