Tuulivoima tarvitsee luotettavat muuntajat

Muuntaja, generaattori ja vaihteisto sijaitsevat usein korkealla konehuoneessa. Joskus muuntajan paikka voi olla myös tornin alaosassa, jotta konehuoneen kokonaispainoa saadaan pienennettyä. Kuva: Wpd wind manager Suomi Oy.

Tuulivoimaprojektit vaativat monenlaista erikoisosaamista. Hitachi Energyn Vaasan-muuntajatehdas valmistaa tuulivoimaloiden tarpeisiin suunniteltuja erikoismuuntajia.

Sitä mukaa kun fossiilisiin polttoaineisiin perustuvan energiantuotannon osuus pienenee ja uusiutuvan energian osuus kasvaa, lisääntyy tarve varastoida sähköenergiaa. Samalla sähkön osuuden kaikesta primäärienergiasta on ennustettu kasvavan noin viidenneksestä peräti puoleen. Trendi on Hitachi Energyn Suomen-yhtiön toimitusjohtaja Matti Vaattovaaran mukaan sama sekä Suomessa että globaalisti.

Lisää sähköenergiaa tulevat tarvitsemaan niin teollisuus kuin yhä useammin sähköllä lämpiävät yhdyskunnatkin. Kolmas sähkönkulutusta voimakkaasti kasvattava sektori on liikenne. Samanaikainen vihreä siirtymä johtaa väistämättä tuuli- ja myös aurinkoenergian tuotannon jyrkkään kasvuun. Tämä kehitys on tuonut ja tulee jatkossakin tuomaan suuria mahdollisuuksia myös suomalaiselle teollisuudelle. Tästä Hitachi Energyn Vaasan-tehdas on erinomainen esimerkki.

Asentajat Jarkko Saarela (vas.) ja Marko Sydänoja työskentelevät järeiden muuntajien parissa. Vaasassa valmistetaan merkittävä osa kaikista globaalin yhtiön tekemistä tuulivoimaloiden erikoismuuntajista. Kuva: Markus Loppi.

Hitachi Energy valmistaa Vaasassa erikoismuuntajia, joiden valmistuksesta yhtiöllä on pitkä kokemus. Tuulivoimaloissakin nykyään käytettävän MicroSCADA-valvontaohjelmiston kehittämistyö käynnistyi 1980-luvulla. Valvontaohjelmiston tarve on tulevaisuudessa entistä suurempi, kun vaihtelevan tuuli- ja aurinkoenergian osuus edelleen kasvaa.

_ Olennaista on, että tuotanto ja kulutus ovat joka hetki yhtä suuret. Tämä edellyttää järjestelmältä joustavuutta sekä pätö- että loistehon suhteen. Energiajärjestelmät muodostavat yhä yleisemmin useasta energiantuotantotavasta, esimerkiksi tuuli- ja aurinkoenergiasta koostuvia sähköjärjestelmiä, Vaattovaara kuvailee.

Tuulivoimaa vientiin ja valtakunnan verkkoon

Vaasan-tehtaalla Hitachi Energy valmistaa huomattavan osan tuulivoimatuotantoon tarkoitetuista muuntajistaan. Projekteja riittää kaikissa maanosissa: merkittäviä kohteita on esimerkiksi Saksassa, Englannissa ja Taiwanissa. Toimituksia on myös esimerkiksi kelluviin tuulivoimalaitoksiin Portugalin rannikolla.

Myös Suomessa erityisesti maatuulivoiman rakentaminen on ollut vauhdikasta. Esimerkiksi vuonna 2022 Suomeen asennettiin maatuulivoimaa noin 2400 MW; tahti on Saksan ja Ruotsin ohella Euroopan ripeintä. Kaikesta Suomessa rakennetusta tuulivoimasta yli puolet virtaa kulutukseen Hitachi Energyn toimittamien muuntajien ja sähköasemien läpi. 

Hitachi Energyn keskeisenä vahvuutena ovat sen oman tuotekehitystyönsä tuloksena valmistamat muuntajat. Pioneeriasemasta on hyötyä nykyäänkin, kun tuulivoimatuotannon painopiste on siirtymässä yhä voimakkaammin meriolosuhteisiin. Siellä luonnollisesti tarvitaan erilaisia suunnittelukriteerejä, materiaaleja ja komponentteja kuin maatuulivoimaa rakennettaessa ja tuotettaessa.

Muuntajat suunnitellaan kohdekohtaisesti

Yksittäiseen tuulivoimalaan tai kokonaiseen tuulipuistoon toimitettavat muuntajat eivät ole vakiotuotteita, vaan ne on suunniteltu ja valmistettu kohteen mukaan. Muuntajatyypin valinta riippuu muun muassa energiatehokkuusvaatimuksesta ja materiaalien hintasuhteista.

Kiertotalous on huomioitava, vaikka toisaalta muuntajat sitä ympäröivine muuntajasäiliöineen onkin suunniteltu pitkälle käyttöiälle.

Automaatio korostuu tuulivoima- ja myös aurinkovoimatekniikassa, koska niiden energiantuotanto perustuu miehittämättömyyteen, maantieteelliseen hajautukseen ja vaihteleviin olosuhteisiin.

_ Automaatio mahdollistaa sähköjärjestelmän nopean reagoinnin olosuhteiden, kuten tuulisuuden tai auringonpaisteen muutoksiin. Järjestelmien avulla myös mahdolliset viat saadaan nopeasti paikannettua ja erotettua muusta järjestelmästä, Matti Vaattovaara toteaa.

Tuuli- ja aurinkovoiman sekä energiavarastojen yhdistäminen hybridivoimalaksi on Vaattovaaran mukaan lupaava nykytrendi, johon Hitachi Energyssä on jo reagoitu kehittämällä valmiuksia toimittaa tarvittava tekniikka näihin hybrideihin.

_ Tällaisessa hybridissä on se hyvä puoli, että tuuli- ja aurinkovoima aidosti täydentävät toisiaan. Kun tuulee, yleensä ei paista ja päinvastoin. Energiavarastoilla pystytään tasaamaan tuotannon vaihteluita.

Vesa Tompuri, teksti

Juttu on tiivistelmä Sähkömaailma Extran numerossa 1/2024 julkaistusta pidemmästä artikkelista.

Verkkokursseja voi suorittaa koska tahansa!