ALPERT ARO'S THOUGHTS

Aaltovoima

- AALLOISTA SÄHKÖÄ -

AALTOVOIMA on vielä kehitteillä oleva energian tuotantotapa, jossa tuulten synnyttämien aaltojen liikettä hyödynnetään sähköntuotannossa. Tämä veden aaltoliike sisältää paljon energiaa, mutta sen hyödyntäminen on haastavaa. Itse aaltovoimaloiden kanssa on myös haasteita. Esimerkiksi niiden kehitystyön haasteina on ollut rikkoutuminen myrskyissä sekä suuri tilantarve varsinkin rannikoilla. Merienergialaitokset halutaan usein rakentaa lähelle rannikkoa, sillä sähkön siirtäminen merikaapeleilla on kallista. 

Aaltovoimaloiden rakenteita tyypillisesti koettelevat korroosio, eli ympäristöstä johtuen käyttökelvottomaan kuntoon päätyvä materiaali, ja meressä ajelehtivat esineet. 


Aaltovoimalaitoksia ei olla juurikaan rakennettu, ja oikeastaan suurin osa niistä on rakennettu 2010-luvun jälkeen. Siksi onkin uskomatonta, että ensimmäinen patentti aaltovoimasta myönnettiin pariisilaiselle Girardille ja hänen pojalleen vuonna 1799! Alalla ei kuitenkaan tapahtunut ennen 1970-lukua mitään, jolloin öljykriisin seurauksena turvauduttiin uuden tutkimiseen.


ERILAISIA hankkeita on maailmalla on nähty jo useita, mutta pisimmälle niissä on edistynyt suomalainen AW-Energy Oy, jolla maailman ainoana aaltovoimayrityksenä on kolmannen osapuolen (DNV GL) verifioimat testitulokset Portugalissa sijaitsevasta koelaitoksesta. Comatecin liikkeenhallintaryhmä toimii kiinteästi osana tätä kehitystyötä. Osa asiantuntijoista on ilmoittanut laskeneensa, että merien aaltovoimalla voitaisiin kattaa 70 prosenttia maapallon nykyisestä energiantarpeesta. 

Maltillisemmat arviot kertovat, että todellisuudessa aaltovoima voisi kattaa miljardin kotitalouden sähkökulutuksen, mikä sekin on merkittävä jopa maapallon väkilukuun suhteutettuna.


Suomalainen energiakonserni Fortum on ollut jo pidemmän aikaa kiinnostunut aaltovoimasta. Nyt ruotsalainen Seabased Ab ja Fortum liittivät joulukuussa 2015 Fortumin tilaaman operatiivisen yhden megawatin (3 MW) aaltovoimapuiston valtakunnan sähköverkkoon Ruotsin lounaisrannikolla Sotenäsissä. Tämä 34 pienvoimalayksikön toteutus oli ensimmäinen vaihe suunnitellusta 10 MW:n ja 340 aaltovoimalayksikön kokonaisuudesta. Wellon kelluva voimala tuli sarjatuotantoon vuonna 2019. 


Olemme käyneet nyt markkinoita läpi, mutta itse toimintaperiaate ja toteutustapa vielä uupuvat. Seuraavaksi siis siitä.


Eräs aaltovoimalan toimintaperiaate.


Ei ole oikeastaan vain yhtä tai kahta tuotantomallia, vaan useita toimivia ja ei niin toimivia on otettu käyttöön ja sitten taas ei ole; jäänyt sinne laatikkoon pölyttymään; tai nykyaikana pilveen. Mutta tässä muutamia


Poijumalli

Finavera Renewablesin Aquabuoy 2.0 on käytännössä vain yksinkertainen merenpohjaan ankkuroitu 25:en metrin pituinen ja yli kolme metriä leveä putki, joka kelluu pystyssä niin, että vain sen kärki näkyy pinnalle (ks. kuvat alta). Sen pystysuuntainen liike paineistaa sen sisälle varastoitua vettä. Kun paine on riittävän suuri, vesi purkautuu jälleen turbiiniin, joka tuottaa sähköä. Todella monissa energian tuotantotavoissa olennainen osa on yksi tai useampi turbiini. Aquabuoysta tulee taloudellisesti kannattava silloin, jos jokainen laite pystyy tuottamaan vähintään 250 kilowattia. Toistaiseksi siihen ei ole ylletty.


Finavera Renewablesilla on useita aaltovoimaloja suunnitteilla.


Aquabuoy pinnalta katsoen

Maalla ja merellä

Skotlantilaisen Aquamarine Powerin vuonna 2005 valmistunut The Oyster (12m x 18m) jakaa aaltovoimalan kahteen osaan. Tämä Oyster-konsepti on eräänlainen värähtelevä aallonylijännite muunnin, jonka kelluva, saranoitu läppä on kiinnitetty merenpohjaan noin kymmenen metrin syvyyteen, ja noin puolen kilometrin päässä rannasta. Tämä lähes kokonaan veden alla oleva läppä liikkuu edestakaisin ranta-aalloissa. Läpän liike käyttää kahta hydrauliikkamäntää, jotka työntävät korkeapaineista vettä maihin ajamaan tavanomaista vesivoimaturbiinia. Eli, kun aallot vierivät sen yli, kaistale vääntyilee niiden mukana. Sen liike vaikuttaa mäntiin, jotka pakottavat merivettä paineella putken kautta rannalla sijaitsevaan generaattoriin. Yksi tällainen voimala tuottaa 600 kilowattia.


The Oyster-aaltovoimala // EMEC


Käärmemäinen Pelamis

on Pelamis Wave Power -yhtiön 140-metrinen, käärmemäinen (ks. kuva oikealta), meren pinnalla kelluva Pelamis-aaltovoimala. Tämän aaltovoimalan sylinterin muotoiset, halkaisijaltaan 3,5 metrin rakenneosat on liitetty toisiinsa saranoiduilla liitoksilla. Aallot kääntävät näitä Pelamiksen niveliä, minkä vaikutuksesta männät pumppaavat nestettä turbiineihin ja pyörittävät sähköä tuottavia generaattoreita. Mikä siis tarkoittaa, että Pelamisin laitteet tuottavat sitä enemmän energiaa, mitä suurempia aallot ovat. Sähkö siirretään kaapelilla rannalle, ja yksi Pelamis pystyy tuottamaan 750 kW.


Pelamis brittiläisen merienergian tutkimuslaitoksen (EMEC) koealueella.

Kelluva Pingviini

The Penguin on kotimaisen aaltovoimaan erikoistuneen yhtiö Wellon ensimmäinen, 0,5:n megawatin aaltovoimala. Sitä on testattu vuosien suunnittelun ja testausten jälkeen vaativissa aalto-olosuhteissa eurooppalaisella merienergian tutkimuslaitoksen (EMEC) testialueella Skotlannissa, ja vieläpä menestyksekkäästi! Pingviinissä sähköntuotanto perustuu  perustuu aallokon liikkeessä pitämään pyörivään epäkeskoon. Pingviinin muotoa ja rakennetta on on myös kehitetty optimaalisemmaksi. Pingviinin on kehittänyt Wellon toimitusjohtaja ja perustaja, arkkitehti Heikki Paakkinen. Sarjatuotantoon 2019 siirtyneen aaltovoimala Pingviinin nimellisteho on 600kW.


Wellon "Pingviini"-aaltovoimala (2014)


Alhaalta katsottuna


Suomalaisia yrityksiä, kun alalta löytyy, jatketaan suoraan toisella suomalaisella aaltovoimalalla


Pohja-aaltoja valjastava WaveRoller

WaveRoller on espoolaisen energiayhtiö AW-Energyn aaltovoimalayksikkö, joka asennetaan rannikkoveteen meren pohjalle. Laitteella kerätään merien pohja-aaltojen energiaa. Näiden voimakkuuden vaihtelu on huomattavasti pinta-aaltoja pienempää. Tekniikassa vettä kevyemmän levyn edestakainen liike muuntaa aaltojen energian männän liikkeeksi, joka siirretään hydraulijärjestelmällä generaattorille, joka tuottaa siitä sähköä. AW-Energylla on ollut useita prototyyppejä ja voimalatyyppejä sen 20 vuoden historian aikana, mutta juuri WaveRoller on heidän lippulaivatuotteensa. 

Konepajateollisuutta harjoittava pörssiyhtiö Wärtsilä toimittaa AW-Energyn voimaloita asiakkaille ympäri maailmaa. Suomen Asiakastiedon mukaan AW-Energy Oy tekee siitä huolimatta miljoonien tappiot vuosittain. 


Vedenalainen tuulimylly

Brittiläinen Marine Current Turbines on kehittänyt SeaFlow-nimistä vedenalaisiksi tuulimyllyiksi kutsuttuun lähestymiseen pohjautuvaa aaltovoimalaa. Toukokuussa vuonna 2003 tällainen täysikokoinen prototyyppi asennettiin Devonin rannikolle lähelle Lynmouthia, joka oli maailman suurin vuorovesiturbiini, kunnes SeaGen tuli kuvioihin. Voimala pystyy tuottamaan 300kW.


SeaFlow potkuri ylhäällä // Fundy


ENSIMMÄINEN taloudellisesti kannattava aaltovoimala oli Wave Powerin Pelamis, ja se avattiin  avattiin lokakuussa 2007 Portugalin rannikolla. Mutta noh, miksi vasta näin myöhään? 

Aaltovoiman hyödyntäminen on vaikeaa. Suurimpia haasteita siinä on aiheuttanut se, että se laahaa tuuli- ja aurinkovoiman perässä, koska sen teknologia on uutta ja kehittymätöntä; Uusien laitteiden suunnittelijat eivät osaa varautua meren voimaan; Laitteiden asentaminen on kallista erikoistyötä, ja monet siihen sopivat alukset on varattu öljynporaukseen; Merellisen Britannian aaltovoimalatutkimusohjelma oli 1970-luvulla maailman suurin, ja kun se lakkautettiin Margaret Thatcherin kaudella, tutkimus nähtiin parhaaksi lakkauttaa myös muualla. Lisäksi generaattoreiden kytkeminen voimaverkkoon ei onnistu, koska infrastruktuuri puuttuu. Infrastruktuurin pystyttäminen ei onnistu pienissä hankkeissa verkkoliitännän hinnan vuoksi. Suuret projektit taas ovat valtavan kalliita. 


Skaalautuvuuden kaksi suurinta tekijää aaltovoimassa on maantieteellinen sijainti sekä aalto-olosuhteet. Hyviä maantieteellisiä sijainteja ovat muun muassa Australia, Uusi-Seelanti, Etelä-Afrikka, Chile, Argentiina, Uruguay, Etelä-Brasilia, Amerikan länsi- ja itärannikko sekä Eurooppa joiltakin alueilta. Skaalautuvuutta rajoittaa muun muassa teknologinen hyötysuhde sekä optimaalinen sijoitussyvyys. 


ETUJA aaltovoimassa on, että...

  1. Se on uusiutuva; se ei koskaan lopu.
  2. Ja se on ympäristöystävällinen.
  3. Sitä on runsaasti ja laajasti saatavilla.
  4. Siihen kehitetty erilaisia ​​tapoja valjastaa sähköntuotantoon. 
  5. Se on helposti ennustettava.
  6. Siitä ei ole vahinkoa maalle; toisin kuin fossiilisista.
  7. Se on luotettava; aallot ovat aina liikkeessä - vuorovesistä riippumatta keskimääräinen liike säilyy. Näin energiaa voidaan valjastaa jatkuvasti.
  8. Siitä voidaan tuottaa valtavia määriä energiaa: rantojen läheisyydessä 30-40kW aaltometriä kohden; syvemmällä valtamerta mentäessä tehotiheys voi olla jopa 100kW.