Lightweight, liquid-cooled, direct-drive generator for highpower wind turbines: motivation, concept, and performance

Thesis: A liquid-cooled, direct-drive, permanent-magnet, synchronous generator with helical, double-layer, non-overlapping windings formed from a copper conductor with a coaxial internal coolant conduit offers an excellent combination of attributes to reliably provide economic wind power for the coming generation of wind turbines with power ratings between 5 and 20MW. A generator based on the liquid-cooled architecture proposed here will be reliable and cost effective. Its smaller size and mass will reduce build, transport, and installation costs. Summary: Converting wind energy into electricity and transmitting it to an electrical power grid to supply consumers is a relatively new and rapidly developing method of electricity generation. In the most recent decade, the increase in wind energy’s share of overall energy production has been remarkable. Thousands of land-based and offshore wind turbines have been commissioned around the globe, and thousands more are being planned. The technologies have evolved rapidly and are continuing to evolve, and wind turbine sizes and power ratings are continually increasing. Many of the newer wind turbine designs feature drivetrains based on Direct-Drive, Permanent-Magnet, Synchronous Generators (DD-PMSGs). Being low-speed high-torque machines, the diameters of air-cooled DD-PMSGs become very large to generate higher levels of power. The largest direct-drive wind turbine generator in operation today, rated just below 8MW, is 12m in diameter and approximately 220 tonne. To generate higher powers, traditional DD-PMSGs would need to become extraordinarily large. A 15MW air-cooled direct-drive generator would be of colossal size and tremendous mass and no longer economically viable. One alternative to increasing diameter is instead to increase torque density. In a permanent magnet machine, this is best done by increasing the linear current density of the stator windings. However, greater linear current density results in more Joule heating, and the additional heat cannot be removed practically using a traditional air-cooling approach. Direct liquid cooling is more effective, and when applied directly to the stator windings, higher linear current densities can be sustained leading to substantial increases in torque density. The higher torque density, in turn, makes possible significant reductions in DD-PMSG size. Over the past five years, a multidisciplinary team of researchers has applied a holistic approach to explore the application of liquid cooling to permanent-magnet wind turbine generator design. The approach has considered wind energy markets and the economics of wind power, system reliability, electromagnetic behaviors and design, thermal design and performance, mechanical architecture and behaviors, and the performance modeling of installed wind turbines. This dissertation is based on seven publications that chronicle the work. The primary outcomes are the proposal of a novel generator architecture, a multidisciplinary set of analyses to predict the behaviors, and experimentation to demonstrate some of the key principles and validate the analyses. The proposed generator concept is a direct-drive, surface-magnet, synchronous generator with fractional-slot, duplex-helical, double-layer, non-overlapping windings formed from a copper conductor with a coaxial internal coolant conduit to accommodate liquid coolant flow. The novel liquid-cooling architecture is referred to as LC DD-PMSG. The first of the seven publications summarized in this dissertation discusses the technological and economic benefits and limitations of DD-PMSGs as applied to wind energy. The second publication addresses the long-term reliability of the proposed LC DD-PMSG design. Publication 3 examines the machine’s electromagnetic design, and Publication 4 introduces an optimization tool developed to quickly define basic machine parameters. The static and harmonic behaviors of the stator and rotor wheel structures are the subject of Publication 5. And finally, Publications 6 and 7 examine steady-state and transient thermal behaviors. There have been a number of ancillary concrete outcomes associated with the work including the following. X Intellectual Property (IP) for direct liquid cooling of stator windings via an embedded coaxial coolant conduit, IP for a lightweight wheel structure for lowspeed, high-torque electrical machinery, and IP for numerous other details of the LC DD-PMSG design X Analytical demonstrations of the equivalent reliability of the LC DD-PMSG; validated electromagnetic, thermal, structural, and dynamic prediction models; and an analytical demonstration of the superior partial load efficiency and annual energy output of an LC DD-PMSG design X A set of LC DD-PMSG design guidelines and an analytical tool to establish optimal geometries quickly and early on X Proposed 8 MW LC DD-PMSG concepts for both inner and outer rotor configurations Furthermore, three technologies introduced could be relevant across a broader spectrum of applications. 1) The cost optimization methodology developed as part of this work could be further improved to produce a simple tool to establish base geometries for various electromagnetic machine types. 2) The layered sheet-steel element construction technology used for the LC DD-PMSG stator and rotor wheel structures has potential for a wide range of applications. And finally, 3) the direct liquid-cooling technology could be beneficial in higher speed electromotive applications such as vehicular electric drives.

Co-culture of chondrocytes and bone marrow mesenchymal stem cells in vitro enhances the expression of cartilaginous extracellular matrix components

Chondrocytes and bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) are frequently used as seed cells in cartilage tissue engineering. In the present study, we determined if the co-culture of rabbit articular chondrocytes and BMSCs in vitro promotes the expression of cartilaginous extracellular matrix and, if so, what is the optimal ratio of the two cell types. Cultures of rabbit articular chondrocytes and BMSCs were expanded in vitro and then cultured individually or at a chondrocyte:BMSC ratio of 4:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:4 for 21 days and cultured in DMEM/F12. BMSCs were cultured in chondrogenic induction medium. Quantitative real-time RT-PCR and Western blot were used to evaluate gene expression. In the co-cultures, type II collagen and aggrecan expression increased on days 14 and 21. At the mRNA level, the expression of type II collagen and aggrecan on day 21 was much higher in the 4:1, 2:1, and 1:1 groups than in either the articular chondrocyte group or the induced BMSC group, and the best ratio of co-culture groups seems to be 2:1. Also on day 21, the expression of type II collagen and aggrecan proteins in the 2:1 group was much higher than in all other groups. The results demonstrate that the co-culture of rabbit chondrocytes and rabbit BMSCs at defined ratios can promote the expression of cartilaginous extracellular matrix. The optimal cell ratio appears to be 2:1 (chondrocytes:BMSCs). This approach has potential applications in cartilage tissue engineering since it provides a protocol for maintaining and promoting seed-cell differentiation and function.

Production and partial characterization of alkaline polygalacturonase secreted by thermophilic Bacillus sp. SMIA-2 under submerged culture using pectin and corn steep liquor

Polygalacturonase production by the thermophilic Bacillus sp. SMIA-2 cultivated in liquid cultures containing 0.5% (w/v) apple pectin and supplemented with 0.3% (w/v) corn steep liquor, reached its maximum after 36 hours with levels of 39 U.mL-1. The increase in apple pectin and corn steep liquor concentrations in the medium from 0.5 and 0.3%, respectively, to 0.65%, markedly affected the production of polygalacturonase, whose activity increased four times, reaching a maximum of 150.3 U.mL-1. Studies on polygalacturonase characterization revealed that the optimum temperature of this enzyme was between 60-70 °C. Thermostability profile indicated that the enzyme retained about 82 and 63% of its activity at 60 and 70 °C, respectively, after 2 hours of incubation. The optimum pH of the enzyme was found to be 10.0. After incubation of crude enzyme solution at room temperature for 2 hours at pH 8.0, a decrease of about 29% on its original activity was observed. At pH 10.0, the decrease was 25%.

Karelian song culture : a broad and in-depth perspective

Kirjallisuusarvostelu

Individual Crimes or a Sociological Phenomenon: A Critical discourse analysis of the 2014 Royal Canadian Mounted Police National Operational Overview on missing and murdered Indigenous women in Canada

Pro gradu -tutkielma käsittelee Kanadan poliisivoimien, Royal Canadian Mounted Police (RCMP), vuoden 2014 operationaalista raporttia Kanadan kadonneista ja murhatuista alkuperäiskansojen naisista. Heitä katoaa ja murhataan Kanadassa suhteessa huomattavasti enemmän kuin muita naisia. Aihe on hyvin ajankohtainen sekä kriittinen ja siihen on paikallisten organisaatioiden lisäksi kiinnittänyt huomiota mm. Amnesty International ja Yhdistyneet Kansakunnat. Tilannetta pidetään jo ihmisoikeuskriisinä ja sen puolesta puhuminen voidaan nähdä osana laajempaa kansannousua alkuperäiskansojen oikeuksien puolesta. Kanadan hallitusta sekä poliisivoimia on syytetty välinpitämättömyydestä ja rasismista, poliiseja jopa väkivallasta alkuperäiskansojen naisia kohtaan. Kanadan hallitus ei myönnä ongelman olevan sosiologinen ilmiö, vaan pääministerin mukaan naisten katoamiset ja murhat ovat yksittäisiä rikoksia. Tilanteen taustalla on laajempi ongelma, joka juontaa juurensa kolonialismista, alkuperäiskansojen pakkokoulutuksesta ja heidän kulttuurinsa sekä identiteettinsä tuhoamisesta. Ennakkoluulot ja stereotypiat elävät yhä vahvana luoden heikon aseman alkuperäiskansojen edustajille ja tässä tapauksessa erityisesti naisille, joita myös usein syytetään omista ongelmistaan. Tutkielma selvittää, onko tämä operationaalinen raportti eriarvoisuutta, stereotypioita sekä ennakkoluuloja ylläpitävä ja tukeeko se näkemystä sosiologisesta ilmiöstä. Poliisivoimat ovat yhteiskunnassa vaikutusvaltaisessa asemassa ja voivat edesauttaa, jatkaa ja voimistaa syrjivää ajattelua, käytöstä ja viestintää. Vaikka he myös ajavat alkuperäiskansojen etuja, tulee heidän toimintaansa ja täten tätä kyseistä raporttia tarkastella kriittisesti. Tutkielma keskittyy kriittiseen diskurssianalyysiin (Fairclough 1995, Wodak & Meyer 2009). Raportin teksti ei ole avoimesti diskriminoivaa ja keskittyy tilastojen ja lukujen raportointiin sekä vertailuun, luoden samalla kuvan asianomaisista sekä tilanteesta yleisesti. Makroanalyysi (van Dijk 1977, 1980) mahdollistaa korkeamman tason ajatusten ja ideoiden esille tuonnin paljastaen ns. rivien välistä löytyvän viestinnän. Näistä makroanalyysin tuloksista etsitään erilaisia diskurssistrategioita (Reisigl & Wodak 2001), joiden avulla luodaan mm. kuva positiivisesta itsestä ja negatiivisesta toisesta. Näitä tuloksia tuetaan lyhyellä multimodaalisella analyysillä, joka keskittyy lähinnä raportin kahteen kuvaan (Kress & van Leeuwen 2006). Lopuksi tuloksista keskustellaan suhteessa yhteiskunnan valtasuhteisiin (Foucault 1976), rasismiin ja seksismiin. Analyysin perusteella raportti on selkeästi diskriminoiva. Se tuo esiin vanhoja stereotypioita ja ennakkoluuloja, esittää tilanteen alkuperäiskansojen sisäisenä ongelmana, jättää mainitsematta tilanteen taustat ja luo hyvin positiivisen kuvan poliisivoimista (RCMP). Tällä tavoin se ylläpitää yhteiskunnan epätasapainoisia valtasuhteita ja alkuperäiskansojen naisten heikompaa ja marginalisoitua asemaa. Raportti todistaa kuinka syvällä Kanadan yhteiskunnassa jopa institutionaalisella tasolla nämä ajatukset piilevät, sillä diskriminaatio ulottuu tapausten syistä niiden käsittelyyn ja raportointiin. Tilanne on huolestuttava ja voidaan nähdä sosiologisena ilmiönä. Poliisivoimien tulisi lisätä sisäistä koulutusta asian suhteen sekä hallituksen tutkia tätä ilmiönä ja paneutua sen selvittämiseen laaja-alaisesti ja läpinäkyvästi.

Individual Crimes or a Sociological Phenomenon: A Critical discourse analysis of the 2014 Royal Canadian Mounted Police National Operational Overview on missing and murdered Indigenous women in Canada

Pro gradu -tutkielma käsittelee Kanadan poliisivoimien, Royal Canadian Mounted Police (RCMP), vuoden 2014 operationaalista raporttia Kanadan kadonneista ja murhatuista alkuperäiskansojen naisista. Heitä katoaa ja murhataan Kanadassa suhteessa huomattavasti enemmän kuin muita naisia. Aihe on hyvin ajankohtainen sekä kriittinen ja siihen on paikallisten organisaatioiden lisäksi kiinnittänyt huomiota mm. Amnesty International ja Yhdistyneet Kansakunnat. Tilannetta pidetään jo ihmisoikeuskriisinä ja sen puolesta puhuminen voidaan nähdä osana laajempaa kansannousua alkuperäiskansojen oikeuksien puolesta. Kanadan hallitusta sekä poliisivoimia on syytetty välinpitämättömyydestä ja rasismista, poliiseja jopa väkivallasta alkuperäiskansojen naisia kohtaan. Kanadan hallitus ei myönnä ongelman olevan sosiologinen ilmiö, vaan pääministerin mukaan naisten katoamiset ja murhat ovat yksittäisiä rikoksia. Tilanteen taustalla on laajempi ongelma, joka juontaa juurensa kolonialismista, alkuperäiskansojen pakkokoulutuksesta ja heidän kulttuurinsa sekä identiteettinsä tuhoamisesta. Ennakkoluulot ja stereotypiat elävät yhä vahvana luoden heikon aseman alkuperäiskansojen edustajille ja tässä tapauksessa erityisesti naisille, joita myös usein syytetään omista ongelmistaan. Tutkielma selvittää, onko tämä operationaalinen raportti eriarvoisuutta, stereotypioita sekä ennakkoluuloja ylläpitävä ja tukeeko se näkemystä sosiologisesta ilmiöstä. Poliisivoimat ovat yhteiskunnassa vaikutusvaltaisessa asemassa ja voivat edesauttaa, jatkaa ja voimistaa syrjivää ajattelua, käytöstä ja viestintää. Vaikka he myös ajavat alkuperäiskansojen etuja, tulee heidän toimintaansa ja täten tätä kyseistä raporttia tarkastella kriittisesti. Tutkielma keskittyy kriittiseen diskurssianalyysiin (Fairclough 1995, Wodak & Meyer 2009). Raportin teksti ei ole avoimesti diskriminoivaa ja keskittyy tilastojen ja lukujen raportointiin sekä vertailuun, luoden samalla kuvan asianomaisista sekä tilanteesta yleisesti. Makroanalyysi (van Dijk 1977, 1980) mahdollistaa korkeamman tason ajatusten ja ideoiden esille tuonnin paljastaen ns. rivien välistä löytyvän viestinnän. Näistä makroanalyysin tuloksista etsitään erilaisia diskurssistrategioita (Reisigl & Wodak 2001), joiden avulla luodaan mm. kuva positiivisesta itsestä ja negatiivisesta toisesta. Näitä tuloksia tuetaan lyhyellä multimodaalisella analyysillä, joka keskittyy lähinnä raportin kahteen kuvaan (Kress & van Leeuwen 2006). Lopuksi tuloksista keskustellaan suhteessa yhteiskunnan valtasuhteisiin (Foucault 1976), rasismiin ja seksismiin. Analyysin perusteella raportti on selkeästi diskriminoiva. Se tuo esiin vanhoja stereotypioita ja ennakkoluuloja, esittää tilanteen alkuperäiskansojen sisäisenä ongelmana, jättää mainitsematta tilanteen taustat ja luo hyvin positiivisen kuvan poliisivoimista (RCMP). Tällä tavoin se ylläpitää yhteiskunnan epätasapainoisia valtasuhteita ja alkuperäiskansojen naisten heikompaa ja marginalisoitua asemaa. Raportti todistaa kuinka syvällä Kanadan yhteiskunnassa jopa institutionaalisella tasolla nämä ajatukset piilevät, sillä diskriminaatio ulottuu tapausten syistä niiden käsittelyyn ja raportointiin. Tilanne on huolestuttava ja voidaan nähdä sosiologisena ilmiönä. Poliisivoimien tulisi lisätä sisäistä koulutusta asian suhteen sekä hallituksen tutkia tätä ilmiönä ja paneutua sen selvittämiseen laaja-alaisesti ja läpinäkyvästi.

Farm animal welfare, consumer willingness to pay, and trust: results of a cross-national survey

Higher animal welfare standards increase costs along the supply chain of certified animal-friendly products (AFP). Since the market outcome of certified AFP depends on consumer confidence toward supply chain operators complying with these standards, the role of trust in consumer willingness-to-pay (WTP) for AFP is paramount. Results from a contingent valuation survey administered in five European Union countries show that WTP estimates were sensitive to robust measures of consumer trust for certified AFP. Deriving the WTP effect of a single food category on total food expenditure is difficult for survey respondents; hence, a budget approach was employed to facilitate this process.

Motivation, rationale and key results from the GERBILS Saharan dust measurement campaign

The Geostationary Earth Radiation Budget Intercomparison of Longwave and Shortwave radiation (GERBILS) was an observational field experiment over North Africa during June 2007. The campaign involved 10 flights by the FAAM BAe-146 research aircraft over southwestern parts of the Sahara Desert and coastal stretches of the Atlantic Ocean. Objectives of the GERBILS campaign included characterisation of mineral dust geographic distribution and physical and optical properties, assessment of the impact upon radiation, validation of satellite remote sensing retrievals, and validation of numerical weather prediction model forecasts of aerosol optical depths (AODs) and size distributions. We provide the motivation behind GERBILS and the experimental design and report the progress made in each of the objectives. We show that mineral dust in the region is relatively non-absorbing (mean single scattering albedo at 550 nm of 0.97) owing to the relatively small fraction of iron oxides present (1–3%), and that detailed spectral radiances are most accurately modelled using irregularly shaped particles. Satellite retrievals over bright desert surfaces are challenging owing to the lack of spectral contrast between the dust and the underlying surface. However, new techniques have been developed which are shown to be in relatively good agreement with AERONET estimates of AOD and with each other. This encouraging result enables relatively robust validation of numerical models which treat the production, transport, and deposition of mineral dust. The dust models themselves are able to represent large-scale synoptically driven dust events to a reasonable degree, but some deficiencies remain both in the Sahara and over the Sahelian region, where cold pool outflow from convective cells associated with the intertropical convergence zone can lead to significant dust production.

'What with your grades?': Students motivation for and experience of vocational courses in further education

In this article we seek to explore the motivations for studying a vocational qualification of 40 students currently in further education. We consider student decision making, in terms of the support and guidance received, and examine the value these students place on their training, particularly with respect to their future employment. Drawing on qualitative data from 40 students we argue that a student’s sense of their educational identity is important in understanding their motivations for vocational training in the first instance as well as a lack of good careers information and guidance.

Executive pay and performance: did bankers’ bonuses cause the crisis?

This paper examines the pay-performance relationship between executive cash compensation (including bonuses) and company performance for a sample of large UK companies, focusing particularly on the financial services industry, since incentive misalignment has been blamed as one of the factors causing the global financial crisis of 2007–2008. Although we find that pay in the financial services sector is high, the cash-plus-bonus pay-performance sensitivity of financial firms is not significantly higher than in other sectors. Consequently, we conclude that it unlikely that incentive structures could be held responsible for inducing bank executives to focus on short-term results.

B2B service brand identity: scale development and validation

Several brand identity frameworks have been published in the B2C and the B2B brand marketing literature. A reliable, valid and parsimonious service brand identity scale that empirically establishes the construct's dimensionality in a B2B market has yet to be developed. This paper reports the findings of a study conducted amongst 421 senior executives working in the UK IT Service sector to develop and validate a B2B Service Brand Identity Scale. Following established scale development procedures support is provided for a B2B Service Brand Identity Scale comprising five dimensions; employee and client focus, visual identity, brand personality, consistent communications and human resource initiatives. Concluding remarks discuss theoretical and managerial implications with limitations and directions for future research.