LUT tutkii sähkökoneiden käytännön sovelluksia teollisuuden ja sähköisen liikenteen tarpeisiin. Yksi tavoitteista on kehittää lentokoneille sopiva tapa käyttää sähköä. LUTin sähkönkäyttötekniikan, konedynamiikan ja säätötekniikan tutkimusryhmät kuuluvat kokoonpanoon, joka valittiin vastikään Suomen Akatemian tutkimuksen huippuyksiköksi.
"Lentokoneen generaattorit ja moottorit tarvitsevat noin satakertaisen ominaistehon (kW/kg) teollisiin koneisiin verrattuna. Se on sähkökoneelle äärimmäinen käyttötilanne, jonka toteuttaminen on todella haasteellista. Tällä hetkellä pääsemme ominaistehossa laboratoriokoneellamme noin puoliväliin", sähkönkäyttötekniikan professori Juha Pyrhönen kertoo.
Suurnopeussähkömoottorien merkittävät kaupalliset läpimurrot puuttuvat vielä myös suomalaisesta teollisuudesta, vaikka yksittäisiä tuotteita onkin jo markkinoilla. Lähes kaikki teollisuudenalat voisivat hyötyä suurnopeustekniikasta, joka lisäisi prosessien materiaali- ja energiatehokkuutta. Pyrhösen mukaan haasteena on kuitenkin toistaiseksi yhteensopivuus toimilaitteiden kanssa. Tähän tutkimusryhmällä on tekeillä ratkaisu.
"Meillä on laboratoriossamme kahden megawatin suurnopeuskone, jonka pitäisi soveltua melkein mihin käyttöön tahansa. Olemme hakeneet sille useita patentteja. Haasteena on luotettavuus, sillä teollisen moottorin tulee toimia jopa 100 000 tuntia minimaalisella huollolla."
LUT-yliopistolla sähkökäyttöä voidaan testata myös juuri valmistuvassa suurnopeustekniikan koelaboratoriossa. Nimenomaan korkeatasoiset laboratoriot ovat Pyrhösen mukaan LUTin kansainvälinen vahvuus.
Professori Juha Pyrhönen
- LUT-yliopiston sähkönkäyttötekniikan professori
- Asuu Lappeenrannassa
- Valmistunut LTKK:sta diplomi-insinööriksi vuonna 1982. Sen jälkeen töissä pääasiassa energiajärjestelmien tiedekunnassa eri tehtävissä.
- Tutkimusaiheita: energiatehokkaat sähkömoottorit ja -käytöt, tehoelektroniikka ja suurnopeusteknologia, sähkömagnetismin sovellukset, energiajärjestelmät ja ympäristö sekä hajautettu voimantuotanto ja sähkön varastointi
- Tärkeimmät saavutukset: Toistaiseksi 48 väitellyttä, ja lähes 50 patenttia. Pari laajasti siteerattua Wileyn kustantamaa kirjaa.
- Kerro jokin uraan liittyvä asia, jota moni ei tiedä: "Olin mukana maailman ensimmäisen 3 MW:n suoravetoisen tuuliturbiinigeneraattorin ja 10 MW:n merenalaiskäyttöön tarkoitetun kaasukompressorin kehittämisessä. Ne ovat melko poikkeuksellisia juttua myös yliopistoväen piirissä."
Virtuaalista testausta ilman prototyyppejä
Pyrhösen tutkimusryhmän tavoitteena on kehittää mallinnusta, joilla monifysikaalisia ilmiöitä voitaisiin testata virtuaalisesti. Se säästäisi prototyyppien rakentamiseen kuluvaa aikaa ja vaivaa.
"Lisäksi olisi kätevää, jos kaikkia ilmiön näkökulmia voitaisiin tutkia samalla mallilla. Täydellisen yhdistelmämallin rakentaminen on kuitenkin todella haastavaa", Pyrhönen täsmentää.
Suomen Akatemian huippuyksikön asema turvaa rahoituksen sähkökäyttöjen tutkimukselle aluksi viideksi vuodeksi. Sen ansiosta ryhmä voi myös rekrytoida muutaman jatko-opiskelijan ja tutkijatohtorin. Lisäksi rahoituksen varmistuminen säästää työaikaa.
"Valinta tutkimuksen huippuyksiköksi on suuren työn tulos. Taustaa on rakennettu LUTissa yli neljännesvuosisata. Huippuyksikön hakua valmisteltiin kumppanien kanssa puolisentoista vuotta, ja hakuun käytettiin satoja työtunteja. Takana on yleensä monta hylsyä yhtä onnistumista kohti."
Huippuyksikkö tekee kansainvälistä läpimurtotutkimusta
- Huippuyksikkö on tutkimusyhteisö, joka on saavuttamassa oman alansa kansainvälisen parhaimmiston tai on sen jo saavuttanut. Yksikkö tekee korkealaatuista tiedettä ja läpimurtotutkimusta sekä edistää tieteen uudistumista.
- Suomen Akatemia valitsi lokakuussa 11 uutta tutkimuksen huippuyksikköä. Yksi niistä on Suurnopeuksiset sähkömekaaniset energianmuunnosjärjestelmät -huippuyksikkö, jota johtaa professori Anouar Belahcen (Aalto-yliopisto).
- Yksikköön kuuluvat professori Juha Pyrhönen (LUT), Senior Scientist Jenni Pippuri-Mäkeläinen (VTT), akatemiatutkija Paavo Rasilo (TAU), Peter Råback (CSC – Tieteen tietotekniikan keskus Oy) ja professori Kari Tammi (Aalto-yliopisto).
- LUTin tiimistä mukana ovat myös professori Jussi Sopanen, dekaani Olli Pyrhönen ja tutkimuspalveluasiantuntija Julia Vauterin-Pyrhönen.
- Ohjelma on käynnissä vuosina 2022–2029.
Vedystä tulevaisuuden sähkövarasto
LUT-yliopisto on tutkinut sähkömoottoreita jo 1980-luvulta alkaen, ja Pyrhönen on ollut mukana käytännössä lähes alusta saakka. Tärkeimpiä saavutuksia ovat Pyrhösen mukaan kansainvälisesti viittauksia keränneet alan perusteokset sekä merkittävästi lisääntynyt yhteistyö sähköalan teollisuuden kanssa.
"Ilman teollisuutta sähkötekniikan soveltava tutkimus olisi kuin rampa ankka. Miljardiyritykset Danfoss ja Yaskawa ovat tulleet Lappeenrantaan nimenomaan LUTin sähkötekniikan tutkimuksen perusteella. Vankka osaaminen on kuitenkin pitkän työn tulos. Tutkimustyössä kvartaali on 25 vuotta."
Keksintönä sähkömoottori on lähes 200 vuotta vanha. Nykypäivänä sen monitieteinen tutkiminen on sekä entistä haastavampaa että tarpeellisempaa. Sähkönkäyttö lisääntyy jatkuvasti, ja ilmastonmuutoksen takia uusiutuvilla ratkaisuilla on kiire. Tulevaisuudessa sähkömoottoritutkimuksesta on hyötyä myös vetytaloudelle.
"Sähkömoottoreita tarvitaan P2X- ja X2P-tekniikan käyttöön. Esimerkiksi vetyä tai metaania voidaan käyttää sähkövarastona tulevaisuudessa. Suurnopeustekniikalla voidaan myös parantaa kaasuturbiinien hyötysuhdetta voimalaitoksissa ja rakentaa esimerkiksi tehokkaita lämpöpumppuja."
Huippuyksikköohjelman tavoitteena on nostaa Suomessa tehtävän tutkimuksen laatua, uudistaa tiedettä ja edistää tutkimuksen yhteiskunnallista vaikuttavuutta. Tällä kerralla Suomen Akatemia sai yhteensä 184 aiehakemusta. Niistä 11 sai tutkimuksen huippuyksikön aseman.
Lisätietoja:
