Kuinka paljon tuulivoimaa tarvitaan tuottamaan saman verran sähköä vuodessa kuin 1000MW ydinvoimala?
Aluksi kannattaa käyttää kohtuullista kapasiteettikerrointa 0.25, joka pätee Suomessa ainakin rannikkoalueilla melko tarkkaan. Tuo tarkoittaa sitä, että tuulivoimakapasiteettia pitää olla 1/0.25 = 4 kertaa enemmän kuin ydinvoimalan kapasiteetti, eli 4000MW. Ydinvoimalan käyttökertoimen oletetaan tuossa olevan 1.00.
Helppo muistaa, vai mitä? Kerrot vain neljällä ydinvoimalan kapasiteetin, ja vastaus on siinä. Laitoin tämän esimerkin, kun sattui toisaalla silmiini kysymys tästä sellaisessa ketjussa, jossa tuulivoimasta ei otsikon mukaan olisi luullut olevan mitään juttua.
Merialueilla voi ja käyttää kapasiteettikerrointa 0.33, jolloin ydinvoimalan kapasiteetti kerrotaan luvulla 3, ja huonoimmilla paikoilla voi käyttää kapasiteettikerrointa 0.20, jolloin ydinvoimalan kapasiteetti kerrotaan luvulla 5 saman vuosituoton saamiseksi tuulivoimalla.
Myllyjen lukumäärä on sitten lapsellisen helppo laskea: kokonaiskapasiteetti/yhden myllyn kapasiteetti. Siten 1. esimerkin mukainen 4000MW tuulivoimaa saadaan aikaan 4000MW/2MW = 2000kpl 2MW tuulimyllyllä.
Jos vielä katsotaan rakenteilla olevaa OL3:n tuulivoimalla korvaavuutta, kerro 1600MW neljällä, eli saat 6400MW tarvittavaksi tuulivoimaksi. Vaihteluväli voi olla valitun kapasiteettikertoimien 0.2-0.33 mukaisesti 8000-4800MW.
Ydinjätettä ei tietenkään tuulimyllyillä voi tuottaa lainkaan. Ydinvoimala tuottaa sitä jopa sillä energialla, jolla se lämmittää merivettä, ja hiton paljon lämmittääkin: 1000MW ydinvoimala tuottaa 2000MW tehon pelkästään meren rehevöittämiseen ja ydinkakan tuotantoon. Itse asiassa siis 1000MW ydinvoimala tuottaa energiaa 3000MW. Energia on takuuvarmasti liian halpaa, kun sitä on varaa syytää merta pilaamaan. Tuon 3000MW tuottamiseen tarvittaisiin noin 12000MW tuulivoimaa, jolloin kaikki 3000MW tulisi hyötykäyttöön, eikä jälkeläisiä terrorisoitasi ydinkakalla!
Aluksi kannattaa käyttää kohtuullista kapasiteettikerrointa 0.25, joka pätee Suomessa ainakin rannikkoalueilla melko tarkkaan. Tuo tarkoittaa sitä, että tuulivoimakapasiteettia pitää olla 1/0.25 = 4 kertaa enemmän kuin ydinvoimalan kapasiteetti, eli 4000MW. Ydinvoimalan käyttökertoimen oletetaan tuossa olevan 1.00.
Helppo muistaa, vai mitä? Kerrot vain neljällä ydinvoimalan kapasiteetin, ja vastaus on siinä. Laitoin tämän esimerkin, kun sattui toisaalla silmiini kysymys tästä sellaisessa ketjussa, jossa tuulivoimasta ei otsikon mukaan olisi luullut olevan mitään juttua.
Merialueilla voi ja käyttää kapasiteettikerrointa 0.33, jolloin ydinvoimalan kapasiteetti kerrotaan luvulla 3, ja huonoimmilla paikoilla voi käyttää kapasiteettikerrointa 0.20, jolloin ydinvoimalan kapasiteetti kerrotaan luvulla 5 saman vuosituoton saamiseksi tuulivoimalla.
Myllyjen lukumäärä on sitten lapsellisen helppo laskea: kokonaiskapasiteetti/yhden myllyn kapasiteetti. Siten 1. esimerkin mukainen 4000MW tuulivoimaa saadaan aikaan 4000MW/2MW = 2000kpl 2MW tuulimyllyllä.
Jos vielä katsotaan rakenteilla olevaa OL3:n tuulivoimalla korvaavuutta, kerro 1600MW neljällä, eli saat 6400MW tarvittavaksi tuulivoimaksi. Vaihteluväli voi olla valitun kapasiteettikertoimien 0.2-0.33 mukaisesti 8000-4800MW.
Ydinjätettä ei tietenkään tuulimyllyillä voi tuottaa lainkaan. Ydinvoimala tuottaa sitä jopa sillä energialla, jolla se lämmittää merivettä, ja hiton paljon lämmittääkin: 1000MW ydinvoimala tuottaa 2000MW tehon pelkästään meren rehevöittämiseen ja ydinkakan tuotantoon. Itse asiassa siis 1000MW ydinvoimala tuottaa energiaa 3000MW. Energia on takuuvarmasti liian halpaa, kun sitä on varaa syytää merta pilaamaan. Tuon 3000MW tuottamiseen tarvittaisiin noin 12000MW tuulivoimaa, jolloin kaikki 3000MW tulisi hyötykäyttöön, eikä jälkeläisiä terrorisoitasi ydinkakalla!
Vastaukset 9
Vanhimmat
Ydinvoimalla ja muulla vastaavalla "jatkuvalla" energialla tulee olla vähintään 90 % aikakäytettävyys, kaikki sitä suurempi on aina parempi mutta vaikeampi toteuttaa.
Siis kannattaisi käyttää 0.9 kerrointa ydinvoimalle; tuulivoima on yleensä vaikeampi tapaus, mutta teolliselle tuulivoimalle käytetään 2500 h oletusta, 3000 h tai enemmän avomerellä.
Esimerkiksi WWD-3 oletus on ollut lähes aina 8000 MWh.
Ei nämä laskut edellytä kovin suurta tarkkuutta, karkeat arvot riittää, ja periaatteen ymmärtäminen. Laitoin maininnan "Ydinvoimalan käyttökertoimen oletetaan tuossa olevan 1.00." siksi, että tarkempaa laskelmaa haluavat ymmärtävät ottaa senkin huomioon - 10% leikkaaminen onnistuu päässälaskullakin.
Sinulle voi yllätys sellainen knoppitieto, että Suomen vuotuista sähkönkulutusta vastaava määrä sähköä voitaisiin tuottaa tuulimyllyillä, joiden tornien pohjien yhteinen pinta-ala olisi sama tai pienempi kuin Helsinki-Vantaa-lentokentän pääkiitotien pinta-ala. Hyvin tarkalla on.
"Sinulle voi yllätys sellainen knoppitieto, että Suomen vuotuista sähkönkulutusta vastaava määrä sähköä voitaisiin tuottaa tuulimyllyillä, joiden tornien pohjien yhteinen pinta-ala olisi sama tai pienempi kuin Helsinki-Vantaa-lentokentän pääkiitotien pinta-ala. Hyvin tarkalla on."
Ilman tiheys (rho) meren tasolla ja 20 Celsius-asteessa on suunnilleen 1.2 kg/m3
rho = p / (R T) = noin 1.29228367 kg/m3
p = absoluuttinen paine = 101 325 Pa [STP]
R = kaasuvakio = 287.05 J/(kg K) [J = Pa m3]
T = absoluuttinen lämpötila = 273.15 K [STP]
TUULIENERGIA (250 x 250 m2 resoluutio, 50 m korkeus)
K = ½ M V^2 = ½ (rho V) v^2 = ½ (rho A D) v^2
K = ½ x (rho x 250 m x 50 m x 250 m) x (5 m/s)^2
K = 50.47983086 MJ [noin 50.480 miljoonaa Wattisekunttia]
TUULIENERGIA (2500 x 2500 m2 resoluutio, 400 m korkeus)
K = ½ x (rho x 2500 m x 400 m x 2500 m) x (5 m/s)^2
K = 40'383.86469 MJ [noin 40 400 miljoonaa Wattisekunttia]
TUULIVOIMA
P = K / t
Menikö jokin pieleen?
K = ½ M V^2 pitäisi olla K = ½ m v^2, missä m on massa ja v nopeus.
Todellinen, toteutunut tilanne tuulivoimatuotannossa:
Suomessa oli vuonna 2009 asennettua tuulivoimakapasiteettia 147 MW. Tuulisähköä tuotettiin 262 GWh, mikä oli noin 0,3% Suomen sähkön tuotannosta.
Noiden toteutuneiden lukujen perusteella 1000 MW asennettua tuulisähköä vastaisi tuotannoltaan 262/147 = 1,78 TWh tuulisähköä vuodessa. Kun 1000 MW ydinvoimala tuottaa noin 8 TWh vuodessa, saadaan tuulisähkön toteutuneeksi kapasiteettikertoimeksi viime vuonna Suomessa 0,22 (1,78/8 = 0,22.)
1500 MW ydinreaktori tuottaa vuodessa sähköä noin 12 TWh. Se vastaa noin 12/0,22 = 5400 MW asennettua tuulivoimaa Suomessa, eli esimerkiksi noin 1800 kpl 3 MW tuulimyllyjä. Tuollaisen 1800 tuulimyllyn tuulipuiston sähköntuotantoteho vaihtelee välillä 0 - 5400 MW. Tehonvaihtelun vuoksi tuulipuisto tarvitsee valtavasti sähköntuotannon varakapasiteettia ja huipputuotannosta suuri osa menee hukkaan, koska usein kovin lyhytaikaiselle huipputeholle on vaikeaa löytää nopeasti ja riittävästi sähkön käyttäjiä.
Ydinvoimalan hyötysuhde on siihen liitetyn tavanomaisen lauhdesähkövoimalan tyypillinen hyötysuhde, noin 1/3 saadaan sähköksi ja 2/3 lämmöksi. Hyötysuhde on samanlainen kuin lauhdesähköä tuottavissa hiili- ja turvevoimaloissa.
" Energia on takuuvarmasti liian halpaa". Ydinvoimalla tuotettu energia todella on halpaa tuulivoimalla tuotettuun energiaan verrattuna. Tuulisähkön tuotantokustannukset ovat noin 3-kertaiset ydinsähköön verrattuna.
Suomen tuulivoimakapasiteetti on 147 MW, 118 tuulivoimalaa (helmikuu 2010). Tuulivoimalla tuotetaan noin 0,3 % Suomen sähkönkulutuksesta (noin 277 GWh vuonna 2009).
Lähde: VTT Wind Energy Statistics 2010
.. kapasiteetti, "rated speed" -tuulella, jolla tuuliturbiini alkaa antaa nimellistehoaan, sitä meinaat ?
Tyypillinen tämän päivän standarditurbiini on esimerkiksi Vestas V112 3MW. Vestas on markkinajohtaja ja teknisesti hyvänä pidetty tuottaja, jonka turbiinin "tuotantotuuli" nimellisteholle on noin 11,5 m/s. Tämä on pätee tyypillisesti muillekin 3-siipisille myllyille, tehokaava on sama.
Suomessa keskituuli taitaa olla 7-9 m/s merellä ja Lapissa, sisämaassa 4,5-5,5 m/s. Myllyjen tehokäyrä on näillä Suomen tuulilla on kuitenkin masentavan näköinen kun mennään todellisiin tuuliin tuosta 11-12 m/s alas mentäessä.
3.0MW tuuliturbiini
---------------------------------
12 m/s = 3.0 MW (100%)
9 m/s = 2.1 MW (70%)
277 GWh vuonna 2009 oli VTT:n sähkömittareista saama lukema, samaa mitä sovelletaan kaikkien voimalaitosten tuotannon mittaamisessa.
VTT:llä ole kattavat tutkimusraportit, jotka asiantuntevat fyysikot, matemaatikot, tekniikan maisterit yms. ovat laskeneet. Esimerkiksi säätövoimalle on laskettu arvo 80 - 160 MW per 2 - 4 GW tuulivoimaa reaaliaikaisella sääennusteilla (päivitys arvoihin hetkellä t - 1 h edellisen päivän arvoihin).
Itsellä on yliopisto-opinnot vielä kesken, joten luotan enemmän VTT:n laskelmiin ja erittäin päteviltä ne vaikuttavatkin mitä olen käynyt niitä ajoittain läpi.
Jos haluat lisätietoja tuon suhteen, niin kyseisiä tilastoja ylläpitää VTT:n Tutkija Anders Stenberg.
2010 Tammikuussa oli 146 815 kW ja 118 voimalaitosta jotka tuottivat kaikkiaan 24 664 MWh.
2010 Helmikuussa oli 146 815 kW ja 118 voimalaitosta jotka tuottivat kaikkiaan 20 170 MWh.
vaikuttaa aika normaalilta, tuulivoima on heikoimmillaan helmi-huhtikuussa kevätauringon aikaan ja saavuttaa huippunsa siinä heinä-syyskuussa. Muut kuukaudet on yleensä aika tasaista noiden kahden väliltä.