Tuulimylly: määritelmä, toiminta, historia ja käyttötarkoitukset

Tuulimylly – selkeä määritelmä, toiminta, historia ja käyttötarkoitukset: perinteiset jauhamis- ja pumppausratkaisut sekä nykyaikainen tuulivoiman sähköntuotanto.

Tuulimylly on eräänlainen työkone, joka muuntaa tuulen energian pyörimisenergiaksi. Tätä varten se käyttää siipiä, joita kutsutaan purjeiksi tai siiviksi. Perusidea on yksinkertainen: tuuli liikuttaa siipiä, siivet pyörittävät akselia ja akselilta saadaan käyttövoimaa erilaisiin koneisiin.

Rakenne ja toiminta

Tuulimyllyn pääosat ovat siivet (lavat), roottori, akseli ja koneisto, joka muuntaa pyörimisliikkeen halutuksi työksi. Vanhemmissa, mekaanisissa myllyissä voima siirtyy hihnojen ja vaihteiston kautta suoraan laitteisiin (esim. jauhinkiville tai pumppuun). Nykyaikaisissa tuulivoimakoneissa roottori on kytketty generaattoriin, joka muuntaa mekaanisen liikkeen sähköksi. Joissain turbiineissa on myös vaihteisto (gearbox) ja ohjausjärjestelmä, joka säätää lapojen kulmaa tai koneen asentoa maksimaalisen tehon ja turvallisuuden saavuttamiseksi.

Historia lyhyesti

Tuulimyllyjen käyttö on hyvin vanhaa. Ensimmäiset tunnetut tuulivoiman käyttötavat syntyivät Lähi-idässä ja Aasiassa arviolta tuhat vuotta ennen ajanlaskumme alkua tuulella toimivien pumpuissa ja jauhimissa. Euroopassa keskiajalla tuulimyllyt yleistyivät erityisesti viljan jauhamiseen ja veden pumppaamiseen. Alankomaissa tuulimyllyillä oli tärkeä rooli vedenpinnan hallinnassa ja maan kuivattamisessa. Nykyinen suunta eli sähköä tuottavat tuuliturbiinit kehittyivät teollisen vallankumouksen jälkeen ja voimakkaammin 1900–2000-lukujen aikana.

Käyttötarkoitukset

Tuulimyllyjen tuottamaa energiaa voidaan käyttää monin tavoin. Yleisimmät käyttötarkoitukset ovat:

• Elintarviketuotanto: viljan jauhaminen jauhoksi leivän valmistusta varten.
• Teollinen käsittely: mausteiden tai muiden raaka-aineiden jauhaminen.
• Veden pumppaaminen: kastelu, kuivatus tai veden nostaminen varastointia varten.
• Puun sahaaminen ja muut mekaaniset työt: historiallisesti tuulimyllyt ovat ajaneet sahoja ja muita työkoneita sahaamiseen ja käsittelyyn.
• Sähköntuotanto: Nykyaikaisilla tuulivoimakoneilla tuotetaan pääasiassa sähköä, joka syötetään sähköverkkoon tai käytetään paikallisesti.

Nykyaikaiset tuuliturbiinit

Nykyaikaiset tuuliturbiinit voivat olla hyvinkin suuria: roottorin halkaisija saattaa olla satoja metrejä ja yksittäisen turbiinin teho vaihtelee pienistä kotitalousmalleista aina suuriin usean megawatin merituulipuiston koneisiin. Turbiinit sijoitetaan maalle (onshore) tai merelle (offshore). Offshore-asennukset hyödyntävät usein voimakkaampia ja tasaisempia tuulia ja mahdollistavat suuremmat koneet.

Hyödyt ja haitat

Tuulienergian keskeisiä etuja ovat uusiutuvuus, kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen ja polttoainekustannusten puuttuminen tuotantovaiheessa. Haittoja voivat olla tuulisuusvaihteluiden aiheuttama epätasaisuus (intermittenssi), maisemavaikutukset, mahdolliset melu- ja varjostusvaikutukset sekä lintujen ja lepakoiden törmäysriski. Oikealla suunnittelulla, sijoittelulla ja teknisillä ratkaisuilla näitä haittoja voidaan kuitenkin merkittävästi vähentää.

Ylläpito ja turvallisuus

Tuulimyllyt ja -turbiinit vaativat säännöllistä huoltoa: voitelua, rakenne- ja sähköjärjestelmien tarkastuksia sekä lapojen ja vaihteiston kunnon valvontaa. Huolto on tärkeää tuotannon luotettavuuden ja koneiden käyttöiän varmistamiseksi. Lisäksi turvallisuusmääräykset ohjaavat asentamista, etäisyyksiä asutukseen ja toimintaolosuhteita.

Tulevaisuuden suuntia

Tulevaisuudessa tuulivoima kehittyy kohti suurempia ja tehokkaampia turbiineja, parempaa integrointia sähköverkkoon ja vara- sekä varastointiratkaisuja (esim. akut, vety) tasaamaan tuotannon vaihtelua. Lisäksi kehitteillä ovat kelluvat offshore-ratkaisut, jotka mahdollistavat tuulivoiman hyödyntämisen syvemmillä merialueilla.

Tuulimylly on siis sekä historiallisesti merkittävä työkalu että nykyaikaisen kestävän energiantuotannon keskeinen osa. Sen muuntama tuulen energia on monipuolisesti hyödynnettävissä eri tarkoituksiin nyt ja tulevaisuudessa.

Historia

Kreikkalainen insinööri Hero kirjoitti 2. vuosisadalla jKr. tuulipyörän avulla toimivista uruista. Se saattoi olla historian ensimmäinen tuulivoimaa käyttänyt kone. Pystyakselisia tuulimyllyjä käytettiin Itä-Persiassa (Sistar) vuoteen 60 jKr. mennessä. Vaaka-akseliset tuulimyllyt keksittiin Luoteis-Euroopassa 1180-luvulla. Tätä tyyppiä käytetään usein nykyään.

Varhaishistoria

Ensimmäisissä tuulimyllyissä oli pitkät pystysuorat akselit ja suorakulmion muotoiset lavat. Niitä oli olemassa Persiassa 9. vuosisadalla. On olemassa tarina tuulimyllystä ja toisesta kalifista Umarista (634\644 jKr.). Ei tiedetä, onko tämä tarina totta. Nämä tuulimyllyt koostuivat kuudesta kahteentoista purjeesta. Purjeet oli päällystetty ruovikkomatolla tai kankaalla. Ne poikkesivat hyvin paljon eurooppalaisista versioista. Samantyyppinen pystyakselinen tuulimylly, jossa on suorakulmaiset lavat, löytyy myös 1200-luvun Kiinasta. Niitä käytettiin kasteluun.

 
Sankarin tuulivoimalla toimivat urut (jälleenrakennus)  

Miten ne toimivat

Tuulimyllyn lavat tai purjeet kääntyvät tuulen voimalla. Hammaspyörät ja hammaspyörät saavat tuulimyllyn sisällä olevan vetoakselin pyörimään. Jauhojen valmistukseen käytettävässä tuulimyllyssä tämä pyörittää jauhinkiviä. Kun kivet pyörivät, ne murskaavat vehnän (tai muun viljan) niiden välissä. Veden pumppaamiseen käytettävässä tuulimyllyssä vetoakselin kääntäminen liikuttaa mäntää. Mäntä voi imeä ja työntää vettä, kun se liikkuu ylös ja alas. Voiman tuottamiseen käytettävässä tuulimyllyssä vetoakseli on kytketty moniin hammaspyöriin. Tämä lisää nopeutta, ja sitä käytetään generaattorin pyörittämiseen sähkön tuottamiseksi.

 
Hammaspyörät ja hammaspyörät vanhan tuulimyllyn sisällä  

Tuulimyllyt kulttuurissa ja kirjallisuudessa

Miguel de Cervantesin kirjassa Don Quijote de La Mancha on tärkeä kohtaus, jossa Don Quijote hyökkää tuulimyllyjen kimppuun. Hän pitää niitä väkivaltaisina jättiläisinä. Tästä syystä La Mancha ja sen tuulimyllyt ovat kuuluisia. Tästä on peräisin myös sanonta "tilting at windmills". Se tarkoittaa hyödytöntä tekoa. "Moulin Rouge" on käännetty suoraan ranskasta ja tarkoittaa punaista tuulimyllyä.

 
Espanjalaisia tuulimyllyjä La Manchassa.  

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mikä on tuulimylly?

K: Miten tuulimyllyjen tuottamaa energiaa voidaan käyttää?

K: Miksi insinöörit kutsuvat nykyaikaisia tuulivoimakoneita?

K: Miten tuulimyllyjä käytettiin yleisimmin ennen nykyaikaa?

K: Kuinka kauan tuulimyllyä on käytetty historiassa?

K: Millä nimellä perinteisen myllyn siipiä kutsutaan?

Hae kirjaimella