|
|
|
Hankekoodi: A76337
Hankkeen nimi: E4IoT – Energy for IoT and Other Electrical Devices
Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen
Erityistavoite: 4.1. Tutkimus-, osaamis- ja innovaatiokeskittymien kehittäminen alueellisten vahvuuksien pohjalta
Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.9.2020 ja päättyy 31.12.2022
Toiminnan tila: Toiminta päättynyt
Vastuuviranomainen: Pirkanmaan liitto
Hakijan virallinen nimi: Vaasan Yliopisto
Organisaatiotyyppi: Yliopisto
Y-tunnus: 0209599-8
Jakeluosoite: PL 700
Puhelinnumero: 029 449 8000
Postinumero: 65101
Postitoimipaikka: Vaasa
WWW-osoite: https://www.univaasa.fi/fi
Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Pekka Ruuskanen
Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Tutkimusjohtaja
Yhteyshenkilön sähköpostisoite: pekka.ruuskanen(at)uwasa.fi
Yhteyshenkilön puhelinnumero: 050 329 2253
Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:
Järjestelmien ja komponenttien monitorointi, langaton tiedonsiirto, tietojen prosessointi ja analysointi, mittaus- ja sensoritekniikoiden hyödyntäminen sekä automaatio lisääntyvät kiihtyvällä vauhdilla. Yhä useammat laitteet kytketään esineiden internetiin (IoT) tai teolliseen internetiin (IIoT). Perinteisellä tekniikalla tämä johtaa suurempaan paristojen ja johdinten määrään, energian kulutuksen kasvuun ja ongelmajätteen lisääntymiseen. Teollisuudessa on suuri tarve päästä eroon paristoista, akuista ja sähköjohdoista. Sensorien ja elektroniikan tarvitsema energia on kuitenkin mahdollista tuottaa myös paikallisesti toimintaympäristöstä energian harvestoinnin avulla, jolloin voidaan radikaalisti vähentää johtojen ja vaihdettavien paristojen määrää. Näin saadaan energia-autonomisia ratkaisuja, ja tällä tekniikalla voidaan asentaa sensoreita myös sellaisiin paikkoihin, joihin ei voida asentaa sähköjohtoja tai käydä asentamassa paristoja. Harvestointitekniikan kasvun uskotaan olevan eksponentiaalista.
Tämän hankkeen päätavoite on kehittää ja demonstroida geneerisiä energian harvestointiin ja varastointiin perustuvia energia-autonomisia ratkaisuja erilaisiin teollisuuden sovelluksiin. Tutkimus toteutetaan tarvelähtöisesti tiiviissä yhteistyössä teollisuusyritysten kanssa. Teollisuuden odotetaan käynnistävän omia tuotekehityshankkeita hankkeen jälkeen ja jo hankkeen aikana. Muita tavoitteita hankkeille ovat yritysten välisen ja yritysten ja korkeakoulujen välisen yhteistyön lisääminen sekä Vaasan korkeakoulujen tätä teknologia-aluetta koskevan osaamisen ja palvelukyvyn kehittäminen (IoT-osaamisalusta).
Hanke toteutetaan Vaasan yliopiston johdolla julkisena yhteishankkeena Vaasan ammattikorkeakoulun kanssa vuosina 2020-2022. Tulokset ovat kaikkien yritysten hyödynnettävissä.
Hankkeen odotetaan johtavan seuraaviin konkreettisiin tuloksiin:
- Hankkeessa on kehitetty ja demonstroitu geneerisiä prototyppejä elektroniikka- ja IoT-laitteita, jotka toimivat itsenäisesti ilman paristoja tai sähköjohtoja
- Useat yritykset ovat alkaneet soveltaa tai suunnittelevat soveltavansa kehitettyä tekniikkaa omissa tuotekehityshankkeissaan
- Uusia yritysten välisiä kumppanuuksia on syntynyt
- Vaasan korkeakoulujen osaaminen ja palvelukyky teknologia-alueilla 'energian harvestointi' ja 'IoT' ovat kehittyneet
Hankkeen varsinaisia kohderyhmiä ovat seuraavat:
(1) Vaasan yliopisto ja Vaasan ammattikorkeakoulu hankkeen päätoteuttajina ja
(2) pk-yritykset ja suuryritykset, joiden tuotekehityksen pohjaksi hankkeessa tavoitellaan uusia, prototyyppivaiheeseen asti kehitettyjä geneerisiä konsepteja.
(3) Sähköverkkoyhtiöt saadessaan ratkaisuja monitorointitarpeisiinsa, mahdollisesti myös vianpaikannukseen.
Välillisesti hanke tuottaa hyötyjä yhteiskunnalle, koska se luo yrityksille kehittymis- ja kasvumahdollisuuksia. Hanke edistää kestävää kehitystä.
Sähkön käyttäjille hanke tuottaa välillisesti hyötyjä pitkällä aikavälillä sähkönjakelun luotettavuuden paranemisen myötä verkkojen kunnonvalvonnan helpottuessa hankkeessa kehitettävän tekniikan ansiosta.
Välillisesti hanke tuottaa hyötyä myös Vaasassa tekniikkaa opiskeleville (UVA, VAMK, Novia) Technobothnian IoT-osaamisalustan hyödyntämisen kautta.
Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 187 799
Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 187 799
Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 212 521
Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 213 519
Maakunnat: Pohjanmaa
Seutukunnat: Sydösterbottens kustregion, Kyrönmaan, Vaasan
Kunnat: Laihia, Vöyri, Kaskinen, Mustasaari, Kristiinankaupunki, Maalahti, Närpiö, Isokyrö, Vaasa, Korsnäs
Jakeluosoite: Technobothnia, Puuvillakuja 3
Postinumero: 65200
Postitoimipaikka: Vaasa
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 | 1 | 3 |
| Kehitettävällä energiaomavaraisella tekniikalla vähennetään ympäristölle haitallisten paristojen ja akkujen määrää. | ||
| Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen | 0 | 2 |
| Tämä tekniikka mahdollistaa uudenlaiset säätö- ja automaatioratkaisut, joilla voidaan parantaa laitteiden energiatehokkuutta ja vähentää energiankulutusta. | ||
| Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus | 0 | 0 |
| Ei tunnistettavia vaikutuksia. | ||
| Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) | 2 | 6 |
| Kehitettävä energiaomavarainen tekniikka mahdollistaa ympäristön kannalta ongelmallisten nappiparistojen (ongelmajäte) käytön olennaisen vähentämisen. Koska esim. IoT-antureita tulee lähivuosina käyttöön kymmeniä miljardeja, potentiaalinen ympäristövaikutus on merkittävä. | ||
| Natura 2000 -ohjelman kohteet | 0 | 0 |
| Ei vaikutuksia. | ||
| Taloudellinen kestävyys | ||
| Materiaalit ja jätteet | 5 | 1 |
| Nappiparistojen ja johtojen määrän väheneminen. Materiaalitehokkuuden paraneminen. | ||
| Uusiutuvien energialähteiden käyttö | 1 | 1 |
| Hanke edistää energiaomavaraisten järjestelmien käyttöönottoa. Energiaa voidaan louhia mm. valosta ja lämmöstä. | ||
| Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen | 1 | 6 |
| Hanke vahvistaa paikallisen ja valtakunnallisen elinkeinoelämän toimintaedellytyksiä. Kehitettävä luoden sille kehitettävän teknologian kautta uusia globaaleja liiketoimintamahdollisuuksia. | ||
| Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen | 5 | 2 |
| Hanke kehittää korkeakoulujen osaamista ja yhteistyötä Palosaarella ja parantaa opetuksen ja palvelutoiminnan edellytyksiä. Välillisesti tämä kehitys näkyy elinkeinoelämässä osaamisen siirtyessä myös teollisuuteen. | ||
| Liikkuminen ja logistiikka | 1 | 2 |
| Hankkeessa kehitettävä tekniikka mahdollistaa esim. erilaisten liikenteessä tärkeiden mittaus-, valvonta- ja ohjausjärjestelmien käyttöönoton. | ||
| Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus | ||
| Hyvinvoinnin edistäminen | 0 | 3 |
| Hankkeen pitkäaikaiseksi vaikutukseksi odotetaan uusia liiketoimintamahdollisuuksia, yritysten kasvanutta liikevaihtoa ja parantunutta työllisyyttä ja tätä kautta parempaa hyvinvointia. | ||
| Tasa-arvon edistäminen | 0 | 0 |
| Tasa-arvo otetaan huomioon hankkeen toiminnassa. | ||
| Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus | 0 | 0 |
| Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus otetaan huomioon hankkeen toiminnassa mm. tarvittavien henkilöresurssien hankinnassa. | ||
| Kulttuuriympäristö | 0 | 0 |
| Ei vaikutusta. | ||
| Ympäristöosaaminen | 1 | 2 |
| Energiaomavaraisen tekniikan kehittäminen ja soveltaminen lisää ympäristötietoisuutta. | ||
Tässä hankkeessa kehitettiin ja demonstroitiin geneerisiä energian harvestointiin ja varastointiin perustuvia energia-autonomisia ratkaisuja erilaisiin teollisuuden sovelluksiin. Potentiaalisia soveltamisalueita kehitettävälle teknologialle ovat esim. IoT, langaton tiedonsiirto, ICT, elektroniikka, mittaustekniikka, automaatio ja kunnossapito.
Projektissa kehitettiin laitteita (harvesterimoduleita), joilla voidaan kerätä sähköenergiaa ympäristön muutoksista. Sähköenergiaa saadaan sähköjohtojen ympärillä olevasta magneettisesta kentästä asettamalla kela sähköjohdon ympärille. Projektissa valmistettiin ja optimoitiin erilaisia keloja eri sovelluksiin esimerkiksi moottoreiden kunnonvalvontaan. Korkejännitelinjoista saadaan sähköenergiaa linjojen ympärillä olevasta sähkökentästä asettamalla kondensaattorikytkentä linjan läheisyyteen. Valmistettiin erilaisia kondensaattorilaitteita, joita testattiin suurjännitelinjojen läheisyydessä. Termosähköisesti saadaan energiaa lämpötilaeroista esimerkiksi sähkömoottorin jäähdytysrivoista. Todettiin, että viiden asteen lämpötilaero riittää sähköenergian saantiin. Termosähköisissä laitteissa käytettiin kaupallisesti saatavia termopareja. Kineettistä energiaa (esimerkiksi pyörimisliike ja edestakainen värähtelyliike) saatiin muutetuksi sähköenergiaksi induktiokelalla. Tehtiin induktiokeloja, joiden sisällä liikkuu kestomagneetti jousien varassa. Magneetin liike indusoi sähkövirran ympärillä olevaan kelaan. Pietsosähköisesti saadaan myös energiaa värähtelystä ja tärinästä. Pietsosähköisyys perustuu keraamisten materiaalien ominaisuuksiin. Kokeissa käytettiin kaupallisesti saatavia pietsoelementtejä. Projektissa kehitettiin myös sähkökemiallisia energiakeräyslaitteita. Sähkökemiallinen menetelmä perustuu samaan ilmiöön kuin metallien korroosio. Laite koostuu kahdesta elektrodista (anodi ja katodi). Kokeissa anodina käytettiin sinkkilevyä ja katodina kuparilevyä. Kun levyt asetettiin suolaliuokseen ja levyt yhdistettiin toisiinsa johteella, syntyi johteeseen sähkövirta. Tällä laitteistolla saatiin sähköenergiaa esimerkiksi merivedestä
Harvesterimodulien lisäksi kehitettiin elektroniikkaa, jolla kerätty sähköenergia voidaan varastoida energianvarastoon. Kehitetyn elektroniikan muodosti energiankeräyselektroniikka, energian-hallintaelektroniikka ja energianvarastointi. Energianhallintaelektroniikkana käytettiin Texas Instrumentin valmistamaa elektroniikkamodulia. Energiavarastona käytettiin superkondensaattoria.
Energiavarastoon kertynyttä energiaa käytettiin mittausantureiden ja langattoman tieodonsiirron energialähteenä. Energiavarastoon liitettiin Ruuvi Oy:n valmistama langaton mittaus- ja tiedonsiirtomoduli. Tällä modulilla voitiin mitata lämpötilaa, kiihtyvyyttä, ilmanpainetta ja kosteutta. Mittaus- ja tiedonsiirtomoduli lähetti mittausdatan langattomasti vastaanottimella. Vastaanottimena käytettiin puhelinta.
Kehitetyt laitteistot muodostivat prototyyppijärjestelmän, joka koostui energiakeräyksestä, energianvarastoinnista, mittaussensoreista, langattomasta tiedonsiirrosta ja mittausdatan vastaanotosta.
Tämä on täydellinen itsenäisesti ja ilman paristoja ja ulkoista virtalähdettä toimiva langaton mittaus ja tiedonsiirtojärjestelmä (IoT).
Hankkeen aikana osaaminen kehittyi kaikilla osa-alueilla. Projektissa tutustuttiin erilaisiin kohteisiin teollisuudessa, mistä ja millaista energiaa on saatavilla. Tärkeän osan tiedon lisääntymisestä muodosti eri energiamuotojen taustafysiikan osaamisen lisääntyminen. Elektroniikassa tieto lisääntyi erilaisista uusista elektroniikkamoduleista ja niiden toiminnasta.
Hankkeen tulokset ovat nähtävillä projektin kotisivuilla:https://www.uwasa.fi/fi/tutkimus/hankkeet/e4iot-energy-iot-and-other-electrical-devices
Lisätietoja saa:
Tutkimusjohtaja Pekka Ruuskanen, Vaasan Yliopisto
Lehtori Timo Rinne, Vaasan Ammattikorkeakoulu