Tuulivoimateknologia

Miten tuulivoimala toimii?

Tuuli syntyy, kun ilma liikkuu ilmamassojen lämpötila- ja paine-erojen seurauksena. Tuulen liike-energia voidaan muuntaa pyörimisliikkeeksi ja edelleen sähköksi generaattorissa.

Tuulivoimalan toiminta perustuu ilman liikkuviin molekyyleihin, joiden liike-energia muutetaan pyörimisenergiaksi tuulivoimalan siipien avulla. Siivet pyörittävät generaattoriin kytkettyä akselia. Generaattorissa pyörimisenergia muutetaan sähköksi, joka johdetaan muuntajaan ja edelleen sähköverkkoon.

Rakenteeltaan nykyaikaiset tuulivoimalat perustuvat lentokonetekniikkaan. Suurin osa niistä on kolmilapaisia, vaaka-akselisia ja niiden roottorit kääntyvät tornissa tuulen mukaan.

Tuulivoimalayksiköiden koko on kasvanut merkittävästi viime vuosina. Nykyään rakennettavien voimaloiden koko on lähes poikkeuksetta vähintään yksi megawatti. Suurimpien markkinoilla olevien tuulivoimaloiden koko on 5 MW.

Entä jos ei tuule?

Tuulivoiman tuotanto vaihtelee hetkittäin, joten tuulivoima ei voi toimia ainoana energianlähteenä vaan se tarvitsee muuta sähköntuotantoa tasaamaan kulutuksen ja tuotannon välisen eron. Sähköjärjestelmässä on tuotantotavasta riippumatta varauduttava yllättäviin seisokkeihin. Tyynet päivät, joita Suomessa on harvoin, eivät ole ongelma silloin, kun tuulivoimalla tuotetaan vain osa sähköstä.

Kun tuulivoimaa on rakennettu enemmän kuin sähkönkulutuksen vaihteluväli on, järjestelmään tarvitaan lisää säätövoimaa. Suomessa säätövoimana toimivat vesivoima sekä kaasu- ja hiilivoimalat. Yhteispohjoismaisten sähkömarkkinoiden sähköpörssi (NordPool) voi tasapainottaa tuotannon ja kulutuksen lyhytaikaisia vaihteluja.

Voimalan osat

Tuulivoimala koostuu lavoista, konehuoneesta (mm. generaattori ja vaihteisto), muuntajasta, tornista ja perustuksista. Voimalaitosten tornien korkeus vaihtelee 50-130 m riippuen voimalaitoksen koosta ja sijainnista. Roottorin halkaisijat vaihtelevat 40-115 m. Tornit ovat yleensä putkimaisia terästorneja, jotka on kiinnitetty betonisiin tai teräsrakenteisiin perustuksiin.















Käynnistyäkseen tuulivoimalaitos vaatii 3,5 m/s tuulen. Laitoksen teho lisääntyy tuulen nopeuden kasvaessa. Kun tuulen nopeus kasvaa 15-25 m/s tehoa joudutaan rajoittamaan passiivisella sakkaussäädöllä tai aktiivisella lapakulmien säädöllä. Yleensä laitos joudutaan pysäyttämään yli 25 m/s tuulen nopeuksissa, jotta vältytään laitevaurioilta.

Laitokset rakennetaan automaattisiksi, joten työvoimaa tarvitaan lähinnä vikojen korjaukseen ja huoltoon. Tuulivoimalan käyttöikä on 20-25 vuotta, jonka aikana osia joudutaan vaihtamaan ja korjaamaan.

Lähteet:

Tuulessa on voimaa -esite. Motiva Oy ja OPET Finland yhteistyössä Suomen tuulivoimayhdistys ry:n kanssa.

Faktaa tuulivoimasta -esite. Suomen Tuulivoima yhdistys ry.

Suomen tuulivoimayhdistys ry

WinwinD