Vesiväylien turvalaitteiden energianlähteiden valinta
Wallius, Miika (2021)
Diplomityö
Wallius, Miika
2021
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021081843557
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021081843557
Tiivistelmä
Digitalisaatio on nykyään osa vesiväylien turvalaitteita. Tämä tarkoittaa esimerkiksi niihin asennettavia etäohjattavia sensoreita, sääasemia ja valoja. Nämä lisälaitteet vaativat energianlähteen, joka toimii luotettavasti kylmässä ja vaikeissa olosuhteissa. Siksi tässä työssä kartoitetaan erilaisten lisälaitteiden kulutusta, akkujen ominaisuuksia sekä sähköntuottomenetelmien teoriaa. Lisälaitteiden osalta keskitytään vesiväylien turvalaitteissa jo käytössä oleviin laitteisiin sekä mahdollisesti tulevaisuudessa käytettäviin laitteisiin. Sähköntuotantomenetelmissä käsitellään lyhyesti poltto- ja aurinkokennoja sekä aaltovoimaloita. Näitä tietoja hyödynnetään tätä työtä varten tehdyn energianlähteiden laskentatyökalun pohjana.
Laskentatyökalun tuloksia tarkastellaan yksinkertaisen esimerkkitapauksen kautta. Havaittiin, että kylmyys vaikuttaa merkittävästi akkujen kapasiteettiin ja aurinkokennojen tuotantoon vaikuttaa eniten varjostukset. Laskentatyökalu laskee kuukautisia keskiarvoja, jonka takia edellä mainitut häviöt jäävät huomioimatta. On siis käyttäjän vastuulla valita tarpeeksi suuri energianlähde, joka riittää kylmien kuukausien yli ja silloin, kun tuotanto on heikkoa.
Laskentatyökalun kehityskohteina ovat kulutuksen ja tuotannon tarkempi arviointi mittausten avulla. Lisäksi akuilla voitaisiin luoda esimerkiksi taulukko, joka sisältäisi kaikkien akkutyyppien kapasiteetit ja jännitteet eri lämpötiloissa. Näin saataisiin laskettua kuukausittaista lämpötilaa vastaava kapasiteetti ja jännite taulukosta interpoloimalla. Myös laskennan nopeutta voitaisiin tehostaa, mikä mahdollistaisi samalla useamman nimikkeen listaamisen taulukoihin. Today, digitalization is part of waterway safety equipment. This includes, for example, the use of remotely operated sensors, weather stations and lights. These accessories require an energy source that works reliably in cold weather and in difficult conditions. Therefore, this work examines the consumption of various equipment, the characteristics of batteries, and the theory of power generation methods. The focus is on equipment already in use in waterway safety and on equipment that may be used in the future. Electricity generation methods that are considered are fuel cells and solar cells as well as wave power plants. This information is used as a basis for the energy source calculation tool developed for this work.
The results produced by the calculation tool are examined through a simple example case. It was found that the cold significantly affects the capacity of the batteries, and the production of solar cells is mostly affected by shading. The calculation tool calculates monthly averages, which means that the above-mentioned losses are ignored. It is therefore the user's responsibility to choose a large enough energy source that is sufficient during the cold months and when production is low.
The development targets of the calculation tool are more accurate assessment of consumption and production of electricity by means of measurements. In addition, a table containing the capacities and voltages of all battery types at different temperatures could be created for batteries. It would be then possible to calculate the capacity and voltage that corresponds to the monthly temperature by interpolating between the listed values. The speed of the calculation could also be improved, which would at the same time allow more items to be listed to the tables.
Laskentatyökalun tuloksia tarkastellaan yksinkertaisen esimerkkitapauksen kautta. Havaittiin, että kylmyys vaikuttaa merkittävästi akkujen kapasiteettiin ja aurinkokennojen tuotantoon vaikuttaa eniten varjostukset. Laskentatyökalu laskee kuukautisia keskiarvoja, jonka takia edellä mainitut häviöt jäävät huomioimatta. On siis käyttäjän vastuulla valita tarpeeksi suuri energianlähde, joka riittää kylmien kuukausien yli ja silloin, kun tuotanto on heikkoa.
Laskentatyökalun kehityskohteina ovat kulutuksen ja tuotannon tarkempi arviointi mittausten avulla. Lisäksi akuilla voitaisiin luoda esimerkiksi taulukko, joka sisältäisi kaikkien akkutyyppien kapasiteetit ja jännitteet eri lämpötiloissa. Näin saataisiin laskettua kuukausittaista lämpötilaa vastaava kapasiteetti ja jännite taulukosta interpoloimalla. Myös laskennan nopeutta voitaisiin tehostaa, mikä mahdollistaisi samalla useamman nimikkeen listaamisen taulukoihin.
The results produced by the calculation tool are examined through a simple example case. It was found that the cold significantly affects the capacity of the batteries, and the production of solar cells is mostly affected by shading. The calculation tool calculates monthly averages, which means that the above-mentioned losses are ignored. It is therefore the user's responsibility to choose a large enough energy source that is sufficient during the cold months and when production is low.
The development targets of the calculation tool are more accurate assessment of consumption and production of electricity by means of measurements. In addition, a table containing the capacities and voltages of all battery types at different temperatures could be created for batteries. It would be then possible to calculate the capacity and voltage that corresponds to the monthly temperature by interpolating between the listed values. The speed of the calculation could also be improved, which would at the same time allow more items to be listed to the tables.