Tuulivoimatekniikka

Tuulivoimala

Tuulivoimala koostuu roottorista, jonka muodostavat napa ja lavat, konehuoneesta eli nasellista, tornista ja perustuksesta. Tuulipuistoksi kutsutaan aluetta, jolla on useita toisiinsa liitettyjä tuulivoimaloita, ja jotka kytkeytyvät yhtenä kokonaisuutena sähköverkkoon. On tärkeää, että voimalat sijoitetaan tuulipuistoissa riittävän kauaksi toisistaan, etteivät ne vaikuta toistensa tehoon. Nyrkkisäännön mukaan voimaloiden välisen etäisyyden pitää olla noin viisi kertaa roottorinhalkaisijan verran eli voimaloista riippuen noin 600 – 1000 metriä.

Tuulivoimaloiden koko

Tuulivoimalan kokoa voidaan kuvata sen nimellisteholla (esim. megawatti / MW), roottorin halkaisijalla, vuosituotolla,napakorkeudella tai kokonaiskorkeudella. Useimmiten puhutaan kuitenkin nimellistehosta, joka on tuulivoimalan enimmillään tuottama teho. Lähtökohtaisesti tuulivoimalan ei ajatella koko aikaa tuottavan sähköä nimellistehollaan vaan tuotanto vaihtelee tuulennopeuden mukaan.

Tuulivoimalan tuotto on suoraan verrannollinen roottorin pyyhkäisypinta-alaan. Tuotto paranee myös napakorkeuden kasvaessa, koska tuulennopeus on sitä suurempi mitä korkeammalla ollaan.

Tuulivoimaloiden koko on kasvanut moninkertaiseksi viimeisen 25 vuoden aikana ja tekniikka on muutenkin parantunut huimasti. Kun vuonna 1981 tuulivoimalan roottorin halkaisija oli 15 metriä, on se nykyään maatuulivoimaloissa jopa yli 150 metriä. Teho on kasvanut samalla 55 kilowatista maatuulivoimaloiden 5 000 kilowattiin (5 MW) ja merituulivoimaloiden yli 10 000 kilowattiin (10 MW). Samoin voimaloiden tornin korkeus on kasvanut 22 metristä Saksan korkeimpien voimaloiden lähes 180 metriin.

Esimerkiksi Suomi, Ruotsi, Baltia ja Saksa ovat metsäisiä alueita, jonne rakennettavissa tuulivoimaloissa on tyypillisesti pitkät ja lavat sekä korkeat tornit. Esimerkiksi Saksassa tyypillinen tuulivoiman tornikorkeus on 135 – 150 metriä, korkeimmillaan jopa 178 metriä (vuonna 2018). Suomessa uusien voimaloiden napakorkeus on tyypillisesti 150 – 175 metriä. Suomeen rakennetaan samanlaisia voimaloita kuin muille vastaaville tuulisuusalueille.

Ensimmäisiin tuulivoimaloihin verrattuna modernien tuulivoimaloiden vuosituotto on yli satakertaistunut. Tämä on muun muassa aerodynamiikan kehittymisen ansiosta kasvaneen hyötysuhteen ja korkeampien tuulivoimaloiden, ja samalla parempien tuuliolosuhteiden ansiota. Vuosituoton kasvu ja voimalatekniikan kehittyminen kaikilta osin ovat laskeneet tuulivoimalla tuotetun sähkön hintaa hyvin voimakkaasti.

Voimalan vuosituotto on voimalan vuodessa tuottama energia. Yksikkönä käytetään esim. kWh/a, MWh/a tai GWh/a. Vuoden 2019 aikana tuotettiin Suomessa 5,9 TWh tuulienergiaa, joka kattoi noin 7 prosenttia Suomen sähkönkulutuksesta. Tällä vuosituotannolla voitaisiin kattaa reilusti yli Suomen suurimman sähkönkuluttajakunnan Helsingin vuotuinen sähköntarve.

Tuulivoimaloiden luokittelu

Tuulivoimaloita voidaan luokitella usealla eri tavalla. Voimalat on perinteisesti jaettu pysty- ja vaaka-akselisiin voimaloihin. Voimalat voidaan jaotella myös toimintaperiaatteen mukaisesti tai voimalan säätötavan mukaisesti. Teollisessa tuulivoimatuotannossa käytetään nykyään pääasiassa vaaka-akselisia voimaloita, joissa on joko ns. suoravetotekniikka tai vaihteisto. Voimalat jaotellaan myös onshore- ja offshore-voimaloihin, eli maa- ja merituulivoimaloihin, koska ne ovat rakentamisympäristöltään hyvin erilaisia.