Paikkatietoanalyyseillä lisätään tuulivoiman kannattavuutta
Kirjoittajat: Kari Mikkonen. Paikkatietokonsultit Oy ja Atte Lohman, Pöyry Finland Oy
Artikkeli pdf-muodossa (Positio 2/2010)
Paikkatietoanalyysit ovat välttämätön apuväline tuulivoimalan paikasta päätettäessä.
Tuulivoima on merkittävä tapa tuottaa sähköä. Vuonna 2008 ja 2009 EU:ssa investoitiin tuulivoimakapasiteettiin enemmän kuin mihinkään muuhun sähköntuotannon muotoon.
Viime vuosina Suomessakin on alkanut tapahtua. Varsinkin alkuvaiheissa olevia tuulivoimahankkeita on paljon. Ilmatieteen laitoksen julkaisema Suomen Tuuliatlas ja parhaillaan käsittelyssä oleva tuulivoiman syöttötariffi eli takuuhintajärjestelmä ovat lisänneet kiinnostusta tuulivoiman rakentamista kohtaan. Samalla on lisääntynyt tarve löytää uusia tuulivoimalle soveltuvia alueita. Pöyry Finlandissa sopivia alueita etsitään räätälöityjen paikkatietoanalyysien avulla.
Tuulisin alue ei aina ole paras
Sopivaa tuulivoima-aluetta etsittäessä on otettava huomioon monta eri tekijää. Yksikään alue ei ole koskaan kaikilta osin täysin sopiva. Jotkut tekijät ovat toisia tärkeämpiä, jolloin niitä painotetaan alueiden etsintäprosessissa muita tekijöitä enemmän. Painotukset vaihtelevat jonkin verran hankkeen, maantieteellisen alueen ja hankekehittäjän toimintamallien mukaan.
Alueen tuulisuusolosuhteet ovat luonnollisesti sähköntuotannon kannattavuuden kannalta tärkeä asia. Suomen Tuuliatlaksen avulla alueiden tuulisuuksia voidaan karkealla tasolla vertailla helposti. Tuulisin alue ei kuitenkaan ole aina tuulivoiman rakentamisen kannalta paras tai tarkoitukseen soveltuvin. Asutukseen ja loma-asuntoihin on pidettävä riittävä etäisyys, jotta muun muassa melu- ja varjonvilkuntahaitat voidaan minimoida.
Hyvän alueen tulisi myös sijaita kohtuullisen välimatkan päässä sopivasta sähköverkon liityntäpisteestä sekä tieverkostosta. Tuulivoimaloille tarvitaan hyvät tiet, jotta raskaat voimalat voidaan kuljettaa paikoilleen, ja jotta huoltohenkilökunta pääsee voimaloille. Mikäli lupaava alue sijaitsee kaukana sähköverkon liityntäpisteestä, voi tuulinenkin alue muuttua kannattamattomaksi.
Tuulivoima-alueiden etsinnässä pyritään välttämään luonnonsuojelualueita ja asutus- tai virkistyskäyttöä varten kaavoitettuja alueita. Myös etsittävän alueen koolla on merkitystä. Pienelle alueelle mahtuu vain muutamia voimaloita, jolloin muun muassa sähköverkon ja teiden rakentamisen sekä projektikehityksen suhteelliset kustannukset kasvavat. Hankekehittäjällä on myös enemmän neuvotteluvaraa voimalatoimittajan kanssa käytävissä hintaneuvotteluissa, mikäli hanke on suuri ja tilattavia voimaloita on paljon.
Maisema-arvoihin sekä maaperätyyppiin tulisi lisäksi kiinnittää huomiota jo etsinnän alkuvaiheessa. Vaikeasti rakennettavia alueita kuten soita sekä maisemallisesti arvokkaita alueita tulee välttää.
Analyysimalli soveltuvien paikkojen etsimiseen
Pöyryllä tuulivoimala-alueiden etsimistä varten on kehitetty analyysimalli. Malli on laadittu modulaariseksi ja helposti muokattavaksi, jotta se olisi mahdollisimman joustavasti sovitettavissa erilaisiin kriteereihin, olosuhteisiin ja myös lähtötiedon saatavuuteen. Jos etsitään tuulivoimaloille paikkoja vaikkapa maassa, jossa luotettavaa paikkatietomuotoista väestötietoa ei ole käytettävissä, väestötietoja käsittelevä moduli voidaan jättää mallista pois.
Tuulivoimala-analyyseissä osa kriteereistä on ehdottomia eli poissulkevia, osa suhteellisia eli arvotettavia. Poissulkevia kriteereitä ovat esimerkiksi heikot tuulisuusolosuhteet, kaavan sopimaton maankäyttö, sijainti luonnonsuojelualueella tai asutuksen liiallinen läheisyys. Arvotettavia kriteereitä voivat olla rakennuskustannuksiin vaikuttavat läheisyys tiehen tai voimalinjaan ja rinteen jyrkkyys.
Arvotus tehdään etsimällä mahdollisimman tarkoituksenmukainen pisteytysmalli: mitä otollisemmat olosuhteet, sitä paremmat pisteet tietty maantieteellinen sijainti saa. Tämäntyyppistä analyysiä ja arvotusta varten kaikki lähtöaineistot muunnetaan rasterimuotoon, jolloin jokaiselle arvotettavalle kriteerille voidaan laskea maantieteellisillä perusteilla pikselikohtainen pisteytys. Pisteytykset skaalataan samalle arvovälille, jotta yhteismitallinen tarkastelu olisi mahdollista.
Mallinnus modulaariseksi
Analyysien mallintamisen työkaluksi valittiin Pöyryllä ArcGIS ModelBuilder, joka täyttää hyvin tarpeet eri analyysivaiheiden ketjuttamiseen ja parametrointiin helppokäyttöisen, graafisen vuokaavion avulla. Kokemuksen kautta päädyttiin tekemään mallinnus modulaariseksi siten, että jokaisen kriteerin pohjalta kehitettiin oma, itsenäinen osamalli, jonka ajaminen tuottaa kullekin absoluuttiselle kriteerille poissulkevan maskin ja arvotettavalle kriteereille pisteytetyn rasteriaineiston.
Analyysin loppuvaiheessa yhdistetään kriteereille erillisillä osamalleilla tuotetut aineistot rasterimuotoisella päällekkäisanalyysillä. Ensin yhdistetään erilliset maskit yhteismaskiksi, jonka perusteella tiedetään mitkä alueet jäävät jäljelle ”pelikentäksi”, kun kaikki poissulkevat kriteerit huomioidaan. Sen jälkeen summataan pisteytetyt aineistot. Tässä vaiheessa eri kriteereille annetaan painokertoimet.
Painokertoimien muuttaminen ja summauksen ajaminen uudelleen mahdollistaa mitä-jos-analyysin, jolla voidaan testata vaikkapa eri painotuksilla saatavia tuloksia. Painotetun yhteenlaskun tuloksena saatavasta rasteriaineistosta valitaan käyttöön ne pikselit, joiden pisteytyssumma ylittää sovitun rajan. Tulos muunnetaan vektorimuotoon, jotta voidaan tarkastella mistä pikselijoukoista muodostuu tarpeeksi suuria alueita kannattavan tuulipuiston rakentamiseen.
Useimmiten on tarkoituksenmukaista ennen pinta-alatarkastelua yhdistellä lähekkäin olevia, pieniä alueita vähimmäispinta-alaa suuremmiksi kokonaisuuksiksi ensin hieman kasvattamalla ja sitten saman verran kutistamalla alueen kokoa vyöhykeanalyysillä.
Myös kokemusperäistä tietoa tarvitaan
Analyysin lopputuloksena saadaan joukko asetetut kriteerit täyttäviä alueita. Asetettu pistesumman hyväksymisraja vaikuttaa olennaisesti alueiden määrään. Tuloksena saaduista ”kandidaateista” valitaan jatkotarkasteluun voimalan perustamisen kannalta lupaavimmat alueet tarkemmalla visuaalisella tarkastelulla. Tässä käytetään kokemusperäistä tietoa ja kevyitä selvityksiä. Jos analyysi tuottaa esimerkiksi 40-50 kandidaattia, niistä saatetaan ottaa jatkotarkasteluun 10-15.
Seuraavassa vaiheessa jatkotarkasteluun valituille alueille tehdään selvitykset, joissa tutkitaan hieman tarkemmin alueen tuulisuutta, ympäristöasioita, sähköverkkoliityntää ja rakennusteknisiä kysymyksiä. Tässä vaiheessa on hyödyllistä arvioida karkeasti, kuinka monta turbiinia alueelle mahtuu. Selvityksen perusteella valitaan ne alueet (esim. 3-5 kpl), joilla tuulivoimalahankkeen jatkokehitys käynnistetään.
Kehitetyllä menetelmällä löydetään tehokkaasti tuulivoimantuotantoon soveltuvimmat alueet. Hankekehitysresurssit voidaan näin kohdentaa tarkasti oikeisiin kohteisiin, jolloin vältytään virheinvestoinneilta. Pöyryn näkemyksen mukaan menetelmällä saavutetaan huomattavia kustannussäästöjä tuulivoiman hankekehitysvaiheessa.
Kari Mikkonen työskentelee paikkatietoasiantuntijana ja toimitusjohtajana vastikään perustetussa konsulttiyhtiössä Paikkatietokonsultit Oy. Sähköposti: kari.mikkonen[at]paikkatietokonsultit.fi
Atte Lohman työskentelee konsultointi- ja suunnitteluyhtiö Pöyry Finland Oy:n tuulivoimayksikössä suunnitteluinsinöörinä. Sähköposti: atte.lohman[at]poyry.com
31.5.2010 08:42