Tuulivoiman kehityshistoria ja nykytila

1. 1 Tuulivoiman kehityshistoria ja nykytila

2. Aiheet 2 Johdanto Historiallinen tausta Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti Turbiinitekniikan nykytila

3. 1. Johdanto 3 • 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

4. 2. Historiallinen tausta: mekaanisen tehon tuottaminen 4 • 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.

5. 2. Historiallinen tausta: sähkötehon tuottaminen 5 • 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 1942-43 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.

6. 2. Historiallinen tausta: sähkötehon tuottaminen 6

7. 3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti 7

8. 3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Eurooppa 8 • 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

9. 3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Pohjois-Amerikka 9 • 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

10. 3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Keski- ja Etelä-Amerikka 10 • 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

11. 3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Aasia ja Tyynenmeren alue 11 • Tuuliturbiiniasennusten määrä kasvoi merkittävästi Intiassa 1990-luvun puolessavälissä • Vuosina 1992-93 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

12. 3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Lähi-itä ja Afrikka 12 • 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 500-600 kW.

13. 3. Tuulivoiman nykytila maailmanlaajuisesti : Talousnäkökohdat 13 • 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)

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

15. 4. Tuuliturbiiniteknologian nykytila 15 • 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