Uutiset Elämänmeno Urheilu Puheenvuoro Näköislehti Kaupallinen yhteistyö Verotiedot

Tekniikan historiaa: Tuuli on tuhonnut ja tehnyt raskaat työt ennen kuin se valjastettiin uuden tekniikan osaksi

Ihmiskunnan historian alkuaikoina tuulta ei osattu juurikaan hyödyntää. Tuuli ennakoi sään muuttumista ja viilensi helteellä – tai levitti karanneen tulen tuhoamaan koko lähiseudun. Ensimmäisenä tuulivoimaa käytettiin hyödyksi Persiassa. Noin vuosien 900–500 eaa. välisenä aikana persialaiset alkoivat automatisoida veden pumppaamista ja viljan jauhamista tuulimyllyjen avulla. Veden pumppaamisen tekniikasta ei ole tarkkaa käsitystä, koska sen aikaisista tekniikoista ei ole piirustuksia saatavilla. Viljan jauhaminen onkin ensimmäinen tallennettu sovellus. Persialaisissa tuulimyllyissä eli panemoneissa oli pystyakseli, johon oli vaakapuilla kiinnitetty eräänlaiset purjeet kaappaamaan tuulen voima. Pystyakselin alapäähän oli kiinnitetty jauhinkivi. Roottori oli puoliksi suojattu seinien sisään niin, että tuuli ei pysäyttänyt sitä vastaan kääntyvää lapaa. Panemone ei ole tehokas, mutta harvoinhan ensimmäiset pitkäikäisiä ennätyksiä tekevät. Kuitenkin se on eniten kopioitu, uudelleenkeksitty ja patentoitu tuulivoimalatekniikka. Joidenkin lähteiden mukaan ensimmäiset tuulimyllyt tehtiin Kiinassa jo yli 2 000 vuotta sitten. Se voi olla totta, mutta ensimmäiset dokumentit tuulimyllyjen käytöstä ovat vasta vuodelta 1219. Niiden mukaan tuulimyllyjä käytettiin Persiaa itäisemmilläkin mailla veden pumppaamiseen ja viljan jauhamiseen. Vaaka-akselilla Eurooppaan Ensimmäiset tuulimyllyt otettiin Euroopassa käyttöön 1200-luvun lopussa. Persialaiset eivät niitä olisi enää ehkä tunnistaneetkaan, koska niissä oli vaaka-akselit. Varsinaisia syitä sille, miksi akseli kääntyi, ei ole tiedossa. Joidenkin lähteiden mukaan idea on voinut lähteä vesimyllyjen vaaka-akseleista. Myös myllyjen tehon lisääminen on voinut innostaa eurooppalaisia insinöörejä tuotekehitykseen. Vaaka-akselin päässä lapojen koko pinta-ala saatiin käyttöön, toisin kuin panemonessa. Eurooppalaiset tuulimyllyt käyttivät kartiohammaspyöriä siirtämään vaaka-akselin pyörinnän pystyakseliin, joka puolestaan pyöritti jauhinkiveä. Kaikkein ahkerimmin tuulimyllyjä kehittivät hollantilaiset. Jo vuonna 1390 siellä otettiin käyttöön tornituulimylly, jossa tavallinen tuulimylly oli rakennettu monikerroksisen tornin päälle. Eri kerroksissa oli jauhinhuone, tila akanoiden ja silpun erottamiseen, jyvien säilytystilat ja alimpana asunto myllyhoitajalle perheineen. Tuulimyllyn tehon määritti ensi alkuun lähes pelkästään roottorin lavan koko. Lapaa kuitenkin kehitettiin jatkuvasti, ja 500 vuodessa saatiinkin paljon aikaan. Nykyisten tuulivoimaloiden lapojen tehokkuus perustuu samoihin neljään hyvän lavan ominaisuuteen kuin jo satoja vuosia sitten: siiven etureunan kaarevuuteen, siipisalon sekä lavan painopisteen sijaintiin ja lavan epälineaariseen kierteisyyteen akselista sen päähän. Lavoissa saattoi myös olla aerodynaamisia jarruja ja ilmanohjaimia. Tuulimyllyt olivat esiteollisen Euroopan ”sähkömoottoreita”. Niitä käytettiin hyvin monipuolisesti. Käyttö väheni teollisuuden kehittyessä ja loppui höyrymoottorin yleistyttyä joka paikan koneeksi. Lähes 130 vuotta tuulisähköä Tuulen hyödyntäminen kääntyi uuteen suuntaan: sillä alettiin tehdä sähköä. Vuonna 1885 skotlantilaisen Andersson Collegen (nykyisin Strathclyden yliopisto) professori James Blyth aloitti kokeilunsa sähkön tuottamiseksi tuulivoimalla. Kahden vuoden kuluttua hän rakensi ensimmäisen sähköä tuottavan tuulivoimalan kesäasuntonsa pihalle Marykirkiin. Blyth latasi tuulivoimallaan talonsa akkuja. Voimalan teho riitti kymmenen 25 voltin hehkulampun käyttämiseen valaistuksessa ”kohtalaisella tuulella”, ja pyörittipä se pientä sorviakin. Professori kokeili kolmea erilaista turbiinimallia, joista viimeinen toimi 25 vuotta. Blyth tarjosi ylijäämäsähköä Marykirkin pääkadun valaisemiseen, mutta paikalliset kieltäytyivät, koska sähkö oli paholaisen keksintö. Yhdysvalloissa ei oltu paljoa skotteja jäljessä. Saman vuoden 1887 talvena Charles F. Brush, professori hänkin, rakensi 12 kilowatin tuuliturbiinin, jolla hän latasi 408 kotinsa kellarissa olevaa akkua. Turbiinin roottorin halkaisija oli 50 metriä, ja siinä oli 144 lapaa. Kehittäjän valtikka siirtyi jälleen Atlantin tälle puolen, kun tanskalainen tiedemies Poul la Cour halusi 1890-luvulla saada sähköä Tanskan syrjäseuduille. La Cour ymmärsi ensimmäisenä, että nopeasti pyörivä roottori, jossa on vähemmän lapoja, on tehokkain tapa sähkön tuottamiseksi. Ranskalainen vispilä Ensimmäisen pystyakselilla varustetun tuuliturbiinin kehitti ranskalainen George Darrieus 1920-luvulla. Ulkonäkönsä vuoksi vispiläksi sanottu Darrieus-turbiini on edelleen käytössä eri puolilla maailmaa. Neuvostoliiton Jaltalla kehitettiin 1931 nykyisen horisontaalisen tuuligeneraattorin ensimmäisen versio. Voimalan teho oli sata kilowattia. Tornin korkeus oli 30 metriä, ja voimalan tuotto oli 32 prosenttia nimellistehosta, mikä on melko hyvä luku nykyistenkin standardien mukaan. Ensimmäisen megawatin tuulivoimalan rakentavat amerikkalaiset. Vermontissa vuonna 1941 pystytetyn voimalan turbiinissa oli 25-metriset lavat ja se painoi 240 tonnia. Suomessa tuulivoimasta ei ymmärretty yhtään mitään, vaikka maailmalla kehitys eteni harppauksin. Suomen ensimmäinen tuulivoimala pystytettiin Inkooseen vasta vuonna 1986. Juttu on julkaistu Tekniikan Historiassa 1/2014.