Tiede

Tuulivoimaa kahdella lelulla – jojovoimalat pystyisivät teoriassa tuottamaan koko maailman sähkön

Yhdistä jojo ja leija, saat tuulivoimalan.

Yhdistä kaksi leikkikalua: jojo ja leija. Saat uuden tuulivoimalan.

Leija, joka muistuttaa riippuliidintä, nousee hitaasti 200 metrin korkeuteen brandenburgilaisella niityllä.

Saksalainen EnerKíte GmbH, yksi kymmenkunnasta jojotuulivoimaa kehittelevästä yrityksestä maailmassa, esittelee uuden tuulivoimalan prototyyppiä.


Leija kiskoo perässään vaijeria, joka pyörittää generaattoria. Ulkonaisesti laite muistuttaa vintturia rumpuineen. Rummun akseliin on vain kiinnitetty sähkögeneraattori.


Noustuaan taivaalle leija alkaa heti laskeutua. Alas se tulee nopeasti. Laskeutumiseen menee noin kymmenesosa nousuajasta. Sitten kierros alkaa uudelleen.
MAINOS (TEKSTI JATKUU ALLA)
MAINOS PÄÄTTYY

Syklisen toiminnan takia leijatuulivoimalaa on joskus sanottu myös pumppuleijageneraattoriksi. Säätämällä leijan asentoa tuuleen nähden energian tuotanto nousussa maksimoidaan ja kulutus alas vedettäessä minimoidaan.

Tuotantolaitteiden on tarkoitus toimia 100–500 metrin korkeuksissa.

Tavanomaisista tornituulivoimaloista suurimmat ovat noin 200 metrin korkuisia. Saksalainen Nordex rakensi Saksaan viime vuonna tuulimyllyn, jonka tornin korkeus on 164 metriä ja siiven pituus 65,5 metriä. Kokonaiskorkeudeksi tuli noin 230 metriä.

Pienilläkin korkeuksilla jojotuulivoimalan etuna on keveys. Sen kilpailukyky paranee edelleen korkeuden kasvaessa. Jo 200–300 metrissä saadaan toinen etu: voimakkaita ja tasaisia tuulia.

EnerKíten mukaan jojotuulivoimala tuottaa 300 metrin korkeudella sähköä 50–70 prosenttia ajasta. Tyypillinen 80–140 metrin korkuinen tornituulivoimala tekee työtä 25–35 prosenttia ajasta.

Viime vuonna testatussa demolaitteessa on tehoa vasta 30 kilowattia. Vuonna 2019 yritys aikoo tuoda myyntiin sadan kilowatin laitteen. Kolmannessa vaiheessa, jonka aikataulu on auki, se lupaa 500 kilowatin eli puolen megawatin jojotuulivoimalaa.

Nykytilanne muistuttaa tavanomaisen tuulivoiman alkuaikaa. Noin 25 vuotta sitten tornituulivoimalan teho oli puolen megawatin luokkaa. Nyt niistä suurimmat jauhavat sähköä kahdeksan megawatin teholla.

Energiatekniikan aika-asteikoilla mitattuna jojotuulivoima on lapsuusvaiheessa.

Tutkimusta on tehty pitempään, 1970-luvulta alkaen. Nykyaikaisen leijatuulivoimalan perusidean esitti Yhdysvalloissa Lawrence Livermoren kansallisen laboratorion tutkija Miles Loyd vuonna 1980.

Laskelmissaan hän ennakoi tulevaisuutta kauas eteenpäin. Hän nimittäin esitti, että yhdestä leijatuulivoimalasta voi saada 45 megawatin tehon.

Jojotuulivoimala kiinnostaa perusidean yksinkertaisuuden takia. Korkeuksiin ei tarvitse raahata turbogeneraattoreita. Ylhäällä tullaan toimeen kevyillä siivillä ja vaijereilla.

Tutkimustyö on vilkastunut tällä vuosisadalla. Sitä ovat tehneet etenkin Torinon teknillinen yliopisto Italiassa ja Delftin teknillillinen yliopisto Hollannissa sekä Imperial College Britanniassa.

Toteuttaminen vaatiikin monenlaisten pulmien selvittämistä. Yksi ongelma on jojomainen, sykkivä toiminta.

Leija tuottaa sähköä noustessaan. Sitten tulee tauko, jonka aikana sähköä ei synny vaan päinvastoin kuluu vähän.

Brittiläinen Kite Power Systems ehdottaa ratkaisuksi kahta leijaa. Yhden laskeutuessa toinen nousee.

Yritys on kertonut asentavansa kolmen megawatin voimalan vuonna 2019. Yhtiö aikoo rakentaa jojotuulivoimaloita myös merelle.

Generaattori asennetaan lautalle, joka ankkuroidaan pohjaan. Jälleen säästetään materiaalia. Torni vaatisi vedenalaisen perustuksen.

Ensimmäinen merituulivoimala, teholtaan niin ikään kolme megawattia, toimisi vuonna 2021.

Kilpailua alalla on jo kohtalaisesti. Norjalainen Kitemill rakentaa jojotuulivoimalaa, jonka siipi muistuttaa pientä lentokonetta.

Yritys kertoo toimittavansa jojotuulivoimalan ensimmäiselle asiakkaalle jo tänä vuonna. Sitten se aikoo rakentaa viiden voimalan puiston Listaan, Norjan eteläkärkeen.

Alussa voimalat ovat pakosta pieniä, mutta tulevaisuudessa siintää todella hurjia jojoja.

Brittiläisen Kite Power Systemsin voimalassa on kaksi leijaa. Jos kaksi, niin miksei enemmänkin, ajattelevat italialaiset.

KiteGenin johtaja Massimi Ippolito puhuu gigawattiluokan karusellivoimaloista, joita pyörittää joukko leijoja. Ne nousevat 800–1 000 metrin korkeudelle.

Gigawatin voimala olisi jo kahden ison hiilivoimalan kokoluokkaa.

Ja miksi tyytyä kilometriin, kun voi mennä vielä ylemmäs.

Ippoliton mukaan suuri karusellivoimala, jonka leijat ulottuvat kymmenen kilometrin korkeuteen, pystyisi tuottamaan sähköä tasaisesti 60 gigawatin teholla. Se vastaisi yli sataa hiilivoimalaa.


Korkealla tuulee tasaisesti ja lujaa. Kalifornialaisen Lawrence Livermoren kansallisen laboratorion energiatutkija Kate Marvel sekä hänen kollegansa Ben Kravitz ja Ken Caldeira Stanfordin yliopistosta ovat laskeneet, että suurilta korkeuksilta voi luontoa häiritsemättä saada tuulivoimatehoa yli 1 800 terawattia.

Se riittäisi hyvin ihmiskunnalle, vaikka energiaa vähän tuhlattaisiinkin. Maailman sähkögeneraattorien yhteinen teho on nykyään keskimäärin alle kolme terawattia. Kaiken energiantuotannon keskiteho on noin 18 terawattia.

Ulkopuolisen arvioijan, tutkimusyritys IDTechExin mukaan jojotuulivoimaa kehitetään vakavasti Hollannissa, Saksassa, Britanniassa, Norjassa, Yhdysvalloissa ja Sveitsissä. Ainakin kymmenen kilowatin tehoisia leijatuulivoimaloita tulee kymmenen vuoden sisällä.

Ensin tulevat sähköverkon ulkopuoliset, pienet jojotuulivoimalat. Niitä seuraavat verkkoon kytketyt voimalat.

Suomessa jojotuulivoimaloita tai muitakaan leijatuulivoimaloita ei juuri ole kehitetty eikä tutkittu. Siihen on selkeä syy.

”Meiltä ovat puuttuneet kiinnostuneet rahoittajat”, kertoo säätötekniikan ja tuulivoimatekniikan professori Olli Pyrhönen Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta.

”Kun ei ole ollut lentokoneteollisuutta eikä viime aikoina tuulivoimateollisuuttakaan, niin ei ole myöskään ollut teollisia rahoittajia. Mielenkiintoista tekniikkaa jojotuulivoimala kyllä on. Osaajiakin löytyisi, esimerkiksi meidän yliopistostamme.”

Tutkimusaiheena leijatuulivoimala tarjoaa Pyrhösen mukaan mielenkiintoisia haasteita muun muassa siiven virtausmallinnuksen ja voimalan säätöjärjestelmän osalta.
HS Digistä löydät Hesarin juttuarkiston helmet
Saat tilaajana kokeilla HS Digiä maksutta
Tilaajille
Haluatko lukea koko artikkelin?

    Seuraa uutisia tästä aiheesta

  • Energia
  • Tiede
  • Tuulivoima

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää
    Luetuimmat
    1. 1

      ”Kaikki alalla olevat tietävät sen ringin” – Suomen elokuva-alalta kerätyssä kymmenien ahdistelukertomusten aineistossa muutama nimi toistuu

    2. 2

      Aleksis Salusjärvi oli lukiossa, kun nainen kavahti häntä ensi kerran bussipysäkillä – #MeToo-kampanja herätti miehet kertomaan, miltä tuntuu, kun nainen pelkää

    3. 3

      Sairaanhoitaja Paula Vuotila, 61, eli 30 vuotta ”koulutetun eliittielämää” – sitten hän ajautui asumaan rappukäytävissä

    4. 4

      Autokoulunopettaja näytti, miten vaihteita vaihdetaan – Miksi tuntuu paremmalta olla hiljaa ahdistelusta?

    5. 5

      Tätä on seksuaalinen häirintä, ja tämän sille voi tehdä – Kaikki, mitä asiasta pitää tietää

    6. 6

      Norjan Mannen-vuori saattaa romahtaa tänään

    7. 7

      Uusi kulmakarvojen tatuointimenetelmä villitsee Suomessakin, mutta onko microblading turvallista? Asiantuntija oikoo viisi väärinkäsitystä

    8. 8

      Onko alkoholin tilaaminen ulkomailta todella kielletty laissa? – Lakimies sanoo kieltoa ”suureksi sumutukseksi”, joka perustuu muutaman virkamiehen ratkaisuun

    9. 9

      ”Äiti soittaa”, vilkutti puhelin kuolleen pojan vieressä – oppilas Niina Sassi, poliisi Timo Leppälä ja muut Jokelan koulusurman kokeneet kertovat nyt, millaiset jäljet tragedia jätti

      Tilaajille
    10. 10

      Suomalais-hollantilainen laite mullisti saasteiden mittauksen: Satelliittikuvat paljastavat, missä päin maailmaa ilma on saastuneinta

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Sairaanhoitaja Paula Vuotila, 61, eli 30 vuotta ”koulutetun eliittielämää” – sitten hän ajautui asumaan rappukäytävissä

    2. 2

      Suomalais-hollantilainen laite mullisti saasteiden mittauksen: Satelliittikuvat paljastavat, missä päin maailmaa ilma on saastuneinta

    3. 3

      Lääkäri ei ottanut poikani puheita itsemurhasta todesta – ensimmäinen yritys oli viimeinen

    4. 4

      Onko alkoholin tilaaminen ulkomailta todella kielletty laissa? – Lakimies sanoo kieltoa ”suureksi sumutukseksi”, joka perustuu muutaman virkamiehen ratkaisuun

    5. 5

      Autokoulunopettaja näytti, miten vaihteita vaihdetaan – Miksi tuntuu paremmalta olla hiljaa ahdistelusta?

    6. 6

      Seuraan lyöttäytynyt kaksikko repi suomalaiselta hopeakorun Firenzessä – mies hermostui ja taltutti ryöstäjät pystypainin jälkeen: ”Poliisi sanoi, että aika harvoin käy näin”

    7. 7

      Aleksis Salusjärvi oli lukiossa, kun nainen kavahti häntä ensi kerran bussipysäkillä – #MeToo-kampanja herätti miehet kertomaan, miltä tuntuu, kun nainen pelkää

    8. 8

      Meteorologi selittää, miksi Helsingin yllä loisti voimakkaan punainen aurinko

    9. 9

      ”Äiti soittaa”, vilkutti puhelin kuolleen pojan vieressä – oppilas Niina Sassi, poliisi Timo Leppälä ja muut Jokelan koulusurman kokeneet kertovat nyt, millaiset jäljet tragedia jätti

      Tilaajille
    10. 10

      Päälleliimattu startup-pöhinä kukoistaa suuryrityksissä – vängän meiningin jäljittely synnyttää myötähäpeän tunteita

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Ossi Nyman ei tee töitä ja sanoo, että työvoimatoimisto on ihmisoikeusloukkaus – näin ”ideologisesti työtön” taktikoi itselleen yhteiskunnan tuet

      Tilaajille
    2. 2

      Koko some kuohuu, sillä Pressiklubin juontaja Sanna Ukkolalle ehdotettiin erikeeperiä päähän, tämä kanteli ehdottajan pomolle ja myrsky oli valmis – tästä on kyse

    3. 3

      ”Äiti soittaa”, vilkutti puhelin kuolleen pojan vieressä – oppilas Niina Sassi, poliisi Timo Leppälä ja muut Jokelan koulusurman kokeneet kertovat nyt, millaiset jäljet tragedia jätti

      Tilaajille
    4. 4

      Sairaanhoitaja Paula Vuotila, 61, eli 30 vuotta ”koulutetun eliittielämää” – sitten hän ajautui asumaan rappukäytävissä

    5. 5

      ”Sinun hiljaisuutesi on valanut sementtiin itätytön stereotypian, ja se myy lisää poikamiesmatkoja”, kirjoittaa kirjailija Sofi Oksanen avoimessa kirjeessään Melania Trumpille

    6. 6

      Kirjailija kertoi olevansa ”ideologisesti” työtön ja kikkailevansa tukia – TE-toimisto katkaisee tuet ja aloittaa poikkeuksellisen selvityksen

    7. 7

      Kiusaajat voittivat Niklas Herlinin

      Tilaajille
    8. 8

      Trumpin lähipiiri pelkää presidentin olevan ”hajoamassa” – avustajat yrittävät pitää presidentin aisoissa, kun hän saapuu toimistolle kiihdyksissään

    9. 9

      Teollisuuden ja median suuromistaja Niklas Herlin on kuollut

    10. 10

      Nalkutatko sinäkin? ”Naisvalitus” ei ole naisten vika, vaan puhetapa kertoo parisuhteiden epätasa-arvosta

      Tilaajille
    11. Näytä lisää