Koostootmine

Artikkel Koostootmine täiendab artikleid Kaugküte ning Soojusvarustus. Soojuse ja elektri koostootmine on protsess, mille käigus väljastatakse ühest seadmest kaht liiki energiat:

• soojust ja
• mehhaanilist energiat, mis üldjuhul muudetakse elektriks.

Soojuse ja elektri koostootmine Eestis

Seadusandlik regulatsioon

Koostootmisseadmete rajamist ning selle toodangu müüki reguleerivad järgmised seadusandlikud dokumendid:

• Elektrituruseadus;
• Võrgueeskiri;
• Kaugkütteseadus;
• Konkurentsiseadus.

Elektrituruseaduse mõistes on koostootja isik, kes toodab elektrienergiat tõhusa koostootmise režiimil. Tõhusa koostootmise üldnõuded on toodud määruses "Tõhusa koostootmise nõuded". Kasutades koostootmisseadmes biomaassi, peab arvestama ka '''"Biomassist elektrienergia koostootmise juhistega".

Soojuse ja elektri koostootmine

Eestisse installeeritud koostootmisvõimsusi ( joonis 1) ning koostootmise abil toodetud elektri ( joonis 2) koguseid Eestis saab hinnata, kasutades Elering AS-i andmeid Eesti elektrisüsteemiga liidetud tootmisvõimsuste ning taastuvenergia ja tõhusa koostootmise toetuste jaoks. Tuleb mainida, et joonise 1 kajastatud andmetes sisalduvad ka Narva elektrijaamade andmed, mis moodustavad ~75 % kogu Eesti elektrisüsteemiga ühendatud tootmisseadmete installeeritud netovõimsustest.

2013. aastal toetati elektritootmist 1135 GWh ulatuses, sealjuures moodustas koostootmine (tõhus koostootmine, elektri tootmine biomassi ning biogaasi abil) ~62 % kogu toetatud elektritoodangust ( joonis 2).

Ülevaate Eesti koostootmisjaamades toodetud soojuse ning elektri kogustest annavad Statstikaameti andmetabelite alusel koostatud jooniselt 3 ning jooniselt 4.

Joonis 1. Eesti elektrisüsteemiga ühendatud tootmisvõimsused12

Joonis 2. Eesti elektrisüsteemiga ühendatud tootmisvõimsused13

Joonis 3. Elektritoodang koostootmisjaamades14''

Joonis 4. Soojuse toodang koostootmisjaamades15

Tehnoloogiad

Koostootmisseadmed võib vastavalt elektrilisele väljundvõimsusele jagada:

• mikrokoostootmisseade - koostootmisseade, mille P_e < 50 kW;
• väikekoostootmisseade - koostootmisseade, millel 50 kW < P_e < 1 MW;
• suured koostootmisseadmed – koostootmisseadmete talituslik kogum, mille P_e > 1 MW.

Tehnoloogiatest ( tabel 1) saab eristada:

1. kombineeritud tsükliga gaasiturbiine koos utilisaatorkatlaga;
2. vasturõhuauruturbiine;
3. vaheltvõttudega auruturbiine;
4. gaasiturbiine koos utilisaatorkatlaga;
5. sisepõlemismootoreid;
6. mikroturbiine;
7. Stirling-mootoreid;
8. kütuseelemente;
9. aurumootoreid;
10. orgaanilised Rankine ringprotsesse;
11. muid tehnoloogiad või nende kombinatsioone, mis vastavad koostootmise mõistele.

Tabel 1. Koostootmise tehnoloogiate indikatiivsed parameetrid16''

Auruturbiinid

Auruturbiinide töö põhineb Rankine'i ringprotsessil. Auruturbiinid võib jagada:

• vasturõhuturbiinideks;
• reguleeritava vaheltvõtuga turbiinideks.

Vasturõhuturbiinide kasutamisel tuleb arvestada, et mida kõrgem on soojusvõrku edastatava vee temperatuur, seda kõrgem peab olema turbiini vasturõhk ning seda väiksem on toodetud elektrienergia kogus. Vaheltvõtuga turbiinide kasutamisel ei sõltu elektriline koormus välisest soojuskoormusest, sest osa auru eemaldatakse enne lõpprõhuni paisumist.²

Gaasiturbiinid

Gaasiturbiinseadme töö põhineb Braytoni ringprotsessil. Sealjuures saadakse soojust gaasiturbiinist väljuvate gaaside utiliseerimisel. Selleks kasutatakse kombineeritud gaasi- ja auruturbiiniga süsteeme, kus gaasiturbiinist lahkuv gaas suunatakse utilisaatorkatlasse, kus selle soojuse arvel toodetakse auru, mis suunatakse auruturbiini. Seega kasutatakse nimetatud süsteemi puhul nii Braytoni kui ka Rankine’i ringprotsessi. Kui gaasiturbiinseadmete elektriline väljundvõimsus on vahemikus 250 kW (30 kW mikro) … 480 MW, siis kombineeritud auru-gaasitsükliga seadmeid kasutatakse suuremate elektriliste väljundvõimsuste juures (P_e > 3 MW).³

Sisepõlemismootorid

Sisepõlemismootoriga seade põhineb:

• Otto või
• Dieseli ringprotsessil.

Ka eelnimetatud koostootmisseadmete puhul kasutatakse soojuse saamiseks seadmest väljuvaid gaase.⁴

Stirlingmootor

Stirlingmootor tänapäevases tähenduses põhineb kinnisel ringprotsessil, mis koosneb kahest isotermilisest ning kahest isohoorsest protsessist. Need toimuvad kahe omavahel kooskõlastatult liikuva kolvi (töökolb, väljatõrjekolb) koostöös.⁵

Kütuseelement

Kütuseelemendi kasutamisel toimub kütuse elektrokeemiline oksüdatsioon („külm põletamine“), mille tulemusena saadakse nii elektrit kui ka soojust. Kütuseelement koosneb katalüsaatorit sisaldavatest poorsetest elektroodiest, mille vahel on elektrolüüt (ioonmembraan). Kütuseelemendi tööolukorras juhitakse anoodile vesinik ja katoodile hapnik. Kuivõrd reaktsiooniks vajalik elektronide vahetus ei toimu mitte läbi elektrolüüdi, vaid välist elektriringi pidi, tekib reaktsiooni tulemusena alalisvool.⁶

Aurumootor

Aurumootori P_e jääb vahemikku 25…1500 kW (Spillingu aurumootor) ning selle elektriline kasutegur on väikestel koormustel suurem kui auruturbiinil. Aurumootori kasutamist takistavateks põhilisteks probleemideks on töökindlus ning tootjate puudumine.⁷

Orgaaniline Rankine'i ringprotsess (ORC)

ORC (Organic Rankine Cycle) on protsess, kus soojust muundatakse mehaaniliseks energiaks Rankine’i ringprotsessi abil. Sealjuures on soojuse edastuskeskkonnaks mitte vesi, vaid orgaaniline töövedelik (õli). ORC-seadmeid iseloomustab kõrge koormusdiapasoon.

Koostootmine tulevikus

Koostootmine ja kaugküte

Soojuse ja elektri koostootmist on Eestis praegu rakendatud suuremates kaugküttevõrkudes ( tabel 2).

Lisaks kaugküttevõrkudele, kus koostootmisjaamad on juba rajatud, on Eestis veel kaugküttevõrke, mille tarbimismahud on suhteliselt suured ning kus seega võiks tulevikus kaaluda koostootmise rakendamist ( joonis 6). Rakvere linna rajati 2 koostootmisjaama ⁸, ⁹, ¹⁰.

Piirkonnad müügimahuga 10...20 GWh on joonisele 5 lisatud, arvestades, et ORC-tehnoloogia odavnedes on mõistlik ka nendes piirkondades kaaluda koostootmise kasutamist. ORC-tehnoloogia võimaldab koostootmise välja ehitamist ka väiksemate soojuskoormuste korral. Sealjuures tuleb arvestada, et koostootmise majanduslikku tasuvust tuleb vaadelda iga konkreetse juhtumi korral eraldi.

Tabel 2. Koostootmisjaamad Eesti kaugküttevõrkudes17, 18

Joonis 5. Potentsiaalsed kaugküttevõrgud koostootmisjaamade rajamiseks19, , 20

Koostootmine ja energiaühistud

Hajaenergeetika ning energiaühistute kontseptsiooniga sobivad kokku koostootmisseadmed, mille P_e < 1…3 MW. Sealjuures on tähtis, et elektriline väljundvõimsus oleks võrreldes soojusliku võimsusega võimalikult suur.

Lisaks tabel 3 esitatule võib energiaühistute puhul kaaluda veel järgmisi tehnoloogiad:

• ORC – P_e=0,3…1,5 MW;
• Puidu gaasistamine (pürolüüs) ning gaasi põletamine sisepõlemismootoris.

Väikekoostootmisele võivad tulevikus oma panuse anda ka energiateenusettevõtted.

Tabel 3. Mõningate väiksemate koostootmisseadmete tehnilisi parameetreid21

Soojuse ja elektri maksumused

Koostootmisjaamas toodetud soojuse ning elektrienergia (ilma toetuseta) võimalikud maksumused tulevikus on kirjeldatud joonisel 6 ning joonisel 7.

Joonis 6. ORC-tüüpi koostootmisjaamas toodetud soojuse hinna prognoos22

Joonis 7. Elektrienergia hinna prognoos23, 24, 25

Täiendavat lugemist

Aasta	Kategooria	Pealkiri
2014	Uuring	Levelized Cost of Electricity Renewable Energy Technologies
2013	Uring	Energiateenusettevõtete turu käivitamise võimaluste analüüs
2013	Teabematerjal	Kaugküte - mugav, tõhus ja soodne
2012	Ettekanne	Mikro ja väikeskoostootmise võimalikkusest eramute energiabilansis
2014	Ettekanne	Adven Eesti koostootmisjaama roll Rakvere kaugküttes
2014	Ettekanne	Koostootmine Kuressaares
2014	Ettekanne	Soojuse ja elektri koostootmise tehnoloogiad ja seadmed väikesemastaabiliseks hajustatud energia tootmiseks
2014	Ettekanne	lektrienergia hajatootmine, selle mõju võrgule
2013	Ajakiri	Eesti Põlevloodusvarad ja -jäätmed 2013
2013	Uuring	Energia lokaalse tootmise analüüs büroohoonele. Osa I - Taastuvenergialahendused
2013	Uuring	Energia lokaalse tootmise analüüs büroohoonele. Osa III - Näidishoone
2006	Ettekanne	Eesti erinevate piirkondade eeluuring koostootmisjaamade ehitamiseks
2009	Ajakiri	Koostootmine kui energiasäästuvõimalus
2005	Uuring	Tõhusa koostootmise viiteväärtused ja tõhusa koostootmise potentsiaal Eestis
2013	Ettekanne	Kohalike biokütuste tootmisvõimalused Hiiumaal ning soojuse ja elektri koostootmise majanduslikud aspektid
2011	Ettekanne	Biokütuste termokeemiline töötlus. ORC-l põhinev soojuse ja elektri koostootmine
2006	Uuring	Micro CHP systems: state-of-the-art
2008	Uuring	Taastuvatest allikatest elektri tootmise võimalused Eestis
2007	Aruanne	AS Narva Elektrijaamad energiakompleksi arendusprojekti KSH aruanne
2011	Aruanne	Puiduhakkel põhineva soojuse ja elektri koostootmisjaama rajamine. Keskkonnamõjude eelhinnang
2013	Ettekanne	Ventilatsioon ja soojuspumpade kasutamine kortermajadel ja ühiskondlikel hoonetel
2013	Ettekanne	Maakütte käsiraamatu tutvustus
2013	Ettekanne	Eesti Maaülikooli tehnikainstituudi (nutikas) maja ja katelseadmete õppelabor
2013	Ettekanne	Rakvere Tark Maja - Eesti esimene liginullenergiahoone - kaugküte kombineerituna lokaalküttega
2013	Ettekanne	Teadmistepõhisest ehitusest
2013	Ettekanne	Energiatehnoloogiate tulevikust
2014	Uuring	Tarbimise juhtimine. Suurtarbijate koormusgraafikute salvestamine ning analüüs tarbimise juhtimise rakendamise võimaluste tuvastamiseks
2014	Ettekanne	Puiduenergia ENMAK 2030+ valguses
2014	Ettekanne	Metsaomaniku ja riigi energiatõhusus puidu turule toomiseks
2014	Ettekanne	Puit - soojus ja elekter, kas ka autokütus
2014	Ettekanne	Puiduenergia kogumine praktiku silmade läbi
2012	Ettekanne	Kohalike biokütuste tootmisvõimalused Hiiumaal
2013	Ettekanne	Kohalike biokütuste tootmisvõimalused Hiiumaal ning soojuse ja elektri koostootmise majanduslikud aspektid
2011	Ettekanne	Biokütuste termokeemiline töötlus. ORC-l põhinev soojuse ja elektri koostootmine
2014	Raport	Subsidies and costs of EU energy. An interim report
2014	Raport	Subsidies and costs of EU energy. Lisa 1-3
2014	Raport	Subsidies and costs of EU Energy. Lisa 4-5
2014	Kokkuvõte	Eesti koostootmise tegevuskava. Kokkuvõte
2014	Kokkuvõte	Cogeneration Roadmp for Estonia. Summary
2014	Aruanne	Final Cogeneration Roadmap Estonia
2007	Ettekanne	Eesti energiatehnoloogiate arendusstrateegia eeluuring
2007	Aruanne	Energiatoodete maksustamise uuring
2014	Ettekanne	Euroopa energiapoliitika valikud. Kas Euroopal on üldse valikut
2014	Ettekanne	Eesti uus energiapoliitika. Konkurentsivõimeline taastuvenergia Eestis
2014	Ettekanne	Eesti energiapoliitika mõju riigi konkurentsivõimele
2014	Ettekanne	Eesti põlevkivienergeetika tulevik
2014	Ettekanne	Eesti energiamajanduse arengukava aastani 2030
2012	Magistritöö	Korteriühistute sotsiaalne ja finantsiline võimekus korterelamute renoveerimiseks
2013	Aruanne	Aruanne elektri- ja gaasiturust Eestis 2013
2014	Aruanne	Elektrilevi OÜ investeeringute vajalikkuse ja efektiivsuse hindamine
2014	Aruanne	Väljavõte - gaasi varustuskindluse analüüs
2013	Aruanne	Aruanne elektri- ja gaasiturust Eestis 2013
2014	Aruanne	Ekspertarvamus maagaasikoguste mõõtmise kohta
2014	Aruanne	Elektrilevi OÜ investeeringute vajalikkuse ja efektiivsuse hindamine
2014	Aruanne	Konkurentsiameti poolt väljatöötatud kaalutud keskmise kapitali hinna (WACC) arvutamise metoodika analüüs
2011	Artikkel	Suletud põlevkivikaevanduste ressurss - kaevandusvesi
2015	Ettekanne	Energiamajanduse kavandamine ja toetused
2015	Ettekanne	Korterelamu rekonstrueerimistoetuse põhitingimused
2015	Ettekanne	Energiasäästu lahendustest korrusmajadele
2015	Ettekanne	ESCO - rahastuse võimalus läbi energiasäästu maksumuse
2015	Ettekanne	Energiatõhususe parendamine on majanduslikult otstarbekas ja kuluefektiivne. Näited Eesti praktikast
2015	Ettekanne	Hakkepuidu katlamajade investeeringud põlevkiviõli hinna languse taustal - kas ka soojuse hind langeb?
2015	Ettekanne	Sooja tootmine puidugraanulitega – mõistlik ja tänapäevane
2015	Ettekanne	Soojusmajanduse investeeringud CO2 müügist Austriale
2015	Ettekanne	Adven Eesti AS kogemused taastuvenergia projektide elluviimisel
2015	Ettekanne	Kadrina Soojus AS kogemused taastuvenergia projektide elluviimisel
2015	Ettekanne	2014-2020 toetused kohalikule energiamajandusele
2015	Uuring	Current and Future Cost of Photovoltaics
2014	Aastaraamat	Taastuvenergia aastaraamat 2014
2010	Aruanne	Biomassist elektrienergia koostootmise täpema juhise ettepaneku seletuskiri
2010	Aruanne	Biomassist elektrienergia koostootmise täpsema juhise ettepanek

Viited

---

1. Riigi Teataja. Tõhusa koostootmise nõuded, (23.11.2013).↩︎
2. Paist, A. Soojuse ja elektri koostootmise tehnoloogiatest, Eesti Põlevloodusvarad ja jäätmed 2013.↩︎
3. Keskkonnainvesteeringute Keskus. Taastuvenergiaallikate laialdasem kasutamine energia tootmiseks ning kaugküttevõrkude parendamine. (13.10.2013).↩︎
4. ERR. Rakvere koostootmisjaam valmib septembris. (13.10.2013).↩︎
5. E24. Adven Eesti ehitab Rakverre koostootmisjaama. (13.10.2013).↩︎
6. Elering AS. Eesti elektrisüsteemi tarbimisnõudluse rahuldamiseks vajaliku tootmisvaru hinnang. 2014.↩︎
7. Elering AS. Varustuskindluse aruanded, (09.09.2015).↩︎
8. Elering AS. Kuukokkuvõtted, (09.09.2015).↩︎
9. Statistikaamet. KE034: Koostootmisjaamade võimsus, toodang ja kasutatud kütus, (23.10.2015).↩︎
10. Statistikaamet. KE034: Koostootmisjaamade võimsus, toodang ja kasutatud kütus, (23.10.2015).↩︎
11. Wolfram, J. Decentralised Power Generation in the Liberalised EU Energy Markets: Results from the DECENT Research Project. Springer, 2003.↩︎
12. Vali, Lembit. Kaugkütte energiasääst, Tallinn 2013.↩︎
13. Vali, Lembit. Kaugkütte energiasääst. Lisa 2, Tallinn 2013.↩︎
14. Nord Pool Spot AS Elspot prices. (09.02.2014)↩︎
15. Abimaterjalid tasuvusanalüüsi koostamiseks. (16.07.2013).↩︎
16. Elektritootmise ENMAK stsenaariumid.↩︎