Tuulienergian talteenotto mekaanisin menetelmin

Abstract

Työssä tutkittiin tilaajan suunnittelemaa mekaanista tapaa käyttää hyödyksi tuulen liike-energiaa. Ideana on, että tuulesta voimansa ottava vipusysteemi käyttää pumppua, jolla vettä siirretään korkeampaan elevaatioon, josta vesi vapautetaan vesiturbiinille sähkön ollessa kallista. Työn tavoitteena oli tutkia systeemissä syntyviä häviöitä. Tutkimuksen pääpaino oli mekaanisen voimansiirtosysteemin laakeroinnin häviöissä, mutta myös pumppauksen ja vesiturbiinin häviöistä esitetään arvio.

Tutkimus aloitettiin selvittämällä, miten tuulesta saatu liike-energia välittyy tuuliturbiinin akselille. Kun saatiin selvitettyä tarvittava teoria, jolla tuulen energia voidaan hyödyntää, jatkettiin edelleen voimansiirron laakerointiin. Kun tarvittavat lähtötiedot ja teoriat saatiin selville, tehtiin tilanteesta Excel-malli, jolla laskettiin tehohäviöiden suuruudet laitoksen kokeellisessa osassa. Laitoksen kokonaishyötysuhteen arvioimiseksi täytyi kuitenkin selvittää karkeasti, mistä laitoksen muut häviöt muodostuvat. Oleellisiksi osiksi määritettiin vesiturbiini ja pumppu.

Häviölaskelmien tuloksena saatiin selville suuntaa antava arvio voimansiirron laakeroinnin häviöistä. Laakeroinnin häviöiden arvioitiin olevan muutamien prosenttien luokkaa. Laitoksen muiden osien kokonaishyötysuhteeksi arvioitiin noin 80 %, kun pumpun ja vesiturbiinin oletettiin olevan huippukuntoisia ja optimoituja tilanteeseen.

This thesis was made to find out if the invention involving wind power and hydropower would have commercial feasibility. It has been proposed that an alternative solution for harnessing electricity from the wind using wind turbine. General idea is to use mechanical transmission to power a water pump, rather than first converting it to electricity with generator. Pump will be used to pump water to higher elevation, where it will be stored. Water will be then released to water turbine when prices of electricity rise or there is a need for extra power in the network.

Objective was to present a feasible assessment of the losses in the bearings of the mechanical power transmission and overall efficiency of the completed plant. Configuration used in the assessment includes wind turbine, the proposed mechanical transmission, a water pump and a water turbine.

Most of the constant and relevant dimensions were taken from the manuals of bearing manufacturers. Information on the general qualities of pumping system and water turbine were taken from the study material available.

It was determined that losses in the relevant bearings amount to around 1-3%. Losses in the pump and the water turbine amount to combined efficiency around 80% assuming that the equipment is up to date and functioning optimally.

It was concluded that while the idea shows some promise, massive amounts of research is need to determine real feasibility of the plant. More research is needed on the ideal configuration of mechanical transmission and it would be greatly beneficial to build a prototype to get some real measurements.