Puhdasta energiantuotantoa etäkäyttöisesti

Energiantuotanto on energian muuntamista yhdestä energiamuodosta toiseen. Kiinnostavaa on mm. ehtymättömän aurinko- ja tuulivoiman hyödyntäminen, vaikka näille tuotantomuodoille on ominaista vaihtelevuus säiden mukaan. Hajallaan olevien tai pienimuotoisten energiantuotantoyksiköiden kannattava hyödyntäminen edellyttää etämonitorointia ja etäohjausta. Tämä on saavutettavissa automaation ja digitaalisuuden keinoin.

Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulussa Xamkissa toteutettiin kehittämishanke yhdessä paikallisten ammattiopistojen kanssa. Hankkeessa luotiin web-pohjainen sivusto, jolle kertyy tunnissa lähes 200 eri mittaustietoa sekä reaaliaikaista kamerakuvaa Suomen Voima Oy:n rakentaman teollisen kokoluokan (725 kW) aurinkovoimalasta ja samalla Mäkelänkankaan alueella sijaitsevasta tuulipuistosta.

Minuutin keskiarvomittauksien tiedot tallennetaan ja jaetaan Xamkin tietokannan kautta. Sivustoilla käyttäjä voi tarkastella tuotantotietoja ja vertailla niitä vaikka sääolosuhteisiin, kun käyttäjä pääsee visuaalisestikin kameroiden avulla paikan päälle tutkimaan reaaliaikaista tilannetta.

Mäkelänkankaan aurinkosähkön tuotannon seuranta

Aurinkoenergian mittauksiin käytetään automaatiojärjestelmää (kuva 1), joka koostuu useasta eri osa-alueesta ja komponentista. Pääohjain kerää mittaustietoa kentällä olevista mittausmoduuleista, virtadataa kerätään jokaiselta silmukalta, ja virranmittausmoduuleilta tieto siirtyy viestintämoduuleille, joista se tulee pääohjaimelle.

Pääohjaimella voidaan tarkastella kaikkia tiedonsiirtomoduulilta tulevia mittaustuloksia erikseen. Kentältä mittausdataa tuottaa myös sääasema, jonka kautta saadaan mittausdataa auringon säteilytehosta, ulkolämpötilasta, sekä paneelien lämpötilasta. Lisäksi sääasemasta löytyy anturi tuulen suunnan ja voiman mittaamiseen.

Tietohallintajärjestelmänä (kuva 2) Mäkelänkankaalla toimii dataloggeri, joka kerää ja analysoi mittaustietoa, kirjaa tiedot paikan päällä ja siirtää ne internetin välityksellä lähes reaaliajassa palvelimille. Tieto siirtyy kentältä valvomoon GPRS-yhteyden välityksellä.

Jatkuvasti kerättävä informaatio voimaloista tuottaa aineistoa, joista oppimisympäristökäytössä on laskettu mm. tuuli- ja aurinkovoiman keskinäisen tuotantotehon korrelaatiota vuorokausitasolla eri vuodenaikoina sekä todennettu tuulivoiman tuotantotehon riippuvuutta tuulen nopeudesta. Etämonitoroitavaa, digitaalista oppimisympäristöä opiskelijat pitävät kiinnostavana käytön joustavuuden takia. Xamkissa rakennettiin opetuksen tueksi myös käytännönläheinen demoalusta, jossa pystytään simuloimaan aurinkopuistoa: syntyvä energia voidaan yhdistää kulutuspisteisiin tai varastoida energiavarastoon. Demoalustalla pystytään tutkimaan ja mittaamaan aurinkopaneelien toiminnan kannalta oleellisia suureita.

Lämmönsiirto-osaamista etäohjattavasta aurinkolämpöjärjestelmästä

Omakotitalon aurinkolämpöjärjestelmä on ollut Xamkin energiatekniikan tutkimus- ja oppimiskohteena vuodesta 2016. Aurinkokeräin siirtää auringon säteilyenergiaa lämmöksi propyleeniglukolinestekiertoon, joka siirtää lämmön edelleen käyttövesivaraajan veteen (kuva 3).

Aurinkolämpöjärjestelmä etäkäyttöisenä mahdollistaa lämmönsiirtotehon tutkimisen ja järjestelmän toiminnan optimoinnin. Ohjausjärjestelmä on tiedonkeruuyksikkönsä kautta yhteydessä järjestelmätoimittajan pilvipalveluun, jolloin prosessi- ja tuotantotieto ovat digitaaliyhteyksin käytettävissä esimerkiksi verkkoon liitetyllä tietokoneella, älykännykällä tai muulla päätelaitteella.

Oppimiskäytössä aurinkolämpöjärjestelmä on suosittu konkreettisuutensa vuoksi: tuotanto- ja käyttötilanne vaihtelee päivittäin. Neljän lämpötilamittauksen ja virtaamamittauksen tehdään laskelmia varaajan veteen siirtyneestä lämpötehosta ja lämpöhäviöistä, ja tarkkailija voi seurata lämmitystilanteen kehittymistä online- tai historiatiedon perusteella. Pitkällä aikavälillä verrataan aurinkolämpöä ja muita energiantuotantomuotoja sähkönjakeluyhtiön tarjoamien digitaalisten kulutustietopalveluiden avulla.