1 Tuulivoiman kehityshistoria ja nykytila

Aiheet 1.Johdanto 2.Historiallinen tausta 3.Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti 4.Turbiinitekniikan nykytila 2

1. Johdanto  Tuulivoimaa on hyödynnetty ihmisten tarpeisiin ainakin 3000 vuoden ajan  Ennen 1900-lukua käyttökohteet liittyivät mekaanisen työn tekemiseen  1970-luvulla öljykriisin aikana kiinnostus tuulivoimaan sähköntuotannossa lisääntyi merkittävästi  Myöhemmin kehityksen kasvu on ollut erittäin voimakasta: tuulivoiman kapasiteetti kaksinkertaistui joka kolmas vuosi 1990-luvulla 3

2. Historiallinen tausta: mekaanisen tehon tuottaminen  Ensimmäiset tuulimyllyt olivat pystyakselisia myllyjä: Afganistanin ylämailla satoja vuosia ennen ajanlaskun alkua  Ensimmäisten vaaka-akselisten tuulimyllyjen käytöstä on tietoa Persian, Tiibetin ja Kiinan alueilta n. vuodelta 1000 ajanlaskun alun jälkeen.  Tuulimyllyt levisivät mm. ristiretkien myötä vuoden 1100 jälkeen myös Välimeren alueelle ja Keski-Eurooppaan.  Tuulimyllyjen kehittäminen jatkui Euroopassa aina 1800-luvulle asti.  Kun tuulimyllyt alkoivat kadota Euroopasta, uudisasukkaat veivät teknologiaa Pohjois-Amerikkaan. 4

2. Historiallinen tausta: sähkötehon tuottaminen  Tanskalainen Poul LaCour kehitti ensimmäisen sähköenergiaa tuottavan tuuliturbiinin vuonna 1891  Teknologiaa kehitettiin muutaman seuraavan vuosikymmenen aikana ja sitä voitiin hyödyntää lyhyiden sähkönjakelukatkosten aikana  Modernien tuuliturbiinien edelläkävijöinä pidetään tanskalaisen yrityksen F. L. Smidthin vuosina kehittämiä turbiineja: aerodynamiikan hyödyntäminen  Palmer Putnam rakensi samoihin aikoihin jättimäisen tuuliturbiinin Amerikassa Morgan Smith Co. yritykselle.  Toisen maailmansodan jälkeen Johannes Juul kehitti Tanskassa edelleen siellä luotuja suunnitteluperiaatteita  Tanskan Gedseriin asennetiin tuuliturbiini, joka tuotti n. 2.2 miljoonaa kWh sähköenergiaa vuodesta 1956 vuoteen 1967  Samoihin aikoihin Saksalainen Hütter kehitti uuden kahteen lasikuitusiipeen perustuvan tuuliturbiinin, jolla päästiin hyviin hyötysuhteisiin. 5

2. Historiallinen tausta: sähkötehon tuottaminen 6

3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti 7

3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Eurooppa  Vuoden 1995 lopusta vuoden 2003 loppuun n. 76% kaikista uusista verkkoon kytkettävistä tuuliturbiineista maailmassa asennettiin Eurooppaan  Euroopassa eniten tuulivoimakapasiteettia on Saksassa, Tanskassa ja Espanjassa  Näissä maissa merkittävin tuulivoiman kehitystä ylläpitävä tekijä on maiden hallitusten määrittelemät tuulivoiman kiinteät syöttötariffit  Monet Euroopan maat ovat vaihtamassa lähestymistapaansa vihreän sertifikaatin järjestelmään 8

3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Pohjois-Amerikka  1980-luvun puolessavälissä tuulivoimateknologian kehitys hidastui merkittävästi Pohjois-Amerikassa  Vuonna 1998 USA:ssa alkoi uusi ”buumi” koska verotuen, Production Tax Credit (PTC), myöntämisaika oli lähestymässä loppuaan  Vuodesta 1998 vuoden 1999 kesäkuun loppuun asti uutta tuulivoimaa asennettiinkin yli 800 MW  Samanlainen tilanne PTC:n suhteen koettiin myös vuonna 2001 ja 2003, jolloin kapasiteettiä lisääntyi 1600 kW kummallakin kertaa  PTC on vihreän sertifikaatin kanssa suurimmat tuulivoiman lisäämiseen tähtäävät motivointitekijät USA:ssa 9

3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Keski- ja Etelä-Amerikka  Etelä- ja Keski-Amerikan alueilla tuulivoiman kehittyminen on ollut hidasta huolimatta siitä, että tuulienergiaa olisi hyödynnettävissä laajaltikin.  Tuulienergian hyödyntämisestä ei ole tehty tehokasta lainsäädäntöä ja sähkö on halpaa  Monia projekteja tuetaan kansainvälisin avustusohjelmin  Argentiinassa ja Brasiliassa on säädetty alueellisia säädöksiä tuulivoimaan liittyen  Tyypillinen turbiinikoko on n. 300 kW. Suurempia turbiineja on usein vaikea asentaa infrastruktuurin takia 10

3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Aasia ja Tyynenmeren alue  Tuuliturbiiniasennusten määrä kasvoi merkittävästi Intiassa 1990-luvun puolessavälissä  Vuosina Intian hallitus alkoi myöntämään erityisiä kannustimia uusiutuvien energiamuotojen hyödyntämiseen  Tukipolitiikka saikin Intian tuulivoiman kehittymään merkittävästi vuosien 1993 ja 1997 välillä  Kiinassa hallitus on aloittanut tuulivoiman kehitysohjelman, mutta etupäässä tuulivoiman kehittäminen on kansainvälisten avustusohjelmien varassa.  Japanissa, Uudessa-Seelannissa ja Australiassa aloitettiin ensimmäiset suuremmat tuulivoimaprojektit 1990-luvun lopulla 11

3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Lähi-itä ja Afrikka  Tuulivoiman kehittyminen Afrikassa on ollut erittäin hidasta  Suurin osa projekteista tarvitsee taloudellista tukea kansainvälisiltä avustusjärjestöiltä  Projekteja on suunniteltu Egyptiin, Marokkoon sekä Jordaniaa.  Tyypillinen turbiinikoko on n. 300 kW, tulevaisuudessa kW. 12

3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Talousnäkökohdat  Tuuliturbiinien valmistamisen kustannukset ovat laskeneet n. 20 % aina kun tuotettujen turbiinien määrä on kaksinkertaistunut  Suuremman mittakaavan verkkoon kytkettävien tuuliturbiinien tuotanto kaksinkertaistuu joka kolmas vuosi  Yleinen talousnäkökohtien vertailu vaikeaa, koska kustannukset vaihtelevat maittain (olosuhteet, verotus jne.)  Englannissa ja Walesissa otettiin 1990-luvulla käyttöön tuulivoiman kilpailutuskäytäntö (Non-Fossil Fuel Obligation, NFFO), jolla oli laskeva vaikutus tuulivoimalla tuotetun sähkön hintaan (taulukon hinnat pennyinä) 13

3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Ympäristökysymykset  Tuulienergia on ympäristöystävällinen vaihtoehto, mutta valmistamisessa ja kuljettamisessa käytetään fossiilisia polttoaineita  Melu sekä visuaaliset tekijät vaikuttavat yleisen hyväksyttävyyden saavuttamiseen 14

4. Tuuliturbiiniteknologian nykytila  Tuulienergiajärjestelmät voidaan jakaa järjestelmiin, jotka perustuvat ilmanvastukseen ja nosteeseen  Muinaisten Persialaisten pystyakseliset tuulimyllyt hyödynsivät ilmanvastusperiaatetta  Noste aiheuttaa moninkertaisen voiman pelkkään ilmanvastukseen nähden, joten modernit tuuliturbiinit perustuvat pääasiassa aerodynaamiseen nosteeseen  Nosteeseen perustuvat tuuliturbiinit voidaan edelleen jakaa pysty- ja vaaka-akselisiin turbiineihin  Vaaka-akseliset tuuliturbiinit ovat selvästi yleisempiä kuin pysty-akseliset  Sähkötehon tuottamisessa vaaka-akseliset tuuliturbiinit ovat tavallisesti 2- tai 3-siipisiä  Kärkinopeus on epäsuorasti riippuvainen siipien määrästä: Siipien määrän lisääminen vähentää kärkinopeutta, mutta suurentaa alkumomenttia 15