Tuulivoimateknologia

Miten tuulivoimala toimii?

Tuuli syntyy, kun ilma liikkuu ilmamassojen lämpötila- ja paine-erojen seurauksena. Tuulen liike-energia voidaan muuntaa pyörimisliikkeeksi 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 noin 5 MW.

Voimalan osat

Tuulivoimala koostuu lavoista, konehuoneesta (muun muassa generaattori ja vaihteisto), muuntajasta, tornista ja perustuksista. Teollisen kokoluokan voimalaitosten tornien korkeus vaihtelee 50-140 m riippuen voimalaitoksen koosta ja sijainnista. Roottorin halkaisijat vaihtelevat 40-140 m. Tornit ovat yleensä putkimaisia terästorneja, jotka on kiinnitetty betonisiin tai teräsrakenteisiin perustuksiin.
Tuulivoimalan koneisto

Kuva. 1 MW voimalaitoksen konehuone. Roottori liitetään voimayksikköön erikoisvalmisteisella 3-rivilaakerilla (1), joka siirtää haitalliset kuormitukset suoraan kantavaan putkirakenteeseen ohi planeettavaihteen ja generaattorin. Yksiportainen planeettavaihde (2) välittää voiman generaattorille (3) ja samalla kierrosluku nousee 5,71-kertaiseksi eli välille 44-146 rpm. Hitaasti pyörivä kestomagnetoitu generaattori tuottaa sähkön, joka siirretään kaapeleilla tornin alaosassa olevaan taajuusmuuttajaan. Tuulen suuntaa ja voimakkuutta mitataan lauhduttimen päällä olevilla mittareilla. Suuntatiedon perusteella käännetään tornin yläosa kääntömoottoreilla siten, että lavat ovat tuulta vastaan. Roottorin kierroslukua säädetään lapakulmien avulla. Jokaisessa lavassa on oma kääntömoottori (4). (lähde: WinWinD)


Käynnistyäkseen tuulivoimalaitos vaatii 3,5 m/s tuulen. Laitoksen teho lisääntyy nopeasti 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 20-30 vuotta, jonka aikana osia joudutaan vaihtamaan ja korjaamaan.

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.

Lähteet:

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

Faktaa tuulivoimasta -esite. Suomen Tuulivoimayhdistys ry.

Suomen Tuulivoimayhdistys ry


Oliko artikkeli hyödyllinen?

Sivua päivitetty viimeksi 16.11.2016