Tuulivoima: näin turbiini toimii ja miksi tuuli muutti Suomen sähkömarkkinan
Kirjoittanut
Cornelia Zavoianu
Energiamarkkina-analyytikko Selectralla
Tuulivoima Suomessa: mistä siinä on kyse
Tuulivoima muuttaa liikkuvan ilman sähköksi. Turbiinin lavat pyörivät tuulessa, ja pyöriminen synnyttää generaattorissa sähköä. Suomessa tuulivoima on nopeimmin kasvanut sähköntuotannon muoto, ja sen erikoisuus on, että tuotanto ei maksa juuri mitään: kun tuulee, sähköä syntyy ilman polttoainetta. Tämä lähes nollan rajakustannus on syy, miksi tuuli laskee pörssisähkön hintaa aina, kun sitä on runsaasti tarjolla.
Tärkein oivallus kuluttajalle on tämä: tuulivoima tekee sähkön hinnasta yhä enemmän säätilaa. Hinta seuraa tuulta, joten arvo ei synny enää pelkästä sopimuksen valinnasta vaan siitä, että ajoitat ison kulutuksen tuulisiin, halpoihin tunteihin. Voit seurata Suomen tuotantoa reaaliajassa Suomen sähköntuotanto -sivulta ja katsoa, milloin tuulee, tuulivoimaennusteesta.
Live · ENTSO-E · päivitetty 03:45
Tuulivoimaa Suomen verkossa juuri nyt
Näin paljon tuulivoima tuottaa sähköä tällä hetkellä ja kuinka suuri osuus se on koko maan tuotannosta. Kun palkki kasvaa, pörssihinta yleensä laskee.
Lähde: ENTSO-E Transparency Platform, Suomen toteutunut tuotanto tuotantomuodoittain. Luvut päivittyvät automaattisesti ja ovat tuoreimmalta raportoidulta hetkeltä. Päästökerroin on tuotantojakaumasta laskettu arvio. Kun tuulen osuus on korkea, tuulisähkö painaa pörssihinnan alas. Koko tuotantojakauman näet Suomen sähköntuotanto -sivulta.
Tuulivoiman toimintaperiaate
Tuulivoimalan idea on helppo ymmärtää. Tuuli osuu turbiinin lapoihin, jotka toimivat kuten lentokoneen siivet: ilmavirta synnyttää niihin nostovoiman, joka saa roottorin pyörimään. Pyörivä akseli välittää liikkeen vaihteiston kautta generaattorille, joka muuttaa liike-energian sähköksi. Ohjausjärjestelmä kääntää konehuoneen tuuleen ja säätää lapojen kulmaa niin, että turbiini tuottaa mahdollisimman paljon eikä ylikuormitu kovalla tuulella.
Yksi asia selittää turbiinien muodon ja koon: tuulivoimalan teho on verrannollinen tuulen nopeuden kolmanteen potenssiin. Kun tuuli kaksinkertaistuu, teho jopa kahdeksankertaistuu. Siksi jokainen lisämetri korkeutta kannattaa, sillä ylhäällä tuuli on tasaisempaa ja nopeampaa. Sama syy tekee tuotannosta hyvin vaihtelevaa: pieni muutos tuulessa muuttaa tuotannon suureksi tai lähes olemattomaksi. Isot lavat taas pyyhkäisevät suuremman pinta-alan ja nappaavat enemmän energiaa samasta tuulesta.
Tuulivoiman hyötysuhde: Betzin raja ja kapasiteettikerroin
Tuulivoiman hyötysuhdetta koskee tärkeä fysiikan laki, joka kannattaa erottaa kahdeksi eri asiaksi.
Betzin raja on 59,3 %. Yksikään turbiini ei voi muuttaa sähköksi tätä suurempaa osaa läpi virtaavan tuulen energiasta. Jos näin kävisi, ilma pysähtyisi kokonaan lapojen taakse eikä uutta tuulta pääsisi virtaamaan läpi. Tämä on teoreettinen maksimi, jota ei ylitä mikään laite.
Käytännössä modernit turbiinit yltävät noin 40-50 %:n muuntoon tuulen energiasta parhailla tuulennopeuksilla, eli varsin lähelle fysiikan sallimaa ylärajaa. Tämä on jo teknisesti kypsä laji, jossa suuria harppauksia hyötysuhteessa ei ole enää luvassa.
Aivan eri asia on kapasiteettikerroin, joka sekoitetaan usein hyötysuhteeseen. Se kertoo, kuinka suuren osan vuodesta turbiini tuottaa suhteessa nimelliseen huipputehoonsa. Suomessa maalla se on tyypillisesti noin 30-45 %. Luku ei tarkoita, että turbiini toimisi huonosti, vaan että tuuli ei yksinkertaisesti puhalla koko ajan täydellä voimalla. Merituulivoimalla kerroin on yleensä korkeampi, koska tuuli on merellä tasaisempaa. Juuri tämä vaihtelu, ei hyötysuhde, on tuulivoiman todellinen haaste sähköjärjestelmälle.
Tuulivoima ja sähkö: miksi tuuli laskee pörssihintaa
Tässä on tuulivoiman tärkein vaikutus arkeen. Pörssisähkön hinta määräytyy joka tunti sen mukaan, mikä on kalleimman tarvittavan tuotannon hinta. Koska tuulen rajakustannus on lähes nolla, tuulipuistot tarjoavat sähkönsä markkinalle hyvin halvalla ja syrjäyttävät kalliimman tuotannon. Kun tuulta on paljon, hinta painuu alas, toisinaan jopa nollan alle. Tyynenä pakkaspäivänä tuulituotanto putoaa, ja hinnan asettaa taas kalliimpi tuotanto, jolloin sähkö on kallista.
Seuraus on, että sähkön hinta seuraa nykyään säätä paljon enemmän kuin ennen. Tämä on hyvä uutinen kuluttajalle, joka voi joustaa: kun siirrät ison kulutuksen, kuten auton latauksen, saunan tai pyykinpesun, tuulisiin tunteihin, ostat sähkösi silloin, kun se on halvimmillaan. Koska tuulituotanto on ennustettavaa, seuraavan vuorokauden tuulivoimaennuste kertoo etukäteen, milloin sähkö on todennäköisesti halpaa. Näet ajantasaisen hinnan tunneittain pörssisähkön hinta -sivulta. Tuulen halvalle ylijäämätuotannolle etsitään myös uusia käyttökohteita, ja yksi lupaavimmista on vihreän vedyn valmistus.
Halvat tuulitunnit hyödyttävät sinua täysimääräisesti vain, jos sopimuksesi seuraa pörssihintaa. Kannattaa siis vertailla sähkösopimukset ja valita hinnoittelu, joka sopii omaan kulutukseesi ja joustokykyysi.
Tuulivoima: hyödyt ja haitat
Tuulivoima ei ole täydellistä eikä ongelmatonta, vaan sillä on selkeät vahvuudet ja aidot haitat. Rehellinen kuva auttaa ymmärtämään, miksi tuulta rakennetaan paljon mutta se ei yksin riitä.
Hyödyt
Haitat
Suurin yksittäinen haaste on vaihtelevuus. Sitä tasataan muulla joustavalla tuotannolla, ennen kaikkea vesivoimalla, joka on sähköjärjestelmän tärkein säätövoima, sekä tuonnilla ja kulutusjoustolla. Juuri siksi tuulivoima ja säädettävä tuotanto eivät kilpaile keskenään vaan täydentävät toisiaan.
Asiantuntijan huomio: tuuli siirsi arvon ajoitukseen
Tuulivoiman kasvu on muuttanut sen, mistä sähkölaskun säästö syntyy. Ennen suurin päätös oli sopimuksen valinta ja marginaali. Nyt, kun hinta heiluu tuulen mukaan saman vuorokauden sisällä, yhä suurempi osa säästöstä tulee ajoituksesta. Sama kilowattitunti voi maksaa tuulisena yönä murto-osan siitä, mitä se maksaa tyynenä pakkasiltana.
Käytännön ohje on selvä. Jos voit siirtää joustavan kulutuksen tuulisille tunneille, hyödyt halvasta uusiutuvasta tuotannosta suoraan laskussasi. Aloita katsomalla, milloin tuulee, ja varmista sitten, että sopimuksesi antaa halvat tunnit sinulle. Voit tehdä kummankin heti: seuraa tuotantoa Suomen sähköntuotanto -sivulta ja kilpailuta sähkösopimus maksutta.
Kannattaako oma pientuulivoimala?
Iso teollinen tuulivoimala on eri asia kuin katolle tai pihaan asennettava pientuulivoimala. Kotona tuulen hyödyntäminen on vaikeaa, koska tuuli on lähellä maanpintaa hidasta ja pyörteistä, ja teho riippuu tuulen nopeuden kolmannesta potenssista. Siksi katonharjalle asennettu pieni turbiini tuottaa harvoin luvatun verran. Lue realistinen arvio hinnasta ja tuotosta pientuulivoimala kotiin -sivulta ennen kuin teet päätöksen. Monelle kotitaloudelle aurinkopaneeli tuottaa saman rahan paremmalla varmuudella, ja isoin hyöty tuulesta saadaan verkon kautta ajoittamalla kulutus.