Tuulivoima jälleen muodissa
1990-luvulta lähtien tuulivoiman tuotanto on kasvanut enemmän kuin minkään muun sähköntuotantotavan - keskimäärin 25 … 30 % vuodessa.
Jo antiikin persialaisten tiedetään käyttäneen pystyakselista, tuulta hyödyntävää voimanlähdettä noin vuonna 900 eKr. Eurooppaan tuulimyllyjä alettiin rakentaa keskiajalla. Myllyissä oli yleensä vaaka-akselinen nelilapainen tuuliroottori, jonka synnyttämää tuulivoimaa käytettiin pumppaamiseen, viljan jauhamiseen ja sahalaitosten pyörittämiseen.
Teollisen vallankumouksen aikana tuulivoimaa alettiin korvata vesi- ja höyryvoimalla, ne kun eivät ole tuulivoiman lailla riippuvaisia sijaintipaikasta.
Vihreä sähkö
Tuulivoimasta on tullut nopeimmin kehittyvä sähköntuotantotapa. 1990-luvulta tuulivoiman tuotanto on kasvanut keskimäärin 25 - 30 % vuodessa. Vuonna 2004 tuulivoimakapasiteettia oli Euroopassa jo yli 34 000 megawattia (MW). Saksa ja Tanska ovat johtavia tuulivoimamaita, sillä kummassakin sähköntuotannosta yli 10 % tulee tuulivoimasta.
Suomen tavoitteena on nostaa lähivuosina tuulivoimatehonsa 500 megawattiin, mikä vastaa kolmasosaa Olkiluotoon rakennettavan kolmannen voimalaitoksen tehosta.
Suoravetogeneraattori valtaa alaa
Tuulivoimassa on hyödynnetty viime aikoihin asti pääosin teollisuuden käyttöön kehitettyjä vaihteita, generaattoreita ja sähkölaitteita. Tuulivoimaloiden tekniikka muuttuu koko ajan tehon kasvaessa. Aiemmin käytettiin tuuliturbiinin lisäksi vaihdetta, jolla nostettiin turbiinin matala pyörimisnopeus 1 500 kierrokseen minuutissa ja sähköä generoitiin oikosulkumoottorista modifioidulla induktiogeneraattorilla. Kestomagneettien kehityksen myötä ovat suoravetoiset kestomagneettitahtikoneet tulossa markkinoille.
Tulevilla torneilla korkeutta kuin Näsinneulalla
Suurimmat nykyisin käytössä olevat tuulivoimalat ovat teholtaan noin 3 000 kilowattia (kW). Tuulivoimaa tuottavan myllyn torni on noin 90 metrin korkuinen ja tuuliturbiinin lavat noin 45 metrin pituisia. Tulevaisuudessa tavoitellaan erikoisrakenteisia, mm. muistimetalleja soveltavia siipirakenteita, jotka kestävät jopa 80 metrin pituisina. Silloin tornitkin voidaan rakentaa lähes 150 metrin korkuisiksi. Tällaisesta voimalasta arvioidaan saatavan mantereella 10 MW:n ja merellä jopa 20 MW:n teho.
Suoravetogeneraattorit Lappeenrannasta Norjan tuulivoimaloihin
Sähkökoneen kannalta suuren tuulimyllyn suoravetoisuus on haaste. Suuretkin tavalliset sähkökoneet esim. vesivoimakoneet pyörivät luontaisesti merkittävästi tuulimyllyjen pyörimisnopeutta nopeammin. Tuulivoimasovelluksissa tarvitaan erittäin suurta vääntömomenttia ja pientä nopeutta, jolloin sähkökoneesta tulee suurikokoinen. Kolmen megawatin teholla 16 kierrosta minuutissa edellyttää generaattorin vääntömomentiksi 2 000 000 newtonmetriä (Nm). Suurinpiirtein saman väännön saat aikaiseksi asettamalla 200 000 kg metrin pituisen vääntövarren päähän. Generaattorikehitys onkin johtanut aivan uusiin ratkaisuihin kestomagneettikoneissa.
Vihreä sähkö poikii vientitoimituksia. Lappeenrannassa toimiva The Switch Electrical Machines on kehittänyt uuden modulaarisen 3 MW:n suoravetogeneraattorin, jota sovelletaan Norjassa Scanwind A/S:n tuulivoimalaitoksissa. Oppinsa The Switchin tuotekehityksestä vastaavat suunnittelijat ovat hankkineet Lappeenrannan teknillisen yliopiston sähkö- ja konetekniikan osastossa.
Vuonna 2004 tuuliturbiineja asennettiin maailmassa noin 8 000 MW:n tehon edestä. Euroopan tuulienergiayhteisö (European Wind Energy Association) ennustaa, että vuonna 2010 tuulienergiaa asennettaisiin maailmanlaajuisesti noin 14 000 MW vuosittain. Yksin Norjassa ja Ruotsissa on tarve asentaa noin 1 500 kappaletta teholtaan 1 … 3 MW:n tuuliturbiineita vuoteen 2010 mennessä.
Uusi tuulivoimatekniikka tarvitsee siis runsaasti innovatiivisia kehittäjiä.