Modernsed tuulegeneraatorid on sama kõrged kui mõned maailma kõige ikoonilisemad hooned ning nende mõõtmed on aastakümnete jooksul oluliselt kasvanud. Need hiiglaslikud konstruktsioonid ulatuvad tavaliselt 60 kuni 120 meetri kõrguseni. Ameerika Ühendriikides on keskmise 1,5 MW tuuliku kõrgus ligikaudu 80 meetrit.
Tornikõrgus näitab ainult osa loost. Koos tohutute labadega muutuvad tuulegeneraatorid veelgi muljetavaldavamaks. GE Haliade-X, maailma kõrgeim tuulegeneraator, omab 138-meetrist torni ja koos rootoriga ulatub 248 meetrini — see on kõrgem kui paljud linnade pilvelõhkujad. Insenerid seavad jätkuvalt uusi kõrgusepiire. Virginia ülikooli meeskond on projekteerinud 500-meetrise tuuliku, mis oleks 57 meetrit kõrgem kui Empire State Building.
Kui kõrged on tuulegeneraatorid?
Tuulegeneraatorite kõrgus on oluliselt kasvanud alates nende algsest arendusest. Esimesed maismaamudelid olid vaid 25,5 meetrit kõrged, samas kui avamere tuulikud ulatusid umbes 47,5 meetrini. Tänased konstruktsioonid ületavad neid varasemaid versioone märkimisväärselt.
Kaasaegsete tuulikute tüüpiline kõrgusvahemik
Kaasaegsed tuulegeneraatorite tornid ulatuvad nüüd 60 kuni 120 meetri kõrguseni. Ameerika maismaatuulikute keskmine rummu kõrgus on 103,4 meetrit — see on 83% kasv võrreldes 1990ndate lõpuga. Enamik Ameerika tuulikuid, mis on ehitatud alates 2012. aastast, on umbes 80 meetrit kõrged.
Need konstruktsioonid kasvavad jätkuvalt muljetavaldavas tempos. Maismaatuulikud ulatusid 2024. aastaks juba 300 meetrini, võrreldes 210 meetriga 2020. aastal. Avamere tuulikud kasvasid veelgi rohkem, ulatudes nüüd keskmiselt 340 meetrini — see on üle 100 meetri rohkem kui 2020. aastal.
Kui kõrged on tuulikud jalgades?
Ameerika maismaatuulikute rummu kõrgus ulatub nüüd 339 jalani. Briti tuulikute keskmine kõrgus on 249 jalga. Uued määrused võivad lubada kuni 850-jalaseid konstruktsioone — see on märkimisväärne muutus, kuna see ületaks Bristoli praeguse rekordihoidja kõrgust (492 jalga) 70% võrra.
339-jala rummukõrgus on kõrgem kui Vabadussammas. Saksamaa kõrgeim ehitatav tuulik ulatub koos labadega 364 meetrini (ligikaudu 1194 jalga), mis on peaaegu sama kõrge kui Berliini teletorn.
Taanis asuv Vestas V236-15.0 MW prototüüp on veel üks muljetavaldav näide — 280 meetrit (919 jalga) kõrge. Sellel hiiglasel on 236-meetrise läbimõõduga rootor ja 115,5-meetrised labad.
Meetrilised vs imperiaalsed ühikud
Tuuleenergia valdkonna mõõtühikud erinevad piirkonniti. Euroopa riigid kasutavad meetreid, samas kui Ameerikas kasutatakse sageli nii jalgu kui ka meetreid.
Kõrguserinevused näitavad nii tehnoloogilist arengut kui ka praktilisi vajadusi. Avamere tuulikud on kõrgemad, et püüda tugevamaid meretuuli. Ameerika avamere tuulikute rummukõrgused kasvavad — 2016. aastal olid need 100 meetrit (330 jalga), aga 2035. aastaks võivad ulatuda 150 meetrini (500 jalga). See on umbes sama kõrge kui Washingtoni monument.
Lisaks võimaldavad insenertehnilised läbimurded erakordseid kõrgusi. Eespool mainitud Saksamaa tuulik kasutab spetsiaalset nelja jalaga trellistorni ja liigutatavat sisemist torni, mis võimaldab kõrgust, kuhu kraanad varem ei ulatunud.
Väikesed tuulikud
Väiketuulikud on nende suurte kommertstuulikute vähendatud versioonid. Need teenindavad kodusid, talusid ja väikeettevõtteid. Need kompaktsed generaatorid toodavad alla 100 kW võimsust ja nende rootori läbimõõt on mõnest meetrist kuni 25 meetrini.
Vertikaalsed väiketuulikud
Vertikaalteljelised tuulikud (VAWT) pöörlevad ümber vertikaalse võlli. Selle disaini eeliseks on see, et generaatori ja käigukasti saab paigutada maapinna lähedale, mis teeb hoolduse lihtsamaks. Sellesse kategooriasse kuuluvad kaks peamist tüüpi:
-
- Savoniuse tuulikud – Vaadates ülevalt, on neil S-kujuline profiil, mille labad püüavad tuult. Nende lihtne ja vastupidav disain saavutab 10–17% efektiivsust. Sellegipoolest on nad usaldusväärsed ning sobivad olukordadesse, kus töökindlus on tähtsam kui jõudlus.
- Darrieus’ tuulikud – Näevad välja nagu visplid, millel on kõverad aerofoils-labad, mis kinnituvad pöörleva võlli külge. Need toodavad märgatavalt rohkem energiat kui Savoniuse mudelid, saavutades 30–40% efektiivsust. Levinud variatsioonid on H-rootorid (Giromill) sirgete labadega ja spiraalkujulised disainid, mis vähendavad pöördemomendi kõikumist.
Vertikaalsed tuulikud nagu Freen-20 või Freen-6 toimivad suurepäraselt turbulentsetes tuuleoludes, mida sageli esineb linnakeskkondades.
Horisontaalsed väiketuulikud
Horisontaalteljelised tuulikud (HAWT) domineerivad tänapäeva turul. Need kasutavad kahte või kolme komposiitlabadest tiivikut, mis pöörlevad risti tuule suunaga. Nad peavad olema täpselt tuulega vastamisi, seega kasutatakse sabalabasid, mis hoiavad neid õigel kursil.
Tornikõrgus mõjutab otseselt horisontaalsete väiketuulikute energiatoodangut. Mida kõrgemal asub rootor, seda tugevam on tuul — tuulekiiruse kahekordistumine tähendab saadava võimsuse kaheksakordistumist. Parimad tornipaigaldused on 24–37 meetri (60–120 jalga) kõrgusel.
Tuulegeneraatorite keskmine kõrgus
Tuuliku keskmised mõõtmed
Tuulegeneraatorite mõõtmed kasvavad koos tehnoloogia arenguga. Maismaa- ja avamerepaigaldised erinevad oluliselt suuruse poolest.
Tuulikute keskmine kõrgus (maismaa vs avameri)
Maismaatuulikute kõrgus on püsinud viimastel aastatel suhteliselt stabiilsena. USA Energiaamet teatas, et Ameerika maismaatuulikute keskmine kõrgus oli alates 2012. aastast 80 meetrit (umbes 280 jalga). Aastaks 2020 kasvas see 90 meetrini (295 jalga), mis on sama kõrge kui Vabadussammas.
Kasv jätkub järjekindlalt. Maismaatuulikute rummukõrgus on kasvanud 83% alates 1998.–1999. aastatest ja ulatus 2023. aastaks 103,4 meetrini (339 jalga). Briti tuulikute keskmine kõrgus on 249 jalga, kuid piirkondlikud erinevused on märgatavad.
Avamere paigaldised on aga märksa suuremad nii kõrguse kui ka võimsuse poolest:
-
- Maismaatuulikud: Võimsus 2,5–3 MW, kõrgus umbes 94 meetrit
- Avamere tuulikud: Võimsus 8–12 MW, kõrgus kuni 260 meetrit
Avamere asukohad pakuvad tugevamaid ja ühtlasemaid tuuli ilma maismaapiiranguteta.
Kui kõrged on avamere tuulikud?
Avamere tuulikud on taastuvenergia valdkonnas tõelised hiiglased. Nende keskmine rummukõrgus ulatub 116,6 meetrini — palju kõrgem kui maismaa kolleegidel.
Need konstruktsioonid muutuvad järjest suuremaks. 2016. aastal oli avamere tuulikute keskmine kõrgus 100 meetrit (330 jalga). Prognooside kohaselt ulatub see 2035. aastaks 150 meetrini (500 jalga) — sama kõrge kui Washingtoni monument.
Tegelikkus näitab nende mõõtkava: Block Islandi tuulikud ulatuvad 590 jalani, GE Haliade-X ulatub 853 jalani. Need hiiglased kasutavad enamasti üle 150-meetriseid labasid.
Tulevikuarengud on veelgi muljetavaldavamad. Eksperdid ennustavad, et aastaks 2030 toodavad uued avamere tuulikud keskmiselt 11 MW elektrit — võrreldes tänaste 4,1 MW mudelitega. Tuuleparkide visuaalne ilme muutub järgmise kümnendi jooksul drastiliselt.
Tuulegeneraatori torn: kui kõrge on torn?
Tuulegeneraatorid kasutavad ümaraid terastorne kui oma põhistruktuuri. Nende läbimõõt on 3–4 meetrit. Tornikõrgus tähendab kaugust maapinnast rummuni, kuhu kinnituvad rootor ja gondel — see ei hõlma labade kogukõrgust.
Torn vs kogu tuuliku kõrgus
Tuulikute tornid koosnevad tavaliselt 3–5 moodulsest sektsioonist, mida paigaldatakse ehitusplatsil. Rummukõrgus on kaugus maast rootori keskpunktini. See on tõeline tornikõrgus, mis kasvas 1998.–1999. aastatega võrreldes 83% ja ulatus 2023. aastaks 103,4 meetrini. Tornid on kitseneva kujuga, et pakkuda paremat stabiilsust. Nende seinad on allosas kaks korda paksemad kui tipus. Suured torniosad võivad kaaluda 15–50 tonni. Täielik torn kaalub umbes 170 tonni.
Mõju energiatootlikkusele
Tornikõrgus mängib olulist rolli energiatootmises. Mida kõrgemal tuuliku rootor asub, seda kvaliteetsem on tuul. Mõõtmised näitavad, et aastane keskmine tuulekiirus tõuseb 0,5–1,0 m/s võrreldes 80 ja 110 meetriga. See toob kaasa 2–4% suurema kasuteguri, ning sarnane kasv toimub 140 meetri puhul. 10% kiirem tuul annab 30% rohkem energiat, kuna tuulekiiruse ja võimsuse suhe on kuubiline.
Modulaarse torni ehitustehnikad
Enamikus USA ja EL-i piirkondades on transporditakistusi, kuna torni alus on liiga lai maanteede jaoks. Moodsad lahendused aitavad seda probleemi lahendada:
-
- Modulaarsed disainid: Sektsioonid jagatakse kõverateks paneelideks, mis sobivad standardsõidukitele
- Puidust tornid: Modvion toodab torne insenerpuidust, mis on sama tugev kui teras, aga kergem
- Kohapealne tootmine: USA energeetikaministeerium toetab Keystone Power Systemsi spiraal-keevitust ja GE Renewablesi 3D-printimist, et ehitada torni aluseid otse paigalduskohta
Need uuenduslikud lähenemised lahendavad logistilisi takistusi ja vähendavad kulusid. Modulaarne disain vähendab toormaterjali (teras) kasutust 20–30%.
