Aurinkosähkön ja tuulivoiman elinkaarianalyysi ja hiilijalanjälki

Abstract

Tämä kandidaatintyö on kirjallisuusselvitys aurinkovoiman ja tuulivoiman elinkaaresta ja hiilijalanjäljestä. Elinkaarianalyysissa käydään läpi elinkaari valmistuksesta aina loppusijoitukseen asti. Hiilijalanjäljen selvittäminen on hyvä tapa vertailla erilaisten sähköntuotantomuotojen ympäristövaikutusta ja saada kokonaiskuva niiden elinkaaren päästöistä.

Aurinkovoimalan, tässä tapauksessa aurinkopaneelin elinkaari lähtee valmistuksesta. Paneeliin tarvittavat materiaalit täytyy louhia ja jalostaa käytettävään muotoon. Paneeleissa käytetään sähkön tuotantoon erilaisia puolijohteita, suositumpia ovat piihin perustuvat aurinkopaneelit. Aurinkokenno valmistetaan piistä ahjossa kovassa lämpötilassa. Aurinkokennon ympärille asennetaan suojaavia ja sähkön käytön mahdollistavia osia.

Valmis aurinkopaneeli sijoitetaan aurinkoiselle paikalle tuottamaan sähköä. Nykyisten aurinkopaneelien elinikä on noin 20–30 vuotta. Käyttönsä aikana aurinkopaneelit eivät tarvitse paljoa huoltoa, kuten varaosia. Käyttöiän päättyessä paneelit poistetaan käytöstä ja kierrätetään materiaalit mahdollisuuksien mukaan.

Tuulivoimalan elinkaari lähtee myös liikkeelle valmistuksesta. Tuulivoimalan roottori valmistetaan komposiittimateriaaleista. Torni tehdään yleensä teräksestä ja perustukset betonista. Tuulivoimalan koteloon tulee voimansiirto, jonka avulla roottorin pyöriminen voidaan käyttää generaattorilla sähkön tuottamiseen. Tuulivoimaloita voidaan valmistaa joko vaihteellisina tai suoravetoisina, jolloin ne eivät tarvitse vaihteistoa.

Tuulivoimala voidaan asentaa maalle tai merelle. Merellä tuulen nopeudet ovat yleisesti suurempia, sillä maalla maan muodot hidastavat tuulia. Merellä tuulivoimalan asentaminen ja huoltaminen ovat kuitenkin haastavampia kuin maalla sijaitsevan. Tuulivoimalat rakennetaan nostureilla ja kytketään siirtoverkkoon tuottamaan sähköä. Mahdollisesti myös sähkönsiirto täytyy rakentaa, jos sitä ei ole valmiina.

Tuulivoimalan elinikä on noin 20 vuotta ja sitä täytyy huoltaa säännöllisesti. Voimansiirron öljyt täytyy vaihtaa muutaman vuoden välein. Samoin joitain osia voidaan joutua uusimaan. Käytöstä poistettu tuulivoimala puretaan ja kierrätetään. Roottorin lavat ovat tällä hetkellä ongelmallisia kierrättää.

Hiilijalanjälki muodostuu elinkaaren aikaisista päästöistä, ja hiilijalanjälki on tässä työssä suhteutettu elinkaaren aikaiseen sähköenergian tuotantoon, jotta eri tuotantomuotojen tuloksia voidaan vertailla. Hiilijalanjäljen suuri tekijä on molemmilla sekä aurinko- että tuulivoimalla valmistumisvaiheen materiaalit ja päästöt.

Hiilijalanjäljen tarkastelussa katsotaan jokaisen elinkaaren vaiheen aikaiset päästöt, ja lopuksi yhdistetään ne. Tässä tarkastelussa aurinkovoimalle saatiin hiilijalanjäljeksi sähköenergiaan suhteutettuna 20–60 g CO2-ekv/kWh ja tuulivoimalle 5–20 g CO2-ekv/kWh.

Molempien tuotantomuotojen hiilijalanjälki on huomattavasti pienempi kuin paljon käytettyjen fossiilisiin polttoaineisiin perustuvien menetelmien; maakaasu, polttoöljy ja kivihiili. Tuulivoiman kokonaispäästöt ovat pienemmät kuin aurinkovoiman, mutta aurinkovoimaa voidaan käyttää pienemmässä mittakaavassa ja pienemmällä investoinnilla.