sähköntuotanto

Video: Kilpapyöräilijän hikinen tapa tehdä paahtoleipä

La, 06/06/2015 - 02:06 Jari Mäkinen

Perjantain perinteisessä kevytjutussa (joka tosin tulee nyt lauantain puolella) paahdetaan leipä.

Hauskassa ja opettavaisessa videossa saksalainen olympiamitalisti, ratapyöräilijä Robert Förstemann laitetaan kehittämään sähköä, joka vaaditaan paahtoleivän paahtamiseen. Kuntopyörään laitettu generaattori syöttää muuntimen kautta virtaa teholtaan 700 W olevaan leivänpaahtimeen.

Miten sprintteri, jonka reidet ovat 74 cm ympärysmitaltaan, jaksaa taistella itselleen paahtoleivän? Video näyttää.

Robert polkee videolla minuutin ajan noin minuutin ajan, kun leipä paahtuu, joten hän tekee työtä 700 watin teholla 60 sekunnin ajan. Hän siis tekee työtä 42000 joulen edestä. Siis 42 kJ. 

Paahtoleivässä on noin 70 kaloria ja jos sen päälle laittaa hilloa, niin siitä tulee 50 kaloria, eli yhteensä noin 120 kaloria. Koska ruoasta puhuttaessa kalori on itse asiassa kilokaloreita, on paahtoleivän energia 120 kcal.  Koska 1 kcal = 4,184 kilojoulea, on paahtoleivän energia fysikaalisesti ilmaistuna noin 502 kJ.

Näin ollen paahtoleivän energialla Robert paahtaisi lähes 12 leipää. Jos paahtamisen kaltaista kuntoilua ei oteta huomioon, vaan oletetaan että ihminen kuluttaa päivässä noin 2000 "kaloria", niin siitä yksi paahtoleipä hillolla on 6%.

Numeroleikkiä voi vielä jatkaa laskemalla, että jos pieni kylä, sanotaan vaikka 1000 henkilöä 300 asunnossa, laittaa aamulla samaan aikaan paahtimensa päälle, niin niiden käyttämiseen vaaditaan 210 kW. Se on noin tuhannesosa tyypillisen (keskieurooppalaisen) maalle asennetun tuulivoimalan tehosta. Koska sellainen tuottaa 2,5 – 3 MW, pystyisi yksi tuulimylly paahtamaan noin 3600 leipää samanaikaisesti. 

Pienen omakotitaloon asennettavan aurinkopaneelisysteemin 2 kW:n teholla paahtaisi 2,8 leipää samalla kertaa, mikä riittää varmasti normaalikäyttöön hyvin, sillä yleensä leipiä ei paahdeta samaan aikaan perheissäkään roppakaupalla.

Olkiluoto 2 -ydinvoimalan tehosta (880 MW) yksi paahtoleipä on 0,00007%, eli se voisi paahtaa samanaikaisesti 1 257 142 paahtoleipää. 

Vertailun vuoksi: Tanskassa sijaitsevan Anholtin merituulifarmin 400 MW:n teho puolestaan riittää 571 428 paahtoleipään ja Euroopan suurimman (viime viikolla lähelle Bordeaux'ia avatun) aurinkopaneelisysteemin teho 300 MW riittää puolestaan 428 571 paahtoleipään.

Paahtoleivän paahtaminen on hyvä esimerkki myös sähkön kulutuksen ja tuotannon ongelmasta, sillä jos jokainen paahtaisi leipänsä eri aikaan, riittäisi paahtamiseen vain yksi 700 W:n teholla sähköä tuottava generaattori. Mutta kun paahtoleivät laitetaan paahtumaan aamulla samaan aikaan (ja vielä kahvi tippumaan samalla kertaa), niin tuloksena on kulutuspiikki, ja tuotanto pitää mitoittaa sen mukaan...mutta siihen ei kannata mennä syvemmälle tällä kertaa.

Videon on tuottanut Nathan Grossman Tukholman Dramastiska Högskolanista. Sen on kuvannut Johan Hannu, musiikista vastaa Fredrik Wictorsson ja generaattorilaitteiston ovat tehneet Jitin Thomas ja Satyajit Bagchi.

Rakettimiehen mullistava kotiakku

Su, 05/03/2015 - 11:55 Jari Mäkinen

Tämä näyttää suuntaa, joka pelottaa varmasti sähköyhtiöitä: joka kotiin asennettava akku, josta riittää voimaa pitkäksi aikaa ja jota voi ladata vaikkapa aurinkopaneeleilla. 

Kodit eivät olisi enää verkkovirran päässä, vaan ne olisivat vapaita.

Sähköautovalmistaja Tesla ja sen perustaja sekä johtaja Elon Musk julkisivat perjantaina Los Angelesissa Tesla Powerwall -akun, koteihin ja pienyrityksiin tarkoitetun seinään asennettavan litiumioniakun, sekä sen isomman version, Tesla Powerpackin, mikä kykenee säilömään enemmän virtaa. 

Itse autofirma ei kuitenkaan ala valmistaa näitä, vaan niitä varten perustetaan oma yritys: Tesla Energy. Voi olla, että siitä tulee pian emoaan suurempi ja tärkeämpi firma.

Joissain artikkeleissa julkistettujen akkujen on manattu jo olevan ydinvoimaloiden ja muiden suurten, keskitettyjen voimalaitosten lopun alku, mutta tämä on hieman liioittelua. Kyse on kuitenkin merkittävästä askeleesta kohti uudenlaista energia-aikaa. 

Uusiutuvien energialähteiden käytön suurin kompastuskivi tähän mennessä on ollut se, että sähkövirran tallentaminen myöhemmin käytettäväksi on ollut kallista ja hankalaa. Esimerkiksi aurinkopaneelit tuottavat sähköä päivällä, jolloin kulutus kotitalouksissa on vähäisintä. Hyvällä puhurilla tuulivoimaa tulee enemmän kuin olisi tarpeen, mutta tyynellä tuotanto on paljon vähäisempää.

Mikäli tätä vaihtelua voitaisiin tasata mahdollisimman lähellä paikkaa, missä sähköä käytetään – kuten kodeissa – olisi esimerkiksi aurinkovoima huomattavasti houkuttelevampi vaihtoehto. Pulaahan päivänpaisteesta ei ole, ja paneelit tuottavat virtaa myös pilvisinä päivinä, tosin luonnollisesti kirkkaita kesäpäiviä vähemmän.

Kaksi erikokoista seinäakkua

Teslan Powerwall-akkusysteemi perustuu nestejäähdytteiseen, seinään asennettavaan litiumioniakkuun, joita voi käyttää joko yksin tai liittää sarjaan yhdeksän kappaletta. Akun voi kytkeä joko aurinkopaneeleihin, tuulivoimalaan tai muuhun generaattoriin, jolloin se voi toimia itsenäisenä voimajärjestelmänä, tai liittää verkkovirtaan, jolloin se voisi toimia esimerkiksi varmuusjärjestelmänä sähkökatkosten varalta.

Akkuja on kahdentehoisia, 7 kWh:n ja 10 kWh:n versioita. Yhdysvalloissa, missä ne tulevat myyntiin nyt kesällä, hintana on 3000 ja 3500 dollaria.

Kooltaan akut ovat vajaan metrin leveitä ja 1,2 metriä korkeita. Paksuus on noin 18 cm. Massa on noin sata kiloa ja ne voi asentaa niin sisälle kuin uloskin. Yhtiö lupaa laitteelle 93% hyötysuhteen ja antaa sille kymmenen vuoden takuun.

Pienyrityksille ja hieman suurempaan käyttöön tarjottava Powerpack varastoi 100 kWh:n edestä sähköä ja niitäkin voi liittää yhteen. 

Vallankumouksellinen? Kyllä ja ei.

Kuten kuka tahansa kännyköiden ja muiden akkukäyttöisten laitteiden käyttäjä tietää, akkujen teho pienenee ajan myötä ja ne pitää aikanaan vaihtaa. Nykyiset litiumioniakut ovat tässä parempia kuin aiemmat akkutyypit, mutta silti akkutekniikassa on vielä paljon toivomisen varaa.

Aika näyttää, millainen Teslan akkujen luotettavuus, varauskyvyn kehitys pitkällä tähtäimellä ja käyttökustannukset tulevat olemaan, joskin Teslan autonakkujen kokemusten perusteella suurin osa perusongelmista on nyt ratkaistu.

Kyseessä onkin ensimmäinen tämänkaltainen tuote, ja sen seuraavista versioista ja eittämättä mukaan tulevista kilpailijoista tulee luonnollisesti parempia. Nyt tekniikka on kuitenkin sillä tasolla, että kotiakkujärjestelmän tekeminen on kannattavaa ja tarpeeksi kätevää.

Suurin hyöty laitteistoista saadaan Kalifornian kaltaisissa paikoissa, missä päivänpaistetta on paljon ja suurin osa kodeista on erillistaloja. Siellä akun ja aurinkopaneelin avulla kotitalous voisi olla omavarainen. Sen sijaan esimerkiksi Suomessa, missä on talvisin kylmää ja pimeää, ei ilman verkkovirtaa tule vielä toimeen – ainakaan jos lämmityskin toimii sähköllä. Kesämökit ovat toinen asia: jo nykytekniikalla niistä saa sähköisen mukavia ilman verkkovirtaa.

Kun ajatellaan sähkönkäyttöä laajemmin, niin suurin osa virrasta menee muualle kuin koteihin: teollisuus, yritykset, julkiset tilat, liikenne ja niin edelleen käyttävät myös paljon. Niihin ei akuista ole toistaiseksi paljoa apua, vaikkakin esimerkiksi katuvalaistusta voitaisiin jo nyt - myös Suomessa - korvata itsenäisesti sähköä keräävin ja varastoivin lampuin.

Sitä mukaa kun akkutekniikka paranee, muuttuu myös  suurkäytetäyttäjien tilanne; suunta on kaikkialla kohti paikallisempaa sähkön tuotantoa ja varastointia. Päätöstä Suomessakin uudesta ydinvoimalasta kannattaisi tehdä tässä valossa. Teknisesti mikään ei estä jatkamasta sähköntuotantojärjestelmän tekemistä vanhaan, totuttuun tapaan, mutta kun uusi aika ei ole vain ovella, vaan jo täällä, niin kannattaako se?

Voimaa aallokosta: Waveroller muuttaa laineet sähköksi

La, 08/24/2013 - 17:52 Toimitus

Suomalainen aaltovoimalaitostekniikkaa kehittävä AW-Energy on tilannut täysikokoisen koevoimalaitoksen, jonka avulla yhtiö haluaa testata tositoimissa uutta, mullistavaksi mainostamaansa sähköntuotantotekniikkaa.

Yhtiön ideana on muuttaa rantavyöhykkeellä oleva veden edestakainen vellominen sähköenergiaksi eräänlaisella laipalla, joka käyttää hydraulipumppujen avulla generaattoria. WaveRoller -nimiset laitteet on tarkoitus asentaa avomerelle vähintään 300 metrin ja enintään noin kahden kilometrin päähän rannasta 8-20 metrin syvyyteen. Siellä ne ovat meren pohjassa upoksissa, pohjaan tukevasti ankkuroituina, tuottamassa aaltotilanteesta riippuen 500-1000 kW:n teholla virtaa.

Keksinnön isä on sukeltajana enemmän tunnettu Rauno Koivusaari, joka sai ajatuksen hylyn luona sukeltaessaan. Hän huomasi miten laivan runko liikkui edestakaisin pinnan alla olevien aaltojen voimasta. Hän suunnitteli ensimmäiset prototyypit ja testasi konseptiaan laboratoriossa, kunnes tekniikkaa on testattu jo mm. Portugalissa avomeriolosuhteissa.

Nyt tilattu koevoimalaitos on kuitenkin ensimmäinen täysikokoinen versio aaltovoimalasta ja ainutlaatuinen Euroopassa. Koelaitoksella voidaan testata tekniikkaa pitkäaikaisessa käytössä ja huomattavan suurilla mekaanisilla voimilla, joilla saadaan runsaasti virtaa, mutta samalla joka kuormittaa tekniikkaa enemmän. Kyseessä on siten merkittävä askel aaltovoiman teollistamisessa – tai sen kannattamattomaksi havaitsemisessa.

AW-Energy on tilannut laitoksen Etteplan -yhtöltä, joka vastaa koko testauslaitoksen suunnittelusta ja laitoksen teknisestä laskennasta.