Sähkökoneen staattorikäämityksen kehittäminen

Tämä insinöörityö tehtiin ABB:n Pitäjänmäen konetehtaalle Tahtikoneet-tulosyksikölle. Työssä tutkittiin mahdollisuuksia valmistaa murtovakovyyhtejä kestomagneettituuligeneraattoreihin, joissa vakoluku on alle yhden. Työ tehtiin tutustumalla aluksi Pitäjänmäen konetehtaan käytössä oleviin vyyhden valmistus- ja käämintämenetelmiin. Lisäksi tutkittiin erilaisia mahdollisia murtovakovyyhden valmistusmenetelmiä, joista lupaavimpia myös kokeiltiin. Saatujen kokemusten pohjalta valittiin vyyhden valmistusmenetelmä, jonka mukaan valmistettiin koe-erä. Koe-erälle suoritettiin mittauksia, joilla varmistettiin niiden sähköinen kestävyys Työn tuloksena valitulla valmistusmenetelmällä valmistettiin vyyhdet prototyyppi tuuligeneraattorin.

Pientuulivoimaloiden markkinapotentiaalin arviointi Suomessa ja globaalisti

Työn tavoitteena on selvittää pientuulivoimaloiden markkinapotentiaali Suomessa sekä muualla maailmassa, ja kartoittaa alalla toimivat kilpailijat. Tarkoituksena on myös arvioida kuinka tilanne tulee jatkossa kehittymään ja, mitkä ovat Hafmex Windforce Oy:n mahdollisuudet kilpailla kyseisillä markkinoilla. Lisäksi tarkastelun kohteena on selvittää millä edellytyksillä pientuulivoimaloita voidaan liittää paikalliseen sähkönjakeluverkkoon. Työssä on myös esitelty kaupallisten tuulivoimaloiden perusperiaatteita, sekä tällä hetkellä käytössä olevaa teknologiaa. Tarkemmin on keskitytty pientuulivoimaloiden toiminnan periaatteisiin. Työn teoriapohjassa tarkastellaan markkinatutkimuksen suorittamisen erityispiirteitä, markkinapotentiaalin määrittämiseen liittyviä käsitteitä ja kilpailija-analyysin suorittamista. Teoriaosa perustuu alan kirjallisuudesta, lehtiartikkeleista sekä internetistä kerättyyn materiaaliin.

Suomalaisen tuulivoimateollisuuden asema, kilpailukyky ja tulevaisuuden näkymät kansainvälisillä markkinoilla

Executive Summary Tuulivoimateollisuus on kasvanut erittäin voimakkaasti 2000-luvulla, ja viime vuonna asennettiin maailmanlaajuisesti ennätysmäärä noin 42 GW uutta tuulivoimakapasiteettia. Kumulatiivinen asennettu kapasiteetti oli vuoden 2011 lopussa noin 241 GW, josta eniten Euroopassa, sitten Kaakkois-Aasiassa, etenkin Kiinassa ja kolmanneksi suurimpana markkina-alueena oli USA. Kiinassa oli eniten asennettua tuulivoimaa, 26 % maailman tuulivoimasta, toisena oli USA, sitten Saksa, Espanja ja Intia. Suurin osa asennetusta koko maailman kapasiteetista on maatuulivoimaa (onshore), merituulivoimaa (offshore) oli asennettu vajaat 4 GW. Teollisuus työllisti arviolta yli 560000 henkilöä maailmanlaajuisesti ja liiketoiminnan arvo oli noin 52 Mrd. euroa (73 Mrd. USD). Tuuliturbiineja oli maailmalla toiminnassa noin 200000 ja niiden keskikoko oli 1,2 MW. Turbiinien koko on tasaisesti kasvanut ja nykyisin suurimmat kaupalliset turbiinit ovat 6-7 MW kokoluokassa. Suomessa oli vuoden 2012 lopussa asennettuna 163 turbiinia yhteisteholtaan 288 MW, joten olemme huomattavasti jäljessä useimpia muita EU maita tuulivoiman hyödyntämisessä. Tuulivoimamarkkinoiden ennakoidaan kasvavan keskimäärin noin 10 % vuosittain, jolloin vuonna 2020 maailmassa olisi asennettuna kapasiteettia noin 900 GW, josta offshore tuulivoimaa 75 GW. Tällöin tuulivoimalla tuotettaisiin noin 8 % sähköntuotannosta, kun arvio vuodelle 2012 on 2,26 %. Nopeinta kasvu olisi Kaakkois-Aasiassa ja Pohjois-Amerikassa, merituulivoimaa sen sijaan asennettaisiin eniten Eurooppaan. Suomen ilmasto- ja energiastrategin mukainen tavoite on 2,5 GW tuulivoimaa vuonna 2020. Moderni turbiini koostuu seuraavista pääkomponenteista: tornista, kolmilapaisesta roottorista, vaihteistosta, generaattorista, ja elektroniikasta. Turbiinien hinta vaihtelee projektista ja käytetystä tekniikasta johtuen, mutta tämän hetkisenä keskiarvona voidaan käyttää noin 1 MEUR / MW hintaa Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa. Kiinassa hinta on vähintään yhden kolmasosan halvempi. Turbiinihintojen ennakoidaan halventuvan jo lähivuosien kuluessa jopa 30 % johtuen muun muassa suuruuden ekonomiasta ja kiristyvästä kilpailusta. Kun mukaan lasketaan kaikki kulut, kuten suunnittelu, luvat, turbiinin perustukset ja kaapeloinnit, tulee asennetulle turbiinille keskihinnaksi noin 1,5 MEUR. Merituulivoima voi olla kaksi kertaa kalliimpi investointi. Generaattoreina käytetään tyypillisesti nopeita tai keskinopeita induktio- (DFIG) tai kestomagneettigeneraattoreita (PMSG) ja yleisesti kolmivaihteisia vaihteistoja. Hidasnopeuksisen (PMSG) suoravetogeneraattorin (DD) käyttö on kuitenkin yleistymässä, sillä tällöin vältetään vika-alttiin vaihteiston käyttö. Korkea toimintaluotettavuus on erityisen tärkeä merituulivoimaloissa. Suurimmat 15 turbiinivalmistajaa toimittivat viime vuonna lähes 90 % maailman tuulivoimaloista. Suurin toimija on tanskalainen Vestas, jonka liikevaihto vuonna 2011 oli noin 6 Mrd euroa ja henkilöstöä yli 22000. Suurimpien valmistajien joukossa oli 7 kiinalaista toimijaa, jotka ovat kasvaneet nopeasti viime vuosina. Useimmat turbiinivalmistajat valmistavat joitakin strategisia komponentteja itse tai ostavat ne omaan konserniin kuuluvalta tytäryhtiöltä ja ostavat muut komponentit ja materiaalit sopimusvalmistajilta. Yhtiöiden valmistusstrategiat kuitenkin vaihtelevat ”tehdään kaikki itse” strategiasta pelkkään avainkomponenttien kokoonpanoon ja turbiinin kokonaistoimitukseen. Tyypillisesti turbiinivalmistajia palvelee vakiintunut joukko kansainväliseen toimintaan kyvykkäitä komponenttitoimittajia varatoimittajineen. Kaiken kaikkiaan sekä turbiini- että komponenttivalmistajien kesken on tapahtunut viime vuosikymmenen kuluessa konsolidoitumista. Valmistus on myös globalisoitunut eli avainkomponentit ja etenkin isot komponentit valmistetaan lähellä asiakasta. Toisaalta kiristynyt hintakilpailu on johtanut siihen, että yritykset ovat siirtäneet tuotantoa Kiinaan, joka nykyisin onkin suurin komponenttien valmistusmaa. Alan keskittyminen ja globalisoituminen tullee jatkumaan myös tulevaisuudessa. Suomessa on eri sektoreilta tuulivoiman huippuosaamista, mutta kokonaisvaltaista tuulivoimaklusteria meillä ei ole. Sellaisen rakentaminen tai rakentuminen vie aikaa ja edellyttäisi selkeän veturiyrityksen olemassaoloa. Tuuliturbiinien kokonaistoimituksista yleensä vastaava turbiinivalmistaja olisi luonteva veturiyritys, mutta kotimaiset valmistajat (Winwind ja Mervento) ovat kansainvälisesti pieniä, ja niiden markkina-asema on haastava. Lisäksi Winwind on ajautunut vakavaan taloudelliseen kriisiin (velkojat hakevat yhtiöltä saataviaan käräjäoikeudessa tammikuussa 2013). Kotimaisille turbiinivalmistajille, kuten muillekin tuulivoima-alan toimijoille olisi ensisijaista, että kotimaiset investoinnit käynnistyisivät täysipainoisesti. Tämä tarkoittaisi paitsi liiketoimintamahdollisuuksia, niin kumuloituvaa osaamista ja ennen kaikkea referenssejä kansainvälistä kilpailua silmälläpitäen. Suomalaisten turbiinivalmistajien kilpailukykyisin businessalue löytynee erityisosaamisesta, kuten esimerkiksi arktisesta tuulivoimasektorista. Mahdollisesti liittoutumalla tai jonkin johtavan turbiinivalmistajan tytäryrityksenä suomalainen niche markkinoille erikoistunut turbiinivalmistus voisi menestyä tulevaisuuden kovenevassa kilpailussa. Kilpailu päämarkkinoilla johtavien turbiinivalmistajien kanssa tuskin tuo menestystä, sillä näiden resurssit ja referenssit ovat ylivertaiset ja osaaminenkin osin suomalaisia edellä. Suomalaista huippuosaamista edustavat muun muassa ABB, The Switch, Vacon, Vaisala, Prysmian sekä Moventas. Yhtiöiden markkina-alue on globaali ja etenkin ABB:n ja Prysmianin resurssit mittavat. Yhtiöillä on edellytykset menestyä jatkossakin kansainvälisesti tuulivoimaliiketoiminnan komponenttien ja systeemien toimittajina. Moventaksen haasteena on yrityksen taloudellinen tilanne ja kilpailukyky markkinoilla (koko henkilöstö lomautetaan määräajaksi keväällä 2013). Muun muassa paperikonevalmistuksen ja meriteollisuuden johdolla Suomeen on syntynyt vahva konepajaosaaminen ja alihankintaverkosto. Esimerkiksi Holming, Componenta, Häkkinen Group ja Metso Foundries palvelevat jo tuulivoimateollisuutta. Osa yhtiöistä toimii kansainvälisesti ja niillä on mahdollisuus jatkossakin palvella tuulivoimateollisuutta, etenkin Suomessa ja lähialueilla. Komponenttitoimittajien ja alihankkijoiden kansainvälistymisen haasteina ovat muun muassa Suomen syrjäinen sijainti Euroopan päämarkkinoilta ja päämiesten jo osin vakiintuneet toimittajaverkostot. Tuulivoiman suunnittelu ja konsultointi sekä käyttö ja kunnossapito tarjoavat suomalaisille yhtiöille liiketoimintamahdollisuuksia Suomessa ja lähialueilla. Merkittävää uutta potentiaalia edustaa telakkateollisuus, ennen muuta STX Finland. STX konsernissa osataan erikoislaivojen tekeminen, konserni omistaa jo turbiinivalmistajan ja konsernin strategiana on tulla merkittäväksi tuulivoimatoimijaksi. Offshore perustukset ja tornit voisivat luontevasti olla omaa tuotantoa oman turbiinivalmistuksen, tuulipuistojen käytön ja kunnossapidon sekä erikoislaivojen ohella. STX Finlandilla olisi potentiaalia toimia suomalaisen tuulivoimateollisuuden veturiyrityksenä. Yhtiön rahoitustilanne ja kilpailukyky ovat kuitenkin tällä hetkellä haastavat. Rautaruukilla on potentiaalia toimittaa muun muassa ristikkorakenteisia torneja ja Parmalla hybriditorneja tuulivoimateollisuudelle. Suomalaisen tuulivoimaosaamisen ja työllisyyden kannalta keskeistä on, että Suomen ilmasto- ja energiastrategian mukaiset tuulivoimainvestoinnit saataisiin viipymättä käyntiin ja investointiympäristö säilyisi suotuisana ja ennustettavana. Tuulivoiman syöttötariffi tukee tuulivoiman taloudellista kannattavuutta lähitulevaisuudessa, mutta tuulivoimarakentamisen rajoituksia ja esteitä tulee myös merkittävästi purkaa tai lieventää.”Työpaikkoja syntyy niihin maihin joissa tuulivoimaa rakennetaan”. Tuulivoima työllistää paitsi suunnittelu- ja rakentamisvaiheessa, niin erityisesti laitosten 20-30 vuoden käyttö- ja kunnossapitoaikana. Teknologiateollisuuden (2012) positiivisen kasvuskenaarion mukaan tuulivoimateollisuus voisi työllistää jopa 25-30000 henkilöä vuonna 2020 nykyisten noin 2000 sijasta ja alan liikevaihto voisi olla jopa 12-14 Mrd. euroa. Tällainen kasvuskenaario sisältää kyllä merkittäviä epävarmuustekijöitä ja Tarastin (2012) selvitys arvioikin kasvun ja työllisyyden kehittyvän kasvuskenaariossakin maltillisemmin. Todennäköisimmät menestysmahdollisuudet ovat alalla jo merkittävässä asemassa olevilla resursseiltaan vahvoilla ja kansainvälisillä yrityksillä. Monialayritykset kestävät pelkästään tuulivoima-alaan keskittyneitä yrityksiä paremmin alalle tyypilliset liiketoiminnan vaihtelut. Erikoistuminen ja uudet radikaalit innovaatiot voivat kuitenkin tuoda tuulivoimaliiketoimintaan täysin uusia toimijoita tai muuttaa nykyisten yritysten kilpailuasetelmia. Kaupallisesti menestyviä uusia keksintöjä harvoin kuitenkaan syntyy ilman panostuksia. Ensiarvoisen tärkeää olisi määritellä kansallinen tahtotila, millä resurssein ja mihin tuulivoimateollisuuden sektoreihin halutaan panostaa, ja kohdentaa resurssit siten, että alan yrityksillä, tutkimuslaitoksilla ja muilla toimijoilla olisi parhaat edellytykset kehittää kilpailukykyisiä tuotteita, palveluita ja systeemeitä. Potentiaalisten uusien teknologioiden ja suomalaisten toimijoiden syvällisempi tarkastelu voisikin olla mielenkiintoisen jatkotutkimuksen aihe.

Tuulivoima; kehitys, investoinnit ja työllisyys Suomessa

Tuulivoimalla on pitkä historia. Tuulivoima soveltuu nykyajan energiantuotantoon. Suunniteltaessa ja rakennettaessa uusia tuulivoimaloita on tunnettava tuulisuuteen vaikuttavat tekijät samoin kuin tuulivoimalan sijoituspaikalla on tehtävä perusteelliset tuu-liolosuhdemittaukset. Nykyisellä sähkön hinnalla tuulivoimalat eivät ole täysin kilpailukykyisiä, joten niitä on tuettava. Tukimuotoja on monia. Suomessa pääasiallinen tukimuoto on syöttötariffi. Vallitseva politiikka on ratkaisevassa asemassa luotaessa tukijärjestelmiä tuulivoimalle. Suomessa tehtävät tuulivoimainvestoinnit ovat kasvussa. Tuulivoimaan liittyy niin hyviä kuin huonoja puolia. Huonot puolet ovat ratkaistavissa. Päästökaupan kannalta on tuulivoima yksi keino alentaa kasvihuonekaasuja ilmakehässä. Tuulivoiman osuuden kasvattaminen sähköntuotannossa luo työpaikkoja Suomeen ja luo vientimahdollisuuksia ulkomaille. Tuulivoimalla on valoisa tulevaisuus.

Guide för lämpliga undersökningsmetoder av marina miljön havsplanering : Rapport framtagen inom SeaGIS-projekt

Merten aluesuunnittelu on keskeinen osa komission sinisen kasvun strategiaa ja EU:n yhdennettyä meripolitiikkaa. Euroopan parla-mentti on hiljattain hyväksynyt merten aluesuunnittelua koskevan direktiivin, jonka tarkoituksena on auttaa EU-maita koordinoimaan paremmin merellä toteutettavia toimia ja varmistaa, että toimet ovat tehokkaita ja ekologisesti kestäviä. Rannikko- ja merialueilla samasta tilasta ja resursseista kilpailevat monenlaiset toimet: kalastusalueet, vesiviljelylaitokset ja merten suojelualueet, meri-infrastruktuurit kuten kaapelit, putket ja laivaväylät sekä öljy- ja kaasulaitokset ja tuulivoimalat. Uusi direktiivi auttaa välttämään näinkin erilaisten käyttötarkoitusten välisiä potentiaalisia ristiriitoja ja luomaan vakaan toimintaympäristön, joka houkuttelee sijoittajia ja edistää näin kestävää kasvua. Suunnittelulla myös vähennetään nykyistä ylisääntelyä ja hallinnollisia kiemuroita. Moni toimet edellyttävät lupaa tai lisenssiä jotta ne saisivat toimia merialueilla ja viranomaiset vaativat usein että hakija suorittaa ympä-ristövahinkoarvioinnin (YVA), joka viranomaiset arvioivat ennen lupaa myönnetään. Oppaan tarkoitus on helpottaa hakijan YVA läpivienti tai hankinta tarjoamalla yleiskatsausta menetelmistä meriympäristön tutkimiseen ja niiden sopivuutta eri tarkoituksiin.

Tuulivoimalan meluvaikutusten hallinta oikeuskäytännön valossa

Tutkielma tarkastelee tuulivoimalan meluvaikutusten käsittelyä hallintotuomioistuinten oikeuskäytännössä. Tutkimusaineistona toimivat Suomen hallinto-oikeuksien sekä korkeimman hallinto-oikeuden tuulivoimahankkeita tai hankkeiden suunnittelua koskevat päätökset, joiden valituksenalainen viranomaispäätös on tehty vuosina 2011–2015. Tutkielma tehtiin yhteistyössä Suomen Tuulivoimayhdistys r.y.:n kanssa. Tutkielma seuraa käytännönläheisen lainopin tutkimuksellisia lähtökohtia, jossa hyödynnetään laajaa oikeuskäytäntöä. Tutkielma pyrkii oikeuskäytännön avulla selkeyttämään tuulivoimamelua koskevaa oikeustilaa, sekä pohtii oikeusohjeiden soveltamista tuulivoimatoiminnan alkamisen jälkeen ilmenneissä tuulivoimamelua koskevissa erimielisyyksissä. Lähtökohtana toimii ristiriita tuulivoiman toiminnanharjoittajan ja tuulivoimalan lähialueen asukkaan tai maanomistajan välillä. Tuulivoimaloista aiheutuva melu, tuulivoimamelu, on yksi kiistanalaisimmista tuulivoimaloiden ympäristövaikutuksista, mikä näkyi tutkimusaineiston muutoksenhakuvaatimuksissa. Tuulivoimameluun sovelletaan sekä lakitasoisia että viranomaisten antamia oikeusohjeita. Tuomioistuimissa sovellettiin sitomattomia ohjeita ja suosituksia, mutta soveltamiskäytäntö vaihteli hieman eri tuomioistuinten ja eri tuomioistuinasteiden välillä. Tuulivoimalan lähialueen kiinteistön käyttötarkoitus sekä maankäyttö- ja rakennuslain (MRL, 132/199) maankäytön suunnittelumenettelyjen valinnat vaikuttavat tuulivoimatoiminnan jatkuvuuden varmistamiseen. Suunnittelumenettelyistä vahvimman suojan tuulivoimakiinteistön käyttötarkoitukselle antaa kaava. Jälkikäteinen puuttuminen tuulivoimalan toimintaan liiallisten meluvaikutusten takia on mahdollista ympäristönsuojelulain (YSL, 527/2014) nojalla muun muassa antamalla yksittäisiä määräyksiä, vaatimalla ympäristöluvan hakemista jälkikäteen tai muuttamalla voimassa olevaa ympäristölupaa. Tuulivoimakiinteistön lähialueelle ulottuvien meluvaikutusten kohtuullisuus ja sietämisvelvollisuus arvioidaan tuulivoimamelua koskevien oikeusohjeiden perusteella. Asiasanat: hallintotuomioistuimet, maankäytön suunnittelu, melu, oikeuskäytäntö, tuulivoimalat, ympäristöoikeus, ympäristövaikutukset

Tuulivoimaloiden meluhaitat

Tuulivoiman tuotanto yleistyy nopeasti ja vaikka tuotannosta on monia hyötyjä, myös haittoja löytyy, yksi niistä voimaloista aiheutuva melu. Tämän opinnäytetyön tavoitteena on aikaisempien kotimaisten ja kansainvälisten tutkimusten avulla kertoa tuulivoimalamelun syntymisestä ja siihen liittyvästä ohjeistuksesta sekä siitä, mikä melussa häiritsee, aiheuttaako se terveyshaittoja ja miten melua ehkäistään. Melu on epämiellyttäväksi koettavaa ääntä, joka voi olla myös kuulolle haitallista. Tuulivoiman tuotannosta syntyvä melu on joko aerodynaamista, mekaanista, matalataajuista tai infraääntä. Melua syntyy turbiinin pyörimisestä sekä sähköosien toiminnasta. Suomessa Ympäristönsuojelulaissa on annettu ohjeistus tuulivoimalamelun mittaami-seen käytettävistä mittalaitteista, niiden sijoittamisesta sekä mittaamisen toteuttamisesta eri olosuhteissa. Myös melun suurimmat sallitut arvot ulkona ja sisällä sekä päivällä, että yöllä on valtioneuvosto määritellyt Suomessa tarkasti. Näitä raja-arvoja melu ei saa ylittää kuin poikkeustapauksissa lyhytaikaisesti. Tuulivoimalamelun aiheuttamia terveyshaittoja on tutkittu laajasti ja joitain johtopäätöksiä on voitu tehdä. Tuulivoiman tuotannosta syntyvä melu voi häiritä unta ja unen laatua sekä vaikeuttaa nukahtamista ja lisätä stressiä. Se, kuinka voimakkaasti henkilö ärsyyntyy tuulivoimalasta, riippuu paljon olosuhteista, hyötyykö henkilö taloudellisesti voimalasta, kuinka paljon henkilö luottaa alueensa virkamiehiin, näkeekö hän voimalan tai asuuko henkilö maaseudulla vai kaupungissa. Jatkotutkimuksia tarvitaan siitä, aiheutuvatko terveyshaitat tuulivoimalamelun synnyttämästä stressistä, vai yhdistetäänkö muusta syystä syntynyt stressi tuulivoimalaan. Lisäksi lisätutkimuksia tarvitaan matalataajuisen ja infraäänen aiheuttamista terveyshaitoista. Melun ehkäisemiseen on monia eri keinoja, joista tärkeimmät ovat oikeanlaisen tuulivoimalatyypin ja tehonsäätötavan valitseminen sekä oikeanlainen rakennustekniikka. Nykyaikaiset tuulivoimalat ovat jo melko hyvin suunniteltuja ennaltaehkäisemään voimalan toiminnasta syntyvää melua.