Kineettisen akun prototyyppi pyörii laboratoriossa ilman fyysistä kosketusta. Akku varastoi tulevaisuudessa uusiutuvaa energiaa.
Espoon Otaniemessä nytkähti helmikuun puolella liikkeelle halkaisijaltaan kolmemetrinen vauhtipyörä. Kokeessa on kysymys tiettävästi maailman ensimmäisestä kaupallistettavasta akselittomasta vauhtipyörästä, joka varastoi liikkeeseen energiaa.
Prototyypin kasaamisesta ja suunnittelusta vastasi kaksi insinööriä, Markus Merilä ja Juuso Pöllänen.
– Tuntuu aivan eeppiseltä! Se hetki, kun varmistettiin, että roottori ei tosiaan koske mihinkään pyöriessään, oli yksi isoimpia kulmakiviä, jonka eteen ei paljon ole tunteja laskettu, Merilä riemuitsee.
Käynnistysaikataulu venähti viikkoja, koska vastaavaa ei ole tehty aiemmin ja matkaan tuli yllätyksiä.
– Se on lajin hienoin puoli ja samalla suurin haaste, ettei ole oikeastaan ketään, jolta voisi kysyä apua, Merilä tiivistää.
Kineettinen energiavarasto säilyttää tulevaisuudessa uusiutuvista lähteistä tuotettua energiaa niiksi hetkiksi, kun tuotanto ylittää kysynnän. Kun energiaa ladataan vauhtipyörään, sen nopeus kiihtyy, ja kun latausta puretaan, vauhti hidastuu.
Magneetit säätävät
Vauhtipyörän ydin on muutaman sadan kilon painoinen roottori. Se leijuu ilmassa roottorin sisään upotettujen ja sen alapuolelle kiinnitettyjen kestomagneettien avulla. Roottori vakautetaan aluksi aktiivimagneettien avulla, mikä kuluttaa virtaa. Kun säädöt saadaan kohdalleen, kulutus on olematonta.
– Aktiivimagneettien säätimien lopullinen hienosäätö tapahtuu lopulta kokeilu ja erehdys -menetelmällä, koska perinteistä askelkoetta on lähes mahdoton tehdä objektille, jolla on kaikki kuusi vapausastetta, Merilä kertoo.
Roottori on valmistettu hiilikuidusta. Se pysyy materiaaleista parhaiten mitoissaan, kun keskipakoisvoima pyrkii venyttämään kiekkoa. Valmiin tuotteen kehänopeus yltää suunnitelmien mukaan kolminkertaiseen äänennopeuteen, mutta prototyyppiä kokeillaan yksinkertaisella äänennopeudella.
Energia ladataan roottoriin harjattoman kestomagneettimoottorin toimintaperiaatteen mukaisesti. Tyhjiökammion sisäreunalla sijaitsevat roottorin hallintaan vaadittavat toimilaitteen, anturit, staattoriyksiköt ja aktiivimagneetit.
Prototyypin kapasiteetti on alkuvaiheessa hitailla nopeuksilla kaksi kilowattituntia ja jatkuva teho kymmenen kilowattia.
Haasteet kiinnostavat
Vaikka työkaveruksilla on sama titteli, Pöllänen vastaa Teraloopissa ohjelmoinnista ja instrumentoinnista ja Merilä mekaniikasta, mallinnuksesta ja valmistuksesta.
Pöllänen valmistui Metropolian automaatiotekniikan opinnoista keväällä 2016, Merilä samaan aikana Kymenlaakson ammattikorkeakoulusta energiatekniikan opinnoista. Merilä löysi työpaikkansa lukemalla Insinööri-lehteä, joka julkaisi Teraloopista jutun pari vuotta sitten.
– Median kautta on tullut sellainen kuva, että startupkulttuuri on elämää. Ei tämä sellaista ole kuin ruudussa muttei kaukanakaan siitä, Pöllänen vertaa.
Pöllänen ehti kokeilla työskentelyä perinteisessä organisaatiossa ennen kuin tykästyi nykyään 12 henkeä työllistävään ja vuonna 2014 perustettuun yhtiöön.
– Tämä ei ole pelkästään työtä vaan myös harrastus. Kun saa haasteita ratkaistavaksi, mielenkiinto pysyy yllä, Pöllänen kuvailee.
Kapasiteetti säilyy
Kineettinen akku nousee tulevaisuudessa kemiallisten akkujen rinnalle. Vauhtipyörän valttina on se, että sen voi ladata ja purkaa teoriassa äärettömän monta kertaa ilman, että kapasiteetti vähenee.
– Jos akkua käytetään sähköverkon taajuuden säätelyyn, lataus- ja purkukertoja joutuu tekemään jopa satoja päivässä, Merilä kertoo.
Nykyisissä sähköverkon taajuuden säätelyyn käytetyissä akselillisissa vauhtipyörissä hyötysuhde on 75–85 prosenttia. Akselin poistaminen kasvattaa hyötysuhdetta arviolta yli 90 prosenttiin.
Parin vuoden kuluessa valmistuvasta pilottilaitteesta on tulossa halkaisijaltaan 20-metrinen. Varasto upotetaan maan alle betoniseen siiloon. Sijoituspaikka ei ole vielä varma, mutta Ahvenanmaa on varteen otettava vaihtoehto.
Ensimmäinen kaupallinen malli on suunniteltu halkaisijaltaan nelimetriseksi. Sen tehoksi mitoitetaan 200 kilowattia ja kapasiteetiksi sata kilowattituntia. Tämä tuodaan markkinoille ennen pilotin valmistumista. Kaupallisesti suurin kiinnostus on Kiinassa.
Energiavarasto on suunniteltu modulaariseksi, joten sen koko räätälöidään standardikokoisista yksiköistä. Kaupallisesti kannattava kapasiteetti on 10–100 megawattitunnin luokkaa. VTT:n kannattavuusselvityksen mukaan mahdollinen halkaisija olisi peräti 500 metriä.
Teksti ja kuvat: Janne Luotola, Insinööriliitto