Tuulivoimatekniikka : Perustietoa tuulivoimasta

Abstract

Tämän työn tarkoituksena oli tuottaa opiskelupaketti tuulivoiman perusteista. Ensiksi käsiteltiin tuulta ilmiönä, miten tuuli muodostuu, missä tuulee, miten maanpinnan muodot vaikuttavat tuulennopeuteen ja mitkä tekijät vaikuttavat tuulen nopeuteen.

Seuraavaksi käsiteltiin tuulen sisältämää energiaa ja tehoa sekä sitä, miten paljon tästä yhdensuuntaisesta liike-energiasta voidaan muuttaa pyöriväksi liike-energiaksi tuuliturbiinilla. Lisäksi selvitettiin, miten eri ympäristötekijät ja tuulivoimalan ominaisuudet vaikuttavat tuulivoimalasta saatavaan tehoon. Eri alueiden tuulisuuksista on saatavilla tietoa, joita kannattaa hyödyntää valittaessa tuulivoimaloiden sijaintipaikkoja. Tuulisuustietoja tukemaan tarvitaan myös tuulisuusmittauksia, joiden tekemistä on selvitetty tässä työssä.

Tuulivoimalan rakenteessa keskityttiin vaaka-akseliseen, lapakulmasäätöiseen tuulivoimalaan, koska ne ovat tällä hetkellä yleisimmin käytössä sähköenergian tuotannossa. Tuulivoimalan roottorin pyörimisen perusteita käsiteltiin laajemmin, koska sen ymmärtäminen on oleellisinta tuulivoimatekniikan perusteiden hallinnassa.

Tuulivoimaloiden käytettävyydellä on merkitystä tuulivoimalasta saatavan sähköenergian kustannuksiin ja tämän vuoksi työssä käytiin läpi tekniseen käytettävyyteen vaikuttavia tekijöitä ja saatavissa olevaa tietoa eri komponenttien vikaantumisista.

Tuulivoima on hyvin pääomaintensiivinen sähköenergian tuotantomuoto, jossa suurin osa kustannuksista aiheutuu ennen laitoksen käyttöönottoa. Työssä käsiteltiin tällä hetkellä eniten käytössä olevaa laskentatapaa (LCOE) laitoksen elinikäisen energian tuotantokustannusten määrittämiseen.

Opinnäytetyön tuloksena aikaansaatiin tietopaketti, joka helpottaa tuulivoimatekniikan perusteiden oppimisessa.

The purpose of this thesis was to produce an information package about the basics of wind power. First introducted the wind as a phenomenom, how the wind is composed, where it is blowing, how the wind speed is affected by forms of terrain and by the other kind of issues.

Followed was introducted the energy and power of the wind and how much of this energy is possible to catch out from rotor of the wind turbine as a rotating mechanical energy. Introducted also how the available power of wind turbine was affected by different kind of environment issues and features of the wind turbine. There are wind resource maps available, which can be used when selecting suitable areas for wind turbines. In addition to resource maps it is needed to do local wind measurements at different heights.

In the structure of wind turbine it was focused on the horizontal axis and pitch controlled type, because nowadays they are most commonly in use when generating electricity by wind turbines. Basics for rotating rotor itroducted more detailed, because this is the most relevant issue when understanding basics of wind power technology.

The costs of the produced electrical energy is affected by the usability of the Wind Turbine and due to this fact it was introducted the factors which affects the technical usability and available data of the malfunctioned components.

Wind power is very capital intensive production form when generating electrical energy, it means that most of the costs is generated before the the wind turbine is in use. In this thesis it was introduced the mostly used calculation method LCOE to estimate the lifelong production costs of the wind turbine.

As a result of this thesis it was accomplished information package, which helps when learning basics of the wind power technology.