Osaaminen: Huippututkimuksen runsaudensarvi
Tuulivoiman raju potentiaali näkyy ja kuuluu eri tutkimusyksiköiden arjessa
Tuulivoima kiinnostaa yhä enemmän myös akateemista maailmaa. Tutkijoita liikuttavat nyt esimerkiksi tuulivoimaliiketoiminnan logistiikkaratkaisut ja tuulen käyttäytymisen mallinnus.
Kaakonkulman terävintä kärkeä alalla edustaa Lappeenrannan teknillinen yliopisto (LUT), joka sai maan ensimmäisen tuulivoimaprofessuurin maaliskuussa 2010. ”Tuuliprofessori” Olli Pyrhönen näkee, että tuulivoiman kehittäminen on alue, jossa ilman yhteistyötä ei saada juuri mitään aikaan:
”Kaakkois-Suomella on hyvät edellytykset edetä merkittäväksi toimijaksi niin kansallisesti kuin kansainvälisestikin tällä saralla”, Pyrhönen uskoo ja lisää samaan hengenvetoon, että menestys vaatii kuitenkin reviiririitojen unohtamista.
”Kunta- ja muut rajat on syytä häivyttää ja ajatella isompia kokonaisuuksia”, toteaa Pyrhönen. Hänen mukaansa nyt ollaan tilanteessa, jossa yhteiskunta on perin valmistautumaton uuteen vihreään tulevaisuuteen – jos ajatellaan vaikkapa EU:n tiukkoja päästötavoitteita – joten johtajuutta sopii näyttää tutkimuspuolella.
”Tutkimuksen kautta tehdään uutta tulevaisuutta ja luodaan vientiteollisuudelle uusia mahdollisuuksia”, hän summaa.
Olli Pyrhönen
Yhteinen kehitysalusta
Hyvä esimerkki yhteen hiileen puhaltamisesta on uusi RENEWTECH-hanke, jonka tarkoituksena on kehittää uusia tuulivoimateknologian kaupallisia sovelluksia yhdessä yritysten kanssa. Hankkeessa ovat mukana Cursor, LUT, Lappeenranta Innovation Oy, Kymenlaakson ammattikorkeakoulu, NELI - North European Logistics Institute ja Etelä-Kymenlaakson ammattiopisto.
Etelä-Suomen EAKR-ohjelman osarahoitteinen hanke mahdollistaa energiayhtiöille, voimaloiden pääkomponenttivalmistajille, teknologiayrityksille, logistiikkayrityksille ja huolto- ja kunnossapitoyrityksille yhteisen kehitysalustan, joka tukee uusien sovellusten kaupallistamista. Yhteensä noin 2,9 miljoonan euron hanke kestää vuoden 2013 loppuun.
Hankkeen kovaan tutkimusytimeen kuuluu tuulen mallinnus. Professori Jari Hämäläinen LUT:n Laskennallisen teknologian ja integroidun suunnittelun keskuksesta (Centre of Computational Engineering and Integrated Design, CEID) johtaa tutkimustyötä, joka tähtää uusia sovelluksien luomiseen tällä alueella.
Kaikki irti tuulesta
Jari Hämäläinen kertoo, että tavoitteena on luoda matemaattisen mallinnuksen avulla työkaluja, jotta saadaan maksimoitua tuulipuistojen energian tuotanto. Hämäläisen mukaan virtausmallinnukset ovat nostaneet profiiliaan viime aikoina:
”Lappeenrannassakin tuulivoimapuolella on keskitytty paljolti sähkötekniikkaan, muta virtausmallinnus on nyt tullut vahvasti mukaan.”
Mitä virtausmallinnus sitten on käytännössä? Hämäläisen mukaan mallinnus auttaa esimerkiksi löytämään kullekin yksittäiselle mastolle optimaalisen sijainnin. Mallinnus on täynnä muuttujia, joista kaikki eivät ole siitä helpommasta päästä:
”Esimerkiksi tuulivoimalan siiven pinta on sileä ja tuulen virtaus suhteellisen helppo laskea, mutta tuulen liike metsässä on vaikea huomioida oikein”, Hämäläinen tarjoaa esimerkin.
Jari Hämäläinen
Yritykset mukana
Lappeenranta Innovation on mukana hankkeessa, jotta mallinnustyön tuloksina syntyvistä palvelu- ja teknologiaiduista saadaan kehitettyä toimivia tuotteita. Hämäläinen vahvistaa, että linkki yritysmaailmaan voimistuu kaiken aikaa:
”Pk-sektorilla on jo toimijoita, jotka tekevät mallinnuksia”, hän kertoo ja lisää, että selkeä polku kaupallisiin palveluihin on tässä tapauksessa jo raivattu. Esimerkiksi Saksassa ja Tanskassa mallinnusbisnes on päässyt jo jonkinmoiseen vauhtiin, mutta Hämäläisen mukaan myös suomalaisilla yrityksillä on saumoja alan kansainväliseen kärkeen.
"Professori Hämäläisellä on hyvä näppituntuma alan eurooppalaiseen todellisuuteen, koska CEID-keskus on jäsenenä eurooppalaisessa tutkimusjärjestössä ERCOFTAC:ssa, ja Hämäläinen jäsenenä ryhmässä, joka keskittyy ympäristöön liittyviin virtauksiin. ERCOFTAC(European Research Community on Flow, Turbulence and Combustion) tutkii paljon juuri virtaukseen liittyviä asioita."
”LUT:ssa on myös tällä hetkellä viisi väitöskirjaa työn alla, jotka liittyvät tuulivoimaan tavalla tai toisella”, Hämäläinen kertoo. Hänen luotsaamassaan CEID-yksikössä on sama tekemisen meininki:
”CEID on pieni ja tiivis yksikkö, jossa tehdään tutkimusta laajalla rintamalla.”
Yksikköön kuuluu ”henkisesti” 25 henkeä, vaikka puhtaasti hallinnollisesti määrä on pienempi. CEID-keskuksen tehtävänä on viedä laskennallinen tiede entistä kiinteämmin osaksi LUT:n eri yksikköjen tutkimusta.
Älyä sähköverkkoon
Virtausmallinnuksen lisäksi toinen kuuma aihe akateemisissa piireissä on älykäs sähköverkko (smart grid). Älykäs sähköverkko on pohjimmiltaan kuorman ja tuotannon energiatehokas tasaaja, jonka odotetaan viimein toteuttavan kauan väläytellyn hajautetun tuotannon.
Ruohonjuuritasolle vietynä tämä tarkoittaa sitä, että kuluttajasta voi tulla myös tuottaja – oman yksityisen tuuli- tai aurinkovoiman hedelmät saa kätevästi jakoon markkinoille. Vihreän energian tuotannosta saattaa tulla jokamieslaji Suomessakin.
”Älykkäiden sähköverkkojen myötä on mahdollista luoda kokonaan uudenlainen kauppapaikka sähkölle, eräänlainen energian internet”, maalailee Olli Pyrhönen.
”Keskeinen kysymys on se, miten hajautus onnistuu ja kuinka paikalliset tuottajat saadaan mukaan. Kulutus ja tuotanto on saatava vastaamaan toisiaan, jotta yhtälö voi toimia.”
Paikallisesti tuotetun energian vahvuutena on tietysti se, että sähkö tuotetaan suoraan käyttökohteessaan, eikä sitä siis tarvitse siirtää kenties pitkienkin matkojen päähän. Suomessa ainakin tuulisilla seuduilla puhurista voisi saada virtaa – ja jopa kassavirtaa.
Rakenteet betonista
Itse tuulivoimalatkin hakevat vielä muotoaan. Potentiaalia nähdään mm. yli 100 metrin yrittävissä tornikorkeuksissa. Tällöin haasteeksi nousee se, mikä on optimi sekoitus betonia ja terästä tornin rakenteissa.
KyAMK:n rakennuslaboratorio Kotkassa on erikoistunut betoniin liittyviin tutkimuksiin. Ympäristöministeriön hyväksymä betonin koetuslaitos on toiminut vuodesta 1991 ja se on keskittynyt betonin ja betonituotteiden testauksiin sekä betonirakenteiden kuntotutkimuksiin. Laboratorio ylläpitää ja kehittää nykyaikaisia, rakennusteollisuutta ja opetusta palvelevia tutkimuksia ja palveluja.
Betonilaboratorion johtaja Sirpa Laakso kertoo, että laboratoriossa tutkitaan sekä tuoreen että kovettuneen betonin käyttäytymistä eri olosuhteissa, joko palveluna asiakkaille tai opetukseen liittyen.
”Tuulivoimalaprojekteissa meillä on tarjota erilaisia laadunvalvontapalveluja. Vastaavasti voimme tehdä myös vanhojen voimaloiden kuntotutkimuksia liittyen betonirakenteisiin”, mainitsee Laakso.