Sähkön tuottaminen aaltovoimalla

Abstract

Aaltovoima tarjoaa ympäristöystävällisen ja laajalti hyödynnettävän energiantuotantomuodon perinteisempien uusiutuvien energiantuotantomuotojen rinnalle. Tässä kandidaatintyössä perehdytään sähkön tuottamiseen aaltovoimalla rannikon läheisyydessä ja avomerellä. Työ on toteutettu kirjallisuustutkimuksena ja se hyödyntää monia eri lähteitä. Työssä tarkastellaan ensin aaltojen muodostumista, niihin sitoutunutta tehoa ja aalto-olosuhteita eri alueilla. Seuraavaksi perehdytään erilaisiin aaltoenergiamuuntimiin luokiteltuna niiden toimintaperiaatteen mukaan sekä tarkastellaan joitain sovellusesimerkkejä kokeilussa tai toiminnassa olevista aaltoenergiamuuntimista. Tämän jälkeen työssä tarkastellaan aaltoenergiamuuntimien suunnitteluun ja käyttöön vaikuttavia haasteita sekä pohditaan aaltoenergian nykytilaa ja tulevaisuudennäkymiä.

Aaltoenergiamuuntimet muuntavat aaltoihin sitoutunutta energiaa sähköksi. Toimintaperiaatteen mukaan aaltoenergiamuuntimet voidaan jakaa vaimentimiin, pullistumiseen perustuviin muuntimiin, oskilloiva vesipatsas -aaltoenergiamuuntimiin, oscillating wave surge -aaltoenergiamuuntimiin, ylitysmenetelmällä toimiviin muuntimiin, poijutyyppisiin aaltoenergiamuuntimiin, pyörivä massa -aaltoenergiamuuntimiin sekä paine-eroon perustuviin muuntimiin. Lisäksi on laitteita, jotka eivät kuulu mihinkään kategoriaan toimintaperiaatteensa perusteella.

Asennuspaikalla on suuri vaikutus aaltoenergiamuuntimen energiantuotantoon. Asennuspaikan on oltava alueella, jonka aalto-olosuhteet ovat mahdollisimman samankaltaiset läpi vuoden ja aalloista on saatavilla paljon tehoa. Lisäksi etäisyys rannikkoon vaikuttaa laitteiden tuottavuuteen ja kustannuksiin. Avomerellä aalloista on saatavilla enemmän tehoa, mutta olosuhteet ovat haastavammat kuin lähempänä rannikkoa. Myös esimerkiksi merenalaisen kaapelin, jota käytetään sähkön kuljettamiseen sähköverkkoon, kustannukset kasvavat laitteen ollessa kauempana avomerellä.

Aaltovoimaa hyödynnetään sähköntuotannossa vielä varsin vähän. Vuonna 2019 merienergian maailmanlaajuinen kapasiteetti oli 531 MW, mikä on noin 0,02 % saman vuoden uusiutuvan energian kokonaiskapasiteetista maailmanlaajuisesti. Aaltovoiman kapasiteetti ei ole kasvanut viimevuosina merkittävästi, koska asennetut laitteet ovat vasta kokeilu- ja tutkimusvaiheessa. Aaltovoiman kehitystä hidastavat myös rahoitusongelmat, jotka johtuvat teknologia kehittymättömyydestä ja kilpailusta jo kaupallisessa käytössä olevien, uusiutuvien energianlähteiden kanssa.