Tuomas Siltala Kelluvat merituulivoimalat verrattuna kiinteäpohjaisiin merituulivoimaloihin Vaasa 2025 Tekniikan ja innovaatiojohtami- sen akateeminen yksikkö Kandidaatintutkielma Sähkö- ja energiatekniikka 2 VAASAN YLIOPISTO Tekniikan ja innovaatiojohtamisen akateeminen yksikkö Tekijä: Tuomas Siltala Tutkielman nimi: Kelluvat merituulivoimalat verrattuna kiinteäpohjaisiin merituuli- voimaloihin Tutkinto: Tekniikan kandidaatti Oppiaine: Sähkö- ja energiatekniikka Työn ohjaaja: Anne Mäkiranta Valmistumisvuosi: 2025 Sivumäärä: 32 TIIVISTELMÄ: Tutkielman tavoitteena on tuoda esille merituulivoiman globaalia ja paikallista nykytilannetta sekä erityisesti tutkia ja vertailla kelluvien- ja kiinteäpohjaisten merituulivoimaloiden perustus- tyyppejä keskenään tietyistä näkökulmista. Tutkimuksella pyrittiin saatujen tietojen ja datan pe- rusteella toteamaan, mikä perustustyyppi on paras millekin alueelle. Tutkielma toteutettiin kir- jallisuuskatsauksena. Merituulivoiman nykytilanne on lupaava. Sen mahdollista potentiaalia on alettu ymmärtämään paremmin ja sillä tulee olemaan suuri rooli uusiutuvassa energiantuotannossa. Suomessakin on käytössä jo yksi merituulivoimapuisto ja uusia hankkeita suunnitellaan koko ajan lisää. Hankkei- den tarkempi suunnittelu voidaan toivottavasti aloittaa syksyllä 2025, jolloin valtioneuvoston tavoitteena olisi tehdä päätös ensimmäisistä kilpailutettavista hankealueista. Työssä vertailtiin voimalatyyppejä hyötysuhteen, energiatehokkuuden, ympäristövaikutusten sekä kustannusten näkökulmasta. Voidaan todeta, että kiinteäpohjaiset voimalat soveltuvat pa- remmin matalille vesialueille niiden vakauden ja tasaisen energiantuotannon ansiosta. Syvem- mille alueille sopii paremmin kelluvat merituulivoimalat, koska niitä ei tarvitse kiinnittää meren- pohjaan. Kustannuksiltaan kiinteäpohjaiset voimalat ovat kalliimpia ja niiden asennusprosessi vaikuttaa suuresti asennusalueen ympäristöön, kuten merenpohjan rakenteeseen. Kelluvien voimaloiden ongelmana on sähkönsiirrosta aiheutuvat siirtohäviöt ja niiden vaikutukset voima- lan tehoon sekä hyötysuhteeseen ja energiatehokkuuteen. Tutkielman lopussa tuotiin esille voimalamallien nykyisiä käyttökohteita ja merituulivoiman edelläkävijöitä, joita ovat globaaleilla markkinoilla Kiina ja Euroopassa Saksa sekä Iso-Britannia. Esimerkiksi Skotlantiin rakennettiin vuonna 2017 Hywind-merituulivoimapuisto, joka on maail- man ensimmäinen kelluva puisto. Tämä heijastaa sitä, kuinka merituulivoima vakiinnuttaa ase- maansa pysyvänä energiantuotantomuotona nyt ja tulevaisuudessa. AVAINSANAT: nykytilanne, kelluva merituulivoimala, kiinteäpohjainen merituulivoimala, hyötysuhde, energiatehokkuus, ympäristövaikutukset, kustannukset 3 Sisällys 1 Johdanto 5 2 Merituulivoiman yleiskatsaus 6 2.1 Globaali nykytilanne 6 2.2 Paikallinen nykytilanne 8 3 Kiinteäpohjaiset merituulivoimalat 10 3.1 Paaluperustus 11 3.2 Jacket-perustus 12 3.3 Gravitaatioperustus 13 3.3.1 Teräskuorirakenteinen gravitaatioperustus 13 3.3.2 Betonirakenteinen tai hybridigravitaatioperustus 14 4 Kelluvat merituulivoimalat 15 4.1 Puoliksi upotettava perustus 16 4.2 Spar-perustus 17 4.3 Jännitetty tuotantolautta (TLP) 18 5 Vertailu 19 5.1 Hyötysuhde ja energiatehokkuus 19 5.2 Ympäristövaikutukset 21 5.3 Kustannukset 23 5.4 Nykyiset käyttökohteet 25 6 Johtopäätökset 27 7 Yhteenveto 28 Lähteet 29 4 Kuvat Kuva 1. Globaalin merituulivoiman kasvu vuosina 2014–2023 (WFO, 2024, s. 8). 7 Kuva 2. Suunnitellut merituulivoimahankkeet (Suomen uusiutuvat, 30.1.2025, s. 8). 9 Kuva 3. Merituulivoimalan rakenne (YVA, 2020, s. 21). 10 Kuva 4. Paaluperustus (Letcher, 2017, s. 231). 11 Kuva 5. Perinteinen jacket-perustus (Merz ja muut, 2018, s. 194). 13 Kuva 6. Teräskuorirakenteinen gravitaatioperustus 15 m vesisyvyydessä. Mitat viitteellisiä, esitetty Tahkoluodon rakennetun puiston mukaisesti (YVA, 2020, s. 23). 14 Kuva 7. Kelluvien merituulivoimaloiden kolme pääryhmää (Gomes ja muut, 2022, n.d.). 15 Kuva 8. Tuuliturbiini asennettuna yhden pylväsmäisen putken päälle vs. putkien keskipisteeseen (Gomes ja muut, 2022, n.d.). 16 Kuva 9. Siirtokaapelin pituuden vaikutus saatuun tehoon (IET, 2021, n.d.). 21 Taulukot Taulukko 1. Kiinteäpohjaisten vs. kelluvien merituulivoimaloiden vuosittaiset käyttökustannusarviot kilowattia kohti (NREL, 2023, n.d.). 25 Lyhenteet GW gigawatti MW megawatti kWh kilowattitunti m metri km kilometri AC vaihtovirta DC tasavirta Hz taajuus TLP Tension Leg Platform 5 1 Johdanto Fossiilisia polttoaineita pyritään jatkuvasti korvaamaan uusiutuvilla energialähteillä, jotka tukevat siirtymää kohti vihreää energiantuotantoa. Tällaisia energialähteitä ovat esimerkiksi aurinkovoima, biopolttoaineet, vesivoima ja tuulivoima (Euroopan unioni (EU), 2024, s. 1). Merellisten energiatuotantomuotojen potentiaalia ja käyttömahdolli- suuksia on alettu hyödyntämään enemmän vasta kuluvan vuosikymmenen aikana. EU:n tekemässä katsauksessa (2024, s. 4) linjataan, että EU:n merellä tuotettavan uusiutuvan energian sähköntuotannon tulisi olla 60 GW vuonna 2030 ja 300 GW vuonna 2050. Kaikki tämä energia olisi merituulivoiman avulla tuotettua. Merituulivoimalat ovat vakiinnuttaneet asemaansa merellisenä energiantuotantomuo- tona (Marine Spatial Planning (MSP), 2024, s. 9–10). Uusia merituulivoimapuistoja suun- niteltaessa on tärkeää ottaa huomioon rakennusalueen olosuhteet sekä merenpohjan ominaisuudet ja näiden pohjalta valita oikea voimalatyyppi. Sopivat olosuhteet ovat esi- merkiksi Suomenlahden alueella, johon on suunnitteilla useita merituulivoimaprojekteja. Vaihtoehtoina ovat kelluva- tai kiinteäpohjainen merituulivoimala. Tutkielma toteutetaan kirjallisuuskatsauksena ja tavoitteena on vertailla näitä kahta voi- malatyyppiä sekä niiden eri malleja keskenään erityisesti hyötysuhteen, energiatehok- kuuden, ympäristövaikutusten ja kustannusten näkökulmasta. Saatujen tietojen avulla todetaan, millainen voimalatyyppi on paras ratkaisu tietyissä meriolosuhteissa. Tutkiel- man ensimmäinen teorialuku johdannon jälkeen käsittelee merituulivoimaa sisältäen yleiskatsauksen globaaliin ja paikalliseen nykytilanteeseen. Seuraavissa luvuissa käydään läpi kelluvia- ja kiinteäpohjaisia merituulivoimaloita ja niiden eri perustuksia. Viiden- nessä luvussa vertaillaan kyseisiä merituulivoimalatyyppejä ottaen huomioon aiemmin mainitut näkökulmat. Kaksi viimeistä lukua koostuvat käsiteltyyn teoriaan ja dataan poh- jautuvista johtopäätöksistä sekä tutkielman yhteenvedosta. 6 2 Merituulivoiman yleiskatsaus Tällä hetkellä suurin osa käytössä olevista voimaloista on kiinteäpohjaisia merituulivoi- maloita, mutta teknologisen ja tuotannollisen kehityksen ansiosta myös kelluvan meri- tuulivoiman käyttäminen yleistyy. MSP:n raportin (2024, s. 9–10) mukaan merituulivoi- man hyödyntäminen energiantuotannossa on nyt ja lähitulevaisuudessa tärkeää johtuen kasvavasta sähkön kysynnästä sekä kiristyvistä ilmastotavoitteista. Merituulivoimaa pyri- tään hyödyntämään erityisesti tuulisissa rannikko-olosuhteissa, jolloin niiden täysi po- tentiaali saadaan valjastettua. 2.1 Globaali nykytilanne World Forum Offshore Windin (WFO) Global Offshore Wind-raportissa (2024, s. 3) käsi- tellään globaalia merituulivoiman kehitystä vuonna 2023. Kyseisenä vuonna pystytettiin 25 uutta merituulivoimalaa, joista 18 sijaitsee Aasiassa ja seitsemän Euroopassa. Näiden voimaloiden kokonaisteho on 9,8 GW. Tällöin kaikkien merituulivoimaloiden tuottama yhteisteho nousi 67,4 GW:iin. Hallitseva valtio merituulivoiman energiantuotannossa on Kiina, jossa tuotetaan melkein puolet (31,5 GW) kaikesta merituulivoiman tuottamasta energiasta. Raportissa mainitaan, kuinka Euroopan alueella tapahtui kehitystä erityisesti Ranskassa, joka vuonna 2023 melkein tuplasi merituulivoiman energiantuotantonsa 978 MW:iin. Suurin tähän mennessä rakennettu kelluva merituulivoimala otettiin myös käyt- töön noin 140 km etäisyydellä Norjan rannikosta; sen tuotantoteho on 88 MW (WFO, 2024, s. 3). Kuvasta 1 näkyy selvästi, kuinka merituulivoiman osuus energiantuotannosta on moninkertaistunut reilussa vuosikymmenessä. 7 Kuva 1. Globaalin merituulivoiman kasvu vuosina 2014–2023 (WFO, 2024, s. 8). Vaikka merituulivoiman valjastaminen hyötykäyttöön onkin yleistynyt ja sen potentiaali yhtenä osana uusiutuvaa energiantuotantoa on huomattu, on suunnitelluissa projek- teissa ollut myös ongelmia. Uusia projekteja tai alueiden laajennuksia on jouduttu viiväs- tyttämään tai jopa kokonaan perumaan riittämättömän tuen sekä kustannusinflaation takia (WFO, 2024, s. 4). Nämä syyt ovat saaneet kehittäjät tarkastelemaan ja miettimään uudelleen strategioita, joilla projektit saataisiin toteutettua onnistuneesti. Päättäjät yrit- tävät edistää tilannetta uusilla säädöksillä ja poliittisilla päätöksillä, mutta niiden vaiku- tusta ei voi vielä nähdä selvästi. On oleellista, että tällaisena epävarmana aikana ymmär- retään hankkeiden riskit ja mahdollisuudet. Vuonna 2023 myönnettiin 42 GW:n verran vuokrakapasiteettia uusille voimaloille ja vuo- den 2024 ennuste oli, että kapasiteetti ylittäisi 70 GW (WFO, 2024, s. 4). Saksalainen energia-alan yhtiö RWE voitti vuonna 2023 vuokraoikeudet suurimpaan suunniteltuun merituulivoimapuistoon Japanin edustalla. Puiston tuotantoteho olisi toteutuessaan 684 MW. Suuri, lähes 70 % kasvuennuste kapasiteetissa vuodelle 2024 on seurausta jo va- kiintuneilta sekä uusilta alan markkinoilta esimerkiksi Australian (9,2 GW), Intian (4,6 GW) ja Portugalin (3,5 GW) alueilla. Yhdysvaltojen oletetaan myös myöntävän vuokrakapasi- teettia uusille voimaloille 16,8 GW:n verran, josta kelluvan merituulivoiman osuus olisi 2,7 GW. Alue sijaitsisi Oregonin rannikon edustalla. 8 Raportissa (WFO, 2024, s. 4) korostetaan, että on tärkeää huomioida projektien tarjous- kilpailujen kiristyvät vaatimukset, jolloin parhaan tarjouksen valinnassa otetaan huomi- oon hinnan lisäksi myös tarjouksen laatu sekä mahdollisesti muitakin kriteerejä. Lisäksi raportissa kuvaillaan, kuinka puolet vuonna 2024 myönnetystä vuokrakapasiteetista va- littiin tehdyn tarjouksen hinnan lisäksi jonkin toisen kriteerin perusteella, tai jopa jättä- mällä hinta kokonaan huomioimatta. 2.2 Paikallinen nykytilanne MSP:n raportti (2024, s. 19) käsittelee merituulivoiman tilannetta sekä sen kehitystä Suo- men rannikkoalueilla. Vuonna 2017 otettiin käyttöön Suomen ensimmäinen ja tällä het- kellä ainoa käytössä oleva merituulivoimapuisto, joka sijaitsee Porin Tahkoluodossa. Puisto koostuu 11 voimalasta, joiden nimellisteho on 4,2 MW. Vuosituotannon arvioi- daan olevan noin 155 GWh ja puiston kapasiteettikertoimen noin 43 %. Kapasiteettiker- toimella kuvataan voimalan sähköntuotantoa vuositasolla suhteessa sen teoreettiseen maksimituotantoon (Suomen uusiutuvat, n.d.). Tahkoluodon merituulivoimapuistolle suunnitellaan parhaillaan laajennusta (MSP, 2024, s. 19), joka koostuisi alussa kahden voimalan demonstraatiohankkeesta. Näiden pohjalta saadaan tarkempaa tietoa alueella vallitsevien olosuhteiden vaikutuksista valittavan meriperustuksen malliin, merenpohjan rakennusmenetelmiin sekä uusien merituulivoimaloiden valittaviin mittaluokkiin. Keväällä 2024 Suomen merialueille oli suunnitteilla kymmeniä merituulivoimaprojekteja (MSP, 2024, s. 19). Valtion omistamien aluevesien hankkeiden koordinoinnista ja esisel- vitysvaiheesta vastaa Metsähallituksen Kiinteistökehitys. Esiselvityksen jälkeen valitaan kaupallinen kumppani toteuttamaan hanketta. Eri selvitysvaiheissa olevia hankkeita on käynnissä myös Suomen talousvyöhykkeellä (kuva 2). Valtioneuvoston selvityksessä (2024, s. 21) käydään läpi Fingridin tekemää Merellä tuu- lee -skenaariota, jonka mukaan merituulivoiman rakentamisesta tulee koko ajan maa- tuulivoimaa kannattavampaa. Kokonaistuulivoiman kapasiteetin oletetaan kasvavan ta- saisesti 1 GW vuodessa 2020-luvun loppupuolelle asti, jolloin ylitetään 10 000 MW. 9 Selvityksen mukaan vuoteen 2035 mennessä maa- ja merituulivoiman tuottamat kapa- siteetit ovat yhtä suuria (10 000 MW) ja vuonna 2045 pelkästään merituulivoiman kapa- siteetin ennustetaan olevan jo 20 000 MW, mikä on määrällisesti mitattuna kaksinkertai- nen maatuulivoimaan verrattuna. Energiantuotannon näkökulmasta ero tulee olemaan vielä suurempi. Korsnäsin edustalle oli vuonna 2023 suunnitteilla nimellisteholtaan 2500 megawatin suuruinen merituulivoimapuisto, jonka kilpailutuksesta vastasi Metsähallitus (Valtioneu- vosto, 2024, s. 21). Metsähallituksen toimesta oli tulossa kilpailutukseen vielä neljä uutta hanketta vuosina 2023 ja 2024. Näiden alueiden myötä olisi tavoitteena kasvattaa Suo- men merituulivoiman tuotantoa yhteensä 5,5 GW. Kuva 2. Suunnitellut merituulivoimahankkeet (Suomen uusiutuvat, 30.1.2025, s. 8). 10 3 Kiinteäpohjaiset merituulivoimalat Suomen Hyötytuuli Oy:n tekemä ympäristövaikutusten arviointiohjelma YVA (2020, s. 20) kertoo merituulivoimaloiden koostuvan tornista, konehuoneesta eli nasellista, rootto- rista sekä merenpohjaan ulottuvista meriperustuksista (kuva 3). Konehuoneeseen kuu- luu voimalan ohjausjärjestelmä, voimalaitos sekä vaihteisto (MSP, 2024, s. 15). Tornin tehtävä on kannatella voimalan komponentteja, kuten juuri konehuonetta ja roottoreita. Roottorin lavat pyörivät tuottaen liike-energiaa, jonka ne muuntavat roottorin pyörimis- liikkeeksi. YVA:n (2020, s. 20) kuvauksen mukaan voimalat ovat kooltaan suuria: koko- naiskorkeus on noin 260 m, napakorkeus 150 m ja roottorin halkaisija 220 m. Voimaloi- den nimellisteho on 10–12 MW. Rakennukseen valittavan perustuksen tyyppi riippuu paljon merenpohjan ominaisuuksista. Seuraavissa kappaleissa käsitellään eri olosuhtei- siin sopivia perustusratkaisuja. Kuva 3. Merituulivoimalan rakenne (YVA, 2020, s. 21). 11 3.1 Paaluperustus Paaluperustus (engl. monopile) on tunnetuin ja yleisin merituulivoimaloiden perustus- tyyppi; noin 80 % kaikista merituulivoimaloista on paaluperustuksella rakennettuja (Gupta & Basu, 2020). Tämä johtuu mallin yksinkertaisesta rakenteesta, valmistuksesta ja asennusprosessista. Rakenteeltaan merenpohjaan juntattava perustus koostuu on- tosta, ympyränmuotoisesta teräspaalusta, joka on halkaisijaltaan noin 5 m. Letcherin (2017, s. 234) mukaan paalu asennetaan 25–40 metrin syvyyteen. Tämän jälkeen teräs- paaluun kiinnitetään teräsputki (engl. transition piece), johon liitetään voimalan torni (kuva 4). Teräsputki vakauttaa voimalaa niin, että sitä voidaan lähestyä veneellä ja että sen tikkaita voidaan käyttää turvallisesti esimerkiksi huoltotöitä varten (Letcher, 2017, s. 234). Kuva 4. Paaluperustus (Letcher, 2017, s. 231). Letcher (2017, s. 234) kertoo, että perustus yleensä juntataan kiinni merenpohjaan käyt- tämällä höyryllä tai hydraulisesti toimivaa vasaraa. Tämä asennustapa on standardina useimpien voimaloiden rakentamisessa. Perustusten ohjaus ja hallinta tapahtuu käyttä- mällä kelluvia aluksia tai nostoaluksia, jotka on varustettu suurilla nostureilla ja 12 poraustarvikkeilla. Junttaamiseen voidaan käyttää apuna drive-drill-drive (3D) -menetel- mää tilanteissa, joissa asennusalue koostuu kovasta savesta tai kivestä. Tällöin teräspaalu ei pysty läpäisemään merenpohjaa yksinään. 3D -menetelmä yhdistää poran ja vasaran käytön merenpohjan läpäisyssä, mikä säästää aikaa sekä kustannuksia vähentämällä asennukseen tarvittavia materiaaleja, kuten betonia tai laastia (Acteon, 2025). Letcherin (2017, s. 235) mukaan paaluperustuksen asennus aiheuttaa paljon melua, minkä takia nasellista ja roottorista koostuva turbiini kiinnitetään voimalaan vasta perustuksen val- mistuttua. 3.2 Jacket-perustus Vesialueille, jotka ovat syvyydeltään 50–80 metriä, soveltuu parhaiten jacket-perustus (MSP, 2024, s. 15). Perustus koostuu kolmesta tai neljästä pitkästä, merenpohjaan upo- tettavasta nelikulmaisen tai kuusikulmaisen rakenteen muodostavasta teräspylväästä (kuva 5). Pylväiden rakenne on joko avoin tai umpinainen ja niiden pituus riippuu paljon tuuliturbiinin mallista sekä meren syvyydestä. Perustus juntataan kiinni merenpohjaan samalla tavalla kuin paaluperustus, eli poraamalla tai vasaroimalla. Raportin mukaan avoimen teräspylvään rakenne mahdollistaa veden virtaamisen rakenteen läpi, mikä vä- hentää ympäristövaikutuksia. Merz ja muut (2018, s. 194) tuovat teoksessaan esille perustustyypin etuja sekä siihen liittyviä haasteita. Teoksen mukaan jacket-perustusta käyttämällä voidaan säästää mate- riaalikuluissa johtuen sen geometrisesti tehokkaammasta muotoilusta. Osasyynä mallin käyttöön syvemmillä merialueilla on niiden parempi kustannustehokkuus verrattuna paaluperustukseen. Haasteina mallin suunnittelussa on kuluman syntyminen rakenteen liitoksissa sekä sen valmistettavuus. Mallista pyritään tekemään kilpailukykyisempi opti- moimalla kevyempi tai helpommin valmistettava rakenne. Tavoitteena on myös parantaa tarkkuutta voimalan kuormitusennusteissa, jotta voidaan minimoida mallin käyttöön liit- tyvät riskit ja epävarmuudet (Merz ja muut, 2018, s. 194). 13 Kuva 5. Perinteinen jacket-perustus (Merz ja muut, 2018, s. 194). 3.3 Gravitaatioperustus Gravitaatio- eli painovoimaperustuksen perustustapa pohjautuu nimensä mukaisesti painovoimaan (MSP, 2024, s. 15). Perustuksen rakenne on yleensä betonia tai terästä, joka pysyy paikallaan painovoiman avulla. Perustusalueella tulee olla kiinteä ja tasainen merenpohja, jota voi olla tarpeen valmistella asennusta varten esimerkiksi ruoppaamalla tai lisäämällä pohjalle mursketta tai soraa. Raportissa todetaan, kuinka perustusta suun- niteltaessa on huomioitava merituulivoimalan koko, koska yksi perustuksen tehtävistä on vastustaa voimalan liikettä. On tärkeää huomioida myös voimalan asennusalueella val- litsevat aalto-, jää- ja syvyysolosuhteet. Perustustyyppi on toimiva alueilla, joilla ilmenee suuria jääkuormia, kuten Suomen aluevesillä. 3.3.1 Teräskuorirakenteinen gravitaatioperustus Perustus koostuu kiviaineksella täytetystä ja jäykistetystä teräsrakenteesta, joka muistut- taa malliltaan lieriön ja katkaistun kartion yhdistelmää (YVA, 2020, s. 23–24). Sen poh- jassa on rengasmainen antura, jonka päällä on mursketta sekä eroosiosuojaus (kuva 6). Jään rakenteelle aiheuttamaa kuormitusta pienennetään vesirajassa olevalla kartiolla. Perustuksen teräksisen kuoriosan rakentaminen tapahtuu mahdollisuuksien mukaan 14 maalla jo olemassa olevissa rakennuspaikoissa. Tällöin perustamisella olisi pääosin vai- kutuksia vain merikuljetuksiin, pohjan muokkaamiseen sekä asennuksen eri vaiheisiin. Esimerkiksi Tahkoluodon merituulivoimapuistossa perustustyyppiä käytetään 8–15 met- rin syvyyden voimaloissa, jotka ovat teholtaan 2 MW:n ja 4 MW:n kokoluokkaa. YVA:ssa mainitaan, että Tahkoluodon syvemmällä sijaitsevalle laajennusalueelle suunnitellaan 11–16 MW kokoluokan voimaloita, joiden teräsrakenteen halkaisija olisi 30 metriä ja te- räsanturan ulkohalkaisija noin 40 metriä. Kuva 6. Teräskuorirakenteinen gravitaatioperustus 15 m vesisyvyydessä. Mitat viitteellisiä, esi- tetty Tahkoluodon rakennetun puiston mukaisesti (YVA, 2020, s. 23). 3.3.2 Betonirakenteinen tai hybridigravitaatioperustus Betonirakenteinen perustus muistuttaa paljon teräskuorirakenteista perustusta raken- teeltaan ja toimintaperiaatteeltaan (YVA, 2020, s. 24). Hybridigravitaatioperustuksen massiiviosa, eli merenpohjassa oleva perustus, koostuu betonista ja varsi teräksestä. Ul- komitoiltaan molemmat mallit ovat samaa luokkaa teräskuorirakenteisen perustuksen kanssa. 15 4 Kelluvat merituulivoimalat Gomesin ja muiden (2022, n.d.) mukaan tuulienergian tuotannon kustannukset per kilo- wattitunti (kWh) ovat nopeassa laskussa. Erityisesti merituulivoiman suosio lisääntyy jatkuvasti, koska sillä ei ole samanlaisia rajoitteita verrattuna maatuulivoimaan, kuten riittävät resurssit ja ympäristöön liittyvät syyt. Gomes ja muut (2022, n.d.) toteavat juuri kelluvien merituulivoimaloiden kiinnostavan alan yrityksiä. Tämä johtuu siitä, että ne voi- daan sijoittaa suoraan alueille, joissa tuulennopeus on jatkuvasti korkea, mikä takaa voi- maloiden hyvän energiatehokkuuden. Kelluvien voimaloiden mallit voidaan jakaa kol- meen pääryhmään niiden perustusmallin pohjalta: puoliksi upotettava, spar-perustus ja jännitetty tuotantolautta (TLP). Oikean mallin valinta riippuu asennustavasta, vesisyvyy- destä, tasaisuudesta, ympäristövaikutuksista sekä ylläpito- ja huoltokustannuksista. Ku- vassa 7 näkyy voimaloiden kolmen pääryhmän rakenteet. Kuva 7. Kelluvien merituulivoimaloiden kolme pääryhmää (Gomes ja muut, 2022, n.d.). 16 4.1 Puoliksi upotettava perustus Perustus koostuu useasta suuresta pylväsmaisesta putkesta, jotka on yhdistetty toisiinsa putkimaisilla jäsenillä (Gomes ja muut, 2022, n.d.). Pylväiden kelluva osa takaa sen, että voimala ei heilu vaan pysyy vakaana. Perustus kiinnitetään merenpohjaan ankkurointi- järjestelmällä, johon kuuluvat pitkät, kierrerakenteiset ja painavat teräsketjut. Nämä pi- tävät kelluvan alustan paikallaan. Puoliksi upotettavan perustusmallin hyödyt korostuvat tuulivoimalan vakauden takaamisessa ja matalan vesisyvyyden tarpeessa. Mallia pide- tään siksi yhtenä soveltuvimmista erilaisille merialueille. Gomes ja muut (2022, n.d.) kertovat, että tuuliturbiini voidaan asentaa yhden kelluvaan perustaan kuuluvan pylväsmäisen putken päälle (kuva 8). Toinen ratkaisu on sijoittaa tuuliturbiini pylväsmäisten putkien keskipisteeseen ja tukea rakennetta sivuttaistuilla. Perustus on kelluvista voimalatyypeistä suosituin johtuen sen vakiintuneesta suunnitte- lumenetelmästä ja merelliseen öljyteollisuuteen pohjautuvasta valmistuskokemuksesta. Kuva 8. Tuuliturbiini asennettuna yhden pylväsmäisen putken päälle vs. putkien keskipisteeseen (Gomes ja muut, 2022, n.d.). 17 Toinen tunnettu puoliksi upotettavan perustuksen malli on ponttoniperustus (Gomes ja muut, 2022, n.d.). Perustus pysyy vakaana jakautuneen nosteen ansiosta. Kiinnitys ta- pahtuu perinteisillä ketjuankkureilla. Etuna mallissa on helppo asennus ilman siihen eri- koistunutta alusta sekä sen sopeutuvuus geologisesti erilaisiin merenpohjiin. Yksi sen huonoista puolista on alttius kallistus- ja keinumisliikkeille, jonka takia mallia voidaan käyttää vain rauhallisissa meriolosuhteissa. 4.2 Spar-perustus Kelluva spar-perustus on rakenteeltaan pitkä teräs- tai betonisylinteri, jolla on pieni säde (Gomes ja muut, 2022, n.d.). Heidän mukaansa perustus painotetaan joko vedellä tai kiinteällä materiaalilla, jotta sen painopiste pysyy nosteen keskipisteen alapuolella. Pe- rustuksen luoma oikaisumomentti ja korkea hitausvastus takaavat sen, että tuuliturbiini kelluu veden pinnalla ja pysyy pystysuorassa kallistuvissa ja keinuvissa liikkeissä. Veden pinnan alla oleva perustus on kooltaan suurempi tai yhtä suuri kuin turbiinin napakor- keus merenpinnan yläpuolella. Tällä taataan voimalan stabiilisuus ja minimoidaan sen pystysuuntainen liike. Gomesin ja muiden (2022) raportissa nostetaan esille, että perustuksen käyttö on mah- dollista vain yli 100 metrin vesisyvyyksissä, koska perustuksen pohjan ja merenpohjan välinen riittävä etäisyys on välttämätön ankkuroinnin onnistumiseksi. Ankkurointiin käy- tetään joko kireää tai kaarimaista ankkurointijärjestelmää. Kireä ankkurointijärjestelmä koostuu synteettisistä kuiduista tai teräsvaijerista, joka nosteen ja ankkurin avulla ylläpi- tää korkeaa jännitystä voimalan vakauttamiseksi. Mallin heikkoutena pidetään sen sovel- tuvuutta ainoastaan syville vesialueille ja sen hankalaa asentamista, johon tarvitaan sii- hen erikoistunutta alusta (Gomes ja muut, 2022, n.d.). 18 4.3 Jännitetty tuotantolautta (TLP) Gomes ja muut (2022, n.d.) kuvailevat TLP-perustuksen koostuvan riittävästä nosteesta, jota rajoittaa TLP-ankkurointijärjestelmä. Perustukseen kuuluu matala syväys, suuri kes- kipylväs ja upoksissa olevat varret, joihin alustan kiinnitysköydet on liitetty. TLP-perus- tuksen toiminta perustuu siihen, että syntyvä noste syrjäyttää painovoiman pitäen kiin- nitysköydet jatkuvasti kireänä. Ankkuri on rakenteeltaan painovoimaperusteinen, paalu- tettu tai imukiinnitteinen. Perustus ei reagoi aaltoihin yhtä dynaamisesti kuin muut kel- luvat rakenteet ja sen valmistaminen tapahtuu maalla, jotta vältytään logistisilta ongel- milta. Gomes ja muut (2022, n.d.) kertovat ongelmaksi mallin paikkariippuvaisuuden joh- tuen ankkureiden vaatimasta tietynlaisesta merenpohjan rakenteesta. Mallia pidetään tähän mennessä vähiten teknologisesti kehittyneenä verrattuna muihin kelluviin meri- tuulivoimalaperustuksiin. 19 5 Vertailu Sopivimman voimalatyypin valitsemiseen vaikuttaa monta eri tekijää. On otettava huo- mioon esimerkiksi rakennusalueen tuuliolosuhteet, syvyys ja merenpohjan ominaisuu- det. Voimalan rakentaminen lisää myös ympäristöpäästöjä, jotka vaikuttavat merialueen ekosysteemiin. Voimaloita on tärkeää vertailla keskenään aluekohtaisesti ja saatujen tu- losten pohjalta valita sopivin vaihtoehto. 5.1 Hyötysuhde ja energiatehokkuus Tuulivoimaloiden hyötysuhteen määrittämiseen käytetään Betzin lakia, joka kuvaa teo- reettista maksimia siitä, kuinka suuri osa ilmavirrasta voidaan muuttaa energiaksi (Vil- lanueva ja Feijóo, 2010). Lain mukaan hyötysuhteen prosentuaalinen maksimi on noin 59 %, mutta käytännön olosuhteissa hyötysuhteeksi arvioidaan noin 50 % (Mäkiranta, 2023). Hyötysuhde saadaan Tekniikan Kaavaston (2022, s. 92) mukaan laskettua kaavalla η = P𝑎𝑛𝑡𝑜 P𝑜𝑡𝑡𝑜 , (1) missä antoteho on tässä tapauksessa turbiinin tuottama teho ja ottoteho on tuulen si- sältämä teho. Vaasan Sähkö (15.9.2023) kertoo energiatehokkuuden tarkoittavan yksin- kertaisesti energian tuottoa ja käyttöä mahdollisimman tehokkaasti – tavoitteena on tuottaa energiaa vain käyttötarpeen verran. Vallitsevilla tuuliolosuhteilla on suuri vaikutus merituulivoimalan hyötysuhteeseen. Sy- vemmillä merialueilla, kauempana rannikosta, tuulennopeus on tasainen ja nopea, jol- loin voimala toimii optimaalisella teholla. Gomes ja muut (2022, n.d.) tuovat raportis- saan esille, kuinka juuri kelluvat merituulivoimalat ovat toimiva ratkaisu syvillä alueilla. Yli 100 metrin syvyyksille spar-perustus on hyvä valinta riittävän hyötysuhteen takaa- miseksi. Matalammissa syvyyksissä ja rannikon läheisyydessä tuulennopeudet ovat epä- tasaisempia ja hitaampia johtuen maastonmuotojen vaikutuksista, jolloin 20 energiantuotanto ja hyötysuhde on alhaisempi. Tällaisiin olosuhteisiin soveltuu tiettyyn pisteeseen asti puoliksi upotettava perustus, mutta yleisesti ratkaisuna näissä tilanteissa on kiinteäpohjainen merituulivoimala. Ne on kiinnitetty tukevasti merenpohjaan, mikä takaa niiden vakauden. Voimalan hyötysuhde ja tehokkuus ei siis kärsi esimerkiksi perus- tuksen kallistumisen tai liikkeen seurauksena. Kuten Letcher (2017, s. 234) mainitsee, esimerkiksi 25–40 metrin syvyydessä suositaan paaluperustusta. Edwards ja muut (2023, n.d.) käsittelevät artikkelissaan kelluvia merituulivoimalatyyp- pejä vakauden sekä kallistumisen näkökulmasta. Heidän mukaansa monien alan yritys- ten suunnittelutavoitteena on rajoittaa voimaloiden nousuliikettä tai voimalan nasellin kiihtyvyyttä käyttöolosuhteissa. Tämän lisäksi tavoitteena on myös minimoida perustus- ten liikettä kaikilla tasoilla. Puoliksi upotettavan perustuksen etuna on vähäinen kallistus- ja heiluntaliike, jolloin perustus pysyy vakaana. Haasteena on muihin voimalatyyppeihin verrattuna aaltojen aiheuttama pystysuuntainen liike, millä on vaikutusta tasaiseen ener- giantuotantoon. Spar- ja TLP-perustusten pystysuuntainen liike on sen sijaan vähäistä, mutta ongelmina ovat perustuksen kallistuminen ja keinahtelu (spar) sekä paikkariippu- vuus (TLP). Merituulivoimaloiden tuottama sähkö siirretään mantereelle merenpohjassa kulkevien sähkökaapeleiden avulla (MSP, 2024, s. 17). Mantereella sähkö siirtyy sähköasemalle, jossa se muunnetaan jännitteeltään ja taajuudeltaan valtakunnalliseen sähköverkkoon sopivaksi. Sähkönsiirto tapahtuu joko vaihtovirralla (AC) tai tasavirralla (DC). Kelluvat voimalat sijaitsevat kauempana rannikosta, joten ne vaativat myös pidemmät siirtokaa- pelit. Tämä tarkoittaa mahdollisesti suurempia sähkönsiirtohäviöitä kuin lähempänä ran- nikkoa sijaitsevilla kiinteäpohjaisilla voimaloilla, mikä vaikuttaa suoraan energiatehok- kuuteen. Li ja muut (2021) käsittelevät julkaisussaan AC- ja DC-yhteyksien sähkönsiirtokykyä. He mainitsevat, että taajuudeltaan 50 Hz olevan AC-yhteyden käyttö on mahdollista 140 km etäisyydelle rannikosta ilman tarvetta loistehon kompensoinnille, joka vaikuttaisi 21 voimalan energiatehokkuuteen. DC-yhteydellä on paljon parempi siirtokyky erityisesti pitkillä matkoilla johtuen sen pienemmistä siirtohäviöistä. Siksi DC-yhteys on hyvä valinta kelluvien merituulivoimaloiden sähkönsiirrolle. Kuvasta 9 näkyy, kuinka siirtokaapelin pi- tuus vaikuttaa saatuun tehoon. Kuva 9. Siirtokaapelin pituuden vaikutus saatuun tehoon (IET, 2021, n.d.). 5.2 Ympäristövaikutukset Ennen uuden merituulivoimapuiston rakentamista tulee tehdä kattava arviointi sen ym- päristövaikutuksista. Arviointi perustuu YVA-lakiin ja -asetukseen ja se toteutetaan ta- pauskohtaisesti hanke kerrallaan (MSP, 2024, s. 46). Tavoitteena on ottaa ympäristö huo- mioon hankkeen suunnittelussa ja päätöksenteossa. YVA-menettelyssä keskitytään kai- kista merkittävimpiin osa-alueisiin, joita ovat esimerkiksi hankkeen vaikutukset kalas- toon tai kalastukseen, ekosysteemiin, meriliikenteeseen, merenpohjan olosuhteisiin ja ilmastoon. Menettely tehdään aina vähintään 10 merituulivoimalan ja kokonaistehol- taan 45 MW:n hankkeissa. MSP:n raportti (2024, s. 47) käsittelee yleisesti merituulivoimahankkeiden vaikutuksia meriluontoon. Hankkeen jokainen vaihe rakennuksen aloittamisesta sähkönsiirtoon vai- kuttaa niin elolliseen kuin elottomaan luontoon. Rakentamisen yhteydessä tulee tehdä tilaa uusille voimaloille sekä sähköasemille, mikä edellyttää merenpohjan muokkausta. 22 Tämä tuhoaa alueella olevaa eliöstöä sekä muuttaa merenpohjan rakennetta pysyvästi, mikä taas voi muuttaa alueen virtauksia. Veteen mahdollisesti vapautuu haitallisia ai- neita ja vesi voi samentua rakentamisen seurauksena johtuen sedimenttikerroksen häi- riintymisestä. Raportti kuvailee, kuinka tämä voi vaikuttaa alueen ravintoverkkoihin ja sitä kautta koko vesiekosysteemiin. Muokkaamisella voi olla positiivisiakin vaikutuksia, kuten uusien kasvualustojen syntyminen merenpohjan lajeille. Merkittävimmät vaiku- tukset painottuvat hankkeen rakennusvaiheeseen, mutta suurin osa, noin 70 %, ajoittuu tuotantovaiheeseen. Merituulivoimaloista aiheutuu myös meluhaittoja, jotka vaikuttavat Itämeressä eläviin merinisäkkäisiin (MSP, 2024, s. 47). Esimerkiksi hylkeet ja valaat kommunikoivat ja saa- listavat äänen avulla, jota voimaloista aiheutuva melu haittaa merkittävästi. Meluhaittaa on eniten rakennusvaiheessa, jolloin merinisäkkäät välttävät alueella liikkumista. Käytön aikana meluhaitta on vähäisempää, mikä mahdollistaa nisäkkäiden ravinnonhankinnan voimalan lähiympäristössä. Kiinteäpohjaisten merituulivoimaloiden ympäristövaikutuksia ovat esimerkiksi aiemmin mainitut merenpohjan muokkautuminen sekä rakentamisen ja käytön aiheuttamat me- luhaitat. Rezaei ja muut (2023, n.d.) mainitsevatkin kiinteäpohjaisten voimaloiden suu- rimmaksi ongelmaksi niiden rakennusvaiheen vaikutukset paikalliseen ympäristöön ja ekosysteemiin. Haittana ovat muun muassa elinympäristön häviäminen, lintujen tör- mäykset turbiineihin, korkea äänitaso sekä voimaloiden aiheuttama sähkömagneettinen häirintä, joka voi häiritä luonnollisesti olemassa olevia sähkömagneettisia kenttiä. Voi- malan osissa, jotka ovat kosketuksissa suolaisen meriveden kanssa, voi tapahtua korroo- siota, josta syntyy metallipäästöjä meriveteen sekä sedimenttikerroksiin. Pitkällä aikavä- lillä tätä pidetään uhkana alueen meriympäristölle. Kelluvien merituulivoimaloiden ympäristövaikutuksia pidetään kiinteäpohjaisia vähäi- sempinä (Vaasan ammattikorkeakoulu (VAMK), 2024). Kelluvat voimalat pysyvät paikal- laan ankkurin avulla, jolloin pohjan rakennetta ei tarvitse muokata niin paljon. Tästä 23 syystä asennuksen meluhaitat ja sen seurauksena vaikutukset alueen eliökantaan ovat vähäisemmät. Weinzettelin ja muiden (2009, n.d.) mukaan kelluvien voimaloiden raken- nukseen tarvitaan kuitenkin enemmän materiaaleja, pääasiassa terästä ja betonia. Ma- teriaalien tuotanto- ja rakennusvaiheet ovat päästömäärältään hankkeen suurimmat, jo- ten on tärkeää arvioida ympäristövaikutuksia siirryttäessä syvemmille vesialueille. Asentaminen ja huoltotoimenpiteet vaativat alusten, lauttojen tai helikopterien käyttöä, koska voimalat sijaitsevat kaukana rannikosta (Weinzettel ja muut, 2009, n.d.). Voimalan osien rakennus tapahtuu rannikolla, josta ne kuljetetaan asennusalueelle hinausveneellä. Pitkän kuljetusmatkan, asentamisen ja huoltotoimenpiteiden ympäristövaikutukset liit- tyvät pääosin suureen polttoaineen ja energian kulutukseen. Voimalan elinkaaren lopussa turbiini puretaan ja suurin osa sen materiaaleista kierräte- tään (Weinzettel ja muut, 2009, n.d.). Kierrätysmateriaaleja käytetään uusien rakennus- materiaalien valmistuksessa, minkä avulla vähennetään ympäristövaikutuksia. Haas- teena on yhä ratkaista, kuinka kasvaneet materiaalivaatimukset sekä erilainen asennus- tapa vaikuttavat voimalan kokonaiselinkaareen ja että pystyykö voimakkaiden tuulien ai- kaansaama korkea sähköntuotanto kompensoimaan syntyneitä ympäristövaikutuksia. Rezaei ja muut (2023, n.d.) tuovat esille, että vaikka merituulivoiman vaikutukset väes- tötasolla ovat vielä epäselviä, on voimaloiden vaikutukset ympäristöön suhteellisen pie- niä. He mainitsevat myös, että pitkän aikavälin seurantaohjelmat ovat välttämättömiä, kun arvioidaan toipumista lyhyen aikavälin vaikutuksista. 5.3 Kustannukset Johnston ja muut (2020, n.d.) käsittelevät artikkelissaan merituulivoiman kustannuksiin liittyviä haasteita. He kertovat, kuinka merituulivoimaa käyttämällä saadaan vähennet- tyä melu- ja maisemahaittoja sekä lintulajeille aiheutuvia törmäysuhkia verrattuna maa- tuulivoimaan. Haasteena tavoitteiden saavuttamisessa ovat muun muassa tekniset ja lo- gistiset ongelmat, jotka lisäävät rakennuskustannuksia. Asennusalueen syvyys ja etäisyys 24 rannikosta vaikuttavat suuresti valittavaan perustustyyppiin, mikä täytyy ottaa huomi- oon voimalan asennus- ja käyttökustannuksissa sekä taloudellisessa kannattavuudessa. Merituulivoimaloiden käyttö- ja huoltokustannukset kattavat noin 25–30 % voimalan ko- konaiskustannuksista (Röckmann ja muut, 2017, n.d.). Summa on lähes yhtä paljon kuin pelkkien tuuliturbiinien kustannukset ja suunnilleen saman verran kuin rakennus- ja asennusvaiheen kustannukset. Tuuliturbiineille tehdään vakituinen vuosihuolto ja sen li- säksi yleensä 3–4 huoltoa toimintahäiriön sattuessa. Tämä tekee yhteensä noin 5 huoltoa vuodessa. Teknologian kehittyessä huoltotiheyttä on tavoitteena vähentää kolmeen ker- taan per vuosi. Röckmann ja muut (2017, n.d.) mainitsevat esimerkkinä merituulipuiston, joka sisältäisi 200 voimalaa ja olisi kokonaisteholtaan 5 MW. Tällainen puisto vaatisi noin 3000 vierailua per vuosi. Käynnit puistossa toteutettaisiin veneellä tai helikopterilla. Stehlyn ja muiden (2023, n.d.) raportissa vertaillaan kiinteäpohjaisten ja kelluvien meri- tuulivoimaloiden kustannuksia eri osa-alueiden näkökulmista. Taulukossa 1 vertaillaan voimaloiden käyttökustannuksia. Kustannuksia laskettaessa on oletettu olevan käytössä 30 teknikkoa per voimalaprojekti. Kiinteäpohjaisten voimaloiden tapauksessa oletetaan, että kohteen vaihtotöissä käytetään jack-up-alusta ja vastaavasti kelluvissa voimaloissa vaihtotöiden oletetaan tapahtuvan hinaamalla voimalan osat satamaan. Taulukosta näh- dään, että huoltokustannukset ovat huomattavasti suuremmat kiinteäpohjaisissa voima- loissa. Ero näkyy erityisesti alusten käytössä huolto- tai vaihtotöiden yhteydessä, mikä on kalliimpi vaihtoehto verrattuna töiden tekemiseen satamassa. Käyttökustannuksissa eroa tulee vakuutusmaksuissa, jotka ovat kelluvilla merituulivoimaloilla korkeammat johtuen niiden vaatimasta teknologiasta ja siitä, että niistä ei ole vielä niin paljon koke- musta. Kokonaisuutena huomataan, että kiinteäpohjaisten voimaloiden kustannukset ovat suuremmat. 25 Taulukko 1. Kiinteäpohjaisten vs. kelluvien merituulivoimaloiden vuosittaiset käyttökustannus- arviot kilowattia kohti (NREL, 2023, n.d.). 5.4 Nykyiset käyttökohteet Eurooppaa pidetään merituulivoiman suurimpana edistäjänä (Soares-Ramos ja muut, 2020). Merkittävimmät maat sen kehityksessä ovat Saksa ja Iso-Britannia, jotka hyödyn- tävät 80 % asentamastaan merituulivoimakapasiteetista. Euroopan ulkopuolisista valti- oista Kiina on edelläkävijä, joka lisää panostustaan merituulivoimaan jatkuvasti. Nyky- hetkenä paaluperustus on yhä suosituin perustustyyppi; sen osuus on 80 % kaikista ra- kennetuista perustuksista. Soares-Ramos ja muut (2020) toteavat jacket-perustuksen suosion kasvavan lähitulevaisuudessa johtuen perustuksen aikaansaamasta, korkeam- masta turbiinien tehosta sekä käyttömahdollisuuksista syvemmillä vesialueilla. Suurin osa maailman merituulivoiman resursseista sijaitsee yli 60 metrin syvyydessä, mikä on taloudellisesta näkökulmasta rohkaisevaa kelluvan merituulivoiman kehittämi- sessä ja käyttämisessä (Barooni ja muut, 2023). Hyvänä esimerkkinä on maailman en- simmäinen kelluva merituulivoimapuisto Hywind, joka sijaitsee Skotlannissa (Equinor, n.d.). Se otettiin käyttöön vuonna 2017 ja sisältää viisi voimalaa, joiden kokonaiskapasi- teetti on 30 MW. Puisto sijaitsee 95–120 metrin syvyydessä ja perustustyyppinä 26 käytetään spar-perustusta. Baroonin ja muiden (2023) mukaan kelluvien voimaloiden ke- hittämisessä on tapahtunut suurta edistystä viime vuosikymmenen aikana, mutta jat- kuva teknologinen kehitys ja tutkimus on tärkeää kustannustehokkaampien mallien suunnittelussa. Suomessa suunnitellaan Tahkoluodon merituulivoimapuiston lisäksi muitakin hankkeita Selkämeren alueelle. Yksi näistä on Navakka-merituulivoimahanke, jonka tulisi muodos- tua 70–100 kiinteäpohjaisesta voimalasta, jotka ovat yksilöteholtaan 15–25 MW (Sito- wise Oy, 2023, s. 46). Hankkeen voimalat ovat pääosin rakenteeltaan pohjaperusteisia, tässä tapauksessa paaluperustuksia tai gravitaatioperusteisia. Jacket-perustusta ja kellu- vaa voimalatyyppiä voidaan myös harkita, jos olosuhteet ovat oikeanlaiset. Toinen vi- reillä oleva hanke on Halla-merituulivoimapuisto, joka sijoittuu Oulun ja Raahen edus- talle Pohjanlahdelle (OX2, n.d.). Puisto sisältäisi 160 voimalaa ja niiden vuotuinen säh- köntuotanto olisi 12 TWh. Vuonna 2023 Suomen sähköntuotanto oli 78 TWh, josta puis- ton tuottama sähkö olisi kattanut noin 15 %. Valtioneuvosto julkaisi vuoden 2024 lopussa tiedotteen, jossa ilmoitettiin uudesta laista koskien merituulivoiman käyttöä Suomen talousvyöhykkeellä. Lain myötä valtioneuvos- tolla on oikeus valita vyöhykkeeltä merituulivoiman käyttöön sopivia alueita ja päättää niiden kilpailuttamisesta. Valtioneuvoston vastuulla on valita sopivat alueet, joiden kil- pailutuksista vastaa Energiavirasto. Kilpailutuksen voittava taho saa yksinoikeudella ha- kea valtioneuvoston lupaa alueen määräaikaiseen hyödyntämiseen merituulivoimahank- keelle (Valtioneuvosto, 2024). Syksyyn 2025 mennessä on tavoitteena tehdä päätös en- simmäisistä kilpailutettavista alueista. 27 6 Johtopäätökset Merituulivoiman suosio tulee kasvamaan tasaisesti tulevina vuosina. Globaalit markki- nat kehittyvät jatkuvasti ja Suomella on suuri potentiaali olla mukana kehityksessä edel- lyttäen, että talousvyöhykkeen merituulipuistoalueiden kilpailutusta koskeva laki saa- daan voimaan. Tutkielman teorian pohjalta voidaan todeta, että matalille vesialueille soveltuu parhaiten kiinteäpohjaiset merivoimalat niiden vakauden ja tasaisen energiantuotannon ansiosta. Syvemmillä vesialueilla, joissa on kovat tuulennopeudet ja ankarammat olosuhteet, on kannattavampaa käyttää kelluvia merituulivoimaloita. Kiinteäpohjaiset voimalat ovat ko- konaiskustannuksiltaan suuremmat, vaikka kelluvien voimaloiden käyttö vaatii niitä ke- hittyneempää teknologiaa. Ne rasittavat enemmän myös ympäristöä johtuen niiden vaa- tivasta asennusprosessista, jolla on vaikutusta asennusalueen ja merenpohjan ekosys- teemille. Kauempana rannikosta sijaitsevien, kelluvien voimaloiden sähkönsiirtoon liittyvät siirto- häviöt ovat tavoitteena minimoida, jotta saadaan saavutettua mahdollisimman hyvä teho, josta seurauksena on hyvä hyötysuhde sekä energiatehokkuus. Kiinteäpohjaisilla voimaloilla ei ole tätä ongelmaa eikä niiden energiatehokkuus kärsi perustuksen kallistu- misen ja liikkeen seurauksena. Oikean perustustyypin valinta on paikkakohtaista. Paaluperustus on yhä suosituin malli sen soveltuvuuden ansiosta, mutta syvemmille alueille siirryttäessä ja teknologian kehit- tyessä kelluvien perustusten, kuten spar-perustuksen käyttö, voi yleistyä huomattavasti. Siirtymä kohti vihreää energiantuotantoa povaa merituulivoimalle lupaavaa tulevai- suutta. 28 7 Yhteenveto Tutkielman tavoitteena oli tuoda esille merituulivoiman nykytilannetta, käsitellä erilaisia perustustyyppejä sekä vertailla kelluvia ja kiinteäpohjaisia merituulivoimaloita. Vertai- lussa pyrittiin selvittämään, millainen hyötysuhde ja energiatehokkuus voimaloilla on ja mitkä asiat niihin vaikuttavat. Tutkittiin myös mallien ympäristövaikutuksia sekä kustan- nuksia ja vertailtiin niitä keskenään. Tutkielmassa käsitelty teoria ja data pohjautuu kirjallisuuskatsaukseen. Käsiteltyä teoriaa pyrittiin havainnollistamaan kuvilla paremman kokonaiskuvan aikaansaamiseksi. Pyrit- tiin tuomaan esille laajasti erilaisia perustusratkaisuja niin kiinteäpohjaisille kuin kellu- ville merituulivoimaloille sekä kuvaamaan niiden rakennetta ja käyttöolosuhteita. Tarkastelun näkökulmana oli erityisesti voimaloiden vertailu tieteellisiin lähteisiin poh- jautuen. Tutkielmassa tuotiin esille myös voimaloiden nykyisiä käyttökohteita ja meri- tuulivoiman suosiota energiantuotannossa. Saaduista tuloksista voidaan todeta, että voimalatyypeissä on selkeitä eroja, jotka vai- kuttavat suuresti mallin valintaan. Kiinteäpohjaiset voimalat ovat vakaita ja tuotannol- taan tasaisia, mutta kelluvat voimalat mahdollistavat myös syvien vesialueiden hyödyn- tämisen. Merituulivoimalla on jo nyt merkittävä rooli uusiutuvassa energiantuotannossa ja teknologian kehittyessä sekä uusia puistoja rakennettaessa sen rooli vain kasvaa enti- sestään. 29 Lähteet Acteon. (2025). Drive-drill-drive technique for pile installation. Noudettu 19.2.2025 osoitteesta https://acteon.com/blog/drive-drill-drive-technique-for-pile-installa- tion/ Ahola, J., Annala, S., Bryer, C., Dankowska, A., Grönman, A., Hynynen, K., Hyvärinen, J., Jaanto, J., Havukainen, J., Honkapuro, S., Karjunen, H., Kauranen, P., Kosonen, A., Kuparinen, K., Laaksonen, P., Lassila, J., Martinez, C., Paulomäki, H., Proskurina, S., … Vakkilainen, E. (2024). Varma, kestävä ja kohtuuhintainen energia. LUT-yli- opiston energiaselonteko. Noudettu 4.3.2025 osoitteesta https://www.lut.fi/si- tes/default/files/media/documents/LUT-yliopisto-Energiaselonteko-fi-2024-for- web.pdf Barooni, M., Ashurj, T., Velioglu Sogut, D., Wood, S. & Ghaderpour Taleghani, S. (2023). Floating Offshore Wind Turbines: Current Status and Future Prospects. Energies, 16(1), 2. https://doi.org/10.3390/en16010002 Ciucci, M. (2024). Uusiutuvat energialähteet. Euroopan Unioni (EU). Noudettu 2.3.2025 osoitteesta https://www.europarl.europa.eu/erpl-app-pub- lic/factsheets/pdf/fi/FTU_2.4.9.pdf Edwards, Emma C., Holcombe, A., Brown, S., Ransley, E., Hann, M. & Greaves, D. (2023). Evolution of floating offshore wind platforms: A review of at-sea devices. Renew- able and Sustainable Energy Reviews, Volume 183. Noudettu 12.3.2025 osoit- teesta https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113416. Equinor. (n.d.). Hywind Scotland. Noudettu 19.3.2025 osoitteesta https://www.equi- nor.com/energy/hywind-scotland Gomes, J. G., Lin, Y., Yan, N., Dai, S., Jiang, J. & Yang, T. (2022). Review of Offshore Wind Projects Status: New Approach of floating turbines. Institute of Electrical and Electronic Engineers, 5th International Conference on Power and Energy Applica- tions (ICPEA) [rajattu pääsy]. Gupta, Bipin K. & Basu, D. (2020). Offshore wind turbine monopile foundations: Design perspectives. Ocean Engineering, Volume 213 [rajattu pääsy]. https://acteon.com/blog/drive-drill-drive-technique-for-pile-installation/ https://acteon.com/blog/drive-drill-drive-technique-for-pile-installation/ https://www.lut.fi/sites/default/files/media/documents/LUT-yliopisto-Energiaselonteko-fi-2024-for-web.pdf https://www.lut.fi/sites/default/files/media/documents/LUT-yliopisto-Energiaselonteko-fi-2024-for-web.pdf https://www.lut.fi/sites/default/files/media/documents/LUT-yliopisto-Energiaselonteko-fi-2024-for-web.pdf https://doi.org/10.3390/en16010002 https://www.europarl.europa.eu/erpl-app-public/factsheets/pdf/fi/FTU_2.4.9.pdf https://www.europarl.europa.eu/erpl-app-public/factsheets/pdf/fi/FTU_2.4.9.pdf https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113416 https://www.equinor.com/energy/hywind-scotland https://www.equinor.com/energy/hywind-scotland 30 Haverinen, L. & Nyman, J. (2024, 28. marraskuuta). Merituulivoima: Globaalit mahdolli- suudet ja haasteet, osa 1. Vaasan ammattikorkeakoulun (VAMK) verkkolehti. Noudettu 17.3.2025 osoitteesta http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024112897394 Johnston, B., Foley, A., Doran, J. & Littler, T. (2020). Levelised cost of energy, A challenge for offshore wind. Renewable Energy, Volume 160, Pages 876-885 [rajattu pääsy]. Letcher, T. (2017). Wind Energy Engineering: A Handbook for Onshore and Offshore Wind Turbines. ProQuest Ebook Central [rajattu pääsy]. Li, Z., Song, Q., An, F., Zhao, B., Yu, Z. & Zeng, R. (2021). Review on DC transmission sys- tems for integrating large-scale offshore wind farms. The Institution of Engineer- ing and Technology (IET) [rajattu pääsy]. Mäkelä, M., Soininen, L., Tuomola, S. & Öistämö, J. (2022). Tekniikan Kaavasto: Matema- tiikan, fysiikan, kemian ja lujuusopin peruskaavoja sekä SI-järjestelmä. (23. pai- nos). Tammertekniikka. Mäkiranta, A. (2023). Energiatekniikan fysikaaliset perusteet [luentomateriaali]. Moodle [rajattu pääsy]. Merz, K., Anaya-Lara, O., Olav Tande, J., Uhlen, K. (2018). Offshore Wind Energy Technol- ogy. ProQuest Ebook Central [rajattu pääsy]. MSP. (2024). Merituulivoiman tilanne- ja kehityskuvan kokonaistarkastelu. Marine Spa- tial Planning. Noudettu 25.2.2025 osoitteesta https://www.merialuesuunnit- telu.fi/wp-content/uploads/2024/06/Merituulivoiman-tilanne-ja-kehitys- kuva.pdf Nizamani, Z., Cong, N.C., Khan, M.A., Nakayama, A., Wahab, M.A., Fakhruddin, K.H. & Ahmed, M.M. (2023). Performance Evaluation of Offshore Wind turbine Support Structures – A review. Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), 12th International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA) [rajattu pääsy]. OX2. (n.d.). Tiedot hankkeesta. Noudettu 19.3.2025 osoitteesta https://www.ox2.com/fi/suomi/hankkeet/halla/ Rezaei, F., Contestabile, P., Vicinanza, D. & Azzellino, A. (2023). Towards understanding environmental and cumulative impacts of floating wind farms: Lessons learned http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024112897394 https://www.merialuesuunnittelu.fi/wp-content/uploads/2024/06/Merituulivoiman-tilanne-ja-kehityskuva.pdf https://www.merialuesuunnittelu.fi/wp-content/uploads/2024/06/Merituulivoiman-tilanne-ja-kehityskuva.pdf https://www.merialuesuunnittelu.fi/wp-content/uploads/2024/06/Merituulivoiman-tilanne-ja-kehityskuva.pdf https://www.ox2.com/fi/suomi/hankkeet/halla/ 31 from the fixed-bottom offshore wind farms. Ocean & Coastal Management, Vol- ume 243. Noudettu 17.3.2025 osoitteesta https://doi.org/10.1016/j.oce- coaman.2023.106772. Röckmann, C., Lagerveld, S. & Stavenuiter, J. (2017). Operation and Maintenance Costs of Offshore Wind Farms and Potential Multi-use Platforms in the Dutch North Sea. Aquaculture Perspective of Multi-Use Sites in the Open Ocean. Noudettu 18.3.2025 osoitteesta https://doi.org/10.1007/978-3-319-51159-7_4 Sitowise Oy. (2023). Ympäristövaikutusten arviointiohjelma, Navakka-merituulivoima- hanke. ymparisto.fi. Noudettu 19.3.2025 osoitteesta https://www.ympa- risto.fi/sites/default/files/documents/Eolus%20Finland%20Oy%2C%20Navakka- merituulivoimahanke%2C%20Arviointiohjelma%20osa%20A%2C%20Tuotanto- alue%20ja%20s%C3%A4hk%C3%B6nsiirto%20merialueella.pdf Soares-Ramos, E. P. P., Oliveira-Assis, L., Sarrias-Mena, R. & Fernandez-Ramirez, L. M. (2020). Current status and future trends of offshore wind power in Europe. En- ergy, Volume 202 [rajattu pääsy]. Stehly, T., Duffy, P. & Hernando D. M. (2023). 2022 Cost of Wind Energy Review. National Renewable Energy Laboratory (NREL). Noudettu 18.3.2025 osoitteesta https://www.nrel.gov/docs/fy24osti/88335.pdf Suomen hyötytuuli Oy. (2020). Tahkoluodon merituulipuiston laajennus: Ympäristövai- kutusten arviointiohjelma. ymparisto.fi. Noudettu 25.2.2025 osoitteesta https://www.ymparisto.fi/sites/default/files/documents/Tahkoluodon_merituu- lipuiston_laajennus_YVA_ohjelma.pdf Suomen Uusiutuvat. (2025, 30. tammikuuta). Tuulivoimahankkeet Suomessa. Noudettu 17.2.2025 https://suomenuusiutuvat.fi/media/2025.01_surf-tuulivoimahank- keet-suomessa.pdf Suomen Uusiutuvat. (n.d.). Talvella tuulee eniten. Noudettu 17.2.2025 osoitteesta https://suomenuusiutuvat.fi/tuulivoima/tuulivoimatuotanto/talvella-tuulee-eni- ten/ Vaasan Sähkö. (2023, 15. syyskuuta). Energiatehokkuus – mitä se tarkoittaa ja miten käyttää energiaa mahdollisimman tehokkaasti? Noudettu 13.3.2025 osoitteesta https://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2023.106772 https://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2023.106772 https://doi.org/10.1007/978-3-319-51159-7_4 https://www.ymparisto.fi/sites/default/files/documents/Eolus%20Finland%20Oy%2C%20Navakka-merituulivoimahanke%2C%20Arviointiohjelma%20osa%20A%2C%20Tuotantoalue%20ja%20s%C3%A4hk%C3%B6nsiirto%20merialueella.pdf https://www.ymparisto.fi/sites/default/files/documents/Eolus%20Finland%20Oy%2C%20Navakka-merituulivoimahanke%2C%20Arviointiohjelma%20osa%20A%2C%20Tuotantoalue%20ja%20s%C3%A4hk%C3%B6nsiirto%20merialueella.pdf https://www.ymparisto.fi/sites/default/files/documents/Eolus%20Finland%20Oy%2C%20Navakka-merituulivoimahanke%2C%20Arviointiohjelma%20osa%20A%2C%20Tuotantoalue%20ja%20s%C3%A4hk%C3%B6nsiirto%20merialueella.pdf https://www.ymparisto.fi/sites/default/files/documents/Eolus%20Finland%20Oy%2C%20Navakka-merituulivoimahanke%2C%20Arviointiohjelma%20osa%20A%2C%20Tuotantoalue%20ja%20s%C3%A4hk%C3%B6nsiirto%20merialueella.pdf https://www.nrel.gov/docs/fy24osti/88335.pdf https://www.ymparisto.fi/sites/default/files/documents/Tahkoluodon_merituulipuiston_laajennus_YVA_ohjelma.pdf https://www.ymparisto.fi/sites/default/files/documents/Tahkoluodon_merituulipuiston_laajennus_YVA_ohjelma.pdf https://suomenuusiutuvat.fi/media/2025.01_surf-tuulivoimahankkeet-suomessa.pdf https://suomenuusiutuvat.fi/media/2025.01_surf-tuulivoimahankkeet-suomessa.pdf https://suomenuusiutuvat.fi/tuulivoima/tuulivoimatuotanto/talvella-tuulee-eniten/ https://suomenuusiutuvat.fi/tuulivoima/tuulivoimatuotanto/talvella-tuulee-eniten/ 32 https://www.vaasansahko.fi/ajankohtaista/energiatehokkuus-mita-se-tarkoit- taa-ja-miten-kayttaa-energiaa-mahdollisimman-tehokkaasti/ Valtioneuvosto. (2024, 19. joulukuuta). Laki talousvyöhykkeen merituulivoimasta voi- maan – Ensimmäinen tuulivoima-alueiden kilpailutus voi käynnistyä ensi vuoden lopussa. Noudettu 19.3.2025 osoitteesta https://valtioneuvosto.fi/- /1410877/laki-talousvyohykkeen-merituulivoimasta-voimaan-ensimmainen- tuulivoima-alueiden-kilpailutus-voi-kaynnistya-ensi-vuoden-lopussa Vihavainen, P., Saari P., Länsisalo, E., Tkachenko E., Jaatinen, K., Väisänen, A., Lantta E-A., Lehtoranta, I., Irrmann, L., Huhtanen, S., Semkin, N., Peltoniemi, M., Bonn, T., Nurminen-Piirainen, M. & Pihjalasaari, M. (2024). Merituulivoiman edistäminen. Valtioneuvoston selvitys- ja tutkimustoiminnan julkaisusarja. Valtioneuvosto.fi. Noudettu 25.2.2025 osoitteesta https://julkaisut.valtioneu- vosto.fi/bitstream/handle/10024/165452/VNTEAS_2024_4.pdf Villanueva, D. & Feijóo, A. (2010). Wind power distributions: A review of their applica- tions. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 14, Issue 5, Pages 1490-1495 [rajattu pääsy]. Weinzettel, J., Reenaas, M., Solli, C. & Hertwich, E. G. (2009). Life cycle assessment of a floating offshore wind turbine. Renewable Energy, Volume 34, Issue 3 [rajattu pääsy]. World Forum Offshore Wind (WFO). (2024). Global Offshore Wind Report. Noudettu 14.2.2025 osoitteesta https://wfo-global.org/wp-content/up- loads/2024/04/WFO-Report-2024Q1.pdf https://www.vaasansahko.fi/ajankohtaista/energiatehokkuus-mita-se-tarkoittaa-ja-miten-kayttaa-energiaa-mahdollisimman-tehokkaasti/ https://www.vaasansahko.fi/ajankohtaista/energiatehokkuus-mita-se-tarkoittaa-ja-miten-kayttaa-energiaa-mahdollisimman-tehokkaasti/ https://valtioneuvosto.fi/-/1410877/laki-talousvyohykkeen-merituulivoimasta-voimaan-ensimmainen-tuulivoima-alueiden-kilpailutus-voi-kaynnistya-ensi-vuoden-lopussa https://valtioneuvosto.fi/-/1410877/laki-talousvyohykkeen-merituulivoimasta-voimaan-ensimmainen-tuulivoima-alueiden-kilpailutus-voi-kaynnistya-ensi-vuoden-lopussa https://valtioneuvosto.fi/-/1410877/laki-talousvyohykkeen-merituulivoimasta-voimaan-ensimmainen-tuulivoima-alueiden-kilpailutus-voi-kaynnistya-ensi-vuoden-lopussa https://julkaisut.valtioneuvosto.fi/bitstream/handle/10024/165452/VNTEAS_2024_4.pdf https://julkaisut.valtioneuvosto.fi/bitstream/handle/10024/165452/VNTEAS_2024_4.pdf https://wfo-global.org/wp-content/uploads/2024/04/WFO-Report-2024Q1.pdf https://wfo-global.org/wp-content/uploads/2024/04/WFO-Report-2024Q1.pdf