Väitöstutkimus: Nykyiset tuuliturbiinit ovat tehottomia metsissä

Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa tarkastettavan väitöskirjan mukaan metsät pienentävät tuuliturbiinien tuottaman tosiasiallisen sähkövoiman määrää. Kuva: Jaana Kankaanpää

Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa tarkastettavan väitöskirjan mukaan metsät pienentävät tuuliturbiinien tuottaman tosiasiallisen sähkövoiman määrää. Tutkimuksen perusteella ongelma voidaan korjata säätämällä aktiivisesti tuuliturbiinin potkurinlapojen kohtauskulmaa.

Tutkimus osoittaa, että turbiinit tuottavat 20 prosenttia vähemmän tosiasiallista sähkövoimaa, jos turbiinit on sijoitettu metsäisille alueille. Tämä johtuu siitä, että tuuliolosuhteet metsän yläpuolella poikkeavat huomattavasti olosuhteista alueilla, joilla ei ole metsää. Erityisesti turbulenssi ja tuuliväänne ovat voimakkaita metsässä ja metsän yläpuolella verrattuna tasaisilla metsättömillä alueilla oleviin tuulivoimapuistoihin.

Nyt käytössä olevat tuuliturbiinit on suunniteltu viimeisimpien sähköalan kansainvälisen standardisointijärjestön määrittämien turvallisuusstandardien mukaisesti. Näissä standardeissa annetaan maksimiarvot tuulen eri ominaisuuksille kuten tuuliväänteelle ja turbulenssin voimakkuudelle.

Ongelma on se, että standardien maksimiarvot ovat paljon pienemmät kuin metsän yläpuolelta numeerisesti saadut arvot. Myös potkurin lapoihin tulevassa turbulentissa virtauksessa on vaihtelua. Virtauksen vaihtelulla voi olla myös vaikutusta tuuliturbiinien väsymiseen ja se voi lyhentää niiden käyttöikää.

Lisäksi lavan kohtauskulma, eli lapaan tulevan ilmavirtauksen suunnan ja lavan välinen kulma, eroaa metsän yläpuolella ihanteellisesta kohtauskulmasta. Tutkimuksen mukaan ei-ihanteellinen kohtauskulma selittää voimantuotannon pienentymisen metsäisillä alueilla olevissa turbiineissa.

Tutkimuksen mukaan kohtauskulmaa aktiivisesti säätämällä voimantuotannon tosiasiallista menetystä voidaan pienentää metsäisillä alueilla. Säätämällä aktiivisesti tuuliturbiinin potkurinlapojen kohtauskulmaa kulma saadaan ihanteelliseksi kaikissa tuuliolosuhteissa ja kaikilla käytössä olevilla lapaprofiileilla. Kohtauskulman säätöön kuluvan energian oletetaan olevan hyvin pieni verrattuna säädöllä saatavaan virrantuotannon kasvuun.

"Yli 70 prosenttia Suomen pinta-alasta on metsän peitossa, ja metsissä on jo tuuliturbiineita. Mutta metsäpinta-alan laajuuden johdosta on todennäköistä, että metsäalueille tullaan rakentamaan lisää tuuliturbiineita. Mutta kuten tutkimus osoittaa, tuuli käyttäytyy monimutkaisella tavalla metsissä. Tämän vuoksi tuulivoimapuistoihin investoivan yhtiön tulee ennen tuuliturbiinien asentamista tutkia metsän vaikutus turbiinien vanaan, väsymiseen ja voimantuotantoon", tutkimuksen tehnyt Oxana Agafonova toteaa tiedotteessa.

Suotuisista tuuliolosuhteista huolimatta tuulienenergian tuotanto Suomessa on pientä, noin kolme prosenttia energian kokonaiskysynnästä. Vuoden 2016 loppuun mennessä asennetun tuulivoiman kokonaiskapasiteetti oli 1 533 megawattia. Tuulivoiman tuotanto oli kuitenkin vain vähän yli kolme terawattituntia.