Juuri nyt!
29.4.2016 11.00
Keskiössä sähköiset voimalinjat maalla ja merellä
Hybridi- ja täyssähköiset voimalinjat tekevät tuloaan sekä maalla että merellä. Tähtäimessä ovat ajoneuvoihin, työkoneisiin ja myös laivoihin liittyvät sovellukset. Tavoitteena on kehittää energiatehokkaita ja päästöttömämpiä voimalinjaratkaisuja moderneihin polttokennoihin, akkuteknologioihin ja sähkökonekäyttöihin perustuen.
VTT:llä tehdään tutkimusta sähköisten voimalinjojen monilla osa-alueilla, ja esimerkiksi akkujen, polttokennojen ja sähkökoneiden tutkimukseen on panostettu viime vuosina paljon.
Kuva. Meriliikenne ja laivojen hybridisointi ja täyssähköistys on alue, jossa suomalaisilla yrityksillä ja tutkijoilla on paljon annettavaa, Jenni Pippuri toteaa.
Pippuri on väitellyt sähkömekaniikasta ja tehnyt töitä VTT:llä viitisen vuotta pääasiassa sähkökoneiden parissa. Uusien roolitusten myötä hän luotsaa nyt sähköisten voimalinjojen tutkimusta. ”Meriliikenne ja laivojen hybridisointi ja täyssähköistys on myös erittäin mielenkiintoinen osa-alue, jossa suomalaisilla yrityksillä ja tutkijoilla on paljon annettavaa”, Pippuri miettii.
Tieteellisestä työstä kaupallistamiseen
Sähköisen voimalinjan komponentit kuten akut, polttokennot, sähkömoottorit ja sähkökäytöt ovat jo markkinoilla.”Tekniikka on riittävän kehittynyttä, ja luottamus on saavutettu. Koska akkuja tai polttokennoja pääasiallisena tai osittaisena voimanlähteenä käyttävän ajoneuvon hankintahinta on korkeampi kuin polttomoottoritekniikkaan perustuvan, sähköistyksen tai hybridisoinnin hyötyjä on hyvä tarkastella laajemmin”, Pippuri sanoo.
VTT:llä on kehitetty työkaluja tähän tarkoitukseen. On esimerkiksi mahdollista arvioida, kuinka ajoneuvolta vaadittava suorituskyky ja operointi ja ajoneuvon voimalinjan mitoitus ja polttoaineiden hinnat vaikuttavat erilaisten ratkaisujen elinkaarikustannuksiin, ja tehdä siltä pohjalta parhaat mahdolliset valinnat.
Akkujen latausjärjestelmät ja vedyn jakelu- ja tankkausmahdollisuus ovat ratkaisevassa roolissa erilaisten sähköajoneuvojen yleistymisessä. Voimalinjatekniikan tutkimuksen ja kehityksen lisäksi tarvitaan latausjärjestelmien ja vetyasemien verkosto ennen kuin teknologia voi oikeasti yleistyä liikenteessä. VTT osallistuu aktiivisesti myös lataus- ja tankkausjärjestelmien kehitykseen sekä standardointityöhön.
Tavoitteena kompakti ja energiatehokas sähkökone
Tutkijan työpäivä on täynnä laskentaa. Tietokoneella mallinnetaan ja analysoidaan millaisia magneettikenttiä sähkökoneessa eli sähkömoottorissa tai -generaattorissa syntyy ja minkälaisia voimia, vääntömomentteja ja häviöitä ne aiheuttavat. Kun laskennallisilla tietokoneanalyyseilla on päästy riittävän pitkälle, edetään käytännön kokeiluvaiheeseen laboratoriossa. Tutkijan työhön kuuluu paljon myös kirjoittamista, yhteistyökumppaneiden kanssa kommunikointia ja uusien tutkimusavausten valmistelua.Pippuri työskentelee parhaillaan Suomen Akatemian rahoituksella. Kolmivuotinen tutkijatohtorin rahoitus varmistaa, että uusien sähkökonekonseptien tutkimukseen voi syventyä rauhassa. Tavoitteena ovat kompaktit, energia- ja kustannustehokkaat koneet.
”Pienen koon hintana ei saa kuitenkaan olla se, että käytetään runsaasti harvinaisia maametalleja. Harvinaisten maametallien esiintymät ovat maantieteellisesti hyvin keskittyneitä ja saatavuus rajallinen. Tämän vuoksi olisi hyvä pyrkiä kehittämään ratkaisuja, joissa kestomagneettien määrä on minimoitu.”
Koneen muotoilua pitää punnita suhteessa valmistukseen. Liian rajut muutokset saattavat tehdä kaupallisen massavalmistuksen mahdottomaksi.
Sähkökoneen roottori tulostamalla
Niin kutsutut lisäävät valmistusmenetelmät eli tutummin 3D-tulostusmenetelmät, ovat olleet viime aikoina ajankohtaisia. VTT:llä tutkitaan parhaillaan 3D-tulostuksen mahdollisuuksia sähkökoneen valmistuksessa, erityisesti magneettisten materiaalien ja kappaleiden valmistusta lasersulatuksen keinoin. Uudet valmistusmenetelmät mahdollistavat sähkökoneen vapaamman optimoinnin ja kustomoinnin ja sitä kautta myös materiaalitehokkaammat ratkaisut.”Vaikka 3D-tulostusta ei luultavimmin tullakaan hyödyntämään sähkökoneiden laajamittaisessa valmistuksessa lähivuosina, maailmanlaajuisesti käynnissä olevien tutkimus- ja tuotekehitysprojektien määrästä päätellen tulemme näkemään jo tämän ja ensi vuoden aikana monia pienen kokoluokan kokeiluja ja prototyyppejä”, Pippuri miettii.
”Kun tulostimme ensimmäisiä pieniä sähkökoneen roottoreita, joiden halkaisija oli 3 cm ja pituus 4 cm, niin lopputulos onnistui yli odotusten magneettisten ominaisuuksien suhteen”, Pippuri kertoo.
Vapaa-aikansa Pippuri viettää esimerkiksi ratsastusharrastuksen parissa. Aika kuluu sukkelaan myös suvussa kulkenutta Järvenpäässä sijaitsevaa vanhaa taloa remontoidessa.
”Taloa kunnostaessa ainakin näkee heti, mitä saa aikaiseksi. Pohjustus- ja maalaustyöt ovat tulleet tutuiksi. Myös puutarhatyöt ovat mukavia. Nuorempana harrastin myös vikellystä eli osasin hypätä laukkaavaan hevosen selkään ja sieltä pois, ja myös vaikkapa seistä laukkaavan hevosen selässä.”
Teksti ja kuva: Sirpa Mustonen