Tällä vuosikymmenellä tuulivoiman käyttö on lisääntynyt kaikkialla maailmassa odotettua ripeämmin. Nopea kasvu on ennen kaikkea tuulivoimalatekniikan kehityksen ansiota: suuren kokoluokan tuulimyllyt ovat aina vain suurempia, ja niiden käyttöaste on aina vain parempi. Monien mielikuvat tuulivoimaloista pieninä, tehottomina ja epäluotettavina myllyinä ovat joko auttamattomasti vanhentuneita tai pienvoimaloihin painottuneita. Tarkastellaanpa siis tilastojen valossa, millaisia tuulivoimalat nykyään ovat ja miten ne ovat viime vuosikymmeninä kehittyneet.

Tuulivoimaloiden kehitys Tanskassa

Tanskassa tuulivoiman osuus on jo lähes puolet kaikesta sähköntuotannosta, ja siellä tuulivoimaloita on rakennettu suuressa määrin paljon aiemmin kuin useimmissa muissa maissa. Tanskan tällä hetkellä käytössä olevista 5 776 tuulivoimalasta on lisäksi saatavilla kattavat voimalakohtaiset tilastotiedot. Niinpä Tanska sopii tämän tarkastelun esimerkkimaaksi mitä mainioimmin.

Kuva 1 esittää Tanskassa vuoden 2015 lopussa käytössä olleiden tuulivoimaloiden nimellistehojen jakaumaa (huomaa, että tuulivoimaloiden teho esitetään logaritmisella asteikolla). Kaikkien tuulivoimaloiden nimellistehojen keskiarvo on 877,73 kW, mutta voimalat jakautuvat kolmeen selvästi erottuvaan pääryhmään: pienet kiinteistövoimalat (alle 100 kW), vanhat suurvoimalat (100–999 kW) ja uudet suurvoimalat (yli 1 000 kW). Pieniä kiinteistövoimaloita rakennetaan paljon (vuonna 2015 käyttöön otettiin peräti 480 uutta 10 kW:n voimalaa), ja uusien suurten voimaloiden osalta painopiste on selvästi siirtynyt yli 2 000 kW:n voimaloihin. Uusimmat ja suurimmat voimalat ovat teholtaan peräti 6 000–8 000 kW. Kuva 2 esittää nimellisteholtaan yli 100 kW:n voimaloiden keskimääräistä tehoa käyttöönottovuosittain. Suurten voimaloiden nimellisteho on 1980-luvun lopusta asti kasvanut suunnilleen eksponentaalisesti.

Kaikkien voimaloiden napakorkeuden keskiarvo on 44,04 metriä ja potkurihalkaisijan 46,20 metriä. Alle 100 kW:n voimaloissa napakorkeus on keskimäärin 18,99 metriä ja potkurihalkaisija 11,23 metriä, ja yli 1 000 kW:n voimalat ovat selvästi suurempia: niiden napakorkeus on keskimäärin 70,33 metriä ja potkurihalkaisija 86,24 metriä. Suuren voimalan potkuri pyörii siis keskimäärin peräti 60 kertaa suuremmalla alueella kuin pienen voimalan. Kaikkien käytössä olevien tuulivoimaloiden keski-ikä on 14,5 vuotta, ja vanhimmat niistä ovat olleet käytössä 1970-luvulta saakka.

Ennen vuoden 2015 alkua käyttöön otettujen tuulivoimaloiden käyttöaste vuonna 2015 eli todellinen tuotto laskennallisesta enimmäistuotosta (teho kerrottuna vuoden tuntien määrällä) oli 26,67 %. Keskimääräinen tuulivoimala toimii siis vain noin joka neljännen tunnin täydellä teholla. Suurten ja pienten voimaloiden käyttöasteet poikkeavat kuitenkin toisistaan huomattavasti. Alle 100 kW:n voimaloiden käyttöaste oli keskimäärin 16,34 % (joka kuudes tunti täydellä teholla), kun taas yli 1 000 kW:n voimaloiden käyttöaste oli 35,74 % (joka kolmas tunti täydellä teholla). Tähän huomattavaan eroon suurten ja pienten voimaloiden välillä on varmasti monia syitä. Vaikka on mahdollista, että suuret, kaupalliseen käyttöön tarkoitetut voimalat ovat laadukkaampia ja varmatoimisempia kuin pienet kiinteistövoimalat, todennäköisemmin kyse on siitä, että korkeammalla operoivat suuret voimalat ovat useammin tuulille alttiina ja siksi tuottavat sähköä useammin, ja siitä, että kaupallisella toimijalla on suurempi intressi huoltaa voimaloita nopeammin ja ennakoivammin kuin yksittäisillä epäammattimaisilla kiinteistönomistajilla, jotka käyttävät tuulivoimalaa pääasiassa oman sähkönkulutuksensa kattamiseen.

Kuvasta 3 nähdään, kuinka tuulivoimalan ikä vaikuttaa sen käyttöasteeseen. Uusimpien voimaloiden käyttöaste on tyypillisesti 30–40 %, 1990-luvulla rakennettujen voimaloiden noin 25 % ja sitä vanhempien selvästi matalampi. On ilman muuta selvää, että kuluminen vaikuttaa käyttöasteeseen: mitä vanhempi voimala on, sitä enemmän sen osat ovat kuluneet ja sitä useammin se vaatii huoltoa, jolloin se on huollonkin vuoksi useammin pois käytöstä. Mutta tuulivoimaloiden käyttöaste myös uutena on kasvanut oleellisesti vuosikymmenten mittaan. Kuva 4 esittää tuulivoimaloiden ensimmäisen kokonaisen käyttövuoden (eli käyttöönottovuotta seuraavan kalenterivuoden) käyttöasteen kehitystä. Vielä 1980-luvulla uuden tuulivoimalan käyttöaste oli tyypillisesti alle 20 %, 1990-luvulla se nousi noin 25 prosenttiin, ja tällä vuosikymmenellä uusien tuulivoimaloiden käyttöaste on noin 35 %.

Koska suuret kaupalliset voimalat ja pienet kiinteistövoimalat poikkeavat toisistaan paitsi kokonsa myös käyttöasteensa vuoksi oleellisesti, niitä ei ole mielekästä tarkastella jatkuvasti yhtenä populaationa. Sähköntuotantoartikkelieni näkökulmana on yleisesti suuren mittakaavan tuotanto, joten keskityn tässäkin artikkelissa tästä eteenpäin nimenomaan kaupallisiin suurvoimaloihin. Tanskan tuulivoimalarekisteriin on merkitty myös kunkin voimalan valmistaja, joten siitä on helppo nähdä, mitkä valmistajat keskittyvät suuriin voimaloihin ja mitkä pieniin voimaloihin. Tällä hetkellä pieniä kiinteistövoimaloita valmistavat mm. Gaia-Wind, HS Wind, KVA Diesel, Solid Wind Power ja Thy Møllen. Näiden valmistajien voimaloita on käytössä 720 kappaletta (12,5 % kaikista voimaloista). Suuria voimaloita taas valmistaa kaksi suurta, Vestas ja Siemens. Vestasin voimaloita on käytössä 1668 kappaletta, mikä on peräti 28,9 % kaikista Tanskan voimaloista. Siemensin 485 voimalaa ovat 8,4 % kaikista voimaloista. Seuraavassa tarkastelenkin erikseen nimenomaan Vestasin voimaloita sekä jossain määrin myös Siemensin voimaloita.

Suurten tuulivoimaloiden aiempi kehitys

Vestas on valmistanut tuulivoimaloita 1970-luvulta saakka, ja osa näistä yli 30 vuotta vanhoista voimaloista on edelleen käytössä. Niinpä Vestasin 1668 voimalasta saa hyvän kuvan siitä, miten tuulivoimalat ovat pitkän ajan kuluessa kehittyneet.

Kuva 5 esittää Tanskassa tällä hetkellä käytössä olevien Vestasin tuulivoimaloiden keskimääräisen nimellistehon kehitystä. Nykyvoimaloihin verrattuna 1980-luvun voimalat vaikuttavat mitättömän pieniltä. Vielä 1990-luvulla keskimääräisen tuulivoimalan teho oli alle 1 000 kW. 2000-luvun alussa keskimääräinen teho nousi jo 1 500 kilowattiin, ja tällä hetkellä Vestasin uudet voimalat ovat keskimäärin 3 000 kilowatin tehoisia. (Kuvaajassa näkyy syvä pudotus vuoden 2005 kummallakin puolella; näinä vuosina Tanskassa ei juuri rakennettu uusia suuria tuulivoimaloita.)

Tuulivoimaloiden tehon kehitys näyttää eksponentaaliselta. Tämä selviääkin kuvasta 6, jossa on samat tiedot kuin kuvassa 5, mutta y-akseli on logaritminen. Tässä kuvassa tehon kehitys on lyhytaikaisia heilahteluja lukuun ottamatta lähes lineaarinen. Vuodesta 1979 vuoteen 2015 Vestasin tuulivoimaloiden keskimääräinen nimellisteho on kasvanut vuodessa keskimäärin 10,9 %.

Sen lisäksi, että tuulivoimaloiden keskimääräinen teho on kasvanut eksponentaalisesti, myös niiden käyttöaste on kaiken aikaa parantunut. Kuva 7 esittää Tanskassa käytössä olevien Vestasin tuulivoimaloiden ensimmäisen käyttövuoden käyttöastetta eli todellisen vuosituotannon suhdetta laskennalliseen enimmäistuotantoon. 1980-luvulla uusien voimaloiden käyttaste pyöri 20 prosentin molemmin puolin. 1990-luvulla käyttöaste nousi jo 25–30 prosenttiin. Tällä vuosikymmenellä Vestasin uusien tuulivoimaloiden käyttöaste on ollut jo 30–40 %. Käyttöasteen parantuminen ei ole yhtä selvästi lineaarista kuin tehon kasvu, mutta trendi on kuitenkin selvä. Vuodesta 1979 vuoteen 2015 Vestasin uusien voimaloiden käyttöaste on parantunut keskimäärin 0,56 prosenttiyksikköä vuodessa.

Toisen suuren suurten tuulivoimaloiden valmistajan, Siemensin, voimaloita on ollut Tanskassa vuodesta 2008 alkaen, ja tällä hetkellä Siemensin voimaloita on jo 485 kappaletta. Pitkän aikavälin tarkastelua ei Siemensin voimaloille voi tämän aineiston pohjalta tehdä, mutta yleisesti voidaan havaita, että keskimäärin uusien Siemensin tuulivoimaloiden teho on tällä vuosikymmenellä ollut yli 3 000 kW. Käyttöaste on hyvä, seitsemän vuoden aikana keskimäärin 38,9 %. Luvut ovat pääsääntöisesti samaa luokkaa Vestasin kanssa.

Mahdollinen kehitys tulevaisuudessa

Historiallinen kehitys ei tietenkään ole tae tulevasta kehityksestä, ja jossain vaiheessa tuulivoimaloiden nopea parantuminen alkaa varmasti tasaantua. Vielä kasvulle ei kuitenkaan ole nähtävissä rajoja: Vestas on vastikään tuonut markkinoille valtavan 8 000 kilowatin tuulivoimalan, jonka ensimmäisiä suuren mittaluokan toimituksia ollaan jo rakentamassa. Siemensin suuret sarjatuotantovoimalat ovat tällä hetkellä 6 000 kilowatin tehoisia, ja yhtiön suunnitelmissa on alkaa valmistaa yli 10 megawatin voimaloita vielä tämän vuosikymmenen lopulla. Markkinoilla on myös muita merkittäviä toimijoita, joita Tanskan aineisto ei ole nostanut esille.

Jos spekuloidaan esimerkiksi Vestasin tuulivoimaloiden kehittyvän lähitulevaisuudessa samaa tahtia kuin ne ovat tähän mennessä kehittyneet, voidaan ennustaa, millaisia keskimääräiset uudet tuulivoimalat saattavat olla vuonna 2020 ja 2030. Edellä todettiin, että Vestasin voimaloiden nimellisteho on kasvanut keskimäärin 10,9 % vuodessa. Se tarkoittaa, että keskimääräinen nimellisteho on tuplaantunut 6,7 vuodessa. Vuonna 2015 keskimääräisen Vestasin uuden tuulivoimalan teho oli 2 926 kW. Vuonna 2020 keskimääräinen teho voisi olla jo 4 909 kW ja vuonna 2030 peräti 13 818 kW. Vastaavasti napakorkeus vuonna 2020 voisi olla keskimäärin 96 metriä ja vuonna 2030 jo 134 metriä. Potkurin halkaisija kasvaisi 124 metriin vuonna 2020 ja 189 metriin vuonna 2030. Keskimääräinen uuden voimalan käyttöaste olisi 44 % vuonna 2020 ja 50 % vuonna 2030.

Jos tuulivoimaloiden teho ja käyttöaste kasvavat tätä tahtia, niiden osuus kaikesta sähköntuotannosta kasvaa lähivuosina huomattavasti ja käyttövarmuuden kasvu vähentää säätövoiman tarvetta. Mutta vielä 50 prosentin käyttöastekin on sen verran matala, että kokonaan ilman säätövoimaa, tuontia ja vientiä tai ison mittakaavan varastointimenetelmiä ei tuulivoima toimi.

Vielä vilkaisu käytöstä poistettuihin tuulivoimaloihin

Koska Tanskassa on tuotettu tuulivoimalla sähköä jo 1970-luvulta saakka, on vuosien varrella ehditty poistaa käytöstä valtava määrä voimaloita. Vuoden 2015 loppuun mennessä käytöstä poistettujen voimaloiden rekisterissä on 2837 tuulivoimalaa. Nämä voimalat on poistettu käytöstä keskimäärin 17,2 vuoden ikäisinä. Tämä on huomattavan matala keski-ikä verrattuna esimerkiksi nyt käytössä olevien tuulivoimaloiden keski-ikään, joka on 14,5 vuotta. Tarkoittaako tämä sitä, että merkittävä osa Tanskan nykyisestä tuulivoimalakannasta olisi vanhenemassa lähivuosina? Tai sitä, että uusien tuulivoimaloiden keskimääräinen taloudellinen käyttöikä on vain hieman päälle 17 vuotta?

Ei välttämättä. Kaksi kolmasosaa käytöstä poistetuista tuulivoimaloista on valmistunut 1970- ja 1980-luvuilla ja 90 % ennen vuotta 1994, siis reilusti yli 20 vuotta sitten. Suurin osa käytöstäpoistoista tehtiin vuonna 2002, jolloin käytöstä poistettiin peräti 1230 tuulivoimalaa. Sen jälkeen vuodessa on poistettu käytöstä keskimäärin 108 voimalaa. Käytöstä poistettujen voimaloiden matala käyttöikä näyttää johtuvan ennen kaikkea siitä, että niitä poistettiin vuonna 2002 kerralla suuri määrä. Vastaavasti uusia voimaloita otettiin käyttöön runsaasti vuonna 2000 (742 kpl) ja sitä edeltävinä ja sen jälkeisinä vuosina. On ilmeistä, että vuosituhannen vaihteessa on korvattu suuri määrä vanhoja voimaloita uusilla ja tehokkaammilla. Vastaavia laajoja käytöstäpoistoja voidaan tietenkin tehdä jatkossakin, mutta todennäköisenä syynä sille ei ole vanhojen voimaloiden kelvottomuus, vaan se, että uudet voimalat ovat niin paljon tehokkaampia ja taloudellisempia, että vanhoja voimaloita ei enää katsota tarpeellisiksi. Yksikkökoon suureneminen pienentää joka tapauksessa käyttökustannuksia, jolloin tuotettu sähkökin on edullisempaa.