Väike tagasivaade Talveakadeemia 2014 kõige ägedamale töötoale, kus Maarja Õunaste ja Jim õpetasid üsna lihtsate vahenditega endale off-the-grid energiaallikat ehitama. Maarja ja Jim’i tegemistest saad lugeda rohkem nt. Eco-Nomics’i nime kandvalt FB lehelt. Praegu on off-the-grid teema pigem suvilate värk, aga tulevikus… Innovaatorid ja utopistid on ju palju unistanud hajusast (ja taastuv-)energiatootmisest ning sellest tulenevast tõelisest energiajulgeolekust – mine sa tea, äkki on ka see tükike paremast homsest?
Mida sul vaja läheb, et päiksepaneele ehitada?
Jootekolvid
Vanu aknaid (koos klaasiga) – sobivad ka prügikasti kõrvalt leitud aknad;
fotoelemente (sobivad ka väikese praagiga tehase ülejäägid, neid saab 90 senti/tk tellida Saksamaalt – loe täpsemalt siit);
silikooni (liimimiseks ja QSIL216A ja QSIL216B vahekorras 1/10 elementide kaitsvaks katmiseks);
jootekolbi ja jooteribasid;
pehme otsaga spaatlit silikooni laiali määrimiseks (sobivad harilikud köögivahendid);
juhtmeid;
multimeetrit;
jootevedelikku (nt. jootevedeliku pastakat – saab igast ehituspoest);
isoleerteipi (juhul kui aknaraamil on metallosi);
niiskuseimajat (kingakarpides on sellised donotiiti pakikesed… )
Vooluvõrku ühendamiseks on vaja veel kraami – akusid, pingemuundureid jmt, sellest loe ka lähemalt siit.
Fotoelemendid Saksamaalt
Kuidas ehitada (suhteliselt) koduste vahenditegafotoelementidest päiksepaneeli?
Puhasta aknaklaasid
Kui vaja, kata aknaraamide metallservad isoleerteibiga
Jooda fotoelementide külge ca 31 cm pikkused jooteribad
Metallribade jootmine elementidele. NB! Fotoelemendid on väga rabedad! Kui mõni neist puruneb, või tekib teistest märgatavalt suurem pragu, siis tuleks see välja vahetada, sest jadamisi ühenduse puhul muudab keskmisest märkimisväärselt halvem element kogu süsteemi tootlikkust halvemaks.
Liimi fotoelemendid silikooniga klaasile
Jooda elemendid jooteribade abil kokku ja ühenda (jadamisi) vooluringi; kontrolli ampermeetriga voolutugevust (NB! +/- pooled peab õigesti ühendama, jooteribad tulevad ühe elemendi pealt, teise alaküljele!) Numbrite osas konsulteeri Eco-Nomics’i rahvaga (et mitu amprit peaks 10 paneeli andma jne – mul kahjuks pole kirjas).
Fotoelementide ühendamine
Kata fotoelemendid neutraalse silikooniga
Kleebi aknaraami sisse niiskuseimaja (tuttav “kuulikestega” pakike kingakarbist sobib hästi)
kruvi/kleebi akna teine klaas peale (õhutihedalt, et niiskusega jama ei tekiks – eriti oluline vaadata üle juhtmete asetus ja isolatsioon!)
James ja Maarja Ökomäss 2014 samuti päiksepaneelide töötuba korraldamas
Ühenda akuga ja naudi off the grid energiat!
Töötoas valmistatud paneeli ehitamiseks läks vaja 10 väikse mõraga fotoelementi, mille abil saadav vool võimaldab laadida nt. telefoniakut.
Üldiselt on tööprotsess kukepea isegi minusuguse elektroonikavõõra inimese jaoks, küll aga on paneelide valmistamise juures palju nüansse, mille peale tuleb ainult katsetamisega. Seetõttu soovitan asjatundjatega ühendust võtta ja nõu küsida, kui paneeliehituseks läheb.
Skeem, mis valmis Talveakadeemial
Uhke meeskond vastvalminud paneeliga. Kõige vasakpoolsem on James, kes oli üks töötoa läbiviijatest.
Kuna Värske Aju meeskonnal on viimasel ajal olnud väga raske leida aega siia kirjutamiseks, otsustasime teha väikese seeria postitusi, mis kirjeldavad seda, mida me igapäevaselt teeme. Selle eesmärk on anda ülevaade meist ja meie enda taustast ja ehk inspireerida ka teid tegelema keskkonna- ja loodusteadustega. Kõigepealt siis räägin mina, Ivo Krustok, sellest, mida ma teen Rootsis Mälardaleni Ülikoolis.
Meie uurimisrühm laiemalt tegeleb eneria ja keskkonna alaste küsimustega ning mina tulin siia kui tudeng, kel on varasemad kogemused mikrobioloogiaga. Oli vaja kedagi, kes töötaks mikrovetikage ja reoveega ning tegeleks samas ka ensümaatilise aktiivsusega.
Mul ei olnud varasemaid kogemusi mikrovetikatega ja olin peamiselt tegelenud bakterite ning vähesel määral ka arhedega aga pakutud projekt tundus põnev. Praegu olen aasta aega Rootsis ülikoolis doktori kraadiga tegelenud ning vaikselt hakkab teema juba kodusemaks muutuma.
Ivo reaktorid vetikatega.
Peamiselt tegelen ma hetkel fotobioreaktorite uurimisega. Fotobioreaktorid on reaktorid, mis kasvatavad mikrovetikaid – sellest siis see eesliide foto… ja bio. Meie uurimisrühma peamine eeesmärk on uurida neid reaktoreid reovee puhastamise ja biomassi tootmise seisukohalt. Reovesi on täis toitaineid ning väga hea substraat mitmesuguse elu kasvatamiseks. Need toitained on aga meile olulised. Fosfor ja lämmastik on näiteks hinnalised väetise komponendid ja praegu kasutame me neid peamiselt lineaarselt. Jäägid sattuvad kas loodusesse halbade tagajärgedega või ladustatakse kuhugi nii, et nad on kättesaamatud.
Et aru saada, kuidas vetikad meid selles osas aidata saavad pean ma kõigepealt lähemalt seletama kuidas fotobioreaktorid töötavad. Kõigepealt on meil vaja substraati – midagi, mida vetikad ja teised mikroorganismid vees kasutada toitainete saamiseks. Lisaks on meil vaja ka valgust – see annab vetikatele fotosünteesiks vajaliku energija ja moodustab fotobioreaktorite nimes selle foto osa. Kolmandaks on meil vaja vetikaid.
Enamikes fotoreaktorites lisatakse vetikad süsteemi puhta kultuurina ja kasutatakse teada-tuntuid tüvesid nagu Chlorella. Meie lähenemine on aga robustsem – kasutame looduslikke vetikate kogukondi. Segame reovee, mis on meie süsteemis substraadiks ning kohaliku järve vee ning reaktor on valmis alustamaks tööd. See tagab süsteemis tugevama kogukonna kuna vetikad ei ole vaid ühest liigist ning võivad tulla nii järve kui ka reovee seest.
Reovees on lisaks toitainetele ka palju toksilisi ühendeid ning raskmetalle. See on ka põhjus, miks on parem omada tugevamat mikroorganismide kogukonda – nad saavad raskemate kasvutingimustega paremini hakkama ja reostuse oht reaktoris on oluliselt madalam. Teisalt on meil võimalus, et mikroorganismid, kes reaktoris kasvavad võivad eemaldada meile mitte sobivaid ühendeid ja vett protsessis ka puhastada.
Minu osa kogu selles süsteemis on peamiselt mikroorganismide ja vetikate kogukonna uurimine reaktoris ning selle kujunemise, arengu ja koostise kindlaks tegemine. Lisaks olen ma huvitatud molekulaarsete meetodite arendamisest vetikate uurimisel – see on suund, milles tänapäeva keskkonnateadused liiguvad.
Reaktorites kasvatatud vetikad on huvitavad mitmel viisil. Meil on võimalik saadavat biomassi toota energia tootmiseks – näiteks biodiisli või biogaasi näol. Viimane on Rootsis väga populaarne ning mitmetel reoveepuhastusjaamadel on võimalus seda toota. See tähendab, et täismahus süsteemi sisse viimine ei ole üldse väga keeruline. Teiseks on huvitav uurida vetikate võimet veest eemaldada tavalise reoveepuhastusprotsessi puhul kätte saamatuid ühendeid, näiteks hormoone ja ravimite jääke. See kõik vajab aga sügavaid teadmisi kogu süsteemist ja protsessi kontrolli võimet.
Ma ei ole oma uuringutega veel väga kaugel, ent siht on seatud silmapiiri taha. Töö, mida ma teen ei ole huvitav ainult mulle vaid teaduskirjandust lugedes on näha, et see huvitab paljuid. Molekulaarsed meetodid on jõudmas ka vetikateni ja üha rohkem mõistetakse, et erinevaid reaktoreid ja süsteemi ei saa uurida viad musta kasti meetodil hinnates vaid sisendeid ja väljundeid – tähtis on tunda kogu protsessi. Just see mind huvitabki. Teaduses on selliseid teemasid palju – just teadmatus ja lootus teada saada ongi kõige suurem inspiratsioon siin maailmas.
Margot Müürsepp, kelle sulest ilmub kaks artiklit eestlaste suhtumisest tuulikutesse, kaitses juunis 2012 TTÜ-s magistrikraadi linna- ja keskkonnaökonoomika erialal lõputööga „Demand of Estonian Full Age Population for Estonian Coast in its Natural Condition Without Wind Turbines: A Contingent Valuation Study“ (Eesti täisealise elanikkonna nõudlus loodusliku, ilma tuulegeneraatoriteta ranniku järele: tingimuslik hindamine). Margot teostab uuringuid keskkonnaökonoomika vallas ning kavatseb jätkata ka PhD õpingutega. Koostöös Üllas Ehrlich’ga ilmuvad sel aastal ka 2-3 artiklit sama uurimuse kohta. Uurimustöö tulemusi presenteerib ta ka 28-30- juunil toimuval Värska konverentsil (Majanduspoliitika Euroopa Liidu riikides – aasta 2012 ).
Tuulikud on olnud osa Eesti kultuurmaastikest juba sajandeid.
Tuulikute planeerimisest Eestis – kas sellist rannikut me tahtsimegi: huvide konflikt arendajate ja elanike vahel. Tubli Eesti on 10 aasta jooksul teinud märkimisväärseid edusamme tuuleenergia arendamises. Juba 2009-ndal aastal toodeti 22,8% rahvuslikust energia kogutarbimisest taastuvatest energiaallikatest. EL’i siseselt seatud eesmärk Eestile on toota 25% rahvuslikust energia kogutarbimisest taastuvatest energiaallikatest alles 2020-ndaks aastaks – eesmärk saab ilmselgelt tugevalt ületatud. Innovatiivne Eesti on kindlasti riik, mille üle võib iga elanik uhkust tunda. Arvata aga, et kiire arengu nimel millesti loobuda ei tule, oleks naiivne. Küsimus ei ole mitte tuuleenergia positiivsetes mõjudes õhukvaliteedile ning panuses riigi energiasõltumatusesse, vaid selles, kas eestlased on valmis loobuma kaunitest rannikuvaadetest?
Arendusfirmade plaanid tuuleenergia arendamiseks lähiaastatel on vägagi ambitsioonikad. Kui 2011 aasta lõpuks oli Eestis rajatud 20 maismaa tuuleparki koguvõimsusega 184 MW, siis 2014 aasta lõpuks on plaanis rajada 37 uut tuuleparki 21-kordistades Eestis töötavate tuuleparkide koguvõimsuse ca. 3800 MW’le. Vaid kolm uutest parkidest on planeeritud avamerre, ülejäänud Eesti rannikualadele.Ala, kus Eestis on tuulenergia tootmiseks sobilikud tuuletingimused on väike: 2 km laiune rannariba põhjarannikul ning 20 km laiune maatükk läänerannikul. Ligikaudu 90% sellest alast on seni olnud inimtegevusest puutumata. Tänu looduslikkusele omab Eesti rannik kõrget esteetilist väärtust ning sealne floora on tihti teadlaste uurimisobjektiks. Ülalmainitud plaanide täitmise korral kaetaks aga rannik tihedalt metallkonstruktsioonidega. Visuaalne reostus on kohane termin säärasele looduse muundamisele.
Küsimus ei ole kindlasti selles, kas tuuleenergia on põhimõtteliselt hea või halb, vaid selles, millised alad on sobilikud tuuleparkide rajamiseks. Tuuleenergia rakendamises rohkem kogemust omavad riigid on teinud planeerimisprotsessi niivõrd läbipaistvaks, et avalikkus teab täpselt, mis lähiaastatel plaanis on. Veelgi enam, avalikkust kaasatakse planeeringute koostamisse enne viimaste kinnitamist omavalitsuste poolt. Kõne alla ei tule tuuleparkide rajamine kõrge esteetilise ja/või kultuurilis-ajaloolise väärtusega aladele – nii on olukord nt Taanis ja Saksamaal.
Eesti tuulepargid asuvad valdavalt rannikul.
Eestis seevastu on arendusfirmadel ning KOV’del palju vabam voli: avalikku diskussiooni ning elanikkonna kaasamist planeerimisse pigem välditakse. Rahvusvahelised uuringud on ju aga tõestanud, et üldine toetus rohelise energia tootmisele ei ole võrdsustatav toetusega lokaalsete projektide suhtes. Mitte väga üllatavad on tulemused erinevatest uuringutest, et inimesed on valmis maksma selle eest, et kõrge esteetilise väärtusega alasid ei ehitataks täis tehiskonstruktsioone. Kusjuures Eestis on olukord sama: €23,4 miljonit aastas on hind, mida täisealised eestlased kokku on valmis maksma selle nimel, et säilitataks looduslik ranniku vaade. Kaunis loodus on keskkonnakaup, mida me kõik tarbime puhates, sportides, sõpradega meelt lahutades. Ärgem unustagem loodust hinnata.
Tööstuslikke tuuleparke on etem nimetada tuulefarmideks.
Tuuleenergia rakendamine on kahtlemata tervitatav. Aktsepteeritav ei ole aga Eesti kauni ranniku laialdane koormamine tehiskonstruktsioonidega. Mõtlemisainet jagub siinkohal nii riigile, arendajatele kui ka kodanikele. Riik peaks, võiks ningka saaks muuta avaliku diskussiooni kohustuslikuks. Arengufirmad peaks, võiks ning ka saaks proaktiivselt kogukondi kõnetada ja inimesi üleskutsuda osalema sobilike alade valmisel. Kodanikel on õigus ja ka võimalus oma arvamust avaldada. Eestlaste huvide seismise eest peaks aga hoolt kandma riik seades rangeid tingimusi tuuleparkide planeerimisprotsessile.
Lisalugemist
Grahama, J. B., Stephenson, J. R., Smith, I. J. (2009). Public Perceptions of Wind Energy Developments: Case Studies from New Zealand. – Energy Policy. 37, 3348–3357.
Hunt, L. M., Haider, W. (2004). Aesthetic Impacts of Disturbances on Selected Boreal Forested Shorelines. – Forest Science. 50(5), 729-738.
Pettersson, M. (2006). Legal Preconditions for Wind Power Implementation in Sweden and Denmark. – Luleå University of Technology. [WWW] http://pure.ltu.se/portal/files/264767/LTU-LIC-0612-SE.pdf (30.04.2012)
Selg, V. (2006). Mida oleme tuuleenergeetika arendamisel teinud valesti? Kuidas minna edasi. – Taastuvate energiaallikate uurimine ja kasutamine. Seitsmenda konverentsi kogumik. Tartu.
Swofford, J., Slattery, M. (2010). Public Attitudes of Wind Energy in Texas: Local Communities in Close Proximity to Wind Farms and Their Effect on Decision-Making. – The Institute for Environmental Studies. Texas.
Tsoutsos, T., Tsouchlaraki, A., Tsiropoulos, M., Serpetsidakis, M. (2009) Visual Impact Evaluation of a Wind
Park in a Greek island. – Applied Energy. 86, 546–553. Tuuleenergia. – Eesti Tuuleenergia Assotsiatsiooni kodulehekülg. [WWW] http://www. tuuleenergia.ee (10.04.2012)
Vaab, T., Keerberg L., Vaarmari, K. (2010). Tuulikud ja tuulepargid Eestis. Senine planeerimine. Probleemid. Ettepanekud lahendusteks. – Eesti Keskkonnaühenduste Koda, Keskkonnaõiguse Keskus, Eesti Roheline Liikumine. Tartu [WWW] http://www.eko.org.ee/wp-content/uploads/2010/06/Tuulikud-ja-tuulepargid-
Eestis.pdf (14.03.2012)
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.
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).
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 hinnang. Võttes 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
Eesti Energia Elektri hinnad ja paketid [www.energia.ee]. – 2011. a..
Eesti Energia Raamatupidamise aastaaruanne [www.energia.ee]. – Tallinn, 2010. a..
Eesti Energia Reaktiivenergia hinnakiri [www.energia.ee]. – 2011. a..
Eesti Statistikaamet KE03: Elektrienergia bilanss [www.stat.ee]. – Tallinn, 2010. a..
Meier A. ja Rosen K. Leaking Electricity in Domestic Appliances. – Berkeley, US : University of California, 2002. a..
Rayabhari M. Cutting Stand-By Power // Power Engineer. – [s.l.] : IET, 2003. a.. – 2 : Kd. 17.
Artikli autor on Marta Kinnunen, kes õpib Tallinna Tehnikaülikooli magistrantuuris jätkusuutliku energeetika protsesse. Marta jõudis parimate hulka 2012. aasta Talvakadeemia teadusartiklite konkursil.
Üha enam maad võtva keskkonnasõbralikkuse valguses oleme kindlasti korduvalt erinevate jäätmete optimaalse taaskasutuse üle pead murdnud, et oma panust meie ühiskonna jätkusuutlikuse tagamisse maksimeerida. Uuele ringile oleme harjunud saatma paberit, plastikut ja klaasi, ning biojäätmeid üritame võimalikult efektiivselt komposteerida. Peagi aknale koputavale kevadele mõeldes tundub värvilises sügises sumpamine muidugi kauge minevikuna, aga nii mõnigi mäletab, kui keeruline nendele üüratutele lehehunnikutele kohta leida oli. On ju just lehed need,mida me kaminas praksuva tule valguses sooja eest tänama peame, kuna just nende vastutusrikas ülesanne on päikeseenergia puitu sulgemine. Nii et miks mitte aianurgas mädanemise asemel nende kütteväärtust utiliseerida ja seeläbi keskkonda säästa?
Käesolevas töös uurisin sügiseste puulehtede põletamise võimalust, eeldades, et puitkütustele ja turbale on katla tüübi sobivuse korral võimalik lisada 10% ulatuses lisakütust, milleks oleks probleemne või väheuuritud omadustega kütus1. Selgus, et puulehed on senini väga vähe uuritud materjal, ning nende taaskasutamist pole laialdaselt arutatud. Tänapäeval kasutatakse biomassist saadud energiat kogu maailmas vaid 50 EJ aastas2.
Sügislehtede taaskasutamist soosivad mitmed faktid, nagu näiteks Eesti eesmärk suurendada taastuvatest ressurssidest toodetud soojuse osakaalu 2005. aastal olnud 21%-lt 33%-le aastaks 2013. Lisaks näeb biomassi ja bioenergia kasutamise edendamise arengukava ette tarbijate teavitamise kodumaiste taastuvate ressursside kasutamise eelistest lokaalküttes3. Miks mitte teavitada inimesi ka oma aiast kokku riisutud puulehtede kasutamise võimalustest.
Lisaks sellele näevad kehtivad arengukavad ette katlamajade puitkütusekatelde koostootmise seadmetega varustamise. See lubab puitkütusest koostootmise baasil toota täiendavalt soojust ja elektrit. Praegune statistika käsitleb biokütusena ainult puitkütuseid (puit, metsaraie ja puidutööstuse jäätmed, võsa). Energia saamiseks sobiva biomassi moodustavad Eestis aga lisaks puitkütustele ka turvas, põhk, energiahein, pilliroog, energeetilised põllukultuurid ning orgaanilised majapidamise ja põllumajanduse jäätmed3.
Eestis peetakse puulehtede kogumist sügishooajal loomulikuks ning nende komposteerimine on seni teadaolevatest võimalustest kindlasti mugavaim ning ka odavaim4.
Enne kogutud sügiseste puulehtede kalorsuse, niiskusesisalduse ja tuhasuse määramist jahvatasin puulehed liikide kaupa ühtlaselt peeneks, osakese läbimõõduga 0,5 mm2. Kalorsuse määramiseks pressisin kuivatamata materjalist 0,4-0,7 grammised tabletid. Kalorsust määrasin kalorimeetrilises pommis ning niiskusesisalduse määramiseks kasutasin kuivatuskappi, kus seisid jahvatatud lehed 24 tundi 105°C juures5. Tuhasuse määramiseks kaalusin üle 1 g niisket jahvatatud materjali tiiglisse ning asetasin selle muhvelahju temperatuurile 525°C. Selles protsessis põles proovist ära kogu orgaaniline aine ning allesjäänud tuha kaalusin nelja tunni pärast5.
Teostatud katsete kohaselt (vaata Tabel 1) on puulehed võrdlemisi suure energiasisaldusega. Keskmine kuivaine energiasisaldus on 20,64 kJ/g. Puulehtede põletamisel on probleemiks niiskus, mis kasutatud materjalis oli 35,65%. Niiskusesisaldus on paljuski tingitud sügisese lehekoristusperioodi ilmastikuoludest. Teostatud katsete kohaselt on puulehtede tuhasisaldus 7,05 – 9,93%.
Tabel 1. Teostatud katsete tulemused, mis näitavad kogu materjali arvutuslikke keskmisi väärtusi ja standardhälvet.
AS Veolia Keskkonnateenuste andmetel toodi sügisesel lehekoristusperioodil Aardlapalu ümberlaadimisjaama umbes 1350 tonni biolagunevaid jäätmeid Tartu linna piirkonnast. Kindlasti võib toojate seas olla ettevõtteid, kelle jäätmete hulgas on peenemaid puuoksi ning riknenud puu- ja juurvilju minimaalselt paarisada tonni. Seega võiks väga umbkaudseks puulehtede koguseks Tartu linnas ajavahemikul september 2010 kuni detsember 2010 lugeda 1000 tonni. Omavalitsustel on juba praegu kohustus rakendada biolagunevate jäätmete liigiti kogumist, mis võimaldaks kogumispaikadesse toodavad puulehed hõlpsasti ülejäänud jäätmetest välja sorteerida ja edasisse käitlemisse saata.
Seega võttes arvesse teostatud katseid puulehtedega oleks teoreetiliselt võimalik saada Tartu linnast kogutud 1000 tonnist niisketest puulehtedest (energiasisaldus 15,86 MJ/kg) energiat umbes 15 860 GJ. See on 1,3% kogu AS Fortum Tartu katlamajades 2010 aastal kasutatud biokütustest6.
Puulehti võiks kasutada väikeste üheperemajade kateldes ning suuremates koostootmisjaamades, milles on kas restpõletuskatlad või keevkihttehnoloogial põhinevad katlad. Eelistada tuleks keevkihttehnoloogial põhinevaid katlamaju, kuna keevkihtkoldes on võimalik põhikütusele lisada probleemsete või väheuuritud omadustega biokütuseid, nagu seda on puulehed1. Eestis on keevkihtkatlaid suhteliselt vähe, kuid planeeritavad uued biokütustel töötavad elektri ja soojuse koostootmisjaamad varustatakse suure tõenäosusega just seda tüüpi seadmetega1.
Puulehtede keskmiseks niiskussisalduseks on katsete põhjal 35,65%. Niiskusesisaldus on sõltuv ka lehtede kogumise perioodil valitsevast ilmast. Suur niiskusesisaldus on üks puulehtede kasutamise puudusi, võrreldes näiteks turbabriketiga, mille niiskusesisaldus on umbes 12% (vaata tabel 2). Enne katlasse panemist pole aga otstarbekas hakata puulehti kuivatama, sest see kulutab omakorda energiat ning muudaks kogu protsessi keerulisemaks. Siiski on ka niiskete puulehtede kütteväärtus arvestatav, ligikaudu 16 MJ/kg. Võrreldes näiteks rohtse biomassina kasutatava päideroo kuivaine kütteväärtusega, milleks on 14,9 MJ/kg, on seega hoopis mõttekam kasutada niiskeid puulehti kui kuivatada päideroogu. Suure niiskussisalduse tõttu võib aga tekkida probleeme katla hooldamisega, sest mida niiskem on kütus, seda rohkem seda kulub ning seda enam peab katelt tahmast puhastama.
Tabel 2. Erinevate biokütuste võrdlus 7 ja tabel 1
Põletamisel on oluline ka kütuse tuhasus. Eelistatakse väiksema tuhasisaldusega kütuseid. Puulehtede keskmine tuhasisaldus katsete põhjal on 7,05%, mis on tunduvalt rohkem, kui hakkpuidul (1%), kuid sarnane turbabriketile.
Kokkuvõtteks võib väita, et teostatud esialgsete katsete ja uurimuse põhjal on puulehed võrdlemisi suure energiasisaldusega kütus – kuivaine keskmine energiasisaldus on 20,64 kJ/g. Ka niiskete puulehtede kütteväärtus on arvestatav, ligikaudu 16 MJ/kg, mis on suurem kui rohtse biomassina kasutatava päideroo kuivaine kütteväärtus (14,9 MJ/kg).
Puulehtede lisamine põhikütustele lubatava 10% ulatuses võimaldaks säästa põhikütust ja ühtlasi vähendada puulehtede ladestamist.
Tulevikus oleks vaja teostada lisakatseid, kogudes võimalikult suurel hulgal erinevate puuliikide lehti. Pargi- ja haljastusjäätmete põletamise kõrval on mõttekas uurida ka metaani tootmist nii nendest kui lignotselluloossest materjalist üldisemalt. Viidatud allikad: 1 Vares, V. 2008. Biomassi tehnoloogiauuringud ja tehnoloogiate rakendamine Eestis. Lõpparuanne. TTÜ Soojustehnika instituut. 176 lk.
2 Lehtveer, U. 2006. Taastuvenergia käsiraamat. Eestimaa Looduse Fond
3 Eesti Vabariigi Põllumajandusministeerium. 2007. “Biomassi ja Bioenergia kasutamise edendamise arengukava aastateks 2007 – 2013”.
4 Eesti Vabariigi Keskkonnaministeerium. 2008. “Riigi jäätmekava 2008 – 2013”
5 Schulte, E.E. 1995. Recommended Soil Organic Matter Tests. Lk 47-56. Rmt. J. Thomas Sims and A. Wolf (toim.) Recommended Soil Testing Procedures for the Northeasten United States. Northeast Regional Bulletin #493. Agricultural Experiment Station, University of Delaware, Newark, DE.
6 Proosa, H. AS Fortum Tartu peaökonomist. Suulised andmed. 19. 04. 2011
7 Lepa, J., Jürjenson, K., Normak, A., Hovi, M. 2001. Kütused soojusenergia tootmiseks: teatmik. Eesti Põllumajandusülikooli kirjastus, 2001. 24 lk.
Artikli autor, Georgi Karhu, lõpetas rakendusliku Tallinna Tehnikakõrgkooli tehnomaterjalide & turunduse eriala ning jätkab oma õpinguid Oslo Ülikoolis Innovatsiooni ja Ettevõtluse magistratuuris. Ühtlasi võttis ta osa 2012. aasta Talveakadeemia teadusartiklite artiklite konkurssist.
„Meri võtab ja meri annab.“ Meri ja tema lainetus on ülivõrdes niivõrd võimas, et läbi aegade on selllele omistatud isegi Jumala vorm: antiik-kreeklastel Poseidon; roomalstel Neptun, muistsetel viikingitel Ægir jne. Veel mõni aeg tagasi, 2011 aasta märtsis, tuletas tsunaami moodsale maailmale meelde oma laientuse hävitavat jõudu, tekitades Jaapanile ja rahvusvahelisele kogukonnale miljarditesse ulatuvaid kahjusi. Pole kahtlust, et lainetus peidab endas märkimisväärset energiakogust. Miks siis pole inimkond suutnud lainetusest märkimisväärses koguses elektrienergiat toota nagu näiteks hüdroelektrijaamad jõgedel, tuulegeneraatorid avamerel või siis soojuselektrijaamad vulkaanilistel aladel?
Laine-energeetika – maailmapäästja või puukallistaja naiivne unistus?Kui tänase päevani ei tea lihtsurelikud laine-energeetikaalast suurt midagi, siis ilmselgelt eksisteerib kusagil pidur, mis ei lase niivõrd katsutaval hüvel ühiskonda imbuda. Tuuma- ja vesinikenergia kujutab endas sõna otseses mõttes „kvantfüüsikat,“ mis nii mõnelegi inimesele oma keerukusastmega juhtme kokku keerab. Sellele vaatamata võime kõik, nimetissõrm püsti, targutada, et eelnimetatud energiaallikad on laialdaselt levinud, kuid piiramatu ja tasuta laineenergia definitsiooni peame siiani entsüklopeediast luubiga otsima.
Energeetikatööstus mõjutab mastaapselt nii majandus-, sotsiaal-, kui ka keskkonnaküsimusi. Globaalse soojenemise fenomen (liustike sulamine, kõrbete laienemine), suurimad keskkonnakatastroofid (2010 jun. Golfi Lahe naftareostus, 1986 apr. Tšernoboli tuumakatastroof) ja poliitilised nafta/gaasisõjad (2003 märts USA invasioon Iraaki, 2009 jaanuari Venemaa-Ukraina gaasidispuut) on ajendatud nõudlusest energia järele. Nafta needus on põhjastanud paljude kolmandate riikide (nt. Nigeeria, Alžeeria, Liibüa, Süüria, Venezuela) ühiskonna arengu pidurdumist. Pole kahtlustki, et aktuaalsed küsimused energeetikas jäävad igavaseks maailma poliitilist nägu kujundama. Kellel on energia, sellel on ka võim.
Maailma majandusarengut (sh. energiamajandust) veavad investeeringud. Paraku pole arengu veomootoriks heausklik sinisilmne ideoloogia rohelisest ühiskonnast, kus kõik maailmarahvad hoiavad kätest kinni ja lauavad „Kumbaya My Lord.“ Täringuveeretajateks on ennekõige investeerivad ärimehed ja neid suunav kohalik valitsus. Ilma erakapitali eraldamiseta jäävad ka kõige rohelisemad ja rabavamad äriideed teostamata.
Miks ärimehed ei soovi investeerida laineenergeetikasse? Äris kehtib väga lihtne fundamentaalne reegel: Ettevõtmisest saadav tulu peab ületama sinna algselt tehtud investeeringu. Ilma kasumita kaotab projekt atraktiivsuse ja jätkusuutlikuse ning varem või hiljem võime sellest lugeda vaid ajaloo lehekülgedelt. Heategevus on küll väga tore, kuid kahjuks inimene õhust ja armastusest siiki ära ei ela (see on muinasjutt). Ka ärimehe kere vajab kinnitust, hing kostitust, Ferrari liising ja majalaen maksmist ning naise sõrmed kulla ja briljandiga katmist. Lihtne.
Hästi läbimõeldud äriplaan toodab tulu kõigile. Seevastu puudulik planeerimine sünnitab ainult ebameeldivusi ja skandaale. Näitena võib tuua Eesti ühe läbiaegade uhkeima ja kalleima ehitusobjekti – KUMU kunstimuuseumi, kus suure hurraaga kinnitati lühinägelikult heaks projekti kavand ning alles peale mõningt opereerimisaega avastati, et ups… pole raha kolossi ülalpidamiseks.
Hajutatud kasumlik laineenergia turg. On siililegi selge, et elektrit on absoluutselt kõigil vaja, nii et nõudlusega ei tohiks probleeme tekkida. Turumajanduses kehtib lihtne reegel: Kus on nõudlus, seal on ka pakkumine. Vaatleme nüüd aasta keskmist laineenergiaressursside paiknevust maailma kaardil (vt joonist 1).
Joonis 1. Globaalne aasta keskmine hinnanguline laine võimsus, kW/m (The Energy Blog, 06.10.2005)
Aasta lõikes on suurimad laineenergiavarud rannikupiirkondades, näiteks Briti saarte läänerannik, Islandi, Lõuna- Ameerika, Aafrika, Austraalia ja Uus- Meremaa lõunarannik ja Antarktika põhjarannik. Energia hinnanguline võimsus ulatub nimetatud piirkondades üle 60-ne kW/m kohta. Siseveekogud (järved, mered k.a lahed) on aasta lõikes laineenergiavaesed.
Maailma laineenergia aastane tootlikkus on seega globaalselt hajutatud. Lisaks peab veel arvestama asjaolu, et energia tootlikkus varieerub hooaegade lõikes tublisti ning jäärikkad piirkonnad põhjustavad vees hulpivatele konverteritele rida probleeme, alates pindkatte kahjustamisest kuni staatilise kinnikülmumiseni.
Laineenergia muunduri tehnoloogilised väljakutsed. Energia püüdmiseks merelainetest on vaja lained kinni püüda konstruktsiooniga, mis reageerib laine poolt avaldavale jõule sobivaimal kujul. Põhimõtteliselt on iga generaator valmistatud nö. rätsepatööna spetsiaalselt vastavalt tema töökeskkonnale. Näiteks Lõuna-Ameerika lõunaranniku avamerre disainitud poi-tüüpi generaator ei sobi töötama Uus-Meremaa lõunaranniku lainetes, sest lainete karakteristikud ja vetevälja aktiivsete kasutajate nõuded on erinevad. Ühed seadmed sobivad paigaldamaks keset merd, teised aga otse rannikule.
Iga seadme täpne füüsiline suurus ja kuju on juhitud vastavalt tema tööiseloomust, lihtsalt öeldes peab seadme töömaht olema laiuse suhtes mitukümmend kuupmeetrit meetri kohta. Sellest väiksema töömahuga seadmetel on piirangud tüüpilise lainetsükli koguenergia püüdmisel: vaatamata sellele, et agregaat võib püüda väiksematest lainetest enamuse energiast, tekivad tagasilöögid kokkupuutel suuremate lainetega, vähendades sellega üleüldist efektiivsust. Konstruktsioonide suuremõõtmelisus annab tunda eelkõige tootmise ja logistika planeerimisel ning korrosiivne merevesi seab kõrgendatud nõuded kasutatavale masinaehituslikele- ja elektriseadmetele ning konstruktsiooni pindamissüsteemile. Kuna muunduri töökeskkonnaks on meri, siis ülikõrgete hoolduskulude vältimiseks peab kasutama võimalikult hooldusvabu ja seega kalleid komponente.
Kogu elektriväljund on üldiselt sujuvam mitme laineenergia mooduli liitmisel kui et üksiku mooduli kasutamisel. Mitmesaja ujuva seadeldise rakendamisel muutub summeeritud väljundvõimsus sujuvamaks. Merealuse elektrikaabli vajalikkus toob kaasa uued väljakutsed seoses seadme paigaldusega ja elektrivoolu juhtimisega maapealsesse vooluvõrkku (vt joonist 2) (Boyle, 2004).
Laineenergeetika suurim takistus on ülemaailma kitsatesse regioonidesse fokusseeritud energiaressurss, mille füüsilist levikut piiravad lisaks mitmed majanduslikud, poliitilised ja sotsiaalsed ohutegurid. Genereeritav energia hulk on väga tugevas sõltuvuses ümbritsevast merekliimast, mistõttu leiab perspektiivikat seadme rakendust vaid tormistel avamere ning kaldalähedastel aladel. Hooajati vahelduv merekliima seab tõsise küsimärgi alla laineenergia generaatori tasuvuse ja usaldusväärsuse. Laine ressursside hajutatud paiknemine teeb tegutsemisvaldkonna atraktiivseks vaid selle vahetus läheduses asuvate tootjate silmis.
Laineenergia muundur on oma olemuselt üks keskkonnasõbralikumaid elektritootmise võimalusi, mõjutades minimaalselt nii loodus-, majandusliku kui ka sotsiaalkeskkonda. Teadusarendust soosib kindlasti praeguse sotsiaalse ühiskonna kui ka poliitilise keskkonna suhteliselt roheline meelestatus. Samas kahtlen, kas leidub piisavalt erainvestoreid. Kui poliitilisel maastikul on võimalik rahastamine läbi erinevate programmide (kohaliku omavalitsuse toetus, struktuurfondid), siis eraettevõtjatest investorid jäävad väga suure riski tõttu tagasihoidlikuks. Muunduri väike eluiga, kõrge realiseerimis-, opereerimis ja utilisreemiskulud seljatavad projekti äratasuvuse. Riski suurendavad võimalikud saatuslikud konfliktid tegevuslubade hankimisel kohalikelt omavalitsustelt ja territoriaalvee aktiivsetelt kasutajatelt.
Globaalsele soojenemisele, naftasõdadele ja terroriohule vaatamata suureneb lähitulevikus nõudlus odavate ja kõrge kütteväärtusega fossiilsete kütuste järele. Trendi toetavad hiljutised Euroopa gaasitarne projektid Venemaaga (Nord- ja South Stream), nafta ammutamiskoguste suurendamine Lähis-Idas ja uute naftamaardlate avastamine Lõuna-Hiina meres. Roheliste energiaallikate osas investeeritakse pigem prügi-, tuule-, vesiniku-, tuuma ja päikese- kui et laineenergia arendamisse.
Leian, et hetke laineenergiatehnoloogiat ja maailma energiapoliitika trende arvestades jääb maailma toitmine ookeani lainete baasil pelgalt unistuseks. Negatiivsele uuringutulemusele vaatamata olen veendunud, et laineenergia tehnoloogia täiustamine ja arendamine vajab tähelepanu ja finantseerimist. Antud hetkel pole laineenergeetika rakendamisega võimalik küll rikastuda, olen aga kindel, et tulevikus on maailmameri üheks domineerivamaks ja atraktiivseimaks energiaallikaks. Propageerigem jätkusuutlikku energiamajandust aga samas hoidkem oma kaks jalga maa peal!
Loe lisaks:
Boyle, G. 2004. Renewable energy power for a sustainable future. Oxford, UK: The Open University, 312 – 336.
Cruz, J. 2008. Green energy and technology. Ocean wave energy current status and future perspectives. Berlin, GER: Springer, 93 – 414.
Loo autor, Martin Ligi, on TÜ doktorant keskkonnatehnoloogia erialal, keskkonnaseire suunal ning ühtlasi insener Tartu Observatooriumi Atmosfäärifüüsika osakonna Taimkatte seire töörühmas. Hetkel resideerub ta välisspetsialistina Hollandis.
Laevanduse ajalugu võib alustada hetkest, mil inimesed hakkasid suuremate puujuppide ujuvust kasutades veekogusid ületama. Päris kaua aega kasutati edasi liikumist vaid taastuvaid energiaallikaid, milleks olid tuul, vool ja kondimootor, kuid aastal 1803 muutus kõik, kui Robert Fulton lisas laevale aurumootori ning pool sajandit hiljem valmis ka ainult auru jõul liikuv laev. Edaspidi on kasutusele võetud erinevaid taastumatuid energiaallikaid, et rajada maailmamerele hiiglaslik laevastik, mis just keskkonnale erilist lahkust üles ei näita. Õnneks on kümneid aastaid muudest tööstustest hiljem hakatud ka laevanduses loodussõbralikkusele rohkem tähelepanu pöörama.
Mõned aastad tagasi hakkas Tallink ostma uusi kiiremaid ja ökonoomsemaid parvlaevu, mis iseenesest on tervitatav nähtus, kuid kuivõrd rohelised need tegelikult on, ei oska öelda. Kindlasti ei tasu siit loota mingeid radikaalseid uuendusi. Parimal juhul on ehitamisel lähtutud roheliste laevade projektis leitust, mille kohta saate täpsemalt lugeda aadressil internetist.
Antud tekstis keskendun siiski rohkem lennukatele ideedele, mis ehk kunagi ka massilist kasutust leiavad. Kuigi mitmedki tehnoloogiad on juba läbinud esimesi edukaid katsetusi merel, siis seni julgeima disaini „The Orcelle“ (joonis 1) on loonud Skandinaavia laevandusettevõte Wallenius Wilhelmsen, kes lähtuvalt enda erialast, ehitasid autotransportööri, mis vastab tänapäeva kiiruslikele ja mugavuslikele standarditele ja kombineerib teadaolevaid tehnoloogiaid sealjuures ainult taastuvaid energiaallikaid kasutades.
Joonis 1. E/S Orcelle
Tuul ja päike. Kui tuuleenergia kasutamine pole midagi uut, siis uutes lahendustes on rohkem tähelepanu pööratud purjete multifunktsionaalsusele. Laeval, mille kaubaruum on umbes 14 jalgpalliväljaku suurune, on kolm hiiglaslikku purje. Kõik on valmistatud hästi kergetest ja vastupidavatest materjalidest ning lisaks sellele on kaetud ka päikesepaneelidega. Valdavalt ongi uute purjede juures lisatud, et need peaksid olema võimelised kasutama ka päikeseenergiat. See teeb nende valmistamise kindlasti kallimaks, kuid efektiivsus kasvaks oluliselt. Igal pool maailmas on väiksemate aluste peale pandud katsetusteks päikesepatareisid, kuid alati on tegemist elektri tootmist võimaldava üksusega. Kuskilt pole veel kuulda olnud majadelt juba väga tuttavate päikesepaneelidest, mille eesmärk on toota soojust mitte elektrit, väga põhjas ja väga lõunas töötavad suured laevad võiksid selliste lahenduste uurimise peale mõelda. Ametlikult sõlmisid 2008. aastal alternatiivsete lahenduste tootja SolarSailer ja Hiina suurim laevakompanii COSCO group koostöölepingu, et konteinerlaevadele luua päikesepatareidega purjed, kuid arengu suhtes tsiteeriksin Hiina firma 2010. aasta jätkusuutlikkuse raportit: „COSCO Group is actively researching on the development of substitute energy in the future, and is researching on the possibility of adopting nuclear power, wind power and solar energy as ship power.“
Laineenergia. Tegemist on uuemat tüüpi energiaga, mis toodab energiat üksusest, mis üldiselt on laevadele ainult raskuseks, mida on vaja ületada, olnud. Orcelle’l on 12 „uime“ mis on võimelised laineenergia muutma mehaaniliseks energiaks, mis oma olemuselt peaks toimima sarnaselt delfiinide edasi liikumisega, elektriks või vesinikuks. Uimed võivad kasutada ka laeval olevaid teisi energiaallikaid, et laeva edasi liigutada. Selliste uimede erinevus purjedest seisneb eelkõige selles, et need on võimelised liigutama laeva soovitud suunas hoolimata lainete liikumise suunast. Teiseks on lained olemas ka tuulevaikse ilmaga. Edukaimad katsetused (seisuga jaanuar 2009) pärinevad 2008. aastast, kui 69 aastane jaapanlane Ken-ichi Horie sõitis laineenergia abil edasi liikuva ja vajaliku elektrit päikesepatareidega tootva paadiga (joonis 2) Havailt Jaapanisse. Selle laeva kiirus oli kuni kümme korda väiksem kui üldiselt suurtel tankeritel, kuid läbis seni pikima vahemaa laineenergial põhineva alusega.
Kütuseelement. Hoolimata kõigest eelnevast peaks poole Orcelle kütusemahust katma kütuseelement. Sellises süsteemis segatakse elektri saamiseks kokku puhas hapnik ja vesinik ning lisasaadusteks on vesi, aur ja soojus. Saadud energia peaks tööle panema uimed, varustama ülejäänud laeva elektriga ja lisaks panema tööle ka kaks laeva taha võimast veejuga tekitavat süsteemi. Viimasega kaotatakse vajadus seniste sõukruvide järele. Süsteemi suur pluss on kohapealne vesiniku tootmine, milleks vajaliku energia saadakse uimede abil lainetest.
Laeva disain. Olulist energiakokkuhoidu annab ka säästlik planeerimine. Mida voolujoonelisem on auto seda stabiilsemalt püsib see teel ja kulutab vähem kütust. Samamoodi on ka laevadega. Konkreetne laev on pentamaraan, kus siis üks peenike ja lainetest hästi läbi murdev kogu laeva pikkune kest asub laeva keskel ja stabiilsust lisavad neli äärtel paiknevat tuge. Selline disain tagab piisava stabiilsuse tormisemal merel ning annab parema läbivuse, sest hõõrdepind veega väheneb. Lisaks kaob sellise kuju puhul ära vajadus ballastivee järele, mis oluliselt vähendab liikide sunnitud rännet ja ohtlike võõrliikide sattumist teistesse vetesse, kuid selle probleemi kirjeldamine vajaks juba uut postitust.
Suur võit on saavutatud ka uudseid materjale kasutades. Nii on kergeid materjale, näiteks alumiinium ja termoplastik, kasutav alus võimeline vedama 50% rohkem autosid kui sama suur praegu eksisteeriv laev. Suuresti on see tingitud ka ballastivee vajaduse kaotamisest.
Artikli autor on Victor Alari, kes õpib Tallinna Tehnikaülikoolis maateaduste magistriõppes. Victor jõudis parimate hulka 2011. aasta Talvakadeemia teadusartiklite konkursil.
Joonis 1. Aasta keskmine päikese võimsus pinnaühiku kohta. (3)
Energia ei teki ega kao, vaid muundub ühest liigist teise (või kantakse ühelt kehalt teisele). See fundamentaalne väide kannab energia jäävuse seaduse nime, kuid millegi pärast ei tundu see inimestele nii intuitiivne kui gravitatsiooniseadus (see et õunad ikkagi maa peale kukuvad mitte kosmosesse). Põlevkivi või nafta mida me täna põletame, taimed mida söövad lehmad ja lehmad keda sööme meie, on kontsentreeritud vorm päikeseenergiast. Kõlab ju lausa uskumatult, et igaühe sees särab tegelikult päike.
Joonis 2. Keskmine tuule võimsus pinnaühiku kohta (4)
Päikeseenergia, mis on talletatud fossiilsetesse kütustesse, on sinna kogunenud väga pika aja jooksul, kuid inimkond on suutnud pärast tööstusrevolutsiooni selle väga kiiresti maapõuest välja võtta, nii et selle varud ammenduvad lähima 100 aasta jooksul. Fossiilsete kütuste põletamise juures on ka teine aspekt, mis tuleks ära märkida. Nimelt paisatakse nende põletamisel atmosfääri süsinikdioksiidi, mida loodus ei suuda kahjuks alla neelata sama kiiresti, kui meie seda atmosfääri paiskama. Selle tagajärjeks loetakse üsna suure tõenäosusega kliima soojenemist.
Minu jaoks tundub üsna loogiline, et tuleb panustada väga palju ressursse alternatiivsete energiaallikate kasutuselevõtuks. On ju taastuvad energiaallikad kontsentreeritud vorm päikeseenergiast, mis kestavad veel sama kaua kui päikene ning ei reosta süsinikdioksiidiga keskkonda. Üks tuntumaid selliseid on loomulikult tuul, aga kus tuult ja vett, seal ka lainet.
Joonis 1 illustreerib aasta keskmist päikeseenergia kiirgustihedust. See tähendab, et päikesepatarei kasuteguri 100 % juures saaks ekvatoriaalsetelt aladelt 1 m2 suuruselt pinnalt võimsust kuni 350 W, ehk 1 m2 suurune päikesepatarei suudaks siis põlemas hoida kuni kuus 60 W lambipirni. Eesti laiuskraadil tuleks aasta keskmiseks ligikaudu 150 W/m2. Liigume edasi tuuleenergia juurde. Jooniselt 2 näitab tuuleenergia potentsiaali kogu maailmas.
Nagu näha on tuuleenergia võimsus pinnaühiku kohta suurem päikeseenergia võimsusest. Näiteks talvel saab 1 m2 suuruselt pinnalt Läänemere kandis teoreetiliselt kuni 700 W ehk 0.7 kW energiat. Võiks ju arvata et laineenergia on samas skaalas kui tuuleenergiagi, kuid võta näpust.
Joonis 3. Maailma laineenergia potentsiaal (5)
Joonisel 3 on esitatud aasta keskmine laineenergia potentsiaal iga laineharja meetri kohta (seda illustreerib Joonis 4, mis on iga laineharja meeter). Iirimaa ranniku lähedal on see lausa üle 60 kW/m, ehk siis iga laineharja meetri kohta saaks teoreetiliselt kätte kuni 60000 W võimsust ehk saaks põlema panna kuni 1000 lambipirni!
Joonis 4. Lainetuse võimsuse definitsioon.
2010 a Talveakadeemiale esitatud tööst pealkirjaga „Lainetuse energia potentsiaal Eesti territoriaalmeres“ selgus et:
Võrreldes tuuleenergiaga on lainetuse energia potentsiaal 8 korda suurem. Keskmine lainetuse võimsus on 5 kW/m Saaremaa ranniku lähistel (Joonis 5). Seetõttu on tuuleenergia arendamise kõrval mõttekas panustada kindlasti lainetuse energia tootmisesse.
Lainetuse energia sesoonne käik ühtib suuresti energiatarbimise nõudlusega. Lähtuvalt sellest on võimalik toota suur osa energiast just siis, kui on suur tarbimine.
Suurte Euroopa Liidu liikmesriikide nagu Prantsusmaa, Suurbritannia ja Hispaaniaga võrreldes on Eesti lainetuse energia potentsiaal 4 korda suurem, sest me tarbime kümneid kordi vähem energiat kui mainitud riigid. Teisisõnu, Eestis on võimalik toota märkimisväärne osa energiast lainetest.
Joonis 5. Laine võimsus (kW/m) kahe aasta keskmisena Saaremaa ranniku lähistel.
Mul oli reedel suurepärane võimalus olla Ragn-Sellsi juhatuse esimehe Rein Leipalu töövarjuks. Kuigi tegemist oli Noored Kooli programmi liidriprogrammi ühe osaga, sain ma ka (ülikoolis omandatud) eriala maailma väikse sissevaate teha. Muuhulgas oli mul võimalus viibida konverentsil, kus jagati parimatele prügisorteerijatele (firmad, omavalitsused jmt) auhindu, arutleti ja vaieldi teemal, kas Eestist peaks saama prügivaba riik või hoopis prügi vabariik. Postimees võttis poliitikute debatti kenasti kokku.
Omalt poolt peaks lisama, et erakond Rohelised oli alguses konverentsil osalemise võimalusest ära ütelnud! Külla aga oli saalis härra Lahtvee, kes mõni aeg pärast vaidluse algust ka lavale paluti.
Noppeid rubriigist “poliitiku suu ei valeta”
“See naine, kes pole kunagi sünnitanud ei peagi sünnitama” (Erki Nool toob kujundliku näite praegusest riigihangete süsteemist)
“Senikaua kuni inimesed pole puu otsast veel alla tulnud… me peame panema puu otsa konteinerid!” (Erki Nool jäätmeseaduse väidetavast jäikusest)
“Rohelised on muutnud kõik erakonnad palju rohelisemaks.” Indrek Saar roheliste rollist riigikogus
Küsimus: mis muudaks prügisorteerimise laialtlevinumaks?
Sots.dem. (Saar): MAKSUD!”
Keskerakond (R. Ratas): “blablabla.. TÕDEMUS… ” (Ei saanud aru, mis ta mõtles)
Isamaa/Respublika (Nool): “Kitsaskoht on järelvalve”
Lisaks debatile oli konverentsi kavas ka Allar Jõksi, Indrek Tarandi ja Eesti Energia esindaja sõnavõtud. Tarand jäi meelde mõtlemapaneva näitega Bombay / Mumbay linnast, kus palgati Cleanaway prügi sorteerima, mille tulemusena kõik madalama klassi prügisorterijad, kes end seni nii elatanud olid, jäid töötuks ja prügi sai halvemini sorteeritud kui kunagi varem linna ajaloos… Ehk siis tegutsegem lokaalselt või midagi.
Lisaks oli Tarand kodust kõik rämpsposti kaasa võtnud, et demonstreerida kohta, kus nn prügipüramiidi tipuga peaks tegelema (EL seadusandlus ütleb kenasti, et alustada tuleb prügi tekke vähendamisest, siis suurendada asjade taaskasutust, seejärel materjalide taaskasutust, siis minna alles prügi põletamise ja viimasena ladestamise teed).
Sellega seoses tuli meelde, et keskkooliõpilasena lugesin ma kokku kui palju mingeid a’la K-rauta reklaamlehti oli toodud (neid oli kokku ca 4 sorti sel päeval) ja helistasin kõigisse firmadesse umbes sellise infoga, et
“Tere, meie majas on 35 korterit, täna oli postkastide otsas hunnikus 70 teie brožüüri!”
Vastuseks sain enamasti: “Meie ei vii neid laiali!”
Mille peale ei saanud mina imestamata jätta, et “Aga see on ju teie raha, mis absoluutselt tuulde on lastud?!” Sellepeale ei osanud närvilised sekretärid mulle midagi vastata…
Allar Jõks.. noh. Luges maha oma slaide, mis olid sisukad, aga selleks hetkeks oli mul väss nii peal, et ega ma noist faktidest muud ei mäleta kui seda, et prügimajandus on Eestis üsna ähmane bisnis ja riigikontroll peaks selle asja luubi alla võtma vmt. Eriti arvestades summasid, mis selles sfääris ringlevad.
Eesti Energia aga promos eelkõige oma prügipõletustehast, mis Irus juba vaikselt valmib (seal tuli kenasti välja konflikt Ragn-Sellsi poolt planeeritava prügikütuse põletamise projektiga.. Intriigi kui palju!)
Igatahes oli hariv ja põnev päev. Peaaegu armusin Erki Noolde, tõdesin taaskord roheliste olemasolu olulisust meie poliitikamaastikul ja leidsin, et Ragn-sellsil on maailma tervise suhtes meeldiv visioon.
