Tehokas muuntaja säästää tuulienergiaa

Tehokkaat muuntajat parantavat tuulipuiston energia- ja kustannustehokkuutta monin eri tavoin. ABB Power Grids Finland kehittää ja valmistaa Vaasassa muuntajia maailman suurimpiin merituulivoimaloihin.

Tuulivoimatuotanto - Julkaistu: 22.11.2019 - Teksti: Marianna Salin Kuva: Esa Siltaloppi

Tuulivoimala tuottaa sähköä, jonka virta on suuri ja jännite pieni. Tällaista sähkövirtaa siirrettäessä häviöt ovat valtavat. Siksi tuulivoimalan muuntaja nostaa jännitteen esimerkiksi 20 kilovolttiin, joka on tyypillinen taso Suomen sähkönjakelussa. Tuulipuiston sähköasemalla voimaloista tulevan sähkövirran jännitettä nostetaan muuntajalla edelleen runkoverkon 110 kilovolttiin.

ABB toi markkinoille vuonna 2013 ensimmäisen WindSTAR-muuntajansa, joka nosti jännitteen tuulivoimalassa suoraan 33 kilovolttiin ja leikkasi siten sähkönsiirron häviöitä. Tällaisia muuntajia tarvittiin suurissa merituulipuistoissa. Sittemmin merituulivoimaloiden tehot ovat kasvaneet, ja tuoreimmissa hankkeissa rakennetaan jopa 9,5 megawatin tuulivoimaloita. Samalla vaatimukset energiatehokkuudesta ovat kasvaneet. Nyt WindSTAR-muuntajat tarjoavat jopa 66 kilovoltin jännitettä, joka on tällä hetkellä tuulimuuntajien korkein jänniteluokka.

”Olemme toimittaneet Vaasan tehtaalta jo satoja WindSTAR-muuntajia Pohjanmeren merituulipuistoihin Hollannin ja Englannin edustalle. Suunnittelemme ja valmistamme jokaiseen projektiin muuntajatyypin, joka vastaa voimalatoimittajan vaatimuksia. Tämä edellyttää korkean osaamisen lisäksi pitkää kokemusta muuntajien tuotannosta”, sanoo projektipäällikkö Tuomas Wahlberg ABB Power Grids Finlandista.

Pieni koko ja jättiläisen voimat

Äkkiseltään 66 kilovoltin jännite ei vaikuta erityisen haasteelliselta. Suomessa runkoverkon sähköasemat nostavat jännitettä jopa 400 kilovolttiin asti ja laskevat sen taas pienemmäksi jakeluverkkoa ja kuluttajaa varten. Sähköverkon muuntajat ovat kuitenkin jättiläisiä, jotka lepäävät mukavasti betonilaatan päällä pellon reunassa. Tuulivoimalan tornissa muuntajan on oltava mahdollisimman kevyt ja ulkomitoiltaan pieni, jotta tuulivoimalan rakennuskustannukset pysyisivät kurissa.

”On teknisesti erittäin haastavaa käsitellä pienessä tilassa korkeaa virtaa tai korkeaa jännitettä, ja muuntajassa on molemmat. Tuulimuuntajan on kestettävä myös poikkeuksellisen paljon tärinää. Testaammekin tuulimuuntajien prototyyppejä hyvin monipuolisesti muun muassa vaativin oikosulku- ja tärinäkokein. Varmistamme myös, että tuulimuuntajan sisäiset häviöt pysyvät pieninä, jotta tuulivoimala voisi toimia mahdollisimman energiatehokkaasti”, Wahlberg sanoo.

WindSTAR-muuntaja on parinkymmenen jääkaapin kokoinen ja painaa yli 15 tonnia. Ei se mikään keijukainen ole, mutta alalla sitä pidetään hämmästyttävän pienenä. Edellinen malli painoi noin neljänneksen enemmän.

”Kehitimme kevyttä mallia yli vuoden kestäneessä projektissa yhdessä asiakkaan kanssa. Hyödynsimme Vaasan tuotekehityksen ja tuotannon lisäksi laskennan asiantuntijoita ABB:n globaalista organisaatiosta”, Wahlberg kertoo. Hänen mukaansa kehitystyö jatkuu, koska tavoitteena on aina yhä pienempi, kevyempi ja tehokkaampi tuulimuuntaja.

Muuntajia jo 130 vuotta

Koska tehokkaimmat tuulimuuntajat asennetaan merituulipuistoihin, niiden suunnittelua ohjaa myös poikkeuksellinen ympäristö. Suolainen ja kostea ilma edellyttää erittäin kestäviä materiaaleja, ja merellä seurataan myös tavallista tiukempia ympäristövaatimuksia. Esimerkiksi eristykseen WindSTAR-muuntajissa käytetään öljyn sijaan biohajoavaa nestettä, joka on sekä ympäristöystävällinen että paloturvallinen.

ABB ei ole ensimmäistä kertaa kehittämässä muuntajia uusiin tarkoituksiin. Yhtiö on kehittänyt Suomessa muuntajia 1890-luvulta alkaen, jolloin sähköverkot rajoittuivat yhteen tehtaaseen tai pariin kortteliin. Nyt ABB:n muuntajia käytetään niin pienjännitteisissä jakeluverkoissa kuin suurjännitteisissä runkoverkoissakin sekä tehtaiden ja voimaloiden sähköasemilla – myös tuulipuistoissa. ABB Power Grids Finland toimittaa tuulipuistoihin myös kuristimia eli reaktoreita, joilla kompensoidaan maakaapeleiden tuottamaa loistehoa sekä sähköasemia, joilla tuulipuistojen tuottama sähkö siirretään sähköverkkoon.

”Häiriöiden välttämiseksi kompensointi on välttämätöntä. Sen voi ostaa verkkoyhtiöltä tai tuottaa itse.”

 

Mainoskuva