Tuulisähkö

Miten tuulivoima toimii?

Tuulisähköä tuotetaan tuulen kineettisestä energiasta eli liike-energiasta. Tuulivoimala toimii hyvin yksinkertaisella periaatteella: tuuli pyörittää siipiä, mikä vuorossaan saa vetoakselin, joka on kiinnitetty generaattoriin, pyörimään. Generaattori tuottaa tasavirtasähköä, jota muunnetaan vaihtovirraksi invertterin kautta. Tämä sähkö voidaan sitten siirtää verkkoa pitkin kotiisi. Mitä voimakkaampi tuuli, sitä enemmän liikkeestä syntyy sähköä. 

Miksi ylipäätänsä tuulee?

Tuuli syntyy maan pinnan epätasaisesta lämpenemisestä auringon vaikutuksesta. Koska maapallon pinta koostuu erilaisista maa- ja vesilajeista, se imee auringon lämpöä eri nopeudella. Esimerkki tästä epätasaisesta lämpenemisestä on päivittäinen tuulikierto.

Päivän aikana ilma maan päällä lämpenee nopeammin kuin ilma veden päällä. Lämmin ilma maan päällä laajenee ja nousee, ja raskaampaa, viileämpää ilmaa syöksyy tilalle luoden tuulta. Yöllä tuulet kääntyvät, koska ilma jäähtyy nopeammin maan päällä kuin veden päällä.

Samoin ilmakehän tuulet, jotka kiertävät maata, syntyvät, koska maapallon päiväntasaajan lähellä oleva maa on lämpimämpää kuin maa lähellä pohjois- ja etelänavaa.

Tuulivoima Suomessa

Tuulivoima vastaa tällä hetkellä noin 10 % Suomen energiantuotannosta. Tuulivoimaa rakennetaan niin paljon juuri nyt, että jo 2030 lasketaan että se vastaa noin neljännesosan Suomen koko energiantuotannosta.

Suomen suurin tällä hetkellä tuottava tuulipuisto Piiparinmäki, sijaitsee Kajaanin ja Pyhännän rajalla. Siellä pyörii 41 myllyä, jotka tuottavat noin 700 GW energiaa vuositasolla. Se on noin yksi prosentti Suomen koko energiatuotannosta.

Faktaa tuulisähköstä

Ihmiset ovat hyödyntäneet tuulivoimaa tuhansia vuosia. Tuulimyllyjen varhaiset muodot käyttivät tuulta viljan murskaamiseen tai veden pumppaamiseen. Nykyaikainen tuulivoimala käyttää tuulta sähkön tuottamiseen. Modernit tuuliturbiinit ovat paljon monimutkaisempia koneita kuin perinteinen tuulimylly. Tuuliturbiinissa on jopa 8 000 eri komponenttia.

Tuulivoimala: koko ja korkeus

Tuulivoimalat ovat isoja: niiden roottorin ympärysmitta vaihtelee 80–120 metrin välissä ja korkeus voi olla 90–150 metriä. Torneista tulee korkeampia koko ajan, mitä korkeammalle ne tulevat, sitä voimakkaimpia ja tasaisempia tuulia ne voivat hyödyntää. Merellä tuulivoimalat voivat olla jopa 200 metriä ja yli. Maailman korkein tuulivoimala löytyy Thy’stä Tanskassa ja on 271 m korkea.

Tuulivoimala: teho

Kuinka paljon sähköä tuulivoimala tuottaa? Yksi normaalilla kapasiteetilla pyörivä 1,8 MW:n tuulivoimala tuottaa sähköä vuodessa noin 1 000 kotiin, kun taas 7 MW:n tuulipuisto tuottaa sähköä noin 4 000 kotiin (keskimääräinen kulutus). Yleensä tuulivoimala pyörii 30–45 % täydestä tehostaan ja kovemmissa tuulissa se nousee 50 %. Jos tuuliturbiinit olisivat 100 % tehokkaita, tuuli loppuisi kokonaan kulkiessaan turbiinin läpi.

Tuulisähköä maalla ja merellä

Nykyaikaiset tuuliturbiinit voidaan luokitella sen mukaan, missä ne on asennettu, ja alla nostetaan joitain eroja niiden välillä

Tuulivoimaa maalla

• Tuuliturbiinien rakentaminen maalle on kalliimpaa kuin merelle, koska kuljetus ja vaikeapääsyinen maasto nostavat kustannuksia.
• Voimaloiden koko vaihtelee 100 kilowatista useisiin megawatteihin.
• Suuremmat tuuliturbiinit ovat kustannustehokkaampia ja ne voidaan ryhmitellä tuulipuistoihin, jotka toimittavat tuulisähköä verkkoon
• Siirtoyhteydet ovat usein pitkän matkan takaa kaupunkeihin

Tuulivoimaa merellä

• Merellä olevat tuulivoimalat ovat yleensä massiivisempia ja korkeampia kuin maalla olevat
• Ison tuulivoimalan ja sen komponenttien kuljettaminen maalla on paljon vaikeampaa kuin merellä, missä on vähemmän rajoituksia (ei kapeita maanteitä, matalia siltoja jne.)
• Merialueilla tulee usein kovemmin kuin maissa, joten tuulivoimalat merellä tuottavat enemmän tuulisähköä
• Siirtoyhteydet ovat usein lyhyemmät isoihin rannikkokaupunkeihin