MIKKO IMMONEN TUULIVOIMA-ALAN KOULUTUKSEN JA TUTKIMUKSEN TILA SUOMESSA. Selvitystyö

Transkriptio

1 MIKKO IMMONEN TUULIVOIMA-ALAN KOULUTUKSEN JA TUTKIMUKSEN TILA SUOMESSA Selvitystyö

2 II TIIVISTELMÄ TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Sähkötekniikan koulutusohjelma IMMONEN, MIKKO: Tuulivoima-alan koulutuksen ja tutkimuksen tila Suomessa Selvitystyö, 123 sivua, 12 liitesivua Maaliskuu 2011 Pääaine: Vaihtoehtoiset sähköenergiateknologiat Avainsanat: Tuulivoima, tuulivoimakoulutus, tuulivoimatutkimus, Maailman hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi uusiutuvien energiatuotantomuotojen käyttö tulee tulevaisuudessa kasvamaan. Yksi potentiaalisimmista energiantuotantomuodoista on tuulivoima, jonka osuus on myös Suomen energiantuotannosta ennustettu kasvavan huomattavasti nykyisestä tasosta. Tuulivoima-alan kasvaminen edellyttää enemmän tuulivoima-alan osaajia ja asiantuntijoita. Työni tavoitteena on kartoittaa Suomen tuulivoima-alan koulutuksen ja tutkimuksen tila sekä esittää mahdollisia malleja Suomen tuulivoimaalan koulutukselle. Suomen oppilaitosten tuulivoima-alan opetus ja tutkimus ovat työssä kartoitettu tuulivoima-alaan liittyvän kurssitarjonnan ja oppilaitoksissa tehtyjen tutkimustöiden avulla. Koulutuksen vertailukohtana työssä esitellään Tanskan, Saksan ja Espanjan osaamiskeskusten koulutusmallit ja kurssitarjonta. Mahdollisten koulutusmallien luomisen apuna käytetään Suomen tuulivoima-alan yritysten tarpeita sekä edellä mainittuja tuulivoima-alan ulkomaisia osaamiskeskuksia. Yritysten tarpeet ovat kerätty yrityksille lähetettyjen kyselylomakkeiden avulla (Liite 1). Tuulivoima-alan koulutus Suomessa on todella pienimuotoista. Käsitellyissä oppilaitoksissa (yliopistoissa) tuulivoima-alaan liittyviä kursseja on vain muutamia. Yrityksiltä saadun palautteen mukaan koulutukselle olisi kuitenkin tarvetta. Kartoituksen pohjalta voidaan myös huomata, että Suomen tuulivoimaalan yritysten yhteistyötä pitäisi lisätä niin oppilaitosten kuin muiden saman alan yritysten kanssa. Tiiviimpi yhteistyö oppilaitosten kanssa mahdollistaisi yritysten tarpeita vastaavan koulutuksen. Tutkimuksen perusteella Suomen tuulivoimaalan koulutusta tulisi kehittää, jotta luotaisiin mahdollisuudet kouluttaa yritysten tarpeisiin osaajia tuulivoima-alalle. Mikko Immonen Vaajakatu 5 c Tampere mikko.immonen@tut.fi puh

3 III SISÄLLYS Tiivistelmä... II Termit ja niiden määritelmät... V Lyhenteet... V Symbolit... VI 1. Johdanto Suomen sähköntuotannon rakenne Suomen tuulivoimakapasiteetti Teknologian kehitys Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys Tuulivoimaratkaisuihin liittyvä teknologia ja osaaminen Rakenteet ja materiaalit Voimansiirto ja sähköntuotanto Yhdyskuntasuunnittelu Kustannusrakenne Rahoitus Tuotetun energian hinta Verohelpotukset ja syöttötariffit (Euroopassa/ Suomessa) Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa Yleistietoa oppilaitoksista TTY (Tampereen teknillinen yliopisto) TKK (Aalto-yliopiston teknillinen korkeakoulu) LTY (Lappeenrannan teknillinen yliopisto) JY (Jyväskylän yliopisto) Oppilaitosten vertailu yleisesti Oppilaitosten tuulivoima-alaan liittyvä koulutus (kurssitarjonta) TTY:n tarjoama tuulivoimakoulutus TKK:n tarjoama tuulivoimakoulutus LTY:n tarjoama tuulivoimakoulutus JY:n tarjoama tuulivoimakoulutus Tuulivoima-alan tutkimus Suomessa Oppilaitoksien akateemiset preferenssit Muut tuulivoimatutkimusta harjoittavat tahot Opetuksen ja tutkimuksen portfolio Euroopassa: Saksa, Tanska ja Espanja Tuulivoiman työllistävä vaikutus Euroopassa Saksa Center of Excellence for Windenergy Schleswig-Holstein (CEwind) Tanska DTU Technical University of Denmark Espanja... 65

4 Universidad Pública de Navarra (UPNA) Public University of Navarre Tuulivoima-alan osaamiskartoitus Suomessa Kyselyyn vastanneiden yritysten analysointi Yritysten koulutustarpeiden analysointi Yritysten T&K tarpeiden analysointi Syvempi analysointi Mahdolliset mallit Suomen tuulivoima-alan koulutuksesta Opintojen sisältö Koulutuksen keskittyminen tuulivoimaan Koulutuksen organisointi Perusopinnot Jatko-opinnot Täydennyskoulutus Käynnistämisvaiheen kustannusarvio Lähteet Liite IV

5 V TERMIT JA NIIDEN MÄÄRITELMÄT Offshore - tuulivoimala ERP-järjestelmän koko hankintaprosessi asiakasyrityksen kannalta. Onshore - tuulivoimala Tietojärjestelmä, jonka toiminnallisuus kattaa yrityksen toiminnan kaikki osa-alueet (engl. Enterprise Resource Planning System). Kioton sopimus Kasvihuonepäästöjen vähentämiseen tähtäävä lisäys YK:n ilmastosopimukseen RES - direktiivi Uusiutuvan energian direktiivi (Renewable Energy Sources directive) KOTA tietokanta Opetusministeriön ylläpitämä tietokanta, joka tarjoaa yliopisto- ja koulutusalakohtaisia tilastotietoja Pyyhkäisypinta-ala Pyörivän kappaleen (tuulivoimaloissa lavan) uloimmaisen reunan piirtämä pinta-ala Betzin laki Tuulesta saatavan tehon (tehokertoimen) teoreettinen maksimiarvo Lyhenteet AC Vaihtovirta AMSC American Superconductor AWEA Amerikan tuulienergia järjestö(american Wind Energy Association) CEwind Tuulivoiman koulutuskeskus Saksassa (Center of Excellence for Wind energy) DC Tasavirta DFIG (Doubly-fed induction generator) DTU Tanskan teknillinen yliopisto (Danmarks Tekniske Universitet) ECTS Opiskelijakeskeinen opintosuoritusten kertymis- ja siirtojärjestelmä (European Credit Transfer and Accumulation System) EU Euroopan Unioni EWEA Euroopan tuulienergia järjestö (European Wind Energy Association) HAWT Pystyakselinen tuulivoimala (Horizontal Axis Wind Turbine) IEA Kansainvälinen energiajärjestö (International Energy Association) IVA Ihmisiin kohdistuvien vaikutusten arviointi JY Jyväskylän yliopisto

6 VI KKA LTY Tekes TKK TPwind TTY UPNA VAWT VNS Vp VTT WWEA YVA Korkeakoulujen arviointineuvosto Lappeenrannan teknillinen yliopisto Teknologian ja innovaatioiden kehittämiskeskus Teknillinen korkeakoulu (Aalto-yliopisto) The European Technology Platform for Wind Energy Tampereen teknillinen yliopisto Universidad Pública de Navarra Vaaka-akselinen tuulivoimala (Vertical Axis Wind Turbine) Valtioneuvoston selonteko Valtiopäivät Soveltavaa tutkimusta tekevä organisaatio Suomessa Maailman tuulienergia järjestö (World Wind Energy Association) Ympäristövaikutusten arviointimenettely Symbolit U Aksiaalinen virtausvaste Pinta-ala, johon ilmamassa vaikuttaa ennen tuulivoimalaa Pyyhkäisypinta-ala, johon ilmamassa vaikuttaa Pinta-ala, johon ilmamassa vaikuttaa tuulivoimalan jälkeen Tehokerroin (tuulesta saatavan tehonmäärä) Tehokertoimen maksimiarvo Voima Referenssikorkeus Korkeus, jolla tuulennopeus halutaan tietää Massavirta Otoksen havaintojen lukumäärä Sähkönmuodostamiseen liittyvä hyötysuhde (generaattori yms.) Mekaaninen hyötysuhde (vaihteisto yms.) Ilmantiheys Ilmanpaine pyyhkäisypinta-alaa ennen Ilmanpaine pyyhkäisypinta-alan jälkeen Teho Otoskeskihajonta Tuulennopeus Tuulennopeus tuulivoimalan pyyhkäisypinta-alan kohdalla Tuulennopeus ennen tuulivoimalan lapoja Tuulennopeus tuulivoimalan lapojen jälkeen

7 Referenssituulennopeus Tuulennopeus halutulla korkeudella Tutkittavan muuttujan otoskeskiarvo Otoksen havaintoarvo Maaston rosoisuutta kuvaava suure VII

8 1 1. JOHDANTO Maailman energiankäytön kasvaessa tuulivoiman kiinnostavuus kansainvälisillä energiamarkkinoilla on kasvanut huomattavasti 2000-luvulla. Ilmaston lämpenemisestä aiheutunut kiinnostuneisuus hiilidioksidipäästöjen vähentämistä kohtaan on suosinut uusiutuvien energialähteiden hyödyntämistä energiantuotannossa. Euroopassa kansainvälinen painostus onkin luonut sopimuksia hiilidioksidipäästöjen laskemisesta. Kioton sopimuksessa vuonna 2002 Euroopan Yhteisön ja silloisien jäsenvaltioiden velvoitteeksi tuli vähentää yhteensä 8 % vuoden 1990 yhteisistä hiilidioksidipäästöistä. Kioton sopimuksen lisäksi vuonna 2007 Euroopan komissio julkisti yhteiseksi tavoitteekseen vähentää hiilidioksidipäästöjä 20 % vuoden 1990 tasosta. Lisäksi tavoitteina on nostaa uusiutuvien energialähteiden käyttö 20 % EU:n alueella kulutetusta energiasta sekä lisätä energiatehokkuutta ja biopolttoaineiden käyttöä liikenteen polttoaineissa. Tuulivoiman kehitys- ja tutkimustyö on johtanut siihen liittyvän tekniikan kehittymiseen ja näin myös hyötysuhteen paranemiseen. Tuulivoima onkin yksi vahvimmista ehdokkaista hiilidioksidipäästöttömän energiantuotannon lisäämiseksi. (Ulkoasiainministeriö, Eurooppatiedotus [WWW]) Vuonna 2009 maailman tuulivoimakapasiteetti oli 159 GW, joista 38 GW asennettiin samana vuonna. Tuulivoima tuotti energiaa vuonna TWh. Tämä tarkoittaa, että tuulivoimalla tuotettiin noin 2 % maailman kokonaisenergiankulutuksesta. Vuonna 2009 tuulivoimateollisuuden liikevaihto maailmanlaajuisesti nousi 10 miljardia nousten 50 miljardiin euroon. Kuten kuva 1.1 esittää, tuulivoiman kokonaiskapasiteetiltaan suurimpana maana pysyi vuonna 2009 USA, kokonaiskapasiteetin ollessa yli 35 GW. Tuulivoimakapasiteetiltaan maailman toiseksi suurimmaksi nousi Kiina noin 26 GW kapasiteettiosuudellaan, näin ohittaen Saksan, jonka kokonaiskapasiteetti nousi vain hieman vuoden 2008 tasosta. Vaikka maailman kaksi asennetun tuulivoiman kokonaiskapasiteetiltaan suurinta maata sijaitseekin Euroopan ulkopuolella, Euroopan unionin alueella sijaitsee edelleen maailman kokonaiskapasiteetista noin 47 % (74,7 GW, vuonna 2009). Tulevaisuudessa Euroopan hallinta tuulivoimateollisuudessa voi olla uhattuna, sillä tuulivoimateollisuus on suuressa kasvussa etenkin Kiinassa, Meksikossa ja Turkissa, joissa kasvu on ollut vuonna 2009 yli 100 %. (WWEA, World Wind Energy Report 2009; EWEA, Annual Report 2009)

9 % 1. Johdanto 2 USA Kiina Saksa Espanja Intia Italia Ranska Iso-Britannia Portugali Tanska Suomi Kuva 1.1 Asennettu maailmanlaajuinen tuulivoimakapasiteetti (WWEA, World Wind Energy Report 2009; VTT, Suomen tuulivoimatilastot) 1.1. Suomen sähköntuotannon rakenne Kuvassa 1.2 on esitettynä vuoden 2010 Suomen sähköntuotannon määrät energialähteittäin. Voidaan selvästi havaita, että tärkeimpänä Suomen energiantuotantomuotona on ydinvoima 25 % osuudella. Tämän lisäksi kivihiili, vesivoima ja maakaasu ovat Suomen sähköntuotannon kannalta tärkeitä energialähteitä. Uusiutuvien energialähteiden osuus tuotannosta oli noin 31 % ja hiilidioksidivapaan tuotannon noin 51 %. Vesivoiman osuus vaihtelee vuosittain, mikä vaikuttaa myös fossiilisten energialähteiden käytön määrään. Erityisesti kivihiilen osuus energiantuotannosta on riippuvainen Norjan ja Ruotsin vesivoimalla tuotetun sähkön määrästä pohjoismaisilla markkinoilla. Suomen sähköntuotanto ei kuitenkaan ole riittävää suhteessa sähkön kulutukseen, tämän vuoksi osa Suomen sähköstä tuodaan nettotuontina muista maista. Vuonna 2011 Suomen sähkön nettotuonnin määrä oli noin 12 %. (Energiateollisuus, sähköntuotanto 2010; VTT, Suomen tuulivoimatilastot) 30 28, ,5 16,6 14,2 13,5 10 6, ,9 0,7 0,4 Kuva 1.2 Suomen sähköntuotannon rakenne vuonna 2010 (Energiateollisuus, sähköntuotanto 2010; VTT, Suomen tuulivoimatilastot)

10 1. Johdanto Suomen tuulivoimakapasiteetti Vuoden 2010 lopussa Suomen tuulivoimakapasiteetti oli 197 MW ja asennettujen tuulivoimaloiden määrä oli 130. Suomen tuulivoimakapasiteetista noin 60 % on sähköyhtiöiden omistuksessa ja noin 35 % omistavat kuluttajat, loput noin 5 % ovat teollisuuden omistuksessa olevia tuulivoimaloita. Kuten kuvasta 1.3 voidaan todeta, vuonna 2010 tuulivoimalla tuotettiin 292 GWh sähköä, joka vastaa vuoden 2010 sähkönkulutuksesta noin 0,4 %. EU:n tavoitteen mukaan myös Suomen on vähennettävä hiilidioksidipäästöjä vuoden 1990 tasosta, nostettava energiatehokkuutta sekä lisättävä uusiutuvien energialähteiden osuutta tuotetusta energiasta. Vuonna 2008 Suomen valtioneuvosto hyväksyi kansallisen pitkän aikavälin ilmasto- ja energiastrategian (valtionneuvoston selonteko (VNS) 6/2008 vp). Tämä strategia perustuu EU:n antamiin velvoitteisiin ja linjauksiin. Tuulivoimantuotannolle esitettiin tässä strategiassa tavoitteeksi vuoteen 2020 mennessä noin 2000 MW asennettua tuulivoimakapasiteettia, joka tarkoittaisi noin 6 TWh vuosituotantoa. Asennettua tuulivoimakapasiteettia on siis lisättävä huomattavasti lähivuosina, jotta tavoitteet toteutuisivat. Vuonna 2009 EU:n RES - direktiivi (2009/28/EY) tarkensi Suomen osuutta ja tavoitteeksi uusiutuvista energialähteistä peräisin olevan tuotannon osuudeksi annettiin 38 % (vuoden 2005 tavoite oli 28,5 %). Tämän tavoitteen saavuttamiseksi Suomen on lisättävä uusiutuvilla energialähteillä tuotettavan energian määrää yli 30 terawattitunnilla (TWh). Tämän tavoitteen saavuttamiseksi Suomen hallitus on tehnyt esityksen syöttötariffien käyttöönotosta, jonka toivotaan vauhdittavan uusiutuvien energialähteiden käyttöä energiantuotannossa. Tämä syöttötariffi on suunniteltu otettavan käyttöön vuonna 2011, syöttötariffi käsitellään tarkemmin luvussa (Stenberg A, Holttinen H. 2010; Hallitus, Pekkarinen M., ) Kuva 1.3. Suomeen asennettu tuulivoimakapasiteetti ja tuotanto (VTT, Suomen tuulivoimatilastot)

11 1. Johdanto 4 Kuvasta 1.4 on havaittavissa, että suurin osa asennetusta tuulivoimakapasiteetista sijaitsee rannikolla tai sen läheisyydessä. Suomen tuuliolosuhteet ovatkin rannikolla huomattavasti paremmat kuin sisämaassa johtuen maan metsäisyydestä. Syöttötariffin ja valtion 6 TWh tuulivoimatuotannon tavoitteet ovat kasvattaneet kiinnostusta tuulivoimaprojekteihin. Suomessa tuulivoiman kannalta hyviä sijoituspaikkoja on hyvin rajallinen määrä. Tästä syystä parhaimmat tuulivoimaan soveltuvat paikat halutaan varata käyttöön mahdollisimman pian. Kuvassa 1.4 esillä olevat tuulivoimalaitosten kokoluokat ovat kyseisen tuulivoimalaitoksen kokonaiskapasiteettejä. Yksi tuulivoimalaitos voi sisältää useampia tuulivoimala yksiköitä. VTT:n tammikuun 2011 tuulivoiman tuotantotilastojen mukaan Suomessa sijaitsevien tuulivoimaloiden (tilastossa 122 tuulivoimalan tiedot) keskimääräinen tehokapasiteetti on noin 1,4 MW sekä keskimääräinen lapojen pyyhkäisypinta-ala on noin Pienimmän tuulivoimalan kapasiteetin ollessa 75 kw ja suurimpien tuulivoimaloiden 3 MW. Tässä selvitystyössä painopiste on teolliseen tuotantoon tarkoitetuissa tuulivoimaloissa, jotka tuottavat sähköä myytäväksi. Kuitenkin myös alle 20 kw pientuulivoimaloita käytetään muun muassa maataloudessa, laitoksissa, kotitalouksissa ja vapaa-ajan asunnoissa lisäämään sähkönomavaraisuutta ja pienentämään sähkölaskua. Pientuulivoimalat sijaitsevat lähellä käyttökohteita niitä voidaan käyttää suoraan sähköntuottoon tai lämmitysenergian tuottamiseen. (VTT, Suomen tuulivoimatilastot; Suomen tuulivoimayhdistys, Pientuulivoima) Kuva 1.4. Suomen tuulivoimalat 10/2010 (VTT, Suomen tuulivoimatilastot)

12 1. Johdanto 5 Taulukosta 1.1 voidaan huomata, että Suomeen suunniteltuja hankkeita oli vuoden 2011 tammikuuhun mennessä noin 6000 MW:n edestä, joista noin 3000 MW ovat offshore tuulivoimahankkeita (merituulivoimapuistoja), jotka sijaitsevat merellä rannikon läheisyydessä. Offshore - tuulivoimahankkeiden rakentamisen hidasteena Suomessa ovat korkeat kustannukset, valtiontuen riittämättömyys, teknologian puute sekä mahdolliset jääkuormat. Taulukosta 1.1 on nähtävissä, että suuri osa Suomen tuulivoimahankkeista on vielä ehdotusvaiheessa tai niiden ympäristövaikutusten arviointi (YVA) on vielä kesken. Uutena ongelmana uusien tuulivoimaloiden rakentamiseen on tuonut niiden mahdolliset tutkavaikutukset, jotka ovat parhaillaan tutkinnan alla. (VTT, Tuulivoimahankkeita; Hallitus, Pekkarinen M., ; IEA Wind. Annual report 2010) Taulukko 1.1. Suomen tuulivoimahankkeet tammikuussa 2011 (VTT, Tuulivoimahankkeita) Onshore hankkeet Offshore hankkeet Yhteensä Hankkeiden tila Hankkeiden Hankkeiden Hankkeiden MW lukumäärä MW lukumäärä MW lukumäärä Rakenteilla Rakentamisen valmistelu Lupien hakeminen kesken YVA hyväksytty YVA käynnissä YVA:n soveltaminen haettu Toteutettavuus tutkittu Hanke ehdotettu Yhteensä Teknologian kehitys Tuulivoimateknologian kehitys on tuonut markkinoille jatkuvasti suurempi tehoisia tuulivoimaloita. Muuttuvanopeuksiset järjestelmät ovat yleistyneet tuulivoimaloissa sekä tuulivoimaloiden säätöautomaatio on kehittynyt, mikä on vaikuttanut tuulivoimaloiden hyötysuhteen kasvamiseen. Hyötysuhteeseen vaikuttavat tuulesta saatava tehokerroin, voimansiirron mekaaninen hyötysuhde sekä sähköntuotantoon liittyvä hyötysuhde (generaattorit, verkkovaihtosuuntaajat yms.). Vuonna 1995 suurimmat tuulivoimalat olivat teholtaan noin 500 kw, kun kirjoitushetkellä (syksy 2010) suurimmat tuulivoimalat ovat jo noin 6 MW teholuokkaa. Tällä hetkellä yleisin tuulivoimalan kokoluokka on noin 1,5-2 MW, mutta on arvioitu, että vuoteen 2017 mennessä yli 3 MW tuulivoimalat tulevat syrjäyttämään alle 2 MW voimaloiden vuosittaisen asennusmäärän. Osaltaan tähän vaikuttaa myös offshore - tuotannon ennustettu kasvaminen tuulivoimamarkkinoilla. Offshore - tuotannossa ollaankin menossa jo kohti MW tuulivoimaloita. Tuulivoimaloiden tehon kasvaessa myös niiden fyysinen koko kasvaa. Tämä onkin eräs rajoittava tekijä tuulivoimateollisuudessa, mikä tulee olemaan yksi tulevaisuuden haasteista.

13 1. Johdanto 6 Tuulivoima on koko ajan kehittyvä energiantuotantotapa. Tästä todisteena on esimerkiksi se, että tuulivoimateollisuudessa ei ole vakiintunutta konseptia. Tällä hetkellä tuulivoimaloita on kolmea eri konseptia, joissa generaattori toimii eri nopeuksilla. Vaihteettomassa tuulivoimakonseptissa generaattori pyörii hitaasti ja vaatii generaattorin suurta kokoa, joka onkin yksi tämän konseptin suurimmista heikkouksista. Yleisimpinä konsepteina ovat kirjoitushetkellä (syksy 2010) vaihteellinen suurinopeuksinen konsepti tai vaihteellinen keskinopeuksinen konsepti. Näissä ratkaisuissa ei generaattorin koko ja hinta tule esteeksi investoinneille. Kuitenkin vaihteiston mahdollinen vikaantuminen on otettava huomioon, sillä vaihteistojen korjaus on vaikea ja aikaa vievä prosessi. Osaksi tästä syystä etenkin vaikeapääsyisiin paikkoihin sijoitettavien, kuten offshore - tuulivoimaloiden, kehityksessä suositaan vaihteettomia ratkaisuja. Vuonna 2009 suoravetoisten vaihteettomien tuulivoimaloiden osuus kokonaistuulivoimalatuotannosta saavuttikin jo 14 %. (EWEA, Executive summary BTM Consult Aps. World Market Update 2009)

14 7 2. TUULIVOIMAN TEKNINEN JA TALOUDELLINEN KEHITYS 2.1. Tuulivoimaratkaisuihin liittyvä teknologia ja osaaminen Energian talteenotto tuulesta ja sen muuttaminen sähköksi vaatii paljon eri alojen teknologiaosaamista. Tämä tekeekin tuulivoima-alasta haasteellisen, mutta myös eri toimialoja yhdistävän toimintakentän. Tuulivoimalan rakentaminen suunnittelusta käyttöönottoon vaatii osaamista ainakin seuraavilta osaamisalueilta: sähkötekniikka (generaattorit yms.), tehoelektroniikka (verkkovaihtosuuntaajat yms.), automaatio- ja säätötekniikka, konetekniikka, kevyet rakenteet ja aerodynamiikka, meteorologia, sekä rakennustekniikka (kuva 2.1). Osaamisalueiden suuri määrä lisää eri alojen yhteistyön tärkeyttä ja tekee tuulivoimalaprojekteista haastavia. Tuulivoimateknologia on jatkuvasti kehittyvää teknologiaa, jossa kehitystä on tapahtunut 2000-luvulla erittäin nopeaan tahtiin. Tuulivoimateknologiassa tapahtunut kehitys on tehnyt tuulivoimasta varteenotettavan kilpailijan hiilidioksidipäästöttömänä energiantuottamismuotona. Kuitenkin tuulivoimateknologian alalla on vielä paljon kehittämistyötä, etenkin offshore - tuulivoimaloiden osalta, jotta saataisiin energiatehokkaita ja kannattavia tuulivoimalaratkaisuja. (WWEA - World Wind Energy Association [WWW]; EWEA, 2009) Tehoelektroniikka Kevyet rakenteet ja aerodynamiikka Rakennustekniikka automaatioja säätötekniikka Meteorologia Konetekniikka Tuulivoimala Sähkötekniikka

15 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 8 Kuva 2.1. Tuulivoimalaratkaisuihin liittyvät teknologiat Rakenteet ja materiaalit Tuulivoimaloita on yleisesti kahta eri tyyppiä, vaaka-akselinen (VAWT, Vertical Axis Wind Turbine) ja pystyakselinen (HAWT, Horizontal Axis Wind Turbine). Vaakaakselinen tuulivoimala on näistä yleisemmin käytössä ja voi toimia tuulen alla tai tuulta vastaan. Suurin osa nykyaikaisista tuulivoimaloista on ohjauksen ja mittalaitteiston avulla tuulta vastaan käännettäviä tuulivoimaloita. Tuulivoimalan pääosat ovat perustukset, torni, naselli (konehuone) ja roottori (napa ja lavat). Kuten kuvasta 2.2 voidaan havaita, nasellin sisällä sijaitsee voimansiirtoon ja sähköntuotantoon liittyviä komponentteja, kuten esimerkiksi generaattori ja vaihteisto. Tuulivoimalan komponentteihin kuuluvat myös verkkovaihtosuuntaajat, ohjauskomponentit tuulivoimalan kääntämiseen ja lapakulmien säätöön sekä levyjarru mahdollisia vikatilanteita ja huoltoja varten. (Tuulivoimaopas, Motiva Oy; Patel M. R s.26) Napa Lavat Torni Naselli: -Verkkovaihtosuuntaajat -Generaattori -Vaihteisto -Levyjarru Kuva 2.2. Tuulivoimalan pääkomponentit (Muokattu lähteestä Wikidot. Wind Power technologies) Laparatkaisut ja materiaalit Nykyaikaisissa energiantuotantoon suunnitelluissa tuulivoimaloissa käytetyin ratkaisu on kolmilapainen voimala. Kolmilapaisen tuuliturbiinin etuna on hyvä tasapaino pyörähdyssymmetrisessä tasossa. Siinä ei esiinny esimerkiksi tornivarjosta aiheutuvia värinöitä, kuten kaksilapaisessa tuulivoimalassa. Nämä voimalan voimansiirtoon aiheutuvat värinät ja vääntöliikkeet kaksilapaisessa tuulivoimalassa syntyvät, kun lapoihin vaikuttavat tuulesta aiheutuvat voimat eroavat. Esimerkiksi alempana tornin kohdalla sijaitsevaan lapaan kohdistuu huomattavasti pienempi voima kuin samalla hetkellä voimalan korkeimmassa kohdassa sijaitsevaan lapaan. Tämä aiheuttaa turbiinin kallistumista pyörähdystasoonsa nähden, jota ei kolmilapaisessa tuulivoimalassa

16 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 9 esiinny. Kolmilapaista tuuliturbiinia voidaankin käsitellä pyörähdyskappaleena tasona. Kolmilapaisella tuulivoimalalla ei myöskään ilmene kaksi- ja yksilapaisilla tuulivoimaloilla esiintyvää massahitausvoimista aiheutuvaa tärinää käännettäessä tuuliturbiinia tuulen suuntaan. Kolmilapaista tuuliturbiinia pidetään myös esteettisesti miellyttävämpänä vaihtoehtona kuin kaksi- tai yksilapaista tuuliturbiinia. Lisäksi lapojen lukumäärän lisääminen kolmea suuremmaksi ei aiheuta riittävää tuotannon kasvua suhteessa painon ja kustannusten nousuun. (Danish wind power association [WWW]) Tuulivoimalan tehonsäätö tapahtuu lapojen aerodynamiikalla, joko passiivisesti tai aktiivisesti. Passiivinen tehonsäätö tapahtuu sakkausrajoituksella, jossa halutulla tuulennopeudella tuuliturbiinin lavat alkavat sakata ja näin rajoittavat pyörimisnopeuden kasvua. Sakkaustilassa lavat menettävät nostovoimansa turbulenssin takia, ja ilmavirtaus irtoaa lavasta, jolloin lapojen pyörimisnopeus ei enää kasva tuulennopeuden kasvaessa. Sakkausrajoitetun tuuliturbiinin lapojen kohtauskulma on vakio, ja se määritetään halutun maksimituulennopeuden mukaan. Kohtauskulman määritys vaatii tarkkaa aerodynaamista suunnittelua, jotta saavutetaan oikea tuulennopeus ja mahdollisimman vähän värinää sakkaamisen yhteydessä. (Burton et al. 2001, s ; Ackermann, 2005 s. 55; Danish wind power association [WWW]) Aktiivinen tehonsäätö tapahtuu lapojen kulmaa säätämällä, joko sakkaussäädöllä aktiivisakkauksella tai lapakulmasäädöllä. Sakkaussäädössä lavan jättöreunaa käännetään tuulta päin. Sakkaussäädössä siis lavan jättöreunan avulla voidaan säätää nopeutta, jolla sakkaus tapahtuu. Lapakulmasäädössä lavan johtoreunaa käännetään tuulen suuntaan, näin säätäen lavan kohtauskulmaa ja samalla myös vaikuttaen nostovoiman kautta tuuliturbiinista saatavaan tehoon. Tehon säätöön liittyy osaltaan myös tuulivoimalan kääntöroottori, joka kääntää voimalan tuulta vasten automaattisesti perustuen tuulivoimalan keräämään tuulenmittausdataan. Tätä samaa tekniikkaa voisi käyttää tehonsäätöön. Ongelmana on kuitenkin tuulivoimalan konehuoneen suuri hitausmomentti, jonka vuoksi kääntyminen on hidasta ja samalla myös rakenteita kuormittavaa. Toinen ratkaiseva ongelma on kääntymisen suuruusluokka suhteessa ulostulotehon laskuun. Esimerkiksi 10 asteen kääntö vaikuttaa vain muutamia prosentteja ulostulotehoon. Näiden ongelmien vuoksi kääntöroottoria käytetään tehonrajoitukseen lähinnä alle 1 kw:n tuulivoimaratkaisuissa. (Burton et al. 2001, s ; Laaksonen ja Repo, 2003 s.22-24; Danish wind power association [WWW]) Tuulivoimalan lapojen suunnittelun voi jakaa kahteen kategoriaan: aerodynaaminen suunnittelu ja rakenteellinen suunnittelu. Aerodynaamiseen suunnitteluun kuuluu lavan geometrinen tarkastelu, jossa lavan muoto ja pinnat vaikuttavat sen käyttäytymiseen tuuliolosuhteissa. Rakenteelliseen suunnitteluun kuuluvat lähinnä lavan materiaalin valinta sekä lavan poikkileikkauksen tarkastelu. Nykyaikaisten tuulivoimaloiden lavat

17 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 10 ovat tehty useimmiten komposiittimateriaaleista, joissa käytetään lasikuitua tai muuta lujitetta laminaattina puun, epoksin tai polyesterin kanssa. (Burton, et al. 2001, s. 377; Nelson 2009 s ) Torni Suurin osa tuulivoimalan tärkeimmistä komponenteista sijaitsee korkealla tornin huipulla tuuliturbiinin läheisyydessä. Tuulivoimalan torni ja perustukset joutuvatkin kovalle rasitukselle painopisteen sijaitessa tornin huipulla. Tuulivoimalan torni on näin erittäin tärkeä osa voimalan toimintaa ja onkin yksi suurimmista voimalan kustannuseristä. Tuuliturbiinien koon ja samalla lapojen pyyhkäisypinta-alan kasvaessa myös tornien korkeudet ovat kasvaneet. Tällä hetkellä korkeimpien tornien korkeus on noin 100 m, mutta tulevaisuudessa on suunnitteilla 150 m tai jopa korkeampia torneja. Tornin korkeus ei ole pelkästään tuuliturbiinin koon kasvun seurausta, vaan korkeampi torni mahdollistaa myös paremmat tuuliolosuhteet tuulivoimalan toiminnalle. Korkeammalla maan rosoisuudesta johtuvat turbulenssit tasoittuvat ja tuulivoimalaan vaikuttava tuuli muuttuu laminaarisemmaksi. Korkeammalla sijaitseva tuulennopeus voidaan arvioida kaavan 1 mukaisesti, mikäli tiedetään matalammalla vallitseva tuulennopeus. Kaavassa 1 esiintyvä on maaston rosoisuutta kuvaava suure, on etsittävä tuulennopeus halutulla korkeudella (korkeammalla kuin referenssituulennopeus). Lisäksi kaavassa 1 esiintyvä on referenssituulennopeus, joka vallitsee referenssikorkeudella. Esimerkkinä 50m korkeudessa vallitsevan tuulennopeuden ollessa 6 m/s niin 100m korkeudessa vallitseva tuulennopeus on noin 7 m/s. Tässä esimerkissä käytetty = 0.03, joka vastaa tasaista peltomaastoa (sisältää vain muutamia rakennuksia). Tuulivoimalan tehon kasvu on tuulennopeutta suurempi, sillä tuulesta saatava teho on suoraan verrannollinen tuulennopeuden kuutioon. Sisämaassa maanpinnan rosoisuuden takia korkeuden vaikutus energiantuotantoon on merkittävä. Offshore tuulivoimaloissa voidaan meren vähäisempien korkeuserojen ja pienemmän pinnan rosoisuuden vuoksi käyttää matalampia torneja ilman turbulenssista aiheutuvia suuria häviöitä. Tornit rakennetaan yleensä teräksestä, mutta ne voivat olla myös betonia tai lasikuitua. Teräsrakenteet voivat olla putkimaisia tai ristikkomaisia, joista putkimainen terästorni on tällä hetkellä yleisin tuulivoimalaratkaisuissa. Tosin uusia edistysaskelia on tapahtunut ristikkomaisten tornien valmistuksessa, mikä voi nostaa niiden painoarvoa tulevaisuudessa. (Burton et al s ; Mukund, 1999, s ; Ruukki [WWW]; Gasch R., Twele J s.115) Voimansiirto ja sähköntuotanto Tuulivoimalan toiminta perustuu tuulen kineettisen energian talteenottoon. Tuulesta saatava teho [W] voidaan laskea roottorin pyyhkäisypinta-alan [ ], (1)

18 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 11 tuulennopeuden U [m/s], ilmantiheyden ρ [ ] ja tehokertoimen avulla. Tehokertoimen maksimi on Betzin lain mukaan. Tämä tarkoittaa että teoreettinen maksimi tehokerroin tuulesta saatavaan energian tuotantoon on noin 0,59. Tehokertoimen lisäksi tuulivoimalan kokonaishyötysuhteeseen vaikuttavat mekaaninen hyötysuhde (vaihteisto yms.) sekä sähköntuotantoon liittyvä hyötysuhde (generaattori, verkkovaihtosuuntaajat yms.). (Manwell et. al, 2002, s ; Takahashi R. et. al. 2010) (2) Yhtälöstä voidaan nähdä, että tuulesta saatava teho on suoraan verrannollinen tuulennopeuden kuutioon. Kuvasta 2.3 voidaankin nähdä, että tuulennopeudella 9 m/s 1,5 MW tuulivoimala tuottaa noin 600 kw ulostulotehon, mutta tuulennopeudella 11 m/s ulostuloksi saadaan jo noin 1000 kw. Kuten kaavasta 2 huomattiin, tuulennopeuden kasvaminen 10 % muuttaa ulostulotehoa 33 %. Tuulivoimalan käyttöön saatavaan keskimääräiseen tuulennopeuteen voidaan vaikuttaa esimerkiksi rakentamalla tuuliseen paikkaan kuten merelle tai kasvattamalla tornin korkeutta. Tuulesta saatavaan tehoon liittyy suoraan myös lapojen pyyhkäisypinta-ala. Pyyhkäisypinta-alan kasvattaminen tarkoittaa suoraan tuulivoimalan lapojen pituuden kasvattamista, mikä nostaa investointikustannuksia. Tämän takia onkin tärkeää optimoida tuulivoimalan koko sijoituspaikkaan nähden. ( Ackermann, 2005) Kuva ,5MW tuulivoimalan tehokäyrä (Ackerman 2005) Tehokertoimen muodostaminen (Betzin laki) Tuulen kineettisen energian talteenotto hidastaa lavan pyyhkäisypinta-alan ( ) lävitse kulkevaa ilmamassaa. Tämä hidastunut ilmamassa ei pakkaudu, joten se laajenee suuremmalle alueelle ( ) (kuva 2.4). Tuulivoimalan lävitse kulkevan ilmamassan

19 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 12 paine muuttuu tuulivoimalan pyyhkäisypinta-alan kohdalla. Ilmamassan osuessa lapoihin sen paine kasvaa ja vastaavasti ilmamassan ohittaessa lavat sen paine laskee. Kuitenkin ilman massavirta on sama kuvassa 2.4 näkyvän putken sisällä. (Burton et al s. 42) Kuva 2.4. Ilmamassan kulku tuulivoimalan lävitse (Burton et al s. 42) Kuvassa 2.4 esitetty on tuulennopeus ennen tuulivoimalaa, on tuulennopeus pyyhkäisypinta-alan kohdalla, on tuulennopeus tuulivoimalan jälkeen ja on ilmantiheys. Ilman massavirran ollessa sama koko alueella, voidaan kirjoittaa (3) Voidaan olettaa, että liikemäärän vaihtumisen aiheuttama voima tulee suoraan tuulivoimalan pyyhkäisypinta-alan eripuolilla hallitsevasta paine-erosta. Ilmanpaine ennen pyyhkäisypinta-alaa on ja ilmanpaine pyyhkäisypinta-alan jälkeen on. Kaavassa 4 olettaen, että liikemäärän vaihtumisen aiheuttama voima tulee paine-erosta, voidaan suoraan verrata paine-eroa ( ) sekä nopeuseroa (. (4) Voidaan myös olettaa, että pyyhkäisypinta-alan kohdalla aiheutuu nopeuden muutos, jota voidaan kuvata aksiaalisella virtausvasteella a. (5) Kaavasta 5 saadaan tuulennopeus pyyhkäisypinta-alan kohdalla, joka on esitettynä kaavassa 6. (6)

20 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 13 Liikemäärän yhtälöitä ja Bernoullin kaavaa käyttäen saadaan tuulennopeus tuulivoimalan jälkeen (kaava 7). (7) Kaavojen 4,6 ja 7 mukaisesti voiman yhtälöksi voidaan kirjoittaa (8) Kertomalla kaavan 8voima F kaavasta 6 saadulla nopeudella saadaan teho P (9) Käyttämällä kineettisen energian liikemäärän yhtälöä sekä kaavassa 9 esitettyä tehoa tehokertoimeksi saadaan (10) Tehokertoimen maksimi hyötysuhde saadaan laskettua etsimällä kaavasta 10 maksimiarvo. (11) (12) Kaavan 12 mukainen ) on tuulivoimalan maksimi hyötysuhde. Tätä maksimi hyötysuhdetta kutsutaan Betzin laiksi. (Burton et al s ) Tuuliturbiinit Tuulivoimaloiden tuuliturbiinit voivat olla muuttuvanopeuksisia, vakionopeuksisia tai kaksinopeuksisia. Vakionopeuksisen tuuliturbiinin roottori pyörii vakionopeutta riippumatta tuulennopeudesta. Vakionopeuksisiin tuuliturbiineihin perustuvat järjestelmät olivat yleisiä erityisesti luvun alussa. Näissä ratkaisuissa käytettävät epätahtigeneraattorit on kytketty suoraan sähköverkkoon. Tuulennopeuden vaihtuessa generaattorin magnetointia säädetään niin että roottorin pyörimistä vastustavaa magnetointia joko lisätään tai vähennetään, jotta saavutetaan verkon vaatima vakionopeus. Magnetointia lisäämällä myös ulostuloteho kasvaa, mutta maksimihyötysuhde saadaan vain tietyllä tuulennopeudella. Tämän vuoksi kokonaishyötysuhde ei tavoita muuttavanopeuksisen tuuliturbiinin hyötysuhdetta. Lisäksi vakionopeuksisissa järjestelmissä verkossa näkyvä välkyntä ja nopeat ulostulotehon vaihtelut aiheuttavat ongelmia. (Laaksonen ja Repo, 2003 s ; Ackermann, 2005 s )

21 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 14 Kaksinopeuksinen Kaksinopeuksinen järjestelmä on vakionopeuksinen, mutta voi toimia kahdella eri nopeudella. Tämä saadaan aikaan generaattorin kaksoiskäämityksellä, jossa staattoriin käämitetään kaksi erillistä käämitystä eri napaluvuille (yleensä 4 ja 6 napaparia). Kaksinopeuksinen generaattori on kalliimpi ratkaisu kuin vakionopeuksinen, mutta sillä voidaan saavuttaa jopa 10 % parempi hyötysuhde. Nopeutta vaihdettaessa turbiinin pyörimisnopeutta pitää hallita ja generaattori kytkeä pois verkosta. Tämä aiheuttaa häviöitä ja lisäkustannuksia normaaliin vakionopeuksiseen järjestelmään verrattuna. (Burton et al. 2001, s. 361; Mukund, 1999, s ; Laaksonen ja Repo, 2003 s ) Muuttuvanopeuksinen Muuttuvanopeuksisessa järjestelmässä tuuliturbiinin roottori pyörii aina optimihyötysuhteella. Järjestelmässä roottorin pyörimisnopeus vaihtuu tuulennopeuden mukaan. Saavutettuaan nimellistehon järjestelmä rajoittaa roottorin pyörimisnopeuden tiettyyn arvoon. Muuttuvanopeuksista järjestelmää ei voi kytkeä suoraan verkkoon, joten se tarvitsee aina tasa- ja vaihtosuuntauksen ennen verkkoon kytkemistä. Tämä tasa- ja vaihtosuuntauksen tarve pienentää järjestelmän hyötysuhdetta käsittelyssä tapahtuvien häviöiden vuoksi. Generaattoreina muuttuvanopeuksisissa tuuliturbiineissa käytetään tahti- ja epätahtigeneraattoreita. (Laaksonen ja Repo, 2003 s ; Ackermann, 2005 s ) Generaattorit tuulivoimakäytössä Tuulivoimaratkaisuissa käytetään vaihtovirtageneraattoreita, joita ovat epätahti- ja tahtigeneraattori. Generaattorit voivat olla joko suoraan kiinni verkossa tai kytkettynä verkkoon epäsuorasti taajuudenmuuttajan kautta. Tahti- ja epätahtigeneraattoreiden lisäksi tutkimusten kohteena ovat esimerkiksi reluktanssigeneraattorin, suurjännitegeneraattorin ja poikittaisvuogeneraattorin käyttö tuulivoimasovelluksissa. Nämä generaattorit vaativat kuitenkin kehitystyötä ja tutkimusta, jotta ne voisivat haastaa perinteisiä generaattoriratkaisuja. (Laaksonen ja Repo, 2003 s. 29; Ackermann, 2005 s ; Rovio T. 2010) Tahtigeneraattori Tahtigeneraattoria käytetään tuulivoimalaratkaisuissa harvoin ja käyttökohteena on yleensä verkosta erillään oleva tuulivoimalaratkaisu. Tahtigeneraattori toimii verkon kanssa samassa tahdissa, mikä tarkoittaa, että syötettävän verkon taajuus on sama kuin tahtigeneraattorin. Kun generaattorin ja verkon välinen tahti häiriytyy, generaattori on kytkettävä irti verkosta. Tahtigeneraattori ei tarvitse erillistä loistehon syöttöä magnetoimiseen. Yleisin tahtigeneraattori on kestomagneettigeneraattori. Kesto-

22 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 15 magneettigeneraattorin hyvinä puolina voidaan pitää, että se ei ole kovin herkkä värähtelyille, eikä se sisällä hiiliharjoja tai liukurenkaita, jotka vaativat erityistä huoltoa ja kunnossapitoa. (Laaksonen ja Repo, 2003; Ackermann, 2005 s ) Kestomagneettigeneraattori Kestomagneettigeneraattori toimii kestomagnetoidulla roottorilla, joka yleensä pyörii staattorin ympärillä jäähdytyksen tehostamiseksi. Roottori sijaitsee siis staattorin ulkopuolella. Riittävä jäähdytys on erittäin tärkeää kestomagneettigeneraattorille, sillä mikäli magneetit kuumenevat liikaa, ne voivat menettää magneettiset ominaisuutensa. Suosituimpia kestomagneettigeneraattoreita ovat moninapaiset generaattorit, jotka eivät tarvitse erillistä vaihteistoa tuuliturbiinin ja generaattorin väliin. Napojen suuren määrän avulla generaattorin vaatima pyörimisnopeus voi olla alhaisempi, joten erillistä ylennysvaihdetta ei tarvita. Nämä kestomagneettigeneraattorit toimivat muuttuvanopeuksisissa sovelluksissa, joissa käytetään taajuudenmuuttajia ennen verkkoon kytkemistä. (Ackermann, 2005 s. 70; Laaksonen ja Repo, 2003 s. 36; Rovio T. 2010) Epätahtigeneraattori (induktiogeneraattori) Nykyisissä tuulivoimalaratkaisuissa käytetään yleisesti epätahtigeneraattoreita lähinnä niiden luotettavuuden, kestävyyden, halvan hinnan ja tahtigeneraattoriin verrattuna pienemmän koon vuoksi. Epätahtigeneraattoria ei tarvitse tahdistaa verkkoon, koska se ei ole suoraan verkossa kiinni johtuen kuormituksen ja tuotannon mukaan muuttuvasta pyörimisnopeudesta. Epätahtigeneraattorin huonona puolena on sen verkosta ottama magnetointiin tarvittava loisteho, joka aiheuttaa verkon kuormitusta. Epätahtigeneraattoreita ovat käämityksiltään eroavat oikosulku- ja liukurengasgeneraattorit, joista oikosulkugeneraattori on yleisimmin käytössä. (Laaksonen ja Repo, 2003 s.29-30; Nelson 2009 s ) Suprajohdegeneraattori Suprajohteiden avulla saadaan nostettua generaattorin hyötysuhdetta ja pienennettyä generaattorin kokoa. Suprajohdegeneraattorit tehdään korvaamalla normaalit (yleensä kupariset) johteet suprajohteilla, jolloin saadaan häviöitä pienemmäksi generaattorissa. Suprajohteiden käytöllä generaattorin häviöt voivat pienentyä jopa 50 %. Tämä kasvattaa huomattavasti generaattorista saatavaa tehoa. Nykytrendin mukainen tuulivoimaloiden tehojen kasvu tarkoittaa, että myös generaattoreiden koko kasvaa. Etenkin suoravetoisissa offshore - tuulivoimaloissa, joiden tehoissa lähestytään jo 10 MW:n tehoa, generaattorien massa on jo merkittävä. Generaattoreiden massan kasvu aiheuttaa ongelmia, sillä generaattori sijaitsee yleensä noin 150 m korkean tornin nokassa. Suprajohteiden avulla generaattoreiden massaa kuitenkin pystytään pienentämään

23 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 16 merkittävästi, jolloin myös suurempitehoiset suoravetoiset voimalat tulevat mahdollisiksi. Suprajohteiden sähköinen resistiivisyys pienenee ja katoaa tietyllä rajalämpötilalla. Korkean lämpötilan suprajohteilla tämä tarkoittaa jopa noin K (-173,3 celsiusastetta) lämpötilaa. Tämän lämpötilan saavuttamiseen tarvitaan jäähdytys, joka uusimmissa järjestelmissä toteutetaan kryojäähdyttimien avulla. Yleensä jäähdytykseen käytettävä kryogeeninen astia on hyvin eristetty huoneenlämpöisestä staattorista ja se pyörii roottorin mukana. Suprajohteiden käyttäytymiseen vaikuttaa myös magneettikentän voimakkuus sekä virrantiheys. Näistä magneettikentän voimakkuuden vaikutus on generaattorikäytössä haastavaa, koska AC - generaattorissa syntyvä muuttuva magneettikenttä vaikuttaa suprajohteen toimintaan haitallisesti. AC - kentistä johtuvien ongelmien takia on kehitetty hybridigeneraattoreita, joissa vain DC - kentälle altistuvassa roottorissa käytetään suprajohteita. Suprajohdegeneraattorilla varustettuja tuulivoimaloita ei ole vielä tuotannossa (kevät 2010), mutta esimerkiksi AMSC on suunnitellut SeaTitan nimistä 10 MW offshore - tuulivoimalaa, jossa käytetään suprajohdeteknologiaa. (Kalsi et al. 2004;Selamo, 2010 s ) Generaattorijärjestelmät DFIG (Doubly - fed induction generator) DFIG - kytkennässä käytetään yleisesti liukurengasgeneraattoria, jonka staattori on kytketty suoraan verkkoon ja roottori on kytketty taajuusmuuntajan kautta verkkoon. Taajuusmuuntajan kautta säädetään roottorille syötettävää tehoa, jolla kompensoidaan verkon ja generaattorin tahdin välistä eroa. Yleisesti noin % generaattorista verkkoon syötettävästä tehosta siirtyy taajuusmuuntajan kautta. DFIG ratkaisun yksi vahvuuksista on mahdollisuus vaikuttaa loistehon määrään roottorille ohjatun tehon kautta. Toisaalta liukurengasgeneraattorin harjat ja liukurenkaat ovat kuluvia komponentteja ja vaativat huoltoa. Huonona puolena voidaan myös pitää DFIG - kytkennän vikatilanteissa helposti rikkoontuvia suuntaajia. DFIG - kytkentä on kaikesta huolimatta yleisesti käytössä oleva tuulivoimaloiden käyttömuoto. (Ackermann, 2005 s. 68; Nelson 2009 s. 142; Laaksonen ja Repo, 2003 s. 17, s. 93) Optislip Optislip on Tanskassa luvulla kehitetty tekniikka, jossa käytetään liukurengasgeneraattoria, jonka avulla jättämää voidaan säätää 1-10 %. Tällä tekniikalla voidaan määrittää optimijättämä ja saavuttaa tasaisempi ulostuloteho ja vääntömomentti voimansiirtoon. Optislip - ratkaisulla voidaan siis saavuttaa tuulivoimalan tasaisempi toiminta ilman taajuusmuuntajia. Ratkaisussa jättämää säädetään erillisellä ulkoisella moottorin resistanssilla, jolla pystytään vaikuttamaan roottorin kokonaisresistanssiin ja

24 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 17 näin aiheutuneeseen jättämään. Optislip - järjestelmällä ei voida kuitenkaan tehokkaasti säätää pätötehoa tai loistehoa. (Ackermann, 2005 s ; Laaksonen ja Repo, 2003 s. 18) Vaihteistot Tuuliturbiinin pyörimisnopeuden pitää pysyä riittävän matalana, jotta lapojen kärkinopeus ei kasvaisi liian suureksi. Tuulivoimalan generaattori vaatii kuitenkin toimiakseen huomattavasti suuremman pyörimisnopeuden (n rpm) kuin mitä tuuliturbiinin pyörimisnopeus (n rpm). Tästä johtuen tarvitaan ylennysvaihde (yleensä kolmivaihteinen) tuuliturbiinin ja generaattorin väliin, jotta pyörimisnopeus saadaan nostettua generaattorin vaatimalle tasolle. Tuulivoimaloiden koon kasvaessa myös lavat pitenevät ja näin niiden turbiinien pyörimisnopeuden pitää entisestään laskea. Tämä johtaa siihen, että tarvitaan neljäs vaihde, jotta saadaan generaattorin vaatima pyörimisnopeus saavutettua. Neljännen vaihteen lisäys nostaisi kuitenkin huomattavasti vaihteiston kustannuksia ja vikaantumisherkkyyttä. Tämän vuoksi juuri erityisesti offshore - tuulivoimaloihin on suunniteltu vaihteettomia suoravetoratkaisuja. Tuulivoimalan voimansiirtoon vaikuttaa suuria vääntömomentin vaihteluita tuulivoimalan toiminnan aikana. Nämä suuret vääntömomentit vaikuttavat myös vaihteiston toimintaan ja kestävyyteen. (MOTIVA, 1999 s. 12; Laaksonen ja Repo, 2003 s. 25; Burton et al. 2001, s ; Salmi, s. 48) Suoraveto Vaihteettomissa ratkaisuissa käytetään moninapaisia tahtigeneraattoreita, jotka eivät vaadi vaihteistoa tuuliturbiinin ja tahtigeneraattorin väliin. Vaihteiston puuttuminen alentaa investointikustannuksia. Myös mahdolliset vaihteistojen vikaantumiset voidaan näin välttää. Suoraveto - ratkaisut ovat kuitenkin kalliita ja generaattori kasvaa näissä sovelluksissa suureksi ja painavaksi. (MOTIVA, 1999 s. 12; Laaksonen ja Repo, 2003 s. 25) Suprajohteiden avulla voidaan kuitenkin saada generaattorin kokoa huomattavasti pienemmäksi ja näin moninapainen vaihteeton tahtigeneraattori voi nousta kiinnostavaksi vaihtoehdoksi tulevaisuudessa. Lisäksi esimerkiksi offshore - tuulivoimaloissa suoraveto - ratkaisut ovat nousseet kilpailukykyisiksi offshore - tuulivoimaloiden kalliiden huoltokustannusten takia. Hybridikonseptit Multibrid Yksi hydridikonsepteista on planeettavaihteiston avulla toimiva Aerodynin suunnittelema Multibrid vaihteisto, jossa käytetään vain yhtä 1: välityssuhteista vaihteistoa ja kierrosalueella rpm toimivaa kestomagneettigeneraattoria. Tämä järjestelmä on vaihteistoltaan luotettavampi ratkaisu kuin normaali kolmivaiheinen ylennysvaihteinen tuulivoimala. Korkeamman generaattorin käyntinopeuden vuoksi myöskään generaattorin koko ei kasva liian suureksi. Järjestelmä on myös hiljainen,

25 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 18 koska vaihteistosta aiheutuva melu minimoituu. Nykyajan offshore - tuulivoimaloissa onkin siirrytty useimmiten käyttämään multibrid - ratkaisua. (Laaksonen ja Repo, 2003 s. 25; Björklund, s. 11) Konvertterit Muuttuvanopeuksiset tuulivoimalat ovat yleistyneet tuulivoimamarkkinoilla. Samalla on yleistynyt myös muuttuvanopeuksisten järjestelmien verkkoon kytkennässä vaadittavan tehoelektroniikan tarve. Tehoelektroniikkaa tarvitaan tuulivoimalan generaattorin ulostulon tasa- ja vaihtosuuntaukseen sekä jännitteen ja taajuuden säätöön. Toisaalta myös kokonaisien tuulipuistojen säätö ja ohjaus tapahtuvat tehoelektroniikan avulla. Käyttämällä tehoelektroniikkaa generaattori ja tuuliturbiini voivat pyöriä niille optimaalisella hyötysuhteella ilman, että ne aiheuttavat kuormitusta sähköverkolle. Tämä vähentää myös tuulenvaihteluista aiheutuvia mekaanisia rasituksia, koska generaattorin ja tuuliturbiinin pyörimisnopeus voi vaihdella vapaasti. Tehoelektroniikan käytön haittapuolena voidaan pitää niiden käytöstä aiheutuvia tehohäviöitä ja lisäkustannuksia. (Ackerman, 2005) Tuulivoimaloissa käytetään joko täysteho- tai osatehotaajuusmuuttajia. DFIG - sovelluksissa käytetään osatehotaajuusmuuttajia, joissa osa tuotetusta ulostulosta syötetään konvertterien kautta. Yksi syy DFIG - sovellusten kiinnostavuuteen energiantuotannossa on mahdollisuus käyttää pienempiä komponentteja ja säästää kustannuksissa. Kestomagneettigeneraattoreissa vastaavasti käytetään täystehotaajuusmuuttajia, joissa koko generaattorin ulostulo syötetään taajuusmuuttajien läpi. Tämä tarkoittaa komponenttien kokoluokan ja samalla kustannusten huomattava kasvua verrattuna osatehotaajuusmuuttajiin. (Ackerman, 2005;Mukund, 1999, s ) Yhdyskuntasuunnittelu Kaavoitus ja lupaprosessi Kaavoituksella ohjataan maankäytön suunnittelua ja rakentamista. Yleiskaava on kunnan yleispiirteinen maankäytön suunnitelma, jonka tarkoituksena on ohjata rakentamista ja toimintojen sijoittamista eri suojeluintressit huomioiden. Yleiskaava on siis pohjana asemakaavalle, joka on yksityiskohtaisempi maankäytön suunnitelma. Yleiskaavan puuttuessa rakennettavalta alueelta pitää asemakaavaa tehtäessä ottaa huomioon myös yleiskaavan sisältövaatimukset. (Ympäristöministeriö. Lapin ympäristökeskus, kaavoitus) Tuulivoimalan rakentamiseen tarvittavia lupia ovat rakennuslupa, lentoestelupa (yli 30 m korkea tuulivoimala), sähkömarkkinalain mukainen lupa yli 110 kv johdoille sekä lunastuslupa sähkönsiirtoverkon rakentamiseen tarvittavia maa-alueita varten. Tämän lisäksi vesistöön sijoitettuihin voimaloihin sekä maa-alueelle rakennettaviin vesistöön

26 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 19 vaikuttaviin tuulivoimaloihin tarvitaan vesistölain mukainen lupa. Rakentamiseen tarvitaan myös ympäristölupa, mikäli rakennuspaikan lähialueilla on pysyvää asutusta tai loma-asutusta, ja tuulivoimalasta saattaa aiheutua asukkaille kohtuutonta rasitusta. Tuulivoimalasta aiheutuvia haittoja ovat esimerkiksi melu ja tuulivoimalan lapojen varjojen aiheuttama välkyntä. (Jantunen, 2009; Ympäristöministeriö, 2005 Tuulivoimarakentaminen) Kirjoitushetkellä (syksy 2010) voimassa olevassa maankäyttö- ja rakennuslaissa ei ole erikseen tuulivoimarakentamiselle säännöksiä. Näin ollen siihen sovelletaan samoja säännöksiä kuin muuhunkin rakentamiseen. Tämän vuoksi tuulivoimarakentamiseen sovellettava maankäyttö- ja rakennuslaki on aiheuttanut epäselvyyksiä säännösten soveltamisesta, etenkin yhä yleistyvillä entistä laajemmilla hankkeilla (tuulivoimapuistot). Vireillä onkin hallituksen esitys lain muuttamisesta niin, että pelkästään yleiskaavalla voitaisiin myöntää tuulivoimarakentamiseen rakennusluvat. Tämä edellyttäisi, että tuulivoimaloiden rakentamista ohjattaisiin yleiskaavaan sisällytettävillä erityisillä vaatimuksilla. Näillä toimenpiteillä voitaisiin esityksen mukaan selkeyttää hankkeiden suunnittelu- ja lupamenettelyjä koskevaa lainsäädäntöä sekä kasvattaa tuulivoimarakentamiseen liittyviä investointeja. (Hallitus Hallituksen esitys eduskunnalle maankäyttö- ja rakennuslain muuttamisesta) Tuulivoimaloiden lupaprosessien ajallisesta kestosta on tehty Suomessa selvityksiä, joiden mukaan tuulivoimaloiden keskimääräinen rakennuslupahakemusten käsittelyaika on noin 2 kk. Tämä on ajallisesti hyvin lähellä Helsingin uudisrakennuksille myönnettyjen rakennuslupien käsittelyaikaa, joka on noin 2,1 kk (v. 2002). Tästä tutkimuksesta voidaan tulkita, että Suomen tuulivoiman rakennuslupien käsittelyaika ei eroa esimerkiksi uudisrakentamisen käsittelyajoista. Tuulivoimaan liittyvien rakennuslupien käsittelyaika ei ole siis tavanomaista pidempi. Myös poikkeuslupahakemusten, poikkeamispäätösten, suunnitelutarveratkaisujen sekä ympäristölupahakemuksien keskimääräinen käsittelyaika on noin 2 kk. Kuitenkin saman tutkimuksen mukaan tuulivoima-alan rakennuslupien yhteydessä esiintyy enemmän valituksia, jotka venyttävät käsittelyaikaa joissakin tapauksissa pitkäksi. (Eskelinen, ) European Wind Energy Association:in (EWEA) tekemän tutkimuksen mukaan Suomen tuulivoimarakentamiseen liittyvien lupien läpimenoaika (suostumus tuulivoimalalle, luvat tuulivoimalan liittämiseksi verkkoon) sekä rakennuslupien käsittelyaika ovat huomattavasti EU:n keskiarvoa matalampi. Suomen tuulivoimaloiden rakentamiseen liittyvien lupien läpimenoaika on tutkimuksen mukaan noin 17 kk, kun Euroopan keskimääräinen läpimenoaika on noin 55 kk. Rakennuslupien käsittelyajan keskiarvo Euroopassa on tutkimuksen mukaan noin 43 kk, joka on huomattavasti korkeampi kuin EWEA:n mukainen Suomen käsittelyaika 8 kk ja Ympäristöministeriön tutkimuksen mukainen 2 kk ilman valitusaikaa. Tutkimuksen tulokset perustuvat kuitenkin vain

27 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 20 muutamaan rakennettuun tuulivoimalaprojektiin johtuen Suomessa kyseisenä vuonna rakennettujen tuulivoimaloiden vähäisestä määrästä. (EWEA, Wind barriers, 2010) Ympäristövaikutusten arviointimenettelyn (YVA) tarkoitus on varmistaa ympäristövaikutusten riittävän tarkka selvittäminen, kun hanke aiheuttaa merkittäviä ympäristövaikutuksia. YVA perustuu EU:n YVA - direktiiviin ja sitä sovelletaan näin ollen kaikissa EU-maissa. YVA:ssa tunnistetaan ja arvioidaan hankkeen myönteiset ja kielteiset vaikutukset niin ympäristöön (luonto, luonnonvarat, rakennettu ympäristö) kuin myös ihmisiin (IVA, Ihmisiin kohdistuvien vaikutusten arviointi). YVA - menettelyn tavoitteena on myös lisätä kansalaisten mahdollisuuksia vaikuttaa ja osallistua hankkeisiin. YVA:sta aiheutuvista kuluista sekä arvioinnin aloittamisesta (toimittamalla arviointiohjelma elinkeino-, -liikenne ja ympäristökeskukseen) on vastuussa hankkeesta vastaava. (Ympäristöministeriö. Etelä-Savon ympäristökeskus, Ympäristövaikutusten arviointi YVA ja SOVA; Ympäristöministeriö. Hankkeiden YVA - menettely [WWW]) Kustannusrakenne Tuulivoimalan kokonaiskustannukset voidaan jakaa karkeasti kahteen osioon, jotka ovat energian tuotantokustannukset ja tuulivoiman markkina-arvo. Tuotantokustannuksiin vaikuttavat pääoma- ja rahoitus- sekä käyttö- ja huoltokustannukset, hallitsevat tuuliolosuhteet, tuulivoimalan energiatehokkuus ja saatavuus sekä tuulivoimalan elinikä. Markkina-arvon tulee ylittää energian tuotantokustannukset, jotta toiminta olisi kannattavaa. Markkina-arvo sisältää tuulivoimalla tuotetun energian myynnistä saadut tulot sekä erilaiset tuulivoiman käyttöön kannustavat tuet. Näihin tukiin kuuluvat investointituet, verovähennykset ja kiinteät tuotantohinnat. (Manwell et. al, 2002, s ) Energian tuotantokustannuksiin sisällytetään tuuliolosuhteet, tuulivoimalan hyötysuhde, käytettävyysaika, tuulivoimalan elinkaari, pääomakustannukset, rahoituskulut ja huoltoja ylläpitokulut. Käytettävyysajalla tarkoitetaan aikaa, jolloin tuulivoimala tuottaa energiaa. Näistä kustannuksista 75 % on pääoma- eli investointikustannuksia. Tämä tekeekin tuulivoimasta erittäin pääomaintensiivisen alan. Kun verrataan tuulivoimalla tuotettua energiaa esimerkiksi maakaasulla tuotettuun energiaan, maakaasun tuotanto- ja ylläpitokustannukset käsittävät n % sen kokonaiskustannuksista. Näin investointikustannusten suhde kokonaiskustannuksiin on huomattavasti pienempi kuin tuulivoimalla tuotetun energian. Kustannusrakennetta tuulivoimalaprojekteissa tasapainottaa kuitenkin tuulivoimalan lyhyt rakennusaika, joka on noin 1-1,5 vuotta. (EWEA, Economics of Wind Energy). Investointikustannukset sisältävät tuulivoimalan lisäksi sen toimintakuntoon laittamiseen menevät kustannukset. Näihin kustannuksiin kuuluvat esimerkiksi

28 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 21 verkkoon kytkeminen, perustusten tekeminen ja konsultointi. Suurimpana kustannuseränä investointikustannuksissa kuitenkin vaikuttaa itse tuulivoimala, jonka osuus kokonaisinvestointikustannuksista on noin 75 %, kun verkkoon kytkemisen ja perustusten osuus on noin 15 %. Yli puolet tuulivoimalan kustannuksista koostuu tornin, lapojen ja vaihteiston yhteiskustannuksista. Generaattori vastaa vain 7,5 % tuulivoimalan kokonaiskustannuksista. Generaattorin osuus kokonaiskustannuksista kuitenkin kasvaa käytettäessä suoravetoista kestomagneettigeneraattorilla toimivaa tuulivoimalaa. (Manwell et. al, 2002, s ; Burton et al s.331) Tuulivoimalan investointikustannukset vaihtelevat myös maittain. Esimerkiksi vuonna 2006 Tanskassa investointikustannukset olivat noin % pienemmät kuin Saksassa ja Espanjassa. Tuloksiin voi osaltaan vaikuttaa Tanskassa tapahtuva vanhojen voimaloiden modernisointi, joiden investointikustannukset ovat pienempiä, koska verkkoon kytkeminen ja perustukset ovat jo valmiina. (EWEA, Economics of Wind Energy; Manwell et. al, 2002, s ) On arvioitu, että vuonna 2009 tuulivoiman investointikustannukset olivat onshore - voimalalle noin 1400 /kw ja offshore - voimaloille noin 2500 /kw. Offshore - voimaloiden rakennuskustannukset ovat siis miltei kaksinkertaiset onshore voimaloihin verrattuna. Hintaero selittyy n. 20 % kalliimmilla tuuliturbiineilla, sekä verkkoon kytkemisen ja perustusten teon vaikeammista toteutuksista. Hintaeron on kuitenkin arvioitu pienevän samalla kun offshore - voimaloiden suosio kasvaa. On arvioitu, että jo vuonna 2020 kaikista uusista tuulivoimainvestoinneista yli 50 % olisi offshore - voimaloita. (EWEA, Economics of Wind Energy; Työ- ja elinkeinoministeriö, syöttötariffityöryhmän väliraportti ) Rahoitus Tuulivoiman kokonaiskustannuksista suurin osa syntyy investointikustannuksista. Tästä johtuen suurin osa kokonaiskustannuksista realisoituu heti projektin alkuvaiheessa. Oman pääoman osuus kokonaiskustannuksista on yleensä noin %. Tämä tarkoittaa, että suurin osa kokonaiskustannuksista pitää hoitaa rahoituksella sijoittajilta tai lainarahalla. Lainojen koroista syntyykin suhteellisen suuri menoerä tuulivoimalan kustannusrakenteessa. Takaisinmaksuaikaa tarkastellessa tuulivoimalan elinikänä pidetään yleensä 20 vuotta. Elinikänä on joissakin tutkimuksissa käytetty myös 30 vuotta, mutta tämä edellyttää riittävää tuulivoimalan vuosittaista huoltoa sekä toiminnan kannalta keskeisten osien mahdollista vaihtamista. (Manwell et. al, 2002, s. 431, s.429) Tuotetun energian hinta Tuulivoimalla tuotetun energian hinta on laskenut huomattavasti viimeisen 20 vuoden aikana. Tämä on tehnyt tuulivoimasta yhden varteenotettavista kilpailijoista uusiutuvia energialähteitä käyttävien energiantuotantomuotojen joukossa. Kuvassa 2.4 on

29 Tuotantokustannukset 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 22 esitettynä sähköntuotannon hinta eri tuotantomuodoilla. Kuvassa ei ole otettu huomioon tukirahoituksen osuutta. Huomataan, että tuulivoimalla tuotetun energian tuotantokustannukset ovat korkeat suhteessa vesi- tai ydinvoimaan. Lisäämällä päästökaupan osuus 25 /MWh tuotantokustannuksiin nousevat kaasu-, hiili- ja turvevoimaloiden kustannukset tuulivoimaa korkeammiksi. Kuvassa 2.5 on sinisellä värillä esitettynä kyseisen sähköntuotantomuodon tuotantokustannukset sekä punaisella värillä päästökaupan osuus. Tuulivoimalan tuotantokustannuksiin vaikuttaa suuresti investointikustannukset. Näin ollen tuulivoimalan saatavuuden ja eliniän kasvaessa sen tuotantokustannukset muuttuvat entistä kilpailukykyisimmiksi. Tuulivoimalla tuotetun energian hinnan tärkein tekijä on tuuliolosuhteet. Tuulivoimaloiden rakentaminen suosiollisille tuuliolosuhteille onkin erittäin tärkeä osa kustannusrakennetta. Tästä syystä tuulivoimalan sijoituspaikan tuuliolosuhteet on tutkittava tarkkaan. (AWEA, The Economics of Wind Energy; Energianet, sähköhuolto: tuotantotavat, Ekoenergo Oy [WWW]; Häyhä Tiina, 2010; EK 2009,Yritysten energiaopas) Vesi Ydinvoima Tuuli Hiili Turve Kaasu *CHP /MWh Kuva 2.5 Eri tuotantotavoilla tuotetun sähkön hinta (*CHP-laitos tuottaa myös lämpöä, joten tuotantokustannuksia ei voida jakaa pelkästään sähköntuotantoon)( Häyhä Tiina, 2010) Tuulivoimalla tuotetun energian tuotantokustannukset ovat laskeneet viime vuosikymmeninä. Tuulivoiman kustannusten lasku ei kuitenkaan ole parempien tuuliolosuhteiden ansiota. Tuulivoimalla tuotetun sähkön hinta on laskenut tuulivoimateollisuuden kehittyessä ja kasvaessa. Tuuliturbiinit ja generaattorit ovat kehittyneet huomattavasti, tarkoittaen että tuulivoimaloista saatava teho on myös kasvanut. Kasvanut ulostuloteho on seurausta tornien korkeuden ja lapojen koon kasvamisesta, sekä generaattoreiden ja vaihteistojen kehityksestä. Samalla myös tuulivoimaloiden kehittynyt ohjaus, säätö ja seuranta ovat osaltaan vaikuttaneet kustannusten laskuun. Samalla kun tuulivoimateollisuus on kasvanut ja kehittynyt, pelkästään yksittäisten tuulivoimaloiden koko ei ole muuttunut vaan myös kokonaisten tuulipuistojen koko on

30 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 23 kasvanut erittäin nopeasti. Entistä suuremmat tuulipuistot laskevat kustannuksia, koska siirtokustannukset voidaan jakaa suuremman ulostuloenergian (MWh) kesken. Toisaalta myös käyttö- ja huoltokustannukset laskevat suuremman tuulipuiston tehokkaamman hallinnan johdosta. Tuulivoiman tuottaminen ei kuitenkaan olisi kannattavaa ilman valtion tukia ja veroetuja. (AWEA, The Economics of Wind Energy) Hiilidioksidipäästöttömällä tuulivoimalla tuotetun energian hintaa voi myös ajatella säästönä, koska se korvaa muita hiilidioksidipäästöjä tuottavia energiantuotantomuotoja. Näitä säästöjä Manwell kutsuu vältettäviksi kuluiksi. Vältettäviä kuluja syntyy, kun tuulivoima syrjäyttää energiantuotantomuodon, joka olisi todennäköinen tuotantomuoto ilman tuulivoiman käyttöä. (Manwell et. al, 2002, s. 443) Säätövoiman tarve Tuulivoiman lisääminen kasvattaa säätövoiman tarvetta. Säätövoima tarkoittaa energiantuotantoa, jolla pidetään sähkön tuotanto ja kulutus tasapainossa. Suomessa säätövoima saadaan toteutettua vesivoimalla. Suomeen suunnitellut vesivoiman tehonnostot riittävät tuottamaan tarpeeksi säätövoimaa vuoteen 2020 suunnitellulle lisätuulivoiman käytölle. VTT:n tekemien tutkimusten perusteella tuulivoiman 10 % kasvu pohjoismaisessa sähköverkossa ei aiheuta tarvetta rakentaa uutta säätövoimaa. Tuulivoiman ennustettavuus vähentää myös säätövoiman tarvetta, koska tuuliolosuhteet yleensä voidaan ennustaa noin 1-2 päivää etukäteen. (Holttinen H, 2008) Kuitenkin myös tuulivoimalla on mahdollista tuottaa säätövoimaa muuttamalla voimalan lapakulmia ja näin nopeassakin aikataulussa laskea tuotantoa. Tämä kuitenkin tarkoittaa, että kaikkea tarjolla olevaa kapasiteettiä ei käytetä hyödyksi. Näin onkin usein kannattavampaa käyttää säätövoimaan esimerkiksi vesivoimaa, joka on säätövoiman käyttöön paljon edullisempaa. Mahdollisissa harvinaisissa ääritilanteissa voidaan kuitenkin käyttää säätövoimana myös tuulivoimaa.(holttinen H, 2008) Länsi - Tanskassa tuulivoiman osuus sähköntuotannosta on noin 20 %. Kokemukset Länsi - Tanskan suuren tuulivoimakapasiteetin käytöstä sähköntuotantoon ovat positiivisia. Suurikaan tuulivoiman osuus energian tuotannossa ei näin ollen aiheuta sähköjärjestelmässä luotettavuuden huononemista. (Ackermann, 2005) Verohelpotukset ja syöttötariffit (Euroopassa/ Suomessa) Investointituki ja verohelpotukset Kirjoitushetkellä (syksy 2010) tukitoimina tuulivoimalle Suomessa ovat investointituki sekä verohelpotukset. Investointituella tarkoitetaan tukea, jonka valtio antaa uusille tuulivoimainvestoinneille. Tämän tuen suuruus on yleensä noin prosenttia investoinnista. Kuvassa 2.6. on esitettynä investointituen rahoitusprosessi, josta selviää valtion osuus rahoituksen antamisessa. Jokainen hanke käsitellään erikseen eikä tuen

31 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 24 saanti ole aina varmaa. Investointijärjestelmän jatkuvuus on myös suuri epävarmuustekijä, koska tukirahojen suuruus riippuu vuosittain järjestettävistä budjettineuvotteluista. Epätietoisuus tuen saamisesta luokin epävarmuutta myös uusille investoinneille. Investointituet eivät vaikuta sähkömarkkinoihin, eivätkä näin vaikuta sähkön hintaan. Investointituen lisäksi valtio tukee tuulivoimalla tuotettua sähköenergiaa verohelpotuksin antamalla 6,9 /MWh palautusta sähköverosta. Tällä nykyisellä tukijärjestelmällä ei ole pystytty vaikuttamaan Suomen tuulivoimainvestointeihin. Tästä johtuen Suomessa ollaankin siirtymässä vuonna 2011 jo osassa Euroopan maista menestyksellisesti käyttöönotetun syöttötariffin käyttöön. (Hallitus, Pekkarinen. M., 2010; Honkasalo, 2007) VEROTULO VALTIO INVESTOINTITUKI VERONMAKSAJA ENERGIAN- TUOTTAJA Kuva 2.6. Investointituen rahoitusprosessi (Honkasalo, 2007) Syöttötariffi Syöttötariffilla tarkoitetaan energian sähköverkkoon tuottamiseen maksettavaa tukea, joka takaa energian tuottajalle takuuhinnan tuotetusta sähköstä. Markkinahinnan ollessa alhaisempi kuin takuuhinta tuottajalle maksetaan takuuhinnan ja markkinahinnan välinen erotus, joka kerätään sähkönkäyttäjiltä. Syöttötariffien tarkoitus on tukea tiettyjen energiamuotojen tuotantoa, kuten uusiutuvaa energiaa, joka ei ilman tukea pysty kilpailemaan kannattavuudellaan muiden markkinoilla olevien energiantuotantotapojen kanssa. Syöttötariffin eli takuuhinnan määrittäminen on vaikeaa, sillä mikäli takuuhinta jää liian alhaiseksi, uusia investointeja ei tule lisää. Toisaalta mikäli takuuhinta on liian korkea, investoidaan esimerkiksi tuulivoimassa paikkoihin, jotka ovat tuulivoimatuotannon kannalta heikkoja. (Hallitus, Pekkarinen. M., 2010) Syöttötariffi on arvioitu otettavan käyttöön Suomessa vuonna Syöttötariffi tulee korvaamaan nykyisen harkinnanvaraisen investointituen ja verohelpotukset, jotka eivät ole osoittautuneet sähköntuotannossa riittäväksi kannustimeksi uusiutuvien energialähteiden käytön lisäämiseen. Kuvassa 2.6. on esitettynä syöttötariffin rahoitusprosessi, jossa valtio ei ole mukana rahoituksessa. Tavoitehintana ehdotuksessa on 83,5 /MWh. Lisäksi tuulivoimantuotannolle maksettaisiin korotettua 105,3 /MWh tukea, kuitenkin korkeintaan ensimmäisille kolmelle vuodelle. Korotetulla tuella halutaan rohkaista uusiin tuulivoimainvestointeihin. Varat syöttötariffia varten voidaan kerätä suoraan valtiolta, kuten esimerkiksi Alankomaissa. Kuitenkin useimmissa maissa

32 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 25 syöttötariffin vaatimat varat kerätään sähkönkäyttäjiltä, kuten Suomen hallituksen ensimmäisessä ehdotuksessa. Kuvan 2.7 mukainen asiakkaalta kerättävä maksu on kuitenkin vastoin Suomen perustuslakia. Tästä johtuen syöttötariffiin vaadittavat varat maksetaan todennäköisesti valtion budjetin kautta. (Hallitus, Pekkarinen M., 2010; Naukkarinen J., 2010) ASIAKKAILTA KERÄTTÄVÄ MAKSU SYÖTTÖTARIFFI SÄHKÖASIAKAS SÄHKÖVERKKOYHTIÖ SÄHKÖNTUOTTAJA Kuva 2.7. Syöttötariffin rahoitusprosessi (Honkasalo, 2007) Syöttötariffi on käytössä yli kahdessakymmenessä EU-maassa. Esimerkiksi Saksassa vuoden 2010 alussa syöttötariffin suuruus oli onshore - tuulivoimalle 90,2 /MWh. Tämä syöttötariffi on voimassa 20 vuotta, jonka jälkeen syöttötariffiksi muuttuu 50,2 /MWh. Saksassa tuetaan offshore - tuulivoimaa korkeammalla syöttötariffilla, joka on 12 vuotta 130 /MWh ja tämän aikamääreen jälkeen 35 /MWh. Lisäksi Saksa tukee ennen vuotta 2015 rakennettua offshore - tuulivoimaa ylimääräisellä 20 /MWh syöttötariffilla. EWEA:n tutkimuksen mukaan vuosina huomattavasti korkein tukien vaikutus uusiin investointeihin saatiin syöttötariffeja käyttävissä maissa. (Hallitus, Pekkarinen. M., 2010; EWEA, Economics of Wind Energy s. 87; Global Wind Energy Council, Germany) Vihreät sertifikaatit Investointitukien ja syöttötariffin lisäksi on olemassa vihreiden sertifikaattien järjestelmä. Vihreät sertifikaatit ovat markkinalähtöinen tapa kannustaa uusiutuvien energialähteiden käyttöön energiantuotannossa. Jokaisesta uusiutuvilla energialähteillä tuotetusta megawattitunnista (MWh) sähköntuottaja saa yhden vihreän sertifikaatin. Sertifikaatti on siis todiste siitä, että sähkö on tuotettu uusiutuvia energialähteitä käyttäen. Sähköntuottaja saa näin verkkoon siirretystä sähköstä markkinahinnan sekä lisäksi vihreitä sertifikaatteja. Sertifikaattien kysyntä syntyy luonnollisella kysynnällä tai lainsäädännöllä luodulla kysynnällä. Luonnollisella kysynnällä tarkoitetaan esim. sähköntuottajan halua saada imagollista hyötyä ympäristöystävällisenä energiayhtiönä. Lainsäädännöllinen kysyntä syntyy valtion määräämän lain perusteella, esimerkiksi asettamalla sähköntuottajille velvoite luovuttaa valvojalle tietty määrä vihreitä sertifikaatteja vuoden loppuun mennessä. Sähköntuottajan ei kuitenkaan tarvitse itse tuottaa sähköä uusiutuvilla energialähteillä vaan vihreitä sertifikaatteja voi ostaa muilta sähköntuottajilta. Vihreiden sertifikaattien järjestelmä on käytössä Iso-Britanniassa, Belgiassa, Ruotsissa ja Puolassa. Suomessa on voimassa luonnollinen kysyntä ja

33 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 26 sertifikaattikauppaan osallistuminen on tuottajille vapaaehtoista. (Aarnos K, VATT. 2002; MOTIVA Vihreät sertifikaatit) Tuulivoiman kannattavuus Seuraavassa on laskettu tuulivoimalan kannattavuus Suomen sisämaassa (Loimaa) sekä rannikolla (Uusikaupunki). Paikkakunnat on valittu niin että voidaan vertailla tuulivoimalan kannattavuutta sisämaassa kohtuullisissa tuulioloissa (Loimaa) sekä huomattavasti paremmissa tuulioloissa rannikolla (Uusikaupunki). Tuulivoimaloiden kannattavuutta vertaillaan syöttötariffiin perustuvalla tuella sekä investointitukeen perustuvalla tuella. Tuulitiedot ovat tuuliatlaksesta (kuva 2.8) ja myös vuosituotto 3 MW voimalalle on saatu tuuliatlaksen tiedoista. Keskimääräinen tuulennopeus on mitattu 100 m korkeudesta maanpinnasta. 3 MW tuulivoimalan vuosituotto on laskettu tuuliatlaksessa käyttäen mallina Winwindin 3 MW tuulivoimalaa, jossa on 90 m lapaväli. Tuulivoimalan voimala käynnistyy 3 m/s tuulessa ja pysähtyy, kun tuulennopeus ylittää 23 m/s. Kuva 2.8. Tuulen keskinopeuden (m/s) jakauma 100 metrin korkeudella 2,5 x 2,5 neliökilometrin tarkkuudella (Suomen tuuliatlas, 2010)

34 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 27 Tuulivoimalan kustannukset on laskettu hallituksen luonnoksen mukaisten arvojen perusteella. Investointikustannukset n. 1,4 M / MW Käyttö- ja huoltokustannukset 28 /MWh vuodessa Arvio tasehallinnon kustannuksista 2 /MWh (tasehallinnon kustannukset tarkoittavat sähkönkulutuksen ja tuotannon välisen hetkellisen tehotasapainon ylläpidosta aiheutuvia kustannuksia) Sähkön keskimääräinen markkinahinta 50 /MWh Kiinteistövero 1,5 /MWh Oman pääoman osuus 30 % tarkoittaen, että lainarahoituksen osuus on 70 % investointikuluista Lainan korko 5 %, laina-aika 12 vuotta Tuen maksatusaika 12 vuotta Tavoitehinta ensimmäiseltä 3 vuodelta 105,3 /MWh ja siitä seuraavilta 9 vuodelta 83,5 /MWh (markkinahinnan ollessa 50 /MWh syöttötariffiksi jäisi ensimmäiseltä 3 vuodelta 55,3 /MWh ja sen jälkeen 33,5 /MWh) Tuulivoimalan kannattavuus sisämaassa (Loimaa) Tuuliatlaksesta on poimittu seuraavat tiedot tuuliolosuhteista. Loimaalla keskimääräinen tuulennopeus on 6,6 m/s ja edellä mainituilla parametreilla laskettu vuosituotto on 6715 MWh/a. Taulukossa 2.1 on esillä näillä arvoilla lasketut tuulivoiman kannattavuudet nykyisellä järjestelmällä (syksy 2010, investointituki ja verohelpotus), sekä hallituksen esityksen mukaisella syöttötariffilla. Syöttötariffi on suunniteltu otettavan käyttöön vuonna Taulukossa 2.1 on syöttötariffin tapauksessa kustannukset laskettu kahdella eri tavalla. Vaihtoehto A on ehdotettu tapa, jossa uudet projektit saavat enemmän tukea ensimmäisiksi kolmeksi vuodeksi. Vaihtoehto B on 12 vuotta samalla tavoitehinnalla.

35 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 28 Taulukko 2.1 Tuulivoimalan kustannukset sisämaassa eri tukimuodoilla Investointituella ja verohelpotuksilla: Syöttötariffilla: 3 MW tuulivoimalan kustannukset investointituella (30 %) Vuosituotto 6715 MWh/a 12v MWh 3 MW tuulivoimalan kustannukset syöttötariffilla Vuosituotto 6715 MWh/a 12v MWh kustannukset / M Investointi 2,940 Korot (12v. 5 %) 0,683 Käyttö ja huolto 2,256 Tasehallinta 0,161 Kiinteistövero 0,121 Yhteensä 6,161 Tuotto: Tuotto / M Markkinahinta (50 /MWh) 4,029 Verohelpotukset (6,9 /MWh) 0,556 Yhteensä 4,585 Tulos: Voitto/tappio: M -1,576 kustannukset / M Investointi 4,200 Korot (12v. 5 %) 0,976 Käyttö ja huolto 2,256 Tasehallinta 0,161 Kiinteistövero 0,121 Yhteensä 7,714 Tuotto: Syöttötariffi / /MWh Vaihtoehto A 3a x 105,3 + 9a x 83,5 Vaihtoehto B 12a x 83,5 Tuotto / M Vaihtoehto A 7,168 Vaihtoehto B 6,728 Tulos: Voitto/tappio: M Vaihtoehto A -0,546 Vaihtoehto B -0,986

36 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 29 Tuulivoimalan kannattavuus rannikolla (Uusikaupunki) Tuuliatlaksesta saatu keskimääräinen tuulennopeus on 8,2 m/s ja mittaus on suoritettu samassa 100 m korkeudessa kuin sisämaan tapauksessakin. Rannikolla sijaitsevan tuulivoimalan vuosituotto on MWh/a, joka on huomattavasti korkeampi kuin sisämaassa. Tuulivoimalan kustannukset ovat samat rannikolla ja sisämaassa. Taulukossa 2.2 on syöttötariffin tapauksessa käytetty samoja vaihtoehtoja kuin taulukossa. Vaihtoehto A on ehdotettu tapa, jossa uudet projektit saavat enemmän tukea ensimmäisiksi kolmeksi vuodeksi. Vaihtoehto B on 12 vuotta samalla tavoitehinnalla. Taulukko 2.2 Tuulivoimalan kustannukset rannikolla eri tukimuodoilla Investointituella ja verohelpotuksilla Syöttötariffilla 3 MW tuulivoimalan kustannukset investointituella (30 %) Vuosituotto MWh/a 12v MWh kustannukset / M Investointi 2,940 Korot (12v. 5 %) 0,683 Käyttö ja huolto 2,256 Tasehallinta 0,161 Kiinteistövero 0,121 Yhteensä 6,161 Tuotto: Tuotto / M Markkinahinta (50 /MWh) 6,548 Verohelpotukset (6,9 /MWh) 0,904 Yhteensä 7,452 Tulos: Voitto/tappio: M 1,291 3 MW tuulivoimalan kustannukset syöttötariffilla Vuosituotto MWh/a 12v MWh kustannukset / M Investointi 4,200 Korot (12v. 5 %) 0,976 Käyttö ja huolto 2,256 Tasehallinta 0,161 Kiinteistövero 0,121 Yhteensä 7,714 Tuotto: Syöttötariffi / /MWh Vaihtoehto A 3a x 105,3 + 9a x 83,5 Vaihtoehto B 12a x 83,5 Tuotto / M Vaihtoehto A 11,650 Vaihtoehto B 10,936 Tulos: Voitto/tappio: M Vaihtoehto A 3,936 Vaihtoehto B 3,222

37 2. Tuulivoiman tekninen ja taloudellinen kehitys 30 Taulukon 2.1 perusteella voidaan nähdä, että laskelmien mukaan sisämaassa tuulivoimala ei tuota 12 vuoden aikana investointikustannuksia takaisin kummallakaan tukivaihtoehdolla. Toisaalta taulukosta 2.2 voidaan huomata, että rannikolla sijaitseva tuulivoimalan takaisinmaksuaika on alle 12 vuotta. Rannikolla sijaitseva tuulivoimala tuottaa näin 12 vuodessa voittoa investointituen ja verohelpotuksien avulla noin 1,3 M sekä syöttötariffin avulla vaihtoehdolla A noin 3,9 M ja vaihtoehdolla B noin 3,2 M. Käyttämällä jo aiemmin esiteltyjä arvoja kannattavuuden tehorajan laskemiseksi saadaan investointituella ja verohelpotuksilla 12 vuoden kannattavuuden rajaksi noin 9023 MWh/a, mikä tarkoittaisi noin 7,4 m/s keskimääräistä tuulennopeutta. Syöttötariffin kanssa vaihtoehdolla A kannattavuuden tehorajana on noin 7226,9 MWh/a, mikä vaatisi noin 6,8 m/s keskimääräistä tuulennopeutta. Syöttötariffin tapauksessa vaihtoehdolla B kannattavuuden tehorajana on noin 7699 MWh/a, mikä vaatisi noin 7 m/s keskimääräistä tuulennopeutta. Vertailemalla kannattavuuden tehorajoja voidaan huomata, että taulukossa 2.1 esitetty sisämaan tuulivoimala tuottaisi syöttötariffin A vaihtoehdolla investointikustannusten määrän tuottoa 12 vuodessa, mikäli keskimääräinen tuulennopeus olisi 6,8 m/s. Näin siis 0,2 m/s korkeammalla keskimääräisellä tuulennopeudella saavutettaisiin 12 vuoden takaisinmaksuaika. Tämä keskimääräisen tuulennopeuden nousu voidaan saavuttaa tuulivoimalan huolellisella sijoituksella. Kuitenkin Suomen sisämaassa 6,8 m/s keskimääräinen tuulennopeus voidaan saavuttaa vain kohtuullisen tuulisissa kohteissa. Muiden tukimuotojen vaatimat keskimääräiset tuulennopeudet ovat hankalia saavuttaa sisämaan kohteissa. Tuulivoimalan 12 vuoden takaisinmaksuajalla 6,6 m/s keskimääräisellä tuulennopeudella syöttötariffin tulisi olla vaihtoehdolla A noin 92,54 /MWh ja vaihtoehdolla B noin 95,73 /MWh. Vaihtoehdon A laskelmissa on oletettu, että ensimmäisen kolmen vuoden syöttötariffi on 105,3 /MWh.

38 31 3. TUULIVOIMAN OPETUKSEN JA TUTKIMUKSEN PORTFOLIO SUOMESSA Tässä työssä käsitellään yliopisto- ja korkeakoulutasoista koulutusta, joka tähtää suunnitteluun ja tutkimukseen tuulivoima-alalla. EWEA:n vuonna 2009 tehdyn tutkimuksen mukaan erityisesti tuulivoimaloiden valmistuksen ja kehitystyön osalta ei ole Euroopassa tarpeeksi osaavia työntekijöitä. Lisäksi tuulivoimaloiden valmistajat raportoivat osaavien insinöörien ja työmaapäälliköiden puutteesta sekä tuulivoiman rakentajat osaavien projektipäälliköiden puutteesta. (EWEA, Wind at Work, 2009) Euroopan tuulivoima-alan työllistävää vaikutusta käsitellään lisää luvussa 4. Esimerkiksi tuulivoimaloiden valmistuksessa ja asennuksissa tarvittavaa kokoonpanoja asennustyön koulutusta ei tässä työssä käsitellä. Tässä luvussa käsitellään oppilaitoksia yleisesti sekä tuulivoima-alan koulutuksen sekä tuulivoima-alan tutkimuksen osalta. Oppilaitoksiksi on valittu Teknillinen korkeakoulu (Aalto-yliopisto, TKK), Tampereen teknillinen yliopisto (TTY), Lappeenrannan teknillinen yliopisto (LTY) ja Jyväskylän yliopisto (JY). Valittuihin oppilaitoksiin lukeutuvat Suomen teknilliset yliopistot, sekä lisäksi teknillistä opetusta tarjoava Jyväskylän yliopisto. Luvussa 2 käsitelty tuulivoimaratkaisuihin liittyvä teknologia ja osaaminen käsittävät huomattavan määrän eri alojen asiantuntemusta. Tuulivoima-alaan liittyvä koulutus ja tutkimus jakaantuvatkin näin monelle eri tekniikan alalle. Tämä tarkoittaa, että myös tuulivoima-alan koulutus tulisi jakaantumaan yliopistoissa monen eri laitoksen kesken. Tämän takia tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen osalta on tässä työssä otettu huomioon myös oppilaitosten opetus kokonaisuutena. Koulutuksen osalta on tässä luvussa esillä oppilaitosten kurssit, jotka ovat erikoistuneita suoraan tuulivoima-alaan. Monella oppilaitoksella on kuitenkin kursseja, jotka välillisesti koskevat myös tuulivoima-alaa. Esimerkiksi generaattorin analysointi ja suunnittelu sekä lujuuslaskenta tehdään aina käyttökohteen mukaan, joten kurssien opetusta voidaan suoraan soveltaa myös tuulivoima-alaan.

39 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa Yleistietoa oppilaitoksista TTY (Tampereen teknillinen yliopisto) Tampereen teknillinen yliopisto sijaitsee Tampereen eteläpuolella Hervannan kaupunginosassa. TTY on toiminut vuodesta 2010 säätiömuotoisena yliopistona. Säätiömuoto tukee säätiöpääoman tuottojen avulla yliopiston tutkimuksen ja koulutuksen kehittämistä. TTY:ssa opiskelee noin perustutkintoa suorittavaa opiskelijaa ja noin 1600 jatko-opiskelijaa (taulukko 3.1). Näistä opiskelijoista vuonna 2009 valmistui 749 diplomi-insinööriä ja 94 lisensiaattia tai tohtoria, yhteensä valmistuneita oli siis 843. Näistä tohtoriksi väitteli 84 jatkotutkinto-opiskelijaa (taulukko 3.2). Vuonna 2009 TTY:n kansainvälisiä tieteellisiä julkaisuja julkaistiin 1442 ja kotimaisia 200. (taulukko 3.3.). Tieteellisiin julkaisuihin on laskettu julkaistut referee-artikkelit sekä artikkelit kokoomateoksissa tai painetuissa kongressijulkaisuissa. (TTY vuosikertomus, ; Opetus- ja kulttuuriministeriö, KOTA-tietokanta) Vuoden 2009 TTY:n kokonaisrahoitus oli noin 154,5 miljoonaa euroa, josta noin 62 % tuli toimintarahoituksen kautta ja loput 38 % täydentävällä rahoituksella. Toimintarahoitus on valtion antama budjettirahoitus oppilaitoksille. Täydentävään rahoitukseen TTY:lla kuuluvat yritysten rahoitus, Suomen Akatemian rahoitus, Tekes rahoitus ja muiden julkisten rahoittajien rahoitus sekä ulkomainen rahoitus (EU). TTY:n henkilöstö vuonna 2009 käsitti 2020 henkilötyövuotta (taulukko 3.4). (TTY vuosikertomus, 2009; Opetus- ja kulttuuriministeriö, KOTA-tietokanta) Taulukko 3.1. TTY:n opiskelijarakenne (TTY vuosikertomus, ) Vuosi Perustutk. opiskelijat Jatko-opiskelijat Yhteensä Taulukko 3.2. TTY:ssa suoritetut tutkinnot (TTY vuosikertomus, ) Vuosi Diplomi-insinööri(DI) Lisensiaatti(TkL) Tohtori(TkT) Yhteensä Taulukko 3.3. TTY tieteelliset julkaisut (Opetus- ja kulttuuriministeriö, KOTAtietokanta) TTY Tieteelliset julkaisut Yhteensä Kotimaassa julkaistut Ulkomailla julkaistut

40 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 33 Taulukko 3.4. TTY:n henkilöstö (htv) (TTY vuosikertomus, ) TTY:n henkilöstö (htv) Opettajia Tutkijoita Tutkimusapulaisia Tukihenkilöstöä TTY:ssa on kuvan 3.1 mukaisesti viisi tiedekuntaa, jotka jakaantuvat 23 eri laitokseen. (TTY, verkkosivut) TTY automaatio-, koneja materiaalitekniikan tiedekunta luonnontieteiden ja ympäristötekniikan tiedekunta rakennetun ympäristön tiedekunta teknis-taloudellinen tiedekunta tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta Kuva 3.1. TTY:n tiedekunnat (TTY, verkkosivut) TKK (Aalto-yliopiston teknillinen korkeakoulu) Teknillinen korkeakoulu sijaitsee Espoon Otaniemessä noin 10 km Helsingistä luoteeseen. Vuoden 2010 alusta TKK on osana säätiömuotoista Aalto-yliopistoa, johon kuuluvat TKK, Helsingin kauppakorkeakoulu ja Taideteollinen korkeakoulu. TKK:ssa opiskelee noin opiskelijaa (taulukko 3.5) ja vuonna 2009 TKK:sta valmistui 1163 diplomi-insinööriä, 43 lisensiaattia sekä 150 tohtoria (taulukko 3.6). Kuten taulukosta 3.7 voidaan huomata, vuonna 2009 TKK:ssa julkaistiin yhteensä 2854 tieteellistä julkaisua, joista 2525 julkaistiin ulkomailla ja loput 329 kotimaassa. Samana vuonna TTK:n henkilötyövuosimäärä (esitettynä taulukossa 3.8) oli noin 3517, joista suurimpana luokkana oli tutkijoiden henkilötyövuosimäärä, joka oli noin 1350 (htv). TKK:n rahoitus oli yhteensä noin 313 miljoonaa euroa, josta noin 57 % tuli toimintamenorahoituksella ja loput 43 % täydentävällä rahoituksella (Tekes, kotimaiset yritykset, Suomen akatemia, ulkomainen rahoitus yms.). (TKK,verkkosivut; TKK, Pikatieto-opas 2010; Opetus- ja kulttuuriministeriö, KOTA-tietokanta) Taulukko 3.5. TKK, opiskelijarakenne (TKK, Pikatieto-opas 2010) Vuosi Perustutk. opiskelijat Jatko-opiskelijat Yhteensä

41 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 34 Taulukko 3.6. TKK:ssa suoritetut tutkinnot (Opetus- ja kulttuuriministeriö, KOTAtietokanta) Vuosi Diplomi-insinööri (DI) Lisensiaatti(TkL) Tohtori(TkT) Yhteensä Taulukko 3.7. TKK:n tieteelliset julkaisut (Opetus- ja kulttuuriministeriö, KOTAtietokanta) TKK Tieteelliset julkaisut Yhteensä Kotimaassa julkaistut Ulkomailla julkaistut Taulukko 3.8. TKK:n henkilöstö (htv) (TKK, Pikatieto-opas 2010) TKK:n henkilöstö (htv) Opettajia Tutkijoita Tutkimusapulaisia Tukihenkilöstöä Vuoden 2011 alussa TKK jakautui neljäksi tekniikan alan korkeakouluksi. Nämä uudet korkeakoulut koostuvat vanhoista tiedekunnista. TKK koostuu kuvan 3.2 mukaisesti neljästä korkeakoulusta, joiden alaisuudessa on yhteensä 25 laitosta sekä erillislaitoksia. (TKK, verkkosivut) TKK Insinööritieteiden korkeakoulu Kemian tekniikan korkeakoulu Perustieteiden korkeakoulu Sähkötekniikan korkeakoulu Kuva 3.2. TKK:n tiedekunnat (TKK, verkkosivut) LTY (Lappeenrannan teknillinen yliopisto) Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa opiskelee vuosittain noin 5500 opiskelijaa. Näiden perus- ja jatkotutkinto opiskelijoiden lisäksi yliopistossa on vuosittain noin 1500 opiskelijaa täydennyskoulutuksessa, sekä noin 1600 avoimen yliopiston opiskelijaa (taulukko 3.9). Vuoden 2009 valmistuneiden määrä oli 616, joista 565 oli diplomiinsinöörejä ja loput 51 jatkotutkinnosta valmistuneita (Taulukko 3.10). Taulukossa 3.11 on esitettynä LTY:n tieteelliset julkaisut, joita vuonna 2009 julkaistiin yhteensä 764. Julkaisuista 654 julkaistiin ulkomailla ja loput 110 kotimaassa. Kuten taulukossa 3.12

42 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 35 on esitettynä, vuoden 2009 LTY:n henkilötyövuosimäärä oli 891. LTY:n kokonaisrahoitus oli vuonna ,1 miljoonaa euroa, josta on noin 59 % osuus toimintarahoituksella ja loput noin 41 % täydentävällä rahoituksella. (LTY, tietoa yliopistosta/avainluvut) Taulukko 3.9. LTY:n opiskelijarakenne (LTY, tietoa yliopistosta/avainluvut) Vuosi Perustutk. opiskelijat Jatko-opiskelijat Yhteensä Taulukko 3.10 LTY:ssa suoritetut tutkinnot (LTY, tietoa yliopistosta/avainluvut) Vuosi Diplomi-insinööri (DI) Lisensiaatti(TkL) Tohtori(TkT) Yhteensä Taulukko 3.11 LTY:n tieteelliset julkaisut (Opetus- ja kulttuuriministeriö, KOTAtietokanta) LTY Tieteelliset julkaisut Yhteensä Kotimaassa julkaistut Ulkomailla julkaistut Taulukko 3.12 LTY:n henkilöstö (htv) (LTY, tietoa yliopistosta/avainluvut) LTY:n henkilöstö (htv) Opettajia Tutkijoita Tutkimusapulaisia Tukihenkilöstöä LTY:lla on kuvan 3.3 mukaisesti kolme tiedekuntaa, jotka ovat teknillinen tiedekunta, teknistaloudellinen tiedekunta sekä kauppatieteellinen tiedekunta. Nämä tiedekunnat jakaantuvat yhteensä kahdeksaan eri laitokseen. (LTY, verkkosivut) LTY teknillinen tiedekunta teknistaloudellinen tiedekunta kauppatieteellinen tiedekunta Kuva 3.3 LTY:n tiedekunnat

43 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa JY (Jyväskylän yliopisto) Jyväskylän yliopisto tarjoaa ensimmäisenä Suomessa uusiutuvan energian tutkimus- ja koulutusohjelman. Uusiutuvan energian koulutusohjelma yhdistää matemaattisluonnontieteellisen tiedekunnan sekä taloustieteiden ja yhteiskuntatieteiden opetuksen. Tämä maisteriohjelma kouluttaa uusiutuvan ja hajautetun energiantuotannon asiantuntijoita. Maisteriohjelmassa on kolme suuntautumisvaihtoehtoa, joita ovat energiateknologia, kestävä bioenergia sekä energiatalous ja energiapolitiikka. Ohjelmaan liittyvissä tutkimusprojekteissa on mukana yrityksiä, kuntia, maatiloja ja myös eri tutkimuslaitoksia. Tämänhetkiset projektit liittyvät suurimmaksi osaksi bioenergiaan, kuten esimerkiksi biomassan pienpolttoteknologiaan ja biokaasuteknologiaan. (JY, Kemian laitos [WWW]) Vuonna 2009 JY:ssa opiskeli perustutkinto-opiskelijaa (taulukko 3.13), joista yhteensä 1068 suoritti maisterin tutkinnon ja 136 tohtorin tutkinnon (yhteensä 1204 tutkintosuoritusta) (Taulukko 3.14). Taulukossa 3.15 on esillä JY:n tieteelliset julkaisut. Vuonna 2009 JY:ssa julkaistiin yhteensä 2181 tieteellistä julkaisua, joista 1494 ulkomailla ja loput 687 kotimaassa. JY:n henkilöstön määrä oli 2428 henkilötyövuotta, joista suurimpana osana tukihenkilöstöt (966 henkilötyövuotta) (Taulukko 3.16.). Kokonaisrahoitus JY:lla oli vuonna ,6 miljoonaa euroa, josta 68 % katettiin toimintamenorahoituksella ja 32 % täydentävällä rahoituksella. (JY, vuosikertomus, ) Taulukko JY:n opiskelijarakenne (JY, vuosikertomus, ) Vuosi Perustutk. opiskelijat Taulukko JY:n suoritetut tutkinnot (JY, vuosikertomus, ) Vuosi Maisterin tutkinnot Tohtorin tutkinnot Yhteensä * *)Viimeinen vuosi, jolloin oli mahdollista suorittaa tutkinnot vanhojen vaatimusten mukaan. Taulukko JY:n tieteelliset julkaisut (Opetus- ja kulttuuriministeriö, KOTAtietokanta) JY Tieteelliset julkaisut Yhteensä Kotimaassa julkaistut Ulkomailla julkaistut

44 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 37 Taulukko JY:n henkilöstö (htv) (JY, vuosikertomus, ) JY:n henkilöstö (htv) Opetushenkilöstö Tutkimushenkilöstö Tukihenkilöstöä JY:ssa on kuvan 3.4 mukaisesti seitsemän tiedekuntaa, joista kuitenkin vain matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa annetaan teknistieteellistä opetusta. (JY, verkkosivut) JY humanistinen tiedekunta informaatioteknologian tiedekunta kasvatustieteiden tiedekunta liikunta- ja terveystieteiden tiedekunta matemaattisluonnontieteellinen tiedekunta Jyväskylän yliopiston kauppakorkeakoulu yhteiskuntatieteellinen tiedekunta Kuva 3.4. JY:n tiedekunnat Oppilaitosten vertailu yleisesti Tutkittavien oppilaitosten kokoluokkaa vertaillaan opiskelijamäärän, henkilöstön henkilötyövuosien, oppilaitoksessa suoritettujen tutkintojen sekä oppilaitoksesta julkaistujen tieteellisten julkaisujen perusteella. Kuten kuva 3.5 osoittaa, TKK on tutkittavista oppilaitoksista suurin kaikilta vertailussa mukana olevilta osioilta. Seuraavaksi tutkittavista oppilaitoksista sijoittuu JY, kuitenkin JY:lla on vain yhdessä tiedekunnassa seitsemästä teknistieteellistä opetusta. JY:n jälkeen seuraavana kokoluokassa ja toisena pelkästään teknistieteellisiä aineita opettavana oppilaitoksena on TTY. LTY on selkeästi pienin vertailtavana olevista oppilaitoksista.

45 M 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa TKK 6000 JY TTY 0 LTY Perustutkinto- ja jatko-opiskelijat Henkilöstö (htv) Suoritetut tutkinnot Tieteelliset julkaisut Kuva 3.5. Oppilaitosten vertailu (tiedot vuodelta 2009) Kuvassa 3.6 on esitettynä jo kuvassa 3.5 esitetyt oppilaitosten vertailualueet suhteutettuna kyseisen oppilaitoksen vuoden 2009 kokonaisrahoitukseen. Kuvassa 3.6 käytetyt kokonaisrahoitukset ovat TKK:lla 313 M, JY:lla 191,6 M, TTY:lla 154,5 M ja LTY:lla 70,1 M. Kuvasta 3.6 voidaan huomata, että TKK:lla on kaikilla vertailualueilla suurin suhde suhteutettuna kokonaisrahoitukseen. Huomattavaa on myös LTY:n alhainen suhde kokonaisrahoituksen ja suoritettujen tutkintojen kanssa. Tämä tarkoittaa, että LTY:ssä suoritetaan tutkintoja huomattavasti pienemmällä rahoituksella yhtä tutkintoa kohden. 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 TKK JY TTY LTY 0,00 M /tutkinto M /julkaisu M /htv M /opiskelija Kokonaisrahoitukset suhteutettuna Kuva 3.6 Oppilaitosten vertailu suhteutettuna kokonaisrahoitukseen (vuonna 2009)

46 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa Oppilaitosten erikoisosaamisalueet tutkimuksen ja koulutuksen osalta TTY:n viisi tiedekuntaa tarjoavat mahdollisuuden laaja-alaiseen poikkitekniseen koulutukseen. TTY:llä on kaksi Suomen akatemian nimeämää huippuyksikköä. Huippuyksiköt ovat Signaalinkäsittelyn laitoksella sijaitseva tiedonsiirtoon, multimediaan sekä äänen kuvan ja muun moniulotteisen informaation käsittelyyn sekä biologisten systeemien mallintamiseen erikoistunut tutkimusryhmä sekä Hydrauliikan ja automatiikan laitoksella toimiva TTY:n ja TKK:n yhteinen älykkäiden koneiden huippuyksikkö. Kansainvälisessä tieteellisessä toiminnassa TTY:n tutkimukselliset vahvuusalueet ovat signaalinkäsittelyssä, nanofotoniikassa sekä älykkäissä koneissa. (TTY verkkosivut) TKK:lla on 12 eri tutkimuksen huippuyksikköä. Näitä ovat muun muassa adaptiivisen informatiikan tutkimuksen huippuyksikkö, bio- ja nanopolymeerien tutkimusryhmä, laskennallinen kompleksisten systeemien tutkimuksen huippuyksikkö, laskennallisen nanotieteen huippuyksikkö, matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja komponenttien huippuyksikkö, systeemisen neurotieteen ja aivokuvantamisen huippuyksikkö, älykkäiden koneiden huippuyksikkö sekä älykkäiden radioiden ja langattoman teknologian huippuyksikkö. Korkeakoulujen arviointineuvosto (KKA) on lisäksi valinnut TKK:n tietotekniikan laitoksen koulutuksen laatuyksiköksi vuosiksi (TKK verkkosivut, kansainvälisyys) JY:n matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa on kolme Suomen Akatemian nimeämää huippuyksikköä. Nämä JY:n huippuyksiköt ovat ydin- ja kiihdytinpohjainen fysiikka, evoluutiotutkimus sekä Helsingin yliopiston kanssa yhteinen virustutkimuksen huippuyksikkö. Suomen Akatemian nimeämien huippuyksiköiden aihealueita voidaan pitää JY:n matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan erityisosaamisalueina. Korkeakoulujen arviointineuvosto (KKA) on lisäksi valinnut JY:n fysiikan laitoksen koulutuksen laatuyksiköksi vuosiksi (JY, verkkosivut, Matemaattisluonnontieteellinen tiedekunta) Ydinosaamista katsoessa LTY:n kärkialat ovat energiatehokkuus ja energiamarkkinat, strategisen tason liiketoiminnan ja teknologian johtaminen, tieteellinen laskenta ja teollisten prosessien mallinnus sekä vahva Venäjä-osaaminen. LTY:n tuotantotalouden osasto on valittu KKA:n koulutuksen laatuyksiköksi vuosiksi Oppilaitosten kansallinen ja kansainvälinen verkottuminen Pohjoisen ulottuvuuden tutkimuskeskus Nordi (Northern Dimension Research Centre) Nordi on LTY:n instituutti, joka ohjaa Venäjään liittyvää tutkimusta ja koulutusta. Nordi tekee yhteistyötä lähinnä venäläisten yliopistojen ja tutkimuslaitosten kanssa,

47 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 40 mutta myös muiden eurooppalaisten yhteistyökumppaneiden kanssa. Tutkimuskeskuksen tehtävänä on lisätä tietoa Euroopan unionin pohjoista ulottuvuutta tukevilla teknologian ja talouden aloilla, koota ja välittää tässä tarkoitettua tutkimustietoa kansainvälisiin, valtakunnallisiin ja alueellisiin tarpeisiin ja tehdä yhteistyötä alan kansainvälisten toimijoiden kanssa. (LTY, verkkosivut, Northern Dimension Research Centre, Nordi) Yliopistoallianssi Yliopistoallianssi on TTY:n, Tampereen yliopiston ja JY:n yhteistyöhön perustuva yhteenliittymä. Tämän yhteenliittymän ideana on yhdistää kolmen itsenäisen yliopiston monialainen osaaminen niin koulutuksen kuin tutkimuksenkin osalta. Allianssi kasvattaa menestymisen mahdollisuuksia kansainvälisessä tieteellisessä ja koulutuksellisessa kilpailussa sekä mahdollistaa uusien osaamiskeskittymien rakentamisen. (Yliopistoallianssi) Aalto-yliopisto Aalto-yliopisto muodostuu Kauppakorkeakoulusta, Taideteollisesta korkeakoulusta ja tekniikan alan korkeakouluista. Tekniikan alan korkeakouluihin kuuluvat insinööritieteiden korkeakoulu, kemian tekniikan korkeakoulu, perustieteiden korkeakoulu ja sähkötekniikan korkeakoulu. (Aalto-yliopisto)

48 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa Oppilaitosten tuulivoima-alaan liittyvä koulutus (kurssitarjonta) TTY:n tarjoama tuulivoimakoulutus Suoraan tuulivoimaan liittyviä kursseja TTY:llä tarjoavat sähkömagneetiikan yksikkö elektroniikan laitoksella ja sähköenergiatekniikan laitos. Sähkömagnetiikalla laitoksella on mahdollista opiskella ammattiaineena vaihtoehtoisia sähköenergiateknologioita. Tämä ammattiainevaihtoehto tarjoaa opiskelijalle valmiudet toimia tuotekehitystehtävissä uusiutuvien sähköenergiamuotojen parissa. Kuten taulukko 3.17 esittää, TTY:llä suoraan tuulivoimaan liittyviä kursseja ovat sähkömagnetiikan yksikön tarjoama kurssi Tuulivoima (5 op.) ja sähköenergiatekniikan laitoksen tarjoama kurssi Hajautetun sähköntuotannon verkostovaikutukset (5 op.). Näiden lisäksi tuulivoimaa käsitellään kurssilla Energian varastointi ja uudet energialähteet (5 op.) ja kurssilla Uusiutuvien energiamuotojen työkurssi (5 op.) sekä suppeasti joillakin sähkö- ja materiaalitekniikan kursseilla. (TTY opinto-opas ) Taulukko TTY:n tuulivoima-alaan liittyvä kurssitarjonta (TTY opinto-opas ) Kurssin nimi Kurssin laajuus, opintopisteinä Tuulivoima 5 Hajautetun sähköntuotannon verkostovaikutukset 5 Energian varastointi ja uudet energialähteet 5 Uusiutuvien energiamuotojen työkurssi Kurssien osaamistavoitteet ja sisältö Tuulivoima (5 op.) Sähkömagnetiikka Opintojakson suoritettuaan opiskelija ymmärtää, miten tuulivoimala toimii ja miten tuulivoima poikkeaa muista sähköntuotantotavoista. Opiskelija kykenee arvioimaan tuulivoimalan tuottaman sähkömäärän ja tuotannon kustannukset realistisesti. Opiskelija tietää, miten ja miksi tuulivoimalaa säädetään. Opiskelija tuntee yleisimmät tuulivoimalaratkaisut ja niiden erityispiirteet sekä harvinaisten ratkaisujen puutteet. Opiskelija osaa tehdä selkoa tuulivoiman vaikutuksista ympäristöön ja sähköverkkoon. (TTY opinto-opas ) Kurssin sisältö: Tuuli luonnonilmiönä, ilmavirtausten tyypit ja tuulen mittaaminen Tuulen teho ja energia, tuulivoimalatyypit Tuuliturbiinin lavan toiminta, lapasuunnittelun perusteet Tuulivoimalan ympäristövaikutukset

49 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 42 Tuulivoimaloiden generaattorit Tuulivoiman hankekehitys Hajautetun tuotannon verkostovaikutukset Hajautetun sähköntuotannon verkostovaikutukset (5 op.) Sähköenergiatekniikka Opintojakson suoritettuaan opiskelija tunnistaa keskeisimmät hajautetun sähköntuotannon ja muiden hajautettujen resurssien kuten ohjattavien kuormien ja energiavarastojen sovelluskohteita, teknologioita ja niiden kehitysnäkymät. Lisäksi hän osaa selittää verkkoon liitynnän teknologioita sekä tuotantoyksikön että sähköverkon näkökulmasta. Näiden tietojen pohjalta hänellä on myös kyky analysoida hajautetun sähköntuotannon vaikutuksia sähköverkon käyttöön ja suunnitteluun. (TTY opintoopas ) Kurssin sisältö: Hajautetun sähköntuotannon teknologiat ja niiden kehitysnäkymät Hajautetun sähköntuotannon verkkoonliitynnän tekniikat Hajautetun sähköntuotannon vaikutukset sähköverkon suunnitteluun; suunnitteluperiaatteet, verkostolaskenta, suojaussuunnittelu, relesuojaus, jännitteen laatu, käyttövarmuus Hajautetun sähköntuotannon vaikutukset jännitteen laatuun Hajautetun tuotannon vaikutus käyttövarmuuteen ja suunniteltu saarekekäyttö Smart grid Laajamittaisen tuulituotannon vaikutukset tehonsäätöön, sähkökauppaan ja tasehallintaan Energian varastointi ja uudet energialähteet (5 op.) Sähkömagnetiikka Opintojakson suoritettuaan opiskelija osaa selittää vaihtoehtoisten energiamuotojen taustaa ja niiden fysikaalisia perusteita. Hän pystyy kriittisesti vertailemaan eri energiaratkaisujen etuja ja haasteita sekä arvioimaan eri teknologioiden potentiaalia maantieteellisestä perspektiivistä lähtien. Edelleen hän pystyy suhteuttamaan eri vaihtoehtoja ilmastonmuutoksen ja eri juridisten vaatimusten tai tavoitteiden näkökulmasta. Opintojakson jälkeen opiskelijalla on yleiskäsitys Suomen energian tuotannon ja kulutuksen rakenteesta ja siitä, mikä tekninen ja taloudellinen potentiaali eri vaihtoehtoisilla energiaratkaisuilla voisi olla. Opiskelija pystyy perustellusti vaihtamaan ajatuksia ja argumentoimaan tulevaisuuden eri energiavaihtoehdoista erityyppisissä paneeli- ja keskustelutilaisuuksissa. (TTY opinto-opas ) Kurssin sisältö:

50 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 43 Energiastrategiat: Suomen ja EU:n tavoitteet ja sitoumukset uusiutuvan energian käytöstä, sekä erityyppiset energiaskenaariot Aurinko- ja tuulienergia: Taustalla olevat luonnonilmiöt, materiaalitarkasteluja. Hyötysuhteen määrittäminen Geoterminen energia, valtameriin sitoutunut energia ja bioenergia Fuusioenergian fysikaalinen tausta, reaktorikonseptit Energian varastointiteknologiat: Mekaanisen, sähkökemiallisen ja sähkömagneettisen energian varastoinnin periaatteet ja tekninen vertailu Vetytalouden skenariot: Polttokennojen toimintaperiaate, polttokennotyypit ja sovellusalueet Erikoisaiheita: Vaihtuva-alaisia teemoja ajankohtaisista vaihtoehtoisista energiamuodoista Lisäksi kurssiin kuuluu täydentävänä opiskeluna seuraavia tuulivoimateknologiaan liittyviä aihealueita. Syöttötariffiskenaariot Aurinko- ja tuulienergian historiaa, hanke-esittelyjä. Uusiutuvien energiamuotojen työkurssi (5 op.) Sähkömagnetiikka Kurssin idea on havainnollistaa mittausten avulla niitä luonnonilmiöitä, joita Vaihtoehtoisten sähköenergiateknologioiden syventävissä opinnoissa teoreettisesti tarkastellaan. Kurssin toinen tavoite on opettaa huolellisten mittausraporttien kirjoittamista. Kurssin sisältö: Lämmönsiirto (jatkuvuustila ja ekspisiittinen differenssimenetelmä) Konvektiivinen lämmönsiirto (kiinteäparametrinen malli) Resistiivisyyden lämpötilariippuvuus Polttokennon virta-jännite-käyrä ja hyötysuhde Lämmönjohtavuus (implisiittinen differenssimenetelmä) Suprajohteen resistiivinen transitio Aurinkosähkö Tuulivoima TKK:n tarjoama tuulivoimakoulutus Tuulivoimaan liittyviä kursseja tarjoavat TKK:n energiatekniikan laitos sekä teknillisen fysiikan laitos, nämä kurssit ovat esillä taulukossa Erityisiä osaamisalueita energiatekniikan laitokselle ovat esimerkiksi polttomoottoreiden palamisprosessin kehitys, teolliset energiasovellukset ja prosessi-integraatio. Suurin osa teknillisen

51 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 44 fysiikan laitoksen tutkimuksesta ja osaamisalueista on keskittynyt kondensoituihin aineisiin, materiaalien fysiikkaan sekä kvanttifysiikkaan ja nano-optiikkaan sekä kehittyneeseen energiatieteeseen. Energiatekniikan laitos tarjoaa kurssin Tuulienergia (5 op) ja teknillisen fysiikan laitos kurssin Kehittynyt tuulivoimateknologia (5 op). Tämän lisäksi tuulivoimaa käsitellään seuraavilla kursseilla: Yhdyskuntien energiajärjestelmä (5 op) ja Uudet energiatekniikat (5 op). (TKK Energiatekniikan laitos [WWW]; TKK Teknillisen fysiikan laitos [WWW]) Taulukko TKK:n tuulivoima-alaan liittyvä kurssitarjonta (TKK, opinto-opas ) Kurssin nimi Kurssin laajuus, opintopisteinä Tuulienergia 5 Kehittynyt tuulivoimateknologia 5 Yhdyskuntien energiajärjestelmä 5 Uudet energiatekniikat Kurssien osaamistavoitteet ja sisältö Tuulienergia (5 op.) Energiatekniikan laitos Kurssin suoritettuaan opiskelija ymmärtää tuulienergian perusteet sekä tuuliolosuhteiden arviointimenetelmät. Opiskelija ymmärtää myös tuulivoimaloiden mitoittamiseen ja suunnitteluun liittyviä osa-alueita. Kurssin jälkeen opiskelijalla on myös käsitys tuulienergian tuotantoon liittyvistä kustannuksista. Lisäksi kurssin suoritettuaan opiskelija tuntee sähköverkkoon liittämiseen liittyvät seikat sekä tuulivoimaloiden vaikutukset energiajärjestelmään. (TKK, opinto-opas ) Kurssin sisältö Tuulienergian perusteet Tuuliolosuhteiden arviointimenetelmät Laitosten mitoittaminen, suunnittelu ja käyttö, sekä tuulienergian tuotantokustannukset Lisäksi tarkastellaan tuulivoimalaitosten vaikutuksia sähköverkkoon ja energiajärjestelmään, sekä luodaan katsaus tulevaisuuden markkinanäkymiin ja teknologiatrendeihin Kehittynyt tuulivoimateknologia (5op.) Teknillisen fysiikan laitos Kurssin tavoitteena on perehdyttää opiskelijat tuulivoiman perusteisiin, suuren mittakaavan tuulivoiman hyödyntämisen erityiskysymyksiin ja ratkaisumalleihin. (TKK, opinto-opas )

52 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 45 Kurssin sisältö Laajamittainen tuulivoima ja integrointikysymykset Mallintaminen ja mittausteknologiat Kurssi sisältää noin 14 tuntia asiantuntijaluentoja (VTT, Generous Energy Solutions Oy) Yhdyskuntien energiajärjestelmä (Energy Systems for Communities) (5op.) Energiatekniikan laitos Kurssin sisältö Yhdyskuntien energiaratkaisut ja niiden perussuunnittelu Sähkön ja lämmön kulutus yhdyskunnissa Hajautetun sekä keskitetyn energiantuotannon perusteet Yhdyskunnan sähköverkon rajoitteet Yhdyskuntiin sopivat keskitetyt ja hajautetut energiantuotantomuodot Uudet energiatekniikat (New Energy Sources) (5.op) Teknillisen fysiikan laitos Kurssin tavoitteena on, että opiskelija ymmärtää uusien- ja uusiutuvien energialähteiden fyysiset perusteet ja niiden tärkeimmät sovellukset sekä näiden energiateknologien tulevaisuuden suuntaukset ja mahdollisuudet. Kurssi auttaa myös käyttämään keskeisiä välineitä näiden energiateknologien yhteydessä. (TKK, opintoopas ) Kurssin sisältö Uusien- ja uusiutuvien energialähteiden trendit Toimintaperiaatteet, tekniset ratkaisut, teknologian muutokset ja dynamiikka, fyysiset rajat, endogeeninen oppiminen, teknologian levitys ja levinneisyys Energiantuotantomuodot: bioenergia, tuulivoima, aurinkosähkö, aalto- ja merivoima, polttokennot ja vetyteknologia LTY:n tarjoama tuulivoimakoulutus Vuonna 2010 LTY:sta tuli Suomen ensimmäinen yliopisto, jolla on oma tuulivoimateknologiaan suunnattu professuuri. (LTY, verkkosivut, tuulivoimaprofessuuri)

53 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 46 Tuulivoimaan liittyvä koulutus LTY:ssa järjestetään teknillisen tiedekunnan energiatekniikan koulutusohjelmassa, jonka tuulivoimaan liittyvät kurssit ovat esillä taulukossa Kyseisessä koulutusohjelmassa käsitellään voimalaitosten toimintaan liittyviä perustietoja sekä perehdytetään voimalaitoksen energiantuotannon prosesseissa käytetyihin komponentteihin. Koulutusohjelmassa käsitellään myös tuulivoimaloita ja LTY:lla onkin energiatekniikan koulutusohjelmassa kaksi tuulivoimaan liittyvää kurssia: Uusiutuva energia (3 op.) ja Power Engines in Renewable Energy (5 op.). (LTY, Opinto-opas ) Taulukko 3.19 LTY:n tuulivoima-alaan liittyvä kurssitarjonta (LTY, Opinto-opas ) Kurssin nimi Kurssin laajuus, opintopisteinä Uusiutuva energia 3 Power Engines in Renewable Energy Kurssien osaamistavoitteet ja sisältö Uusiutuva energia (3 op.) Energiatekniikan koulutusohjelma Kurssin suoritettuaan opiskelija tietää uusiutuvan energian määrittelyn, tuntee vesivoiman, vesiturbiinien, tuulivoiman ja tuuliturbiinien, aaltovoiman, biomassavoimaloiden, aurinkovoimaloiden, biokaasuvoimaloiden, polttokennojen ja vetytalouden toimintaperiaatteen ja perusmitoituksen. Opiskelija oppii myös eri uusiutuvien energialähteiden suhteellisen tärkeyden ja kykenee vertaamaan niiden etuja ja haittoja perinteisiin voimaloihin ja ydinvoimaloihin. (LTY, Opinto-opas ) Kurssin sisältö Vesivoima, vesiturbiinityypit Tuulivoima, tuuliturbiinityypit Vetytalous ja polttokennot Aaltovoima Biomassan ja biokaasun hyödyntäminen, Aurinkovoima Power Engines in Renewable Energy (5 op.) (Kurssi luennoidaan englanniksi) Energiatekniikan koulutusohjelma Kurssin jälkeen opiskelijat pystyvät valitsemaan käyttökohteeseen soveltuvan voimalaitoksen, minkä lisäksi opiskelijat pystyvät laskemaan: tuuliturbiinien pääominaisuudet, kaasuturbiinien pääominaisuudet, höyryturbiinien pääominaisuudet,

54 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 47 sekä orgaanisen Rankine-syklin. Kurssin jälkeen he myös ymmärtävät missä polttokennoja voi käyttää. (LTY, Opinto-opas ) JY:n tarjoama tuulivoimakoulutus JY:lla on taulukossa 3.20 esitettynä kaksi tuulivoimaa käsittelevää kurssia, jotka kuuluvat kemian laitoksen uusiutuvan energian tutkimus- ja koulutusohjelmaan. Uusiutuva energiantuotanto (8 op), joka sisältää osion tuulivoimasta yleisellä tasolla. Toinen kursseista on tuulivoimaan paremmin perehdyttävä kurssi Wind Energy Technology (4 op). (JY, Opinto-opas ) Taulukko JY:n tuulivoima-alaan liittyvä kurssitarjonta (JY, Opinto-opas ) Kurssin nimi Kurssin laajuus, opintopisteinä Uusiutuva energiantuotanto 8 Wind Energy Technology Kurssien osaamistavoitteet ja sisältö Uusiutuva energiantuotanto (8 op) Uusiutuvan energian tutkimus- ja koulutusohjelma (Kemian laitos) Kurssin jälkeen opiskelija osaa tehdä yhteenvedon globaalista energian tuotannosta ja käytöstä, sekä tehdä yhteenvedon energiajärjestelmistä ja uusiutuvista energianlähteistä. Opiskelija osaa vertailla energianlähteitä ja arvioida teknisiä, ympäristöllisiä, taloudellisia ja yhteiskunnallisia mahdollisuuksia ja rajoitteita niiden käytölle energian tuotannossa. Kurssin jälkeen opiskelija osaa myös nimetä, ymmärtää ja soveltaa energiatekniikkaa uusiutuvan energian tuotantoon. (JY, Opinto-opas , Uusiutuva energiantuotanto) Kurssin sisältö Energia ja energiajärjestelmät Uusiutuvat energianlähteet Bioenergia Aurinkoenergia Tuulivoima Vesivoima Aalto-, vuorovesi- ja geoenergia Vetyteknologia Taloudellisuusarviointi. Wind Energy Technology (4 op) (kurssi luennoidaan englanniksi) Uusiutuvan energian tutkimus- ja koulutusohjelma (Kemian laitos)

55 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 48 Kurssin jälkeen opiskelija osaa arvioida tuulivoiman käyttöönoton mahdollisuudet ja rajoitteet. (JY, Opinto-opas , Wind Energy Technology) Kurssin sisältö Tuulen karakterisointi ja tuuliolot Tuuliturbiinien aerodynamiikka Tuuliturbiinien suorituskyky ja hallinta Sähköntuotanto ja sähkötekniset ominaisuudet Tuulivoiman sovellukset

56 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa Tuulivoima-alan tutkimus Suomessa Suomen tuulivoimaan liittyvien tutkimusten määrää mitataan tässä työssä yliopistoissa, korkeakouluissa ja tutkimuslaitoksissa tehtyjen tutkimuksien pohjalta. Oppilaitoksia verrataan niiden tuulivoimaan kohdistuvien akateemisten preferenssien avulla, joita tässä tutkimuksessa ovat diplomi-/maisterityöt, lisensiaatintyöt sekä väitöskirjat (kandidaatintöitä ei ole otettu mukaan tähän vertailuun). Preferensseihin lasketut tutkintotyöt ovat suoraan tuulivoimaan liittyviä, joten välillisesti tuulivoima-alaan liittyviä tutkintotöitä ei ole otettu huomioon. Käsiteltävät oppilaitokset ovat jo edellisessä kappaleessa esitetyt korkeakoulut ja yliopistot Oppilaitoksien akateemiset preferenssit Taulukossa 3.21 nähdään oppilaitosten tuulivoimaan liittyvät tutkintotyöt vuodesta 1994 lähtien. Tutkinnan aloitusvuodeksi on valittu 1994, sillä ennen kyseistä vuotta tutkimukset aihe-alueesta ovat vähäisiä. Kuten taulukosta 3.21 huomataan, selvästi eniten tuulivoima-alaan liittyviä tutkintotöitä on tehty Aalto-yliopiston teknillisessä korkeakoulussa (TKK). Seuraavaksi eniten tutkintotöitä on valmistunut Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa (LTY). Tampereen teknillinen yliopisto (TTY) sekä Jyväskylän yliopisto (JY) ovat tutkintotöiden määrässä perässä, kuitenkin esimerkiksi TTY:lla jatko-opiskelujen kautta on tehty suhteessa diplomitöiden ja progradujen määrään hieman enemmän väitöskirjoja sekä lisensiaatintöitä tuulivoimaan liittyen. Taulukko 3.21 Oppilaitosten tuulivoima tutkintotöiden määrä vuodesta 1994 lähtien (TKK kirjasto; TTY kirjasto; LTY kirjasto; JY kirjasto; JY, Kemian laitos [WWW]) JY LTY TKK TTY Väitöskirjat Lisensiaatintyöt Diplomityöt/Progadut Yhteensä (tuulivoimasta) Tutkinnot Oppilaitosten tuulivoimaan liittyvien tutkintotöiden kategoriat Käsiteltävänä olevien oppilaitosten tuulivoimaan liittyvät tutkintotyöt ovat jaoteltu eri kategorioihin tutkimusaiheiden perusteella. Kuvasta 3.7 voidaan huomata, että eniten tutkimusta on tehty tuulivoimajärjestelmiin liittyvien generaattoreiden osalta. Lisäksi tuulivoimalan suunnittelu ja mallintaminen sekä tuulivoima-alaan liittyvä talous ja tuotannon optimointi ovat myös hyvin esillä. Vuodesta 1994 lähtien eli 16 vuodessa tutkituimmasta kategoriasta (tuulivoimajärjestelmiin liittyvien generaattoreiden osalta) on tehty 14 tutkintotyötä. Yhteensä 16 vuodessa tuulivoima-alaan liittyviä tutkimuksia on tehty kyseisissä oppilaitoksissa 109.

57 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 50 Tutkimukset tuulivoimaan liittyen (TTY, TKK, LTY, JY) Sähkökoneet (generaattorit) Tuulivoimala: suunnittelu ja mallintaminen Talous ja tuotannon optimointi Tuulivoimapotentiaali ja kannattavuus Tuulivoimaloiden kytkeminen verkkoon, Tuulivoimaloiden ympäristövaikutukset ja Tuulivoimalan toiminta kylmissä olosuhteissa Säätö ja vakaus sähköverkon kannalta Tuulivoimalan mekaaniset Rakenteiden mekaniikka/ lujuuslaskenta, Tuulivoimateknologian kehitys ja energian Offshore-teknologia Tuulivoimameteorologia: tuulen Sähkökäyttöjen säätö Palveluliiketoiminta: huolto ja kunnossapito Etämonitorointi ja ohjaus Tehonsyöttölaitteet, verkkovaihtosuuntaajat Sähköverkon suojaus Kuva 3.7. Oppilaitosten (TTY, TKK, LTY, JY) tuulivoimaan liittyvien tutkintotöiden aihepiirit Oppilaitosten tuulivoima-alaan liittyvät osaamisalueet Tuulivoima-alan osaamisalueet oppilaitoksittain on määritelty akateemisten preferenssien kautta listaamalla tutkintotyöt niiden sisällön mukaan eri kategorioihin. Näin saadaan suuntaa antavaa informaatiota siitä, minkä tyyppisistä aihealueista on oppilaitoksessa tehty tutkimuksia. TTY:ssä tuulivoimaan liittyvien tutkintotöiden määrä on 17, joista suurin osa on tuulivoimajärjestelmien generaattoreihin liittyviä, kuten kuvasta 3.8 selviää. Generaattoreiden lisäksi kyseisessä oppilaitoksessa on tehty tutkimuksia myös esimerkiksi offshore-ratkaisuista. Pääpaino osaamisalueesta löytyy kuitenkin tuulivoimajärjestelmiin liittyvien generaattoreiden osalta. (TTY kirjasto)

58 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 51 TTY Sähkökoneet (generaattorit) Offshore-teknologia Tuulivoimala: suunnittelu ja mallintaminen Tuulivoimateknologian kehitys ja energian Tuulivoimapotentiaali ja kannattavuus Tuulivoimaloiden kytkeminen verkkoon, Säätö ja vakaus sähköverkon kannalta Palveluliiketoiminta: huolto ja kunnossapito Kuva 3.8. TTY:n tuulivoimaan liittyvien tutkintotöiden aihepiirit TKK:lla on julkaistu tuulivoimaan liittyen yhteensä 54 tutkintotyötä. Kuvasta 3.9 on nähtävissä, että suurimpana yksittäisenä aihekategoriana on talous ja tuotannon optimointi. TKK:lla on suoritettu myös paljon tutkintoja liittyen tuulivoimalan suunnitteluun ja mallintamiseen, tuulivoimalan toimintaan kylmissä olosuhteissa sekä tuulivoimaloiden verkostovaikutuksiin. Selvä osaamisalue löytyy kuitenkin talouden ja tuotannon optimoinnin osalta. (TKK kirjasto) TKK Talous ja tuotannon optimointi Tuulivoimala: suunnittelu ja mallintaminen Tuulivoimalan toiminta kylmissä olosuhteissa Tuulivoimaloiden kytkeminen verkkoon, Tuulivoimapotentiaali ja kannattavuus Säätö ja vakaus sähköverkon kannalta Sähkökoneet (generaattorit) Rakenteiden mekaniikka/ lujuuslaskenta, Tuulivoimaloiden ympäristövaikutukset ja Etämonitorointi ja ohjaus Tuulivoimameteorologia: tuulen Tuulivoimalan mekaaniset Offshore-teknologia Sähköverkon suojaus Tehonsyöttölaitteet, verkkovaihtosuuntaajat Tuulivoimateknologian kehitys ja energian Palveluliiketoiminta: huolto ja kunnossapito Kuva 3.9. TKK:n tuulivoimaan liittyvien tutkintotöiden aihepiirit

59 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 52 LTY:lla on julkaistu tuulivoimaan liittyen yhteensä 27 tutkintotyötä. Kuten kuva 3.10 esittää, eniten tuulivoimaan liittyviä julkaisuja on tehty tuulivoimapotentiaalin ja kannattavuuden selvittämiseen sekä tuulivoimalan mekaanisiin voimasiirtomenetelmiin liittyen. (LTY kirjasto) Tuulivoimapotentiaali ja kannattavuus Tuulivoimalan mekaaniset voimansiirtojärjestelmät Tuulivoimala: suunnittelu ja mallintaminen Sähkökäyttöjen säätö Sähkökoneet (generaattorit) tuulivoimajärjestelmässä Rakenteiden mekaniikka/ lujuuslaskenta, värähtely, Säätö ja vakaus sähköverkon kannalta Talous ja tuotannon optimointi Offshore-teknologia Tehonsyöttölaitteet, verkkovaihtosuuntaajat Tuulivoimateknologian kehitys ja energian varastointi LTY Kuva LTY:n tuulivoimaan liittyvien tutkintotöiden aihepiirit JY on käsiteltävistä oppilaitoksista ainut yliopisto, jolla ei ole pelkästään teknillistä opetusta. JY:lla tuulivoimaan on liittyen tehty 11 tutkintotyötä, joiden aihepiirit ovat esillä kuvassa Tutkintotöitä on tehty selvästi eniten kategoriaan tuulivoimaloiden ympäristövaikutukset ja tietoisuus. JY:lla on myös tehty tutkimuksia tuulivoimameteorologiasta (tuulen synty, tuulenmittaus, tuulienergian ennustaminen ja optimointi), josta ei ole julkaisuja JY:n lisäksi muissa kuin TKK:n oppilaitoksessa. (JY kirjasto; JY, Kemian laitos [WWW]) Tuulivoimaloiden ympäristövaikutukset ja JY Tuulivoimameteorologia: tuulen Tuulivoimapotentiaali ja kannattavuus Tuulivoimalan toiminta kylmissä olosuhteissa Tuulivoimateknologian kehitys ja energian Palveluliiketoiminta: huolto ja kunnossapito Talous ja tuotannon optimointi 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 Kuva JY:n tuulivoimaan liittyvien tutkintotöiden aihepiirit

60 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa Oppilaitosten osaamisalueiden yhteenveto Oppilaitoksissa tehtyjen tutkimustöiden perusteella voidaan vetää suuntaa antavia johtopäätöksiä kyseisen oppilaitoksen tuulivoima-alaan liittyvistä osaamisalueista. Näitä osaamisalueita ovat TTY:lla generaattorit tuulivoimajärjestelmässä. Esimerkkeinä Dynamic performance of variable speed wind turbine generator models / Nikkilä, Antti-Juhani, Diplomityö, Feasibility study of permanent magnet generator topologies for small-scale wind power application / Rovio, Teemu, 2010 väitöskirja, Slow speed axial flux permanent magnet generator for wind power production / Perälä, Raine, 2006 väitöskirja ja Control of variable speed wind turbines /Harri Vihriälä, 2002 väitöskirja. (TTY kirjasto) TKK:lla osaamisalue painottuu tuulivoima-alan talouteen ja tuotannon optimointiin. Näistä esimerkkinä esimerkiksi Tuulivoimainvestoinnin riskiprofiili/leskinen, Eero, 2010 diplomityö ja Tuulivoimageneraattorien tuotesiirtoprosessin mallintaminen/ Murremäki, Miika, diplomityö. (TKK kirjasto) LTY:lla eniten tutkintotöitä on tehty tuulivoimapotentiaalin ja kannattavuuden selvittämiseen sekä tuulivoimalan mekaanisiin voimasiirtomenetelmiin liittyen. Näistä esimerkkinä muun muassa Business opportunities in power sector of Ukraine : Focus small-scale hydro and wind power sectors/moiseeva, Liudmila, 2008 diplomityö ja Tuulivoimaklusterin rakentaminen Suomeen keskipisteenä Kotkan-Haminan seutu / Piia Nykänen, 2009 diplomityö. (LTY kirjasto) JY:lla tutkintotöitä on eniten kategoriaan tuulivoimaloiden ympäristövaikutukset ja tietoisuus. Näistä esimerkkinä Tuulivoiman meluhaitat/ Pihjalainen, S progadututkielma ja Tuulivoima ympäristöestetiikan tapauksena/lääkkölä, A progradututkielma. (JY kirjasto; JY, Kemian laitos [WWW]) Oppilaitoksien tuulivoima-alaan liittyvien tutkintotöiden vähäisestä määrästä johtuen tulokset ovat suuntaa antavia. On kuitenkin selvästi havaittavissa tuulivoima-alaan liittyvien tutkintotöiden määrän kasvua, sillä useimmat tutkintotöistä on tehty muutaman vuoden sisään (kirjoitushetki syksy 2010). Onkin oletettavissa, että sama trendi jatkuu myös vuoden 2010 jälkeen Muut tuulivoimatutkimusta harjoittavat tahot Oppilaitosten lisäksi Suomessa tuulivoimatutkimusta tekevät muun muassa tutkimuslaitokset, konsulttiyritykset sekä alihankkijat. Ehkä tunnetuin tutkimuslaitos Suomessa on VTT, joka on valittu tarkastelun kohteeksi. VTT:n julkaisut koostuvat tutkimushankkeiden yhteydessä ilmestyneistä artikkeleista, esitelmistä, raporteista ja kirjoista. VTT on julkaissut tutkimushankkeiden yhteydessä vuodesta 1994 lähtien 48 tuulivoimaan liittyvää julkaisua. Kuvasta nähdään, että suuri osa VTT:n

61 3. Tuulivoiman opetuksen ja tutkimuksen portfolio Suomessa 54 julkaisuista sijoittuu tuulivoimaloiden ympäristövaikutuksiin sekä tuulivoima tietoisuuteen. Toisaalta tutkimusta on tehty huomattavasti myös tuulivoiman potentiaalista ja kannattavuudesta sekä tuulivoimalan toiminnasta kylmissä olosuhteissa. (VTT julkaisut) VTT Tuulivoimaloiden ympäristövaikutukset ja Tuulivoimapotentiaali ja kannattavuus Tuulivoimalan toiminta kylmissä olosuhteissa Offshore-teknologia Tuulivoimala: suunnittelu ja mallintaminen Tuulivoimaloiden kytkeminen verkkoon, Säätö ja vakaus sähköverkon kannalta Tehonsyöttölaitteet, verkkovaihtosuuntaajat Tuulivoimateknologian kehitys ja energian Palveluliiketoiminta: huolto ja kunnossapito Tuulivoimameteorologia: tuulen Sähkömarkkinat Kuva VTT:n tuulivoimaan liittyvien julkaisujen aihepiirit

62 55 4. OPETUKSEN JA TUTKIMUKSEN PORTFOLIO EUROOPASSA: SAKSA, TANSKA JA ESPANJA Useassa Euroopan maassa tuulivoiman opetus- ja tutkimustoiminta ovat Suomea huomattavasti kehittyneemmällä tasolla. Tässä luvussa käsitelläänkin Euroopan huippuosaamiskeskittymät Saksassa, Tanskassa ja Espanjassa. Huippuosaamiskeskittymiä käsitellään edellisen luvun Suomen koulutuslaitosten osalta esille tulleiden kriteerien avulla. Luvussa käsitellään myös hieman yleisesti kyseisen maan tuulivoimaalan tilannetta ja sen historiaa. Huippuosaamiskeskittymiksi on valittu kyseisen maan suurin tuulivoimakoulutukseen erikoistunut yliopisto tai koulutuskeskus Tuulivoiman työllistävä vaikutus Euroopassa Voimakas tuulivoimakapasiteetin nousu Euroopassa on luonut tuulivoima-alalle paljon uusia työpaikkoja. Tuulivoimalan kokoonpano, pystytys, käyttöönotto ja huoltotoimenpiteet vaativat paljon työvoimaa. Samoin tuulivoiman lisäämiseen liittyvien lupien hakuprosessi sekä rakentamisen valvonta vaativat paljon asiantuntevia työntekijöitä. Vuonna 2008 tuulivoima-ala työllisti suoraan ja epäsuoraan noin ihmistä Euroopassa, kun vuonna 2002 tuulivoima työllisti Euroopassa noin ihmistä. Kasvu on näin ollen ollut mittavaa ja EWEA:n ennusteiden mukaan työllistävä vaikutus tulee kasvamaan. EWEA:n ennusteiden mukaan vuonna 2020 tuulivoiman suorasti ja epäsuorasti työllistävä vaikutus olisi Euroopassa noin ihmistä. Offshore - tuotannon rakentaminen ja samalla sen työllistävän vaikutuksen on ennustettu myös kasvavan huomattavasti, ohittaen onshore - tuotannon noin vuonna Näissä ennusteissa onkin otettu huomioon offshore - tuotannon vaatima suurempi työllistävä vaikutus. (EWEA, Wind at Work, 2009) Kuten kuvassa 4.1 on nähtävissä, suurin osa suorista työpaikoista tuulivoimateollisuudessa sijaitsee tuuliturbiinien sekä tuulivoimala-komponenttien valmistuksessa. Suurimmat tuuliturbiinien ja tuulivoimalan komponenttien valmistajat löytyvät Saksasta, Tanskasta ja Espanjasta. Vuonna 2007 jopa 75 % tuulivoimateollisuuden suorista työpaikoista sijaitsi kyseisissä maissa. (EWEA, Wind at Work, 2009)

63 4. Opetuksen ja tutkimuksen portfolio Euroopassa: Saksa, Tanska ja Espanja 56 3 % 1 % 0,3% 1 % Tuuliturbiinin valmistus Komponenttien valmistus 11 % 9 % 37 % Tuulipuistojen kehitys Asennus,käyttö ja huolto Verkkoonkytkentä Konsultointi 16 % Tutkimus ja kehitystyö Rahoitus 22 % Muut Kuva 4.1. Tuulivoimateollisuuden suorien työpaikkojen osuus eri toimialoilla. (EWEA, Wind at Work, 2009) EWEA:n tekemän tutkimuksen mukaan tuulivoimateollisuuden voimakas kasvu on aiheuttanut pulaa osaavista työntekijöistä. Tuulivoimaan liittyvän koulutuksen ja tutkimuksen tärkeys on näin tulevaisuudessa kasvussa. Etenkin tuulivoimalan valmistuksessa on vajausta tutkimuksen mukaan etenkin insinööreistä sekä käytön ja ylläpidon osaajista. Toisaalta myös eri maiden lupakäytäntöjen takia tuulivoimarakentamisen lupakäsittelyyn tarvitaan entistä enemmän henkilöitä, jotka omaavat asiantuntemusta niin tuulivoimasta kuin neuvotteluprosesseista. EWEA:n tutkimuksessa haastattelemat tuulivoimateollisuuden yritykset pitivät vähäisiä oppilasmääriä tuulivoimaa käsittelevillä kursseilla suurempana ongelmana kuin yliopistojen opetuksen laatua. Huonon tuulivoimaosaamisen vuoksi suurin osa juuri valmistuneista työntekijöistä vaatii lisäkoulutusta, jonka yritys yleensä itse organisoi. Ongelmana on myös eri maiden välisten asiantuntemuksen tarpeen vaihtelevuus esimerkiksi lupaasioissa. Nämä eri maiden väliset eroavaisuudet vaikeuttavat työvoiman liikkumista Euroopan sisällä. EWEA: n tutkimuksessa ehdotetaankin parannuksia, jotta koulutettu työvoima täyttäisi yritysten tarpeet. Tämä tarkoittaisi työvoiman liikkuvuuden parantamista, koulutuksen lisäämistä sekä yleisen tuulivoima-alan työllisyyspotentiaalin tietoisuuden kasvattamista. Koulutuksen lisäämiseksi ja työvoiman liikkuvuuden parantamiseksi TPwind (The European Wind Energy Technology Platform) onkin ehdottanut yhteistä Euroopan sisäistä koulutuskeskusta, jossa eri yliopistot ja yritykset voisivat kouluttaa tuulivoimaosaajia. (EWEA, Wind at Work, 2009)

64 4. Opetuksen ja tutkimuksen portfolio Euroopassa: Saksa, Tanska ja Espanja Saksa Vuonna 1991 Saksassa julistettiin sähkönsyöttöä koskeva laki, joka mahdollisti tuulivoimatuotannon lisäämisen. Lain voimaantulo varmisti tuulivoimantuottajille sähköverkkoon pääsyn sekä kohtuullisen kiinteän hinnan tuotetusta sähköstä. Lain julistamisen jälkeen kahdeksassa vuodessa asennettiin Saksaan 3000 MW uutta tuulivoimakapasiteettia. Vuonna 2000 otettiin Saksassa käyttöön uusiutuvan energian laki, joka siivitti tuulivoimakapasiteetin kasvun entistä suurempaan nousuun. Tuulivoimalla tuotetun energian määrä onkin Saksassa 2000-luvun alusta kasvanut jatkuvasti. Jo pelkästään vuonna 2002 rakennettiin Saksaan uutta tuulivoimaa yli 3000 MW. Vuonna 2009 Saksan tuulivoimaloiden yhteenlaskettu teho oli MW ja niiden tuottama energia vastasi 6,5 % Saksan sähkönkulutuksesta. Samalla tuulivoimateollisuus työllisti Saksassa noin ihmistä, joista noin suoraan tuulivoimayrityksissä. (IEA Wind Annual report 2010; Gasch R., Twele J. 2002) Yksi tärkeimmistä Saksan tuulivoimateollisuuden keskuksista sijaitsee Schleswig- Holsteinin alueella Pohjois-Saksassa. Schleswig-Holstein tuottaa noin 33 % käytetystä sähköstä tuulivoimalla. Tuulivoiman suosiollinen rakentaminen ja alueen positiivinen ilmapiiri tuulivoima-alaa kohtaan ovat luoneet alueelle paljon tuulivoimaan erikoistuneita pk-yrityksiä, tutkimuskeskuksia sekä koulutuslaitoksia Center of Excellence for Windenergy Schleswig-Holstein (CEwind) Schleswig-Holsteinin alueella Pohjois-Saksassa sijaitseva CEwind-keskus tarjoaa ylempää korkeakoulututkintoa (diplomi-insinööri) tuulivoimatekniikasta. Koulutuksen tavoitteena on luoda tuulivoima-alalle korkeatasoista ja kansainvälistä teollisuuden tarpeita vastaavaa koulutusta. Tämän vuoksi alueen parhaimmat voimavarat ovat kerätty yhdeksi opetuskokonaisuudeksi, jonka opetukseen osallistuu useampi alueen oppilaitos. CEwind-keskuksen tavoitteena on myös tiivistää yliopistojen ja yritysten yhteistyötä sekä luoda tuulivoima-alan teollisuudelle konsultointiverkosto. Lisäksi koulutuksen tavoitteena on luoda lisää T&K - toimintaa teollisuuden ja yliopistojen välille sekä tukea ongelmalähtöistä monitieteellistä yhteistyötä. Koulutus on tarkoitettu tekniikan kandidaatin tai vastaavan tutkinnon suorittaneille. Kaikki luennot, laboratorioharjoitukset, projektit ja tentit järjestetään englannin kielellä. Tämän vuoksi myös englanninkielen sujuva osaaminen on yksi valintakriteereistä. CEwind-keskus koostuu kuudesta eri koulutuslaitoksesta: Christian-Albrechts yliopiston teknillinen tiedekunta (Kiel), Flensburgin yliopisto, Kielin ammattikorkeakoulun teknillinen tiedekunta, Flensburgin ammattikorkeakoulu ja Länsirannikon (Westküste) ammattikorkeakoulu sekä yksityinen Nordakademie-yliopisto. Koulutuslaitokset ovat kaikki erikoistuneita tiettyihin tuulivoimaan liittyviin osioihin (taulukko 4.1). Kaikki opetus kuitenkin

65 4. Opetuksen ja tutkimuksen portfolio Euroopassa: Saksa, Tanska ja Espanja 58 tapahtuu vain kahdella kampuksella, Flensburgin yliopistolla ja Kielin ammattikorkeakoululla. Näissä oppilaitoksissa järjestetään myös suurin osa tuulivoimalan eri osa-alueisiin keskittyvistä kursseista. (Flensburg University of Applied Sciences (CEwind); CEwind, Center Of Excellence) Taulukko 4.1 CEwind koulutuslaitosten erikoistumisalat Koulutuslaitos Tuulivoimaa tukeva erikoistumisala Christian-Albrechts yliopiston teknillinen tiedekunta Merentutkimus, geotiede, ympäristötutkimus, (Kiel) talous, pintateknologia Flensburgin yliopisto Kestävät energiajärjestelmät, taloustiede Kielin ammattikorkeakoulun teknillinen tiedekunta Tekniikka, liiketalous Flensburgin ammattikorkeakoulu Energia- ja viestintätekniikka, tietokoneavusteinen koneenrakennus Länsirannikon (Westküste) ammattikorkeakoulu Liiketoiminta, oikeustiede, hallinto, tekniikka, teollisuusautomaatio Nordakademie yliopisto Liiketalous Kuvassa 4.2 on esitettynä CEwind-keskuksen organisaatiomalli, johon kuuluu neljä tiedekuntaa: konetekniikka, sähkö- ja tietoliikennetekniikka, ympäristötekniikka ja energiatalous. Organisaatiossa ohjausryhmä ohjaa tutkimusverkoston strategista suuntaa. Ohjausryhmään kuuluu jäsen jokaisesta neljästä tiedekunnasta. Tieteellinen neuvottelukunta koostuu teollisuuden, talouden ja politiikan osaajista, joiden kautta CEwind-keskus saa asiantuntevaa neuvontaa. Ohjausryhmä CEwindkeskus Tieteellinen neuvottelukunta Konetekniikka (Mekaniikka) Sähkö- ja tietoliikennetekniikka Ympäristötekniikka Energiatalous Yhteistyökumppanit: - Yritykset - Rahoittajat - ministeriöt Kuva 4.2. CEwind organisaatiomalli CEwind-keskus tarjoaa tuulivoimasuunnitteluun liittyvien eri osa-alueiden, kuten mekaniikan, sähkötekniikan, liiketalouden ja ympäristötekniikan opetusta. Taulukossa 4.2 on esitettynä CEwind-keskuksen koulutustarjonta lukukausittain. Opetus sisältää myös laajaa käytännön opetusta ajan tasalla olevien ohjelmistojen avulla.

66 4. Opetuksen ja tutkimuksen portfolio Euroopassa: Saksa, Tanska ja Espanja 59 Tuulivoimakoulutus CEwind-keskuksessa kestää kolme lukukautta, joista kahdella ensimmäisellä opiskellaan tuulivoima-alaan liittyviä aihealueita ja viimeisellä kolmannella lukukaudella tehdään lopputyö joko työelämään tai yliopistolle. (Flensburg University of Applied Sciences (CEwind)) Taulukko 4.2. CEwind koulutustarjonta (Flensburg University of Applied Sciences, CEwind) Kahden ensimmäisen lukukauden opinnot käsittävät seuraavat kurssit: Ensimmäinen lukukausi (1.) Toinen lukukausi (2.) Tuulivoimalan melu ja tärinä Rakenteellinen lujuus ja materiaalit Aerodynamiikka ja aeroelastisuus Kestävät energiajärjestelmät Kestävien energiajärjestelmien kehitys Valinnaisina kursseina (1. lukukausi) Voimansiirtokomponentit Ympäristötiede Energian käytön ulkoiset kustannukset Energiakauppa Sähköverkon integrointi ja suurjännitetekniikka Generaattorit ja tehoelektroniikka Ohjaus- ja automaatiojärjestelmät Ympäristötieteen perusteet Valinnaisina kursseina (2.lukukausi) Kehittyneet tuuliturbiinijärjestelmät Offshore Teknillinen matematiikka Mittaus- ja sertifiointi Liiketalous

67 4. Opetuksen ja tutkimuksen portfolio Euroopassa: Saksa, Tanska ja Espanja Tanska Tanska on yksi maailman johtavista maista tuulivoimateknologian alalla. Tanskan tuulivoiman kehitystyö alkoi jo 1970-luvulla öljykriisin aikoihin, jolloin Tanskan energian tuotanto perustui 98 % tuontiöljyyn. Tuontiöljyn tilalle piti löytää toinen energiantuotantomuoto. Tuulivoima nousi kivihiilen ohi merkittävimmäksi tutkimuskohteeksi lähinnä hiilidioksidipäästöttömyyden takia. Tanskassa tuulivoimalat olivat maatilojen omistuksessa, mikä vaikutti tuulivoimaloiden lähellä asuvien ihmisten mielipiteisiin tuulivoimasta positiivisesti, näin helpottaen projektien loppuun saattamista. Tuuliturbiiniteollisuus työllistää Tanskassa noin ihmistä. Tanska onkin 27 % osuudella maailman suurin tuulivoimaosaaja. Tanskan sähköntuotannosta noin 20 % syntyy tuulivoimalla DTU Technical University of Denmark DTU on perustettu 1829 ja se koostuu monesta eri tutkimusyksiköstä ja laitoksesta ympäri Tanskaa. Kaikki DTU:n opetus kuitenkin sijaitsee pääkampuksella Lyngbyssä 15 km Kööpenhaminasta pohjoiseen. Vuonna 2008 DTU:ssa opiskeli 6270 opiskelijaa ja valmistuneiden yhteismäärä oli Näistä valmistuneista 755 valmistui diplomiinsinööreiksi (taulukko 4.3). DTU:ssa on 34 eri alojen maisterin tutkintoon tähtäävää koulutusohjelmaa, joista yksi on tuulienergiaan erikoistunut koulutusohjelma. Miltei kaikille näistä koulutusohjelmista DTU tarjoaa englanninkielistä opetusta. Englanninkielinen opetus helpottaa vaihto-opiskelua ja kansainvälistä yhteistyötä. Vuonna 2008 DTU:ssa opiskeli maisterin tutkintoon tähtäävissä tutkinnoissa 258 ulkomaalaista. Lyngbyn ulkopuolella sijaitsevista laitoksista tuulivoiman kannalta mielenkiintoisin on Risø DTU, joka sijaitsee noin 40 km Kööpenhaminasta länteen. Tässä laitoksessa sijaitsee kansallinen kestävän kehityksen laboratorio, jossa yksi tutkimuskohteista on tuulivoima ja sen kehittäminen. (DTU) Taulukko 4.3. DTU:n opiskelijoiden määrä sekä suoritetut tutkinnot vuonna 2008 (DTU, facts and figures) Suoritetut tutkinnot Opiskelijoita Kandidaatti (BEng) Kandidaatti (BSc) Diplomi-insinööri (MSc) Yhteensä Kansainväliset opiskelijat Opiskelijoiden määrä Vaihto-opiskelijat 560 Kesäyliopisto opiskelijat 75 Kansainväliset opiskelijat (MSc) 258 DTU:n opiskelijat ulkomailla 162

68 4. Opetuksen ja tutkimuksen portfolio Euroopassa: Saksa, Tanska ja Espanja 61 DTU tarjoaa tuulivoimakoulutuksen, joka mahdollistaa opiskelun diplomi-insinööriksi tuulienergiasta. Hakeakseen tähän koulutuslinjaan on oltava tekniikan kandidaatin tutkinto jo valmiiksi suoritettuna. Koulutuksen tavoitteena on antaa yleinen käsitys tuulienergiasta ja syventävää tietoa siihen liittyvästä teknologiasta. Koulutus antaa mahdollisuuden analysoida, suunnitella, kehittää ja käyttää tuulivoimajärjestelmiä. Kuvassa 4.3 on esitettynä DTU:n tuulivoima-alan koulutusohjelman organisaatiomalli. Koulutusohjelman toteutukseen kuuluvat DTU:n konetekniikan-, sähkötekniikan-, tietotekniikan- ja matemaattisen mallintamisen laitos sekä Risø DTU:n (kestävän kehityksen laboratorion) tuulivoimaosasto. Myös tuulivoimateollisuus ja muut ulkoiset toimijat ovat aktiivisesti mukana yhteistyössä koulutusohjelmassa. Nämä tahot osallistuvat myös opetukseen sekä ovat mukana diplomityön työstämisessä. DTU Risø DTU, Tuulivoima-alue Konetekniikan laitos Sähkötekniikan laitos Tietotekniikan laitos Matemaattisen mallintamisen laitos - T&K-toimintaa - Projekteja, opinnäytetöitä, harjoittelua Kuva 4.3 DTU:n tuulivoimakoulutuksen organisaatiomalli. Tuulivoimakoulutuksen rakenteeseen kuuluu kaikille samat yleiset kurssit, jotka antavat perusteet tuulivoimakoulutukselle. Näiden jälkeen opiskelija voi erikoistua joko sähkötekniikkaan tai konetekniikkaan oppien näin erikoisalastaan enemmän. DTU:n kurssivalikoima ja koulutuksen rakenne ovat nähtävissä taulukossa 4.4. Samassa taulukossa on esitettynä myös kursseista vastaavat laitokset. Opintokokonaisuus koostuu 120 opintopisteestä, josta 30 opintopistettä tulevat yleisistä kursseista ja 30 opintopistettä erikoistumisjaksolta sekä 30 opintopistettä diplomityöstä. Lisäksi opiskelijan tulee suorittaa vähintään 30 opintopistettä valinnaisia kursseja. Valinnaiset kurssit voivat olla mitä tahansa DTU:n opetuksen edistyneen tason kursseja. Kuitenkin DTU:lla on koulutusta täydentäviä kursseja, joita suositellaan valinnaisiksi kursseiksi erikoistumispuolen mukaisesti (sähkötekniikka tai konetekniikka). Näiden erikoistumispuolien valinnaisten kurssien aihealueet ovat nähtävissä taulukossa Risø DTU (kestävän kehityksen laboratorio) Tutkimuslaitoksessa tutkitaan meteorologiaa, aeroelastista mallintamista, tuulivoiman verkkoon kytkemistä, offshore - teknologiaa, optimointia ja kustannusten minimoimista sekä uusien konseptien, komponenttien ja materiaalien tutkimista. Tutkimustoimintaa rahoittaa myös EU, jonka rahoituksella tutkimuslaitos tutkii esimerkiksi

69 4. Opetuksen ja tutkimuksen portfolio Euroopassa: Saksa, Tanska ja Espanja 62 pystyroottorisen tuulivoimalan (Darrieus) soveltumista offshore - tuotantoon. Tutkimustoiminnan lisäksi Risø DTU järjestää koulutustilaisuuksia ja luentoja tuulivoimasta sekä muista kestävän kehityksen aihepiireistä. (DTU, Risø [WWW]; Denmark.dk, The Official Website of Denmark. Risø DTU [WWW]) Taulukko 4.4 DTU:n kurssivalikoima (DTU, Technical University of Denmark. Study Handbook 2010/2011) Yleiset kurssit (DTU) Op. Kurssin järjestävä laitos Käytännön mikrokontrollerin ohjelmointi 5 Sähkötekniikan laitos Suurjännitetekniikka 10 Sähkötekniikan laitos Tuulivoimaloiden mittaustekniikka 10 Sähkötekniikan- ja konetekniikan laitos, Risø Tuulivoimaloiden suunnittelu 10 Sähkötekniikan laitos Tuulivoimaloiden tekniikka ja aerodynamiikka 7.5 Konetekniikan- ja sähkötekniikan laitos Soveltava CFD (virtauslaskenta) 5 Konetekniikan laitos Kehittynyt virtaustekniikka 10 Konetekniikan laitos Tekniikka, talous, hallinto ja organisaatio 10 Johtamistekniikan laitos Tuulipuistojen suunnittelu ja kehittäminen 5 Risø, konetekniikan laitos Tuuliresurssit ja tuuliturbiinien kuormat 5 Risø Erikoistumiskurssit (DTU) Sähkötekniikka Op. Tehoelektroniikka 10 Sähkötekniikan laitos Sähköjärjestelmän toiminta 5 Sähkötekniikan laitos Laskennalliset sähköenergiajärjestelmät 5 Sähkötekniikan laitos Sähkövoimajärjestelmien vakaus ja valvonta 10 Sähkötekniikan laitos Sähkökoneet sähkövoimajärjestelmissä 5 Sähkötekniikan laitos Tuulivoiman integrointi sähköjärjestelmään 5 Sähkötekniikan laitos Konetekniikka Op. Turbulenssi teoria 7.5 Konetekniikan laitos Rakenteiden dynamiikka: teoria ja analyysi 7.5 Konetekniikan laitos Aaltojen dynamiikka: lineaarinen ja epälineaarinen 10 Konetekniikan laitos Virtauslaskenta 10 Konetekniikan laitos Tuuliturbiinien aeroelastisuus 10 Konetekniikan laitos Koneiden dynamiikka 5 Konetekniikan laitos Lujuusoppi (FEM) 10 Konetekniikan laitos Laminaatti-ja sandwich-rakenteet 10 Konetekniikan laitos, Risø Kokeellinen virtausmekaniikka 5 Konetekniikan- ja rakennustekniikan laitos Tuuliturbiinin aeroelastisuuden suunnittelu 10 Risø

70 4. Opetuksen ja tutkimuksen portfolio Euroopassa: Saksa, Tanska ja Espanja 63 Taulukko 4.5. DTU:n erikoistumispuolten suosittelemien kurssien aihealueet Aerodynamiikka ja virtausoppi Rakenteellinen mekaniikka Tuuliturbiinin rakentaminen ja materiaalit Offshore - teknologia Sähkösuunnittelu, verkkoliitännät ja sähköjärjestelmien integraatio Säätö ja ohjaus Tuulienergian ennustus ja optimointi Kansallinen verkottuminen Vuonna 2006 Tanskan hallitus esitteli raportin ympäristön kannalta tehokkaiden teknologioiden edistämiseksi. Raportissa ehdotettiin valtion, yritysten ja tutkimuslaitosten sekä yliopistojen yhteistyön kasvattamista innovaatioiden osalta. Tuulivoima-alan innovaatioiden kasvattamiseksi perustettiin Megavind yhteistyökeskus. Megavindin strategiana on yhdistää koulutus ja tutkimus sekä validointi, esittely ja testaus, millä luodaan innovaatioiden edellyttämä toimintaympäristö. (Danish Ministry of The Enviroment, Megawind) DTU:ssa julkaistujen tutkintotöiden aihekategoriat on esitetty kuvassa 4.4 Näihin julkaisuihin kuuluvat vuoden 2003 jälkeen julkaistut tuulivoimaan liittyvät väitöskirjat sekä diplomityöt. Suurimpana tutkinnan kohteena ovat olleet tuuliturbiinit, niiden rakenteellinen mallintaminen ja käyttäytyminen tuuliolosuhteissa sekä aerodynamiikka. Myös tuulivoimameteorologia sekä tuulivoimaloiden verkostovaikutukset kytkettäessä verkkoon ovat DTU:ssa julkaistujen tutkintotöiden kategorioista olleet hieman muita enemmän tutkinnan kohteena.

71 4. Opetuksen ja tutkimuksen portfolio Euroopassa: Saksa, Tanska ja Espanja 64 Tuuliturbiinit: rakenteellinen mallintaminen, käyttäytyminen Tuulivoimameteorologia: tuulen synty,tuulenmittaus, Tuulivoimaloiden kytkeminen verkkoon, vaikutukset, säännökset Säätö ja vakaus sähköverkon kannalta Tuulivoimateknologian kehitys ja energian varastointi Etämonitorointi ja ohjaus Rakenteiden mekaniikka/ lujuuslaskenta, värähtely, materiaalit Sähkömarkkinat Virtausoppi Offshore-teknologia Tuulivoimala: suunnittelu ja mallintaminen Tuulivoimalan toiminta kylmissä olosuhteissa Sähköverkon suojaus Tehonsyöttölaitteet, verkkovaihtosuuntaajat Sähkökoneet (generaattorit) tuulivoimajärjestelmässä Talous ja tuotannon optimointi Tuulivoimalan sähköiset voimansiirtojärjestelmät Tuulivoimalan mekaaniset voimansiirtojärjestelmät Sähkökäyttöjen säätö Kuva 4.4 DTU:ssa vuosina julkaistujen tutkintotöiden kategoriat (DTU)

72 4. Opetuksen ja tutkimuksen portfolio Euroopassa: Saksa, Tanska ja Espanja Espanja Espanjan sähkönkulutuksesta 14,5 % katetaan tuulivoimalla. Vuonna 2009 Espanjan tuulivoimakapasiteetti oli n.19 GW. Tuulivoimakapasiteetin kasvu Espanjassa on ollut nopeaa ja esimerkiksi vuonna 2009 asennettiin noin 2,5 GW lisää tuulivoimakapasiteettia. Espanja onkin tuulivoimamarkkinoiltaan maailman neljänneksi suurin maa. Tuulivoimateknologian ja kapasiteetin kasvu Espanjassa on suurelta osin valtion ja itsehallintoalueiden tuulivoimamyönteisen tukipolitiikan ansiota. Espanjassa otettiin käyttöön syöttötariffi vuonna 1994, joka teki tuulivoimasta kannattavan energiantuotantomuodon. Syöttötariffin käyttöönoton jälkeen vuodesta 1995 vuoteen 2000 Espanjan tuulivoimakapasiteetti miltei kaksinkertaistui vuosittain. Myös tiettyjen itsehallintoalueiden tuulivoimamyönteinen tukiprosessi edesauttoi tuulivoimaosaamisen kasvua näillä itsehallintoalueilla. Eräs näistä alueista on Navarren itsehallintoalue Pohjois-Espanjassa, jossa tuotetaankin noin 60 % käytetystä energiasta uusiutuvilla energialähteillä. (Global Wind Energy Council, Spain; Sijm J.P.M. 2002) Espanjan yliopistojen tutkintorakenne koostuu kandidaatin opinnoista (grado) sekä tutkinnon jälkeisistä opinnoista (estudios de postgrado), joihin kuuluvat maisterin (máster) ja tohtorin (doctorado) opinnot. Nämä maisterin opinnot jakaantuvat vielä kahteen eri kategoriaan, joita ovat viralliset maisterin opinnot (máster oficial) sekä epäviralliset yliopiston omat maisterin opinnot (máster propio). Näistä viralliset maisterin opinnot ovat pohjakoulutus tohtorin tutkinnolle. Seuraavassa luvussa käsiteltävä Universidad Pública de Navarra tarjoaa virallisia maisterin opintoja. (Maatieto, haku maisteriopintoihin.) Universidad Pública de Navarra (UPNA) Public University of Navarre UPNA sijaitsee Pohjois-Espanjan Navarren itsehallintoalueella Pamplonan kaupungissa. UPNA:n uusiutuvien energialähteiden ylemmän korkeakoulututkinnon tavoitteena on kouluttaa alalle asiantuntijoita, ammattilaisia ja tutkijoita. UPNA:n uusiutuvien energialähteisiin liittyvä tutkinto on erikoistunut sähkön tuottamiseen uusiutuvilla energialähteillä. Näin ollen se sisältääkin lähinnä sähkö- ja energiatekniikan opintoja. Tutkinto sisältää 72 opintopistettä (ECTS) ja kestää 3 lukukautta (noin 1,5 vuotta). Taulukossa 4.5 esitetty tutkintorakenne sisältää 4 moduulia, joista viimeisellä voi valita tutkijan tai akateemisen tutkinnon. Moduuli 5 mukainen tutkijankoulutus auttaa opiskelijaa saavuttamaan hyvät pohjatiedot tutkijan uraa ajatellen. Tutkintorakenteen moduuleista moduulit 1 ja 2 ovat pakollisia ja moduuli 3 on täydentäviä valinnaisia kursseja. Ensimmäisellä lukukaudella (moduuli 1) käsiteltävät asiat ovat yleisesti uusiutuviin energialähteisiin liittyviä perusasioita. Toisen lukukauden (moduuli 2) aihealueet ovat syvempiä katsauksia uusiutuvien energialähteiden eri teknologioihin. Tutkijan opinnäytetyö on kooltaan hieman laajempi mitä akateemisen tutkinnon.

73 4. Opetuksen ja tutkimuksen portfolio Euroopassa: Saksa, Tanska ja Espanja 66 Opiskelupaikkoja on vuosittain noin 30 ja nämä paikat täytetään tietyillä valintakriteereillä. Tutkinto on maisterin tutkinnon tasoinen ja pääsyvaatimuksena on kandidaatin tasoinen tutkinto. (UPNA [WWW]) Taulukko 4.5 UPNA tutkintorakenne (UPNA) Ensimmäinen lukukausi (Moduuli 1) Kurssin nimi Op. Uusiutuvien energiavarojen arviointi 6 Uusiutuvan energian sosioekonomiset lähtökohdat 4,5 Sähkögeneraattorit I 3 Sähkögeneraattorit II 4,5 Tehoelektroniikka uusiutuvissa energiajärjestelmissä 6 Uusiutuvien energiajärjestelmien viestintä (etämonitorointi) 4,5 Yhteensä 28,5 Toinen lukukausi (Moduuli 2) Kurssin nimi Op. Tuulivoimajärjestelmät I 3 Tuulivoimajärjestelmät II 4,5 Aurinkosähköjärjestelmät I 3 Aurinkosähköjärjestelmät II 4,5 Uusiutuvien energialähteiden integrointi sähköverkkoon 6 Erilliset järjestelmät (aurinko-, tuuli- ja vesivoima) 4,5 Yhteensä 25,5 Valinnaiset kurssit (Moduuli 3) Kurssin nimi 1.lukukausi (Moduuli 1) Op. Aurinkolämpö ja lämpösähkö 3 2.lukukausi (Moduuli 2) Vesivoima 3 Biomassa ja biopolttoaineet 3 Vetyteknologiat 3 Sähköauto 3 Kolmas lukukausi (Moduulit 4 ja 5) Kurssin nimi Op. Opinnäytetyö (akateeminen, moduuli 4) 12 Opinnäytetyö (tutkija,moduuli 5) 18

74 67 5. TUULIVOIMA-ALAN OSAAMISKARTOITUS SUOMESSA Tässä luvussa kartoitetaan Suomen tuulivoima-alan osaamista. Kartoituksen apuna tuulivoima-alaan liittyviin yrityksiin (113 kpl) lähetettiin kyselylomake, jonka perusteella analysoitiin Suomen tuulivoima-alan yritysten koulutuksen ja tutkimuksen tarpeet sekä niiden tämänhetkinen tilanne. Kyselyyn vastasi 41 Suomen tuulivoimaalaan liittyvää yritystä, näin ollen vastausprosentiksi tuli noin 36 %. Kysely lähetettiin Suomen tuulivoimayhdistys ry:n jäsenille, energiateollisuuden tuulivoimatoimikunnan jäsenille sekä Teknologiateollisuus ry:n tuulivoima-alan toimialaryhmän jäsenille. Kyselyyn vastanneiden yritysten joukossa on myös pientuulivoimayrityksiä. Kyselyn analysoinnissa käytetään jakoa, jossa ensin analysointi kohdistuu vastanneisiin yrityksiin, minkä jälkeen analysoidaan yritysten tarpeita koulutuksen suhteen. Tämän jälkeen analysointi kohdistuu yritysten T&K toiminnan tarpeisiin sekä lopuksi edellisiä aihealueita hyväksi käyttäen yhteenvetoon, joka sisältää analysointia kaikista edellisistä aihealueista Kyselyyn vastanneiden yritysten analysointi Kuvassa 5.1 on esitettynä kyselyyn vastanneiden yritysten toimialat. Kyselyyn vastanneista yrityksistä miltei kolmasosa oli tuulivoimalan järjestelmä- ja komponenttivalmistajia. Toiseksi suurin osuus kyselyyn vastanneista yrityksistä olivat tuulivoimalavalmistajia. Kuvassa esiintyvien toimialojen lisäksi Jokin muu - vaihtoehdossa esiintyi tiettyyn tuulivoima-alaan liittyvään spesifiseen aiheeseen erikoistuneita sekä konsultointia harjoittavia yrityksiä. Kyselyyn vastanneiden yritysten joukossa ei ollut tuulivoima-alan koulutukseen, tutkimus- ja tuotekehitykseen tai tuotantoautomaatioon keskittyviä yrityksiä.

75 Vastanneiden yritysten osuus, % 5. Tuulivoima-alan osaamiskartoitus Suomessa 68 Kuva 5.1 Kyselyyn vastanneiden yritysten toimialat. Kyselyyn vastanneiden yritysten kokoluokkaa tutkittiin yritysten liikevaihdon avulla. Kuvassa 5.2 on esitetty yritysten liikevaihto tuulivoiman osalta Suomessa (M ). On huomattavissa, että suurimmalla osalla yrityksistä on liikevaihto tuulivoiman osalta Suomessa alle 5 miljoonaa euroa vuodessa. Kyselyyn vastanneiden yritysten koko on näin ollen pieni, kun vertailuna käytetään yritysten liikevaihtoa tuulivoiman osalta. Kyselyyn vastanneista yrityksistä yhden yrityksen liikevaihtoa ei ole ilmoitettu. Yritysten liikevaihto, M Kuva 5.2 Kyselyyn vastanneiden yritysten liikevaihto tuulivoiman osalta Suomessa (M ).

76 Vastanneiden yritysten osuus, % 5. Tuulivoima-alan osaamiskartoitus Suomessa 69 Kuvassa 5.3 on huomattavissa, että yrityksistä puolella on liikevaihto myös koko liiketoiminnan osalta alle 5 miljoonaa euroa. Kuitenkin monella kyselyyn vastanneista yrityksistä on koko liike - toiminnan osalta liikevaihto huomattavasti suurempi kuin pelkästään tuulivoiman osalta. Yritysten liikevaihto, M Kuva 5.3 Kyselyyn vastanneiden yritysten liikevaihto koko liiketoiminnan osalta Suomessa (M ). Kyselyyn vastanneiden yritysten kokoluokkaa arvioidaan myös henkilöstön määrän avulla. Kuvassa 5.4 on esitettynä yritysten henkilöstön määrä tuulivoiman osalta Suomessa. Yli puolella vastanneista yrityksistä henkilöstön määrä on alle viisi henkilöä, kuitenkin myös suurempia henkilömääriä esiintyy. Kyselyyn vastanneiden yritysten pieni liikevaihdon määrä tuulivoiman osalta on myös näkyvissä yritysten tuulivoimaan liittyvän henkilöstön määrässä. Kyselyyn vastanneista yrityksistä yhden yrityksen henkilöstön määrää ei ole ilmoitettu.

77 Vastanneiden yritysten osuus, % Vastanneiden yritysten osuus, % 5. Tuulivoima-alan osaamiskartoitus Suomessa 70 Yritysten henkilöstö, henkilöä Kuva 5.4 Kyselyyn vastanneiden yritysten henkilöstön määrä tuulivoiman osalta Suomessa. Kyselyyn vastanneiden yritysten henkilöstön määrä koko liiketoiminnan osalta on huomattavasti suurempi kuin pelkästään tuulivoimaan liittyvän henkilöstön määrä (kuva 5.5). Yritysten henkilöstön määrä on koko liiketoiminnan osalta noin puolella alle 25 henkilöä, kuitenkin neljäsosalla vastanneista yrityksistä samainen henkilöstön määrä on yli 500 henkilöä. Vertailtaessa henkilöstön määriä koko liiketoiminnan ja pelkästään tuulivoiman osalta on pääteltävissä, että ainoastaan tuulivoimaan panostavien yritysten määrä on suhteellisen pieni. Yritysten henkilöstö, henkilöä Kuva 5.5. Kyselyyn vastanneiden yritysten henkilöstön määrä koko liiketoiminnan osalta Suomessa.

78 5. Tuulivoima-alan osaamiskartoitus Suomessa 71 Kuvassa 5.6 on esiteltynä kyselyyn vastanneiden yritysten vahvimmat osaamisalueet. Kyselyyn vastanneiden Suomessa toimivien tuulivoimaan liittyvien yritysten osaamisalueet painottuvat suunnitteluun ja T&K - toimintaan, komponentti- ja järjestelmävalmistukseen sekä projektien toteutukseen sekä tuulivoimaloiden asennukseen. Osaamisalueet vastaavat hyvin kuvassa 5.1 esitettyjen kyselyyn vastanneiden yritysten toimialoja. Noin neljännes yrityksistä oli tuulivoimalan järjestelmä- ja komponenttivalmistajia, mikä näkyy myös osaamisalueiden arvioinnissa, komponentti- ja järjestelmävalmistuksen ollessa yksi suurimmista osaamisalueista. Tuulivoimaan liittyvän suunnittelun ja T&K - toiminnan vahvimmat osaamisalueet keskittyvät tuulivoimalan sijoituspaikkaan sekä toimintaan liittyviin mittauksiin, tuulivoimalan rakenteisiin liittyvään T&K - toimintaan sekä tuulivoimaloiden ja tuulivoimapuistojen suunnitteluun. Komponentti- ja järjestelmävalmistuksen keskeisimmät osaamisalueet liittyvät tehonsyöttölaitteisiin ja generaattoreihin sekä tuulivoimalan teräs-, komposiitti- sekä betonirakenteiden valmistukseen. Lisäksi vahvana osaamisalueena yrityksissä pidetään tuulivoimaprojektien toteutusta sekä tuulivoimaloiden asennusta. Kyselyn perusteella voidaan havaita, että kyselyyn vastanneiden yritysten osalta Suomesta löytyy tuulivoimaosaamista suunnittelun ja T&K:n, komponentti- ja järjestelmävalmistuksen sekä tuulivoimaprojektien toteutusten osalta. Vahvimmat osaamisalueet 8 % Suunnittelu ja T&K 7 % 10 % 22 % 24 % 29 % Komponentti- ja järjestelmävalmistus Projektien toteutus sekä tuulivoimaloiden asennus Energian tuotantoon liittyvä osaaminen Tuulivoimaloiden valmistus sekä huolto Yhteistyö ja kansainvälisyys Kuva 5.6 Kyselyn perusteella Suomessa toimivien tuulivoima-alaan liittyvien yritysten vahvimmat osaamisalueet. Tutkittaessa yritysten kansainvälisyyttä ja kansainvälistä osaamista, voidaan kyselyn perusteella todeta että n. 67 % vastanneista yrityksistä ei ole Suomen ulkopuolella toimipistettä. Rajapinta yrityksillä muihin maihin sekä mahdollinen osaamisyhteistyö muiden maiden kanssa on näin ollen vähäistä. Tämä voi olla rajoittava tekijä mahdollisilla kansainvälisillä markkinoilla.

79 5. Tuulivoima-alan osaamiskartoitus Suomessa 72 Yritysten tulevaisuuden kehitystavoitteiden osaamisalueet ovat esillä kuvassa 5.7. On havaittavissa, että miltei puolet ilmoittaa tavoitteikseen kehittyä tuotekehitykseen ja suunnitteluun liittyvillä osaamisalueilla. Kyselyyn vastanneista yrityksistä 22 % pitää tavoitteenaan kehittyä tuulivoimaprojekteihin liittyvillä osaamisalueilla. On nähtävissä, että yritysten tulevaisuuden kehitystavoitteet liittyvät yritysten vahvimpiin osaamisalueisiin, jotka on esitetty kuvassa 5.6. Lisäksi 15 % yrityksistä pitää tavoitteinaan kehittää osaamistaan kaikilla tuulivoimaan liittyvillä osa-alueilla. Yritysten tuotekehityksen ja suunnittelun kehittäminen tulevaisuudessa liittyy jo olemassa oleviin tuotteisiin, kuten tuulivoimalan komponentti- ja järjestelmävalmistukseen, mutta lisäksi uusien tuotteiden kehittämiseen. Myös tulevaisuuden kehitystavoitteissa on havaittavissa komponentti- ja järjestelmävalmistajien suuri määrä vastanneiden yritysten joukossa. Tulevaisuuden kehitysalueet 7 % 5 % Tuotekehitys ja suunnittelu Tuulivoimaprojektit 10 % 15 % 41 % Kaikilla tuulivoimaan liittyvillä osaamisalueilla Energian tuotanto Palveluliiketoiminta 22 % Kansainvälisyys Kuva 5.7. Kyselyyn vastanneiden yritysten tulevaisuuden kehitysalueet. Kuvassa 5.8 on esitettynä kyselyyn vastanneiden yritysten yhteistyön määrä tuulivoimaan liittyvissä eri yhteistyökategorioissa. Kyselyyn vastanneista yrityksistä miltei jokaisella on yhteistyötä koulutuksen, T&K:n tai liiketoiminnan osalta. Vastanneista yrityksistä 42 % on T&K - yhteistyötä sekä noin 38 % yrityksistä on yhteistyötä liiketoiminnan osalta. Koulutusyhteistyön osuus on kategorioista selkeästi pienin vain 20 % yrityksistä kertovat tekevänsä yhteistyötä koulutuksen osalta. Yritysten T&K yhteistyö tapahtuu suurimmaksi osaksi komponenttivalmistajien sekä tutkimuslaitosten ja yliopistojen kesken. Liiketoiminnan osalta yritykset tekevät yhteistyötä muun muassa komponentti-valmistajien, tuulivoimalavalmistajien, alihankkijoiden sekä asiakkaiden kanssa. Koulutusyhteistyö keskittyy lähinnä yliopistoissa tehtyihin opinnäytetöihin sekä luentojen ja koulutuksen järjestämiseen.

80 5. Tuulivoima-alan osaamiskartoitus Suomessa 73 Yhteistyön tyyppi 20 % 38 % 42 % Koulutus T&K Liiketoiminta Kuva 5.8. Kyselyyn vastanneiden yritysten yhteistyön tyyppi. Kuvassa 5.8 esitetyn yhteistyön kategorioiden lisäksi kyselyn perusteella voidaan todeta, että tuulivoima-alan yritykset tekevät paljon yhteistyötä tuulivoimalavalmistajien kanssa. Tuulivoimalavalmistajien lisäksi yhteistyötä tehdään konsultointiyritysten, tuulivoiman komponentti- ja järjestelmävalmistajien sekä tutkimusta suorittavien tahojen kanssa. Kyselyn perusteella yritykset tekevät myös yhteistyötä esimerkiksi oppilaitosten, energiayhtiöiden sekä tuulivoiman ja komponenttien kehittämiseen keskittyvien yritysten kanssa. On kuitenkin nähtävissä, että yhteistyö on vähäisempää näillä alueilla. Lisäksi yrityksillä on hieman yhteistyötä myös alihankkijoiden, huolto- ja kunnossapitoyritysten sekä tuulivoiman projektikehitystä tekevien yritysten kanssa. Yritykset näkevät tärkeimmäksi tulevaisuuden yhteistyötarpeeksi yhteistyön T&K:n ja suunnittelun osalta. Suurin osa T&K:n ja suunnittelun yhteistyötarpeista on tuotekehityksen parissa. Seuraavaksi tärkeimpänä yritykset pitävät yhteistyön kasvamista kaikilla tuulivoima-alan osa-alueilla. Tästä voidaan päätellä, että tämän hetkinen tuulivoima-alan yritysten yhteistyön määrä on suhteellisen pieni. Yritykset näkevät myös tärkeänä yhteistyön tuulivoimalan valmistusketjun, erityisesti alihankinnan kanssa, sekä yhteistyön tuulivoimaprojektien ja koulutusta tarjoavien oppilaitosten kanssa (lähinnä yliopistot). Edellä mainittujen yhteistyösektoreiden lisäksi muutamat yritykset näkevät myös tärkeinä yhteistyön käyttö- ja kunnossapito-toiminnan sekä yrityksen ja asiakkaan välisen rajapinnan kanssa. Suurimmat esteet tuulivoima-alan yritysten yhteistyölle ovat kyselyn mukaan Suomen pienet tuulivoimamarkkinat sekä yritysten välisten verkostojen puuttuminen. Yritykset näkevät esteinä myös ajan, rahan ja henkilöstöresurssien puutteen, tarvittavan osaamisen puuttumisen, yleisen tuulivoima-alan vastustuksen sekä yritysten kilpailutilanteen. Ainoastaan muutama yritys ei näe esteitä yhteistyön toteutumiseen. Tuulivoima-alan pienet markkinat voidaan osaksi selittää Suomen tuulivoimatilanteella, jossa monet yrityksistä odottavat markkinoiden aukeamista. Lisäksi yritysten esteenä

81 5. Tuulivoima-alan osaamiskartoitus Suomessa 74 pitämä yleinen vastustus ja tietämättömyys tuulivoima-alaan varmasti vaikuttavat markkinoiden kokoon ja markkinoiden tämän hetkiseen tilaan. On kuitenkin odotettavissa, että lähitulevaisuudessa markkinat kasvavat Suomessa hyvin nopeasti. Markkinoiden kasvaessa yhteistyön tärkeys kasvaa, kuitenkin kyselyn perusteella yrityksillä on vaikeuksia löytää sopivia yhteistyökumppaneita. Olisikin tärkeää parantaa yritysten välistä verkostoitumista ja parantaa näin suomalaisten yritysten mahdollisuuksia myös kansainvälisillä markkinoilla. Kyselyyn vastanneiden yrityksien suurimmat kilpailijat ovatkin kyselyyn perustuen suurimmaksi osaksi ulkomaalaisia yrityksiä. Lisäksi yritysten tämän hetkiset rahalliset panostukset sekä resurssit ovat suhteellisen pieniä, millä voidaan myös selittää osaa yritysten näkemistä esteistä yhteistyölle. Osaamisen puuttumiseen voidaan vaikuttaa tarjoamalla parempaa koulutusta sekä lisäämällä oppilaitosten ja yritysten välistä yhteistyötä. Osaamisen puuttuminen heijastuu kyselyn vastauksista yritysten tuulivoima-alan osaajien löytämisestä. Kyselyyn vastanneista yrityksistä yli puolet (n. 58 %) pitää tuulivoima-alan osaajien löytämistä vaikeana. Vain noin 24 % vastanneista yrityksistä pitää tuulivoima-alan osaajien löytämistä helppona. Tuloksesta voidaan päätellä, että yksi suurimmista ongelmista on suomalaisen tuulivoima-alan osaamisen puuttuminen. Tähän suurimpana syynä voidaan pitää Suomen volyymiltaan kapeaa tuulivoima-alan koulutusta Yritysten koulutustarpeiden analysointi Kuvasta 5.9 voidaan nähdä, että 64 % yrityksistä pitää koulutuksen osalta tärkeänä erikoistumista tiettyyn osa-alueeseen. Yrityksistä 24 % pitää yleispätevää koulutusta tuulivoima-alasta tärkeänä ja 12 % kyselyyn vastanneista yrityksistä ei näe tarvetta koulutukselle. Tärkeinä erikoistumisalueina pidetään muun muassa sähköteknisiin ratkaisuihin liittyviä (verkkoon kytkentä, generaattoreiden mitoitus, tehoelektroniikka yms.), konetekniikkaan liittyviä (lujuuslaskenta, värähtelyt yms.) ja tuulivoimaprojektiin liittyviä (asennus, suunnittelu, YVA yms.) aihealueita. Koulutustarve 12 % Erikoistumista 24 % 64 % Yleispätevää Ei tarvetta Kuva 5.9. Kyselyyn vastanneiden yritysten koulutuksen tarve.

82 Vastanneiden yritysten osuus, % 5. Tuulivoima-alan osaamiskartoitus Suomessa 75 Kyselyn perusteella Suomen tuulivoima-alan yritysten suurimmat tarpeet olisivat ylemmän korkeakouluasteen henkilöstöllä (Kuva 5.10 ja 5.11). Myös alempaa korkeakouluastetta pidetään selvästi tärkeämpänä kuin keskiasteen koulutusta. Keskiasteen koulutuksen tärkeys on kuitenkin hyvin paljon kiinni yrityksen tuotteiden vaatimasta tuotannosta. Yritysten jatkokoulutusasteen henkilöstön tarve oli pienin, kuitenkin isoin osuus vastaajista pitää jatkokoulutusastetta melko tärkeänä. Kuva Kyselyyn vastanneiden yritysten eri koulutustasojen tarve. Kuva Kyselyyn vastanneiden yritysten eri koulutustasojen tärkeys.

83 5. Tuulivoima-alan osaamiskartoitus Suomessa 76 Kuvissa 5.12 ja 5.13 on esillä eri osaamisalueiden tärkeys kyselyyn vastanneiden yritysten osalta. Kyselyyn vastanneet yritykset pitivät kone- ja sähkötekniikkaan liittyvää osaamista tärkeimpinä osaamisalueina. Tämän lisäksi tuotantoa (asennus ja kokoonpano) sekä taloutta (hallinto ja johtaminen) pidettiin tärkeinä osaamisalueina. Usealla yrityksellä kaikki kyselyssä esiintyneet osaamisalueet olivat tärkeitä. Kuvissa 5.12 ja 5.11 esitetyssä osaamisen tarpeiden lisäksi jokin muu -osiossa tulivat esille esimerkiksi huoltokonseptit, kuljetus ja logistiikka, meteorologia sekä rahoitus. Kuva 5.12 Kyselyyn vastanneiden yritysten eri osaamisalueiden tarve. Kuva Kyselyyn vastanneiden yritysten eri osaamisalueiden tärkeys.

84 Vastanneiden yritysten osuus, % 5. Tuulivoima-alan osaamiskartoitus Suomessa 77 Kyselyyn vastanneiden yritysten tämän hetkinen koulutusjakauma on esillä kuvassa Huomataan, että yritysten työntekijöistä yli 60 % on alempi tai ylempi korkeakoulututkinto. Verrattuna kuvissa 5.11 ja 5.12 esitettyihin yritysten koulutusasteiden tarpeisiin on koulutusjakauma hyvin samanlainen. Kuitenkin ylemmän korkeakoulutusasteen tutkinnon omaavia työntekijöitä on yrityksissä suhteessa vähemmän kuin yritysten tarpeissa tuli esille. Kuva Kyselyyn vastanneiden yritysten työntekijöiden koulutustaso. Kyselyn perusteella vastanneiden yritysten työntekijöiden osaamisalueet ovat esillä kuvassa Huomataan, että yritysten työntekijöiden osaamisalueilla ja yritysten tarpeilla on eroa, kun verrataan eri osaamisalueiden suhteita. Yrityksillä on enemmän työntekijöitä talousosaamisalueelta (hallinto ja johtaminen) kuin tarpeet vaatisivat. Toisaalta yritysten tarpeet vaatisivat enemmän kone- ja sähkötekniikan suunnittelun ja kehityksen osaajia sekä ympäristötekniikan (kaavoitus, YVA) osaajia.