TUULIVOIMALAITOS

Tuulivoimalaitoksen toimintaideana on, ett� tuulen liike-energia muutetaan py�rimisliikkeeksi ja edelleen generaattorin avulla s�hk�ksi, jota sy�tet��n s�hk�verkkoon.

Tuulivoimalatyyppej� on periaatteessa useita. Eniten k�ytettyj� malleja ovat kolmilapaiset vaaka-akseliset (potkurimalliset) laitokset. Lis�ksi on olemassa mm. kuppiroottori, Savonius-roottori, Windside-roottori ja vispil�m�isell� Darrieus-roottorilla varustettu pystyakselinen laitos. N�ist� ainoastaan potkurimallisilla voimaloilla on nyky��n k�yt�nn�n merkityst� laajemmassa s�hk�ntuotannossa.

Potkurimalliset laitokset perustuvat ns. Tanskalaiseen konseptiin. Tuulivoimala on kolmilapainen yl�tuuliturbiinilla, ylennysvaihteistolla, levyjarruilla, hydraulij�rjestelm�ll�, aktiivisella k��nt�laitteistolla ja yhdell� tai kahdella generaattorilla varustettu useimmiten laadukas kokonaisuus. Voimalan vaihteisto ja generaattori sijaitsevat ylh��ll� konehuoneessa konepedin p��ll�. Maston korkeus nykyaikaisilla 2.0 MW voimaloilla on 65 - 85m. Potkurin merkitt�vin etu on, ett� se peitt�� py�riess��n omaan pinta-alaansa n�hden huomattavan suuren alan ja kykenee tuottamaan omaan painoonsa n�hden huomattavan paljon tehoa. K��nt�j�rjestelm� koostuu yhdest� tai kahdesta pienest� moottorivaihteistosta, jotka k��nt�v�t konepedin suuren sis�hammaskeh�n avulla tuuleen. Turbiinin on pysytt�v� mahdollisimman hyvin vasten tuulta, ts. asennossa, joka on kohtisuorassa tuulen suuntaan n�hden. J�rjestelm� sallii lyhytaikaiset tuulen suunnan vaihtelut eik� siten k��nn� suurta turbiinia jatkuvasti tuulta vasten. J�rjestelm�n elint�rke�n� osana on voimalan "sielu" eli koko tuulivoimalan elektroninen ohjausj�rjestelm�. Voimala toimii parhaiten ja luotettavasti vasta, kun siin� on oikein laadittu ohjelma. Laadukkaat voimala valmistajat ovat perehtyneet tuulivoimaloiden ohjausj�rjestelmien kehittelyyn. Laadukkaat tuulivoimalat my�s tuottavat eniten s�hk��. Teoriassa potkurimallisella laitoksella p��st��n l�himm�ksi ihanteellista hy�tysuhdetta.

Tuulivoimalat luokitellaan nimellistehonsa mukaan. Nyky��n eniten myydyt tuulivoimalaitokset ovat nimellisteholtaan 2.0 MW tai 2.3 MW, mutta suurempien, 3.0 ja 3.2 MW:n laitoksien markkinaosuus on jo pienoisessa kasvussa. Esimerkiksi Suomalainen WinWinD Oy valmistaa jo 3.0 MW voimaloita.

Tuulivoimalaitos tarvitsee k�ynnisty�kseen v�hint��n 3 m/s tuulennopeuden. Alueella 4-13 m/s tuulivoimalan tuottama teho riippuu suoraan tuulen nopeudesta. Voimala mallista riippuen noin 13 - 14 m/s tuulen nopeudella voimala saavuttaa nimellistehonsa. T�st� eteenp�in aina 25 m/s tuulen nopeuteen asti voimala tuottaa vakiotehoa eli voimalan nimellistehoa. Poikkeuksena sakkauss��t�iset tuulivoimalat, joiden tuottama teho hieman alenee 15 - 25 m/s tuulen nopeus alueella. Tuulivoimalat on poikkeuksetta suunniteltu toimimaan vain alle 25 m/s tuulen nopeuksilla, sill� sit� kovemmilla tuulen nopeuksilla voimalan rakenteisiin kohdistuu eritt�in suuria rasituksia ja laiterikkoutumisen vaara on suuri.

Tuulivoimalan syd�n - TURBIINI

Alunperin kaikki tuulivoimalat rakennettiin sakkauss��t�isiksi. Sakkauss��t� tarkoittaa sit�, ett� turbiinin lavat ovat kiinte��n asetuskulmaan asetettuna ja tuulennopeuden vaihtelut "lasketaan l�pi" antamalla ilmavirtauksen irrota lavan nostovoimapuolella. Termi "SAKKAUS" on per�isin ilmailusta ja tarkoittaa ilmi�t�, jossa ilmavirtaus irtoaa siiven p��lt� ja siiven nostovoima katoaa liian suurella kohtauskulmalla. Tuulivoimaloiden lavat muistuttivat alkuaikoina (1970-1980 luvulla) lentokoneen siipi� tai potkuria, mutta nykyp�ivin� ( 1990-luvulta l�htien) lapateknologia on kehittynyt huomattavasti.

Toinen s��t�tapa on lapakulmas��t�, jossa joko mekaanisin tai hydraulisin menetelmin liikutetaan eli s��det��n lavan asentoa. Lapakulmas��d�n idean tuulivoimalaan toi kokeilumieless� tanskalainen tuulivoimavalmistaja yhti� Windane. Malleja oli useita erilaisia - sek� etu- ett� takatuulityyppisi� malleja. Suomeen tuotu ensimm�inen tuulivoimala oli juuri Windane 340 kW takatuulivoimala, joka ei toiminut k�yt�nn�ss� ollenkaan.

Muuan tanskalainen pikku yhti� nimelt��n Vestas - DWT A/S osti Windane A/S yhti�n ja sovelsi onnistuneesti lapakulmas��t�� 200 kW mallissaan. Sit� ennen Vestas-yhti� oli valmistanut sadoittain 55 kW, 75 kW, 90 kW ja 100 kW sakkauss��t�isi� voimaloita.

Lapakulmas��d�ll� turbiinin lapoja voidaan k��nt�� jopa 180 astetta. Pienempien Vestas voimaloiden k��nt�alue oli 87 astetta, joka riitti sen ajan tarpeisiin. Tuolloin V25 ja V27 mallien tekniikka perustui turbiinin akselin l�pi asennetun hydraulij�rjestelm�n ja navassa sijainneen nivellaitteiston muodostamaan kokonaisuuteen. S��t�herkkyys oli hidas verrattuna turbiinin py�rimisnopeuteen. J�rjestelm�� k�ytettiin enimm�kseen voimalan aikaisempaan k�ynnist�miseen ja turvalliseen pys�ytt�miseen myrskytuulilla tai muissa h�t�tapauksissa.

Seuraavissa malleissa V39, V42 ja V44 (kaikki 500 kW) turbiibin py�rimisnopeus oli hitaampi ja sen vuoksi pyrittiin kehitt�m��n nopeampaa reagointia s��t��n. J�rjestelm�n nimeksi annettiin "OPTI-TIP". Suurimmat parannukset olivat hydraulij�rjestelmiss� ja uusissa ohjelmasovelluksissa. Samalla otettiin k�ytt��n uudempi generaattorimalli lis�laitteineen nimelt��n "OPTI-SLIP", josta enemm�n GENERAATTORI - osiossa.

Nykysin lapojen s��t� tapahtuu s�hk�moottoreiden avulla. Jokaisella lavalla on oma moottorinsa ja lapoja voidaan k��nt�� itsen�isesti. S��t�� onkin tarpeen tehd� kokoajan turbiinin py�riess�, sill� turbiinin l�pimitan ollessa 80 metri� tai enemm�n - on tuulennopeudessakin jo merkitt�v�� eroa.

Lapakulmas��t�isess� voimalassa on lavan oltava lievemmin kiertynyt kuin sakkauss��t�isess� voimalassa. Varhemmissa malleissa lavan kierto oli viel� suuri, mutta my�hemmin V52-850 kW mallista l�htien lavat ovat melko suoria. T�st� syyst� on enemm�n tehokasta profiilipinta-alaa k�ytett�viss� ja siten turbiinin v��nt�momentti saadaan suuremmaksi.

Tuulivoimalan lihakset - GENERAATTORI

Tuulivoimalan aivot - OHJAUSJ�RJESTELM�

Jatkuu...

P��SIVULLE