Haku
EN
FI | EN

 

Tietoa tuulivoimasta

Tuulivoimaloiden säätötavan mukainen luokitus

Tuulivoimaloita voidaan luokitella niiden eri ominaisuuksien mukaan, esimerkiksi voimalan säätötavan mukaisesti.
Tuulen nopeuden kasvaessa syntyy tarve rajoittaa teho tuulivoimalan koneiston suurimpaan sallimaan arvoon. Tähän käytetään erilaisia tehonsäätötapoja, jotka toimivat aerodynaamisesti joko vähentämällä lavan kantovoimaa (lapakulman säätö) tai lisäämällä lavan vastusta (sakkaussäätö). Nykyvoimalat käyttävät lapakulmasäätöä, mutta Suomessakin on edelleen pienempiä, sakkaussäätöisiä voimaloita.

Lapakulmansäätö

Tuulivoimalan tehon optimointi sekä rajoitus voidaan siis tehdä kääntämällä lapakulma tilannetta vastaavaksi. Tämä on aerodynaamisesti oikein tapa ohjata ja säätää tehoa, mutta vaatii kehittyneen ohjausjärjestelmän toimiakseen. Lapakulmasäätö toimii sekä kiinteällä että muuttuvalla pyörimisnopeudella.

Lapakulmasäädetyssä voimalassa lavan etureuna on kohti tuulta kun lapa on lepuutettuna, eli pysäytetyssä asennossa. Lepuutusasennossa lapakulma on 90°. Käynnistyessä lapa käännetään 45° kulmaan, kunnes roottori pyörii kunnolla. Tämän jälkeen käännetään lapaa edelleen pienemmälle kulmalle. Jos tuuli on kevyt, niin paras kulma on noin – 3°. Tuulen voimistuessa kulmaa muutetaan positiiviseen suuntaan ja ennen myrskyrajaa kulma on noin 25°. Jos roottori halutaan pysäyttää, jatketaan kulman kasvattamista, eli käännetään roottoria kohti tuulta muutaman asteen lisää, jolloin noin 30° kohdalla ei enää synny nostovoimaa ja voimala hidastuu. Jatkettaessa lapakulman kääntämistä edelleen kohti lepuutusasentoa voimala pysähtyy kokonaan.
Hätäpysäytyksessä lapakulma käännetään hyvin nopeasti lepuutusasentoon, jolloin roottori pysähtyy kuin seinään.

Aktiivinen sakkaussäätö

Aktiivisakkaavan tuulivoimalan pyörimisnopeus pidetään vakiona. Sakkauksen alkamista voidaan ohjata kääntämällä lapakulmaa tuulesta pois sitä enemmän, mitä kovemmin tuulee. Tämän järjestelmän avulla voidaan säätää tehokäyrän muotoa sakkauttamalla lapa halutulla hetkellä.

Aktiivisakkaavan voimalan lepuutusasento on täysin päinvastainen kuin lapakulmasäädettävän, sillä tuulta kohti onkin lavan jättöreuna. Käynnistettäessä on ensin käännettävä roottori normaaliin käyntiasentoon. Alle nimellistuulen nopeuden aktiivisakkaavan voimalan lapakulman säätölogiikka voi periaatteessa olla samanlainen kuin lapakulmasäädetyn, mutta viimeistään nimellisteholla suunta muuttuu päinvastaiseksi. Kun lapakulmasäädössä käännetään roottorin etureunaa kohti tuulta, sakkaussäädettävässä kääntösuunta on poispäin tuulesta eli kohtauskulmaa lisätään, kunnes saavutetaan haluttu sakkausteho. Kun kääntämistä edelleen lisätään voidaan voimala pysäyttää samalla tavalla kuin lapakulmasäädöllä. Lepuutusta varten kääntöä on kuitenkin jatkettava kunnes jättöreuna on täydellisesti tuulta päin.

Muuttuva pyörimisnopeus

Nykyvoimaloissa käytetään muuttuvaa pyörimisnopeutta ja lapakulmasäätöä, koska tällä tavalla saavutetaan paras hyötysuhde. Tuulivoimalan paras hyötysuhde saavutetaan tietyllä kärkinopeussuhteella, joka riippuu voimalan rakenteesta. Käytettäessä muuttuvaa pyörimisnopeutta voidaan toimia parhaalla hyötysuhteella koko tehokäyrän nousevalla osalla, jolla voimala toimii suurimman osan ajasta.