Tuulivoima on Suomen tulevaisuuden energiaratkaisun tärkein osa http://www.ilmasto.org/puheenvuorot/vuoden_2007_puheenvuorot/syyskuu_2007.html

Syyskuun puheenvuoro
Tuulivoima on Suomen tulevaisuuden energiaratkaisun tärkein osa
Otsikon väite on rohkea ja provosoiva. Tässä kirjoituksessa pyrin perustelemaan väitteen kommentoimalla myyttejä joita tuulivoimasta on levitetty.

Väitteen pääperusteena on toisaalta tuulivoiman huikea kehitys viimeisen 15 vuoden aikana ja toisaalta sen vähäiset kasvihuonepäästöt. Tuulivoima on ainoa uusiutuva ja vähäpäästöinen energiantuotantomuoto, jolla pohjoisessa Euroopassa voidaan tuottaa niin suuria määriä energiaa että sekä ydinvoimasta että fossiilisista polttoaineista voidaan luopua kohtuullisilla kustannuksilla.

Muilla uusiutuvan energian tuotantomuodoilla, vaikka tärkeitä ovatkin, on pohjoisessa Euroopassa rasitteenaan joko kokonaisresurssien rajallisuus (bioenergiat, vesivoima), kustannus ja väärä tuotantovuodenaika (aurinkosähkö) tai se että niillä voidaan tuottaa vain lämpöä (lämpöpumput, aurinkolämpö). Lähempänä päiväntasaajaa tulevat toki aurinkopaneeleilla tuotettu sähkö ja terminen aurinkosähkö olemaan paikoitellen tuulivoimaa merkittävämpiä. Tietyillä alueilla geoterminen tulee energia olemaan erittäin merkittävässä roolissa, muuallakin kuin Islannissa. Aaltovoimallakin on suurta paikallista merkitystä, tosin vain muutamille rannikkovaltioille.

Myytti tuulivoiman isoista kasvihuonepäästöistä ja huonosta energiataseesta

Paljonko tuulivoima vähentää kasvihuonepäästöjä? Ilmastonmuutoksen kannalta on tärkeää analysoida mikä on kunkin energiantuotannon päästömäärä ja energeettinen takaisinmaksuaika. Päästöttömiä energiantuotantovaihtoehtojahan ei ole, on vain vähäpäästöisiä ja suuripäästöisiä. Edellä mainittuihin kuuluvat useimmat uusiutuvat, tuulivoima mukaan lukien sekä ydinvoima.

Laskettaessa energiantuotannon päästöjä voidaan laskettavan systeemin rajaukset tehdä eri tavoilla ja samoin voidaan käyttää eri taustaoletuksia. Siten eri tuotantomuotojen päästöjä tulee verrata vain kun laskenta on tehty samalla tavalla. Kun näin toimitaan on tutkimuksissa saatu tulokseksi että tuulivoimalla ja ydinvoimalla molemmilla ovat päästöt noin sadasosa hiililauhdevoiman päästöistä eli luokkaa 10 g(CO2) / kWh. Tarkasteltaessa energeettistä takaisinmaksuaikaa on saatu tulos että tuulivoimala maksaa siihen sijoitetun energian takaisin 30-80 -kertaisesti kun ydinvoimalle arvo on tyypillisesti 10-20.

Tuulivoiman kohdalla muodostuvat päästöt pääsin komponenttien valmistuksesta, kuljetuksesta ja voimalan pystytyksestä. Käytön aikaiset päästöt ovat luokkaa neljännes kokonaispäästöistä. Edellä mainitusta luvuista voi helposti päätellä että kohtuullisen heikollakaan sisämaan tuotantopaikalla ei tuulivoiman päästöt ole edes kolmea prosenttia hiililauhteen päästöistä.

Myytti tuulivoiman rajallisesta määrästä sähkön tuotannossa

Voiko tuulivoimalla tuottaa merkittävän määrän sähköenergiasta sähköjärjestelmissä? Vastaus on yksiselitteisesti kyllä. Eri puolilla maapalloa on jo olemassa muutaman sadan talouden sähköjärjestelmiä, joissa tuuli tuottaa sähköstä 50-70% lopun ollessa tavallisesti dieselgeneraattorien tuottamaa. Keskeistä näissä järjestelmissä on se että tuulivoimateho on ylimitoitettu siten että tuulisena aikana tuulivoimaloiden teho ylittää sähkön tarpeen jopa kaksinkertaisesti. Mitä tällöin tehdään? Ylijäämäsähköstä joko luovutaan säätämällä voimaloiden tehoja alas eli “juoksuttamalla tuulta” tai sitten käyttämällä sähkö johonkin alempiarvoiseen tarkoitukseen kuten lämmön tuotantoon joko suorien sähkövastusten tai lämpöpumppujen avulla. Lisäksi osa sähköstä pyritään varastoimaan.

Se kuinka suuri osa sähköstä voidaan käyttää “priimana”, paljonko on mahdollista hyödyntää “sekundaa” ja mikä on lopulta “juoksutettu” määrä riippuu tuotannon ja kulutuksen ajoittumisesta, varastointimahdollisuuksista sekä niistä eri mahdollisuuksista joita “sekundasähkön” käyttöön on rakennettu.

Huomattavaa on kuitenkin että mitään laajamittaista sähkön varastointia ei tarvita vaikka tuulivoimalla tuotettaisiin erittäin suuri osuus (>50%) sähkön tuotannosta. Varastointi vähentää kuitenkin “juoksutettavan” tuulen määrää ja mahdollistaa suuremman priimasähkön osuuden. Eri varastointimenetelmien soveltaminen riippuu siitä kuinka niitä on saatavilla ja mikä on kustannustehokkainta.

Kaikki pienissä sähköjärjestelmissä jo käyttöönotetut keinot tuulivoiman integroimiseen sähköjärjestelmään ovat sovellettavissa suuriin sähköjärjestelmiin, Suomessakin. Tapauskohtaisesti eri keinoilla on erilainen kustannustehokkuus.

Suomessa pääsemmekin jo noin viiden vuoden päästä käytännössä testaamaan millä eri keinoilla itsenäiseen sähköjärjestelmään voidaan integroida 70% tuulivoimaa. Kyseessä on Ahvenanmaan oma kantaverkko. Ålands Kraftnätin mukaan toteutuksessa ja suunnittelussa olevat projektit nostavat tuulivoiman osuuden 70 prosenttiin Ahvenanmaan sähkönkulutuksesta.

Myytti tuulivoiman pienestä tuotantopotentiaalista Suomessa – suurin myytti

Paljonko sitten meillä Suomessa on mahdollista tuottaa tuulivoimaa, missä ja millä kustannuksella? Tähän kysymykseen ei ole yksiselitteisiä vastauksia. Joidenkin poliitikkojen suosiossa on ollut kartoitukset 1990-luvun puolestavälistä, jotka edelleen pohjautuvat Suomen tuuliatlakseen vuodelta 1991. Kyseisenä ajankohtana määritettiin tuulisuutta rannikolla ja tuntureilla enintään 50 metriä korkeille voimaloille. Kokonaispotentiaaliksi arvioitiin tämän perusteella muutamia satoja megawatteja eli täysin mitätön määrä, jotta tuulivoimaa voisi tarkastella merkittävänä ratkaisuna energiantuotannossa. Tätä ovat yhden ratkaisun poliitikot jaksaneet toistaa vuodesta toiseen.

Nykyiset tuulivoimalat ovat yli sata metriä korkeita ja voivat jo lähivuosina sijoittua rantaviivan
lisäksi useiden kilometrien päähän sisämaahan sekä merelle. Voimalateknologian kehittyessä tulee erityisesti sisämaan sekä ulkomeren sijoituspaikkojen tuotantokustannus laskemaan siten että potentiaalinen kohtuuhintainen tuotantopinta-ala kasvaa monikymmenkertaiseksi.

Paljonko tuulivoima tuottaa ja millaisia maa- ja merialueita tarvitaan? Tuulivoimala tuottaa heikoilla maapaikoilla 500 kilowattituntia (kWh) roottorin pyyhkäisypinta-alaneliömetriä (m2) kohden ja parhailla meripaikoilla jopa 2000 kWh/m2. Ohjesääntö on että voimaloiden etäisyys toisistaan tulisi olla viisi roottorin halkaisijaa (5D). Pienissä, muutaman voimalan tuulipuistoissa tämä voi olla hieman alhaisempi (3,5-4D) ja suurissa satojen yksiköiden merituulipuistoissa huomattavasti suurempi (8-10D). Voimalatiheydestä voidaan laskea tuotoksi maa- tai meripinta-alaa kohden vaihteluväli 10-50 GWh / km2. Jos käytetään varovaisesti arvoa 20 GWh / km2 voidaan todeta että esimerkiksi Suomen sähköntuotanto (100 TWh) vuonna 2020 voidaan tuottaa pinta-alalla, joka on 5000 km2 eli reilun prosentin Suomen yhteenlasketusta maa- ja meripinta-alasta. Koska tuulivoimaloiden vaatimat tiet ja muu infrastruktuuri ovat vain 1-2% pinta-alasta saadaan täysin menetetyksi maa-alaksi 50-100 km2.

Millaisia maa- ja merialueita meillä on?

Merituulivoimalle on tilaa ja isoja alueita. Maakuntakaavoituksessa on kaavoitettu tai kaavoituksen alla tuulivoiman tuotantoon soveltuvia merialueita noin 7000-8000 MW:n edestä. Nämä ovat alueita, jotka on hyödynnettävissä jo seuraavan 10-15 vuoden aikana. Voimalakoon kasvaessa kohti 10 megawattia tulee merialueiden määrä moninkertaistumaan, tasolle 30 000 MW tai enemmän vastaten yli 100 TWh:n vuosituotantoa.

Onko meillä paikkoja maalle rakennettavalle tuulivoimalle? Kyllä on ja erittäin paljon. Suomessa tuulivoiman kokonaispotentiaalia tuotantokustannuksen funktiona ei ole voitu arvioida, koska Suomen tuuliatlasta ei ole haluttu päivittää. Jos kuitenkin sovelletaan karkeasti arvioiden Ruotsista saatuja mittaustietoja ja mallinnustuloksia niin voidaan sanoa että koko rannikko, kymmeniä kilometrejä sisämaahan, on mahdollista tuotantoaluetta, jos käytetään korkeita torneja voimaloille. Tuulivoiman kohtuuhintainen (määritelmänä < 80 € / MWh) kokonaispotentiaali rannikon sisämaassa on jo nykyteknologialla useita tuhansia megawatteja ja tulee kasvamaan kymmeniin tuhansiin megawatteihin seuraavan parin vuosikymmenen aikana.

Tuulivoiman realistinen tuotantopotentiaali Suomessa vuoden 2050 paikkeilla tulee olemaan monikertainen tämänhetkiseen sähköntuotantoon verrattuna. Tuulivoimaa tullaan tämän vuoksi käyttämään priimasähkön tuottamisen lisäksi liikenteen energialähteenä sekä kaukolämmityksen “polttoaineena”. Ilman tuulivoimaa ei Suomella ole mitään realistisia mahdollisuuksia vähentää kestävällä tavalla hiilidioksidipäästöjään 80% vuoteen 2050 mennessä.



Jari Ihonen, TkT

Kirjoittaja toimii järjestötyössä puheenjohtajana Suomen Tuulivoimayhdistyksessä ja on ammatiltaan polttokennotutkija VTT:lla. Kirjoituksen mielipiteet ja visiot ovat hänen omiaan eivätkä liity edellä mainittuihin toimiin.