Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa (Lappeenranta University of Technology, LUT) on parhaillaan menossa tuulivoimateknologian ja -liiketoiminnan kehittämishanke RENEWTECH, jossa LUT kehittää uusia laskennallisia menetelmiä tuulen mallinnukseen. RENEWTECH-hanketta koordinoi Cursor Oy, Kotkan-Haminan seudun kehittämisyhtiö. LUT luo hankkeessa matemaattisen mallinnuksen työkaluja, joiden avulla voidaan simuloida tuuliolosuhteita ja siten tuulipuistojen energiantuotantoa sekä optimoida uusien tuulipuistojen sijaintia. Hanketta johtaa professori Jari Hämäläinen LUT:n Laskennallisen teknologian ja integroidun suunnittelun keskus CEIDistä.
– Mitä tarkemmat työkalut mallinnukseen kehitetään, sitä paremmin tuulipuistot osataan sijoittaa tuuliolosuhteiltaan järkeviin paikkoihin. Eri puolella Suomea on tuulioloiltaan hyvin vaihtelevia alueita. Tuuleen vaikuttavat maaston muodot, vesistöt, puusto ja vuodenaika, kertoo Hämäläinen ja jatkaa, että harvassa paikassa maailmassa on tuulioloiltaan Suomeen verrattavia oloja. Esimerkiksi Hollanti ja Tanska ovat tasaisia ja puuttomia alueita, kun Suomi on vesistöjen pirstomaa mäkistä metsämaastoa.
Potentiaalisen tuulipuiston sijaintipaikassa käydään paikan päällä mittaamassa tuuliolosuhteita. Mittaukset tehdään joko Lidar-tutkalla laserkeilauksella taivaalle 200-300 metrin korkeuteen saakka tai radio- ja gsm-mastoihin sijoitetuilla tuulimittareilla, jos suunnitellun tuulipuiston läheltä löytyy mastoja. Mittausjakso on tyypillisesti vuoden mittainen.
– Vaikeutena on, että tuuli voi olla puuskittaista ja eri korkeuksilla eri ajanhetkinä tuulee eri nopeuksilla. Mittauksia joudutaan tekemään pitkällä aikajänteellä ennen kuin kalliita investointipäätöksiä voidaan tehdä. Pystymme arvioimaan, onko kannattavampaa rakentaa tuuliturbiini sisämaassa 120-140 metriin, rannikolla sataan metriin vai sijoittaa turbiini merelle. Maalle rakennetun voimalan perustukset maksavat vähemmän kuin merelle sijoitetun, mutta sisämaassa joudutaan rakentamaan korkeampia torneja kuin merelle tai rannikolle, selvittää Hämäläinen.
Virtausmallinnuksessa käytetään hyväksi mittaustuloksia sekä esimerkiksi Ilmatieteen laitoksen kehittämän Tuuliatlaksen tuuliolosuhde-ennusteita. Niiden avulla LUT:n tutkijat tekevät virtausmallinnusta säänennustamista pienemmässä mittakaavassa kymmenien neliökilometrien kokoisesta alueesta ja tuulipuistoista aina yksittäisen tuuliturbiinin roottorin aerodynamiikkaan. Tuulipuiston mittakaavassa mallinnuksen avulla selvitetään muun muassa mihin ja kuinka korkealle tuuliturbiinit kannattaa sijoittaa. Yksittäisen siiven mallinnuksella voidaan tarkastella siiven aerodynamiikkaa sekä esimerkiksi siivissä olevien kulumien aiheuttamaa vaikutusta energian tuotantomäärään tai melun.
Tuulen mallinnus on vaativaa ja siinä riittää Hämäläisen mukaan työsarkaa. CEID:in tutkijoiden lisäksi mukana on LUT Energian sekä matematiikan ja fysiikan laitoksen tutkijoita, yhteensä viiden väitöskirjatutkijan kokoinen ryhmä.
– Vaikka virtauslaskentaa osaisi tehdä selkeäsi rajatussa virtauskanavassa, on tilanne aivan toinen metsän keskellä olevassa tuuliturbiinissa sadan metrin korkeudessa, kun virtausilmiöt vaihtelevat ilmakehän rajakerroksessa paikan, vuoden- ja vuorokaudenajan sekä säätilanteen mukaan. Tuulienergiaan liittyvässä mallinnuksessa ilmakehän rajakerroksen tarkka simulointi on tärkeää, sanoo Hämäläinen. Tällä alueella tehdään tiivistä yhteistyötä Ilmatieteen laitoksen kanssa.
Suomi on sitoutunut rakentamaan uutta tuulivoimatuotantoa vuoteen 2020 mennessä yhteensä 2500 MW. Se tarkoittaa tuhannen uuden tuulivoimalan rakentamista Suomeen seuraavan kymmenen vuoden aikana.
– Kohta alkaa olla kiire, jos mielimme päästä tavoitteeseen. Potentiaalisia paikkoja tuulipuistoille on, sanoo Hämäläinen.
Professori Jari Hämäläinen on valittu ERCOFTAC:in uuden, ympäristön virtauksia tutkivan koordinaatioryhmän jäseneksi. ERCOFTAC (European Research Community On Flow, Turbulence And Combustion) on eurooppalainen virtaus-, turbulenssi- ja palamisen tutkimusjärjestö. CEID liittyi ERCOFTAC:iin vuosi sitten. ERCOFTAC:n toiminta on alueellisesti jaettu keskuksiin, joista suomalaiset kuuluvat Pohjoismaiden yhteiseen keskukseen (Nordic Pilot Centre).
Lisätietoja: Professori Jari Hämäläinen, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, jari.hamalainen(at)lut.fi, puh. 040 596 1999, www.lut.fi/ceid
Lappeenrannan teknillinen yliopisto (Lappeenranta University of Technology, LUT) on jo vuodesta 1969 lähtien yhdistänyt kaksi toisiaan täydentävää tieteenalaa - tekniikan ja talouden. LUT:n strategisia kärkialoja ovat energiatehokkuus ja energiamarkkinat, strategisen tason liiketoiminnan ja teknologian johtaminen, tieteellinen laskenta ja teollisten prosessien mallinnus sekä nämä kärkialat läpäisevä Venäjä-osaaminen. LUT:ssa on noin 5500 tutkinto-opiskelijaa ja 1000 työntekijää.
Tieteellinen laskenta ja teollisten prosessien mallinnus on yksi LUT:n neljästä strategisesta tutkimusalueesta. CEID-keskuksessa tehdään laskennallisen tieteen ja integroidun suunnittelun huippututkimusta, edistetään yhteistyötä LUT:n eri laboratorioiden ja tutkimusryhmien välillä sekä edistetään niiden verkottumista kotimaisten ja ulkomaisten tutkimusryhmien kanssa. CEID pyrkii myös edistämään laskennallisen tekniikan koulutusta Suomessa.