Siirry pääsisältöön
Facebook Twitter LinkedIn Email
22.11.2022

Pohjoiset merituulivoimalat toteutettavissa oleva haaste

Jotta Suomen aluevesille voitaisiin rakentaa merituulipuistoja, on ratkaistava ongelma nimeltä jää. Vaihtelevat jääolosuhteet ja ilmastonmuutoksen mukanaan tuomat muutokset jääoloihin vaikuttavat paljon siihen, millaisia kylmille merialueille suunniteltavien tuulivoimaloiden rakenteiden tulisi olla. Tämän haasteen on ottanut vastaan alansa kansainvälistä huippua edustava Aalto-yliopiston, VTT:n ja Ilmatieteen laitoksen WindySea-konsortio eli hankekokonaisuus, joka Suomen Akatemian rahoituksella ratkaisee näitä pulmia.

Suomessa on tällä hetkellä yksi ainoa merituulipuisto, joka sijaitsee Porin Tahkoluodossa. Se sijaitsee lähellä rantaa, jolloin tuulen ja merivirtojen mukana liikkuvan ajojään tai ahtojään haasteet eivät ole siellä suuri ongelma. Jäämekaniikan apulaisprofessorin Arttu Polojärven vetämä konsortio selvittää mahdollisuuksia rakentaa tuulivoimaloita alueille, joilla merijää on paljon suurempi haaste.

Tahkoluoto offshore455.jpg

Tahkoluodon tuulivoimapuisto.

”Jos haluamme rakentaa merituulivoimaloita korkeimman tuulivoimapotentiaalin alueelle, meidän pitää rakentaa ne kauemmas rannasta. Sitä ole kukaan vielä uskaltanut lähteä tekemään merialueilla, joissa on haastavat jääolosuhteet. Kyllähän me voisimme jo tällä hetkellä rakentaa tuulivoimaloita melkein joka paikkaan, mutta se ei ole kannattavaa, koska rakenteet pitäisi ylimitoittaa ja niistä tulee hyvin kalliita”, selventää Polojärvi.

Tänä vuonna käynnistyneessä hankkeessa Polojärven ryhmä Aalto-yliopistossa keskittyy jääkuormiin ja niiden mallintamiseen, VTT:n ryhmä selvittää rakenteiden kestävyyttä pidemmällä ajanjaksolla ja Ilmatieteen laitos erilaisia jääolosuhteita, joita merituulivoimalat joutuisivat kohtaamaan. Lisäksi konsortio tekee kansainvälistä yhteistyötä esimerkiksi hollantilaisen Delftin teknillisen yliopiston kanssa.

SHIVER_kokeet_2021_Otto_Puolakka_455.jpg

Aalto-yliopiston jäätutkimusaltaassa tehdään mallimittakaavan kokeita tuulivoimalan perustuksen ja jään vuorovaikutuksesta. Kokeet tehtiin yhteistyössä Delftin teknillisen yliopiston kanssa.

Iso osa kokeellisesta työstä tehdään Aalto-yliopiston jäätutkimusaltaassa, joka on kokonsa ja muotonsa puolesta ainoa laatuaan maailmassa. Siellä pystytään tuottamaan halutunlaista jäätä erilaisia kokeita varten. Tutkimuksia olisi kuitenkin päästävä tekemään myös kentällä oikealla merijäällä ja suuremmilla rakenteilla. Se olisi tutkimuksen seuraava miljoonia maksava vaihe, johon tarvittaisiin mukaan uusia rahoittajia.

Riittävän taloudelliset vaihtoehdot mahdollisia

Tuulivoimayritykset ovat hyvin kiinnostuneita merituulivoimasta Suomen merialueille.  Alalla on mahdollisuuksia, kunhan rakenteelliset ongelmat saadaan ratkaistua. Polojärvi arvioi, että tutkimuksen avulla on mahdollista lisätä ymmärrystä jään vaikutuksista tuulivoimaloiden rakenteisiin siten, että kylmien merialueiden tuulivoimasta tulee kannattavampaa. Tutkimuksella on jo kiire, sillä Suomessa halutaan huomattavasti lisätä tuulivoiman osuutta energiasta.

WindySeassa muodostetaan perusteita mallinnusmoottorille kylmän meriympäristön merituulivoimapuistojen suunnitteluun ja ympäristövaikutusten arviointiin. ”Teemme yhdessä suunnitelmaa, miten voimme tehdä raamit simulaatiotyökalulle, jolla pystytään mallintamaan merituulipuistoa, katsomaan jään vaikutuksia siihen ja tuulipuiston vaikutuksia jäätyvään merialueeseen.”

turbine_side_peak_load_L_81_455.png

Simulaatio merijään ja tuulivoimalan perustuksen vuorovaikutuksesta.

Liikkuva ja ahtojää tuovat suurimmat haasteet merituulipuistoille. Jää aiheuttaa värähtelyjä voimalan rakenteissa, mikä laskee voimalan käyttöikää tai voi jopa vaurioittaa sitä. Vielä on epäselvää, mitkä olisivat erilaisiin jääolosuhteisiin sopivimpia rakenteita. Tätä selvitetään osana WindySea-hanketta. Jääolosuhteiden muuttuminen haastavimmiksi pohjoisempaan mentäessä saattaa edellyttää erilaisia rakenteita kuin etelämpänä.

”Meidän pitää ajatella niinkin pitkää ajanjaksoa kuin 50 vuotta. Vaikka ilmastonmuutoksen vaikutuksesta jään määrä keskimäärin vähenee, niin meillä voi silti olla hyvin hurjia jäätalvia tämän pituisella jaksolla. Lisäksi ajojään käyttäytyminen voi muuttua ilmaston lämmetessä. Pyrimme ymmärtämään, miten pahimmat jäätalvet vaikuttavat voimaloihin. Haluamme myös paremmin ymmärtää, mitä ovat merijään aiheuttamat haasteet tulevaisuudessa.” 

Merituulivoimalle sopivia alueita kartoitettu luontonäkökulmasta

Merituulipuistoille sopivia alueita selvitettiin strategisen tutkimuksen neuvoston rahoittamassa SmartSea -hankkeessa. Siinä hyödynnettiin tutkimusjohtaja Atte Moilasen kehittämää Zonation-ohjelmistoa. Parhaimmilla alueilla tuulivoiman tuotanto on taloudellisesti kannattavaa ja aiheuttaa vähiten haittaa luonnolle ja ihmisille.

Hankkeessa katsottiin jo olemassa oleva Tahkoluodon merituulipuisto ja niitä kohteita, jonne niitä kannattaisi perustaa. Näkökulmina olivat luonnonsuojelu, taloudellinen kannattavuus ja yhteiskunnalliset tekijät.

”Sopivilla alueilla merituulipuistosta on mahdollisimman vähän haittaa vedenalaiselle tai maanpäälliselle luonnolle ja ihmiselle. Jos saisin itse päättää ja se olisi kaikkien tekijöiden kannalta mahdollista, sijoittaisin merituulipuiston Helsingin edustalle ihan siksi, että siellähän käyttäjät ovat”, korostaa selvitystä tehnyt erikoistutkija Elina Virtanen Suomen ympäristökeskuksesta.

Tutkimusten mukaan ihmisten asenteet tuulivoimaa kohtaan vaihtelevat paljon. Aikaisemmissa tutkimuksissa on selvitetty merituulipuistojen melu- ja näköhaittoja. Suomessa rikkonainen saaristo vähentää näköhaittoja, jotka olisivat suurimmillaan vasta ulkosaaristossa.

Kustannusmallinnus suhteutettiin luontoarvoihin

Suurimmat luontohaitat tulevat merituulivoimaloiden rakennusvaiheessa ja kohdistuvat merenpohjan lajistoon. Toiminnassa olevista merituulipuistoista aiheutuu haittaa luonnolle kuten lintujen muuttoreiteille, mutta joidenkin tutkimusten mukaan jotkin lajit hyötyvät merituulivoimaloista.  Tutkimuksen mukaan suurimmat haitat ihmisille olivat pääosin samoilla alueilla kuin suurimmat luontohaitatkin, eli matalan veden vyöhykkeessä tai lähellä rannikkoa.

Parhaimpien alueiden selvittämisessä käytettiin laajaa aineistoa vedenalaisesta luonnosta pohjautuen tietoihin, joita VELMU eli vedenalaisen meriluonnon monimuotoisuuden inventointiohjelma on kerännyt. Niiden avulla merituulivoimaloiden kohdennus voidaan toteuttaa ekologisesti järkevällä tavalla ja tuottamalla mahdollisimman vähän haittaa meriluonnolle. ”Yhtä hienoja ja kattavia tietoja vedenalaisesta meriluonnosta ei monellakaan maailmassa ole”, toteaa Virtanen.

Elinkaarikustannusmallinnus tuulivoiman hyödyllisyydestä oli myös iso osa työtä. Siinä selvitettiin, kuinka kalliiksi rakentaminen tietyillä alueilla tulee. Sen perusteella voitiin haarukoida elinkaarikustannuksiltaan stabiileimpia alueita.

”Jos katsoisimme pelkästään taloutta, millä perusteella näitä on usein tehty, niin tuulipuistoja perustettaisiin vain niille alueille, joissa ne olisivat luonnon kannalta haitallisimpia mutta taloudellisesti halvimpia.”

Tämän selvityksen tuloksia on käytetty Suomen ensimmäisessä merialuesuunnitelmassa. Siinä tunnistettiin merituulivoimalle sopivia kehitysalueita, jotka perustuivat osin tämän tutkimuksen tuloksiin. Tutkimuksen tuloksista voi olla hyötyä yrityksille, jotta sopivien alueiden haarukointi merituulivoiman tuotantoon voidaan toteuttaa ekologisesti kestävällä tavalla.

Teksti: Leena Vähäkylä

Kuvat: Otto Puolakka, Arttu Polojärvi, Mostphotos

Viimeksi muokattu 22.11.2022

Tietysti.fi on Suomen Akatemian sivusto, joka kertoo yleistajuisesti Akatemian rahoittamasta tutkimuksesta sekä tieteestä ja tutkimuksesta yleensä. Sivuille kootaan muun muassa tutkijahaastatteluita, tieteen yleisötapahtumia, tiedeuutisia ja tutkimuksesta kertovia taustajuttuja.

Seuraa meitä:
 
Facebook logo  Twitter logo  Youtube logo

Ota yhteyttä

Suomen Akatemian viestintä
viestinta@aka.fi

Suomen Akatemian logo

Lisätietoja Suomen Akatemiasta www.aka.fi

SAAVUTETTAVUUS