Haku
EN
FI | EN

 

Tietoa tuulivoimasta

Rajakerros

Tuulivoimalat sijaitsevat käytännössä ilmakehän alimmassa kerroksessa eli rajakerroksessa (Atmospheric Boundary Layer, ABL). Rajakerros on maanpinnan ja vapaan ilmakehän välinen ilmakerros, jossa ”vapaan ilmakehän tuuli, muuttuu kokemaksemme tuuleksi”. Tuulen nopeuden vertikaalinen muutos rajakerroksessa riippuu mm. ilman stabiiliudesta sekä maanpinnan rosoisuudesta.

Rajakerroksen korkeus vaihtelee ajan, ilmakehän tilan eli stabiiliuden ja säätilanteen mukaan. Tyypillisesti sen korkeus on 300-1000m. Suomessa rajakerroksen korkeus on useimmiten 100-1000 m. Korkeus on kuitenkin monessa tapauksessa melko vaikeasti määritettävissä. Rajakerroksen korkeuden vuotuiseen jakaumaan vaikuttaa mm. maanpintainversiotilanteiden, joissa lämpötila kasvaa korkeuden mukana, suuri lukumäärä. Maanpintainversio on yleistä talvella ja yöllä ja sen tyypillinen korkeus on 500m.

Rajakerroksen yläpuolella tuuli on lähellä geostrofista tuulta. Rajakerroksen (ABL = Atmospheric Boundary Layer) ylärajan ja pintakerroksen (SL = Surface Layer) välissä on ns. Ekmanin kerros (E). Ekmanin kerroksessa tuulen nopeuden suunta muuttuu. Pintakitkan vaikutuksesta tuulen nopeus heikkenee korkeuden pienentyessä.

 

Pintakerros

Rajakerroksessa lähellä maanpintaa olevaa ilmakerrosta kutsutaan pintakerrokseksi. Sen korkeus on noin 10 % koko rajakerroksesta, stabiiliudesta ja maaston rosoisuudesta riippuen. Tyypillisiseti rajakerros on 10-150m maanpinnan yläpuolella. Neutraalissa säätilanteessa vertikaalinen liikemäärän vuo on lähes vakio ja tuulen nopeuden muutos logaritminen.

Pintakerroksessa maaston muodoilla ja alustatyypillä on huomattavan suuri vaikutus yläpuolisen ilmamassan virtaukseen. Maaston muodot (orografinen rosoisuus) vaikuttavat virtauksen suuntaan sekä nopeuteen. Pintakasvillisuus ja -piirteet (aerodynaaminen rosoisuus) puolestaan pyrkii jarruttamaan ilman virtausta kitkan johdosta. Alustan rosoisuus määritellään siis alustan ominaisuuksien pohjalta ja sitä kuvataan rosoisuusparametrillä z0, jonka yksikkönä on metri.

Rajakerroksen alimmassa osassa eli pintakerroksessa, jonka korkeus on noin 10% rajakerroksesta, tuulen nopeus heikkenee jokseenkin logaritmisesti tuulen suunnan pysyessä lähes samana.

 

Turbulenttisuus

Rajakerroksen perusominaisuus on turbulenttisuus. Turbulenttista virtausta luonnehtii epälineaarisuus, kvasisatunnaisuus, kolmiulotteisuus, diffussiivinen sekoittuminen, sekä energian dissipaatio. Turbulenssia kuvataan satunnaisuudesta johtuen tilastollisin menetelmin.

Heikkotuulisissa inversiotilanteissa turbulenssi on ajoittaista ja satunnaista ja esiintyy turbulenttisia purkauksia, mm. pintakitkan vaikutuksesta tai gravitaatioaaltojen murtumisen kautta.

Lähteet:

B. Tammelin, 2003, esityksessä B. Tammelin: Tuulivoimameteorologia, 2006