|
|
|
Hankekoodi: A73066
Hankkeen nimi: Kasvua suuresta nopeudesta ja tehosta – MMW-suurnopeussähkökoneiden ekosysteemin luominen Kehittämisosio
Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen
Erityistavoite: 3.2. Uusiutuvan energian ja energiatehokkaiden ratkaisujen kehittäminen
Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.6.2017 ja päättyy 30.6.2020
Toiminnan tila: Toiminta päättynyt
Vastuuviranomainen: Uudenmaan liitto
Hakijan virallinen nimi: Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto LUT
Organisaatiotyyppi: Yliopisto
Y-tunnus: 0245904-2
Jakeluosoite: PL 20
Puhelinnumero: 0294 462 111
Postinumero: 53851
Postitoimipaikka: Lappeenranta
WWW-osoite: http://www.lut.fi
Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Julia Vauterin-Pyrhönen
Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Tutkijaopettaja
Yhteyshenkilön sähköpostisoite: julia.vauterin(at)lut.fi
Yhteyshenkilön puhelinnumero: 040 7379840
Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:
Sähkökoneet tuottavat ja kuluttavat huomattavan osuuden kaikesta sähköenergiasta. Uusien sähkökoneteknologioiden käyttöönoton myötä voidaan hiilidioksidipäästöjä leikata niin energian tuotannossa kuin kulutuksessakin. Älykkäästi hyödynnetty suurnopeustekniikka on näissä muutoksissa oleellinen mahdollistaja. Suurella nopeudella pyörivät sähkökoneet voivat lisätä huomattavasti sähkökonejärjestelmien materiaali- ja energiatehokkuutta ja siten vähentää kasvihuonekaasupäästöjen määrää useilla teollisuudenaloilla. Edistyksellisillä suurnopeussähkökoneteknologioilla voidaan saavuttaa aiempaa suuremmat pyörimisnopeudet, pienemmät häviöt ja kustannustehokkaampi valmistus.
Multimegawattiluokan (MMW-) suurnopeuskoneet ovat korkean materiaali- ja energiatehokkuutensa ansiosta edullisia ja tehokkaita ratkaisuja monenlaisiin vähäpäästöisiin energiasovelluksiin. MMW-suurnopeusteknologian keskeinen tulevaisuuden potentiaali perustuu sen merkitykseen nopeuttaa kotimaisen puhtaan energian voimalaitosten siirtymistä uusiutuvaan ja vähäpäästöiseen voimantuotantoon, ja avaa sitä kautta hyvät kasvumahdollisuudet suomalaisille puhtaan energian sektorilla toimiville yrityksille ja toimijoille.
Suurnopeusteknologian lupaavista tekniikkanäkymistä huolimatta, multimegawattiluokan tehoalueella, esimerkiksi 2 MW teholla, ei ole saatavana tuotteita – tunnistetusta kysynnästä huolimatta. Aiemmat suurnopeustekniikan ratkaisut edustavat kaikki hyvin erikoislaatuisia sovelluksia, joilla ei ole yleiskäyttöisyyttä. Nyt esillä olevassa hankkeessa tutkitaan mahdollisuuksia toteuttaa aiempaa yleiskäyttöisempi suuren teholuokan suurnopeuskone. Tällaisella koneella on peruskysyntää prosessiteollisuuden erilaisissa pumppu-, puhallin- ja kompressorikäytöissä sekä petrokemianteollisuuden käytöissä. Tulevaisuuden kannalta konetyyppi muodostaa yhden aurinkotalouden keskeisistä peruskomponenteista, kun sovelletaan synteettistä metaania energiavarastona ja voimantuotannossa.
Hankkeen tavoitteena on konseptoida kolmi- tai kuusivaiheinen, pienjännitteinen kahden megawatin kone, jonka nimellisnopeus on luokkaa 12000 rpm. Hankkeessa ratkotaan suuritehoisen nopeakäyntisen koneen mallintamiseen ja konseptointiin liittyvät ongelmat. Hankkeen kannalta merkittävin haaste on kehittää menetelmä, jolla tekniikan ratkaisut voidaan analysoida ja kehittää optimaalisen synteesin löytämiseksi. Tämä edellyttää tekniikkojen keskinäistä soveltamisesta ja sovittamista suuren sähkökonejärjestelmän kokonaisuuteen, ja sitä kautta myös sähkökonejärjestelmän uudenlaisen teorian kehittämistä ja soveltamista. Synteesin pohjalta kehitetään uusi suurnopeussähköjärjestelmän konsepti, joka toimii tulevaisuuden megawattiluokan suurnopeuskoneiden ekosysteemin perustana, ja jota voidaan jatkossa käyttää kokonaisen suurnopeuskoneiden tuoteperheen kehittämisessä. Ratkaisu tarjoaa erityisesti Etelä-Karjalan sähkökone- ja alihankintayrityksille mahdollisuuden kehittää liiketoimintaansa uuden MMW-suurnopeuskonseptin pohjalta.
Hankkeen ensisijaisina kohderyhminä ovat teollisuus ja yritykset:
• Maakunnalliset sähkökoneyritykset, jotka toimittavat kestäviä energiaratkaisuja, ja jotka voivat toimia suuryhtiöiden alihankkijana.
• Lappeenrannan kaupungin vihreän strategian mukaisen kasvuohjelman toimijat
• Uuden yritystoiminnan potentiaaliset osaajat ja palvelutoimittajat
• Voimantuotannonsektorilla (öljy- ja kaasusektorilla) toimivat Suomen suuryhtiöt
• Sähkökäyttöalan kansainväliset suuryritykset
Välilliseen kohderyhmään kuuluvat suurnopeuskoneiden tilaajina, käyttäjinä ja hyödyntäjinä toimivat yritykset ja asiakkaat, sekä myös työmarkkinat.
• Sähkökoneyritykset, jotka pystyvät muun muassa puhtaan energian talouteen liittyvällä omalla osaamisella ja tietotaidolla edistämään hankkeen tavoitteita
• Teknologiayritykset, jotka pystyvät muun muassa digitalisaatioon (IoT-ratkaisut) liittyvällä omalla osaamisella ja tietotaidolla edistämään hankkeen tavoitteita
• Palvelu-, konsultointi- ja ratkaisuliiketoiminnassa edistyneet organisaatiot, joiden kokemuksia ja osaamista voidaan hyödyntää
• Uuden yritystoiminnan asiakkaat
• Opiskelijat ja tulevat osaajat
Varsinaisten ja välillisten kohderyhmien kohtaamisen toivotaan luovan uusia innovaatioita ja synnyttävän uutta osaamista sekä liiketoimintaa.
Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 245 000
Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 245 000
Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 350 002
Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 350 002
Maakunnat: Etelä-Karjala
Seutukunnat: Imatran, Lappeenrannan
Kunnat: Imatra, Lappeenranta
Jakeluosoite: LUT, PL 20
Postinumero: 53851
Postitoimipaikka: Lappeenranta
Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joihin työllistyvät naiset 0.00
Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joista naisten perustamia 0.00
| Välitön | Välillinen | |
| Ekologinen kestävyys | ||
| Luonnonvarojen käytön kestävyys | 10 | 0 |
| Hankkeen tavoitteena on äärimmäinen materiaali- ja energiatehokkuus | ||
| Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen | 10 | 0 |
| Aurinkotalouden ja energiatehokkuuden edistäminen | ||
| Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus | 0 | 5 |
| Ilmastonmuutoksen vastainen taistelu | ||
| Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) | 0 | 8 |
| CO2 päästöjen minimointi | ||
| Natura 2000 -ohjelman kohteet | 0 | 0 |
| Taloudellinen kestävyys | ||
| Materiaalit ja jätteet | 9 | 0 |
| Korkea materiaalitehokkuus, helppo kierrätettävyys | ||
| Uusiutuvien energialähteiden käyttö | 0 | 9 |
| Aurinkotalouden peruskomponentti | ||
| Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen | 8 | 0 |
| Uuutta valmistavaa teollisuutta ja liiketoimintaa alueelle | ||
| Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen | 0 | 6 |
| Suurnopeussähkökäytön anturointi mahdollistaa prosessien monitoroinnin (IoT), josta teknologiayritykset voivat kehittää | ||
| Liikkuminen ja logistiikka | 0 | 2 |
| Materiaalien säästö pienentää logistiikkakuluja | ||
| Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus | ||
| Hyvinvoinnin edistäminen | 3 | 0 |
| Uudet työpaikat luovat uutta hyvinvointia | ||
| Tasa-arvon edistäminen | 2 | 0 |
| Naiset ovat tervetulleita tekniselle alalle | ||
| Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus | 0 | 0 |
| Kulttuuriympäristö | 0 | 0 |
| Ympäristöosaaminen | 0 | 7 |
| Energiatehokkuuden parantaminen | ||
MMW hankkeen tavoitteena oli osoittaa, että LUT:n 1980-luvulta asti jatkunut suurnopeustekniikan tutkimus ansaitsee kruununjalokivekseen suuritehoisen suurnopeuskoneen teknologian kehittämisen tuotekehityksen kynnykselle.
MMW-kehityksessä on otettu tutkimuksen ja kehityksen alle useita merkittäviä tehoa nostavia yksityiskohtia. 1) Moottorissa sovelletaan uudentyyppistä, LUT:ssa kehitettyä suoravesijäähdytystä käämityksessä, 2) staattoripaketin omintakeista vesivaippajäähdytystä ja 3) roottorin tehokasta läpivirtausjäähdytystä.
Mekaniikkapuolella on suurta painoarvoa laitettu staattorin dynaamisten ominaisuuksien hallintaan ja kaikkein tärkeimpänä yksityiskohtana MMW:n yleiskäyttöisyyden kannalta voimme pitää sen uudenlaista magneettilaakerointia. Lisäämällä yhden radiaalilaakerin mahdollistamme roottoridynamiikan aktiivista hallintaa, jolloin moottori voi toimia yleiskäyttöisenä vetomoottorina suurnopeuskuormille. Tällaisia suurta tehoa ja suurta pyörimisnopeutta vaativia kohteita ovat mm. ruuvikompressorit, joita on tähän asti vedetty vaihdelaatikon välityksellä.
MMW-hankkeen yhteydessä olemme onnistuneet luomaan uusia alihankintakumppanuuksia niin, että esimerkiksi käämitykseen tarvittavaa erikoismateriaalia osataan nykyisin tuottaa italialaisen yhteistyökumppanin laitteilla. Tämä on yksi MMW:n kaupallistamisen kannalta keskeinen komponentti.
Paikallisen elinkeinoelämän kanssa on ratkottu käämitystekniikkaan ja kyllästämiseen liittyviä kysymyksiä. Uudenlainen, vaativa käämitys osataan nykyisin valmistaa.
Hankkeen aikana olemme kohdanneet suorastaan kohtuuttoman paljon erilaisia pieniä, mutta hanketta suuresti viivästyttäneitä vastoinkäymisiä. Esimerkiksi moottorin staattoripaketin kokoonpanoon ja koneistukseen kului kaikkiaan lähes kahdeksan kuukautta, mikä johtui hienoisesta suunnitteluvirheestä staattoripaketin tuennassa. Vastaavat virheet osattaneen jatkossa välttää.
Myös staattorin nestejäähdytysvaipan valussa tapahtui virheitä, jotka johtivat useaan korjaustarpeeseen. MMW:n pääkomponenttien hankinnan aikaan korkeasuhdanne vaikeutti toimitusaikatauluja. Esimerkiksi raskaat runkovalut myöhästyivät useita kuukausia alun perin sovitusta.
Koneen suuri koko on tuonut yliopistotutkimuksen kannalta hieman ennalta-arvaamattomia haasteita, mitkä vielä osaltaan ovat viivästyttäneet hankkeen etenemistä.
Tämän hankkeen päättymisen ajankohtana LUT ei vielä ollut saanut kaikkia MMW-moottorin osia, mutta moottorin valmistuminen alkaa kuitenkin selvästi olla näköpiirissä. Kaikeksi onneksi hanke ei pysähtynyt EAKR-hankkeen päättymiseen, vaan onnistuimme saamaan Business-Finland -rahoitusta MMW:n kaupallistamiseen, joten työ etenee hyvää vauhtia.
Uskomme, että MMW:llä voi olla kaupallista tulevaisuutta ja se voi mahdollistaa uudenlaisen kaupallisen toiminnan maakunnassa.