OX2 Mässingberget

Miten tuulivoima toimii?

Mitä tuulivoima on?
Auringon lämmittäessä ilmakehää ilmassa syntyy lämpötilaeroja. Se luo paine-eroja, joiden ansiosta ilmamassat lähtevät liikkeelle. Näin syntyy tuuli. Tuulta on käytetty pitkään tuulimyllyjen mekaanisessa toiminnassa ja vesipumpuissa. Nykyaikainen tuulivoimala muuttaa energiaksi n. kolmasosan roottoriin osuvien tuulien voimasta. Voima siirtyy vaihdelaatikon kautta generaattoriin, joka tuottaa sähköä.

Miten tehokasta tuulivoima on?
Tuulivoimaloiden teho on kymmenkertaistunut kymmenessä vuodessa. Yleisin, nykyisin rakennettavan tuulivoimalan teho on 2 000 ja 3 000 kW välillä, ja kehitys kulkee nopeaan tahtiin eteenpäin. Nykyisin käytössä olevien tuulivoimaloiden teho on jopa 6 000 kW (6 MW), ja piirustuspöydällä olevat koot kohoavat 10 MW.

3 MW tuulivoimalan tornin korkeus on n. 100–140 metriä ja roottorin halkaisija n. 100–130 metriä. 3 MW tuulivoimala pystyy huolehtimaan noin 2 000 kotitalouden sähköntarpeesta. Tuulivoimala alkaa tuottaa sähköä, kun tuulenvoima on noin 4 m/s. Korkein tuotanto saavutetaan tuulenvoiman ollessa n. 12–13 m/s. Tuulivoimalat tuottavat sähköä 80–90 prosenttia ajasta.

Säätövoima
Suomi kuuluu pohjoismaiseen sähkömarkkina-alueeseen (Nord-Pool). VTT:n tutkimustulosten perusteella 10 % tuulivoimaosuus pohjoismaisessa sähköjärjestelmässä ei aiheuta lisäsäädön rakentamistarvetta säätösähkömarkkinoille. Energiakolmion tekemän markkinaselvityksen mukaan Suomen sähkömarkkinalla on vuonna 2030 hyvin tilaa 15 TWh:lle tuulivoimatuotantoa. Luku vastaa noin 5 000–6 000 MW asennettua tuulivoimakapasiteettia. Siirtokapasiteettien puitteissa tuulivoimatuotanto on syötettävissä Suomen sähkövoimajärjestelmään, eikä säätövoiman lisärakentamiselle ole tarvetta.

Bioenergian jälkeen vesivoima on toiseksi suurin uusiutuva energianlähde Suomessa. Vesivoiman osuus Suomen sähköntuotannosta on viime vuosina ollut 10–15 prosenttia. Vesivoima toimii hyvin säätövoimana. Toisen ulottuvilla olevan tulevaisuuden vision mukaan tuulivoimaa on mahdollista ”varastoida” akkuihin esim. seuraavan sukupolven sähköautoissa.

Tuulivoiman potentiaali
Tuulivoiman nykyinen kasvukausi on suurempi kuin milloinkaan, varsinkin Pohjolassa. Tuuliolosuhteemme kuuluvat maailman parhaimpiin, ja rakentaminen on viime vuosina päässyt vauhtiin.

Suomen tuulivoimakapasiteetin kehitys on viimeisen vuosikymmenen aikana ollut vaatimatonta kun sitä verrataan

maailmalla tapahtuneeseen kehitykseen. Tällä hetkellä tuulivoimarakentaminen on kuitenkin päässyt Suomessa hyvään vauhtiin ja kansallisia tuulivoiman rakennus- ja tuotantotilastoja tullaan rikkomaan tulevina vuosina.

Suomen tuulivoimakapasiteetin kasvu on ollut suhteellisen hidasta aina vuosiin 2012 ja 2013 saakka. Vuosi 2013 on selkeästi suomalaisen tuulivoimarakentamisen ennätysvuosi, jonka aikana maamme tuulivoimakapasiteetti kasvoi 56 prosenttia. Uusia voimaloita valmistui vuoden aikana noin viisikymmentä, muun muassa Honkajoelle, Lappeenrantaan, Poriin, Raaheen ja Simoon.

Suomessa oli vuoden 2014 lopussa 260 tuulivoimalaa, joiden yhteenlaskettu kapasiteetti oli 627 MW. Tuulisähköä tuotettiin yli miljardi kWh (1,1 TWh), jolla katettiin noin 1,3 % kokonaissähkönkulutuksesta. Tuulivoimatuotanto kasvoi 43 prosenttia verrattuna vuoteen 2013. Kuluvana vuonna (2015) tuulivoimaa ennustetaan rakennettavan yli 300 MW:n edestä.

Se on hyvä, mutta edessä oleva tie on pitkä. Useimmat Suomen tuulivoimaloista sijaitsevat länsi- ja etelärannikolla sekä Ahvenanmaalla. Kaikkiaan Suomessa suunnitellaan tuulivoimaa rakennettavan n. 9 000 MW edestä, mistä suurin osa rakennetaan maalle. Merelle suunnitellaan tuulivoimaloita n. 3 000 MW edestä. Tyypilliset maalle rakennettavat tuulipuistot eivät ylitä kymmentä tuulivoimalaa, mutta suurimmat suunnitelluista puistoista koostuvat 30–40 voimalasta.

Tuulivoima kylmässä ilmastossa
Roottorin lapoihin talvella tarttuva jää saattaa aiheuttaa tuotantotappiota menetystä. Jäänmuodostus kuten tuulikin vaihtelee talvesta toiseen. Jäänmuodostuksen aiheuttama tuotannon menetys lasketaan myös vaativien kyseisen paikan ilmastoon ja topografiaan perustuvien meteorologisten mallien pohjalta.

OX2 johtaa jäänmuodostuksesta ja sen vaikutuksesta tuulivoimaan tehtävää tutkimusta käyttäen jään muodostuksen laskentamalleja. Tuotannon menetyksiä sekä vuodesta toiseen tapahtuvia tuotannon vaihteluita pystytään vähentämään hyödyntämällä jäänpoistojärjestelmää.

Vaikka talvi-ilma saattaakin aiheuttaa ongelmia, tuulivoiman tuotanto on parhaimmillaan vuoden kuuden kylmimmän kuukauden aikana. Nyrkkisäännön mukaan n. 70 prosenttia sähköstä tuotetaan kuuden kylmimmän kuukauden aikana, jolloin sähköntarve on suurin. Se johtuuu ennen kaikkea siitä, että talvella tuulee enemmän, mutta myös siitä, että ilman tiheys kylmällä on korkeampi, minkä johdosta samasta ilmamäärästä saadaan irti enemmän energiaa.

Lähde numeroa

Jaa
× -