Tuuleenergia on üks kiiremaid viise rohelise energia tootmiseks. Energiatootjad kasutavad kahte peamist lähenemist: maismaa- ja meretuuleparke.
Maismaa tuuleenergia
Maismaa tuuleenergia tähendab elektritootmist maismaal paiknevate tuulegeneraatorite abil. Need turbiinid töötavad tavaliselt maapiirkondades, kus tuulekiirused on kõrgemad ja takistusi on vähe. Tehnoloogia on alates 1887. aastast märkimisväärselt arenenud. Professor James Blythi väike tuuleturbiin tootis elektrit Šotimaal, kuid kaubanduslik tuuleenergia areng algas tegelikult alles 1991. aastal. Üksnes Ühendkuningriigis on praegu üle 2,600 maismaa tuuleenergia projekti. Nende koguvõimsus ületab 15GW. Kaasaegsed rajatised kasutavad turbiine, mille keskmine tornikõrgus on umbes 98 meetrit ja labade pikkus 50 meetrit. Tänapäevased maismaa tuuleturbiinid saavutavad 2,5–3 MW nimivõimsuse.
Meretuuleenergia
Meretuuleparke käitavad ookeani- ja meretuulte energia. Sellised lahendused kasutavad ära tugevamaid ja ühtlasemaid tuuli, mida maismaa reljeef ja hooned ei pidurda. Kui kõrged on need tuulikud? Meretuulikud on oma maismaapartneritest märksa kõrgemad – kuni 190 meetrit. Meretuuleparkide ehitus- ja hoolduskulud on suured, kuid need muudavad siiski taastuvenergia maastikku. Suurbritannia Hornsea 2 on praegu maailma suurim meretuulepark. Selle 165 turbiini koguvõimsus on 1,320 MW – piisavalt, et varustada elektriga 1,4 miljonit kodu.
Mõlemal tuuleenergia liigil on ülemaailmses energiasiirdes võtmeroll, kuigi nende mastaap, tõhusus ja majanduslikud näitajad on erinevad. Viimase kümnendi areng on muljetavaldav. Ülemaailmne meretuuleparkide võimsus kasvas aastatel 2010–2021 97% võrra. Nende turbiinide rootori diameeter ületab üha enam maismaajaamade oma.
Tuuleenergia võrdlus teiste taastuvenergiaallikatega, selle valdkonna innovatsioon ja areng edenevad hämmastava kiirusega.
Mis on maismaa tuuleenergia?
Maismaal paiknevad tuuleturbiinid püüavad kinni liikuvate õhumasside kineetilise energia ja muudavad selle elektriks. See taastuvenergialahendus põhineb lihtsal mehhanismil – tuul paneb suured labad pöörlema, mis omakorda käitab generaatorit ja toodab elektrienergiat.
Maismaa tuuleturbiinid jagunevad peamiselt kahte tüüpi:
-
- Kolmelabalised horisontaalteljelised turbiinid, mis on pööratud tuulesuuna poole
- Erineva kujuga vertikaalteljelised turbiinid, sealhulgas nn „visplilaadsed“ („eggbeater“) lahendused, mis töötavad sõltumata tuulesuunast
Nende turbiinide tõhusaks tööks on vaja tuulekiirust vahemikus 11–90 km/h. Suurim kasutegur saavutatakse ligikaudu 30 km/h juures ning maksimaalne võimsus umbes 44 km/h juures. Toodetud elekter läbib trafot, mis tõstab pinget enne, kui see ühendatakse elektri võrguga.
Tüüpiline tuulepark hõlmab suurt ala, millele on paigutatud mitu turbiini. Igal turbiinil on spetsiaalselt projekteeritud labad, mis saavad pöörlema hakata juba umbes 11 kilomeetri tunnikiiruse juures. Labadega on võlli kaudu ühendatud rumm, käigukast suurendab pöörlemiskiirust ning seejärel kantakse liikumine üle generaatorile.
Maismaa tuuleenergia areneb kiiremini kui enamik teisi taastuvtehnoloogiaid. Maismaa tuuleparke on lihtsam rajada ja nende hoolduskulud on väiksemad kui meretuuleparkidel. Sellised tuulepargid sobivad hästi kokku teiste taastuvallikatega, näiteks päikesepaneelidega. Kombineeritud tuule- ja päikeseelektrijaamad lisasid 2022. aastal 2,6 gigavatti tuuleenergia võimsust.
Mis on meretuuleenergia?
Meretuuleenergia kasutab elektri tootmiseks veekogude – peamiselt merede ja ookeanide – kohal puhuvaid tuuli. Merel paiknevad rajatised saavad kasu kõrgematest ja ühtlasematest tuulekiirustest, sest füüsilisi takistusi ei ole – see võimaldab elektrit tõhusamalt toota.
Hiina (49%), Ühendkuningriik (22%) ja Saksamaa (13%) domineerivad ülemaailmset meretuuleenergia turgu, koondades üle 75% kõigist paigaldatud võimsustest. Aastaks 2022 ulatus meretuuleparkide koguvõimsus 64,3 gigavatini. Suurbritannia Hornsea Project Two, mille võimsus on 1,4 GW, on praegu maailma suurim meretuulepark.
Neid mererajatisi on kahte peamist tüüpi:
-
- Fikseeritud vundamendiga turbiinid, mis on kinnitatud merepõhja suhteliselt madalas vees (alla 60 m sügavusel)
- Ujuvad tuuleturbiinid sügavamate vete jaoks, mis on veel varases arendusjärgus
Elektritootmisprotsess algab siis, kui tuul paneb turbiinilabad pöörlema. See liikumine kandub veovõlli kaudu magnetiteni, mis asuvad mähistes, ning tekitab elektrivoolu. Tekkinud energia juhitakse merealuste kaablite kaudu meresubstatsioonidesse, kus pinget tõstetakse, et võimaldada tõhusat ülekannet maismaa elektrivõrku.
Meretuuleparkidel on maismaa tuuleparkide ees mitu eelist:
-
- Kahekordne energiapotentsiaal tänu tugevamatele ja ühtlasematele meretuultele
- Väiksem visuaalne ja müramõju asustatud piirkondadele
- Võimalus kasutada suuremaid turbiine ja laiemaid tuulepargialasid
Hoolimata algselt kõrgematest kuludest muutus meretuuleenergia 2017. aastaks hinnalt võrreldavaks traditsiooniliste elektritootmise allikatega. See areng muudab meretuuleenergia üha olulisemaks osaks globaalses puhta energia üleminekuprotsessis.
Maismaa- ja meretuuleenergia: peamised erinevused
Maismaa- ja meretuuleenergia erinevad üksteisest palju enama kui vaid asukoha poolest.
Esmalt paistab silma mõõtmete erinevus. Meretuulikud võivad ulatuda kuni 260 meetri kõrguseni ja nende labade pikkus võib olla kuni 150 meetrit. Need hiiglased on umbes 3,5 korda suuremad kui nende maismaal paiknevad analoogid. Kui palju energiat need turbiinid toodavad? See tähendab, et meretuulikud toodavad igaüks 8–12 MW, samal ajal kui maismaatüübid annavad 2,5–3 MW.
Raske mereline keskkond mõjutab oluliselt kasutatavate materjalide valikut. Meretuulikud vajavad spetsiaalset korrosioonikindlat terast. Maismaatuulikud saavad hakkama standardse terase ning klaaskiudvaigu, raua, vase ja alumiiniumi kombinatsiooniga.
Ka kulustruktuur on kõnekas. Maismaa tuuleparke on odavam rajada ning väiketuulikud on veelgi soodsama maksumusega. Meretuulepargid vajavad keerukamat taristut, mis tõstab investeerimiskulusid, kuid uued tehnoloogiad aitavad seda vahet järk-järgult vähendada.
Näitajad kinnitavad, et meretuulepargid töötavad üldiselt tõhusamalt. Nende keskmine kasutustegur on umbes 38%, võrreldes maismaatuulikute 24%-ga. Põhjuseks on tugevamad ja stabiilsemad meretuuleolud, kus tuult ei takista maastik ega hoonestus.
Turvalisuse seisukohalt annab eelise maismaa tuuleenergiale asjaolu, et merealused kaablid võivad olla saboteerimise sihtmärgiks. Lisaks saavad kohalikud kogukonnad kergemini osaleda maismaaprojektides – näiteks väiketuulikute rajamises –, samas kui meretuulepargid nõuavad tavaliselt suurte ettevõtete kapitali.
Mõlemat tüüpi tuuleenergia lahendused arenevad kiiremini kui kunagi varem. Prognooside kohaselt ulatub maismaatuuleenergia installitud võimsus 2050. aastaks 5044 GW-ni, samal ajal kui meretuuleenergia jõuab ligikaudu 1000 GW.
Eelised ja puudused
Tuuleenergiatootmise süsteeme on kaks peamist liiki – maismaa- ja meretuuleenergia. Igal liigil on oma eelised ja väljakutsed, mis mõjutavad nende üldist tõhusust.
Maismaa tuulepargid paistavad silma soodsa maksumuse poolest. Nende rajamine on oluliselt odavam kui meretuuleparkide puhul. Selliste süsteemide ehitamiseks kulub tavaliselt vaid mõni kuu ning need saab hõlpsasti olemasolevatesse elektrivõrkudesse ühendada. Nende süsinikuheitmed on madalad – umbes 9 gCO₂/kWh, mis jääb kaugelt alla nii gaasijaamadele (450 gCO₂/kWh) kui ka söeelektrijaamadele (1,050 gCO₂/kWh).
Meretuulepargid kasutavad ära soodsamaid tuuleolusid. Tuulekiirus mõjutab oluliselt elektritootmise mahtu. Näiteks võib turbiin saada 15-miilise tunnikiirusega tuulest peaaegu kaks korda rohkem energiat kui 12-miilise tunnikiirusega tuulest. Merel paiknevad rajatised kasutavad suuremaid turbiine tugevamates ja ühtlasemates tuultes ning toodavad sageli kaks korda rohkem energiat kui maismaatuulikud.
Samas seisab mõlemat tüüpi tuuleenergia silmitsi omaette väljakutsetega. Maismaaprojektidele avaldatakse sageli vastuseisu nende visuaalse mõju tõttu ning seoses vajadusega kasutada fossiilkütustel töötavaid reservjaamu, kui tuulekiirus on madal. Merel rajatavad projektid peavad toime tulema keerukate ehituslike tingimustega, eriti üle 200 jala sügavustes vetes, ning nende ehitus ja hooldus on oluliselt kulukamad.
Keskkonnamõju erineb samuti. Tuulepargid mõjutavad elusloodust eri viisidel – uuringud näitavad, et osa liikidest võib kannatada, samas kui teised saavad kasu kunstlikest riffidest, mis tekivad rajatiste ümbruses.
Võrdlustabel: maismaa- ja meretuuleenergia
Maismaa- ja meretuuleenergia võimsuste vahel on märkimisväärne erinevus, mida näitavad ka globaalsed statistilised andmed. Maismaatuuleparkide koguvõimsus on jõudnud 1,053 GW-ni, samal ajal kui meretuuleparkide võimsus on 79,4 GW (seisuga 2024). Järgmine võrdlus koondab peamised erinevused nende taastuvenergia lahenduste vahel:
| Tunnus | Maismaa tuuleenergia | Meretuuleenergia |
| Turbiini kõrgus | ~98 meetrit | ~190 meetrit (kuni 260 meetrit) |
| Labade pikkus | ~50 meetrit | Kuni 150 meetrit |
| Turbiini võimsus | 2,5–3 MW | 8–12 MW |
| Kasutustegur | 24% | 38% |
| Ehitusaeg | 3 aastat ja 8 kuud | 7–11 aastat |
| Maksumus MW kohta | 3,13 miljonit dollarit | 4,49 miljonit dollarit |
| LCOE (2023) | 0,033 $/kWh | 0,075 $/kWh |
| Vajaminevad materjalid | Tavaterras, klaaskiudvaik | Kõrgtugev korrosioonikindel teras |
| Nõutav tuulekiirus | 7–56 mph (optimaalne umbes 18 mph juures) | Kõrgemad ja ühtlasemad tuulekiirused |
| Peamised eelised | – Madalamad investeerimiskulud
– Kiirem paigaldus – Väiksemad hooldusvajadused – Lihtsam võrguühendus |
– Stabiilsemad ja tugevamad tuuled
– Kaks korda suurem energiaväljund – Väiksem visuaalne ja müramõju – Suurem turbiinide võimsus |
| Peamised väljakutsed | – Kohalike elanike mure tuuleparkide väljanägemise pärast
– Muutlik elektritootmine – Piiratud sobivate maa-alade kättesaadavus |
– Keerukad ehitusnõuded
– Kõrged hoolduskulud – Vajadus keeruka taristu järele – Merealuste kaablite haavatavus |
Meretuulepargid pakuvad ühtlasemat elektritootmist ja kõrgemat kasutegurit, kuid nõuavad suuremaid investeeringuid. Euroopas hoiab Taani liidripositsiooni madalaima meretuuleenergia LCOE väärtusega – umbes 0,053 $/kWh. Mõlemal tehnoloogial on tulevikus oluline roll, sest prognooside kohaselt katab tuuleenergia 2050. aastaks ligikaudu 35% maailma elektritootmisest.
