Pieni ja mikro-tuulivoima (alle 200 kW:n turbiinit, joissa "mikro" on tyypillisesti alle 5 kW) esitetään usein aurinkoenergian ihanteellisena täydennyksenä: tuuli puhaltaa myös silloin, kun aurinko ei paista. Käytännössä pienillä tuuliturbiineilla on hyvin spesifiset tuulivaatimukset, joita ei täytetä useimmissa suomalaisissa asuinympäristöissä, ja niiden asennus- ja huoltokulut ylittävät usein tuotetun energian hyödyt. Ymmärtäminen siitä, milloin pientuulivoima on järkevää, auttaa välttämään tehottomat investoinnit.

Kuinka pieni tuuliturbiini toimii

Tuuliturbiini muuntaa tuulen liike-energian sähköenergiaksi siipien pyörimisen kautta, joka ajaa generaattoria. Asuinrakennusten pienet tuuliturbiinit ovat tyypillisesti: nimellisteho 1–20 kW, roottorin halkaisija 1,5–10 metriä, käynnistystuulen nopeus 2–3 m/s, nimellistuulen nopeus (jolla nimellisvoima saavutetaan) 10–12 m/s, sammutustuulen nopeus 25 m/s. Tuuliturbiinin energiantuotanto kasvaa tuulennopeuden kuution mukaan: tuulennopeuden kaksinkertaistaminen lisää tuotantoa 8-kertaisesti. Tämä tekee tuulienergiasta erittäin herkkää paikallisille tuuliresursseille: alue, jonka keskimääräinen tuulennopeus on 5 m/s, tuottaa 8 kertaa vähemmän kuin alue, jonka keskimääräinen nopeus on 10 m/s.

Milloin pientuulivoima on järkevää: keskeiset vaatimukset

Keskimääräinen tuulennopeus: kriittisin muuttuja. 3 kW:n pienelle turbiinille, joka on asennettu 10 metrin pylvääseen: keskimääräinen vuosinopeus alle 5 m/s: rajallinen tuotanto ja heikko taloudellinen tuotto. 5–7 m/s välillä: hyväksyttävä tuotanto, tapauskohtainen arviointi. Yli 7 m/s: hyvä tuotanto, taloudellisesti kannattava. Useimmissa suomalaisissa asuinalueissa (kaupungit, tasangot, tiheästi kasvillisuuden peittämät mäkiset alueet) keskimääräiset nopeudet ovat 3–5 m/s: pientuulivoiman taloudellisen kannattavuuden rajalla. Alueet, joilla on hyvät tuuliresurssit Suomessa: alttiit rannikkoalueet (Pohjanmeri, Itämeri, pohjoiseen avoimet rannikot), alttiit vuoristoharjanteet, avoimet tasangot ilman esteitä (Pohjanmaa, Lappi). Kuinka varmistaa alueesi tuuliresurssit: Wind Atlas -ohjelmisto tai PVGIS-portaali (joka sisältää tuuliresurssit) tarjoavat keskimääräisen tuulennopeuden eri korkeuksissa. Anemometri, joka on asennettu vähintään yhdeksi vuodeksi, on tarkin menetelmä.

Pientuuliturbiinien tyypit: vaaka- ja pystyakseliset

Vaaka-akseliset turbiinit (HAWT): perinteinen tyyppi, jonka siivet pyörivät pystysuorassa tasossa, kuten suuret teollisuusturbiinit. Tehokkaampia kuin pystyakseliset (tehon kerroin jopa 0,45 vs 0,35 pystyakseleille). Vaativat tuulen suuntautumista (yaw-järjestelmä) ja tasaisempia tuulennopeuksia. Yleisimmät maaseutu- ja rannikkoalueilla. Valmistajat: Superwind, Bergey, Kestrel. Pystyakseliset turbiinit (VAWT): siivet pyörivät pystysuoran akselin ympäri. Ottavat tuulen mistä tahansa suunnasta (ei yaw-järjestelmää), toimivat paremmin turbulenteissa tuulissa (yleisempiä kaupunkiympäristöissä), hiljaisempia kuin vaaka-akseliset, pienempi visuaalinen vaikutus. Mutta vähemmän tehokkaita kuin HAWT samalla koolla ja tuuliolosuhteilla. Suomalaiset VAWT-valmistajat: muutamia pienempiä toimijoita. Ajatus siitä, että VAWT:t ovat ihanteellisia rakennusten katoille, on usein liioiteltu: katon turbulenssi on paljon suurempi kuin avoimella kentällä, ja rakennusrakenteet välittävät turbiinin tärinää rakenteeseen, aiheuttaen melua ja mahdollisia rakenteellisia vaurioita.

Kustannukset ja kannustimet pientuulivoimalle

Asuinrakennusten pientuulijärjestelmän kustannukset (1–10 kW): turbiini + pylväs + invertteri + asennus: 3 000–10 000 euroa asennettuun kilowattiin (paljon kalliimpaa kuin aurinkosähkö, joka on 1 200–1 800 €/kW). Huolto: tuuliturbiineilla on liikkuvia osia (laakerit, siivet, suuntautumisjärjestelmä), jotka vaativat säännöllistä huoltoa (2–3 vuoden välein): 500–1 000 euroa huoltokerralla. Aurinkosähköllä on lähes ei liikkuvia osia: minimaalinen huolto. Kannustimet: uusiutuvan energian asetus ja tulevat kannustinasetus sisältävät pientuulivoiman kannustintariffeihin. Itsenäisille asuinjärjestelmille sovelletaan 50 prosentin verohelpotusta kuten aurinkosähkölle. Milloin pientuulivoima voittaa aurinkosähkön: alueilla, joilla on korkeat tuuliresurssit (yli 7 m/s keskimäärin) ja huonot aurinkoresurssit (Pohjois-Suomi, hyvin pilveiset alueet), tuuli voi tuottaa enemmän energiaa kuin aurinkosähkö samalla nimellisteholla. Mutta tuuli- ja aurinkoenergian yhdistelmä on usein optimaalinen ratkaisu vuotuisen tuotannon maksimoimiseksi kaikissa sääolosuhteissa.

Tuuliresurssien arviointi ennen investointia

Luotettavin tapa arvioida pientuulivoimalan soveltuvuutta omalle alueelle on mitata tuulen nopeutta paikan päällä vähintään 6–12 kuukauden ajan ennen investointipäätöstä. Mittausvälineet: anemometri tietologgerilla on saatavilla 200–500 euron hintaan amatööriversioista, tai voit vuokrata sen erikoistuneista yrityksistä. Asenna mittari pylvääseen samalle korkeudelle kuin turbiiniksi suunniteltu (vähintään 10 m) vähintään yhdeksi vuodeksi. Tietojen analysointi: laske keskimääräinen vuotuinen tuulen nopeus ja nopeuden jakauma (Weibull-käyrä). Näiden tietojen ja turbiinin tehokäyrän avulla energiateknikko voi laskea odotetun tuotannon hyvällä tarkkuudella. Olemassa olevat tietolähteet: Energiapalvelun johtaja (GSE) ja ISPRA-portaali sisältävät historiallisia tuulen nopeustietoja monista Italiassa sijaitsevista asemista. Italian tuuliatlaksi (ENEA ja RSE) tarjoaa tuuliresurssitietoja koko maasta. Nämä alueelliset tiedot ovat hyödyllisiä alustavaan arviointiin, mutta ne eivät korvaa paikan päällä tehtävää mittausta, joka ottaa huomioon topografian, kasvillisuuden ja läheisten esteiden paikalliset vaikutukset.

Italian offshore-tuulivoima: tuulivoiman tulevaisuus

Vaikka asuntojen pientuulivoima on niche-sovellus, offshore-tuulivoima (mereen asennetut turbiinit) on yksi Euroopan nopeimmin kasvavista energiasektoreista ja edustaa valtavaa potentiaalia Italialle. Italian merillä (pohjoinen Adrianmeri, Sisilian salmi, Sardinian meri) on hyvät tuuliresurssit. Historian suurin este Italiassa on ollut rannikkojen lähellä olevien merien suuri syvyys (vaikeaa asentaa turbiineja kiinteille perustuksille). Kelluva offshore-tuulivoiman teknologia (kelluva turbiinit: ankkuroitu pohjaan mutta ei kiinnitetty) ratkaisee tämän ongelman ja avaa valtavat mahdollisuudet syvällä Välimerellä. Italialla on kunnianhimoiset offshore-tuulivoimatavoitteet: 5 GW vuoteen 2030 mennessä PNIEC-suunnitelmissa (National Integrated Energy and Climate Plan). Kehitteillä olevat suurprojektit (Smeralda Sardinian edustalla, Gargano One Pugliassa, Mediterranean Wind Sisilian salmessa) voisivat muuttaa radikaalisti Etelä-Italian energiamixia seuraavien 10–15 vuoden aikana.

Rakentuksiin integroitu tuulivoima (BAWT): kokeelliset projektit

Rakentuksiin integroidut tuuliturbiinit (Building Augmented Wind Turbines, BAWT) ovat aktiivisen tutkimuksen ja kokeilun kohteena. Jotkut arkkitehtuurit käyttävät rakennuksen geometriaa tuulen kiihdyttämiseen ja sen keskittämiseen turbiineille: "kaksoistorin" pilvenpiirtäjät voivat luoda venturi-ilmiöitä kahden tornin välille, mikä kiihdyttää tuulta ja antaa voimaa integroituihin turbiineihin. Bahrainin World Trade Center -projekti (2008) oli yksi ensimmäisistä kaupallisista rakennuksista, joissa oli integroituja rakenneturbiineja. Italiassa jotkut käynnissä olevat kokeilut yliopistoissa (Politecnico di Milano, Politecnico di Torino) tutkivat VAWT-turbiinien integrointia asuinrakennusten katoille. Teknologia on vielä esikaupallistamisen vaiheessa suuressa mittakaavassa, mutta edustaa yhtä kehityssuuntaa uusiutuvan energiantuotannon integroimiseksi kaupunkirakenteeseen.