Jäsenen puheenvuoro: Katsaus tuulivoiman kehitykseen

Tuulivoimalat ovat kehittyneet huimasti 80-luvulta. Ensimmäiset tuulivoimalat koostuivat pääosin muiden teollisuusalojen muokatuista komponenteista ja niiden nimellistehot pyörivät kymmenien kilowattien luokassa. Yli 40 vuoden kehityksen tuloksena nykyisten tuulivoimalaprototyyppien roottorin halkaisija ylittää 200 metriä, saavuttaen 15 megawatin nimellistehon. Vastaava kehitys on nähty myös muissa tuulivoimaloiden komponenteissa. Esimerkiksi Moventaksen viimeisimmät Exceed -sarjan monimegawatti-vaihteistot painavat noin 30 tuhatta kiloa ja edustavat alan kevyintä painoluokkaa. Alalla nähdään jopa yli 70 tuhatta kiloa painavia vaihteita. Maailmalla on tätä kirjoittaessa asennettuna arviolta 760 gigawatin edestä tuulivoimaa - hieman yli 400 tuhatta tuulivoimalaa. Suurimmat tuulivoiman markkina-alueet painottuvat Pohjois-Amerikkaan, Kiinaan ja Eurooppaan. Tässä artikkelissa katsastamme näkymiä tuulivoimalan tulevaisuuteen: alan kehitystrendeihin, markkinan kypsymiseen, sekä mitä alueellisia muutoksia horisontissa häämöttää.

Tuulivoimatuotanto - Julkaistu: 31.3.2022 - Teksti: Alexander Connal, Moventas Wind Oy, Kuva: Moventas Gears Oy

Kehitystrendit

Yleinen kehitystrendi alalla on ollut selvä alusta alkaen; kohti suurempaa ja tehokkaampaa. Tuulivoimalan lapa on tuotantoa ohjaava tekijä, sillä pidemmällä lavalla saadaan valjastettua tuulen energiaa suuremmalta pinta-alalta. Muut komponentit seuraavat tätä kehitystä. 1990-luvun puolivälissä esimerkiksi siirryttiin planeettavaihteistoihin, joiden avulla voimalan nasellin kokoa on kyetty pitämään hallussa.

Tuulivoimaloiden suuret osat vaativat paljon tilaa ja lapojen, tornien, generaattoreiden ja vaihteistojen kuljetus keskusta-alueiden läpi tai syrjäisemmille seuduille onkin kasvava haaste. Lapojen modularisointi, eli osissa valmistaminen, on yksi ratkaisu. Tällöin lavan voi koota paikan päällä. Myös voimansiirron komponentteihin ja kokonaisuuksiin on kehitteillä erilaisia ratkaisuja.

Merituulivoimalat johtavat tuulivoimaloiden kokokehityksen kärkeä. GE Renewable Energy, Siemens Gamesa, MingYang, ja Vestas ovat kaikki kehittämässä 14-16 megawatin tuulivoimaloita. Maatuulivoimaloiden kehitys seuraa historiallisesti merituulivoimaa muutaman vuoden viiveellä. Merituulivoimaloissa nähdään myös enemmän suoravetoisia voimansiirron ratkaisuja, joissa lapa on suoraan yhteydessä generaattoriin. Vestas on kuitenkin uudessa EnVentus 15 megawatin mallissaan päätynyt vaihteelliseen ratkaisuun, jossa roottorin kierrosnopeutta kasvatetaan vaihteen kautta ennen generaattoriin syöttämistä.

Vaihteelliset voimansiirtoratkaisut tulevat yhä hallitsemaan suurempaa markkinaosuutta tulevaisuudessa, erityisesti maatuulivoimaloissa. Myös jotkin pääosin suoravetoisia voimaloita valmistavat toimittajat ovat alkaneet tutkimaan vaihteellisten voimaloiden tuotantoa. 20 megawatin rajan lähestyminen asettaa teknisiä ja kustannuksellisia haasteita suoravetoisille tuulivoimaloille.

Kohti syvempiä vesiä

Nykyisiä kiinteätukijalkaisia merituulivoimaloita voidaan asentaa vain tiettyyn syvyyteen saakka. Tulevaisuudessa saatamme nähdä Floating Wind - eli kelluvia - tuulivoimaloita. Ankkuroimalla voimalan kelluva alusta merenpohjaan päästään aukaisemaan uusia otollisia tuulialueilta kauempaa rannikolta. Prototyyppejä uusista alustoista on jo maailmalla ja pienen skaalan prototyypit ovat osoittautuneet lupaaviksi jatkoa varten. Kelluvien ratkaisujen laajaa kaupallistumista tuskin kuitenkaan nähdään ennen vuosikymmenen loppua.

Kehitysyhteistyön tiivistyminen

Tuulivoimaloiden teholuokkien ja ratkaisujen kehittäminen heijastuu koko toimitusketjuun. Aikaisemmin komponenttivalmistajat kykenivät kehittämään ratkaisunsa suhteellisen irrallaan voimalan kehityksestä: Valmistaja tarjosi komponenttivalmistajille valmiit piirustukset, joihin komponentin piti sopeutua.

Nykyään komponenttitoimittajan on kyettävä systeemitason suunnitteluyhteistyöhön. Tuulivoimalan mittakaavat ja teholuokat vaativat, että toimitusketjun on ymmärrettävä voimalan tekninen ja operatiivinen profiili, sekä komponenttien vuorovaikutuksen kokonaisuus. Tuotekehityksen tarve jatkaa kasvuaan ja tuotteiden markkinoille saattamisen ajanjaksot lyhenevät kilpailun kiristyessä.

Tuulivoimaloiden elinkaarta pyritään myös pidentämään. Käyttöiän pidentyminen koskee voimalan kaikkia komponentteja. Moventas esimerkiksi kehitti Moventas Orbit™ Bearing Solutionin, jonka avulla haetaan vähintään 40 vuoden laakeroinnin käyttöikää. Tuulivoimaloiden ja komponenttien elinikää pystytään myös jatkamaan suunnittelemalla valmiiksi huoltoprosesseja. Päivityksiä myös kehitetään jatkuvasti olemassa oleviin tuulivoimaloihin. Repowering, eli vanhan voimalan päivittäminen kokonaan uuteen voimalaan, on myös kasvava ilmiö.

Markkinoiden kypsyminen

80-luvulla maailmalla oli kymmeniä tuulivoimaloiden, voimansiirron- ja muiden komponenttien valmistajia ja teolliset suurvalmistajat tunnistivat tuulivoiman potentiaalin. Saksalaisilla yhtiöillä oli alussa tapana ostaa tuulivoimaosaaminen yritystensä ulkopuolelta, mikä johti ulkoisten, tuulivoimaan erikoistuneiden insinööritoimistojen syntymiseen. Tanskassa lähdettiin liikenteeseen Ford-maiseen tyyliin “autotalleista”, jossa osaamista lähdettiin kehittämään yhtiön sisäisesti. Tämä näkyi tuulivoimamallien määrässä, joita julkaistiin tiuhaan tahtiin eri tuuli- ja maantieteellisille alueille.

Nyt valmistajat hakevat tuotantotehokkuutta tuomalla markkinoille modulaarisia tuoteperheitä. Pienillä muutoksilla samaa tuotepohjaa voidaan hyödyntää eri tuulialueilla. Tämä vaatii myös arvoketjulta modulaarisia ratkaisuja, joilla kyetään tukemaan haluttua tuoteperheiden yksinkertaistamista.

Fuusioituminen

Alan kehittyessä on nähty fuusioitumisia läpi koko arvoketjun. Alan kypsyminen ja standardien kiristyminen on ajanut pienempiä valmistajia ulos markkinoilta tai suuremmat yritykset ovat ahmaisseet ne sisäänsä.

Myös Kiinassa ja Aasiassa saatetaan lähivuosina nähdä sama fuusioitumisen trendi, minkä länsimaiset markkinat ovat jo kokeneet. Kiinan valtio on lopettamassa tuulivoima-alan suoran kaupallisen tukemisen tavoitteenaan saada ala kypsymään ja toimimaan itsenäisesti.

Viimeisen muutaman vuoden räjähdysmäinen asennusvimma Kiinassa on ajanut paikallisia hintoja jyrkästi alas ja aiheuttanut väliaikaista keinotekoista ylituotantoa. Tässä tilanteessa useat pienemmät toimijat ovat vielä kyenneet täyttämään tuotantonsa. Vaikka rakentamistahdin uskotaan Kiinassa hiipuvan hetkellisesti vuodesta 2022 eteenpäin, pysyy Kiina yhä yhtenä merkittävimmistä alueista tuulivoimalle. Pienemmillä toimijoilla voi kuitenkin jatkossa olla edessä haasteita kilpaillessaan suurempien yritysten kanssa, mikä johtanee arvoketjun muovaantumiseen ja kypsymiseen.

Tuulivoima maailmalla

Tuulivoimaloiden maailmanlaajuisen vuosittaisen asennustahdin oletetaan tippuvan useilla gigawateilla muutamaksi vuodeksi. Kyseessä on kuitenkin suurilta osin aikaisemmin viitattu Kiinan markkinoiden hidastuminen niiden totutellessa uuteen markkinatilanteeseen. Tämä voi avata lisää ja uusia mahdollisuuksia länsimaalaisille toimittajille sekä alueelliselle yhteistyölle.

Tähän asti länsimaiset voimalavalmistajat eivät vielä ole kyenneet merkittävällä tavalla pääsemään käsiksi Kiinan sisämarkkinoihin. Myös suuret kiinalaiset valmistajat ovat alkaneet kääntää katsettaan kohti länttä ja uusia markkina-alueita, kuten Goldwind ja MingYang -projektit esimerkiksi Italiassa sekä Itä-Euroopassa osoittavat.

Yhdysvalloissa tuulivoima on jälleen pääsemässä vauhtiin demokraattien presidenttivoiton myötä. Varsinkin merituulivoima on nousevassa roolissa Yhdysvaltojen itärannikolla, jossa energiajätit kuten Orsted ja RWE suunnittelevat tuulivoimapuistoja. Myös uusia alueita suunnitellaan kartoitettavaksi tulevia tarjouskilpailuita varten. Rannikko-olosuhteet ovat haastavia hurrikaanien takia, mutta teknisen kehityksen myötä tuulivoimaloita on kyetty sopeuttamaan myös hurrikaani- ja taifuunialueille.  Yhdysvaltojen tuulivoiman kohtalo on kuitenkin vahvasti sidoksissa poliittisiin liikkeisiin ja poliittisten puolueiden valtasuhteisiin.

Itä-Euroopan, Lähi-idän ja Afrikan alueella nähdään myös nousevaa mielenkiintoa tuulivoimaa kohtaan. Tulevaisuutta on kuitenkin hankala ennustaa. Alueiden nykyiset ja tulevat pilottiprojektit, niiden onnistumiset ja epäonnistumiset, tulevat määräämään tuulivoiman vastaanoton näillä kehittyvillä markkina-alueilla.

Globaalisti tuulivoiman ja uusiutuvien energialähteiden tarve ja kysyntä jatkaa kasvuaan. Seuraavan kymmenen vuoden tuulivoiman kysynnän ennustetaan olevan 100 prosenttia korkeampi kuin 2010 – 2020.

Mainoskuva