SMG-4300 Aurinkosähkö ja tuulivoima Luentotiivistelmät
Kurssilla on oppikirja, ei prujua. Tentti perustuu luentoihin. Suoritusvaatimus on tentti, kahdesta harkkatyöstä saa porkkanan
Kurssin tuuliosion sisältö ja tavoitteet Mistä tuuli saa alkunsa? Miten tuulta mitataan? Mitä erityistä on tuulessa sähköntuotantomuotona? Miten tuulivoimalan osat toimivat? Missä mielessä tuulivoima on ympäristöystävällistä? Mitä tuulisähkö maksaa?
Tuulivoimalan suunnittelu on monialaista (multi-disciplinary). Yksi ihminen ei voi insinöröidä tuulivoimalaa. Yleiskuva ja termistön hallinta ovat tärkeitä, jotta eri alojen ja kansallisuuksien insinöörit voivat kommunikoida toisilleen.
Euroopan tuuliresurssit Missä päin Eurooppaa tuulee? Missä päin Eurooppaa on paljon tuulivoimaa?
Erilaisia tuulia 1. Matalapainetuuli 2. Maa-merituuli 3. Föhn-tuuli 4. Orografiset tuulet 5. Katabaattinen tuuli 6. Suihkuvirtaukset 7. Syöksyvirtaukset
Matalapainetuuli Auringon säteily lämmittää maanpintaa Maanpinta lämmittää ilmaa Ilman tiheys vähenee, ilma kohoaa matalapaine Ympäriltä (korkeapaineesta) virtaa ilmaa matalapaineeseen tuuli Paras esimerkki ovat pasaatituulet (trade winds), jotka puhaltavat päiväntasaajan matalapaineeseen. Coriolis-voima kääntää pasaatit länteen.
Pasaati auttoi Kolumbusta ylittämään Atlantin Vastapasaatit palaavat lähempää napoja, n. 20-30 leveysasteen tienoilla. Vastapasaatit ovat kovin kuivia, vrt. suurten aavikkojen sijainti. Englantilainen meteorologi George Hadley arvasi pasaatien syyt 1735, sata vuotta ennen kuin Gustave-Gaspard Coriolis esitti liikeyhtälöt pyörivässä koordinaatistossa. Hadleyn paperin nimi oli Concerning the Cause of the General Trade Winds. Siitä nimitys Hadley cell.
Maa-merituuli Veden ominaislämpökapasiteetti on suurempi kuin esimerkiksi graniitin. Merenpinnasta lämpiää noin 10 metrin kerros, maanpinnasta vain 10 cm:n kerros. erenpinnan lämpökapasiteetti on 500 kertaa suurempi. Päivällä maa kuumenee nopeammin, matalapaine on maalla, tuulee mereltä maalle. Illalla maa jäähtyy nopeasti, meri ei, matalapaine merellä, tuulee maalta merelle.
λ (W / (m k)) C ( J / (kg K)) ( kg/m3 ) Graniitti 3.4 800 2660 Vuolukivi 6.4 980 2980 Vesi 0.57 4217 1000
Föhn-tuuli Föhn-tuuli eli lämmin laskutuuli syntyy, kun ilmavirtaus ylittää vuoriston Nouseva tuuli jäähtyy ja menettää kosteutta Kuiva ilma ylittää vuoriston huipun ja lähtee valumaan alamäkeen. Laakson matalapaine auttaa. Laskeva virtaus kuumenee adiabaattisesti, sillä ilmanpaine on suurempi alempana Tuuli on navakkaa, kuivaa ja lämmintä ( lumensyöjätuuli ) Tunnetaan monilla eri nimillä: Föhn-tuuli (Alpit) Chinook (Kalliovuoret) Santa Ana (Kalifornia) Helm Wind (Penniinit)
Suihkuvirtaus Yleensä ylätroposfäärissä (5 12km) Todella voimakas (50 70 m/s) S. tasaavat isojen matala- ja korkeapainerintamien maanpäälliset virtaukset Joskus myös alatroposfäärissä, mutta hitaampina (15 30 m/s) Suihkuvirtaus katkoo puut keskeltä, mutta jättää maanpinnan rauhaan
Syöksyvirtaus Kuuropilven sadepisarat sulavat tai haihtuvat syöksyessään alas sitovat lämpöä ilma jäähtyy ja putoaa suoraan alas Pystyvirtaus kääntyy maanpinnassa kova tuuli, ukkospuuska
Inversiokerros Ilmakehässä on inversiokerros, jossa lämmin ilma makaa kylmän päällä Esim. savupiipusta nouseva savu jää jumiin inversiokerroksen alle kovalla pakkasella Inversiokerroksen yläpuolella tuulee kovasti Talvella inversiokerros laskee tunturinhuippujen alapuolelle Tunturit haluttuja tuulivoimapaikkoja
Orografinen tuuli Orografinen tuuli on sellainen, jonka syntyyn vaikuttaa ratkaisevasti maanpinnan muoto eli vuoret ja kukkulat Tuulivoiman kannalta otollisia paikkoja ovat kukkuloiden laet ja solat Altamont pass Kaliforniassa on luonnollinen sijainti yhdelle maailman suurimmista tuulipuistoista; siellä yhdistyvät maamerituuli, Föhn-tuuli (Santa Ana) ja orografinen virtaus solan läpi
Tuuli ja maanpinta Tuulennopeus kasvaa suurin piirtein logaritmisesti korkeuden mukana Pinnan rosoisuus (talot, puut, mäennyppylät) aiheuttaa tuuleen turbulenssia
Tuulimittarit Kuppianemometri Toimii vastusperiaatteella Mittaa tuulen vauhtia Vastustoiminen propelli ei sovi energiantuotantoon + Halpa ja helppo käyttää
Kuumalanka-anturi Virrallinen johdin, jossa I2 R-häviöitä Ilman virtaus jäähdyttää johdinta Jäähtymisestä päätellään konvektiivinen lämmönsiirtokerroin, josta päätellään tuulen vauhti
+ hyvä resoluutio + nopea vaste + pienikokoinen kallis ei kestä likaa ei kestä sadetta suuntaherkkä ei sovi kenttäkäyttöön
Sonar-anemometri Mittaa ultraäänen vaihesiirtoa (kolme lähetintä ja kolme mikkiä) + todellinen nopeusmittaus (myös suunta) + ei liikkuvia osia + nopea aikavaste kallis, hi-fi vaikea käyttää häiritsee virtausta
Yleensä tuulen suunta mitataan ihan tuuliviirillä (wind vane) Oikeassa tuuliprojektissa mittauksia tehdään neljältä eri korkeudelta ja kahden vuoden ajan Tuulennopeus on kymmenen minuutin aikakeskiarvo (spektrissä kuoppa) Suomen tuuliatlas on vanhentunut
Tuulennopeuksien jakauma Kaikki tuulennopeudet eivät ole yhtä todennäköisiä (no shit, Sherlock!) Tietyn tuulennopeuden todennäköisyystiheyden antaa varsin tarkasti kaksiparametrinen Weibullin jakauma W(v) = (k/a w ) (v/a w ) k-1 exp[-(v/a w ) k ] A w on ns. määräparametri, k on muotoparametri
Weibullin jakaumasta saa integroimalla todennäköisyyksiä, aivan kuin Gaussin jakaumasta Tuulennopeuksien aritmeettinen keskiarvo v avg = 0 W(v) v dv Parametrien (A w ja k) estimointiin mittauksista emme tällä kurssilla mene
Tuulen teho Valitaan ympyrän muotoinen kontrollipinta, jonka normaali on tuulen suuntainen Tällaisen pinnan läpi kulkee ajassa dt ilmamäärä ρ A (v dt) Tämän ilmamäärän liike-energia on de = ½ m v 2 = ½ ρ A v 3 dt Tuulen teho, P = de/dt = ½ ρ A v 3, on verrannollinen tuulennopeuden kolmanteen potenssiin Tuulen tehollisarvo on siis root mean cube -arvo
Jos tuulesta pitää temmata energiaa, tulee huolehtia kahdesta asiasta ennen muita: 1) Tuulen tehollisarvo on riittävän suuri 2) Turbiinin pyyhkäisypinta-ala on riittävän suuri Joskus harvoin tiheydelläkin on väliä: tuntureilla olevat tuulivoimalat tekevät kylmällä säällä tuotantoennätyksiä (Suorvatunturi). Lisäksi tuulivoimalasta on olemassa vedenalainen muunnelma, aaltovoimala.
Tuulen energiasisältö Weibullin jakaumasta voi päätellä, kuinka monta tuntia vuodessa tuulee tietyllä nopeudella eli tietyllä teholla. Energia on jakautunut symmetrisesti: pienillä tuulennopeuksilla teho ei riitä suuret tuulennopeudet liian harvinaisia Saatavilla oleva energia on E=½ ρ A W(v) v 3 dv (1a) Vertaa harjoitukseen yksi!
Kapasiteettikerroin Tuulivoimalan luotettavuutta ja sijoituspaikan tuulisuutta mitataan kapasiteettikertoimella c F = E / (P NOM 1a) Ydinvoimalalle c F mittaa luotettavuutta, koska voimala käy aina täysillä Olkiluoto 2006: 14.4 TWh, c F =95,4% Koska aina ei tuule, tuulivoimalan c F 1, vaikka luotettavuus on korkea
[kalvo, jossa VTT:n tilastot] CF =0.2-0.4 2005 Suomen tuulivoimaloiden keskimääräinen kapasiteettikerroin oli 0.23. Suurin arvo oli 0.4 ja keskimääräinen luotettavuus 97% Kapasiteettikertoimien traaginen ero asettaa ydinvoiman ja tuulivoiman täysin erilaisiin rooleihin sähköntuotannossa; toinen ei kelpaa säätövoimaksi, toinen ei perusvoimaksi
Tehokerroin Turbiinin tuottaman tehon ja tuulen tehon suhdetta sanotaan tehokertoimeksi C P C P = P turbiini / P tuuli Tehokertoimen avulla saa suoraan turbiinin tuottaman tehon kullakin tuulennopeudella: P turbiini = C P ½ ρ A v 3 Tehokerroin riippuu lapojen nostovoimasta
Voimalan säätö Yleensä tuulivoimalaa säädetään niin, että alhaisella tuulennopeudella voimalan tehotuotantoa maksimoidaan (C P = max!) Navakalla tuulella tehontuotanto yritetään rajoittaa vakioarvoon (nimellisteho) (C P putoaa) Myrskyllä voimala suljetaan ja yritetään pitää ehjänä (C P =0)
Voimalan tuotto Yleensä valmistajan katalogista voi suoraan lukea voimalan tehokäyrän P(v). Tällöin voimala tuottaa vuodessa energian E= W(v) P(v) dv 8760h 0 (Tämä on helpompi laskea kuin E= ½ ρ A C P (v) v 3 dv)
Betzin laki 1926 Albert Betz esitti turbiinin liikemääräteorian, jossa virtaus on puhtaasti aksiaalinen (Rankine-Froude) Esityksessä on tiettyä neroutta; se johtaa hyvin tärkeään turbiinin tehokerrointa koskevaan teoreemaan, mutta sitä voi seurata lukiotiedoilla
Kun turbiini ottaa ilman virtauksesta tehoa, virtauksen täytyy hidastua Olkoon v 1 virtauksen nopeus ennen turbiinia, v 2 turbiinin jälkeen Turbiinin kohdalla virtausnopeus on keskiarvo näistä, (v 1 +v 2 )/2 Turbiinin läpi kulkee ilmamäärä dm/dt = A ρ (v 1 +v 2 )/2, josta imetään teho 2 P=1/2 (v 1 -v 22 ) dm/dt 2 = ρ/4 Α (v 1 -v 22 ) (v 1 +v 2 )
Jos turbiini ei ottaisi tehoa lainkaan, virtauksen teho olisi P 0 = ρ/2 Α v 1 3 Tehokerroin on c P =P/P 0 =1/2 [1-(v 2 /v 1 ) 2 ][1+v 2 /v 1 ] Voidaan osoittaa, että tehokertoimella on maksimi c P 16/27 0.59 Tämä on Betzin laki Todellisella HAWT:lla c P 0.3-0.5 Glauert on osoittanut, että myös kärkinopeussuhde ja lapojen lukumäärä rajoittavat tehokerrointa
Turbiinin lavan aerodynamiikka Turbiinin lavan profiili on samanlainen kuin lentokoneen siivessä, siipiprofiili (aerofoil) Kaikki virtaavassa kaasussa olevat kappaleet kokevat aerodynaamisen voiman Siiven erikoisuus on, että siinä aerodynaaminen voima on lähinnä nostovoimaa eikä vastusvoimaa
Siiven toiminta Ilmavirtaus kiinnittyy siipeen (Coandan ilmiö, lusikka ja vesihana), mutta se ei selitä nostovoimaa Virtaus kiertää eripitkät reitit yhtä nopeasti -selitys on täyttä kukkua. Siihen ei usko kuin Albert Einstein Koska siipeä ympäröi pyörre, siihen vaikuttaa nostovoima (Kutta-Joukowski) Koska siipi kääntää ilman virtauksen suunnan alaspäin, siipeen vaikuttaa nostovoima (liikemääräteoria)
Kohtauskulma (angle of attack) jänteen ja virtauksen välillä määrää nostovoiman ja vastusvoiman Nostovoima (kohtisuora virtaukselle) F L = ½ c L ρ A s v 2, (jossa A s on siiven ala, jänneväli x jänne) Vastusvoima (virtauksen suuntainen) F D = ½ c D ρ A s v 2 Liitoluku ε(α)=c L / c D
Kun kohtauskulma kasvaa, virtauksen irtoamispiste siirtyy edemmäksi lapaprofiilia Riittävän suurella kohtauskulmalla virtaus irtoaa kokonaan. Tällöin nostovoima katoaa ja vastusvoima kasvaa todella suureksi. Ilmiötä kutsutaan sakkaukseksi (stall) (vrt. paperiliidokki) Tuuliturbiinia säädetään lapojen sakkauksen avulla
Sakkaussäätö Tuuliturbiinin lavat voi saada sakkaamaan säätämällä pyörimisnopeutta (!) Turbiinin pyörimisnopeus ja tuulennopeus määräävät kärkinopeussuhteen λ λ=v kärki / v tuuli = ( R) / v tuuli Kärkinopeussuhde määrää kohtauskulman, ja sitä kautta nostovoiman. Nostovoima määrää turbiinin tuottaman tehon.
On siis olemassa paras kärkinopeussuhde, jolla turbiinia kannattaa pyörittää, jos haluaa maksimoida tehokertoimen Turbiinin tuottamaa tehoa voi rajoittaa pyörimisnopeutta säätämällä Näytä seuraavat kuvaajat: (λ,cp ) (v tuuli, ) (v tuuli, P) (v tuuli, c p )
Sakkaussäädön hyvät ja huonot puolet + Yksinkertainen toteuttaa + Ei vaadi kääntyviä lapoja - Rakenteet rasittuvat enemmän - Meluisampi - Tehorajoitus ei ole kovin täsmällinen
Turbiinin lapakulmasäätö Kohtauskulmaa voi muuttaa kääntämällä lapaa tai lavan kärkeä lavan pituusakselin ympäri. Tällöin nostovoima ja turbiinin tuottama teho muuttuvat. Tätä kutsutaan lapakulmasäädöksi (blade pitch angle control)
Lapakulmasäädön hyvät ja huonot puolet - Monimutkainen säätötapa - Vaatii moottorit lapojen juureen + Hyvä starttimomentti + Rakenteiden kuormitus pieni + Jokaista lapaa voi ohjata erikseen + Vähemmän melua + Hyvä myrskysuoja
Historiakatsaus 1970-luvulla oli öljykriisi, so. öljy kallistui hieman. Tuulivoima alkoi äkisti kiinnostaa. Jenkit tekivät tuulivoimaloita lentokonetekniikalla (Boeing), olivathan siivet tuttuja. Jenkkivehkeissä oli lapakulmasäätö ja ne olivat yhtä hi-tech kuin lentokoneet luotettavuus oli lähes nolla
Tanskalaiset tekivät tuulivoimaloita maataloustekniikalla, käyttäen tuttuja osia (turbiini, traktorin tappivaihde, oikosulkugeneraattori ja vakiosäätö) tekniikka oli tyhmää ja toimivaa Vikaantumisprosentti oli suuri, mutta pienen voimalan (20 kw) saattoi bönde korjata ihan itse Tanska otti huikean markkinajohdon kymmeniksi vuosiksi
Tanskalainen konsepti Tanskalainen konsepti (Danish concept) on kaikkien modernien tuulivoimaloiden kantamuoto. Avainsana on yksinkertaisuus. Alkuperäisessä tanskalaisessa konseptivoimalassa HAWT ylätuulessa Vaihde Oikosulkugeneraattori Vakiosäätö
Mitä opimme tästä? Kun kehität uutta teknologiaa, valitse yksinkertaisin ratkaisu, joka toimii edes joten kuten! Fizgig-featuret kannattaa lisätä myöhemmin.
Miksi turbiinissa on kolme lapaa? Lähes kaikissa uusissa tuuliturbiineissa on kolme lapaa Yksi lapa vaatii vastapainon (materiaalihukka) Kaksilapainen turbiini kärsii dynaamisesta hitausmomentista (hyrrävoimat) Jos turbiinin lapojen lukumäärä on parillinen, turbiini kärsii tornivarjoresonanssista (turbiinin keinunta) Kolme lapaa on kiva silmälle Viisi lapaa hukkaisi materiaalia
Tuulivoimalan talous Onko tuuli ilmaista? Paljonko tuulta Sinä omistat? Tuulisähkö ei ole ilmaista Kokonaistuotantokustannukset ovat luokkaa 30-50 / MWh, mikä kilpailee öljyn kanssa hienosti Ydinvoima on ollut halvimmillaan 20 / MWh
Suuri osa tuulivoiman hinnasta on rahan hintaa eli pääomakustannuksia eli korkoa: 0.05 I lyhennyksiin 0.03 I korkoon 0.02 I käyttökustannuksiin Voimalan perustaminen on kallista, käyttö halpaa ja marginaalikustannukset nolla
Investointikustannukset Voimala Tuulimittaukset Maa Maaperätutkimus Henkilöstön koulutus Infrastruktuurikustannukset Tie Sähköverkkoliitäntä Perustukset Tarjouskilpailut, luvat, YVAselvitykset, hallinto, sähkösuunnittelu, mediapeli Tarvikkeet (varaosat, öljyt)
Käyttökustannukset Huolto ja korjaus (arvaamattomia!) Vakuutukset Hallinto Verot ja luvat Käyttökustannukset ovat n. 1,5%-2,5% investointikustannuksista eli C KK 0.02 Sähköverkkoliittymän maksut
Investointikustannukset ovat kokonaisuudessaan halpa 0.75 / W NOM normaali 1.0 / W NOM merellä 1.5 / W NOM ydinvoima 3.0 / W NOM aurinkokenno 6.0 / W NOM Meriasennus on kalliimpi, koska perustus maksaa yhtä paljon kuin voimala. Voimala puolestaan on hienompi ja kalliimpi (15%)kuin maalle asennettava. Merivoimala puolestaan tuottaa paremmin, joten sähkön hinta voi olla ihan kohdallaan.
Tuulisähkön hinta Tuulisähkön omakustannehinta (cost of energy, COE) lasketaan COE=(käyttökustannukset+lainanhoitokulut)/E TOT [okh] = / MWh
Hinta riippuu voimakkaimmin tuotetusta energiasta (tuulisuus ratkaisee kapasiteettikertoimen ja sähkön hinnan) Korot ovat myös tärkeät. Yleensä lasketaan 20 vuoden ja viiden prosentin annuiteettilainan korkojen mukaisesti annuiteettitekijä (annuity factor, AF) = 0.08 Tällöin COE = (AF+c KK ) I /( c F P NOM 8760h), jossa C KK on käyttökustannuskerroin, noin 2 %
Tuulivoiman kannattavuus Tuulivoima kannattaa, jos Muuta ei ole Puisto alentaa yksikkökustannuksia Jos voi syrjäyttää tuotantoa, jolla on suuret mukut (diesel!) Jos sähköverkko hyötyy Jos haluaa noudattaa Kioton sopimusta (päästökauppa!) Jos omistaa myös vesivoimaa
Tuulivoiman hinta laskee koko ajan voimaloiden koko kasvaa teknologia paranee Valtiot tukevat tuulivoimaa, joskin eri tavoin. Tunnetusti eniten tuulivoimaa saa ns. Saksan mallilla, jossa verkon omistaja on velvollinen ostamaan tuulivoiman ja maksamaan hinnan, joka on fiksattu osuus kuluttajahinnasta Suomalainen teollisuus lypsää tuulivoimasta hunajaa ABB:n generaattorit Moventaksen (Metso drives) vaihteet Ahlstromin lasikuidut lapoihin
Pystyakseliturbiinit (VAWTs) Kahta pystyakseliturbiinimallia (vertical axis wind turbine) on käytetty tehon tuotannossa: Darrieus-turbiinia ja Savonius-turbiinia
Darrieus-turbiini Näyttää lähinnä vispilältä Toimii nostovoimalla, lavat ovat siipiprofiiliset Lavat on taivutettu troposkien ( pyörivä köysi ) -käyrän mukaan, jottei niissä olisi leikkausjännityksiä Aina sakkaussäätöinen
+ hyvä tehokerroin + raskaat laitteistot maassa + toiminta riippumatonta tuulen suunnasta akselilla merkittäviä vääntöjännityksiä jarru on iso ei kovin korkealla maasta ei ollenkaan käynnistysmomenttia(!)
Savonius-turbiini Suomalaisen Sigurd Savoniuksen keksintö vuodelta 1924 Hyödyntää sekä vastusta että pyörrettä Kärkinopeussuhde ei ylitä ykköstä turbiini on todella hidaskäyntinen
+ valtava starttimomentti + riippumaton tuulen suunnasta + raskas kalusto maassa + hiljainen + itserajoittava + karvalakkimalli on äärimmäisen helppo rakentaa aivan surkea tehokerroin (c P 0.16) torniin ja lapoihin kohdistuu huikeita voimia
Vaihteet Tuulivoimalan turbiinin lavan kärki ei voi edetä mitä hyvänsä vauhtia. Nykyään vauhti on noin 95 m/s. Tästä syystä suuri turbiini pyörii hitaammin kuin pieni. Toisaalta suurempi turbiini tuottaa suuremman tehon, sillä sen ala on suurempi P = c p (λ). ½ ρ A v 3 Koska teho on P = τ ω, suuren turbiinin momentin täytyy olla todella suuri
Tavanomainen generaattori ei pysty tuottamaan vaadittavaa momenttia. Tarvitaan vaihde. Tuulivoimaloissa käytetään kahta vaihdetyyppiä: tappivaihdetta (parallel-shaft gear) ja planeettavaihdetta (epicyclic gear) Välityssuhteet voivat olla jopa 1:100, joten vaihde on usein moniportainen. WinWind Oulusta myy mallia, jossa on yksiportainen planeettavaihde ja tavallista hienompi generaattori (melkein suoravetoinen)
Tappivaihde
Hyvät puolet Huonot puolet Yksinkertainen Raskas Halpa huoltaa Pieni vaihtosuhde, usein moniportainen
Planeettavaihde
Hyvät puolet Huonot puolet Iso vaihtosuhde Kompakti Kestävä Kaksisuuntainen Monimutkainen rakentaa Vaatii usein jäähdytystä
Vaihteellinen generaattori on järkevämmän kokoinen ja hintainen kuin vaihteeton Vaihteen huonot puolet Vaihde painaa Vaihde syö tehoa Vaihde meluaa Vaihde vaatii huoltoa Vaihde vikaantuu Vaihde pidentää akselia Vaihde maksaa Tietyn rajan jälkeen vaihde ei ole mahdollinen (6 megawatin jätit ovat suoravetoisia) (aaltovoimala on suoravetoinen) (Polinder)
Tuulivoimalan generaattorit Sähkögeneraattori ja -moottori ovat periaatteessa sama laite, sähkökone
Pari totuutta sähkökoneista 1. Koneen vääntömomentti määrää koneen fyysisen koon τ B k I D 2 L - rautarakenteiden kyllästyminen rajoittaa B:tä - virtakuormaa k I rajoittavat kyllästyminen ja lämpenemä 2. Pyörimisnopeus määrää koneen tehon 3. Koneen fyysinen koko määrää monia hintatekijöitä
Toimintaperiaate Roottorilla (suomeksi napapyörä :) on joko käämitys tai kestomagneetit Roottori pyörii, ja staattorilla on käämitys, jonka roottorin kenttä läpäisee
Muuttuva vuo tuottaa staattorikäämeihin sähkömotorisen voiman, joka luo virtoja Virrat tuottavat magneettikentän, joka kohdistaa voimia roottoriin. Voimat vaikuttavat raudassa. (Eivät kuparissa!) Staattorin ja roottorin magneettikentät pyörivät aina tahdissa (!)
Tuuligeneraattorit ovat lähes aina 1. Oikosulkugeneraattoreita 2. Kestomagneettitahtigeneraattoreita 3. Liukurengasgeneraattoreita
Oikosulkukone Roottorilla on vain häkkikäämitys (squirrel-cage winding) ja rautaa
Roottorille tarvittavat navat syntyvät Faradayn lain mukaan induktiolla Roottori ei pyöri yhtä nopeasti kuin sen oma magneettikenttä, vaan sillä on jättämä (slip). S=1- ω ROT / ω M Roottorin rakenne on yksinkertainen ja karu eli hyvä Hyötysuhde on aina pienempi kuin (1-S)
Hyvät puolet Huonot puolet Yksinkertainen Halpa Toimintavarma Huono hyötysuhde Huono tehopainosuhde Vaatii loistehoa roottorin magnetointiin
Kestomagneettitahtigeneraattorit Kestomagneettitahtigeneraattorissa (permanent-magnet synchronous generator) roottorilla on kestomagneetit + Hyötysuhde parempi kuin IM:llä + Kestomagneetit yhtä luotettavia kuin häkkikäämitys + Hyvä momentti-painosuhde, vaihteettomuus vähentää huollon tarvetta Vaatii aina kalliin konvertterin Kallis on generaattorikin
Liukurengasgeneraattori Konvertterista saa pienemmän käyttämällä liukurengasroottoria Roottorilla on kolmivaihekäämitys, jonne virrat tuodaan liukurenkailla ja hiiliharjoilla Konvertteri syöttääkin roottoria, jolloin magneettisia napoja voi siirrellä roottorilla mielensä mukaan; verkkoon tulee aina kaunista 50 Hz:n siniä, riippumatta siitä, millä vauhdilla roottori pyörii
Hyvät puolet Huonot puolet Tehohäviöt konvertterissa pieniä Konvertteri pieni ja halpa Harjojen huolto kuin tavallisella tahtikoneella, jossa on kenttäkäämit
Tuulivoiman ympäristöystävällisyys Kokonaiselinkaari Energian takaisinmaksuaika 3-8kk (vrt. Ydinvoima 0,8 kk ja aurinkosähkö 27-28kk) Materiaalit voidaan enimmäkseen kierrättää Polttoainetta ja jätettä ei tarvita (Jos polttoaine lasketaan, tuulivoima tuottaa 10-80 valmistusenergiansa, ydinvoima vain 0,3-kertaisesti)
Käyttö ja ympäristö Maisemahaitta (?) Vaihtoehtoiskustannus Vilkunta Melu TV- ja radiohäiriö (?) Tutka Psykologiset tekijät ovat tärkeitä Kaikki haitat vähenevät, jos asukkaat omistavat läheisen tuulivoimalan!
Tuulivoima ja linnut Jenkeissä on ollut paljon lintukuolemia Altamontin ristikkotornit, petolinnut (etenkin kultakotkat) ja riistaeläinjyrsijät ovat huono yhdistelmä Tilastojen mukaan jenkkilässä talot tappavat miljardi lintua per vuosi, liikenne 80 miljoonaa l.p.v. Tuulivoiman osuus lintukuolemista on alle 0.02 % (so. 200 ppm kuitenkin n. kaksisataatuhatta lintua) Lemmikkikissat tappavat enemmän lintuja kuin tuulivoimalat
Isossa-Britanniassa on tutkittu suosittujen muuttoreittien varrella olevia tuulivoimaloita 10-4 törmäystä per ohilento 1-2 törmäystä / turbiini / vuosi UK:ssa Autot tappavat 10 7 lintua vuodessa Tanskassa samansuuntaisia tuloksia tuulivoimala ei ole tavallista korkeaa rakennelmaa vaarallisempi Exxon Valdez kuittasi 1000 vuoden tuulivoimalintukuolemat Lintu- ja lepakkosuunnittelu on nykyään osa tuulivoimalaprojektia
Muut eläimet ja tuulivoima Todentamattomia väitteitä kalakadosta on esiintynyt julkisuudessa Porot rakastavat tuulivoimaa, sillä turbiinin vinkuna pelottaa susia
Tuulivoima ja yhteiskunta Kehitysmaihin on mukavampi laittaa tuuli- kuin ydinvoimaa (the Bomb!) Terrorismi ei toimi hyvin tuulivoimaa vastaan Tuulivoimalaonnettomuudet eivät pelota