Tuuleenergia tehnoloogia

Tuuleenergia tehnoloogia
Teksti ja piltide aluseks on Euroopa Tuuleenergia Assotsiatsiooni poolt avaldatud infoleht

Pidevalt täienev tehnoloogia tõstab turbiinide kvaliteeti ning vähendab nende hinda.
Tuulegeneraator kasutab elektrienergia tootmiseks puhast ja taastuvat looduslikku energiaallikat. Tuul ei saasta keskkonda ega lõpe otsa. Tuuleenergia tehnoloogia areneb kiiresti, turbiinid muutuvad odavamaks ja võimsamaks, sellest tulenevalt langeb taastuva energia abil toodetud elektri hind. Ja Euroopa on kogu selle tehnoloogia keskus.

Vajadus puhta energia järele

Traditsiooniline elektritootmismeetod tähendab seda, et energia saamiseks tuleb põletada kütust, seejärel paneb kuumusest tekkiv aur pöörlema turbiini, mis omakorda käivitab generaatori. Taoline tehnoloogia kasutab fossiilkütust (põlevkivi, nafta, gaas) või tuumaenergiat. Fossiilkütuse kasutamisega kaasneb väävlioksiidi ja lämmastiku saaste (üks happevihmade põhjustest) ning süsinikdioksiidi saaste, mis aitab kaasa kliimasoojenemisele.
Kuigi traditsioonilised energiatootmismeetodid katavad Euroopa riikide põhivajadused, kasvab tuuleenergia populaarsus järjepidevalt. Taastuvad energiaallikad rahuldavad peaaegu 5,4% Euroopa Liidu esmasest energiavajadusest ning on ilmne, et sellega nende potentsiaal ei piirdu.

Kuidas tuuleturbiinid töötavad

Peaaegu kõik riiklikku elektrivõrku ühendatud tuuleturbiinid koosnevad tiivikutest, mis pöörlevad horisontaalse rootori ümber. Rootor on ühendatud käigukasti ja generaatoriga, mis asuvad masinaruumis. Masinaruumis asuvad elektroonilised komponendid ning masinaruum ise asub torni tipus. Tegemist on nn “horisontaalteljega” masinaga.


Rootori diameeter võib olla kuni 90 meetrit, väiksemad masinad (umbes 30 meetrit) on levinud arengumaades. Tuuleturbiinid võivad olla kolme-, kahe-, või ühelabalised. Levinuimad on kolmelabalised.
Labad on toodetud klaaskiuga tugevdatud polüestrist või puitepoksüüdist.
Labad pöörlevad ühtlasel kiirusel 10-30 p/min, kuigi viimasel ajal on kasvanud ka vahelduva kiirusega töötavate masinate hulk.

Turbiinidel on olemas automaatne võimsuse kontroll, mis peatab masinad väga tugeva tuule korral kahjustuste ärahoidmiseks.
Kuigi otseajamiga masinate hulk kasvab, on enamusel siiski käigukastid.
Lengerduse mehhanism pöörab masina tuule poole. Sensorid jälgivad tuule suunda ning torni ülemist osa keeratakse vastavalt tuulesuunale.
Tornid on harilikult silindrikujulised, terasest ja helehalli värvi. Mõnel pool kasutatakse raamkonstruktsiooniga torne. Torni kõrgus on 25-80 meetrit.
Kaubanduslikke turbiinide elektritootlikus on paarisajast kilovatist rohkem kuni 2,5 megavatini. Otsustav parameeter on rootori labapikkus " mida pikemad labad, seda suurem tegevusala ja toodetava energia kogus. Paigaldatavate masinate keskmine jõudlus on hetkel 1,3-1,85 MW. Müügil on ka suuremaid masinaid, mis on üsna populaarsed, kuna need toodavad elektrit väiksemate kuludega.

Turbiinitüüpe on palju, nende seas leidub nii innovatiivseid kui kõrgtehnoloogilisi. Levinuim tuuleturbiini tüüp on kolmelabaline, vastutuult, kiirusekontrolliga ja ühtlase tempoga töötav masin. Sageduselt teisel kohal olev turbiin on sarnase disainiga, ent kaldekontrolliga. Järgnevad kolmelabalised käigukastita ja vahelduva kiirusega masinad. Kahelabalise, vertikaalse teljega jm haruldasemate lisanditega turbiinid on vähem levinud.
Enamik turbiine on torni suhtes vastutuult esiosa on tuule suunas, masinaruum ja torn tagapool. Samas on olemas ka pärituult variante, mis tähendab, et tuul puhub läbi torni ja alles siis labadele.

Kiirus ja kaldekontroll

Tiivikute energiaväljundi kontrollimiseks on põhimõtteliselt kaks meetodit. Kaldekontrolli puhul kohandab masina kontrollsüsteem tiivikute kaldenurka. Taolisele süsteemile on pidurid sisse ehitatud, sest kui labad sattuvad serviti, jäävad nad seisma. Teist meetodit tuntakse kui kiiruskontrolli. Vahel kutsutakse seda ka passiivseks kontrolliks, kuna laba aerodünaamilised omadused määravad energiaväljundi, liikuvaid osi eraldi ei seadistata. Tiiviku kaar ja tihedus varieeruvad pikuti selleks, et kui tuule kiirus läheb liiga suureks, tekiks laba taha turbulents. Turbulents tähendab seda, et õhust kantakse edasi vähem energiat. Seega vähendab turbulents suurte kiiruste puhul energiaväljundit. Peale selle on kiiruskontrolliga masinate tiivikute tipus pidurid, mis peatavad rootori juhul, kui turbiini on millegipärast tarvis välja lülitada. Harilikult hakkavad tuuleturbiinid tööle, kui tuulekiirus on 4-5m/sek, ja tuuleturbiinid töötavad maksimaaljõul tuulekiirusega umbes 15m/sek.

Tööd mõjutavad faktorid

Kõige olulisem on asupaiga tuulisus. Tuulest toodetav energia tähendab tuulekiirust kuubis. Järelikult annab turbiin tuulekiiruse kahekordistamisel kaheksa korda suurema energiaväljundi. Juhul kui kõik teised näitajad on võrdsed, toodab tuulekiirusega 5m/sek kohas asuv turbiin peaaegu poole võrra rohkem elektrit kui turbiin, mis asub kohas, kus tuulekiirus on keskmiselt 4m/sek. Teine oluline mõjutaja on seadmete kättesaadavus. Ehk siis energiahulk, mida turbiin sobiva tuule korral suudab toota " n.ö turbiini töökindluse indikaator. Kõigi moodsate masinate puhul on see üle 98%. Viimane mõjur on turbiinide paigutus. Selleks, et saada tuulest kätte maksimaalset energiakogust, tuleb tuulepargis olevad turbiinid paigutada väga hoolikalt, pidades silmas, et need varjaksid üksteist tuule eest nii vähe kui võimalik.

Tuuleenergia tootmine ja elektrivajadus

Tuul on vahelduv energiaallikas " see ei puhu pidevalt " ent tuule kui energiaallika väärtust see ei vähenda. Tuuleenergia varieeruv väljund ei ole jõujaama tööle mingi takistus. Elektrivajadus kõigub pidevalt ning pakkumine ja nõudlus peavad olema minuti pealt vastavuses, aastaringselt ja 24 h ööpäevas. Tuuleenergiaga kaasnev kõikumine ei torka teiste normaalsete kõikumiste keskel silma ning ei ole tajutav probleem enne, kui tuuleturbiinid varustavad kogu süsteemi elektriga vähemalt 20% ulatuses.
Tuuleenergia “pügab” efektiivselt ära teatud osa nõudlusest, mida traditsiooniline jõujaam pole veel suutnud rahuldada. Seda kirjeldatakse sageli elektrivõrgu “negatiivse laengu” efektina. Tuuleenergia kõrgperiood kattub elektrivajaduse perioodiga. Tavaliselt kasvab vajadus tuulistel ja külmadel talvepäevadel " just siis, kui tuuleturbiinid on kõige produktiivsemad. Pilt 2 illustreerib negatiivse laengu kontseptsiooni, näidates elektrivajadust Inglismaal ja Walesis 1996. aasta veebruaris 7-päeva jooksul, mil nõudlus oli kõige suurem.



Pilt 2 Negatiivse laengu efekt: kuidas tuuleenergia vähendab vajadust traditsioonilise energia järele.
(Source Econnect Ltd, UK, the National Grid Company ja tuuleparkide andmete alusel.)


Pilt 3 Näeme, kui hästi on tuuleenergia aasta läbi elektrinõudlusega vastavuses. Elektrinõudlus on talvel suurim ja talvekuud on ka tuuliseimad.



Pilt 3 Aastane tuuleenergia toodang ja aastaajaline elektrinõudlus. (Source Econnect Ltd, UK, the National Grid Company ja tuuleparkide andmete alusel.)

Veel tuuleenergia eelistest

Peale selle, et tuuleenergia abil saab keskkonda saastamata toota elektrit, on sel veel palju muid eelised. Tuuleenergia on laialt levinud " riikidel on rohkem tuult kui hüdroenergiat või fossiilkütust.
See sobib ideaalselt kohalikul tasandil elektri tootmiseks " Euroopa tuulepargid on harilikult 10-40 turbiinilised kobarad, mis suudavad varustada 4000 - 16 000 majapidamist. Mõningates riikides, nagu näiteks Taanis ja Saksamaal, on päris palju üksikuid turbiine. Elektrit saab suunata otse jagamisvõrku, seeläbi vähenevad levitamise ja transpordikulud. Kontrastiks võib mainida, et suurte jõujaamade elekter läbib selleks, et kasutajateni jõuda, kõrgepingeliinides sageli pikki vahemaid.
Tuuleenergia sobib saareelanikele, tuulevaikuse korral võib ühendada varustuse diisli või päikeseenergia abil elektrit tootva süsteemiga.
Tuuleenergia on üsna ohutu, võrreldes suurte jõujaamadega on tuuleturbiinid (ja tuulepargid) suhteliselt väikesed, seetõttu on ka tehnilise vea või tööstusavarii risk väiksem.
Tuuleenergia aitab tutvustada ka teisi alternatiivseid energiaallikaid. Mitmekesised energiavarud on riigile kasulikumad kui piirdumine väheste energiaallikatega. Euroopa riikides varieeruvad energiatootmisviisid suuresti. Mõned riigid sõltuvad energia impordist rohkem kui teised. Suurbritannia ja Saksamaa kütusevalik on suhteliselt mitmekesine, samas kui näiteks Hispaania ja Kreeka energiatootmine sõltub naftast, Taani oma põlevkivist ning Prantsusmaa ja Belgia oma tuumajõust. Tuuleenergia laialdane levik aitab kaasa energiavarude varieerimisele ning muudab elektrivarud turvalisemaks. Mitmekesised energiavarud vähendavad fossiilkütuse reservide, kõikuvate nafta- ja gaasihindade ning tuumajõuriskidega seotud poliitilisi pingeid.

Tuuleenergia Euroopas

Euroopa on tuuleenergia alal maailmas juhtpositsioonil. Meil on rohkem tuuleturbiine kui kusagil mujal maailmas. 1999 aasta lõpuks oli paigaldatud piisavalt turbiine, et toota üle 8500MW elektri, s.o üle poole rohkem kui 1996 aastal. Tuuleenergia on kogu maailmas kõige kiiremini kasvav energiasektor ning kasvu pidurdumist pole esialgu oodata.

Tuuleenergia tulevik

Tuuleenergia tehnoloogia pidev areng tähendab seda, et ka tuuleenergia hind langeb pidevalt. Kogu maailmas koostavad riigid plaane tuuleenergia kasutamiseks. Arvestuste kohaselt paigaldatakse järgmise 10 aasta jooksul umbes 40 000 tuuleturbiini, mis annavad 22 000 megavatti tuuleenergiat. See tähendab aastas umbes 2,4 miljardit eurot. Euroopa on maailmaturu mootor, 6 meie kompaniid toodavad üle poole maailma tuuleturu turbiinidest. Panus jätkusuutlikusse tasub Euroopale mitmekordselt ära.

Viited ja sõnaseletused
1 elektriühik = 1 kilovatt-tund
1,000 kilovatti = 1 megavatt

1 Madridi Deklaratsioon: tegevuskava, mis käsitleb taastuvenergia arengut Euroopas. CEC, 1994

Allikas: BWEA