Related Articles
Väitös:
Kaupunkiympäristöön soveltuva Savonius-tuulivoimala saa lisää tehoa
Suomalaista keksintöä, pystyakselista Savonius-tuulivoimalaa, voidaan edelleen kehittää, käy ilmi Svetlana Marmutovan Vaasan yliopistossa tekemästä väitöstutkimuksesta.
Tutkimuksen mukaan Savonius-tuulivoimalan tehokerrointa voidaan parantaa noin kahdeksan prosenttia eli kaksi prosenttiyksikköä roottorin mekaniikkaa muuttamalla. Tuulivoimalan tehokerroin on voimalan tuottaman tehon ja ilmavirtauksessa olevan tehon suhde.
Väitöstutkimuksessa osoitettiin, että tehokertoimen vaihtelu puuskittaisissa tuuliolosuhteissa riippuu puuskittaisuudesta: mitä suurempi puuskittaisuus, sitä vakaampi on tehokerroin.
– Tämä on hyvä piirre, koska tuuli kaupungeissa on puuskittaista, ja roottorin vakaa toiminta on toivottavaa, sanoo Marmutova.
Marmutova tarkasteli väitöstutkimuksessaan myös Savonius-tuulivoimalan vaikutusta tutkien toimintaan.
Hiljainen ääni on Savoniuksen etu
Savonius-tuulivoimalan keksi suomalainen merialan insinööri Sigurd Savonius 1920-luvulla. Alun perin Savonius ehdotti roottoria purjehdukseen, veden pumppaamiseen, ilmastointiin ja sähkön tuotantoon käyttäen myös ilmaa ja vettä. Savonius-tuulivoimalasta on tehty lukuisia muunnelmia, joita valmistetaan niin Suomessa kuin muualla maailmassa.
Yleisesti tuuliturbiinit voidaan luokitella pystyakselisiin ja vaaka-akselisiin turbiineihin. Esimerkkejä vaaka-akselisesta turbiinista voidaan nähdä tuulipuistoissa joka puolella Suomea. Pystyakselisen Savonius-tuulivoimalan etuja ovat hiljainen ääni, toiminta pienillä tuulen nopeuksilla, riippumattomuus tuulen suunnasta sekä turbiinin kunnossapidon ja valmistamisen yksinkertaisuus.
Periaatteessa yksinkertainen pystyakselinen Savonius-tuulivoimala voidaan tuottaa leikkaamalla sylinterin muotoinen esine auki ja siirtämällä leikatut osat sivuun leikatusta pinnasta. Tällä roottorityypillä on kuitenkin huonompi tehokerroin verrattuna vaaka-akselisiin tuulivoimaloihin.
– Siitä huolimatta Savonius-tuulivoimala voi olla hyvä vaihtoehto kaupunkien sähköntuotannossa, koska se on kooltaan pienempi ja vähemmän herkkä tuulen nopeuden ja suunnan vaihteluille kuin vaaka-akseliset tuulivoimalat, sanoo Marmutova.
Toiminta kaupunkiympäristössä
Marmutova tarkasteli Savonius-tuulivoimalan toimintaa kaupunkiympäristössä eri näkökulmista. Väitöstutkimuksessa tuulivoimalaan ehdotettu muutos lisää siipipinnan roottorin keskustaan, mikä vähentää painetta eteenpäin liikkuvan siiven takana ja lisää nostovoimaa.
Tutkimuksessa arvioitiin myös Savonius-roottorin vaikutusta tutkien toimintaan. Tutkatoiminta perustuu lähetettyjen ja vastaanotettujen signaalien analysointiin, jonka avulla kohteen olemassaolo ja etäisyys pystytään selvittämään. Signaalin tielle osuvat kohteet kuten tuulivoimalat aiheuttavat katvealueen tutkalle. Tämän alueen suuruus riippuu kohteen mittasuhteista ja materiaalista. Tulokset saatiin numeerisen virtauslaskennan (computational fluid dynamics, CFD) avulla Ansys Fluent® and Comsol Multiphysics® -ohjelmistoilla. Tuulialueen tilastollinen analyysi tehtiin Vaasan yliopistokampuksen alueella toteutettuihin mittauksiin perustuen.
Väittelijän tiedot
Svetlana Marmutova syntyi vuonna 1988 Venäjällä. Hän opiskeli sähkötekniikkaa ja uusiutuvaa energiaa Moscow Power Engineering -instituutissa ja bioenergiaa Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa. Hän valmistui molemmista yliopistoista diplomi-insinööriksi vuonna 2011.
Väitostiedot
M.Sc. Svetlana Marmutovan sähkötekniikan alaan kuuluva väitöskirjatutkimus ”Performance of a Savonius wind turbine in urban sites using CFD analysis” tarkastetaan torstaina 26.5.2016 klo 12 alkaen Vaasan yliopiston Fabriikki-rakennuksen TEK-salissa F652.
Vastaväittäjänä tilaisuudessa toimii professori Ron Zevenhoven (Åbo Akademi) ja kustoksena tilaisuudessa toimii professori Timo Vekara.
Kuva: Yksi Savonius-tuuliturbiinin muunnoksista on Windside-turbiini, jonka voi nähdä esimerkiksi Vaasan yliopiston Fabriikki-rakennuksen katolla.
Vaasan yliopisto kouluttaa vastuullisia johtajia ja asiantuntijoita tulevaisuuden tehtäviin. Tutkimuksen strategiset painoalat ovat energia, johtaminen, monikielisyys ja rahoitus. www.uva.fi
