Miten nykyaikainen tuulivoimalaturbiini toimii

Tuuliturbiini muuttaa tuulen liike-energian sähköksi

Turbiini

Tuulivoimalayksikön eli aerogeneraattorin napa ja lavat muodostavat kokonaisuuden, jota kutsutaan turbiiniksi (tai roottoriksi). Turbiinin takana moottorikotelossa (konehuoneessa) ovat muut sähkölaitteet ja koneisto (katso poikkileikkausta esittävä piirros). Moottorikotelo on asennettu torniin, jotta tuuli pääsee virtaamaan vapaasti turbiinin läpi ja koska tuulen nopeus lisääntyy huomattavasti mitä korkeammalle maantasolta noustaan. Suurimmassa osassa tuuliturbiinien moottorikoteloista on suunnanvaihtokytkinjärjestelmä, joka takaa, että turbiini kääntyy automaattisesti tuulen suuntaan. Lavat hidastavat tuulta ja ottavat talteen osan sen liike-energiasta. Horns Rev 1:n (Horns Reefin merituulipuisto 1) tuulivoimalaturbiinien turbiini on halkaisijaltaan 80 metriä, ja sen pyörähdysalue 5 024 m2 vastaa jalkapallokentän kokoa. Pyörähdysalueen läpi kulkevan ilman massa on noin 70 tonnia, kun tuulen nopeus on 10 m/s. Tämä vastaa kahta täyttä tankkeria.  

Lavat on valmistettu yhdistelmämateriaalista, joka tekee lavoista kestäviä. Turbiinin lavoissa on sisäinen, edistyksellinen ukkossuojausjärjestelmä, joka suojaa salamaniskujen aiheuttamilta vahingoilta. Lavat painavat yleensä yli 10 tonnia. Useimmat tornit on valmistettu teräksestä ja ne ovat 60–100 metriä korkeita. Ne painavat 125–200 tonnia. Suunnitteilla on tätäkin suurempia turbiinitorneja.  

Tuulen hyödyntäminen

Tuuli synnyttää paine-eron lapojen etu- ja takapuolen välillä. Tämä saa lavat – ja turbiiniakselin – pyörimään. Turbiiniakseliin liitetty generaattori tuottaa sähköä. Generaattori sijaitsee tornin yläosassa olevassa kotelossa ja sähkö kulkee sähköverkkoon kaapeleita pitkin. Tuulivoimaturbiinin periaate on hämmästyttävän samanlainen kuin vanhanaikaisen polkupyörän dynamon.  

Generaattori

Turbiinin akseli on yhteydessä tuulivoimalaturbiinin konehuoneen sisällä olevaan generaattoriin. Turbiinin ja generaattorin välissä on yleensä vaihde, joka muuttaa turbiinin hitaan nopeuden (esimerkiksi 6–16 kierrosta minuutissa [rpm]) generaattorin nopeaksi 1 500 rpm:n nopeudeksi. Generaattori tuottaa sähköä, jota jaetaan kansallisen verkon kautta.  

Tuulivoima ja verkko

Kun tuuli on heikkoa tai ei tuule lainkaan, tuulivoimalaturbiinit ovat ”valmiustilassa”, valmiina pyörimään ja tuottamaan lisää sähköä. Kun tuuli saavuttaa riittävän nopeuden, noin 4 m/s, tuotanto alkaa automaattisesti. Tuulivoimalaturbiini tuottaa sähköä täydellä teholla, kun tuulen nopeus on 12–14 m/s. Voimakkailla tuulilla, kun tuulen nopeus on yli 25 m/s, mekaaninen rasitus on niin suurta, että tuulivoimalaturbiinit pysähtyvät automaattisesti, etteivät niiden osat kulu tarpeettomasti.