Maailmanluokan vaihteistoja Keski-Suomesta
Suomessa ei ole tuulivoimaloiden valmistusta, mutta sitäkin enemmän tuulivoimaloissa käytettävien osien suunnittelua, valmistusta ja vientiä. Tuulivoimalat ja niiden komponentit altistuvat vuosikymmenien ajan tuulen valtaville voimille, joten suomalaisen insinöörityön laatu ja korkea osaaminen ovat hyvä leima vientituotteille. Jyväskylässä Moventaksen tehtaalla valmistetaan tuulivoimavaihteita, jotka ovat teknologialtaan maailman kärkeä. Tuotteista 100 % menee vientiin.
Tuulivoimalla valmistetun sähkön tuotantokustannus tippuu voimaloiden koon kasvaessa ja niiden tuottaessa yhä enemmän sähköä. Kasvava koko ja tuotanto vaativat komponenteilta kovaa suorituskykyä. Siksi Moventaksellakin tehdään jatkuvaa kehitystyötä vaihteistojen suorituskyvyn nostamiseksi. Syyskuun lopulla Moventas lanseerasikin uuden Exceed Evo -tuulivoimavaihteiston maailman suurimmassa tuulivoimatapahtumassa Saksan Hampurissa. Exceed Evo edustaa uuden sukupolven vaihdetta ja sen teknologia perustuu sataprosenttisesti testattuihin ratkaisuihin. Uuden vaihteen teknologia mahdollistaa yli 35 prosentin parannuksen suorituskykyyn verrattuna tavanomaisesti suunniteltuun tuuliturbiinivaihteistoon.
”Toimimme alalla, jossa meiltä edellytetään mahdollisimman tarkkaa näkemystä teknologian kehityssuunnista. Kilpailu on kovaa ja kohdeasiakkainamme ovat alan parhaat yritykset, joilla on ensiluokkaiset toimintaprosessit. Pärjätäksemme kilpailussa ei riitä, että vaihteemme tai palvelumme ovat yhtä hyvä kuin kilpailijan tarjoama vastaava, vaan meidän on oltava askeleen edellä. Tuulivoimateollisuudessa teknisillä kysymyksillä on asiakkaan päätöksenteossa suuri painoarvo”, kuvailee Moventaksen teknologiajohtaja, Jyrki Virtanen, tuulivoima-alan vaatimuksia.
Tiivistä yhteistyötä asiakkaiden kanssa
Vaihteisto on tuulivoimalan pääkomponentteja. Sen kehitystä on välttämätöntä tehdä kokonaisuutena koko voimalatekniikan kanssa ja kehityksen tulee olla jatkuvaa, sillä alan vaatimukset ovat jatkuvassa muutoksessa. ”Tiivis yhteistyö asiakkaiden kanssa alkaa jo konseptisuunnitteluvaiheessa, jossa tuuliturbiinin valmistaja pohtii erilaisia voimansiirtoratkaisuja, ja jatkuu aina tuotteen elinkaaren päättymiseen saakka. Me Moventaksella tuemme asiakkaitamme ottamalla huomioon kaikki heidän erityistarpeensa ja pitämällä huolen siitä, että valittu voimansiirtoratkaisu ei ole pelkästään dynaamisesti toimiva ja kustannustehokas, vaan että myös käytön aikaiset huoltotoimenpiteet olisivat mahdollisimman helppo toteuttaa”, kertoo Kari Huttunen, Moventaksen Global Key Account Manager.
Vaihteiston kehitystyön ytimessä on saada tiputettua valmistuskustannuksia suorituskyvystä tinkimättä. Tuulivoimaloiden kasvaessa voimalan ja sen komponenttien painot alkavat olla valtavia, joten mahdollisuus keventää voimalan rakenteita vaihteistoa kehittämällä on keskeistä. Kevyempi paino on merkittävä seikka myös logistiikan kannalta. Tyypillinen tuulivoimalan vaihde on nykyään teholuokaltaan 3 MW tai enemmän ja painaa noin 20 000 – 35 000 kiloa.
Jyväskylästä maailmalle
Moventas Gears Oy:n pitkät juuret ovat Valmet Voimansiirrossa. Moventas valmisti ensimmäisen tuulivoimavaihteensa jo vuonna 1980, mikä tekee yrityksestä alan pioneerin lähes 40 vuoden kokemuksellaan. Moventaksen päätoimipiste sijaitsee Jyväskylässä, jossa sillä on kaksi tehdasta. Yrityksellä on lisäksi kahdeksan huolto- ja myyntiyksikköä Euroopassa, Pohjois-Amerikassa ja Aasiassa. Vuoden alussa Moventas laajensi Jyväskylän Ikolassa olevaa tehdastaan, jonka myötä Moventas pystyy ketterästi vastaamaan kansainvälisten tuuliturbiinivalmistajien vaatimuksia ja tuotantomääriä. Tehdas onkin yksi alan nykyaikaisimmista. Jyväskylästä Moventaksen vaihteet matkaavat Eurooppaan, Etelä- ja Pohjois- Amerikkaan sekä kasvavissa määrin myös Australiaan.
Wind Finland 2018 – Kaiken keskiössä on energiamurros
Syksyinen maisema tervehtii Luontokeskus Haltian pihassa, johon Wind Finland-bussit ovat juuri tuoneet seminaarivieraat. Nuuksion rauha ja luonto ovat läsnä heti bussin ovista ulos astuttaessa, mutta myös sisällä Luontokeskuksen monissa näyttelysaleissa. Tänä lokakuun aamuna keskuksessa kuitenkin kuhisee, kun yli 140 tuulivoima-alan edustajaa on saapunut viettämään päivää Suomen Tuulivoimayhdistyksen järjestämään Wind Finland -seminaariin. Tänään kaiken keskiössä on energiamurros, ja tietenkin tuulivoima yhtenä sen ajureista.
Wind Finland on Suomen Tuulivoimayhdistyksen (STY) vuosittain järjestämä tuulivoimaseminaari, jossa käsitellään alan ajankohtaisia aiheita eri näkökulmista. Tänä vuonna kaiken keskiössä on energiamurros. Aihe on paljon esillä mediassa, sillä ilmaston lämpeneminen ja siitä aiheutuva uhka koskettaa globaalisti meitä kaikkia. Wind Finland -seminaarissa pyritään vastaamaan mahdollisimman laajasti siihen, mitä energiamurros esimerkiksi kuluttajan tai sähköverkon kannalta tarkoittaa, ja millainen rooli tuulivoimalla on murroksessa.
Seminaaripäivä alkaa kuitenkin bechmarkingilla. Muiden teknologia-alojen jo eletyt esimerkit ovat hurjan teknologiakehityksen vauhdittaman tuulivoima-alan näkökulmasta mielenkiintoista kuunneltavaa. Telekommunikaatio-alan villeistä vuosista ja huimasta teknologisesta kehityksestä kertoo seminaariohjelman avauspuheenvuorossa Gearshift Groupin Jukka Kotovirta.
Päivän muita avainsanoja ovat muun muassa energiajärjestelmä, sähköverkko ja kysyntäjousto. Seminaaripäivän aikana näkökulmia näistä meille avaavat muun muassa the Renewables Grid Initiativen Antonella Battaglini, Aaltoyliopiston Karoliina Auvinen sekä Ville Väre Energiavirastosta.
Tuulivoiman mahdollistajat
Tuulivoimaa tarvitaan, jotta uusiutuvan sähköntuotannon riittäviin tavoitteisiin todella päästään. Tuoreen IPCC:n raportin mukaan ilmaston lämpeneminen voi rajoittua 1,5 asteeseen vain, jos päästöt nollataan nopeasti. Tämä tarkoittaisi esimerkiksi sitä, että uusiutuvan sähkön, kuten aurinko- ja tuulivoiman osuus nousisi globaalisti yli 80 % sähköntuotannosta. Iltapäivällä seminaariohjelmassa puhutaan siis tuulivoimasta ja siitä, mikä mahdollistaa sen rakentamisen Suomeen.
Yksi sekä sähkön tuottajan että sen ostajan kannalta hyödyllinen tapa investoida tuulivoimaan on sopia pitkäaikainen sähkönostosopimus (PPA), jossa sähkön tuotantomäärä ja hinta sovitaan useiksi vuosiksi eteenpäin. Suomessa ensimmäiset PPA-sopimukset julkaistiin kuluneena kesänä, ja ne ovat yleistyneet maailmalla nopeasti. PPA-sopimuksista seminaarivieraille on puhumassa Sten Lillienau Neas Energyltä, sekä iltapäivän rinnakkaissessiossa Vattenfallin Raija Seppälä ja Justin FitzHugh Augusta & Co.:sta. Yksi tapa taata investoinnit uusiutuvaan energiaan on valtion tarjoama tuki. Suomessa marraskuussa avautuvasta uusiutuvan energian kilpailutuksesta on saapunut kertomaan Energiaviraston kilpailutusasiantuntija Roland Magnusson.
Ilman toimivaa sähkömarkkinaa ei vaihtelevan uusiutuvan sähkön lisääminen kuitenkaan ole mahdollista. Tätä aihetta meille toisessa iltapäivän rinnakkaissessiossa valaisevat Hannele Holttinen ja Matti Tähtinen VTT:stä.
Energiamurrosta ei voi sivuuttaa
Energiamurros ja sitä toteuttavat mekanismit valikoituivat seminaarin aiheiksi päivän päämoderaattorin ja STY:n hallituksen puheenjohtajan Marja Kaitaniemen mukaan siitä syystä, että tämän hetken energiakeskustelussa aiheita ei yksinkertaisesti voi sivuuttaa.
”Olemme tänä vuonna nähneet Suomen ensimmäiset markkinaehtoiset tuulivoimainvestoinnit ja tämä kuvastaa hyvin sitä, että elämme ja hengitämme energiamurrosta juuri nyt. Tuulivoiman rooli energiamurrosta toteuttavana keinona tulee olemaan Suomessa suuri. Se on jo halvinta uutta tuotantoa ja tuulivoimapotentiaalimme on merkittävä. STY:n vision mukaan voimme halutessamme tuottaa jo 30 prosenttia sähköntarpeestamme tuulivoimalla vuonna 2030”, summaa Kaitaniemi.
Energiamurros näkyy vahvasti myös STY:n 2030-visiossa, joka esitellään päivän aikana Nuuksiossa. 30 prosentin ja 30 TWh:n tuulivoimatuotannon visio vuodelle 2030 tarkoittaisi Suomelle noin 20 miljardin investointeja, kertoo vision esittelevä STY:n hallituksen varajäsen Pentti Itkonen. Tavoite on kunnianhimoinen mutta saavutettavissa, mikäli Suomi pitää uusiutuvan energian tavoitteensa korkeana.
”Meillä on jo olemassa olevat työkalut, nyt pitää vain päättää, että energiamurroksen ja uusiutuvan energian edistäminen on jotain, mitä todella haluamme tehdä”, Kaitaniemi tiivistää.
Faktoja Wind Finland 2018 -seminaarista
145 seminaarivierasta
11 eri kansallisuutta
11 puhujaa & 3 moderaattoria
9 näytteilleasettajaa
150 lasillista kuohuvaa
Paljon hyväntuulisia kohtaamisia ja uusia oivalluksia
Jännempää kuin koskaan ennen
Minulla on ollut ilo ja kunnia työskennellä Suomen Tuulivoimayhdistyksessä kuuden vuoden ajan. Tuona aikana tuulivoimarakentaminen on lähtenyt todella jyrkässä kulmassa nousevalle uralle. Sekä rakentamis- että tuotantoennätyksiä on rikottu roimasti vuosi toisensa perään. Ala on ammattimaistunut, ja kehittynyt kaikin tavoin. Moni haamuraja on rikkoutunut ennakoitua nopeammin: rakentaminen on ollut ennakoitua nopeampaa ja voimalat ja niiden tuottaman sähkön määrä ovat kasvaneet käsittämättömällä vauhdilla.
Vain vuosikymmenessä yksittäisen voimalan vuodessa tuottama sähkömäärä on kasvanut 8000 MWh:sta 19000 MWh:iin. Vuosikymmen sitten rakennettu voimala tuottaa vuodessa sähköä noin 400 sähkölämmitteisen omakotitalon tarpeen verran, ensi vuonna valmistuva voimala noin 950 talon tarvitsemat sähköt.
Kuusi vuotta ovat pitäneet sisällään muutakin kuin rikkoutuneita haamurajoja, uusia ennätyksiä, selkiytynyttä lainsäädäntöä, oppimista ja onnistumisia: hetkittäin epätoivo ja epäusko ovat meinanneet vallata alan positiivisimpienkin mielet. Tavoitteet ovat tuntuneet vaikeasti saavutettavilta, viranomaiset toisensa perään ovat heränneet tuulivoiman vaikutuksiin, toimintaa sinänsä sparraava vastustus on mennyt ajoittain kohtuuden tuolle puolen, nopeakin kehitys on tuntunut välillä liian hitaalta, politiikka tolkuttoman tempoilevalta. Monta asiaa on uhannut muodostua totaaliseksi pystyseinäksi suomalaisen tuulivoiman kehityksen tielle. Tempoilevuus on aiheuttanut alan laajalle alihankkijaketjulle vaikeuksia ja epävarmoja aikoja.
Vaikka tuulivoima-alan kasvu ja kehitys on ollut huimaa koko tämän vuosikymmenen ajan, alalla eletään nyt, tänä syksynä, jännempiä aikoja kuin koskaan ennen. Vuosi sitten hankkeiden investointipäätösten tekeminen pitkäaikaisten sähkönostosopimusten (PPA, power purchase agreement) turvin ei näyttänyt lainkaan mahdolliselta, saati sitten täysin markkinahinnan turvin rakentaminen. Kevätauringon säteet toivat kuitenkin mukanaan aivan uudenlaiset puheet ja pöhinät: yhtäkkiä asiat olivatkin muuttuneet niin, että ensimmäinen PPA-sopimus tuntui olevan vain ajan kysymys.
Ja niin se olikin! Kesällä julkaistiin ensimmäinen PPA-sopimus, jonka perusteella uutta tuulivoimaa rakennetaan suuren sähkönkäyttäjän sitoutuessa sitä ostamaan pitkän ajanjakson ajan. Toinen sopimus julkaistiin elokuussa, kolmas nyt syyskuussa. Näiden kaikkien sopimusten osalta ostaja on Google ». Vielä uskomattomampia uutisia saatiin jopa ennen ensimmäistä PPA-sopimusta kesäkuussa, kun TuuliWatti ilmoitti rakentavansa ennätyssuuret voimalat » täysin ilman tukea tai pitkäaikaista sähkönmyyntisopimusta.
Mitä vielä seuraa? Saammeko vielä lisää PPA-uutisia tälle vuodelle? Jännitystä ainakin on luvassa, sillä loppuvuodesta jätetään tarjoukset Suomen ensimmäisessä uusiutuvan energian huutokaupassa: teknologianeutraalissa kilpailutuksessa » tukea saavat kaikkein halvimmat hankkeet – sähköntuotantotavasta riippumatta. Vaikka markkinaehtoisestikin jo rakennetaan, on tuki vielä tarpeen. Ensimmäiset PPA-sopimukset eivät yhteen laskienkaan riitä pitämään alihankkijaketjun tilauskirjoja tarpeeksi täysinä.
Tänä vuonna ei ennusteiden mukaisesti valmistune Suomeen uutta tuulivoimaa. Ensi vuoden osalta kävi kuten monesti tällä vuosikymmenellä aiemminkin on käynyt: kehityksen vauhti pääsi yllättämään jopa alan keskiössä, ja ennusteita täytyy puhtaasta energiasta kiitollisena korjata ylöspäin.
Lisää laatua tuulivoiman tuottoarvioihin aikasarjoihin perustuvalla häviöiden laskennalla
Tuulivoimatuotannon kehittyessä kohti markkinaehtoisuutta tuulisuus- ja tuotantoarviointiin kohdistuva vaatimustaso on kohonnut.
Tuulivoimatuotannon kehittyessä kohti markkinaehtoisuutta tuulisuus- ja tuotantoarviointiin kohdistuva vaatimustaso on kohonnut. Suunnitteilla olevien tuulipuistojen tuotannon tarkka ennustaminen on muodostunut erittäin tärkeäksi osaksi hankekehitystä. Tuotannon ja häviöiden aikasarjoihin perustuva laskenta mahdollistaa kausittaisen ja päivittäisen vaihtelun ennustamisen, mikä parantaa tuottoarvioinnin tarkkuutta. Lisäarvon tuottamiseksi datan hyödyntämisen on oltava johdonmukaista.
Pelkkä häviöiden laskeminen yhteen (esimerkiksi tuuliolosuhteista ja melurajoituksista johtuvista syistä) johtaa häviöiden yliarviointiin, koska eri lähteistä aiheutuvat häviöt tapahtuvat todellisuudessa osin samanaikaisesti. Rambollin kehittämä aikasarjaperusteinen häviölaskentamalli ottaa huomioon eri syistä aiheutuvien tuotantorajoitusten realistiset yhteisvaikutukset ja mahdollistaa häviöiden ja tuotannon tarkan laskennan. Aikasarjaperusteisen laskennan tuloksena saadaan tarkempi ja realistisempi tuottoarvio ja pienempi laskennallinen epävarmuuskerroin. Tämä on merkittävä askel kohti laadukkaampaa kannattavuusarviointia tuulivoimahankkeiden suunnittelussa.
Yhteys:
|
Ramboll Finland Oy Veli-Pekka Alkula Kiviharjunlenkki 1A 90220 Oulu Finland T: +358 50 3389 379 |
Ramboll CUBE GmbH Carmen Bartelmai Breitscheidstr. 6 34119 Kassel Germany T. +495561 288573-0 Onshore-wind@ramboll.com |
More quality in Wind Energy Yield Assessments with loss calculation based on time-series
Due to the development in the wind energy market, the demands on wind energy yield assessments are rising. Very exact yield prognoses of planned wind farms are more important than ever. The loss calculation based on time-series enables the calculation of the daily and seasonal distribution of the losses. This leads to an improved accuracy concerning the yield analysis. But only the consistent use of the loss calculation’s advantages leads to a real added value.
New challenges arise on project planner, wind consultants and operators due to recent developments in the wind energy market. Wind farm operators need wind energy yield assessments, which model precisely and realistically their wind farm’s energy yield. Prospectively, greater attention will have to be paid to the calculation of yield losses, which are caused by restrictions, to approach this truth in wind energy yield assessments.
The loss calculation’s quality depends essentially on the data basis as well as on the models
The loss calculation’s accuracy is thereby ascertained by two factors; firstly by the data basis. Knowledge of the temperature and humidity, the exact distribution of the wind directions as well as the daily variation of the wind speeds in the planned hub heights is decisive for the amount of the calculated losses of operating restrictions.
However, if appropriate measurements are not available at the planned locations, only data based on reanalyses or nearby monitoring stations will be applicable. Since these data do not consider small-scale variations, they represent inevitably only an approximation with increased uncertainties.
Furthermore, the accuracy of the losses depends as well on the models used during the calculation.
Figure 1: Loss calculation based on time-series
Since restrictions are often limited to annual and daily times, we attain a improved accuracy by calculating the losses on the basis of time-series. Since wind energy yield assessments are usually realised with a statistical distribution of wind speed without time dependency such as by applying the WAsP-model, there is no data basis by which a time-series based calculation would be directly possible. In addition to the usual yield calculations on the basis of statistical wind velocity distributions, time series from reanalysis or measurements are adjusted to the level of the wind conditions determined in the wind energy yield assessment.
Afterwards the related yield based on each valid power curve (performance-optimized, noise-optimized or complete shutdown) is assigned to each time step. Which mode of operation should be considered at each time steps, is determined with the aid of the relevant parameters such as daytime and season, wind speed, wind direction or temperature.
The influence of the performance restrictions on the wake inside a wind farm is considered during these calculations by modelling the wind farm model in accordance to N. O. Jensen and calculating the impact for each time step. This is necessary, because the wind farm shadowing, caused by the WTGs, is reduced by shutting down the WTG and by power reduction.
Yield increase of several percent in wind farm is possible
These yield profits can represent a yield increase of several percent, especially in the event of turbulence shutdown of upstream wind turbines, but also in the event of shutdowns due to other operating restrictions. Previous methods for calculating the yield losses often neglect this impact with the result, that a overcharge of losses is calculated for the whole wind farm.
The loss calculation on the basis of time-series, developed by Ramboll, considers the coincidence of several restrictions as well and leads to a profound calculation of the wind farm’s losses.
The nowadays increasing number of restrictions at individual sites leads to the question, whether and how the restrictions interact and how this knowledge is included in the calculation method afterwards. For example, when switching off to protect birds and simultaneous noise reduction, only the ”stricter” condition must be considered.
These interactions are often neglected by other calculation methods. In some circumstances this can lead to relevant mistakes during the calculation of the total losses, as the following case shows.
The wrong handling of single losses leads to relevant mistakes
The pure addition of the losses, e. g. of a shutdown because of turbulences and a noise reduction, leads to an overestimation of the yield losses (see bar in the middle in figure 2), because both are effective at increased wind speeds. Therefore, they are not distributed evenly to each other.
The same holds true when the multiplication of the efficiencies [(1- loss1)*(1-loss2)*…*(1-lossn)] is applied (see the right bar in the figure 2). This method leads to a wrong calculation of the total losses as well.
The Ramboll method, on the other hand, examines the interactions of several restrictions at each time step. This is the only way to accurately determine the mutual influence and calculate the actual total loss (see the left bar in the figure 2). Differences of 2 % can arise according to how the individual losses are combined.
Figure 2: overestimation of the total loss by wrong handling of single losses
Another benefit of the Ramboll method is, that it enables a detailed consideration of the losses’ distribution concerning daytime and season. As a consequence, results can be made plausible easily.
Reduced uncertainties in the wind energy yield assessment by using the time-series based loss calculation
In the creation of a wind energy yield assessment, the method leads to an increased accuracy of the loss calculation and therefore to a reduction of the overall uncertainties.
The method constitutes a further step in improving the methods used to provide wind farm planners a profound basis for profitability calculations.
Contact:
|
Ramboll Finland Oy Veli-Pekka Alkula Kiviharjunlenkki 1A 90220 Oulu Finland T: +358 50 3389 379 |
Ramboll CUBE GmbH Carmen Bartelmai Breitscheidstr. 6 34119 Kassel Germany T. +495561 288573-0 Onshore-wind@ramboll.com |
Background:
Ramboll is a leading and independent engineering, design and consultancy company founded in Denmark in 1945. The company employs 13 000 globally and has especially strong representation in the Nordics, UK, North America, Continental Europe, Middle East and Asia-Pacific. With more than 300 offices in 35 countries, Ramboll combines local experience with a global knowledgebase constantly striving to achieve inspiring and exacting solutions that make a genuine difference to its clients, the end-users, and society at large.
Ramboll provides comprehensive expert services for the various life cycle stages of wind power projects. Our wind power expertise combines innovative thinking and solid experience. The expertise is based on long and versatile work in the field of wind power from feasibility studies to dismantling of wind turbines. Our consultancy services are spanning a number of sectors, including production assessment, land use planning, the environment, impact assessments, transport, construction design and supervision as well as due diligence processes.
Read more: www.ramboll.com