Yhä edelleen kuulee sanottavan, että tuulivoiman tehonvaihtelut eivät niin haittaa, koska ”jossain tuulee aina”. Vuonna 2011 tein tuuliasemadatan perusteella tarkastelun, jonka tulos on tässä.
Tarkastelu osoitti, että tuuliteho vaihtelee edelleen, vaikka tuotantoalueena on koko Eurooppa. Tarkastelu oli enemmän tai vähemmän suuntaa antava, koska se perustui sääasematietoihin, jotka on mitattu vain n. 10 metrin korkeudelta maanpinnasta. Sittemmin tuulivoimaa on rakennettu runsain mitoin ja nyt on oikeaakin tuotantodataa saatavissa, niin tehdäänpä samanmoinen tarkastelu uudelleen, oikeaa dataa käyttäen.
Haetaan vuoden 2021 data sivustolta Entsoe Transparency Platform. Data on vapaasti saatavissa. Taulukkomuotoisen datan noutaminen vaatii ilmaisen rekisteröitymisen. Haettu data on myös tässä.
Tarkastelussa mukana olevat maat kuvassa 2 merkittynä keltaisella.
Pinottu aluekaavio tehoista kuvassa 3.
Eri maissa on hyvin eri määriä tuulisähkötehoa, mikä näkyy tässä kuvassa. Ylimpänä näkyy sinisellä Saksa, jossa tuotetaan eniten tuulisähköä Euroopassa. Toisena on Espanja punaisella.
Jotta voidaan tarkastella tuulisuuden vaihtelua alueella, riippumatta eri maiden erisuuruisista tehoista, data täytyy yhteismitallistaa. Tehdään se suhteuttamalla jokaisen maan tuotanto kyseisen maan viiden huipputunnin keskiarvoon. Nämä lukemat näkyvät kuvassa 4.
Kun jaetaan tuntitehot äsken lasketulla maksimitehoilla, saadaan aikasarjat, jossa tuntitehot saavat arvon välillä 0 ja 1.
Lasketaan yhteismitallistetuista tehoista tuntikohtaiset keskiarvot. Saatu kaavio (kuva 5) kuvastaa tuulisuuden vaihtelua Euroopassa kuvan 2 keltaisella alueella.
Kuva 5 muistuttaa aiempaa tarkastelua kuvassa 1 varsin hyvin. Kuvassa 1 on käytetty vuorokausikeskiarvoja, joten se näyttää tasaisemmalta kuin tuntidata. Piirretään seuraavaksi pysyvyyskäyrä, kuvassa 6.
Kuvassa 7 on vertailun vuoksi aiemman tarkastelun pysyvyyskäyrä. Mittausdatasta muodostettu pysyvyyskäyrä osoittaa vaihtelun olevan vähän isompaa kuin sääasemadatasta muodostettu käyrä.
Datasta voidaan samalla kätevästi laskea vuosituotannot terawattitunteina (kuva 8), kapasiteettikertoimet (kuva 9) ja tuulisähkön tuotanto asukasta kohden (kuva 10).
Kapasiteettikertoimet pitäisi laskea asennetun tehon perusteella, mutta Entsoen tarjoamissa luvut eivät näytä olevan aivan ajan tasalla, joten en käyttänyt niitä.
Lasketaan vielä maksimiteho pinta-alaa kohden (kuva 11).
Eniten tuulivoimaa pinta-alaa kohden on Belgiassa, 134 kW/km². Jos jokaiseen maahan rakennettaisiin yhtä paljon tuulivoimaa kuin Belgiassa, sitä olisi alueella neljä kertaa enemmän kuin nyt. Tehonvaihteluun ei kapasiteetin lisääminen vaikuta. (Edit: suurin osa Belgian tuulivoimaloista sijaitsee merellä, joten tämä kohta ei ihan sellaisenaan pidä paikkaansa. Sama tilanne jossain määrin muuallakin rannikon alueella.)
Yhteenveto
Tuulivoimatuotannon hajauttaminen suuremmalle maantieteelliselle alueelle luonnollisesti vähentää tehovaihtelua, mutta ei missään määrin eliminoi sitä. Vaihtelut ovat edelleen suuria ja nopeita, kuten kuva 5 osoittaa. Vuoden mittaan koko alueen teho vaihtelee kuvan 6 pysyvyyskäyrän mukaisesti välillä 4..67%. Vaikka vaihteluväli olisi pienempikin, hajauttamisesta ei olisi vastaavaa hyötyä, koska alueen sisäinen sähkön siirtokapasiteetti ei riitä alkuunkaan, jotta tuotannon hajautusta voitaisiin kunnolla hyödyntää. Lisäksi tuotantoa pitäisi olla asennettuna tasaisesti koko alueen pinta-alalle, jotta tuulisähkön tuotannon hajauttamisesta saataisiin täysi hyöty. Siirtokapasiteetin lisääminen on huomattavasti hitaampaa kuin tuulituotannon lisääminen. Siirtoverkkojen kapasiteetin kanssa on ongelmia jopa joidenkin maiden sisällä, mannertensisäisestä siirrosta puhumattakaan.
Tuuliennusteet ovat varsin luotettavia, joten tuulitehon käyttäytyminen tulevien päivien aikana on tiedossa riittävällä tarkkuudella, jotta siihen voidaan varautua. Varautumiskeinoina käytetään vesivoimaa, mikäli sitä on, tai kaasu- ja hiilivoimaloita, jopa ydinvoimaloita, jos muuta säätyvää tuotantoa ei ole riittävästi.
Sähkövarastoita puhutaan usein tuulivoiman yhteydessä, mutta edullisia, vaadittaviin mittoihin skaalautuvia varastoitimenetelmiä ei ole olemassa, eikä nykytietämyksen mukaan myöskään tulossa. Vaikka olisikin, tuulisähkö todennäköisesti menettäisi asemansa ”halvimpana” sähköntuotantomuotona, koska varastointi maksaa. Tämän tuotannonvaihtelun ongelman tuulivoima ulkoistaa muiden maksettavaksi, mikä nähdään sekä fossiiliriippuvuutena, että voimakaana sähkön pörssihinnan vaihteluna. Tästä ongelmasta kirjoitti Rauli Partenen Twitterissä jokunen päivä sitten, twiitti tässä. Tekniika&Talous kirjoitti samasta aiheesta otsikolla Fingrid: Tuulivoiman ennätyksellinen kasvu tekee Suomen kantaverkosta alttiimman häiriöille – Länsirannikolla ollaan äärirajoilla jo 2024
Asukasta kohden tuotetun tuulisähkön määrässä mitattuna Suomi pärjää kansainvälisessä vertailussa hyvin. Euroopassa olemme viidentenä, menneet jo Saksasta ohi. Etumatkamme tulee nopeasti kasvamaan, koska tuulivoimaa rakennetaan tällä hetkellä Suomessa suhteellisesti enemmän kuin Saksassa.
Korjaus, 5.10.2022: Kuvassa 3 oli virhe. Piti olla pinottu kaavio, mutta ei ollut. Kuva vaihdettu, vanha virheellinen kuva on täällä. Kiitos @EsalaAntti.
Gaia 
