PekkaReiman Asioihin voi ottaa monta näkökulmaa...

HAITEKKIAPA HYVINKIN...

Parikymmentä vuotta sitten pönötin Jyväskylässä VIP-porukassa. Olimme avaamassa vaihteistojen testausyksikköä tuulimyllyteollisuuden tarpeisiin. Olin jo silloin kolunnut suuren määrän suomalaista huipputeknologiaa ja sen sovellustapoja, joten oli luonnollista, että juhlatunnelmassakin minulla oli pieni kritiikin vire, jonka pidin omana tietonani.

Tuulivoimateknologia oli, ja vielä toistaiseksi on, High-Techiä puhtaaksi viljellyssä muodossa: hammaspyörä joudutaan valmistamaan yhtä tarkasti, kuin vaativimmissa ilmailu- ja avaruussovelluksissa, tekninen infra on massiivista, siiven kärkeen saavutetaan lähes äänen nopeus ja insinöörityö on huipussaan. Hienoa ja komeaa, kallista. Tätä mantraa Jyväskylän laitos edusti. On tärkeää, että pannaan supermäärä rahaa kiinni kalliisiin ratkaisuihin, jotta olemme mukana kansainvälisessä kilpailussa. Sordiinon alta kuulin, että tuulimylly on aina alle kymmenen megawattia. Ihmettelin, miksi pitäytyä energia-alan ”mopoluokkaan”? Myöhemmissä keskusteluissa sain vastauksenkin: yli kymmenmegawattinen on niin tolkuttoman kallis.

Olin siihen aikaan haalinut likimain kaiken silloin olennaisena pidetyn tiedon, mikä liittyi tuulivoimateknologiaan ja -bisnekseen. Olin tehnyt erinäisiä patentti- ja muita teknologiahakuja liittyen tuulivoimateknologiaan (kiitos hyvästä yhteistyöstä, Kauhajoen informaatikkovelho), enkä tässäkään tilaisuudessa pönöttänyt ihan lämpimikseni. Tiesin, että jo 70-luvulla kilpajuoksu tuulivoiman patentoinnissa oli tiukkaa: eräs saksalainen pystyakselinen ratkaisu voitti parilla viikolla suomalaisen, samaan ilmiöön perustuvan version, ja patentiksi saakka eteni saksalainen. Maailmalla on paljon muutakin, kuin propelli tolpan nokassa Jyväskylän segmentissä.

Tuulimyllyn perinteinen ratkaisu on värähtelyinsinöörin painajainen. Tuulimylly perustetaan maaperään, joka on suota, kalliota tai mitä hyvänsä ennalta arvaamatonta. Satametrisen pylvään rakentaminen vapaavalintaiselle alustalle kustannustehokkaasti on haaste nuorille, yltiöpäisille konstruktioinsinööreille. Kun pylvään päälle vielä hilataan pari kolmekymmentä tonnia rautaa, eli kansankielellä dieselveturin verran, meillä on yläpäästään vapaa nurjahdussauva, staattisessa lujuusopissa esiintyvä klassinen perusongelma.

Kun klassiseen nurjahdussauvaan lisätään paha, dynaaminen maailma, syntyy resonaattori: pitkän varren päähän on sijoitettu hulppea määrä massaa, jolloin koko hökötys lähtee värähtelemään, kun siihen vaikuttaa jostakin suunnasta muuttuvia voimia... Ja muuttuvia voimiahan riittää: on tuulikuorma, on siipien muodostama jatkuvasti pyörimisen tahtiin muuttuva taivutusmomentti, generaattorin vääntövärähtely jne. Värähtelyinsinöörin painajainen on valmis. Onneksi korkeakoulut leipovat aina vain lisää haasteita kaipaavia insinöörejä, jotka osaavat viritellä elementtejä ja matriiseja tietokoneille. Kyllähän se ratkaisu löytyy: pystytään vaikka kiipeämään perä edellä tuulimyllyn konehuoneeseen, pylvään nokkaan. Se vain maksaa jonkin verran.

Tuo kymmenmegawattinen rajoite taitaa vieläkin olla taloudellisesti ylivoimainen näille pylvään nokkaan viritetyille tekniikan ihmeille.

Valkeakoskella kerätään nyt kasapanosta tuulimyllyn juureen: http://yle.fi/uutiset/windside_virittelee_sadan_metrin_tuuliruuvia_valkeakoskelle/7989676. Vihdoinkin joku on tekemässä tuulivoimatekniikassa täyden mittakaavan tuotekehitystä, joka tähtää kestävään, syöttötariffeista ja muista Kankkulan kaivoista riippumattomaan kilpailuetuun. Kuka tahansa konetekniikkaa opiskellut näkee, että nyt hanketasolle nousseen tuulimyllyn kriittiset rakenneratkaisut ovat aiempaa helpompia, ja sijaitsevat maan pinnalla. Yläilmoihin ei synny voimakeskittymiä, jotka poikivat ongelmia ja kustannuksia myllyn perustuksiin ja kantaviin rakenteisiin. Luonto on jo pilotoinut tämän tyyppisen myllyn rakenteita metsissä ympäri maailmaa: kolmekymmenmetrinen kuusi pysyy Suomessa pystyssä melkein missä tahansa Suomessa. Miksei satametrinen tuuliruuvikin. Tuuliruuvin perusrakenne johtaa voimat rakenteen juuressa sijaitsevaan generaattoriin: värähtely- ja lujuusinsinöörille jää kohtuullinen, vain ”peruskauraa” sisältävä työmaa.

Vaaka-akselinen tuulimylly on haitekkia hyvinkin. Lähinnä siksi, että tekniikka sijaitsee sadan metrin korkeudessa, ja teknologiarima on asetettu seksikkäästi korkealle, kustannuksissa säästämättä. Mutta onko tuulimylly -tapauksessa  kalliille teknologialle perusteita? Patenttiselvitysteni perusteella uskon, että nyt pilotoitava pystyakseliin perustuva ratkaisu on kilpailukykyisempi. Se saattaa jopa kiertää vaaka-akselimyllyjä vaivaavan kymmenen megawatin kustannusbarrikadin.

Piditkö tästä kirjoituksesta? Näytä se!

5Suosittele

5 käyttäjää suosittelee tätä kirjoitusta. - Näytä suosittelijat

NäytäPiilota kommentit (7 kommenttia)

Käyttäjän hannuaro1 kuva
Hannu Aro

Suomeen tuodaan syöttötariffia syömään ulkomailta suuria jo 5 MW:n tuulivoimaloita, joita rakennetaan maalle. Konehuone n.140 metrin korkean pylvään päässä ja painaa lähes 200 tonnia ja yksi siipi painaa lähes 20 tonnia, pituutta siivellä on n.68 metriä. Eli ongelmat on suurempia kuin mitä kunnanvaltuustojen maallikot ikinä voivat ymmärtää. Akateemisen koulutuksen saaneet ovat tuulivoiman valtion takuuhinnasta tehneet "nerokkaan tariffin" joka ei näy valtion budjettikehyksissä vaan kerätään sähköverona kuluttajilta, kotitalouksilta pääasiassa. Löysä raha vetää kaikenmaailman yrittäjät nyt Suomeen kultaa vuolemaan, eikä kunnollisia sääntöjäkään ole, olemassaolevia ei valvota.
Melu on lähistölle vaarallista, nyt mittauksissa suodatetaan vaaralliset äänet pois ja esitetään pelkästään A-painotetut esitetään.
http://oto2.wustl.edu/cochlea/wt4.html

"Why do you think the wind turbine industry typically characterizes wind turbine noise with only A-weighted measurements?"

A -painotettu mittaus, C -painotettu, G -painotettu..., miksi tuulivoimateollisuus on valinnut A -painotetun mittaustavan määrittelemään tuulivoimalasta lähtevää melua? Yllä olevasta linkistä selviää sekin asia.

Ei minun mielipiteillä tai viittauksilla asiantuntijan lausuntoihin ole merkitystä kovinkaan paljon. Sillä on merkitystä, että joku kiinnostuu kriittisemmin tarkastelemaan tuulivoimateollisuuden itsensä teettämistä tutkimuksista, laskelmista, selvityksistä etc. Niiltä puuttuvat yleensä tieteeltä vaadittavat vertaisarvioinnit ja niinpä väittämät ovatkin todettavissa vääristellyiksi ja laskelmat liioitelluksi suuntaan jos toiseenkin, kuten yllä oleva linkki osoittaa mittaustuloksen osalta A -painotetun mittaustavan olevan tuulivoimamelulle soveltumaton.

Ei tämä mitään haitekkiä ole vaan älykkäästi suunniteltu järjettömyys yhteiskunnan köyhdyttämiseksi. Viranomaisten pitäisi pystyä estämään nämä huijaukset jo suunnitteluvaiheessa.

Käyttäjän PekkaReiman kuva
Pekka Reiman

Varovainen kun olen, heitin vaaka-akselimyllyn massan määräksi (tarkistamatta) turhan pienen luvun. Periaate on kuitenkin selvä: nurjahdussauvan päällä tolkuton massa, ja erilaiset voimat nykivät massaa joka suuntaan. Siinäpä värähtely- ja lujuusinsinöörillä purtavaa.

Mikä on kenellekin haitekkiä; teknisenä suorituksena tuulimylly on haitekkiä. Kokonaan toinen asia on, minkälainen haitekki on tarpeen, ja mitkä vaikutukset ovat toivottuja.

Käyttäjän arojouni kuva
Jouni Aro

Tuulivoimaloiden koko on vain kasvanut ja kyllähän kasvava koko on tuonut ongelmia.
http://www.ilkka.fi/mielipide/yleis%C3%B6lt%C3%A4/...

Myös Saksassa käydään keskustelua tuulivoimaloiden aiheuttamasta terveyshaitasta! Tuulivoimaloiden aiheuttamiin terveyshaittoihin on kiinnitetty huomiota nyt terveysalalla ja alan ammattilaiset ovat lähteneet vaatimaan lisää tutkimuksia matalataajuusmelun mahdollisista haitoista lähialueen ihmisille. https://www.openpetition.de/petition/online/mindes...

”The “parliament” of Germany’s medical profession has called on its leaders to support a halt to further wind farm developments near housing until more research has been undertaken into the possible health impacts of low-frequency noise from wind turbines.”

http://www.weeklytimesnow.com.au/news/world/german...

Käyttäjän jlinjama kuva
Jussi Linjama

"kolmekymmenmetrinen kuusi pysyy Suomessa pystyssä melkein missä tahansa Suomessa. Miksei satametrinen tuuliruuvikin."

Siksi, että vielä tällä hetkellä kuusi taitaa olla paremmin suunniteltu. Kuusen pintakuiduissa on vetojännitys ja sisällä puristusjännitys, minkä vuoksi se kestää taivutusta paremmin kuin vastaava tavallinen, esijännittämätön komposiitti. Tästä syystä myös purjeveneiden mastot pyrittiin aikoinaan valmistamaan siten, ettei pintaan koskettu, vaan masto ainoastaan kuorittiin varovasti puukapulalla.

Toinen merkittävä ero on se, että kuusen kuidut ovat neliskulmaisia - niitä siis mahtuu samaan tilaan enemmän kuin pyöreitä kuituja ja rakenne on tehokkaampi (vähemmän hartsia suhteessa kuidun määrään).

Kolmas ero on se, että kuusi osaa sopeutua muuttuviin olosuhteisiin, jos muutokset eivät ole liian nopeita: jos taivutusjännitys kasvaa, kasvattaa kuusi paksuutta - jos taas sitä ei ole tarpeeksi, kasvattaa kuusi pituutta. Se osaa myös itse korjata jopa kallistuman.

Neljäs ero on se, että kuusi osaa tunnistaa pienetkin vauriot ja ryhtyy toimenpiteisiin niiden korjaamiseksi ennen kuin rakenteellinen turvallisuus vaarantuu. Insinöörin rakenteissa kenelläkään ei ole sellaiseen aikaa eikä rahaa.

Perustussuunnittelussa kyllä tammi, mänty ja lehtikuusi olisivat todennäköisesti taitavampia, mutta ei sitä ihan kaikkea voi yhdeltä näreeltä vaatia.

Käyttäjän PekkaReiman kuva
Pekka Reiman

Niinpä. Tuotekehityksessäkin voi ottaa oppia luonnosta. Ei muuta kuin soveltamaan tuuliruuviin.
Vaikka lähtökohdat esittämiesi speksien käyttöön tuuliruuvissa ovat monen mutkan takana, perinteiseen vaaka-akselimyllyyn nämä havainnot sopivat vielä huonommin.

Käyttäjän JukkaKeskinen kuva
Tapio Keskinen

Meniköhän nuo jännitykset väärinpäin.

Käyttäjän PekkaReiman kuva
Pekka Reiman

En tiedä, mitenkä suuri ongelma tuo nurjahtaminen on, mutta ihan insinööriopintojen perusteissa on arvoanalyysi, jossa käydään lävitse kustannus-hyötyajattelua. Arvoanalyysi -näkökulmasta pylväs generoi kustannusta, joka on vältettävissä. Punnittavaksi jää, syntyykö vaaka-akselista kilpailuetua, joka kompensoi teknologiakustannusten kasvun.
Kävin 1990-luvulla lävitse laajan patenttiaineiston, ja tiedän, että löytyy monia näillä palstoilla esiintymättömiä ideoita tuulienergian keräämiseksi. Tuuliruuvi on vain yksi (eikä suinkaan ainoa) malli.
Tuulienergian hyväksikäytölle on olemassa myös logistisia hidasteita. Jos luoja suo, ehkä kirjoitan joskus siitäkin teemasta.

Toimituksen poiminnat