Aaltovoima

Wikipedia
Ohjattu sivulta Aaltoenergia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Aaltovoimalan toimintaperiaate.

Aaltovoima on kehitteillä oleva energian tuotantotapa, jossa aaltojen energiaa muunnettaisiin sähköksi. Menetelmä ei ole tuotantokäytössä ja vain koelaitoksia on rakennettu.[1] Aaltovoiman merkittävänä kilpailijana on merituulivoima.

Veden aaltoliike sisältää runsaasti energiaa, mutta sen hyödyntäminen on vaikeaa. Aaltojen suuri energia johtuu energian kumuloitumisesta meren eri puolilla puhaltavien tuulien yhteisvaikutuksesta. Blower-teknologiaa käyttävillä voimaloilla voitaisiin teoriassa täyttää kokonaisuudessaan maailman sähkötarve.

Aaltovoimaloiden kehitystyön haasteina on ollut rikkoutuminen myrskyissä sekä suuri tilantarve varsinkin rannikoilla. Energiantuotannon kannalta parhaat alueet ovat usein myös hankalimpia voimaloiden rakentamiselle.

Aaltovoimaloiden rakenteita koettelevat korroosio ja meressä ajelehtivat esineet.[2]

Merienergiaa tulee tuottaa varsin lähellä rannikkoa, sillä sähkön siirtäminen merikaapeleilla on kallista.[2]

Kuuluisimpia on englantilainen suunnitelma kelluvista "ankoista", jotka ovat aaltojen heiluttamia kellukkeita. Niiden liikettä käytettäisiin pumppaamaan vettä energiavarastona toimivaan tekojärveen.

Aaltoenergian lisäksi veden mekaanista energiaa hyödyntäviä energiantuotantomuotoja ovat vuoroveden, merivirran ja vesiputousten (jota nimitetään vesivoimaksi) energian valjastamiseen perustuvat tekniikat.

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ensimmäinen patentti aaltovoimalle myönnettin vuonna 1799.[3] Alalla oli kuitenkin hiljaista 1970-luvulle saakka.[1]

Salterin ankat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

1970-luvun puolivälissä öljykriisi innoitti Edinburghin yliopiston insinöörin, tohtori Stephen Salterin kehittämään aaltogeneraattorin, joka tunnetaan nimellä Salterin ankka. "Ankat" olivat talon kokoisia kelluvia kanistereita, jotka kiinnitettäisiin meren pohjaan narulla. Niiden keinuessa edestakaisin hydrauliikka muuttaisi liikkeen pyöriväksi, ja sitten se pyörittäisi generaattoria. Laskelman mukaan yksi "ankka" pystyisi tuottamaan 6 megawattia sähköä — tarpeeksi 4 000:lle kodille. Niitä oli määrä asentaa usean tusinan ryhmiin.[1]

Ensimmäisten arvioiden mukaan näin tuotettu sähkö olisi kalliimpaa kuin millään muulla tavalla tuotettava sähkö. Mutta kun Salter ryhmineen paranteli suunnitelmaa, hinta saatiin laskemaan ydinvoimalan tuottaman sähkön tasolle.[1]

Vuonna 1982 hallitus lakkautti Salterin tutkimusohjelman. Syyt pidettiin salassa. Yleisesti uskotaan, että syynä oli ydinenergiateollisuuden lobbaus.lähde? Tri Salterin mukaan uusia energianlähteitä voitaisiin arvioida tarkasti vasta kun ydinvoiman vaikutus poistettaisiin yhtälöstä.[1]

Uusia toteutustapoja[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Käärmemäinen Pelamis[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kaksi Pelamista Portugalin rannikolla

Salterin ankat kuitenkin innoittivat muita suunnitelmia. Yksi sellainen on 140-metrinen, käärmemäinen Pelamis, jonka suunnittelivat Salterin entiset oppilaat Pelamis Wave Power -yhtiössä. Aallot kääntävät Pelamiksen saranoituja niveliä, minkä vaikutuksesta männät pumppaavat nestettä turbiineihin ja pyörittävät sähköä tuottavia generaattoreita. Pelamisin laitteet tuottavat sitä enemmän energiaa, mitä suurempia aallot ovat. Yksi Pelamis pystyy tuottamaan 750 kW. Kolme tällaista laitetta on käytössä Portugalin rannikolla ja useita muita tullaan asentamaan vuoteen 2009 mennessä.[1]

Offshore Wave Energyn kehittämä Pelamis-niminen laite on meren pinnalla kelluva moniosainen aaltovoimala, jossa sylinterin muotoiset, halkaisijaltaan 3,5 metrin rakenneosat ovat toisissaan kiinni saranoiduilla liitoksilla. Aallot saavat liitososat liikkeeseen siirtäen energian hydrauliseen järjestelmään, joka tuottaa rakenteen sisässä olevilla generaattoreilla sähköä.

Poijumalli[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Finavera Renewablesin Aquabuoy on yksinkertainen 25-metrinen putki joka on ankkuroitu merenpohjaan. Se kelluu pystyssä niin, että vain sen pää näkyy pinnalle. Sen pystysuuntainen liike paineistaa sen sisälle varastoitua vettä. Kun paine on riittävän suuri, vesi purkautuu turbiiniin, joka tuottaa sähköä. Aquabuoysta tulee rahallisesti kannattava vain jos jokainen laite pystyy tuottamaan vähintään 250 kW, mutta vielä siihen ei ole ylletty. Kalifornian rannikolle avattaneen Aquabuoy-voimala vuonna 2012.[1]

Finavera Renewablesin laitteen kaltaisia poijuja kehittelevät myös muut, esimerkiksi newjerseyläinen Ocean Power Technologies, jonka malli on nimeltään PowerBuoy, ja skottilainen AWS Ocean Energy, jonka mallissa poiju on kokonaan pinnan alla.[1]

Maalla ja merellä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Skottilaisen Aquamarine Powerin The Oyster jakaa aaltovoimalan kahteen osaan. Ajatus on viedä merelle yksinkertaisia ja kestäviä osia ja pitää monimutkaiset ja herkät osat kuivalla maalla. Oyster on 12 m x 18 m kokoinen metallikaistale. Kun aallot vierivät sen yli, kaistale vääntyilee niiden mukana. Sen liike vaikuttaa mäntiin, jotka pakottavat merivettä paineella putken kautta rannalla sijaitsevaan generaattoriin. Yksi Oyster tuottaa 600kW.[1]

Maalla: Limpet ja Blower[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Skottilaisen Wavegenin Limpet sijaisee rannalla. Kun aallot lyövät rantaan, vettä työntyy avonaisesta pohjan läpi kammioon, josta ilma työntyy pois. Poistuessaan ilma pyörittää turbiinia. Kun aalto vetäytyy, alipaine vetää ilman takaisin kammioon, ja tullessaan se pyörittää turbiinia uudelleen. Turbiini pyörii samaan suuntaan ilman virtaussuunnasta riippumatta. Islayn saarella sijaitseva prototyyppi on ollut toiminnassa vuodesta 2000. Sen kolme kammiota tuottavat keskimäärin 100kW, mutta suuremmat laitokset voisivat tuottaa kolme kertaa enemmän.[1]

Menestyksekkäin aaltovoimala on Skotlannin ja Norjan rannikoilla kokeiltu englantilaisten yliopistojen yhteistyössä kehittelemä "Blower", jossa aallot työntyvät betoniputkeen puristaen ilmaa tuuliturbiinin läpi. Vetäytyessään aallot imevät ilmaa putkeen ja turbiinin pyörimissuunta vaihtuu. Turbiiniin liitetty generaattori tuottaa sähköä pyörimissuunasta riippumatta. Generaattorin kehitystyö oli projektin suurin haaste, ja se toteutettiin lähes kokonaan opiskelijavoimin ja tietokonemallinnuksena ennen käytännön kokeita. Laitoksen tuotannonvaihteluita voidaan tasata käyttämällä vesitornia tai tekojärveä energian varastoimiseen.

Suomessa valjastetaan pohja-aaltoja[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Myös Suomessa kehitetään aaltovoiman hyödyntämistä. Espoolainen AW-Energy on kehitellyt Waveroller-nimisen laitteen, joka asennetaan rannikkoveteen meren pohjaan. Laitteella valjastetaan merien pohja-aaltoja, joiden voimakkuus vaihtelee vuoden mittaan huomattavasti pinta-aaltoja vähemmän. Tekniikassa vettä kevyemmän levyn edestakainen liike muuntaa aaltojen energian männän liikkeeksi, joka siirretään hydraulijärjestelmällä generaattorille, joka tuottaa siitä sähköä. AW-Energy ja Fortum testaavat menetelmää Portugalissa Penichessä[4].

Vedenalaiset tuulimyllyt[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Brittiläinen Marine Current Turbines kehittää niin sanottuja vedenalaisia tuulimyllyjä.

Kaupallinen tilanne[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ensimmäinen kaupallisesti kannattava aaltovoimala avattiin lokakuussa 2007 Portugalin rannikolla. Se koostuu kolmesta käärmemäisestä putkesta, jotka kohoilevat aaltojen mukana.[1]

Erilaisia pilottihankkeita on käynnissä runsaasti eri puolilla maailmaa. Esimerkiksi Ruotsissa energiayhtiö Vattenfall yhdessä Seabased Ab:n kanssa suunnittelee Itämerelle tuhannen poijun voimalaa (alueen koko 600m x 600m), jonka vuosittaiseksi sähköntuotannoksi arvioidaan 50 GWhlähde?.

Uppsalan yliopisto, Vattenfall ja Fortum rakentavat nimellisteholtaan 100 kW koevoimalaa Islandsbergiin Ruotsin länsirannikolle. Tuotannoksi arvioidaan 300 MWh vuodessa[5]. Vastaava määrä sähköenergiaa voidaan tuottaa polttamalla noin 115 tonnia kivihiiltä.

Alan ongelmia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Aaltovoima laahaa tuuli- ja aurinkovoiman perässä, koska sen teknologia on uutta ja kehittymätöntä.[1]
  • Merellisen Britannian aaltovoimalatutkimusohjelma oli 1970-luvulla maailman suurin, ja kun se lakkautettiin Margaret Thatcherin kaudella "puuhasteluna", tutkimus nähtiin parhaaksi lakkauttaa myös muualla.[1][2]
  • Uusien laitteiden suunnittelijat eivät osaa varautua meren voimaan.[1]
  • Laitteiden asentaminen on kallista erikoistyötä, ja siihen sopivat alukset on varattu öljynporaukseen.[1]
  • Generaattoreiden kytkeminen voimaverkkoon ei onnistu, koska infrastruktuuri puuttuu. Infrastruktuurin pystyttäminen on niin kallista, ettei se onnistu pienten projektien vuoksi. Suuret projektit taas ovat valtavan kalliita. Testauksen helpottamiseksi Cornwalliin asennetaan sopivia rakenteita 2010.[1]

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e f g h i j k l m n o p The coming wave. The Economist 5.6.2008
  2. a b c Anssi Miettinen: Meren voimia valjastetaan Skotlannin pohjoisilla "energiasaarilla". Helsingin Sanomat, 2009, nro 11.9., s. B 1.
  3. John Andrews, Nicholas Alfred Jelley & Nick Jelley: Energy Science, s. 126. Oxford University Press, 2013. ISBN 9780199592371. (englanniksi)
  4. Fortum R&D - Aaltovoimaa
  5. http://www.el.angstrom.uu.se/frameset.html?/forskningsprojekt/Islandsberg_E.html Uppsala Universitet Wave Power Project

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Aaltovoima.