Väitös: Uudet meteorologian menetelmät auttavat suunnittelemaan ja ohjaamaan tuuli- ja aurinkoenergian tuotantoa

6.11.2019
Minttu Tuononen tutki Helsingin yliopiston fysiikan väitöskirjassaan uusiutuvan energian tuotantoon vaikuttavia meteorologisia ilmiöitä. Tutkimuksessa kehitetyt menetelmät auttavat huomioimaan tuulen ja pilvisyyden vaikutuksia entistä paremmin tuuli- ja aurinkovoimaloiden suunnittelussa ja operoimisessa.

Vallitseva säätila ja paikalliset meteorologiset ilmiöt voivat vaikuttaa merkittävästi tuuli- tai aurinkoenergian tuotantoon. Yksi tuulivoimatuotantoon vaikuttavista ilmiöistä on ilmakehän alimman muutaman sadan metrin korkeudella havaittava tuuli-ilmiö alatroposfäärin suihkuvirtaus. Suihkuvirtaukset voivat yhtäältä lisätä tuulivoiman tuotantoa, toisaalta ne voivat aiheuttaa tuuliturbiineille vahinkoa.

Minttu Tuononen havaitsi väitöstyössään, että alatroposfäärin suihkuvirtaus esiintyy usein modernien tuuliturbiinien lapojen korkeudella. Tuononen kehitti algoritmeja, joiden avulla alatroposfäärin suihkuvirtauksia voidaan automaattisesti ja objektiivisesti havainnoida Doppler lidar -mittalaitteilla sekä numeeristen malliaineistojen perusteella.

”Automaattisten havaintomenetelmien avulla alatroposfäärin suihkuvirtauksia on mahdollista tutkia numeeristen mallien tuottamien data-aineistojen tai tuuliprofiilimittausten perusteella. Jatkuvien tuuliprofiilimittausten ja algoritmien avulla ilmiöitä voidaan myös havainnoida reaaliajassa, mikä on kiinnostavaa tuulivoimaloiden operoimisen kannalta”, Minttu Tuononen kertoo.

Pilvisyysennusteesta arvioitu auringonsäteilyn määrä on ennustettua korkeampi

Väitöstyössä tutkittiin myös sitä, miten pilvisyysennusteet vaikuttavat auringonsäteilyennusteisiin. Oikein ennustetuissa pilvisyystilanteissa auringonsäteilyennusteissa havaittiin ennustevirhettä. Esimerkiksi mallien ennustaessa pilvisyyden oikein täyspilvisessä tilanteessa mallien tuottama säteily maan pinnalle oli liian suuri.

”Todennäköinen syy tähän positiiviseen säteilyennustevirheeseen liittyy pilvien vesisisällön aliarvioimiseen tai heikkouksiin pilvien optisten ominaisuuksien mallintamisessa”, Minttu Tuononen kertoo.

Työssä kehitettyjen automaattisten pilvihavainnointialgoritmien ja laskentamenetelmien avulla säteily- ja pilvisyysennusteiden sekä niiden välisten vuorovaikutusten tutkiminen on aiempaa helpompaa. Algoritmien avulla voidaan myös esimerkiksi havainnoida tuulivoimatuotannolle merkityksellisiä jäätäviä tilanteita, ns. pilvijäätämistä. Tällä tarkoitetaan tilanteita, joissa turbiinin rakenteisiin mahdollisesti muodostuu jäätä tuuliturbiinien korkeudella liikkuvien, alijäähtyneitä pilvipisaroista sisältävien pilvien takia.

FM Minttu Tuononen väittelee 8.11.2019 kello 12 Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa aiheesta " Meteorological conditions affecting renewable energy" (Meteorologisten ilmiöiden vaikutuksista uusiutuvaan energiaan). Väitöstilaisuus järjestetään osoitteessa Chemicum, auditorio A110, A. I. Virtasen aukio 1.

Vastaväittäjänä on Professor Gunilla Svensson, Stockholm University, ja kustoksena on professori Heikki Järvinen.

Väitöskirja Meteorological conditions affecting renewable energy on myös elektroninen julkaisu ja luettavissa E-thesis -palvelussa.

Lisätietoja:

Minttu Tuononen, p. 040 643 1637, minttu.tuononen@vaisala.com