Tuulivoima petti britit pakkasessa

The Telegraph julkaisi tammikuun alussa pari uutista, jotka herättävät kysymyksiä tuulivoiman rakentamisen mielekkyydestä ja sen mahdollisuuksista.

Ensimmäisessä jutussa – Wind farms becalmed just when needed the most – todetaan tuulivoiman tuottaneen vähiten silloin kuin kun tarve oli suurin:

Despite high demand for electricity as people shivered at home over Christmas, most of the 3,000 wind turbines around Britain stood still due to a lack of wind.

Even yesterday , when conditions were slightly breezier, wind farms generated just 1.8 per cent of the nation’s electricity — less than a third of usual levels.

The failure of wind farms to function at full tilt during December forced energy suppliers to rely on coal-fired power stations to keep the lights on — meaning more greenhouse gases were produced.

Toisessa jutussa – Wind turbines ’less efficient than claimed’ – todetaan tuulivoiman kapasiteettikertoimen Briteissä olevan 0,22 vaikka teollisuus on luvannut sen olevan 0,3 jonka mukaan myös investointilaskelmat on tehty.

Tarkastellaan seuraavassa joulukuun tuulivoimatietoja Britanniassa sää- ja tuulivoimatilastojen avulla.

Brittien suurin tuulipuisto – Whitelee Wind Farm – sijaitsee Skotlannissa Glasgown lähellä. Puistossa on tällä hetkellä 322 MW asennettua tehoa. Tuuli- ja lämpötilatilastot Glasgown lentokentältä joulukuulta 2010 näyttävät tältä:

Kuva 1a.

Kuva 1b.

Kuvassa 1a. nähdään tuulennopeuden vuorikausikeskiarvot Glasgowssa joulukuun jokaisena päivänä. Enimmillään on tuullut 5 m/s, vähimmillään on ollut täysin tyyntä. Esimerkiksi tuulivoimala WWD-3 käynnistyy tuulennopeudella 4 m/s ja tuottaa nimellistehon 3 MW tuulennopeudella 12,5 m/s. Kyseinen voimala olisi Glasgowssa käynnistynyt vain kolmena päivänä tuulen nopeuden ylittäessä 4 m/s. Tämä ei aivan pidä paikkaansa, koska tuuliasematiedot mitataan n. 10 metrin korkeudelta voimaloiden ollessa n. 100 metrin korkeudella, jossa tuulee enemmän. Arvio on kuitenkin hyvin suuntaa antava, kuten myöhemmin todetaan.

Kuvassa 1b. nähdään Glasgown lämpötilat joulukuussa 2010. Tuulisuus korreloi kääntäen lämpötilaan.

Tehdään koko Ison-Britannian laajuinen tuulisuustarkastelu. Tätä varten valitaan yhdeksän sääasemaa eri puolilta Isoa-Britanniaa siten, että koko maa tulee silmämääräisesti hyvin katettua. Valitut asemat ovat:

  1. Glasgow
  2. Edinburgh
  3. Stornoway
  4. Newcastle
  5. Valley
  6. Plymouth
  7. Southampton
  8. Norwich
  9. Belfast

Asemat näkyvät tässä kartassa.

Piirretään asemien tuulitiedot joulukuulta 2010 yhteen kuvaan.

Kuva 2.

Kuva on sekava, mutta siitä nähdään tuulisuuden Briteissä olleen joulukuussa varsin vähäistä pysytellen suuren osan ajasta alle 4 m/s.

Piirretään seuraavaksi samat tiedot summattuna aluediagrammiin siten, että tuulilukemat jaetaan mittaussarjojen lukumäärällä. Alueen yläraja kuvassa 3. näyttää näin ollen tuulen keskinopeutta Isossa-Britanniassa joulukuussa 2010.

Kuva 3.

Tuulen keskinopeus Britannian alueella ylittää 4 m/s vain muutamana päivänä. Kuvaajan profiili on muuten hämmästyttävän samankaltainen kuin kuvassa 1a. Sanonta ”jossain tuulee aina” pitää kyllä paikkansa, mutta tässä tapauksessa yhden sääaseman mittaukset korreloivan silminnähden hyvin koko alueen keskiarvon kanssa.

Pysyvyyskäyrästä voidaan nähdä tuulisuuden jakautuma kuukauden päiville. Pysyvyyskäyrä saadaan, kun mittapisteet lajitellaan laskevaan suuruusjärjestykseen ennen kuvaajan piirtämistä. Kuvassa 4. on Glasgown tuulisuuden pysyvyyskäyrä.

Kuva 4.

Nyt nähdään helposti, että tuulen nopeus 4 m/s on ylittynyt vain kolmena päivänä. Kahtena kolmasosana kuukauden ajasta tuuli on ollut alle 2 m/s, ja kuutena päivänä tuulen keskinopeus on ollut pyöreät nolla metriä sekunnissa. Muut päivän ovat tältä väliltä.

Kuvassa 5. nähdään valitun yhdeksän sääaseman joulukuun tilastojen keskiarvosummat pysyvyyskäyrän muodossa.

Kuva 5.

Lopuksi tarkastellaan, miten hyvin sääasemien tuulimittaukset täsmäävät tuulivoiman tuottaman tehon kanssa. Kuvassa 6. nähdään yhdeksän sääaseman tuulen keskinopeus ja tuulivoiman teho Britanniassa joulukuussa 2010.

Kuva 6.

Tuulivoiman tehon yksikkönä on megawatti. Tuulennopeudet on kerrottu luvulla 200 jotta ne on saatu skaalattua kuvaan.

Paremman käsityksen vastaavuudesta antaa pistekaavio, jossa jokaisen vuorokauden tuulen keskinopeutta ja tuulivoiman tehoa ilmaisee yksi piste.

Kuva 7.

Pistejoukon läpi on piirretty lineaarinen regressio (oranssi viiva), joka kuvaa tuulen nopeuden ja tehon keskimääräistä riippuvuutta. Kuvasta nähdään selkeästi, että sääasemien tuulimittaukset korreloivat tuulivoiman tehon kanssa. Korrelaatiokerroin on 0,67 ja suoran kulmakerroin on 238.

(Periaatteessa kaavalla P(MW) = 238 x tuulen_nopeus(m/s) + 165 voidaan laskea tuulivoiman teho kun tuulen nopeus tiedetään.)

Merkillepantavaa on erityisesti se, miten pienellä tuulennopeudella, alle 3 m/s, teho on pääsääntöisesti ollut alle 600 MW, ja vain kerran 800 MW. Suuremmilla tuulen nopeuksilla hajontaa on enemmän. Tämä johtuu ainakin seuraavista syistä:

  • Tuuliolosuhteet tuulivoimaloiden korkeudella (n. 100 m) ja sääasemien mittauskorkeudella (n. 10 m) ovat erilaiset.
  • Tarkasteluun valitut sääasemat edustavat mitä todennäköisimmin eri alueita kuin mihin tuulivoiman tuotanto Britanniassa on keskittynyt.
  • Tässä tarkastelussa on käytetty tuulisuuden vuorokausikeskiarvoja. Saman keskiarvon omaavina päivinä tuulisuuden jakauma vuorokauden tunneille voi olla erilainen ja tuottaa erisuuruisen sähkösaaliin.

Kuvassa 8. on vielä tuulivoimatuotannon pysyvyyskäyrä joulukuulta.

Kuva 8.

Johtopäätökset

Yleensä kun tuulivoimasta puhutaan, vedotaan sen vuositasolla tuottamaan energiamäärään, terawattitunteihin. Näin ilmaistuna tuulivoima näyttää suhteellisen hyvältä tuotantomuodolta. Tämä tarkastelu kuitenkin osoittaa, että tuulivoima ei kaikkina aikoina tuota lähimainkaan tasaista eikä riittävää tehoa. Voi esiintyä pitkiä ajanjaksoja, jolloin tuulivoima ei laajallekaan alueelle asennettuna tuota juuri mitään. Silloin puuttuva teho on korvattava jollakin muulla tuotannolla, käytännössä fossiilisilla polttoaineilla tai vesivoimalla, jos sitä on käytettävissä.

Tästä seuraa se, että tuulivoiman lisärakentamisen myötä ei voi kokonaan poistaa käytöstä muuta tuotantoa. Sitä tarvitaan edelleen säätötehon tuottamiseen.

Nopean tehonvaihtelun kompensoimiseen tarvitaan vesivoimaa, jo valmiiksi vajaateholla käynnissä olevaa fossiilikapasiteettia (”spinning reserve”), tai vaihtoehtoisesti nopeasti käynnistyvää kapasiteettia kuten kaasuturbiineja.

Säätetehoa tarvitaan joka tapauksessa kulutuksen muutosten tasaamiseen. Tilanteessa, jossa kulutus ja tuulituotanto muuttuvat vastakkaisiin suuntiin, tarvitaan enemmän ja nykyistä nopeampaa säätökapasiteettia.

Säätötehon rakentaminen ja ylläpitäminen maksaa, eikä näitä kustannuksia yleensä oteta huomioon tuulivoiman kustannuksia laskettaessa. Kuten esimerkki osoittaa, tarvittava säätöteho voi olla lähes yhtä suuri kuin tuulivoiman huipputeho. Pyörivä fossiilinen säätökapasiteetti lisäksi kuluttaa polttoaineita ja tuottaa päästöjä.

On puhuttu paljon erilaisista sähkön varastointitekniikoista, ”älykkäistä sähköverkoista” ja HVDC-siirtolinjoista. Niitä tarvitaan tuuli- ja muun epäsäännöllisesti toimivan uusiutuvan tuotannon tehon tasaamiseen. Näidenkään kustannuksia ei tuulivoiman kustannuksissa ole otettu huomioon. Aina halutulla teholla toimiva fossiili- tai ydintuotanto ei näitä ”uusia energiateknologioita” tarvitse.

Tuulivoima ei tämän esimerkin valossa voi olla kovin merkittävä päästöttömän energian tuotantomuoto. Se ei laajastikaan rakennettuna voi korvata fossiilista tuotantoa, vaan tarvitsee lähes nimellistehoaan vastaavan säätötehon.

The Telegraph uutisen lause

”It doesn’t matter how many wind farms you build, if the wind isn’t blowing, the blades aren’t turning.”

pitää siis paikkansa, ja sen pitäisi herättää pohtimaan tuulivoiman mielekkyyttä ja mahdollisuuksia uudemman kerran. Tällä kertaa realistisesti, ilman ideologisia vaikutteita, kertyneisiin tilastoihin ja muuhun faktatietoon perustuen.

Datalähteet:

Editointia 13.1.2010 klo 17:40:

  • Nimikerkin Bias kommenttien perusteella poistettu tekstistä ylimääräiset viittaukset tuulivoimaloiden käynnistymisnopeuteen. (Tämä ei ole mielipidekirjoitus (ennen väliotsikkoa ”Johtopäätökset”), joten sellaiseen mahdollisesti viittaavat kohdat eivät tekstiin kuulu.)
  • Korhosen kommentin perusteella kuvaan 7 lisätty korrelaatiokerroin ja kulmakerroin.

13 thoughts on “Tuulivoima petti britit pakkasessa

  1. Aihepiiristä (Brittiläinen tuulivoima, ja tuulivoimaloista ylipäätänsäkin) mainio teos on Dr. John Etheringtonin The Wind Farm Scam. Amazonista saa.

    Tykkää

  2. No nyt sinä Kaj taas puhut vaihteeksi asiaa!

    Kirjoitin tästä samasta blogissani aiemmin (sait vihjeen?). Tuossa asiassa jo nk. talonpoikaisjärjen pitäisi kertoa lopputulos, yleensä kovilla pakkasilla ei tuule.

    Helsingin Sanomat muuten tässä pian järjestää kansalle (kertoo aamun hesari) mediatorillaan kyselytilaisuuden ilmastonmuutoksesta, asiantuntijoina vastaavat
    Oras Tynkkynen , Jani Toivola ja Anne Sinnemäki …

    Ajattelitko Kaj mennä?

    Tykkää

  3. Aivan puusilmäisesti mietiskelemällä, olematta energia-alan asiantuntija millään tavalla, ensimmäinen ajatus on, että pääsäntöisesti täytyy mennä mahdollisimman suoraan energian alkuperäisille lähteille.

    Ergo, aurinkoenergia ja ydinenergia.

    Ei minulla ole mitään muitakaan energiantuotantomuotoja vastaan, kunhan realiteetit pidetään mielikuvien edellä.

    Tykkää

  4. Suomessa tehtiin jokin aika sitten ns. tuuliatlas.

    Onko tässä kirjoituksessasi käytetyt tuulitiedot samalta korkeudelta kuin tuulivoimalat tuulensa keräävät? Olen ymmärtänyt tuuliatlaksen tuulitietojen olevan juuri sieltä käyttökorkeudelta.

    Tykkää

  5. Kaj, artikkelisi vaikuttaa todella puolueelliselta, sillä vertaat ilman mitään pointtia tuulivoiman 4m/s käynnistysnopeutta mitattuihin lukemiin useaan otteeseen, vaikka heti alkuun sanotkin että nuo lukemat ovat mitattu 10m:ssä eikä 100m:ssä.

    Olisit vain jättänyt nuo mainitsematta niin tämä voisi voisi vaikuttaa paljon asianmukaisemmalta tekstiltä. Nyt minulle jäi kuva periaatteellisesta tuulivoiman vastustajasta, vaikka en sinua tunnekaan. Enkä ole edes itse tuulivoiman suurimpia kannattajia.

    Tykkää

  6. Tuo tuulivoimatehon pysyvyyskäyrä taitaa olla tässä se oleellinen pointti. Kyllähän tuolla useaan otteeseen todetaan, että tuulennopeustilasto on suuntaa-antava. Silti, maanpinnalla mitatun tuulennopeuden ja tuulivoiman tuottaman tehon välillä näyttää olevan melko selvä yhteys, vaikka korrelaatio ei olekaan ihan täydellinen. Mitkä muuten ovat regressiokäyrän parametrit korrelaation suhteen?

    Wikipedian mukaan brittien asennettu tuulivoimakapasiteetti on 5194 MW. Käänteli tai väänteli tuota miten hyvänsä, jos nuo numerot pitävät paikkansa niin eihän tuo kovin tuulivoimamyönteiseltä näytä, kun tehokerroin on talvisaikaan enintään 0,27 ja sekin vain muutamana päivänä kuukaudesta.

    Tykkää

  7. Kuten sanoin, muuten artikkeli saattaakin olla ihan järkevä. Oleellinen pointti ei tosiaankaan ole nuo absoluuttiset käynnistysarvot, mutta silti niitä kummasti kylvetään kolmeen otteeseen tekstissä. On päivänselvää, että sillä lukemalla tässä tekstissä halutaan maallikoille ja nopeasti tekstin lukeville antaa vaikutelma että tuulivoimalat eivät edes käynnistyneet tiettyinä päivinä, mikä ei ole totta.

    In other words, puolueellinen teksti jossa faktoja taivuteltu omiin tarkoituksiin. Fiksumpi lukija huomaa tämän ja kirjoittajan uskottavuus kärsii. Harvemmin nämä blogit toisaalta kovin objektiivisia ovatkaan.

    Tykkää

  8. OK, makuja on ilmeisesti monia. En saanut tekstistä mitenkään erityisen puoleellista kuvaa, en nopealla ensiluennalla enkä myöhemminkään. Minulle oli ainakin nuo taulukot lukemalla aika selvää, että vaikka vähätuulisina päivinä muutama tuulivoimala olikin ilmeisesti käynnissä, niiden tuottama teho oli marginaalista. Ehkä tuossa voisi sitten jättää pois nuo viittaukset käynnistysnopeuksiin.

    En kuitenkaan osaa pitää pahana erheenä, että tekstissä puhutaan nopeudesta lähellä maanpintaa, kun korrelaatio pienten tuulennopeuksien ja tuulitehon kesken on noin vahvaa.

    Tietenkin toivoisi, että nopeudet olisi mitattu 100 m korkeudessa, mutta suuntaa-antaviin päätelmiin tuo data kyllä riittää hyvin. Menisi – tuon korrelaation vuoksi – luultavasti diplomityössä läpi, hyvin todennäköisesti vertaisarvioidussa artikkelissakin. Nyt siis oletan, että itse lukuja ei ole peukaloitu, mutten sitä kyllä ihan hevillä usko.

    Fakta ja olennainen huomio kun näyttää olevan, että tuulivoima ei ole luotettavaa, mikä sinänsä ei kylläkään ole mikään uutinen – ainakaan alaa seuranneille.

    Tykkää

  9. Hannu:
    En ajatellut mennä. Nuo voivat olla ilmastopolitiikan asiantuntijoita, mutta eivät ilmastonmuutoksen asiantuntijoita. Ei kiinnosta tuon tason politikointi.

    Timo Y:
    Juuri noin. Lisäksi pitää muistaa, että energiaa ei voida tuottaa. Sitä voidaan vain kerätä talteen siellä missä sitä on ja muuntaa muodosta toiseen. Kaikki paikat mistä energiaa voidaan kerätä on nähdäkseni jo sata vuotta sitten löydetty, eikä uusia ole tulossa.

    Timo K:
    Tuulialtaksesta olen kirjoittamassa omaa juttua. Tässä käytetyt tuulitiedot ovat sääasemien tietoja, jotka mitataan n. 10 metrin korkeudelta maanpinnasta. Tuulivoimalat toimivat n. sadassa metrissä.

    Bias:
    Arvasin, että joku kiinnittää tuohon huomiota. Tarkoitukseni ei ollut johtaa harhaan, ja asia on tekstissä mainittu. Tuulivoimalat itsessään ovat tuulimittareita, joten kuvasta 7. näkee ehkä parhaiten, miten sääasemien tiedot vastaavat tuulitehoja. Vastaavuus on kuitenkin aika hyvin sinne päin, parempi se ei voikaan olla. Kuvan perusteella voi sanoa, että käynnistymisnopeus on kaksi metriä sekunnissa sääasemilla mitattuna. Minulla ei ole ennalta määrättyä mielipidettä misään tieteeseen tai tekniikkaan liittyvästä asiasta, ei myöskään tuulivoimasta. Tuulivoiman- ja muiden uusiutuvien hypeä vastaan minulla on paljonkin. Jos puhutaan, pitää argumentoida faktoilla, ei mielipiteillä. Omalle tekstilleen tulee helposti sokeaksi, eikä kaikkia mahdollisia mielleyhtymiä tule aina ajatelleeksi. Siispä kommentointi tehköön vertaisarvioinnin virkaa; editoin tekstiä, muutokset tekstin lopussa punaisella.

    Korhonen:
    Oivalsit pointtini. Kävin läpi koko viime vuoden tuulitehot ja maksimi oli jossain 2000 MW:n paikkeilla. Niin vähän, että se sai minut epäilemään lähteen luotettavuutta, ja että onko siinä todella kaikki Brittien tuulivoimalat mukana. Kyllä siinä näyttää olevan. Tehoa kaikkiaan verkkoon mennyt tänään n. 35000…50000 MW, joten kyllä siinä käsittääkseni on koko Britannian tuotanto. Jos joku on peukaloinnut tietoja, se en ole minä. Data löytyy mainituista lähteistä. Tässä ei ole alaa seuranneelle mitää uutista, mutta alaa seuraamattomalle tuulivoiman puolestapuhujalle voi olla paljonkin. Kuvaan 7. lisäsin korrelaatio- ja kulmakertoimet.

    Tykkää

  10. Hei,

    Diggailin kirjoituksesta. Tällaista lisää!

    Korjausehdotus: Ota se lineaarinen regressio pois. Virhetermi ei selvästikään ole homoskedastinen (kts. wikipedia-linkki tarkemmin), minkä vuoksi kulmakertoimen OLS-estimaattori ei ole harhaton.

    Tykkää

  11. Kiitos kommentista.

    Saatat olla oikeassa, mutta otanta saattaa myös olla liian lyhyeltä ajalta jotta varmuudella voisi noin sanoa. Tai käytetyt saasemat vääriä. Joka tapauksessa, Tanskasta vuositasolla saadaan samalla menetelmällä hyvin homoskedastinen tulos. Tästä lisää joskus myöhemmin.

    Tykkää

  12. Tuo kuva 1b kääntäen verrannollisuus ei pidä paikaansa – vertaa kuvia 1a ja 1b keskenään. Nehän ovat suoraan verrannllisia (ainakin päivällä) eli kun lämpötila nousee, niin tuulen nopeuskin nousee – katsokaa vaikka kuvia (esim klo 7, 11, 14 ja 16). Tämähän on luonnollista, koska tuuli on aurinkoenergiaa. Tuuli on hyvä puhdas energialähde, mutta varsin kallis eikä sovi tietenkään perusvoimaksi, säätövoimaksi tai varavoimaiksi. Sitä ei voi varastoida, eikä sitä voi ennustaa – paitsi tilastollisesti. Se mistä meillä on pula, on perusvoima ja varavoima. Tuulen käyttä lisää samassa suhteessa tarvetta säätövoimalle – ja tästähän wärtislän insinöörit tykkäävät – jokaista asennettua tuulivoimalaa kohden tarvitaan ”wärtsilöiden” säätövoimakoneita – dieseleitä ja sen semmoisia. Jos kaikki maailmaan maat ottaisivat tuulivoiman käyttöön maksimaalisesti, niin saisimme myytyä Suomesta Wärtsilän laitteistoja, varmaan biohiiltä ja kaikenlaista muutakin heille. Kannata sinäkin tuulivoimaa!

    Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s