Pientuulivoimalaitoksen maston suunnittelu, lujuustekninen tarkastelu ja kustannusten optimointi
Finnilä, Jarkko (2013)
Finnilä, Jarkko
Oulun seudun ammattikorkeakoulu
2013
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201305107593
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201305107593
Tiivistelmä
Energian kulutus maailmalla ja Suomessa kasvaa nykyisestä. Suomessa energian hinta on elintasoon nähden länsimaiden edullisimpia. Tämä aiheuttaa paineita energian hinnan nostolle. Lisäksi Suomessa käytetään lähes kolminkertainen määrä energiaa esimerkiksi Saksaan verrattuna kylmien pohjoisen olosuhteiden vuoksi. Toisaalta huoli ympäristöstä on kasvava paremman ympäristötietoisuuden vuoksi. Globaali ilmaston lämpeneminen on herättänyt ihmiskunnan laajasti pohtimaan energian tuotannon vaikutuksia. Tuulivoima on yksi varteen-otettava vihreän energian tuotantomuodoista.
Opinnäytetyön teettäjä Vesa Pehkonen on suomalainen pientuulivoimaharrastaja. Pehkonen näkee pientuulivoimatuottajille suunnatun asiakkaan kokoonpantavan maston mahdollisena yritystoiminnan tuotteena. Työn tavoitteena oli suunnitella vapaasti seisova ristikkomastosarja, jonka kohderyhmänä ovat pientuulivoimatuottajat, eli alle 50 kW tuulivoimalaitokset. Masto oli suunniteltava niin, että se on kokoonpantavissa täysin pystytyspaikalla ilman hitsausta. Työssä tarkastellaan mastoja lujuusteknisen tarkastelun kautta ja pyritään suunnittelussa pitämään materiaali- ja valmistuskustannukset mahdollisimman alhaisena.
Aluksi työssä määriteltiin mastoon kohdistuvat kuormat, joita olivat turbiinin ja maston tuulikuorma sekä turbiinin ja rakenteen oma paino. Tämän jälkeen suunniteltiin alustava ristikkomalli 3D-mallinnusohjelmalla. Malli siirrettiin erilliseen FEM-ohjelmistoon, jossa tarkasteltiin maston käyttäytyminen. Tämä toistettiin niin useasti, ettei optimointia voinut enää tehdä pidemmälle määriteltyjen lähtöarvojen puitteissa. FEM-ohjelmistosta saatiin mastoon vaikuttavat voimat liitososien mitoitusta varten. Liitososien mitoituksen jälkeen ne tarkasteltiin 3D-mallinnusohjelmiston FEM-analyysityökalulla.
Työssä suunniteltiin kaksi mastoa, 21 ja 30 m korkeat vapaasti seisovat ristikkomastot periaatteellisien liitososien kanssa. Mastot poikkeavat umpinaisten profiiliensa sekä asiakkaan itse kokoonpantavan rakenteen osalta markkinoilla olevista mastoista. Mastot on mitoitettu kestämään 10 kW tuuliturbiinin aiheuttamat kuormat.
Opinnäytetyön teettäjä Vesa Pehkonen on suomalainen pientuulivoimaharrastaja. Pehkonen näkee pientuulivoimatuottajille suunnatun asiakkaan kokoonpantavan maston mahdollisena yritystoiminnan tuotteena. Työn tavoitteena oli suunnitella vapaasti seisova ristikkomastosarja, jonka kohderyhmänä ovat pientuulivoimatuottajat, eli alle 50 kW tuulivoimalaitokset. Masto oli suunniteltava niin, että se on kokoonpantavissa täysin pystytyspaikalla ilman hitsausta. Työssä tarkastellaan mastoja lujuusteknisen tarkastelun kautta ja pyritään suunnittelussa pitämään materiaali- ja valmistuskustannukset mahdollisimman alhaisena.
Aluksi työssä määriteltiin mastoon kohdistuvat kuormat, joita olivat turbiinin ja maston tuulikuorma sekä turbiinin ja rakenteen oma paino. Tämän jälkeen suunniteltiin alustava ristikkomalli 3D-mallinnusohjelmalla. Malli siirrettiin erilliseen FEM-ohjelmistoon, jossa tarkasteltiin maston käyttäytyminen. Tämä toistettiin niin useasti, ettei optimointia voinut enää tehdä pidemmälle määriteltyjen lähtöarvojen puitteissa. FEM-ohjelmistosta saatiin mastoon vaikuttavat voimat liitososien mitoitusta varten. Liitososien mitoituksen jälkeen ne tarkasteltiin 3D-mallinnusohjelmiston FEM-analyysityökalulla.
Työssä suunniteltiin kaksi mastoa, 21 ja 30 m korkeat vapaasti seisovat ristikkomastot periaatteellisien liitososien kanssa. Mastot poikkeavat umpinaisten profiiliensa sekä asiakkaan itse kokoonpantavan rakenteen osalta markkinoilla olevista mastoista. Mastot on mitoitettu kestämään 10 kW tuuliturbiinin aiheuttamat kuormat.