Tutkimus

”Toista tällaista kokoonpanoa ei Suomenniemellä ole”

Liikuteltavan hybridienergiajärjestelmän perävaunut
ENERVARA-hankkeessa on rakennettu liikuteltava ja teknisiltä ominaisuuksiltaan monipuolinen hybridienergiajärjestelmä kahteen perävaunuun.
Golfauto ja sähköauto kaartavat ladattaviksi tamperelaisen hotellin edustalle. Virtaa niille antavat siirrettävinä energiavarastoina toimivat perävaunut, jotka on rakennettu Tampereen ammattikorkeakoulun ja Tampereen Aikuiskoulutuskeskuksen ENERVARA-yhteishankkeessa.

 ”Tämä on uutta ja ihmeellistä, ja ympäristön kannalta olennainen kehityssuunta”, toteaa TAMKin lehtori Lauri Hietalahti. Hän kehuu vuolaasti opiskelijoita, jotka ovat innokkaasti rakentaneet mobiilia hybridienergiajärjestelmää.

Pirteällä visuaalisella ilmeellä teipatut perävaunut olivat esillä syyskuussa Talotohtori2.0-asiakastapahtumassa Tampereella. Hankkeen opiskelijat demosivat ulkona perävaunujen toimintaa. Projektipäällikkö, TAMKin yliopettaja Aki Korpela kertoi tapahtuman osallistujille liikuteltavasta ja teknisiltä ominaisuuksiltaan monipuolisesta hybridienergiajärjestelmästä.

– Energian varastointiratkaisut osana uusiutuvan sähköenergian käyttöä -hankkeen ideana on edistää uusiutuvaan energiaan ja energian varastointiin liittyviä monipuolisia sähkökäyttöjä Pirkanmaalla. Samalla kehitämme uusia oppimisympäristöjä insinöörikoulutukseen, Korpela taustoittaa.

Hankkeessa on rakennettu kahden perävaunun järjestelmä, joka sisältää sähköverkkojen latausaseman ja sadan kilowattitunnin energiavaraston. Järjestelmän sydän ja teknisesti haastavin on tehoelektroniikkalinjasto, jonka ovat suunnitelleet TAMKin voimatekniikan lehtorit Lauri Hietalahti ja Klaus Virtanen. EAKR-hanketta rahoittaa Pirkanmaan liitto.

Osaavat opiskelijat

Opiskelijoiden rooli on ollut keskeinen hybridienergiajärjestelmää rakennettaessa.

− Meillä kävi hyvä tuuri, kun saimme toteutustyöhön kaksi timanttista opiskelijaa, Korpela toteaa.  

Hietalahti yhtyy kehuihin.

− Tähän projektiin kiinnitetyt opiskelijat ovat innokkaita ja tosi osaavia. Heidän panoksensa on ollut aivan keskeinen näiden rakentamisessa, ja tämä onkin ollut yksi positiivisimmista hankkeista sen suhteen. Parhaimmillaan se on juuri näin, että opiskelijat sitoutuvat täysillä projektiin.

Kehuja saaneet sähkötekniikan opiskelijat ovat Toni Markkula ja Samuli Alanen. Käyttöönottoon on osallistunut myös Hannes Heikkilä. Markkula on vastannut rautapuolen asennuksista.

− Olen asentanut noin 80 prosenttia tästä järjestelmästä. Rakensimme hybridienergiajärjestelmän kahteen perävaunuun. Tässä on mahdollista ottaa sähköä monesta eri lähteestä, kuten aurinkovoimalasta, akustosta tai valtakunnan verkosta ja tehdä erillinen saarekeverkko. Tällä hetkellä vaunussa on kiinteänä kalustuksena sähköauton latausasemia, Markkula taustoittaa.

Käytännön projektityö täydentää teoriaopintoja.

– Kyllä tässä on ihan uutta näkökulmaa saanut. Kun laitteet on valittu, niin ne oikeasti hankitaan ja asennetaan. On ollut tarkempaa ja tärkeämpää, että mitä valintoja tekee, kun lopputulos ei ole pelkästään sanallinen palaute harjoitustyön päätteeksi, painottaa Markkula.

Sähköautoille lisää virtaa myös tien päällä

Paikalle kaartaa ladattavaksi tavallisuudesta poikkeava golfauto.

− Tämä on luksusgolfauto, jossa on Mercedes Benzin stailaus ja valmistajana on tanskalainen Garia. Me Comatecilla olemme suunnitelleet tähän sähköt, elektroniikan ja näytön, kertoo Eero Kalevo.

Golfauto lataa perävaunun pistorasiasta akkuunsa lisävirtaa ja huristelee äänettömästi eteenpäin. Sen jälkeen lataukseen siirtyy isompaa lataustehoa tarvitseva sähköauto.  

− Voimme ottaa sähköverkosta energiaa ja ladata tähän vaunuun, jossa on reippaasti akkuja, selvittää Hietalahti. − Jos sähköverkkoa ei ole käytettävissä, tai verkossa on kapasiteettia liian vähän, eli pitäisi saada sadan litran ämpäri täyteen ja tulee vain kahvikupillinen kerrallaan, niin silloin voimme ottaa täältä puuttuvan osuuden. Näin saamme isotehoisia latauksia esimerkiksi Tesla-tyyppisille normaalin kokoluokan autoille.

Uutta ja ihmeellistä

Korpela summaa hybridienergiajärjestelmän monipuolisia käyttömahdollisuuksia.

− Rakensimme järjestelmän, joka ei sulje pois käyttöjä, joita emme vielä osaa edes ajatella. Esimerkkeinä jo testaamistamme käytöistä on sähköajoneuvojen lataaminen siten, että osa energiasta otetaan verkosta ja osa energiavarastosta, tai sitten ladataan ajoneuvoja tien päällä.

− Voimme leikata myös verkon kalliita tehopiikkejä. Mielenkiintoinen käyttö on saarekeverkon toteuttaminen ja omakotitalon sähköteho-omavaraisuus. Energiavaraston avulla pystytään toteuttamaan tuotantoteholtaan tasainen järjestelmä. Sähköverkon tehotasapainon ylläpitämiseen voidaan osallistua aggregoinnin kautta, Korpela kertoo.

− Ympäristön kannalta olennainen kehityssuunta on se, että meillä on puskurivarastoja. Kaikki se älykkyys on tässä vaunussa. Tämä on uutta ja ihmeellistä, eikä tällaista kokoonpanoa Suomenniemellä toista ole, kehaisee Hietalahti.

Mobiilia sähköenergiaa

Perävaunut siirtyvät helposti paikasta toiseen pakettiautolla tai isolla henkilöautolla. Korpela antaa käyttöesimerkkinä vaikkapa isot suunnistustapahtumat, Puolustusvoimien leirit tai muut sähköverkon ulkopuoliset tapahtumat, joissa on tarvetta merkittävälle sähköteholle.

Kooltaan isompi teholinja- ja latausvaunu on suunniteltu yhteistyössä TAMKin sähkötekniikan ja kahden yrityksen kanssa.

– Hankkeessa on mukana useita pk-yrityksiä. MSC Electronics toimitti teholinjaston, jota olemme modifioineet. Plugitin kanssa on tehty ohjelmallista yhteistyötä.

Pienempi vaunuista on energiavarastovaunu.

− Siellä on yhteensä 108 LFP-kennoa sarjaan kytkettyinä, joista tulee 350 volttia kokonaisjännitettä ja vajaa 100 kWh kapasiteettia. Meillä on hankkeessa myös Kalmarilta saatu, reilun 15 kWh:n konttilukkikäyttöön suunniteltu energiavarasto. Se on sähkökonetekniikan labrassa opetuskäytössä, joten insinööriopiskelijat pääsevät testailemaan energiavarastojen ominaisuuksia.

− Näyttää vahvasti siltä, että ensi vuoden alusta alkaa jatkohanke Älykkäät ohjaukset moderneissa energiajärjestelmissä. Tavoitteena on suunnitella ja toteuttaa älypohjaisia ohjauksia tälle systeemille niin, että se toimii automaattisesti ja optimoidusti erilaisissa käyttötilanteissa.

Uusille timanttisille opiskelijoille riittää siis jatkossakin käytännön tekemistä.

 

Lisätiedot:
Aki Korpela
Yliopettaja, teollisuusteknologia
Tampereen ammattikorkeakoulu
aki.korpela [at] tuni.fi, 040 6372 840

https://projects.tuni.fi/enervara/

 

Teksti ja kuva: Hanna Ylli