Parasiitenergia kodumajapidamistes (koostöös Talveakadeemiaga)

Artikli autor on Jaan Niitsoo, kes õpib Tallinna Tehnikaülikooli Energeetikateaduskonnas doktorantuuris. Jaan jõudis parimate hulka 2012. aasta Talvakadeemia teadusartiklite konkursil. 

Proloog. Juttu tuleb kodumajapidamistes kasutusel olevate seadmete energiatarbest. Mõõtmine sai ettevõetud autori doktoritöö raames, kuid ei ole sellega otseselt seotud. Väljatoodud tulemused on lihtsalt töö lisandväärtus.

Teadaolevalt on kodumajapidamistes küllaltki suur hulk seadmeid, mis tarbivad energiat ka väljalülitatud olekus. Teostatud mõõtmistega tuvastamise selle energia hulga ning nägime, et aktiivvõimsuse kõrval kasutavad seadmed ka reaktiivvõimsust, mis ei ole seni antud teemas väga laia kajastust leidnud. Mõõdetud võimsuste alusel arutletakse tekstis kogu energiatarbimise üle ja leitakse mõningased arvud, kui palju see soovimatu energia maksab.

Kodumajapidamistes kasutatavate elektroonikaseadmete hulk on viimastel kümnenditel drastiliselt kasvanud. Enamik nendest seadmetest säilitavad teatud funktsionaalsuse ka pärast väljalülitamist. Paarkümmend aastat tagasi oli seadmetel tavaliselt lüliti, mille abil sai selle lihtsalt vooluvõrgust eemaldada. Tänapäeval on see asendunud kaugjuhtimisega, mis vajab mõningast toidet ja seepärast seadet võrgust ei eraldata (Rayabhari, 2003).

Väga paljud kodumajapidamise seadmed tarbivad elektrit ka pärast nende väljalülitamist ning osadel puudub üldse väljalülitamise võimalus ning energiat tarbitakse ka siis, kui nad ei täida oma otsest tööülesannet. Kasutatud energiat, mis kulub siis, kui seadmed ei täida oma esmast eesmärki, kutsutakse ooteloleku energiaks või parasiitenergiaks (Meier, et al., 2002). Probleemi märgati juba kümmekond aastat tagasi ning sellest ajast saati on ootelolekus energiat tarbivaid seadmeid ainult juurde tulnud.

Kuigi seadmete ooteloleku võimsused on väikesed, siis on nad kogu aeg ühendatud. Lõppkokkuvõttes on nende tarbitud energia seetõttu vägagi märgatav. Parasiidset tarbimist võib kohata igal pool, kus on seadmed, millel on näiteks digitaalne ekraan ja mis on ühendatud võrku läbi adapteri ning mida on võimalik kaugjuhtimise teel lülitada.
Mõõtmistulemused. Kõikide töörežiimide korral mõõdeti nii aktiiv-, reaktiiv-, kui näivvõimsust. Ülevaatlikkuse mõttes neljaks jagatud töörežiimide kirjeldused on toodud allolevas tabelis (Tabel 1). Kõikide mõõdetud seadmete nimetused on toodud tabelis (Tabel 2).

Tabel 1 Erinevate režiimide seletused (25.10.2011)
Tabel 2 Mõõdetud seadmed ja nende võimsused tööolukorras (25.10.2011)


Seadmed, mida oli võimalik lülitada ooterežiimi, oli mõõdetavas majapidamises kokku mõõdetud 14st aparaadist kümme. Nende aktiivvõimsuse tarbimine vattides on toodud diagrammil (Joonis 1).

Nagu diagrammilt näha, siis võivad sarnaste aparaatide ooteloleku aktiivvõimsused varieeruda väga suurtes vahemikes. Nimelt on kolme kineskoopteleka vastavad näitajad 12,7 W; 3,3 W; 3,0 W. Üks kineskooptelekas osutus kõikidest mõõdetud seadmetest kõige suuremaks aktiivenergia tarbijaks, samas teised kaks mõõdetud telekat jäid pigem võrdluse teise otsa. Kõige vähem kulutas ooterežiimis energiat kuvar (0,5 W).

Joonis 1 Ootel olevate seadmete aktiivvõimsus vattides (25.10.2011)

Aktiivenergia kõrval tarbivad seadmed tihtipeale reaktiivenergiat. Diagrammil (Joonis 2) on toodud mõõdetud kümne aparaadi reaktiivvõimsused ootelolekus.

Joonis 2 Ootel olevate seadmete reaktiivvõimsus varrides (25.10.2011)

Graafikutelt on selgelt näha, et reaktiivvõimsuse tarbimine on korreleeritud aktiivvõimsuse tarbimisega, ehk mida suurem on aktiivvõimsus, seda suurem on ka reaktiivvõimsus. Tähele tuleb panna, et mõõdetud reaktiivvõimsused olid nii mahtuvuslikud kui ka induktiivsed. Toodud diagrammidel on kõik väärtused absoluutarvudes. Kõige suurem reaktiivvõimsus oli kineskooptelekal (18,9 VAr) ja kõige väiksem telefonil (3,1 VAr).

Ootel olevate seadmete kogu aktiivvõimsus oli 56,5 W, mis tähendab, et kui mõõdetud seadmed võimaluse korral viia ooterežiimi ja ülejäänud vooluvõrgust eraldada, siis säilib ikkagi algsest võimsusest 16,3%.

Reaktiivvõimsust tarbisid võrgust ootelolevatest seadmetest ainult õhupuhasti, üks kineskooptelekas ja telefoni laadija. Kõik ülejäänud seadmed andsid reaktiivenergiat võrku tagasi. Ootel olevate seadmete kogu võrku tagasiantav reaktiivvõimsus oli 67,4 VAr, mis oli 49,5% seadmete summaarsest tööoleku reaktiivvõimsusest.

Tavaliselt on võimalik seadmeid välja lülitada, mis eeldaks tavaarusaamas võrgust energia tarbimise lõpetamist, kuid paljudel seadmetel see nii ei ole. Kõigist mõõdetud 14st seadmest sai välja lülitada vaid seitset aparaati.

Väljalülitatud seadmete aktiivvõimsused on toodud alloleval diagrammil (Joonis 3). Kõige suurem aktiivvõimsus selles olekus oli printeril (6,1 W) ja kõige väiksem mobiililaadijal (0,2 W). Väljalülitatud seadmete kogu aktiivvõimsuseks jäi 18,2 W, mis on 5,3% mõõdetud seadmete tööoleku võimsusest.

Joonis 3 Väljalülitatud seadmete aktiivvõimsus vattides (25.10.2011)

Väljalülitatud seadmete reaktiivvõimsused on toodud alloleval diagrammil (Joonis 4). Suurim reaktiivvõimsus oli selles olekus sülearvutil (16,6 VAr) ja kõige väiksem mobiililaadijal (0,7 VAr).

Joonis 4 Väljalülitatud seadmete reaktiivõimsus varrides (25.10.2011)

Väljalülitatuna tarbisid kõigist seadmetest võrgust reaktiivenergiat ainult õhupuhasti, makk-raadio ja telefonilaadija. Summaarselt toimus reaktiivenergia võrku tagasiandmine. Väljalülitatud seadmete kogu võrku tagasiantav reaktiivenergia oli 18,5 VAr, mis oli 13,6% kõigi seadmete tööoleku summaarsest reaktiivvõimsusest.

Majanduslik hinnangVõttes keskmiseks parasiitvõimsuseks majapidamise kohta 50 W ja tehes üldistuse, et see võimsus on tarvitusel kogu aeg, teeb see ühes päevas valemi (1) järgi 1,2 kWh. Kuus 36 kWh ja aastas 432 kWh.

E=P*t (1)

kus E – energiahulk, P – aktiivvõimsus, t – aeg.

Eestis tarbiti 2010. aastal kodumajapidamistes kokku 2 023 GWh elektrienergiat (Eesti Statistikaamet, 2010). Sealjuures on Eesti Energia kodutarbijate arv on ligikaudu 470 000 (Eesti Energia, 2010). Tehes üldistuse, et kokku on kõikide kodutarbijate arv Eestis 500000, siis saab ühe keskmise majapidamise parasiitenergia ja majapidamiste arvu omavahel korrutades keskmiseks parasiitenergiakuluks 216 GWh. See on ligikaudu 10% kogu majapidamiste energiakulust.

Et teada saada, kui suur on parasiitenergia rahaline väärtus, tuleb saadud energiaväärtused korrutada valemi (2) järgi elektrienergia hinnaga. Arvutuste aluseks on võetud Eesti Energia „Kodu 1“ paketi põhitariif on 10,91 eurosenti/kWh (Eesti Energia, 2011).

C=E*p (2)

kus C – maksumus, E – energiahulk, p – hind.

See teeb ühe majapidamise keskmiseks kuluks 4 eurot kuus ning 47 eurot aastas. Kogu parasiitenergia maksumuseks Eestis teeb see 2 miljonit eurot kuus ja 24 miljonit eurot aastas.

Täpselt samasugune arvutuskäik on võimalik ka reaktiivenergia kohta. Praeguse seisuga kodutarbijad, kellel on alla 63-amprine peakaitse, reaktiivenergia tasu maksma ei pea. Oletades aga, et kõik tarbijad hakkavad praeguste hindadega (Tabel 3) siiski tasu maksma ja võrku tagasiantav reaktiivvõimsus igal ajahetkel ühe majapidamise kohta keskmiselt 75 VAr, siis oleksid vastavad numbrid järgmised:

  • ühe majapidamise energiakulu kuus 54 kVArh ja 0,52 eurot,
  • ühe majapidamise energiakulu aastas 648 kVArh ja 6,29 eurot,
  • kogu parasiitne reaktiivenergia kulu kuus 27 GVArh ja 0,26 miljonit eurot,

kogu parasiitne reaktiivenergia kulu aastas 324 GVArh ja 3,14 miljonit eurot.

Tabel 3 Reaktiivenergia hinnad (Eesti Energia, 2011)

Hoolimata sellest, et kõik seadmed on kodumajapidamises väljalülitatud, toimub siiski märgatav energiatarbimine. See võib elektriarvest moodustada küllaltki suure osakaalu, vahel isegi üle 10%.

Peale maksustatava aktiivenergia kasutavad seadmed ka hulganisti reaktiivenergiat, mille eest alla 63-amprise peakaitsmega kliendid veel maksma ei pea. Kodumajapidamiste seadmete parasiitne reaktiivvõimsus on isegi suurem kui aktiivvõimsus.

Pidev nähtamatu võrku ühendatud võimsus toob kaasa suuri kulusid. Praeguste elektrihindade juures aktiivenergia eest oleks see ligikaudu 24 miljonit eurot aastas ning lisaks teoreetiline kulu reaktiivenergia eest 3 miljonit eurot.

Parasiitenergiat vähendamiseks on kõige efektiivsem viis kõik seadmed pärast kasutamist vooluvõrgust eemaldada. Selle lihtsustamiseks peaks olema igal aparaadil võrgust eraldamist võimaldav lüliti. Samuti on vastuvõetud regulatsioone, mis nõuavad tootjatelt seadmete ooteloleku võimsuse vähendamist.

Terminoloogia

Aktiivvõimsus (P) on vahelduvvoolu võimsuse reaalosa, mis on muundatav mingiks teiseks energiavormiks (soojuseks, mehaaniliseks tööks, valguseks) või mida saab salvestada keemilise energiana. Mõõdetakse vattides (W), kilovattides (kW) või megavattides (MW).

Reaktiivvõimsus (Q) on vahelduvvoolu võimsuse imaginaarosa, mis ei tee tööd ja mida mõõdetakse varrides (VAr), kilovarrides (kVAr) või megavarrides (MVAr).

Näivvõimsus (S) on aktiiv- ja reaktiivvõimsuse geomeetriline summa. Mõõdetakse voltamprites (VA), kilovoltamprites (kVA) või megavoltamprites (MVA).

Mahtuvuslik reaktiivvõimsus on negatiivse märgiga ehk tarbija annab võimsust võrku tagasi.

Induktiivne reaktiivvõimsus on positiivse märgiga ehk tarbija tarbib võrgust võimsust.

Kasutatud kirjanduse loetelu

  1. Eesti Energia Elektri hinnad ja paketid [www.energia.ee]. – 2011. a..
  2. Eesti Energia Raamatupidamise aastaaruanne [www.energia.ee]. – Tallinn, 2010. a..
  3. Eesti Energia Reaktiivenergia hinnakiri [www.energia.ee]. – 2011. a..
  4. Eesti Statistikaamet KE03: Elektrienergia bilanss [www.stat.ee]. – Tallinn, 2010. a..
  5. Meier A. ja Rosen K. Leaking Electricity in Domestic Appliances. – Berkeley, US : University of California, 2002. a..
  6. Rayabhari M. Cutting Stand-By Power // Power Engineer. – [s.l.] : IET, 2003. a.. – 2 : Kd. 17.