Persona non-grata ja (bio)passit

Kirjoitin aiemmin aiheesta biometripassi ja tietoturvauhat, jossa kuvasin näiden uusien passien tekniikkaa.

Turvallisuusmaailmassa on kahdenlaista lähestymistapaa:

1. Salli vain se, mikä on nimenomaisesti sallittua
2. Kiellä vain se, mikä on nimenomaisesti kiellettyä

Yleisesti halutaan käyttää kakkosvaihtoehtoa, paitsi milloin nimenomaisesti käytetään ykköstä. Turismille kakkonen on kaiken perusta, turvallisuuskeskeiselle mm. sotilaalliselle toiminnalle taas ykkönen.


Miten ratkaistaan persona-non-grata väärä tunnistus? Mitä edes tarkoitan väärällä tunnistuksella? Yksinkertaisesti näitä kahta:

• Henkilön väärää tunnistusta persona-non-grata:ksi
• Henkilön väärää tunnistusta ei persona-non-grata:ksi.
  

Epätoivotuksi todettu henkilö passitettiin aikoinaan pois maasta/maanosasta ja hänen biometrinen identiteettinsä talletettiin maanosan laajuiseen epätoivottujen tietokantaan.

Otetaan premissiksi, että henkilöllä on laillinen uusi passi uusilla tiedoilla - koska maan Y henkilötunnistussysteemit eivät ole kovin tarkkoja, mutta maa myöntää e-passeja koska kaikki hyvät tekevät niin.

Naiivi tapa olisi tutkia passissa olevat tiedot ja tehdä tarkistus persona-non-grata rekisteriä päin:
→ Hienoa! Passi ei ole mustalistalla, päästä sisään!


Miten ihan aikuisten oikeasti tehdään persona-non-grata tunnistus?

Se tehdään tallettamalla riittävän runsaasti sellaista biometristä informaatiota joka on:

• Stabiilia ihmisen koko elämän ajan
• Helpohkoa hakea nopeasti suuresta tietokannasta, kuten sormenjälkiä ja iiriskuvat.

Sellaisen tiedon kaveriksi annetaan myös vähemmän helposti tietokantahakuna haettavia juttuja, kuten henkilöiden valokuvia.

Ratkaise valokuvalla ongelma: "Löydä miljardien valokuvien joukosta se, joka mahdollisesti esittää tätä harmaantunutta ja kaljuuntunutta henkilöä tuntematon määrä vuosia aiemmin."

TV-CSI grafiikkahaut sikseen, ne ovat TV-viihdettä, oikeat haut tehdään sen jälkeen kun kuvasta on laadittu tunnuspisteverkko, määritelty mittasuhteiden standardoitu datajoukko kysytään tietokantaan fiksusti rakennetuilla apuindekseillä että "anna niiden osumien joukko joissa mittaluvuista ainakin 90% täsmää paremmin kuin 5% virheellä". Seuraava käsittely sitten rouhii välituloksesta tiukempien ehtojen mukaan vääriä osumia pois, mutta jos ensimmäinen valintakriteeristö on valittu oikein, oikea osuma on tuossa välituloksessa ja (mikä tärkeintä) tämän ensimmäisen kohtuukokoisen välituloksen saantiin meni hyvin vähän aikaa.

Sormenjälkiä ja iiriskuvia haetaan tietokannasta tämän kaltaisilla algoritmeilla muodostettavilla tiivisteillä. Kun tiivistetekniikka on löytänyt sopivan pienen potentiaalien osumien joukon, voidaan lähteä käyttämään tarkempia ja laskennallisesti raskaampia algoritmeja todellisen osuman löytämiseen ja selvien väärien eliminointiin.


Väärä tunnistaminen persona-non-grata:ksi tarkoittaa että biometristen tunnisteiden joukko antaa osuman väärälle henkilölle.

Edes identtisillä kaksosilla sormenjäljet eivät ole täsmälleen samanlaiset, mutta kaksien sormenjälkien tunnistaminen samaksi on silti mahdollista, jos käytetty digitointi on liian suurpiirteistä, tmv. Vertailemalla useampia sormia ja molemmat iiriskuvat päästään tilanteeseen jossa yhden sormen (tai yhden iiriksen) täsmäys ei vielä sano että kyseessä on sama henkilö.

Puuttuva tunnistaminen persona-non-grata:ksi tarkoittaa että henkilö pääsee sisään ilman että häntä on tunnistettu. Tällöin henkilön tallennetut tiedot, eivät enää osu yksiin henkilön nykyisen olemuksen kanssa.

Sormenjälkiä voi "polttaa" pois, yms. mutta "sormenjäljetön" saapuja herättää varmasti omaa huomiotaan, samoin väärillä sormenjäljillä varustautunut henkilö, jolla on sormissaan jotain ylimääräistä kuorta.
Iiriksen voi peittää värillisellä kontaktilinssillä, mutta sekään ei jää tarkkaavaiselta ihmiseltä huomaamatta.

Biometripassi ja tietoturvauhat

Takavuosina huudeltiin kovasti näiden uusien biometripassien olevan kenen tahansa etäluettavissa ja siten niihin säilötyn identiteetin olevan varastettavissa.

Tätä uhkakuvaa pitää tasapainottaa kuitenkin parilla seikalla:

• Sähköinen etäluku on vaihtoehto ns. kontaktilliselle älykorteille, jonka ongelmia ovat luonnollisesti kontaktin tarve ja kontaktien kautta mahdollinen staattisen sähkön korttia rikkova vaikutus
• Etäluku on havaittu nopeammaksi kuin kontaktillinen lukeminen tarkkoine kortin paikkasijoitteluineen
  
• Talletettu data on tehty erinomaisen vaikeaksi väärentää
  
• Talletetun datan aitous on tehty helpoksi varmistaa
• Varastettu passi voidaan asettaa kieltolistalle, jolla sen pätevyys mitätöidään nimellisesti kolmessa vuorokaudessa (tai alle) siitä kun passin myöntäjämaan viranomainen saa ilmoituksen sen varastamisesta tai muusta katoamisesta.
  

Identiteetin etävarastaminen estyisi kontaktillisella kortinluvulla, mutta oikeastaan se ei muuta yhtään tilannetta siitä, että passi annetaan hotellissa sisäänkirjautumisen yhteydessä henkilökunnalle kirjattavaksi. Tähän on tarjolla kuitenkin ns. "Basic Access Control", jossa kaikki kortilta luettava data tulee yksinkertaisen symmetrisen kryptauksen läpi. Kryptoavain muodostuu passin tietosivulla olevan koneluettavasta datasta (Machine Readable Zone, MRZ) hash funktiolla ja sen tarkoitus on tehdä anonyymi etäluku toimimattomaksi, mutta ei vaatia sertifioituja lukijalaitteita.

ICAO:n määrityksessä biometripasseista (Machine Readable Travel Document) ensimmäisen sukupolven passeissa on EEPROM datakapasiteettia vähintään 32kB, josta noin 15-20kB suositellaan käytettäväksi henkilön passivalokuvan voimakkaasti kutistettuun JPEG versioon. Loput datasta on samaa mikä näkyy tulostettuna passin sisältösivulle, kaikesta tuosta datasta tehdylle kryptograafiselle tiivisteelle ja passinmyöntäjän kryptograafiselle allekirjoitukselle. Käytännössä passin datasisältö on X.509-tyylinen sertifikaatti.

Näille MRTD:ille (alias e-Passport) on määritelty kolme yhteensopivuusryhmää:

1. Kasvokuva
2. Sormenjälki ja iiris-kuva
3. Allekirjoitus ja ääninäyte
   

Sormenjäljen ja/tai iiriskuvan kanssa ICAO on suosittanut vuonna 2006, että ne salattaisiin, mutta: "Encryption standards would be left to the issuing state."

Minimaalinen datasisältö ovat ryhmät DG1 ja DG2, eli MRZ data ja värillisen kasvokuvan jpeg. Passin konsistenssin varmistamiseen riittää MRZ datan vertaus DG1:een, sekä tietysti koko koneellisen sertifikaatin verifiointi.

ICAO:n Public Key Directory (PKD) sisältää kaikkien e-passeja tekevien kryptograafiset allekirjoitukset ja kaikkien näitä passeja tarkastavien tulee ladata tuoreet allekirjoitussertifikattitiedot ja sertifikaattien peruustuslistatiedot (CRL) sieltä systeemeihinsä vähintään kerran päivässä. Näitä tietoja ei pääse lataamaan ilman yksilöllistä tunnusta ja salasanaa, joita ei saa, jos ei ole maansa passeja rajatarkastuksissa yms. tarkastava viranomainen.

Ensimmäisen sukupolven passeissa tiedot olivat selväkielisinä, nykyisessä sukupolvessa ne on suojattu anonyymiltä etäluvulta em. BAC:lla, mutta passi ei silti verifioi lukijalaitetta mitenkään. Speksin mukaan BAC perustuu pelkästään passin MRZ:ssa olevaan informaatioon, eikä edes osittain viranomaisten hyvävelikerhon salaiseen sertifikaattirekisteriin.

Miten tietoturvauhat?

• Anonyymi etäluku/identiteettivarkaus? BAC estää tai ainakin vaikeuttaa, mutta ei estä passin haltuunsa saanutta esim. hotellivirkailijaa tekemästä työnsä ohessa datan uloslatausta BAC:in speksaamalla tavalla
  
• Väärennetyn identiteetin luonti? PKI systeemin käyttö estää - ainakin periaatteessa. Kyllin suuria RSA-avaimia käyttävä allekirjoitin on hyvin vaikea faktoroitava, mutta kukin maa päättää itse, kuinka isoja avaimia käyttää.
  
• Väärennetyn identiteetin luonti? Passien allekirjoitussertifikaattien piilottaminen tekee myös massiivisen kryptohyökkäyksen vaikeammaksi - siis sertifikaatin salaisen avaimen faktoroinnin sertifikaatin julkisesta avaimesta.
• Väärennetyn identiteetin luonti? Passien allekirjoitussertifikaatit ovat jokaisessa passissa, eikä BAC ole speksinsä mukaan muuta kuin hidaste etäluvulle - ja tuo yllä mainittu hotellivirkailija on reikä BAC:in panssarissa
  
• Väärän chipin tunnistus? Sisältyy määrityksiin, yksinkertainen EEPROM ei riitä vaan pitää löytyä myös prosessointikapasiteettia jota käytetään sekä laillisen passin tunnistamiseen, että RFID protokollan kryptaamiseen niin että salakuuntelu ei paljasta dataa.

Uudet versiot ovat jo melko uskottavia, vielä kun olisi sormenjälkiä ja iiriskuvia...

Pari tuttua kommentoi että noiden suhteen passissa riittäisi heidän mukaansa Speksin Mukainen Tiiviste (mikä se speksi sitten olisikaan) sormenjäljestä/jäljistä. Silloin kyseisestä datasta ei saisi pelättyä isoveljen sormenjälkirekisteriä, vaan kyseessä olisi tiiviste jolla voisi verrata passin haltijaa passiin kirjattuihin tietoihin. (Mutta mikään ei estäisi $Valtiota keräämästä iiriskuvia ja sormenjälkiä kansalaisistaan ja tallettamasta niitä tiivisteiden lisäksi...)

On noloa, jos biometritietojen tiivisteet eivät toimisikaan, esimerkiksi siksi että olet viiltänyt etusormeesi passin teon jälkeen ja se on muodostanut pysyvän arven skannausalueelle. Täysimittainen skannaustieto ja sormenjälkivertailijan ammattitaito kykenevät silloin kuitenkin "suurella todennäköisyydellä" sanomaan että kyseessä on sama henkilö. Tähän tietysti auttaa useamman sormenjäljen tiivisteiden keruu niin että tarjolla olisi myös "varasormia", jopa "varakäsi". Iiriksiä meillä on vain kahdet.

Allekirjoitukset ja ääninäytteet ovat hyvin sotkuinen juttu, omat allekirjoitukseni ovat hyvin harvoin samanlaisia. Ääneni muuttuu sekin riippuen ilmankosteudesta, vireydestä, jne.

Tiivisteet toimivat annetuissa rajoissa osoittamaan että todennäköisyydellä P e-passia tarjoava henkilö H on sama kuin kenelle passi kertoo kuuluvansa. Todennäköisyyden saa periaatteessa mielivaltaisen lähelle ykköstä säätäen tiivisteiden, yms. ominaisuuksia.

HVDC Supergrid

Kirjoitin suprajohtavin kaapelein tehdystä SuperGrid verkkohaaveesta aiemmin.

Tämä nykyisin osattu ja siksi niin kovin epäseksikäs HVDC tekniikkaan perustuva systeemi on hieman erilaista. EU:ssa on kuitenkin juurikin tätä HVDC tekniikkaa pitkillä yhteyksillä. (Periaatteessa koko tuo keskinen manner-eurooppa on samaa taajuussäätöaluetta, mutta se koostuu silti useista erillisistä saarekkeista joita ei ole aivan pakko ajaa yhdessä.)

Teknisiä vaihtoehtoja on pari:

• Line Commutated Converter High Voltage Direct Current
• Voltage Sourced Converter HVDC

LCC-HVDC on näistä vanhempaa tekniikkaa, mutta sen toteuttamiseen tarvittavat tyristorikytkimet ovat hyvin hallussa ja AC/DC muuntoaseman häviöt ovat luokkaa 0.8% per asema. Tekniikka kaipaa myös synkronointia ja ohjausparametreja siirtämään jatkuvan tiedonsiirtoyhteyden linkin päiden välillä.

VSC-HVDC on uudempaa, IGBT transistoreja käyttävää tekniikkaa ja mm. suuremman kytkentätaajuuden takia siinä on LCC:tä suuremmat häviöt: noin 2.0% per asema. Tämä ei tarvitse jatkuvaa tiedonsiirtoyhteyttä linkin päiden välillä, vaan tulee toimeen ilmankin. Lisäksi VSC kykenee syöttämään tehoa jopa pimeään verkkoon, mihin LCC ei pysty.

Suomella on kolme tasasähköyhteyttä:

1. Fenno-Skan (Rauma-Forsmark) LCC-HVDC n. 550 MW, 400 kV
   
2. Estlink VSC-HVDC, 350 MW, 150 kV
   
3. Viipuri LCC-HVDC, 4x 350 MW, 85 kV

Työn alla on Fenno-Skan-2, joka on 800 MW 500 kV järjestelmä.


Miksi pitkiä yhteyksiä kannattaa tehdä tasavirralla, eikä vaihtovirralla?

Tähän on syynä linjassa kulkevan vaihtovirran reagointi ympäristön ja kaapelin ominaisuuksien kanssa.

Tämä reagointi on pitkittäisen kaapelin ominaisinduktanssin ja kaapelista sen naapureihin/ympäristöön olevien kapasitanssien vaikutusta. Kun suurjännitteisen vaihtovirran jännite muuttuu, kaapelin ja ympäristön välisen kapasitanssin sisältämä energia muuttuu. Tämä energiamuutos pitää syöttää jostakin ja se tunnetaan nimellä loisteho.

Loistehoa voidaan kompensoida sopivasti mitoitetuilla keloilla ja kondensaattoreilla (vaihtovirtatekniikassa termi: reaktanssi → laitenimi reaktori), jotka ovat resonanssissa 50 hertsillä linjan ominaiskapasitanssin kanssa. Käytännössä näitä kompensointisysteemejä tarvitaan vaihtosähköä siirtävillä meri- ja maakaapeleilla 50-70 km välein ja avolinjoilla 500-1000 km välein.

LCC-HVDC muuntoasema tuottaa yliaaltoja ja syö loistehoa noin puolet pätötehostaan, mutta onneksi molempia voidaan kompensoida erittäin korkealla hyötysuhteella tekemällä oikean kokoiset kelat ja kondensaattorit ilman että sitä energiaa pitää oikeasti tuottaa - pelkästään siirtää sitä hiukan ajallisesti.

Siinä missä vaihtovirtaverkko rajoittuu osittain linjaimpedanssin Z (noin 300 ohmia) ja jännitteen ansiosta: P = U²/Z, tasavirtalinkin ainoa rajoitus on linjan ohminen resistanssi. Puhutaankin termisestä rajasta: kuinka paljon systeemikomponenttien resistanssit saavat muuttaa virtaa lämmöksi. Tavallisesti rajoittava osa ei ole kaapeli, vaan linjan päissä olevat muuntimet.

Pääsääntönä voi pitää että kaikki isotehoiset merikaapelit ovat HVDC:tä. Muutamia poikkeuksiakin on: 130 kV AC linkki Ruotsista Ahvenanmaalle - se myös kenkkuilee kerran tai pari viikossa.

Jos Suomeen halutaan 2000 MW tuulivoimaa, joka tarkoittaa 30% optimistisella tehokkuuskertoimella joko että siitä saadaan noin 600 MW sähköä, tai että voimaloita pitää olla noin 6700 MW verran...

Huipputuulella (myrskyllä) systeemistä saadaan ulos 5000-6000 MW verran ja jos kaikki säätökelpoinen vesivoima on tuossa vaiheessa jo suljettu ja kulutusta ei ole riittävästi, silloin pitää joko alkaa sulkea tuulimyllyjä (eihän se käy!) tai sitten siirtää tehoa muualle, jossa on toivottavasti lisää suljettavissa olevaa säätövoimaa. Toisaalta viimeisen noin 10 vuoden aikana huippukuormatunnin aikana tuulituotantoa on ollut 4-40% asennetusta kapasiteetista — nykyinen muutama kymmenen MW asennettua kapasiteettia on käytännössä myös merkityksetön minkään kuorman palvelemiseksi.

Fenno-Skan ja Estlink -tyyppisiä yhteyksiä pitäisi olla ainakin 10 kertaa nykyinen määrä jotta tuulivoimaa saa laitettua verkkoon kaivattuja määriä vähemmin verkkostabiiliuden riskein. Niille tietysti kaveriksi järeitä pumppuvoimaloita. Suomen ja muidenkin maiden sisäisiä verkkoja pitää järeyttää että tällaiset isot ulkoiset siirtolinkit voivat ylipäätään toimia.

• https://noppa.tkk.fi/noppa/kurssi/s-18.3200/luennot Sähkönsiirtojärjestelmät 1
• https://noppa.tkk.fi/noppa/kurssi/s-18.3201/luennot Sähkönsiirtojärjestelmät 2

Sähköverkoksi kryogeeninen SuperGrid?

Tämän tarinan jatko-osa suhtautuu koko kryogeeniseen SuperGridiin epäillen.

Termi SuperGrid esiintyy kahdella merkityksellä. Euroopassa (EU:ssa) kyse on ns. perinteisestä HVDC verkosta joka kuljettaa isoja sähkötehoja korkeajännitteisten tasavirtalinkkien kautta - hyvin osattua epäseksikästä tekniikkaa jossa kysymys on lähinnä "montako rakennetaan". Tässä jutussa ei puhuta tuosta.

USA:ssa on hahmoteltu ajatusta jossa sähköverkon keskeinen runko koostuisi suprajohdekaapeleista, joita jäähdytetään nesteytetyllä vedyllä. Keskeinen ajatus on jaella nesteytetyssä muodossa vetyä ympäriinsä mm. autojen polttoaineeksi.

Tämä SuperGrid olisi tasavirtasysteemi, jossa noin 20kV jännitteellä toimitetaan tasavirtaa voimalaitoksilta käyttäjille noin 10GW teholla. (Useita rinnakkaisia 25kA kaapeleita.)

SuperGrid olisi myös 30-100 vuotta tulevaisuuteen, eikä lähimmän kymmenen vuoden juttu edes protoina. Varsinainen paikallinen jakeluverkko olisi edelleenkin noin 20kV AC systeemi ilman suprajohteita. Ainoastaan 110kV AC taso ja ylemmät korvattaisiin SuperGrid:illä.

Idean hehkuttajat katsovat suprajohtavan kaapelin käytön poistavan verkon ohmiset häviöt, mutta vastapainona saadaan AC/DC muunnosten häviöongelmat ja ylipäätään noiden muuntimien haastavuuden. Lisäksi vedyn nesteyttäminen vaatii energiaa, samoin kuin sen tuotanto.

Yllättäviä haasteita tulee näiden suprakaapelien ympärillä olevista DC-magneettikentistä. Jotta ne eivät leviäisi kovin laajalle, vastakkaissuuntaiset virrat pitää ajaa mahdollisimman lähellä toisiaan olevissa kaapeleissa.

Jos tekniikkana käytettävän peruskaapelin operatiiviseksi virraksi mitoitetaan vaikkapa 25kA, yksi kaapelipari kuljettaa noin 500MW. 10GW tarvitsee 20 kaapeliparia rinnakkain. Suomen nykyisen kantaverkon siirtokapasiteettiin tarvitaan 1-10 kaapeliparia per yhteys.

Käytännössä näiden kryokaapelien kannattaa olla ns. parikaapeleita koska saman virran pitää kulkea vastakkaisiin suuntiin ja on edullisempaa laittaa kaksi kaapelia yhden kryovaipan sisään, kuin tehdä kahdet kryovaipat. Systeemin jännite 20kV on melko pieni niin että sen tarvitsema kryogeenisessä lämpötilassa oleva sähköinen eristys on olematon verrattuna kokonaiseristyksen määrään. Arvataan tällaisen kaapelin ulkomitoiksi 100x150 milliä, alempana hahmotellun tunnelin molemmille seinille mahtuu silloin 150 millin korkeusvälein noin 25 kaapelia. Yhteensä tunneliin mahtuisi 50*500MVA = 25GW siirtokapasiteettia sijoittamalla kaapelit vain yhteen kerrokseen molemmille seinille. Tällainen duplex-kaapeli on myös helpompi kuopata maahan ihan yksittäisenä linkkinä ja vastaisi 3-vaiheista 110kV/1500A tai 400kV/420A yhteyttä.

Pitkillä yhteyksillä 3-vaihe linjan läpäisemä teho rajoittuu sen aaltoimpedanssin ansiosta, joka on noin Z=300Ohmia. Yhden linjan (vaihejohtimen) maksimi teho on silloin: P=U²/Z: 400kV = 533 MVA / 1300A, 220kV = 161 MVA / 730A, 110kV = 40 MVA / 370A, 20kV = 1.33 MVA / 66A. Laittamalla useita linjoja rinnakkain voidaan lisätä siirtokapasiteettia - toinen keino on lisätä linjaan induktiivista reaktanssia kompensoimaan linjan kapasitanssia.

Suomessa on ryhdytty sähkön jakelussa harrastamaan 400V kuluttajasähkön ja 20kV keskijänniteverkon välissä 1kV verkkoja. Toisin kuin 20kV, tuota 1kV sähköä voi kuljettaa samalla AMKA-kaapelilla kuin millä 400V kulkee. Tämä helpottaa keskijänniteverkon rakentamista. Nyt kun korkeamman jännitteen ansiosta virta on 40% jakelujännitteen tasolta ja siten ohmiset häviöt ovat vain 16% verrattuna siihen että jakelujännitettä toimitettaisiin saman runkoyhteyden matkan. 20kV:n keskijännitteellä virta on 2% jakelujännitteestä ja ohmiset linjahäviöt noin 0.04%.

Entä sitten muuntajahäviöt? SuperGrid:in ulottaminen jokaiseen niemeen ja notkoon ei todellakaan kannata. 100kV:tä pienemmille tasoille se on kyseenalaista. Joissain paikoissa on 50kV taso, mutta sen tarve on melko kyseenalainen. SuperGrid:in rakentaminen kaikkialle missä nyt on 100kV ja sitä suurempia jännitteitä on mahdollista, mutta melko hintavaa kun ympäri maata pitää tehdä Suomessakin luokkaa 20,000 km tunnelia, tai muuta maan alle kaivettua kaapelireittiä.

Kustannusten jakauma Stetson-Harrison menetelmällä:

• 5% kaapelit ja kryogeniikka
• 5% DC/AC muunninasemat
• 90% kaapelitunnelit ja vastaavat

Tunnelien teko on ehdottomasti kalleinta sen suuren työvoimavaltaisuuden vuoksi. Savimaahan vielä upottaa betonista tehtyjä tunnelielementtejä, mutta hinta kohoaa heti kun kalliota pitää alkaa louhia. Jokien alitukset/ylitykset pitää tehdä joko silloilla, tai tunneleilla. Tunnelissa tulee kyetä kulkemaan normaalikokoisella huoltoajoneuvolla ja sen katon pitää olla 2-3 metriä syvällä pintamaan alla. Käytännössä tunnelielementti on noin 6 metriä leveä, noin 5 metriä korkea ja noin 3 metriä pitkä betoninen suorakaideputki seinämävahvuuden ollessa 15-20 senttiä. Näin molemmille seinille saadaan korkeussuunnassa noin 4 metriä tilaa asentaa kaapeleita ja vielä mahtuu tekemään huoltoja. Tunneliputkien pitää olla vesitiiviitä ja/tai varustettu vedenpoistoin missä tarpeen. Teoriassa kaapeleita voisi kuopata pieneen betonikouruun kuten nyt tehdään 110kV ja 400kV kaapeleilla. Kaapeleita pitää kuitenkin jatkaa asennusoloissa, sillä mielivaltaisen pitkää kaapelia ei saa kuljetettua tehtaalta asennnuspaikalle. Mitä harvemmassa jatkoksia on, sitä parempi asennettu kaapeli on. Vaikka kaapelit olisivatkin maatäytteisessä betonikourussa, jatkosten pitää olla huollon tavoitettavissa.

Kokemukset CERN:in LHC kiihdyttimen suprajohdesysteemeistä eivät lupaa myöskään hyvää, mutta tasavirtajärjestelmiä on silti helpompi hallita, kuin perinteisiä korkeajännitteisiä vaihtovirtajärjestelmiä siirrettynä kryokaapeleihin. Suprajohteilla on kolme parametriä joiden ylitys aiheuttavat suprajohtavuuden menetyksen: kriittinen lämpötila, magneettikenttä ja virrantiheys. Suoralla kaapelilla magneetikentän ylitys on epätodennäköistä, mutta jäähdytyksen pettäminen on mahdollista. CERN:issä yhdessä kaapeliliitoksessa virrantiheys kasvoi pienellä alalla niin suureksi, että muutoin suprajohtavissa oloissa ollut liitos menetti osittain johtavuutensa ja virta keskittyi enemmän muihin osiin liitosta, jolloin virrantiheyden ylitysilmiö jatkui vyörynä ja kun koko liitos oli menettänyt suprajohtavuutensa, liitoksen hyvin pieni ohminen resistanssi kerrottuna systeemin virralla sulatti kaapelin. Kaikkiaan ilmiön alusta täydelliseen pelin menetykseen meni alle sekunti — 8.7kA virta aiheutti 1.0 voltin jännite-eron liitoksen yli 0.46 sekuntia ilmiön alkuhavainnosta: 8.9kW lämpöteho kaapeliliitoksessa... Alle 1 sekunti ilmiön alusta kaapeli oli jo sulanut poikki ja koko virta paloi valokaarella. Kaksi sekuntia valokaaren alusta kiehuvan heliumin paine nousi yli 20 Bariin ja kiihdyttimen kryogeeniset segmentit liikkuivat paineen takia murtaen betoniankkurinsa.

Ongelmia on silti kaikenlaisten transienttien vaikutuksista etenkin siihen, että hallintajärjestelmän pitää nopeasti tunnistaa kaapelin/liitosten muuttuminen ei-suprajohtavaan tilaan ja tehdä asialliset säädöt irrottaen vaurioitumassa olevan kaapelin ennen kuin se tekee karkuun ryöstäytyvää lämpenemistä ja polttaa itsensä / aiheuttaa kryogeenisen nesteen kiehahduksen ja sitä tietä kaapelin sisäisen räjähdysmäisen paineennousun. Cernin LHC-kiihdyttimen viimesyksyisen epäjohtavuuskatastrofin seurauksena kaikki kiihdyttimen suprajohtavat jatkokset varustetaan resistanssimittauksella joka mittaa jatkosta yhden nano-ohmin tasolla. Uudet mittarit ovatkin havainneet jo pari suprajohtavaa magneettia joiden sisällä on ollut noin 100 nano-ohmin resistanssi niiden ollessa toimintalämpötilassaan - tuottaen noin 7.6 Wattia lämpöä 8.7kA virralla, mikä on hirveä lämpökuorma 2K lämpötilassa! Toista löydettyä tapausta ei ollut vielä avattu tätä kirjoittaessani.

Suprajohdelinjan sisintä kaapelia on helpointa käyttää, jos se on eriste/suojakuorineen alle 150mm paksu ja toimitetaan isolla kelalla. Vastaavan läpimittaisia 110kV ja 400kV kaapeleita toimitetaan noin 1km pitkinä pätkinä jotka jatkoliitetään kentällä.

Ensimmäinen vaihtoehto on tehdä kaapeli jossa kuparinen tukimatriisi (kryojäähdytettä kuljettava putki) on alimittainen tilanteessa jossa suprajohdejatkoksen johtavuus muuttuu normaaliin tilaan. CERNin oppien mukaan tästä seuraa radikaaleja ikävyyksiä.

Toinen vaihtoehto on tehdä massiivikaapeli, jossa voi kuljettaa 25kA virtaa ohmisestikin ja josta pieni osa on suprajohdetta joka kykenee kuljettamaan saman virran ilman häviöitä. MMJ Cu kaapelilla pidetään sääntönä noin 6A/mm²: 25kA tarvitsee noin 4200mm² kuparia - toisaalta koska kyseessä on hätätilanteen virtakuljetusmedia, voitaneen käyttää isompaa virtatiheyttä ja siten ohuempaa kuparia: 20A/mm² mahdollistaa saman 1250mm² kaapelilla → läpimitaltaan 40mm umpinaisella kuparilla. Sama poikkipinta putkena jota pitkin ajetaan nesteytettyä vetyä ja jossa on suprajohtavasta materiaalista tehty ulkokerros on tietysti isompi.. ja saattaa hyvinkin merkitä kaapelin ulkoiseksi mitaksi luokkaa 250-400 milliä. Siis kuin kaukolämpöverkon putkilinja, ei sellaista toimiteta kelalta, vaan pitkinä suorina pätkinä — ainakin ulkokuorta, ehkä sisin kaapeli on vielä toimitettavissa kelalla, mutta eristekuori on jo liian paksua — 4200mm² poikkipinta-ala kuparia tulee joko hyvin paksuseinäisellä putkella (86/50mm, 19mm seinämä), tai isolla "ohutseinämäisemmällä" putkella (229/217 milliä, 6mm seinämä.) Kumpaakaan ei oikein voi toimittaa kelalla.

Suurehkoläpimittainen kupariputki on melko yksinkertaista tekniikkaa, kuin tekisi kaukolämpöputkia. Ongelmia on sitten suprajohtavan kerroksen jatkoksen rakentamisessa kenttäoloissa, samoin kuin kryogeenisten eristysten rakentamisessa, nestevedyn ulkopuolella kun on lämpöeristettä ja sen ulkopuolella nestetyppeä ja lisää eristeitä. Lisäksi kupariputken liitosten pitäisi olla tiivis korkeapaineiselle vetykaasulle.

Tällaisen linjan tekeminen on kallista ja ongelmana on nimenomaan lyhyenkin linjasegmentin tuhansien suprajohtavien liitosten jatkuvuuden verifiointi lämpötilassa joka on noin 250 Kelviniä korkeampi kuin toimintalämpötila. American Superconductor:in "344C" (YBaCuO alias "YBCO") lanka sietää 77K (nestetypen) lämpötilassa 90A virran 4.55 mm leveässä litteässä "langassa" (noin 90A/mm²). 229 mm läpimittaisen putken pinnalle mahtuu 158 lankaa joka kestää 14.2kA virran. Tarvitaan tuplasti laajempi pinta joka kestää 25kA, tai sitten tätä lankaa kahdessa kerroksessa. Magnesium-diboridi (MgB₂) pienellä hiili-douppauksella 15K(*) lämpötilassa on kriittiseltä virraltaan yli 1000A/mm² joka on yli 10 kertaa "YBCO" suprajohteisiin verrattuna. Lisäksi MgB₂ on verrattain halpaa ainetta tehdä. Kriittinen virtatiheys mahtuisi "334C"-johteen kaltaisena helposti 50mm läpimittaisen putken ympärille, tosin sitten kuparin virtatiheyden pitää olla korkeampi että kyseessä olisi ylipäätään putki... (*: pikainen Arxiv.org selaus löysi MgB2:n ominaisuuksien mittauksia 5K ja 15K lämpötilassa, ei 20K. Tämä 1kA/mm² kriittinen virta on arvioitu konservatiivisesti edellisistä; myöhempi selailu löysi 20K lämpötilassa 1kA/mm² olevan saavutettavissa kahden Teslan (2T) magneettikentässä - jonka pitäisi riittää suorilla linjoilla.)

Edellä mainittu 77K lämpötila on paljon helpompi ylläpitää, kuin nestevedyn 20K, mutta se on tietysti keskitetystä vetytuotannosta haaveilevien unelmien pettymys. "Kaapelin" mekaanista jämeryyttä se ei tietenkään poista ja siitä seuraavia vaikeuksia asennuksessa.

Insinöörityötä tarvitsee mm. löytää keino, jolla "MgB2" suprajohteesta ja sitä tukevasta kupariputkesta saadaan kenttäasennuksessa taivuteltavissa oleva rakenne. Umpinainen metalli ei oikein ole hyvä ja ongelmia on erityisesti jatkoliitosten alueella.


Mitä tehdä tuolla kryogeenisen kylmällä vedyllä?

Kaapelien pito kylmänä edellyttää kryogeenisen kylmää nestevirtausta, eli sitä on ajettava jatkuvasti ja melkoisella paineella pitkin verkkoa. Ehkä kaapeli koostuisi kahdesta kryogeenisesta vyöhykkeestä, ulompana nestetypen lämpötila ja sisempänä nestevedyn. Lopputavoite olisi kuitenkin jaella vetyä käyttökohteisiin, kuten tankkausasemille ja ehkä jopa käyttökohteisiin jossa sitä joko poltettaisiin hapen kanssa lämpöä tuottaen, tai ajettaisiin polttokennoon jonka toisena osapuolena olisi ilman happi. Nestevedyllä, kuten vedelläkin, on suurin ominaislämpökapasiteetti nesteen höyrystyessä, joten parhaiten systeemi jäähdyttää ollen neste+kaasu seos, tai siis annettaessa nesteen höyrystyä matkallaan.

Kuinka paljon kryogeenisesta nestevirrasta päästään vuotamaan käyttökohteisiin ja kuinka paljon pitää kierrättää ympäriinsä pitämässä kylmyyttä yllä? Hyvä kysymys, mutta siihen ei löydy helppoa vastausta. Jos jäähdytettä kierrätetään silmukassa samaan tapaan kuin taloissa keskuslämmitystä, paluusuunnassa pitää olla riittävä virtaus että senkin jäähdytys tapahtuu riittävällä teholla. Toinen vaihtoehto on, että paluusuunta on vain eristetty ylimääräisen jäähdytteen paluuputki, ei suprajohtava kaapeli. Tässä ollaan tietysti pulmassa että kryogeenisesti eristetty paluuputki on yhtä kallis kuin suprajohdekaapeli.

• MIT TechReview: Europe Backs Supergrids (Joulukuu 2008), englanniksi
  
• Airtricity Supergrid esitys, englanniksi
  
• Superconducting SuperGrid workshops, (2002, 2004) University of Illinoi at Urbana-Campaign
  

Tuulimyllyillä lisätuloja maanviljelijöille?

Yle uutisoi:

Tuulivoimalle esitetään markkinaehtoista takuuhintaa. Työ- ja elinkeinoministeriön työryhmä esittää, että takuuhinta otettaisiin käyttöön ensi vuoden alussa ja sen kesto olisi 12 vuotta.

Työryhmän mukaan tuulivoimalle määrättävä tavoitehinta olisi 83,5 euroa megawattitunnilta. Tuulivoiman tuottajalle maksettaisiin syöttötariffina sähkön markkinahinnan ja tavoitehinnan välinen erotus.
Jos markkinahinta olisi esimerkiksi 50 e/MWh, syöttötariffin takaama osuus tuottajalle olisi 33,5 euroa megawattitunnilta. Loppuosan tuloista tuottaja saisi tuotetun sähkön myynnistä. Takuuhinnaksi esitetty 83,5 e/MWh on yli kaksinkertainen verrattuna sähkön tämän hetken hintaan pohjoismaisilla sähkömarkkinoilla.
Jos sähkön hinta kipuaa esimerkiksi 50 euroon, tuen osuus vastaavasti pienenee. Tällä mallilla on arvioitu, että lisälasku on noin 200 miljoonaa euroa vuosittain, jos hallituksen tavoite 2 000 megawatista tuulivoimaa toteutuu.

Hienoa!

Kohta Suomessa maanviljelijät alkavat kasvattaa pelloillaan tuulimyllyjä, joista saa paremmin rahaa kuin mistään laillisesta viljelykasvista per hehtaari. Yksi mylly vie maan pinnalla alaa alle yhden aarin (0.010 hehtaaria) ja lopun alan voi käyttää edelleen kasvien viljelyn harrastamiseen myllyjen alla. Myllyillä on tietysti oltava riittävästi tilaa että lavat mahtuvat pyörimään, 100 metriä tai enemmän etäisyyttä toiseen.

Vehnän satoisuus eteläisimmässä Suomessa on luokkaa 4.5 tonnia/hehtaari ja siitä maksettava hinta on luokkaa 100 eur/tonni (agrimarket termiinihinnat 2009), eli noin 450 eur/hehtaari. Lisäksi saattaa saada pinta-alatukea jopa 6600 eur/hehtaari. Seuraavassa käytetään viljan tuoton ja pinta-alatuen summaa vertailukohtana. Pelkällä viljan tuotolla tilanne on vielä hurjempi.

Otetaan vuoden tuotantokeskiarvoksi noin 30% laitoksen kapasiteetista ja valitaan 1 MW laitos. Se tuottaisi keskimäärin 0.3 MWh * 83.5 eur/MW = 25.0 eur tunnissa, 600 eur vuorokaudessa, tai 200-220 tuhatta euroa vuodessa ja 1MW myllyjä voisi pistää noin 100 metrin välein, eli tällä takuuhinnalla ne tuottaisivat noin 30 kertaa paremmin kuin vehnä!

Mitähän ne myllyt maksaa? Kuinka monessa vuodessa tuollainen maksaisi itsensä ja subventoisi maanviljelysharrastusta?

Googlella löytyi joku "1MW = USD 1.5 million" -- sähköntuotto maksaisi 1.5Meur hintaisen myllyn: 1.5/0.2 = 7.5 vuodessa. Ottamalla huomioon "FarmiSähkö Oy:n" pankkilainan korot, yms. tämä takaisinmaksuaika olisi varmaan pidempi.

Nämä laskut on tehty ilman nelilaskinta ihmeellisempiä välineitä, tarkemmat kustannukset ja tuotot etsien voi tehdä tarkempia laskuja. Kyllähän tämä hyvinkin voisi mennä varsinaiseen viljelyyn auttamattoman alimittaisella 10 hehtaarin luokkaa olevalla maatilalla maanviljelyn ja metsätalouden tulojen korvikkeena. Edes kolme vispilää tuollaiselle alalle niin että ne ei haittaa sen paremmin "metsänhoitoa", kuin "maanviljelyäkään".

Tuo 2000 MW tuulivoimaa on myös sähköverkkomme kannalta erittäin hankala juttu. Siitä aiheesta kirjoitin jutun "Tuulimyllyilläkö merkittävästi sähköä?" Aiheesta löytyy myös raportteja Fingrid:in sivuilta aiheesta "tuulisähkön liittäminen verkkoon".

Blogissaan Ydinvoimala vai muutama tuulimylly Eija-Riitta Korhola kirjoittaa tuosta 2000MW kokonaistehoisesta viherhaaveesta ihan osuvia ja hänen kommentoijansa huomauttavat myös että tuo olisi luokkaa 1000 kpl tuulimyllyjä jotka levitettynä tuuliselle rannikkoseudulle tarkoittavat luokkaa tuulimylly per 500 metriä...

---

Tammikuussa 2011 julkaisiin juttu optimaalisesta tuuliturbiinien sijoitustiheydestä. Tämä näyttää olevan noin 15 kertaa roottorin läpimitta, eikä 4-7 kuten aiemmin on ajateltu.

"Miksei kukaan ajattele lapsia?"

Otsikko on aivot irtikytkevä ilmaisu joka liittyy erittäin pieneen osaan maailman ikäviä ilmiöitä, eikä se loppupelissä vaikuta mitään pedofiilien käytökseen.

Millä saisi nämä vouhottajat tekemään jotain todella tepsivää käytännössä kaikkien sähköpostilaatikoihin tunkevan spämmin suhteen? Onko sähköpostisaaste niin jokapäiväinen juttu ettei siitä tarvitse välittää ja tuo otsikon viittaama lapsiporno niin tärkeä että sen takia pitää koettaa sensuroida koko internet tavoilla jotka eivät kuitenkaan toimi ja jotka suomessa ovat jopa nykyisen lain vastaisia?

Muutamissa maissa on julistauduttu maailmanpoliiseiksi joka voi nostaa syytteen kolmansien maiden kansalaisia kohtaan näiden kotimaissaan tekemien ihmisoikeusrikosten takia (ks. Ruanda.) Jonkun olisi viimeinkin aika julistaa:

• Spämmäys kansainväliseksi rikokseksi, joka se tosiasiassa on
• Sähköpostirikollisten rankaisun olevan kansallinen kunniatehtävä jos näitä ei omissa maissaan rangaista mitenkään

Hienoisia ongelmiahan on tietysti siinä että nämä roikaleet pyrkivät piilotamaan itsensä mahdollisimman hyvin mukaanlukien kaikki kontaktikeinonsa.

Spämmerien jahtaamiseen tarvitaan:

• Kaikki mahdolliset identiteetin valehtelut ja pankkien käyttö rahaliikenteen seuraamiseen löytääkseen mainostetun webin todellisen sijainnin (kovin usein USA:laiseksi tai Kanadalaiseksi väitetty webi onkin Kiinassa)
• Kuka saa rahat (pitää tehdä valeostoja)
• Vaatia kansainvälistä yhteistyötä kaup- piaan (mainostajan) sijaintimaan kanssa (jos se vaikka onnistuisi)
• Vetää kauppias oikeuteen Suomessa ja pistää pitkälle N vuoden vankilatuomiolle (1 sekunti per jokainen spämmätty kohde -> 31. 6 miljoonaa vastaanottajaa -> vuosi tuomiota... Pari lähetyskertaa merkitsee helposti 300 miljoonaa vihaista vastaanottajaa.)
  
• Tarjota kauppiaalle mahdollisuus paljastaa mainostoimittajansa saaden 50% lyhennyksen tuomioonsa ja 99% lyhennyksen jos tiedot johtavat mainoskauppiaan pidätykseen ja tuomioon.
  
• Vetää mainosten levittäjä oikeuteen ja tarjota 1 sekunti vankeutta jokaisesta lähetetyn spämmin vastaanottaja- osoitteesta.
• Tarjota mainosten levittäjälle mahdollisuutta saada tuomioon lieven- nystä ilmiantamalla yhteistyökump- paninsa.
  

Eihän tämä tietysti onnistu, sillä Kiinalaiset, USA:laiset ja Venäläiset spämmääjät ovat omissa maissaan suojassa ulkomaisilta syytteiltä, mutta olisipa edes jotain todellista ja kaikkien hyväksymää maailmanpoliisileikkiä.

Uutuusruokaa Ruotsista

Think Geek mainostaa uutta Ruotsalaista syötävää ihmemönjää: www.thinkgeek.com squeez-bacon.

Paistettua pekonia suoraan puristepullosta ikään kuin ketsuppia!

Tarkkaan lukien tuo juttu herättää monenlaisia epäilyjä, mutta sopii kyllä tuon kansakunnan kummallisuuksien sekaan, kuten: hapansilakat, nuuska, Kallen mätitahna, jne...