Tuulivoiman elinkaaripäästöt: mitä alle kahden vuoden takaisinmaksuaika tarkoittaa?

Journal of the Royal Society of New Zealand -lehdessä julkaistu tutkimus tarkasteli maatuulivoimapuiston elinkaaren energia- ja kasvihuonekaasuvaikutuksia. Mallinnuksen mukaan tuotanto voi korvata elinkaaren energiankulutuksen kuukausissa ja välttää elinkaaripäästöjä vastaavan määrän päästöjä alle kahdessa vuodessa, kun vertailuna on kaasulla tuotettu sähkö.

Tuulivoimapuiston elinkaaren tutkiminen

Tutkimuksessa tarkasteltiin valmistusta, kuljetusta, rakentamista, käyttöä, kunnossapitoa ja käytöstäpoistoa. Tavoitteena oli tunnistaa merkittävimmät vaikutukset ja arvioida, miten materiaalien käsittely ja kierrätys voivat muuttaa kokonaisuutta.

Tapaustutkimus koski Harapakin 41 voimalan maatuulivoimapuistoa Uuden-Seelannin Hawke’s Bayssa. Yhden puiston tuloksia ei voi sellaisenaan yleistää kaikkiin tuulivoimahankkeisiin, sillä olosuhteet, materiaalit ja sähköntuotanto vaihtelevat.

Lähde: Power Technology

Mallinnettu energian takaisinmaksuaika oli noin 0,4–0,5 vuotta. Elinkaaren kasvihuonekaasupäästöiksi arvioitiin noin 10,8 grammaa CO₂-ekvivalenttia tuotettua kilowattituntia kohti. Päästöjen takaisinmaksuaika oli noin 1,5–1,7 vuotta, kun tuotanto korvasi yhdistetyn kierron kaasuturbiinilla tuotettua sähköä. Jälkimmäinen luku ei siis tarkoita kaasulaitoksen omien päästöjen takaisinmaksua.

Valmistus

Voimaloiden valmistus aiheuttaa huomattavan osan elinkaarivaikutuksista. Teräs, betoni ja lapojen komposiitit vaativat materiaaleja ja energiaa. Rakenteiden keventäminen ja valmistustapojen kehittäminen voivat vähentää vaikutuksia, mutta muutokset on arvioitava koko elinkaaren kannalta.

Kuljetus ja rakentaminen

Suurten komponenttien kuljetus ja asentaminen vaativat raskaita ajoneuvoja ja nostokalustoa. Tutkimuksessa kuljetus muodosti merkittävän osuuden vaikutuksista, mutta osuus riippuu esimerkiksi etäisyyksistä ja kuljetustavoista.

Käytöstäpoisto ja kierrätys

Tutkimus sisälsi tulevan käytöstäpoiston mallinnuksen. Se ei kertonut, että Harapakin uudet 41 voimalaa olisi jo purettu. Materiaalien talteenotto ja lapojen käsittely vaikuttavat elinkaaren lopputulokseen.

Vaihtoehtoisissa materiaalinkäsittelyn ja kierrätyksen skenaarioissa hiilijalanjälki saattoi pienentyä noin 9,7 grammaan CO₂-ekvivalenttia kilowattituntia kohti. Tämä on mallinnettu elinkaariluku, ei pelkästään lapojen kunnostuksen mitattu valmistuspäästövähennys.

Tutkijat

Tutkimuksen päätekijä oli Isabella Pimentel Pincelli, joka työskenteli kestävien energiajärjestelmien tutkimusryhmässä Te Herenga Waka—Victoria University of Wellingtonissa. Tekijöihin kuului myös professori Alan Brent.

Tuulivoiman rooli uusiutuvassa energiassa

Tuulivoimaa voidaan rakentaa maalle ja merelle. Tuotanto riippuu tuulen voimakkuudesta, eikä voimala yksin takaa sähköä vuorokauden jokaisena hetkenä. Kaupunkiympäristössä esteet ja turbulenssi voivat heikentää tuotantoa.

Hyötysuhteita on verrattava oikein

Aurinkopaneelin muuntohyötysuhde ja tuulivoimalan kapasiteettikerroin eivät mittaa samaa asiaa. Paneelin hyötysuhde kertoo sähköksi muuttuvan säteilyenergian osuuden, kun taas kapasiteettikerroin kuvaa toteutunutta tuotantoa suhteessa jatkuvaan nimellistehoon. Näistä luvuista ei voi päätellä tuulivoiman olevan automaattisesti 20 prosenttia tehokkaampaa.

Akut täydentävät vaihtelevaa tuotantoa

Energiavarastot voivat siirtää sähköä tuotantohetkestä myöhempään käyttöön ja tukea sähköjärjestelmän tasapainoa. Niihin liittyy kuitenkin kustannuksia, häviöitä ja rajallinen varastointikapasiteetti.

Ohjausjärjestelmät voivat optimoida varastojen lataamista ja purkamista. Akut eivät itsessään vähennä voimalan energiantuotannon tarvetta eivätkä takaa jatkuvaa sähköä kaikissa olosuhteissa.

Tuulivoimalla on myös rajoituksia

Tuulivoima voi vähentää fossiilisen sähköntuotannon tarvetta. Koko järjestelmä tarvitsee kuitenkin siirtoyhteyksiä, joustoa ja muita ratkaisuja, jotta kysyntä ja tarjonta vastaavat toisiaan.

Lapojen etureunat voivat kulua esimerkiksi sateen ja hiukkasten vaikutuksesta. Kunnossapito ja korjaukset maksavat ja voivat aiheuttaa tuotantokatkoja. Katkon kesto riippuu viasta, varaosista ja työskentelyolosuhteista; yhden lavan korjaus ei aina tarkoita kuukausien pysähdystä.

Pientuulivoimaloita on kehitetty ja saatavilla, mutta niiden kannattavuus riippuu voimakkaasti sijainnista ja asennuskorkeudesta. Omalle tontille asennettava voimala ei ole kaikkialla taloudellisesti tai teknisesti tarkoituksenmukainen.

Vaikutukset eläimiin ja ympäristöön

Tuulivoimalat voivat vaikuttaa lintuihin ja lepakoihin esimerkiksi törmäysriskin ja elinympäristöjen muutosten kautta. Tutkimuksissa vaikutusten määrä vaihtelee lajin ja sijainnin mukaan. Ei ole perusteltua olettaa, että jokaisessa suuressa tuulipuistossa kuolisi sama määrä lintuja.

Myös melu ja maisemavaikutukset on huomioitava suunnittelussa. Lepakoiden riskejä ei voi selittää yleisesti sillä, että voimalan ääni estäisi niitä löytämästä kotiin. Sijoittelulla ja tietyissä olosuhteissa tehtävällä tuotannon rajoittamisella voidaan pienentää eläinvaikutuksia.

Tuulivoimateknologian kehitys

Mallinnus, materiaalit ja ohjaustekniikka voivat parantaa tuotantoa ja vähentää kuormitusta. Yksittäisen ratkaisun hyöty riippuu voimalasta ja käyttöolosuhteista.

Taipuvat ja muotoillut lavat

Knight & Carverin ja Sandian kansallisen laboratorion kehittämä Sweep Twist Adaptive Rotor eli STAR hyödynsi lapojen muotoilua ja kuormitukseen mukautuvaa kiertymistä. Sandian vuoden 2007 tiedotteessa arvioitiin energian talteenoton voivan kasvaa 5–10 prosenttia. Tätä ei pidä yleistää kaikkien tuulivoimaloiden 12 prosentin hyötysuhdeparannukseksi.

Simulaatiot

Tietokonesimulaatioilla voidaan vertailla rakenteita ja kuormitustilanteita ennen täysimittaisten prototyyppien rakentamista. Ne voivat vähentää kehityskustannuksia, mutta niiden ennusteet on myös validoitava mittauksilla ja kokeilla.

Älykkäät sähköverkot

Mittaus- ja ohjausjärjestelmät auttavat sovittamaan tuotantoa ja kulutusta yhteen. Tekoäly voi tukea esimerkiksi ennusteita. Mahdollisuus myydä omaa ylijäämäsähköä riippuu kuitenkin verkkoliittymästä, sopimuksista ja paikallisista säännöistä.

Tuulivoimaan sijoittavia energiayhtiöitä

Seuraavat yhtiöt omistavat tai kehittävät energiantuotantoa. Niitä ei tule sekoittaa tuuliturbiinien valmistajiin. Toimiala tarjoaa mahdollisuuksia mutta myös rahoitus-, hinta- ja hankeriskejä.

NextEra Energy

NEE Hintakaavio

NextEra Energy (NEE ) on energiayhtiö, jonka toimintaan kuuluu tuuli- ja aurinkovoimaa sekä muuta sähköntuotantoa. Eri liiketoimintojen tuotantorakenteet on erotettava toisistaan.

Tuotantokapasiteetti ilmoitetaan esimerkiksi megawatteina, kun taas tuotettu energia ilmoitetaan megawattitunteina. Yksittäistä kapasiteettilukua ei pidä esittää tuotetun sähkön määränä tai koko konsernin yksinomaan uusiutuvaan energiaan perustuvana tuotantona ilman ajankohtaa ja rajausta.

Yhtiön sijoitusnäkymiin vaikuttavat muun muassa sähkön kysyntä, korot, sääntely ja investointien toteutus. Tuulivoiman kasvu ei yksin tarkoita, että osake olisi sopiva ostos jokaiseen salkkuun.

Brookfield Renewable Corp.

BEPC Hintakaavio

Brookfield Renewable (BEPC ) sijoittaa uusiutuvaan energiantuotantoon ja operoi hankkeita. Brookfield Renewable Corporation on yhtiömuotoinen sijoitusväline, jonka kautta on tarjottu vastaavaa taloudellista altistusta kuin Brookfield Renewable Partnersin osuuksilla. BEPC aloitti pörssikaupankäynnin heinäkuussa 2020. Se ei ole ensisijaisesti voimaloiden laitevalmistaja.

Osakkeen markkina-arvo ja aiempi tuotto ovat ajankohtaan sidottuja lukuja. Lisäksi BEPC:n tiedot ja laajemman Brookfield Renewable -kokonaisuuden liikevaihto on erotettava toisistaan. Kansainvälinen kasvu ei takaa tulevaa tuottoa.

Tuulivoima osana energiajärjestelmää

Tuulivoima voi pienentää sähköntuotannon elinkaaripäästöjä ja fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Sopiva sijainti, verkon kapasiteetti, ympäristövaikutukset ja taloudelliset edellytykset ratkaisevat hankkeen toteuttamiskelpoisuuden. Harapakin tutkimus osoittaa, miksi vaikutuksia kannattaa tarkastella koko elinkaaren ja selkeästi määritellyn vertailutuotannon avulla.

Tutustu muihin kiinnostaviin kestävän kehityksen hankkeisiin täällä.