Tuulivoima

Tuulivoima on tuulen liike-energian muuntamista sähköksi, yleensä tuuliturbiinien pyörivien lapojen välityksellä. Tuulivoima on uusiutuvaa energiaa, joka on peräisin Auringon säteilystä.
Maailmanlaajuisesti tuulivoiman kapasiteetti oli vuoden 2017 lopussa 539 GW. Vuonna 2017 tuotantokapasiteettia lisättiin 52 GW. Vuonna 2017 tuulivoimalla tuotettiin noin 4,4 prosenttia maailman sähköntuotannosta.  Euroopan yhteisön alueelle asennetut tuulivoimalat tuottivat vuonna 2017 yhteensä 336 TWh sähköä, joka vastaa noin 11,6 prosenttia EU:n sähkönkulutuksesta.
Merituulivoimaloiden eli offshore-tuulivoimaloiden koot ovat kasvaneet, mikä parantaa merituulivoiman kilpailukykyä suhteessa perinteisempään maalle rakennettuun tuulivoimaan. Vuoden 2025 jälkeen merituulivoimalat tuottavat edullisempaa sähköä kuin maalle rakennetut tuulivoimalat.

Tekniikka

Tuuliturbiini on turbiini, jolla tuulen eli virtaavan ilman liike-energiaa muutetaan turbiinin akselin pyörimisenergiaksi eli mekaaniseksi energiaksi. Akseli pyörittää edelleen sähköä tuottavaa generaattoria. Roottorin pyörimisliike sovitetaan vaihteiston avulla generaattorille sopivaksi. Mikäli energia käytetään suoraan esim. jauhinkivien pyöritykseen käytetään nimitystä tuulimylly. Usein tuuliturbiinista puhuttaessa tarkoitetaan koko tuulivoimalaitosta, johon turbiinin lisäksi kuuluu mm. generaattori, vaihteisto, masto ja perustukset.
Yleisimmän tuuliturbiinimallin rakenne on aksiaalinen eli siinä ilma virtaa akselin suuntaisesti. Myös radiaalisia tuuliturbiineja valmistetaan, mutta ne soveltuvat lähinnä pienille tehoille, korkeintaan noin 25 kW. Kaupallisena esimerkkinä tällaisista erikoisvoimaloista on suomalainen Windside.
Tuulivoimalan koko mitoitetaan alueen tuulisuuden mukaan. Suuri voimala ei tuota sähköä pienellä tuulen nopeuksilla, mutta tuulen nopeuden kaksinkertaistuessa tuulivoimalan sähköntuotto nelinkertaistuu . Pientuulivoimala tuottaa sähköä jo alhaisilla tuulen nopeuksilla ja voimaloiden avulla voidaan täydentää aurinkopaneelien ja dieselgeneraattorin energiantuotantoa.
Vuonna 2018 suurimmat tuuliturbiinit ovat 12 MW (GE Haliade-X), 9,5 MW (MHI Vestas V164) ja 8,0 MW (Siemens Gamesa SG 8.0-167 DD).

Tuulivoimateknologia

Tuulivoimateknologia on monitieteinen kokonaisuus, jossa keskeisiä osaamisaloja ovat muun muassa sähkömekaaninen energianmuunto, turbiinitekniikka, tuulivoimaloiden konstruktiotekniikka, tuulivoiman integroiminen sähköverkkoihin sekä tuuli- ja ympäristöolosuhteiden tutkimus.

Tuotanto-olosuhteet

Tuulivoiman kaupallisessa käytössä paikallisten tuuliolosuhteiden tuntemus on tärkeää. Tuulioloilla tarkoitetaan mm. keskinopeutta, ajallista vaihtelua, tuulennopeuksien esiintymistodennäköisyyttä ja turbulenttisuutta. Tuulivoimatuotantoa rajoittavia tekijöitä ovat esimerkiksi laitteiden huurtuminen ja kylmyys.
Tuulivoimalaitoksen tuotanto riippuu voimakkaasti sijoistuskohteensa tuulioloista, sillä tuulen energia on suoraan verrannollinen ilmavirtauksen nopeuden kolmanteen potenssiin. Näin ollen 7,5 m/s tuuli tuottaa yli kolminkertaisesti energiaa verrattuna 5 m/s virtaukseen.

Tuotanto-olosuhteet Suomessa

Voimalaitostekniikan professori Risto Raikon mukaan tuotanto-olosuhteet Suomessa ovat heikommat kuin Euroopan tuulivyöhykkeellä sijaitsevilla Saksalla, Alankomailla ja Tanskalla, missä tuulten keskinopeudet ovat 7−9 metriä sekunnissa. Suomessa jäädään alle 5 m/s. Siksi tuulivoima ei Raikon mukaan Suomessa pysty kilpailemaan energiamuotona samalla tavalla.
Suomen tuulivoimayhdistyksen mukaan on kuitenkin paljon tuulivoiman tuotantoon sopivia paikkoja. Tuulen keskinopeus on Suomessa merialueilla 8–9 m/s, sisämaan aukeilla alueilla 4,5–5,5 m/s, Lapissa tuntureilla yli 10 m/s.
Pinnanmuotojen ja pinnan rosoisuuden takia sisämaassa keskimääräinen tuulen nopeus lähellä maan pintaa on rannikkoa ja avomerta pienempi. Tuulen nopeuden erot avomeren, rannikon ja sisämaan välillä pienenevät tuulivoimalan napakorkeuden kasvaessa. Tuulivoimaloiden korkeuden kasvu onkin mahdollistanut tuulivoiman rakentamisen aiemmin tuulioloiltaan kannattamattomille paikoille. Suomen rannikkoalueilla maaston epähomogeenisuus tekee tuulen mallinnuksesta vaikeaa.
Varsinkin Suomessa tuulivoimalan suunnittelussa on otettava huomioon jään kertyminen lapoihin ja muihin rakenteisiin, mitä voidaan ehkäistä pinnoitemateriaaleilla, tai lapoihin asennetuilla lämpövastuksilla. Suunnittelussa tulee huomioida myös sijoituspaikkaan liittyvä tuulen turbulenssi. Suurin Suomessa mitattu 10 minuutin keskituulen nopeus on 31 m/s. Suurimmat maksimituulet puhaltavat rannikkoalueilla ja tuntureilla.
Tuulivoiman taloudellinen kannattavuuteen liittyy oikean tekniikan ja sijoituspaikan valinta. Esimerkiksi Rautaruukki Oyj on kehittänyt tuulivoiman kustannustehokkaaseen hyödyntämiseen tähtäävää korkean maston metallitekniikkaa.

Tuulivoiman kustannukset ja kustannusrakenne

Tuulivoiman kustannukset koostuvat karkeasti investointikustannuksista sekä käyttö- ja ylläpitokustannuksista. Käyttökustannusten muuttuvat kustannukset ovat tuulivoimalla pienet verrattuna esimerkiksi fossiilisiin energiantuotantomuotoihin, sillä tuulivoimalla polttoainekustannuksia ei ole lainkaan. Tuulivoiman käyttö- ja ylläpitokustannukset eivät juurikaan riipu tuotetun sähköenergian määrästä, vaan ovat vuosittain lähestulkoon samansuuruisia tuotannosta riippumatta. Vuotuiset käyttökustannukset ovat tyypillisesti noin 2-3 % investointikustannuksista, ja muodostuvat pääosin huolto-, korjaus-, vakuutus- ja hallinnointikustannuksista.  Tuulivoimaloiden käyttökustannukset kasvavat laitteiston ikääntyessä.
Tuulivoimahankkeiden investointikustannukset riippuvat itse tuuliturbiinien hinnasta, sekä tarvittavasta infrastruktuurista kuten tiestöstä, sähköverkkoliitynnästä ja voimaloiden perustuksista. Investointikustannukset laskevat suhteessa tuulisähkön tuotantoon tuulivoimahankkeen kasvaessa, sillä rakennusvaiheessa voidaan saavuttaa skaalaetuja. Suomessa maatuulivoiman investointikustannukset ovat vuonna 2018 arviolta noin 1 500 €/kW, kun taas merituulivoimalla 1 800 ja 2 250 €/kW:n välillä. Investointikustannus 2012–2015 syöttötariffin piiriin hyväksytyillä suomalaisilla voimaloilla oli keskimäärin 1 560–1 680 €/kW.  Kansainvälisen uusiutuvan energian organisaation IRENAn raportin mukaan alhaisimmat toteutuneet tuulivoiman investointikustannukset vuonna 2016 olivat Kiinassa ja Intiassa, joissa maatuulivoima-asennusten keskimääräiset kustannukset olivat 1 245 $/kW ja 1 121 $/kW. 
Tuulivoimalla tuotetun sähkön hinta riippuu kunkin hankkeen teknisistä ja taloudellisista reunaehdoista kuten tuuliolosuhteista, hankkeen rahoitustavasta ja investointien takaisinmaksuaikataulusta. 
Merituulivoimaloiden koot ovat kasvaneet, mikä parantaa merituulivoiman kilpailukykyä suhteessa perinteisempään maalle rakennettuun tuulivoimaan. Vuoden 2025 jälkeen merituulivoimalat tuottavat edullisempaa sähköä kuin maalle rakennetut tuulivoimalat.
Tuulivoimalan käyttö- ja ylläpitokulujen arvioidaan tyypillisesti olevan 1,2–1,5 snt/kWh maalla. Keskimäärin Euroopassa tuulivoimalla tuotetun energian kustannukset ovat olleet vuonna 2009 noin 7  snt/kWh, ja tuotantokustannukset ovat vaihdelleet vähäntuulisilla alueilla 7–10  snt/kWh. Keskimääräinen tuotantokustannus 2015 mennessä Suomen syöttötariffijärjestelmään hyväksytyillä tuulivoimaloilla oli vuosina 2012-2015 noin 6-7 snt/kWh. Halvimman tuulivoimalan tuotantokustannus tuolla aikavälillä oli noin 4,5 snt/kWh. 
Lappeenrannan Teknillisen Yliopiston syksyllä 2017 julkaiseman sähköntuotannon hintavertailun mukaan tuulivoima on ensimmäistä kertaa edullisin sähkön tuotantotapa Suomessa. Tutkimuksessa alin maatuulivoimalla tuotetun sähkön omakustannushinta ottamatta huomioon vaihtelevan tuotannon mahdollisia lisäkustannuksia systeemitasolla oli 4,14 snt/kWh.  
Norjalainen teollsuusyritys Norsk Hydro on solminut 29 vuoden sähkön ostosopimuksen tuulipuiston sähköntuotannosta vuonna 2018. Tämä on pisin siihenastinen ostosopimus maailmassa.

Ulkoiskustannukset

Euroopan komission teettämän selvityksen mukaan tuulivoiman ulkoiskustannukset, eli yhteiskunnalle ja ympäristölle aiheutetut ylimääräiset kustannukset, ovat eri energiamuodoista halvimmat, 0,05–0,25 snt/kWh.  
Tuuliturbiinit ja varsinkin laajat tuulipuistot aiheuttavat toimintavaikeuksia tutkajärjestelmille, sotilaalliselle tutkailmavalvonnalle ja säätutkille. Siksi tutkajärjestelmiä on parannettava tuulipuistojen vaikutusalueella, mistä aiheutuu suuria kustannuksia. Aiheuttaja maksaa periaatteen vuoksi, mikä lisää tuulivoiman investointikuluja. Asiaa helpotetaan tuulipuistojen ja tutka-asemien paremmalla keskinäisellä sijoittelulla, jota voidaan mallintaa tietokoneella.

Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen

Tuulivoimalla yritetään vähentää hiilidioksidipäästöjä. Vuonna 2005 julkaistun saksalaisen tutkimuksen mukaan hiilidioksiditonnin vähentäminen korvaamalla fossiilisia polttoaineita tuulivoimalla maksaa 41–77 euroa. Yksi MWh sähköä hiilellä tuotettuna aiheuttaa noin yhden tonnin hiilidioksidipäästöt. Tuulivoimatuottajan E.onin julkaiseman tutkimuksen mukaan tuulivoima voi huonosti korvata perinteistä voimantuotantoa. Vuoden 2004 Saksan tuulivoimakapasiteetilla pystyttiin korvaamaan 8 % kapasiteetistaan. Prosenttiosuus laskee, kun kapasiteetti nousee. Vuoteen 2020 ennustettu 48 GW:n tuulivoimakapasiteetti pystyisi korvaamaan 2 GW hiili- tai ydinvoimaa (4 %). Viime vuosina Euroopassa on todettu tuulivoimaa eniten lisänneiden maiden kasvattaneen myös eniten hiilidioksidipäästöjä. Tämä johtuu voimakkaasta hiilivoimaloiden lisäämisestä tuulivoiman tuotanto-ongelmien rinnalla.

Käyttöikä

Tuulivoimalan käyttöiästä on esitetty erilaisia näkemyksiä. Tuulivoimateollisuuden vallitseva yleinen käsitys käyttöiästä on vakiintunut 20–30 vuoteen. Kaupallista tuulivoimalainvestointia tehtäessä lähdetään yleensä siitä, että laitoksen tulee pystyä maksamaan investointi takaisin 20 vuodessa.     
Teollisissa tuulivoimaloissa vasta harvat turbiinit ovat saavuttaneet 20 vuoden iän, ja nekin ovat olleet tyypillisesti pienempiä kuin nykyisin rakennettavat laitteet. Tanskassa yli 15-vuotiaita tuuliturbiineja oli vuonna 2013 1 664 kappaletta, joista 131 oli 23-vuotiaita. Vuoteen 2013 mennessä Tanskassa purettujen tuuliturbiinien keski-ikä oli noin 17 vuotta.

Tuulivoiman edistäminen

Tuulivoiman käyttöönottoa edistetään syöttötariffeilla, sertifikaateilla, sujuvilla lupaprosesseilla ja sähköverkkoyhteyksillä. Myös vapaaehtoisia ympäristömerkkejä, kuten Suomen luonnonsuojeluliiton Ekoenergia-merkki, on perustettu tukemaan tuulivoiman ja muun uusiutuvan käyttöönottoa. Ekoenergia-merkki asettaa myös kestävyyskriteerejä hyväksymälleen tuulivoimatuotannolle. Ekoenergia-merkin mukaista sähkösopimusta suosittelevat Suomen luonnonsuojeluliitto, Greenpeace sekä WWF. Suomessa tuulivoimala voi saada tukea 105,3 euroa/MWh, mutta syöttötariffin taso ei kuitenkaan vielä riitä avomerituulipuistojen rakentamiseen.
Uusiutuvana energiana tuulivoimaa yleensä tuetaan valtion taholta. Tuulivoiman edistämiseen sisältyy yleensä investointitukea, 20–30 vuoden takuuhinta tuotetusta sähköstä, valtion kustantamat verkkoyhteydet tai erilaisia verohelpotuksia. Yleisiä ovat myös erilaiset vihreät sertifikaatit. Syöttötariffilla tuetun energiantuotannon vaikutusta kuluttajien maksamaan laskuun on vaikea arvioida, koska kapasiteetin lisäys laskee sähkön hintaa markkinoilla ja tariffi kasvattaa kuluttajien maksamaa hintaa. Kreikka on EWEA:n mukaan esimerkki maasta, jossa pelkkä takuuhinta ei ole riittänyt tuulivoiman lisäämiseen. Ruotsissa vihreän sertifikaatin pidennys 20 vuodeksi on lisännyt tuulivoimainvestointeja. Suomessa sähköverkkoon liitettävä voimala voi saada Kauppa- ja teollisuusministeriön investointitukea 20–35 % rakennuskustannuksista ja tuottajalle palautetaan sähkövero.

Tuet

Valtion taloudellisen tutkimuskeskuksen tutkijoiden mukaan tuulisähkön tukeminen menee osittain hukkaan, jos tavoitteena on edistää siirtymistä puhtaampaan teknologiaan. Tätä tavoitetta olisi parempi edistää innovaatiotuilla. Sen sijaan päästöjen vähentämistä voidaan edistää mahdollisimman edullisesti toimivalla päästökaupalla: se ohjaa vähentämään päästöt kaikkein edullisimmin keinoin. Tämä on saanut myös kansainväliset pankit innostumaan hiilidioksidipäästöjen alentamisesta koska kaikki päästökaupan raha kiertää niiden kautta. Uusiutuvan energian tuet eivät lainkaan vähennä päästökauppasektorin päästöjä, koska ne eivät vähennä päästöoikeuksien kokonaismäärää vaan tekevät muille halvemmaksi ostaa päästöoikeuksia. 
Vuonna 2011 otettiin Suomessa käyttöön tuulivoimalla tuotetun sähkön takuuhinta, jossa tuottajalle taattiin 12 vuoden ajaksi 85 euroa/MWh ja nopealle investoijalle lisäksi enintään kolmen vuoden ajan lisäbonus, joka korotti takuuhinnan yhteensä 105,3 euroon/MWh. Tavoite oli kasvattaa Suomen tuulivoimakapasiteetti vuoteen 2020 mennessä aina 2 500 megawattiin.
Syyskuussa 2015 työ- ja elinkeinoministeriö tiedotti, että vaikka Suomen syöttötariffijärjestelmällä oli ollut tuulivoimahankkeiden kehittämiseen ja tuulivoimaloiden investointiin selvä kannustava ja käynnistävä vaikutus, sen hetkistä järjestelmää ei enää voitu pitää riittävän kustannustehokkaana ja markkinaehtoisena kannustinjärjestelmänä. Sähkön markkinahinta megawattitunnilta oli tuolloin 2. vuosineljänneksellä ollut vain 25,83 euroa verrattuna alkuvuoden 32,10 euroon ja 2011 syksyn noin 40 euroon.

Työllisyys

Vuonna 2008 laskettiin että tuulivoima työllisti EU:ssa suoraan 108 600 henkeä, joista 38 000 saksalaista, 17 000 tanskalaista ja 20 500 espanjalaista. Vuonna 2010 tuulivoiman työllisti EWEA:n mukaan 135 863 ihmistä, eli noin 25 % enemmän kuin vuonna 2007. Yhdysvalloissa uusiutuvat energiamuodot toivat kaikkiaan 450 000 työpaikkaa vuonna 2007. Tuulivoiman työllistävyys on keskiarvoltaan esimerkiksi Tanskassa 3 henkeä/MW. Vuoden 2020 EU-ennuste on 153 400 tuotantoon, 27 400 asennuksiin ja 16 100 ylläpitoon plus viennin osuus.
Suomessa tuulivoimalat työllistävät paikallisia ihmisiä esimerkiksi maansiirto- ja metsänraivaustyöhön. Rakennusyhtiöitä käytetään perustuksia tehtäessä. Itse tuulivoimaloiden pystyttämisestä vastaa usein ulkomainen tuulivoimalan valmistaja. Käytön aikana tuulivoima työllistää käyttöhenkilökuntaa arviolta kaksi työntekijää 10–20 voimalayksikköä kohden.

Tuotantokapasiteetti

Tuulivoimalaitosten tuotantoa voidaan tarkastella ns. huipunkäyttöajan avulla, joka lasketaan jakamalla vuosituotanto nimellisteholla. Koska tuuliolosuhteista riippuen tuulivoimala tuottaa sähköä eri tehoilla, huipunkäyttöaika kertoo kuinka monta tuntia tuulivoimalan pitäisi toimia nimellistehollaan, jotta toteutunut vuosituotanto täyttyy. Usein tuulivoimalan tuotantoa tarkastellaan myös kapasiteettikertoimen avulla. Kapasiteettikerroin on huipunkäyttöajan prosentuaalinen esitys ja saadaan jakamalla huipunkäyttöaika vuoden kaikilla tunneilla. Euroopassa tuulivoimaloiden kapasiteettikerroin on usein 23 %, jolloin 1 MW tuulivoimaa tuottaa tuulisähköä 2 000 MWh/vuosi. Stanfordin yliopiston tutkijoiden mukaan vähintään viidesosa maailman tuulivoimapotentiaalista riittää koko maailman sähkönkulutukseen.
Yhdysvalloissa tuotiin tammikuussa 2015 esille se, että paremmista tuulioloista johtuen maa tuotti vuonna 2013 enemmän sähköä (167 mrd. kWh) kuin Kiina (138 mrd. kWh), vaikka Kiinassa oli asennettua tuulivoimalakapasiteettia noin 1,5 kertaisesti Yhdysvaltoihin verrattuna. Kiinan tavoitteena on rakentaa jopa 150 GW uutta tuulivoimakapasiteettiä vuoden 2017 loppuun mennessä. Yhdysvallat pyrkii rakentamaan samassa ajassa vajaa kymmenesosan tästä lisäkapasiteetista.  Mikäli esitetyt suunnitelmat toteutuvat ja uusien tuulivoimaloiden kapasiteettikerroin pysyy ennallaan vuoden 2013 oloihin nähden, Kiina nousee vuoden 2017 loppuun mennessä tuotantomäärissä maailman johtavaksi tuulienergian tuottajamaaksi Yhdysvaltojen ohi.

Säätövoiman tarve

Tuulivoima tarvitsee rinnalleen säätövoimaa, joka on nopeasti syttyvää ja helposti säädettävissä. Parhaiten tähän soveltuu lämpövoimaloista hiili- ja kaasuvoimalat. Tuulivoimaa kasvattaessa myös säätövoiman tarve kasvaa tuulivoiman huonon tuotantoennustettavuuden takia. Euroopassa esimerkiksi Saksa on rakentanut massiivisesti lisää hiilivoimaa tuulivoiman rinnalle.Saksassa tuulivoiman rakentaminen on nostanut sähkönhintaa voimakkaasti ylöspäin. Tanskassa tuulivoiman tuotannon vaihtelut kompensoidaan Ruotsalaisella ja Norjalaisella pumppuvoimalla, joka toimii helpon säädettävyytensä ansiosta alueen energiavarastona. Tuulisella säällä Tanska myy halvalla sähkön ylijäämän naapurimaihin, joissa sillä pumpataan vettä takaisin voimaloiden altaisiin. 
Skotlannissa tuulivoimaloille on jopa maksettu että voimalat sammutetaan yöksi jolloin sähkön kulutus on pientä.

Tuulisuus vaihtelee vuorokauden, vuodenaikojen ja säärintamien mukaan. Sähköntuotanto talven kulutushuipun aikaan 21 vuoden keskiarvona (1993–2014) kertoo, että koko tuulisähkönnimellistehosta on tuona aikana ollut käytössä 20 %. Kymmenen vuoden keskiarvo (2004–2014) tuulivoiman tuotannosta kulutushuipun aikaan on 23 % nimellistehosta, eli lähes saman verran kuin keskimääräinen kapasiteettikerroin Suomessa.
Energia-alan konsulttiyrityksen Energiakolmion mukaan Tanskassa ja Ruotsissa tehdyssä seurantatutkimuksessa selvisi, että alueellinen laajentaminen ei poista säätövoiman tarvetta, ”Jos ei tuule Tanskassa, ei tuule Ruotsissakaan” kertoo tutkimus .
Alle 20 %:n energiantuotanto-osuudella tuulivoima ei merkittävästi lisää säätövoiman tarvetta. Useiden eri maiden kokemusten ja mallilaskelmien perusteella tuulivoiman vaatima säätötarve on 15 % asennetusta tuulivoimakapasiteetista, kun tuulivoimalla tuotetaan 5−10 % sähköstä. Vaihtelua tasoitetaan tavallisesti vesivoimalla tai lauhdetuotannolla. Jos tuulivoiman osuus nousee 20 %:sta vielä merkittävästi, niin tuulivoimatuotantoa täytyy tasoittaa lisätoimenpiteillä. Näitä ovat esimerkiksi sähköverkkoyhteyksien lisääminen naapurimaihin, kulutuksen jousto tai säätökapasiteetin käyttö.
Suomen kantaverkkoyhtiö Fingrid ilmoitti syksyllä 2008 varautuvansa liittämään 2 000 MW tuulivoimakapasiteetin kantaverkkoon. Fingridin mukaan käyttövarmuuden näkökulmasta yhden tunnin sisällä tapahtuva tuulivaihtelu aiheuttaa tehonmuutoksen, joka on arviolta neljänneksen tuulivoiman kokonaistehosta. Näin ollen 2 000 MW tuulivoimaa edellyttää varautumista 500 MW tehomuutoksiin.
Tanskan länsiosassa tuulivoiman normaalivaihtelu energiantuotannossa on ollut 1 600–200 MW, mutta äärimmillään on havaittu tuulivoiman vaihdelleen 2 200–100 MW kymmenen tunnin sisällä. Tuulivoimakapasiteetin jatkuva ennalta ennustamattomuus asettaa haasteita säätövoiman riittävyydelle, suurimmillaan 600 MW vaihtelu tuulivoimakapasiteetissa yhdessä tunnissa.
Suurimmissa tuulivoimankäyttäjämaissa, Espanjassa, Saksassa ja Tanskassa, tuulivoiman hetkellinen tuotanto on ollut yli 30–40 % kyseisen maan sähkönkulutuksesta useita kertoja vuodessa. Sähköverkko on kuitenkin kestänyt tämän ennustusmenetelmien sekä verkkojen hyvän rakenteen että tehon tuotannon ja kulutuksen ohjauksen kautta. Pohjoismaiden sähkömarkkinoilla tuulivoima lisää säätötarvetta noin 2 % kapasiteetista, kun tuulivoiman osuus kulutuksesta on 10 %.
Tuulivoimaloihin on myös saatavilla akusto tasoittamaan sähköntuotannon vaihteluita tuulen voimakkuuden muuttuessa.  Mutta akustot ovat niin pieniä, että vain yhden tunnin sopimuksen mukainen tuotanto voidaan varmistaa.

Hajautettu tuotanto

Hajautetuilla energiajärjestelmillä tarkoitetaan paikallisia pienten kokoluokkien sähkön-, lämmön- ja kylmäntuotannon laitoksia ja niihin liittyviä palveluita. Yhteisiä tekijöitä hajautetulle tuotannolle on pieni kokoluokka ja sijainti kulutuspisteen yhteydessä.
Tuulivoima soveltuu hajautettuun energiantuotantoon. Sähköä voidaan tuottaa myös pientuulivoimaloilla itse kulutuspaikoilla: maatiloilla, taloyhtiöissä, omakotitaloissa ja kesämökeillä. Sähköä voi tuottaa omavaraisesti mutta ei sähköverkkoon, koska Suomen laki kieltää yksityisiä myymästä sähköä sähköverkkoon, minkä vuoksi pienemmät, omakotitaloihin soveltuvat tuulimyllyt, tarvitsevat myös akun ja taloautomaation, mikä lisää hintaa. Tuulivoimaa käytetään pienimuotoisesti esimerkiksi merkkivaloihin, havaintoasemiin ja viestiasemien radioiden akkujen lataamiseen ja aurinkovoiman täydennyksenä.
Hajautettuun energiantuotantoon liittyy myös haasteita. Tuulivoimalaitoksen kytkeminen valtakunnalliseen sähköverkkoon edellyttää teknisiä ratkaisuja, joilla voidaan estää tuulivoimalan epätasaisen tuotannon mahdollisesti aiheuttamat häiriöt. Järjestelmävaikutusten arviointia tekee VTT TEKESin rahoittamassa DENSY -hankkeessa.

Ympäristövaikutukset

Tuulivoima lasketaan uusiutuviin luonnonvaroihin. Tuulisähkön tuotannossa ei synny hiilidioksidi- eikä muitakaan aineellisia päästöjä, kuten rikkiä, typpeä tai pienhiukkasia. Ympäristövaikutusten arviointiin sisältyy ääni-, eliöstö-, maankäyttö- tai maisemavaikutukset. Jos tuulivoimalan ääni koetaan häiritseväksi, kyseessä on meluhaitta. Lapojen pyöriminen voi aiheuttaa välkkymistä ja heijastukset ja varjot voivat näkyä kauas, mikä voidaan myös kokea häiritsevänä. Tuulivoimalaitteistojen valmistaminen aiheuttaa suurimman ympäristövaikutuksen voimalan elinkaaren aikana. Valmistusmateriaaleista teräs on helposti kierrätettävää. Lasikuitu- ja komposiittiosien kierrätystä ei toistaiseksi ole järjestetty.

Melu

Tuulivoimalaitosten käyntiääni koostuu lapojen aerodynaamisesta äänestä sekä sähköntuotantokoneiston yksittäisten osien äänistä (mm. vaihteisto, generaattori sekä jäähdytysjärjestelmät). Aerodynaaminen ääni on näistä hallitsevin lapojen koon ja jaksollisen äänen vuoksi. Doppler-ilmiön vaikutuksesta aerodynaamisen äänen taso vaihtelee lavan pyörimisnopeuden mukaan. Lavan ohittaessa maston se synnyttää kaksi erillistä ääntä. Toinen on lavan liikkeestä syntyvä ja mastosta heijastuva aerodynaaminen ääni, toinen syntyy lavan ja tornin väliin jäävän ilmakerroksen puristuessa kokoon. Voimaloiden tuottamaan äänen voimakkuuteen ja sen etenemiseen vaikuttavat monet tekijät, kuten voimalatyyppi, tuulen voimakkuus ja suunta sekä maaston muoto ja kasvillisuus.
Tuulivoimamelun luonne poikkeaa tyypillisestä teollisuusmelusta ja kyselyissä se saatetaan kokea häiritsevämpänä kuin esimerkiksi tieliikennemelu. Äänen koettuun häiritsevyyteen vaikuttaa merkittävästi hyötyykö yksilö tuulivoimalasta ja onko tuulivoimalaan suora näköyhteys. Myös tuulivoimaan kohdistuvan negatiivisen asenteen on todettu vaikuttavan tuulivoimamelun häiritsevyyteen. Tutkimusten mukaan noin 10 % väestöstä kokee tuulivoimalan aiheuttaman melun häiritseväksi sisätiloissa, kun sen A-painotettu äänentaso ylittää 40 dB(A) asunnon ulkopuolella.
Äänitaso on yhteydessä melun häiritsevyyteen, mutta yksilölliset erot ovat kokemuksen suhteen suuria. Selkeää yhteyttä unenlaadun ja tuulivoimaloiden äänentason välillä ei Työterveyslaitoksen 2014 tarkastelemien kansainvälisten tutkimusten mukaan löydetty. Siihen saakka tehdyissä infraäänen vaikutuksia koskevissa tutkimuksissa oli todettu, että vasta kuulokynnyksen ylittävällä infraäänellä olisi suoria terveysvaikutuksia. Huoli terveysvaikutuksista voi kuitenkin tuottaa ja lisätä oirekokemuksia. Melun terveysvaikutusten pelko itsessään aiheuttaa muutoksia terveyteen nosebo -lumevaikutuksen kautta. 
Työ- ja elinkeinoministeriön vuonna 2017 teettämän tutkimuksen  mukaan tuulivoimaloiden infraääni on voimaloiden läheisyydessä pienempi tai verrattavissa kaupunkikeskustojen infraäänitasoon, eikä ole tieteellistä näyttöä, että infraäänet aiheuttaisivat terveyshaittoja tällaisissa ympäristöissä. Väestötutkimuksissa oireilun ei ole havaittu olevan yleisempää tuulivoimaloiden läheisyydessä.

Melun vaimennusmahdollisuudet

Generaattorikoneiston ja vaihteiston vaimennus perustuu pitkälti laitteiden kotelointiin sekä käyntivärähtelyn vaimentamiseen erottamalla laitteen kiinnityspinta mastorungosta. Vaihteiston vaimennuksessa voidaan lisäksi suunnitteluvaiheessa optimoida hammasvälit vaihteistotaajuuden muuttamiseksi. Tuulivoimaloita voidaan ajaa tarvittaessa myös niin sanotusti hiljennettynä, jolloin voimaloiden tehoa alennetaan.

Lintu- ja lepakkokuolemat

Yksi tuulivoiman ympäristövaikutuksista on lintujen ja lepakoiden kuolettavat törmäykset tuulivoimaloiden pyöriviin lapoihin.
AWEA:n mukaan USA:ssa lintuja kuolee 3–5 turbiinia kohti vuodessa. Suomessa vastaava luku on noin 1–1,5. Tätä voi verrata esimerkiksi sähköverkon aiheuttamiin lintukuolemiin Suomessa (200 000 lintua vuodessa) tai puhelin- ja televisiomastojen aiheuttamiin törmäyksiin (100 000 lintua vuodessa). Lintukuolemat riippuvat alueen linnustosta ja niihin on mahdollista vaikuttaa tuulivoiman sijoittelulla.  
Myös  lepakoita kuolee tuulivoimaloihin Euroopan unionin ja Pohjois-Amerikan alueella. Lepakot osaavat väistää turbiineja, kun ne eivät ole toiminnassa, mutta liikkuvia siipiä eivät niinkään. Törmäysten lisäksi tuulivoimalan liikkuvan siiven aiheuttama ilmanpaineen muutos saattaa aiheuttaa lähellä lentävälle lepakolle vammoja. Appalakkien vuoristossa Yhdysvaltojen itärannikolla suoritettujen tutkimusten mukaan tuulipuistot ovat suurempi uhka alueen paikallisille ja pienempinä ryhminä viihtyville lajeille. Laajemmilla alueilla elävät lajit saavat helpommin lisäyksiä riveihinsä tuulipuistovapailta alueilta. Suomessa lepakoiden törmäykset tuulivoimaloihin ovat verrattain harvinaisia. 
Työ- ja elinkeinoministeriön tutkimuksessa tuulivoimaloiden linnusto- ja lepakkovaikutuksista vuodelta 2017 tultiin johtopäätökseen, että Suomeen suunnitellun määrän tuulivoimaloita ei katsota merkittävästi vaikuttamaan linnustoon tai lepakoihin.

Ympäristöjärjestöjen kanta tuulivoiman haittoihin

Suomen luonnonsuojeluliiton Ekoenergia-merkki on asettanut tuulivoiman sijoittamiselle kriteerejä. Niiden mukaan tuulivoima ei saa sijoittua tärkeille maisema-, linnusto-, kulttuuriperintö-, tai luonnonsuojelualueille. Tällaisiksi alueiksi järjestö laskee Luonnonsuojelulain mukaiset luonnonsuojelualueet, luonnonsuojeluohjelmiin kuuluvat kohteet, Natura 2000 -alueet, erämaa-alueet, kaavojen suojelualuevaraukset, Luonnonsuojelulain mukaiset maisema-alueet, Kansallismaisema-teoksessa mainitut maisema-alueet, Unescon maailmanperintökohteet, valtakunnallisesti merkittävät kulttuurihistorialliset ympäristöt sekä FINIBA-linnustoalueet.
Lintujärjestö BirdLife Suomen mukaan tuulivoimaloiden karttamista ruokailussa tai yöpymispaikkojen valinnassa ovat osoittaneet erityisesti vesi- ja kosteikkolinnut mm. Suomessa runsaat sinisorsa, tukka- ja punasotka, telkkä, kapustarinta, kuovi, nokikana, töyhtöhyyppä ja harmaalokki. Järjestö pitää tärkeänä, että tuulivoimaloiden sijaintia valitessa huomioidaan seuraavia tekijöitä: suurien pesimäyhdyskuntien tai tärkeiden ruokailu- tai levähdyspaikkojen läheisyys, lintujen muuttoreittein sijainti suhteessa voimaloihin, lintujen esiintymisen vuodenaikaisvaihtelu ja meri- tai maakotkien yleisyys alueella.

Energeettinen takaisinmaksuaika

Tuulivoimalavalmistaja Vestaksen mukaan voimalan valmistuksen energiamäärä saatiin tuulivoimalla takaisin 8 kuukaudessa 1990-luvulla. 2000-luvun alussa tuotantoaika oli 3 kuukautta.

Kritiikki

Amerikkalaisen National Wind Watch -yhdistyksen mukaan suuren mittakaavan tuulivoimatuotannon etuja liioitellaan ja haittoja vähätellään. Yhdistyksen mukaan tuulivoiman merkittäviin haittapuoliin paikallisille yhteisölle lukeutuvat tuulivoimaloiden suuri koko, väistämätön melu, valoilmiöt sekä näistä johtuvat elämänlaadun ja jopa terveyden vaarantuminen. Yhdistys listaa tuulivoimasta aiheutuviksi oireiksi mm. unettomuuden, päänsäryn, tinnituksen, korvien paineen, huimauksen, näön hämärtymisen, sydänongelmat, paniikkikohtaukset ja keskittymisongelmat. Ongelmien todetaan olevan merkityksellisiä alle 2 km:n etäisyydellä suurista tuulivoimaloista. Yhdistys on myös huolestunut tuulivoimaloiden ja niiden infastruktuurin linnuille, lepakoille, hyönteisille ja muille villieläimille aiheuttamista haitoista.
Näitä tuulivoimasta aiheutuvia oireita on tituleerattu tuuliturbiinisyndroomaksi (Wind Turbine Syndrome) pääosin epätieteellisissä ja kyseenalaisissa tutkimuksissa, joita ei ole julkaistu vertaisarvioiduissa tieteellisissä lehdissä. Oireyhtymää ei tunneta missään lääketieteen tautiluokituksissa.
Tanskan, Saksan ja Espanjan vuosien kokemuksenkaan perusteella ei yhdistyksen mukaan ole pystytty osoittamaan, että tuulivoima vähentäisi fossiilisten polttoaineiden ja ydinvoiman käyttöä. Saksassa uusiutuvien tuuli- ja aurinkoenergian  tuki oli vuonna 2013 19,4 miljardia euroa, jonka seurauksena sähkön hinta nousi pilviin.
Tanskalaisen liberalistisen, valtion tukia vastustavan CEPOS -think-thankin mukaan Tanskassa on Euroopan kallein sähkön hinta ja bruttokansantuote on tuulivoimalle maksettavista tuista johtuen 270 miljoonaa dollaria alhaisempi kuin se olisi, jos tuulivoimateollisuuden työvoima työskentelisi muilla aloilla.