Tuulivoima on yksi mielenkiintoisimmista uusiutuvan energian vaihtoehdoista. Se on Suomessa vielä suhteellisen uusi tapa tuottaa sähköä, ja tuulivoimakapasiteettia olisi mahdollista lisätä nykyisestä merkittävästikin. Loppuvuodesta 2017 Suomessa oli käytössä yhteensä noin 700 tuulivoimalaa. Niiden kokonaiskapasiteetti on 2,044 W, mikä tarkoittaa sitä, että ne tuottivat 5,6 prosenttia kaikesta Suomessa kulutetusta sähköstä. Vaikka tuulivoima on Suomessa vielä suhteellisen uusi asia, on sillä pitkä historia maailmalla.
Tuulimyllyt yleistyivät Euroopassa aina 1100-luvulta lähtien. Niin sanottu hollantilainen tuulimylly keksittiin 1500-luvulla. Siitä teki aikanaan hienon innovaation se, että siinä liikkui vain myllyn yläosa: aiemmin koko rakennusta oli käännetty tuulen suuntaan. 1800-luvulla kehitettiin Yhdysvalloissa Halladay-pyörä. Se oli pienisiipinen tuuliratas, jonka tuuliviiri ohjasi tuulen suuntaan.
Tuulimyllyt olivat tärkeässä asemassa erityisesti ennen kuin höyrykone yleistyi. Niitä käytettiin pienteollisuuden voimanlähteenä sekä viljan jauhamiseen, veden nostamiseen sekä kasteluun. Ensimmäinen tuulivoimala, joka tuotti sähköä, rakennettiin Ohiossa vuonna 1888. Tämän jälkeen tekniikkaa kehitettiin erityisesti Tanskassa.
Tuulivoiman historiasta Suomessa
Toisen maailmansodan jälkeen Euroopassa oltiin siinäkin mielessä uudenlaisessa tilanteessa, että fossiilisten polttoaineiden hinnat kohosivat nopeasti. Tämä taas toimi sysäyksenä vaihtoehtoisten energiamuotojen kehittämiselle.
Suomessa ensimmäinen tuulivoimala, joka oli kytketty sähköverkkoon, otettiin käyttöön vuonna 1986. Kauppa- ja teollisuusministeriö käynnisti 1980-luvun loppupuolella tuulivoimatutkimuksen, ja energiatekniikoita tutkiva NEMO-ohjelma kartoitti voimaloille suotuisia tuuliolosuhteita. Tuloksena oli Ilmatieteen laitoksen julkaisema Tuuliatlas, josta löytyi tietoa keskimääräisestä tuulisuudesta Suomen eri alueilla. Kemijoki Oy pystytti vuonna 1991 tuulivoimalan Enontekiön Hettaan. Suomen ensimmäinen varsinainen tuulipuisto perustettiin myös vuonna 1991, Korsnäsiin, Vaasan lähelle. Nämä neljä tuulivoimalaa ovat vanhimmat Suomessa yhä käytössä olevat tuulivoimalat.
Varsinaisena tuulipuistojen läpimurtovuotena voidaan pitää vuotta 1993. Tuulivoimaloiden tuotantoteho kasvoi kasvamistaan ja vuonna 1999 ylitettiin 1 MW:n raja, kun Oulunsaloon ja Uuteen kaupunkiin rakennettiin 1,3 MW:n tuulivoimalat. Tehot lisääntyivät 2000-luvulla 2-3 MW:iin ja 2013 Simon Leipiöön rakennettiin neljä 4,5 MW:n voimalaa. Sähköyhtiöt omistavat Suomessa noin puolet tuulivoimasta, kuluttajat kolmanneksen ja teollisuus jäljelle jäävän osuuden.
Tuulivoiman kaupallinen hyödyntäminen
Tuulivoimalan tekniikan voi tiivistää lyhyesti niin, että siinä tuulen liike-energia muutetaan mekaaniseksi energiaksi, eli turbiinin akselin pyörimisenergiaksi. Akseli puolestaan pyörittää sähköä tuottavaa generaattoria. Tuulivoimalaitoksen keskeisiä osia ovat muun muassa turbiini, generaattori, masto, vaihteisto sekä perustukset. Yleisin tuuliturbiinimalli on aksiaalinen. Radiaaliset tuuliturbiinit soveltuvat lähinnä vain pienille tehoille. Yhtenä esimerkkinä tällaisesta kaupallisesta ratkaisusta on suomalainen Windside. Pientuulivoimalat tuottavat sähköä jo matalilla tuulennopeuksilla ja ne voivat täydentää esimerkiksi dieselgeneraattorin tai aurinkopaneelien energiantuotantoa.
Tuulivoiman kaupalliseen käyttöön vaikuttavat merkittävästi paikalliset tuuliolosuhteet: tuulennopeuksien esiintymistodennäköisyydet, turbulenttisuus, keskinopeus, ajallinen vaihtelu sekä myös kylmyys ja esimerkiksi laitteiden huurtuminen. Tuuliolot vaikuttavat merkittävästi tuulivoimalaitoksen tuotantokapasiteettiin. Esimerkiksi Suomessa tuotanto-olosuhteet eivät ole yleisesti ottaen yhtä suotuisat kuin vaikkapa Saksassa, Alankomaissa ja Tanskassa. Kuitenkin paikallisesti esimerkiksi merialueilla ja Lapin tuntureilla on tuulivoiman tuotantoon erinomaisesti soveltuvia paikkoja. Oman haasteensa Suomessa asettavat sääolosuhteet, esimerkiksi jään kertyminen lapoihin ja muihin rakenteisiin. Tärkeää onkin valita sekä oikeanlainen sijoituspaikka että oikea tekniikka.
Tuulen voimakkuus on tärkeää
Tuulivoima vaatii toimiakseen tuulennopeuden, joka on väliltä 3,5-25 m/s. Voimalat eivät tuota sähköä, jos tuulenvoimakkuus on liian matala tai jos tuulee liian kovaa. Liian voimakkaalla tuulenkäynnillä – yli 25 m/s – tuulivoimalan turbiini on sammutettava liiallisen kulumisen estämiseksi. Voimala toimii täydellä teholla, eli optimitasolla, kun tuulennopeus on tasolla 12-14 m/s. Tuulivoimalat ovat automatisoituja. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että turbiini kääntyy aina sinne, mistä tuuli puhaltaa ja tuulta voidaan hyödyntää sen suunnasta riippumatta.
Yksi keskeisimmistä syistä, miksi tuulivoimaloiden rakentamiseen halutaan investoida, on pyrkimys hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen. Tuulivoima on uusiutuva luonnonvara, jonka tuotannossa ei synny muitakaan päästöjä, kuten typpeä, rikkiä tai pienhiukkasia.
Ympäristövaikutuksia arvioitaessa tulee kiinnittää huomiota tuulivoiman vaikutuksiin eliöstölle, maankäytölle ja äänivaikutuksille sekä myös maisemavaikutuksille. Esimerkiksi voimaloiden äänen voimakkuuteen sekä sen etenemiseen vaikuttavat muun muassa voimalan tyyppi, tuulen suunta ja voimakkuus sekä maaston kasvillisuus ja muoto. Muun muassa juuri mahdollisten äänihaittojen vuoksi Suomessa on asetettu suojaetäisyyksiä voimaloiden ja asutuksen välille.
Tuulivoiman haasteita
Lisäksi muun muassa luonnonsuojelujärjestöt ovat asettaneet kriteerejä sille, mihin tuulivoimaloita sopii sijoittaa. Niitä ei tulisi sijoittaa esimerkiksi keskeisille luonnonsuojelu-, linnusto-, maisema- tai kulttuuriperintöalueille. Tuulivoimaloiden heikkoutena voi pitää sitä, että niiden lisäksi tarvitaan myös muita energiantuotantolähteitä, sillä sähköä pystytään tuottamaan vain, kun tuulennopeus on sopiva. Myös tuulivoimasta tulee jonkin verran hiilidioksidipäästöjä: ne liittyvät voimaloiden rakentamiseen, kuljettamiseen ja kasaamiseen, sekä huollon aiheuttamiin päästöihin. Lisäksi tuulivoiman tukijärjestelmästä aiheutuneita kustannuksia kohtaan on osoitettu kritiikkiä.
Tuulivoimantuotanto kasvaa nopeasti
Tuulivoima on tällä hetkellä nopeimmin kasvava energiantuotantomuoto Euroopassa, ja sillä katsotaan olevan merkittävä rooli ilmastotavoitteiden saavuttamisessa. Tuulivoiman tuotannon lisääntyessä se syrjäyttää fossiilisilla polttoaineilla tuotettua sähköä.
Tuuli on päästötöntä ja uusiutuvaa energiaa, jota on ainakin teoriassa käytössä lähes rajattomasti. Kaupalliselle tuulivoimatoiminnalle on tosin omat rajoitteensa, nimittäin tuulikapasiteetin vähimmäismäärä, jotta toiminta on taloudellisesti kannattavaa. Teknologian kehittämisen ja teknologioiden kustannusten alentamisen kautta tavoitteena on saavuttaa tuulivoimalle lopulta hintataso, joka olisi kilpailukykyinen myös ilman tukia.