2 HANKE
4.1 Tuulivoimalat
4.1.1 Tuulivoimalan rakenteet
Tuulivoimalaitoksen pääosat ovat roottori (napa ja siivet), konehuone, torni ja perustukset (Kuva 13). Eri voimalaitosvalmistajien mallit poikkeavat jossain määrin toisistaan johtuen teknisistä rat-kaisuista. Suurin ulkoinen ero on yleensä konehuoneen koossa ja muodossa. (Tuulivoimaopas) Nykyiset asennetut tuulivoimalaitokset ovat tyypillisimmin kokoluokkaa 1-3 MW. Tällä hetkellä suunnitteilla olevien laitosten teho on yleensä 3-5 MW. Tätäkin isompia laitoksia on jo suunnit-teilla maailmalla. 3-5 MW:n tuulivoimaloiden tornin korkeus vaihtelee 80 metristä 140 metriin.
Vastaavasti roottorin ja lavan halkaisija ovat noin 100 - 125 metriä. (Tuulivoimaopas)
Kuva 13. Tuulivoimalaitoksen osat sekä roottorin halkaisija, maksimikorkeus ja napakorkeus.
Suomessa oli vuoden 2009 lopussa käytössä yhdeksän eri laitosvalmistajan tuulivoimalatyyppiä (Taulukko 13). Määrällisesti eniten käytössä oli WinWinDin valmistamia 1 ja 3 megawatin tuuli-voimaloita.
Siikajoen tuulipuiston ympäristövaikutusten arviointiselostus Siikajoen tuulipuiston ympäristövaikutusten arviointiselostus
Taulukko 13. Suomessa käytössä ovat tuulivoimalaitostyypit vuoden 2009 lopussa. (lähde: VTT Wor-king papers 145)
Valmistaja Teho (kW) Lukumäärä Yhteensä (kW)
WinWinD 3 000
1 000
16 13
48 000 13 000
Energon 2 300
2 000 600 500
6 5 4 4
13 800 10 000 2 400 2 000
Bonus* 2 300
2 000 1 000 600 450
5 3 10 6 2
11 500 6 000 10 000 3 600 900
Harakosan 2 000 3 6 000
Nordex 1 300 3 3 900
Winworld 220 1 220
Vestas 2 000
660 600 500 225
1 2 4 1 4
2000 1 320 2 400 500 900
NegMicon* 750
600 250
7 1 1
5 250 600 250
Nordtank* 600
500 300 200 75
2 4 8 3 1
1 200 2 000 2 400 600 75
* Bonus on siirtynyt Siemensin omistukseen vuoden 2005 lopussa. Nordtank on ollut osa NEG Miconia ja siirtynyt vuodesta 2003 Vestaksen omistukseen.
Tuulivoimaloiden koko, roottorin halkaisija ja napakorkeus ovat parinkymmenen vuoden aikana kasvaneet huomattavasti, ja ne tulevat edelleen kasvamaan. Vuonna 1980 voimaloiden keskimää-räinen teho oli 20-50 kW, roottorin halkaisija oli noin 12 m ja napakorkeus noin 30 m. Vuonna 1995 voimaloiden keskimääräinen teho oli 450-500 kW, roottorin halkaisija oli noin 22 m ja na-pakorkeus noin 60. Nykyiset voimalat ovat teholtaan 3 MW voimaloita, joiden roottorin halkaisija on noin 100 m ja napakorkeus 100-125 m. (Tuuliatlas)
Tällä hetkellä suurin suunnitteilla oleva tuulivoimala tulisi olemaan teholtaan 10 MW. Norjalais-yhtiö Sway on suunnitellut rakentavansa ensimmäisen jättivoimalan vuoden 2011 kuluessa Öy-gardeniin Norjan lounaisrannikolle, jossa sitä on tarkoitus koekäyttää kaksi vuotta. Jättimäisen voimalan napakorkeus olisi peräti 162,5 metriä ja roottorin halkaisija huimat 145 metriä. (Ilta-Sanomat 12.02.2010, STT-AFP)
4.1.2 Tuulivoimaloiden sijoittelu
Tuulipuistoksi tai tuulivoimapuistoksi kutsutaan aluetta, jossa on useita toisiinsa liitettyjä tuuli-voimaloita. Puisto kytketään yhtenä kokonaisuutena sähköverkkoon. Voimalaitokset sijoitetaan useiden satojen metrien etäisyydelle tosistaan, 3-5 MW:n voimalat yleensä noin 400 - 1000 metrin etäisyydelle toisistaan. Sijoitusetäisyyteen vaikuttavat useat eri tekijät
• turbiinin koko
• tuulivoimaloiden ympärille aiheutuvat pyörteet (tuulivoimaloita ei voi sijoittaa liian lähel-le toisiaan)
• voimaloiden lukumäärä sekä
• voimaloiden sijoituskuvio.
Tuulipuistoissa tuulivoimalat on yleensä sijoitettu geometrisiin muodostelmiin. Suosittuja geo-metrisiä sijoittelukuvioita ovat olleet tasaväliset rivit, säännöllisistä neliöistä tai kolmioista koos-tuvat kuviot tai ympyrämuodostelmat (Kuva 14). (Weckman 2006)
Siikajoen tuulipuistohankkeessa voimalat sijoitetaan noin 700 – 1000 metrin etäisyydelle toisis-taan. Voimalat sijoitetaan kahteen riviin. Rivien välinen etäisyys on noin 700 metriä. Linnusto-vaikutusten minimoimiseksi voimalarivit ovat muuttoreittien kanssa samansuuntaiset.
Pohjois-Pohjanmaan maakuntakaavassa tuulivoimala-alueita koskee suunnittelumääräys, jonka mukaan tuulivoimalat tulee sijoittaa ryhmiin geometrialtaan selkeään muotoon ja niin lähelle soi-siaan kuin se energiantuotannon taloudellisuus huomioon ottaen on mahdollista.
Kuva 14. Kuvia erilaisista tuulipuistojen sijoituskuvioista ja miltä kuvio näyttää sivusta katsottuna.
(lähde: Weckman 2006)
4.1.3 Merikaapelit ja niiden sijoittelu
Tuulivoimalaitokset kytketään tosiinsa merikaapeleilla. Kaapelointiin voidaan käyttää joko pien- tai keskijännitekaapelia (20/45 kV).
Sopiva kaapelireitti suunnitellaan merenpohjan muotojen/laadun mukaan. Reitin valinnassa
pyri-Siikajoen tuulipuiston ympäristövaikutusten arviointiselostus Siikajoen tuulipuiston ympäristövaikutusten arviointiselostus
liot tai jyrkät paikat. Sijoituspaikan valinnassa huomioidaan myös laskualuksen liikkumismahdol-lisuudet matalassa vedessä.
Merikaapelit sijoitetaan joko vapaasti tai kaivamalla merenpohjaan noin 1 metrin syvyyteen. Kaa-peli lasketaan kaaKaa-pelialukselta tai sitä varten varustetulta proomulta.
Kuva 15. Merikaapelin laskua asennusalukselta sekä merikaapelin rantautumispaikka. (Kuvat Prysmian, Tuulipuistokaapelit –esite)
Kaapelin rantautumispaikaksi pyritään valitsemaan kohta, jossa on mahdollista kaivaa kaapeliojaa sekä maalla että vedessä. Rantautuminen kallioiseen kohtaan tehdään esim. poraamalla ja asenta-malla kaapeli muoviputkeen.
Kaapelit suojataan meren pohjassa tarvittaessa joko epäsuotuisan pohjanlaadun vuoksi tai ahtojäi-den ja ankkurivaurioiahtojäi-den varalta. Suojaustapa valitaan aina tapauskohtaisesti.
4.1.4 Perustukset
Tuulivoimaloiden perustustapaan vaikuttavat ensisijaisesti vesisyvyys ja merenpohjan laatu. Me-rituulivoimalan rakentamisessa voidaan käyttää paaluperustusta (monopile) tai kasuunia. Matalan veden alueella voi myös keinosaariratkaisu tulla kysymykseen. Kehitteillä on myös ns. kelluvia tuulivoimaloita.
Monopile (junttapaalu)
Monopile edustaa perinteistä merirakentamista. Itse paalu on suuri teräslieriö, joka valmistetaan konepajalla. Kalliopohjalla paalu asennetaan paikoilleen louhittuun kalliokaivantoon valamalla betoniin. Monopile voidaan asentaa junttaamalla kiinteisiin kitkamaihin. Paalusta saatava heikoh-ko vaakakapasiteetti vaatii yleensä upotuksen syvälle (30 … 40 m). Perustustyyppi ei ole erityisen huuhtoutumiseroosiolle. Junttaussyvyys ja teräspaalun dimensiot riippuvat kohdealueen maape-rästä (pohjanlaadusta), veden syvyydestä ja perustuksen päälle asennetavan voimalan koosta.
Paaluperustus (paalupukki)
Paaluperustuksessa kysymykseen tulevat suuriläpimittaiset teräspaalut (Ø 600 … 1000 mm), jotka asennetaan lyömällä tai poraamalla. Toistaiseksi suurin mahdollinen poraamalla asennettava paalu on halkaisijaltaan 800 mm. Paalut upotetaan kantavaan maakerrostumaan tai kallioon ja tarvitta-essa ankkuroidaan seinjännitettävin ankkurein kallioon, riittävän vetokapasiteetin saavuttamisek-si.
Kasuuni
Kasuuni on perinteinen vesirakenteen massiiviperustus, joka pitää massavoimillaan siitä nousevan ylärakenteen pystyssä sekä myös estää liukumisen vaakasuunnassa. Se on massiivisen jäykkä ra-kenne, joka voidaan toteuttaa suhteellisen matalaan veteen. Kasuunin mitat riippuvat vaikuttavista
tai terästä. Perustus valmistetaan kuivatelakalla, kuljetetaan paikoilleen, upotetaan ja painotetaan.
Lopuksi tehdään eroosiosuojaus.
Keinosaari
Keinosaariratkaisussa rakennetaan murskeesta ja louheesta veteen keinosaari. Saareen rakenne-taan betoninen perustuslaatta, johon tuulivoimala asennerakenne-taan. Betonilaatta peitetään murskeella.
Betoninen perustuslaatta on käytössä useimmissa maalle rakennetuissa tuulivoimaloissa.
Kelluvat tuulivoimalat
Principle Power ja Marine Innovation Technolgy ovat kehittäneet ns. kelluvia tuulivoimaloita (Kuva 16). Tutkijoiden mukaan näillä kelluvilla malleilla saavutetaan monia hyötyjä, koska nii-den asennuspaikka voidaan valita vapaammin kuin kiinteinii-den tuulivoimaloinii-den. Näin voidaan hyödyntää voimakkaampia tuuli kauempana rannikosta, ja eliminoida visuaaliset haitat rannikolla.
Ankkurit ovat myös huomattavasti edullisempia kuin merenpohjaan tehtävät perustukset. (TVO CO2 –raportti)
Kuva 16. Havainnekuva kelluvasta tuulivoimalasta. (Kuva Principle Power)
Tutkijat ovat testanneet laboratorion aaltoaltaassa mallia, jonka kolmijalkainen kelluva alusta oli suunniteltu perustuen nykyisten öljylauttojen rakenteeseen. Kokeet osoittivat, että alusta on riittä-vän stabiili 70 –metrisen, 5 megawatin tuulivoimalan sijoittamiseen. (TVO CO2 –raportti)
Tutkijat kuitenkin totesivat, että nykyisiä tuuliturbiineita ei ole suunniteltu kohtaamaan kellunnan aiheuttamaa liikehdintää. Näin ollen kelluntaolosuhteiden vaikutuksia on tutkittava vielä lisää, jotta voidaan selvittää turbiinien rakenteen vaatimat muutokset. Jääolosuhteiden vaikutusta raken-teeseen ei ole tutkimuksessa selvitetty. (TVO CO2 –raportti)
Taloudellisia haasteita asettavat kasvava teräksen hinta sekä valmistuskustannukset. Alusta olisi valmistettava mahdollisimman lähellä tuulivoimalan sijoituskohdetta, jotta kuljetuskustannukset eivät kasva liian suuriksi. (TVO CO2 –raportti)
Seuraavaksi tutkijat aikovat rakentaa prototyypin ja testata sitä todellisissa olosuhteissa. Tarkoi-tuksena on myös selvittää kelluvan ratkaisun elinkaaren aikaiset kustannukset. Prototyypin on tarkoitus olla vedessä 2012 kesällä. (TVO CO2 –raportti)
Siikajoen tuulipuiston ympäristövaikutusten arviointiselostus Siikajoen tuulipuiston ympäristövaikutusten arviointiselostus
4.1.5 Siikajoen tuulipuiston perustustapa
Siikajoen tuulipuistohankkeessa perustamistapana tullaan käyttämään porapaaluperustusta( Kuva 17). Perinteiset pohjaan upotettavat teräs/betonikasuunit eivät ole toteutuskelpoisia, koska alueen vesisyvyys on niin matala ja merenpohjan ylimmät maakerrostumat ovat rakenteeltaan suhteelli-sen löyhiä ja siten kantavuudeltaan heikkoja. Kasuunien asettamiseksi paikoilleen jouduttaisiin tekemään massiivisia ruoppauksia, mikä ei ole hankeen taloudellisuus sekä ympäristölliset näkö-kohdat huomioiden järkevää.
Porapaaluperusteisessa perustustavassa teräsbetonirakenteinen kasuuni rakennetaan ja esivalmis-tellaan tukisatamassa. Kasuuni joko uitetaan tai kuljetetaan aluksella asennuspaikalle. Asennuk-sen ajaksi kasuuni ankkuroidaan, ankkurointina esimerkiksi teräksiset tukipaalut, joiden varaan, veden pinnan alle rakennetun kehikon päälle kasuuni lasketaan (tai uitetaan). Kasuunin päältä asennetaan lopulliset suuriläpimittaiset teräsputkipaalut. Mikäli käytetään porattavia paaluja, ne ulotetaan noin 2 metrin syvyyteen kallioon. Tämän jälkeen punos- (tai tanko) ankkurit porataan porapaaluputkien läpi kallioon, johon ne ankkuroidaan. Porapaalut raudoitetaan ja valetaan beto-nilla umpeen. Ankkurit esijännitetään. Paalujen yläpäiden lohkoihin asennetaan esivalmistellut raudoiterakenteet ja lohkot jälkivaletaan. Lopuksi valetaan kansirakenne (Kuva 18). Tämän jäl-keen päästään asentamaan itse tuulivoimala.
Kuva 18. Yksityiskohtaisempi periaatekuva porapaalusta ja sen rakenteista. (WSP Finland Oy)
Kuvassa esitetty teräsbetonikasuuni ”kelluu” porapaalujen päällä veden pinnalla. Betonikasuuni on korkeudeltaan noin 3 metriä ja sen yläosan halkaisija on noin 9 metriä ja alaosan halkaisija noin 12,5 metriä. Asennettavan tuulivoimalan halkaisija on noin 4,5 metriä.
Vedensyvyydestä riippuen porapaalujen pituus vaihtelee asennuspaikasta riippuen.
Siikajoen tuulipuiston ympäristövaikutusten arviointiselostus Siikajoen tuulipuiston ympäristövaikutusten arviointiselostus
Kuva 19. Periaatekuva porapaaluperustuksesta ylhäältä päin katsottuna. (WSP Finland Oy)