Elektrienergia mikro- ja hajatootmine täiendab peaartiklit Elektritootmise tehnoloogiad ning kirjeldab elektrienergia tootmist väikese võimsusega tootmisüksustes.
Mikrotootmine
Mikrotootmiseks k.a mikroenergeetikaks nimetatakse väikesemahulist elektrienergia tootmist. Käesolevalt peetakse silmas elektrienergia tootmist taastuvatest energiaallikatest. Võimalik on samuti kasutada elektrienergia tootmiseks ka teisi võimalusi, näiteks gaasiturbiine vms. Teisisõnu on energia mikrotootmine ka kodumajapidamise või väikeettevõtte poolt tarbimiskohas elektri(energia) tootmine, mille eesmärgiks on katta eelkõige tootja enda vajadusi. 1
Mikrotootmisseadmeks kvalifitseeruvad ühefaasilised tootmisseadmed, mille nimivõimsus on kuni 3,68 kW või kolmefaasilised tootmisseadmed, mille nimivõimsus on kuni 11 kW. Mikrotootmisseade võib koosneda ka mitmest seadmed, mille summaarne koguvõimsus ei ületa eelpooltoodud suurusi, tuues siinkohal näiteks 5 kW ulatuses päikesepaneele ning 6 kW elektrituulik. 2
Elektri tarbimiseks ning ka tarbimisest ülejääva elektri võrku tagasi müümise olukorras on vaja liitud elektrivõrguga. Mikrotootja tehnilised nõuded sätestab Vabariigi Valitsuse poolt kehtestatud võrgueeskiri (Võrgueeskiri), mis omakorda on antud lähtudes elektrituruseadusest (Elektrituruseadus). Elektrituruseadus sätestab ka taastuvenergia toetuste maksmise õiguslikud alused. 3
Mikrotootmisseadmeid reguleerib standard EVS EN 50486, mis on käesolevalt ka kättesaadav Eesti Standardikeskusest (EVS-EN 50438:2013). 4
Mikrotootmise tehnoloogiad
Mikrotootja ja mikrotootmisena määratletakse elektritootjaid, kes kasutavad taastuvenergia tootmisseadmeid elektrienergia tootmiseks peamiselt majapidamise omatarbeks. Mikrotootmise peamised tehnoloogiad baseeruvad tuuleenergial, päikeseenergial ning hüdroenergial
Tuuleenergia puhul muundatakse tuule kineetiline energia tuuleturbiinide abil elektrienergiaks. Tuuleenergia muundavad elektrienergiaks tuulegeneraatorid, ehk elektrituulikud.
Päikeseenergia puhul saadakse energia päikesekiirguse energiast. Päikeseenergia puhul muundatakse päikesevalgus elektrienergiaks fotovoltefekti abil. Elektri tootmine päikeseenergiast toimub kas läbi fotovoltefekti abil päikesepatareidega või päikeseenergia soojuse abil läbi soojusenergia muundamise elektrienergiaks.
Hüdroenergia on mehaaniline energia, mis vabaneb vee vabal langemisel Maa raskusjõu mõjul. hüdroelektrijaamades elektrienergia tootmiseks muundatakse mehaaniline energia turbiinide abil elektrienergiaks. 5
Mikrotootmine Eestis
2013. aastal toimus Eestis märkamatult, kuid seejuures tormiliselt areng mikrotootmises. Eelduste kohaselt on mikrotootmisega tegeletud Eestis juba mitmeid aastakümneid, kuid Elektrilevi andmetel polnud enne 2009. aastat ühtegi mikrotootjat. 2013. aasta lõpuks on võrguga liitunuid 152. Lisaks on liitunute arv kasvanud 2014. aastal (vaata ka Joonis 1.). Ning samuti on veel ka kümneid, kes pole võrguga liitunud, kuid keda võiv samuti lugeda mikrotootjateks. 6
Vastavalt võrguettevõtja Elektrilevi OÜ organisatsioonisisesele korrale, on mikrotootja kui elektrivõrku energia tootja, defineeritud järgmiselt: mikrotootja võimsusega kuni 11 kW, liitub madalpingel 0,4 kV. Eesti näitel on kõige otstarbekamad mikrotootmiseks kasutatavad taastuvad energeetilised ressursid just päike ja tuul. Uuringute tulemusena on Elektrilevi OÜ võrgus 2013 a. seisuga tuule- ja päikeseenergia tootjaid ligi 140. 7
Mikrotootjaid tekkis rohkem juurde pärast 2012. aastal toimunud Kredexi väikeelamute renoveerimistoetuse (Väikeelamute renoveerimistoetus) vooru, kus oli võimalik taotleda taastuvenergia seadme investeeringutoetust 70% ulatuses. Kredexi toetusmeede osutus sedavõrd populaarseks, et taotluste vastuvõtmine peatati paar tundi pärast meetmevooru avamist. Meetme raames said sadakond inimest taastuvenergia seadme investeeringutoetust. Keskmiseks toetussummaks oli 10 000 eurot. 8
Suuremate jaotusvõrguettevõtete andmetel oli 2013. aastal mikrotootjate koguvõimsus ligikaudu 1 MW. 2012. aastal toodeti Eleringi andmetel võrku 250 MWh, mis on võrdne 100 majapidamise elektritarbimisega. Kui arvestada siinkohal ka kohapeal tarbitud elektrienergiat, siis toodeti mikrotootjate poolt ETEK'i hinnangul eelmisel aastal 500 MW·h elektrienergiat. Võrguga mitteliitunute koguvõimsust on keeruline täpsemalt arvutada, kuid ETEK'i hinnangul võib mitteliitunute tootmisvõimsus ulatuda 100 - 200 kW-ni. 9
Alginvesteeringuid ning samuti ka investeeringute tasuvusaega kirjeldab tabel 1.
|
Joonis 1. Mikrotootjate kasv Eestis aastate lõikes26,27 |
|
|
Hajatootmine
Hajatootmine, ehk teisisõnu ka hajaenergeetika kujutab endast elektrienergia tootmist tarbijaga seotult ja hajutatult paiknevates mikro- ja minielektri- ja küttejaamades. 10
Hajaenergeetika kontseptsiooni korral eeldatakse, et kogu toodetav elektrienergia tarbitakse ära võimalikult tootmiskoha ligidal. Juhul kui tarbija poole liitumispunkti ühendatud väiketootmisseadme nimivõimsus Pn on väiksem kui tarbija minimaalne võimsus Ptmin , siis läheb kogu toodetav elektrienergia kohaliku tarbimise katteks. Kui Pn on suurem kui Ptmin, siis läheb osa elektrienergiat võrku. Võrku mineva elektrienergia kogust mõõdetakse kahepoolse töörežiimiga elektriarvestite abil. 11
Hajaenergeetika baseerub väikeelektritootmisseadmetel, mis võib jagada kolme gruppi 12 :
- 1) stohhastilise väljundvõimsusega (tuul, päike);
- 2) kontrollitava väljundvõimsusega (gaasiturbiin, sisepõlemismootoriga elektrigeneraator);
- 3) Piiratud kontrollivõimalusega väljundvõimsusega (hüdroelektrijaam, koostootmisjaam).
Hajaenergeetika lahenduste mõju energiakvaliteedile
Käesolevalt on hajaenergeetika lahenduste mõju energiakvaliteedile täna vähe uuritud, kuna lahendusi on mitmesuguste konfiguratsioonidega ning mitmed lahendused Eestis uuringute koostamise hetkil veel sisuliselt puudusid. Põhjalikult on aga uuringuid tehtud Taanis, ning selle alusel saab välja tuua peamised hajaenergeetika elektrikvaliteeti mõjutavad näitajad. 13
Oluline muutus elektrivõrkude töös seoses hajaenergeetika tekkega on energiavoogude kahesuunalisus. See esitab kõrgendatud nõudeid elektrivõrkude kaitse- ja juhtimis automaatikaseadmetele ning nende arvutuspõhimõtetele. Samas, hoolimata nõuetest energiatootmisseadmete vastavusest standarditele võib esineda hajaenergeetikas suurenenud võimalus pinge tippude ja kõrgemate harmooniliste tekkeks, kontrollimatuid reaktiivenergiavoogusid ning resonantsinähtuseid. Põhjuseks on energia tootmisseadmete omavaheline ja nende mõju võrgule. Väikeelektritootmisseadmete puhul ei esitata toodetava elektrienergia kvaliteedile nii kõrgeid nõudmisi kui suurenergeetikas. See väljendub ka nõutavate parameetrite väiksemas arvus seadmete dokumentatsioonides. 14
Hajaenergeetika seadmete omavaheline koostöö
Hajaenergeetika lahendustel võivad olla järgnevalt toodud eesmärgid 15:
- toota elektrienergiat; eesmärgiga katta võimalikult täielikult elektritarbimist ühel kinnistul;
- katta mingi väiksem osa tarbimisest ühel kinnistul;
- toota elektrienergiat võrku müümiseks, kes tarniks seda lähinaabritele, või müüa juba kaugemale.
Esimesel ja teisel juhul pole peamine eesmärk müüa elektrienergiat. Eesmärk on tarbida võimalikult palju elektrienergiat kohapeal. Siinjuures on peamiseks probleemiks stohhastilise väljundvõimsusega tuule ja päikesejaamad. Nende tootmisgraafikute ühitamine tarbimisgraafikutega on probleemne. Üks lahendus on kasutada energia salvestusseadmeid: akusid (hooratas, kütuseelement, hüdropumpjaam jne) või soojussalvesteid. Esimesed on kallid ja lühikese elueaga, soojusseadmete puhul ei ole lihtsate meetoditega võimalik salvestatud energiat elektrienergiana tagasi saada. Akud sobivad kõige paremini väikestele autonoomsetele energiasüsteemidele. Tarbijad keskmisel võimsusel üle 1 kW kasvab mahtuvusseadmete vajadus järsult. Võrkuühendatud süsteemide korral on võimalik akude abil ja tarbimisgraafiku sobitamisega suurendada kohapeal toodetud elektrienergia osakaalu. 16
Üks võimalus suurendada hajaenergeetika lahendustes toodetud elektrienergia osakaalu tarbimises on kombineerida erinevaid energiatootmisseadmeid omavahel, näiteks kõige lihtsamal moel kattes elektrienergia puudujääke kasutades diisel- või bensiinigeneraatoreid või kasutades gaasiturbiine. 17
Elektri ja soojuse koostootmise võimalused mikro- ja hajatootmisel
Üldist
Elektri ja soojuse koostootmine on protsess, kus ühe seadme abil muundatakse kütusest saadav energia samaaegselt nii elektri- kui ka soojusenergiaks. Koostootmisel on mitmeid erinevaid tehnoloogiaid, millede üldkirjeldus on toodud Tabelis 2. 18.
|
|
Üldises kontseptsioonis võib koostootmisseadmed vastavalt elektrilisele väljundvõimsusele jagada 19:
- 1) mikrokoostootmisseade - koostootmisseade, mille Pe < 50 kW;
- 2) väikekoostootmisseade - koostootmisseade, millel 50 kW < Pe < 1 MW;
- 3) suured koostootmisseadmed - koostootmisseadmete talituslik kogum, mille Pe > 1 MW.
Mikrokoostootmine
Mikrokoostootmise all peetakse silmas elektrienergia ning soojuse tootmist eramutele, avalikele hoonetele jms seadmega, mille Pe < 50 kW. Sedavõrd väikese elektrilise väljundvõimsusega tootmisseadmed (loe lisa ka koostootmine) baseeruvad 20:
- a) strilingmootoril;
- b) orgaanilisel Rankine'i ringprotsessil (ORC'');
- c) sisepõlemismootoritel;
- d) kütuseelementidel.
Mikrokoostootmisseadmeid iseloomustab kõrge elektri ja soojuse tootmise efektiivsus. Mikrokoostootmisseadmete kasutamise prognoosi Euroopas kirjeldab joonis 2.
|
Joonis 2. Mikrokoostootmisseadmete potentsiaal Euroopas. 30 |
|
|
Hajakoostootmine
Hajaenergeetika ning samuti ka energiaühistute kontseptsiooniga sobivad kokku koostootmisseadmed, mille Pe > 1...3 MW. Sellejuures on tähtis, et elektrilise väljundvõimsuse osa kogu energiatoodangust oleks võimalikult suur (vt. lisa ka artikkel koostootmine). 21
Hajaenergeetika ning energiaühistute juures käsitletakse pigem mikro- ja väikekoostootmisseadmeid (mikrokoostootmisseadmeid ning väikekoostootmisseadmeid), mis tähendab, et Pe < 3 MW. 22
Koostootmisseadmed oma olemuselt sobivad hajaenergeetika lahendustesse, kuna on võimalik kasutada kohalikke kütuseid ning balanseerida teisi stohhastilise väljundvõimsusega taastuvenergia tootmisseadmeid. Koostootmisseadmete kasutamine sobib hästi ühistuliseks tegevusesk tulenevalt suurusest, samuti võimaldab see suurendada piirkonna tööhõivet. Oluliseks aspektiks on samuti koostootmisjaamade otsustav roll riigi Energiajulgeolekus. 23
Hajaenergeetika lahendused PV - paneelidega
PV - paneelide paigaldusvõimalused on palju laiemad ja paindlikumad kui ükskõik millistel teistel energiatootmisseadmetel, näiteks tiheasustusalad, hooned jne. PV - paneelid hajaenergeetika lahendustes, aruka planeerimise korral, annavad võimaluse kasutada energiat kohapeal, mis vähendaks vajadust võrkude tugevdamiseks, kuna energiavood neis vähenevad. PV - paneelid annavad hajaenergeetika lahendustes võimaluse regionaalpoliitika arendamiseks, energiaühistute tekkimiseks, energiahinna vähenemiseks piirkonnas - raha energeetikas jääb kõnealusesse piirkonda. 24
Hajaenergeetika lahendused väiketuulikutega
Eesti suhteliselt hõredasti asustatud, mis pakub sagedasti võimalusi paigaldada väiketuulikuid, ilma, et need naabreid häiriks, eeldusel muidugi, et asukohas tuuleressurssi on. Väiketuulegeneraatorid annavad hajaenergeetika lahendustes aruka planeerimise korral võimaluse kasutada energiat kohapeal, mis mõnel juhul vähendab vajadust võrkude tugevdamiseks ja samas vähendab ka elektrienergia kadusid võrkudes. Väiketuulegeneraatorid hajaenergeetikalahendustes annavad võimaluse regionaalpoliitika arendamiseks, võimalused energiaühistute tekkeks, energiahinna vähendamiseks piirkonnas - raha energeetikas jääb kõnealusesse piirkonda. 25
Täiendavat lugemist
|
Aasta |
Kategooria |
Pealkiri |
|---|---|---|
|
- |
Ettekanne |
Kaps, M. Elektrilevi OÜ. Elektrisüsteemi muudatused elektritarbijast tarbija-tootjaks muutumisel |
|
2014 |
Uuring |
|
|
2012 |
Teadustöö |
Elektrienergia hajatootmine ja selle võimalused energia- ja kliimapoliitika eesmärkide täitmiseks |
|
2013 |
Aruanne |
|
|
- |
Veebileht |
Eesti Elektritööstuse Liit. Mikrotootmine |
|
2013 |
Ettekanne |
Meesak, A. TEUK konverents. Mikrotootmise tasuvus kodumajapidamisele PV-jaama näitel |
|
2013 |
Aastaraamat |
Eesti Taastuvenergia Koda. Taastuvenergia aastaraamat 2013 |
|
2013 |
Raport |
Equity Consulting LLP. The Role of micro CHP in a smart energy world 2013 |
|
2008 |
Raport |
International Energy Agency. Combined Heat and Power 2008 |
|
- |
Raport |
|
|
2013 |
Ajakiri |
Paist, A. Eesti põlevloodusvarad ja -jäätmed. Soojuse ja elektri koostootmise tehnoloogiatest |
|
- |
Veebileht |
Riigi Teataja. Tõhusa koostootmise nõuded |
|
2013 |
Aruanne |
Muiste, M., Veskimeister, J. Hea Uus Linn OÜ. Tuule ja päikeseenergia kasutamine Tartu linnas. 2013 |
|
2013 |
Ettekanne |
|
|
2014 |
Uuring |
|
|
2014 |
Raport |
|
|
2014 |
Raport |
|
|
2014 |
Raport |
|
|
2014 |
Kokkuvõte |
|
|
2014 |
Kokkuvõte |
|
|
2014 |
Aruanne |
|
|
2007 |
Ettekanne |
|
|
2007 |
Aruanne |
|
|
2014 |
Ettekanne |
Euroopa energiapoliitika valikud. Kas Euroopal on üldse valikut |
|
2014 |
Ettekanne |
Eesti uus energiapoliitika. Konkurentsivõimeline taastuvenergia Eestis |
|
2014 |
Ettekanne |
|
|
2014 |
Ettekanne |
|
|
2014 |
Ettekanne |
|
|
2014 |
Ettekanne |
Euroopa energiapoliitika valikud. Kas Euroopal on üldse valikut |
|
2014 |
Ettekanne |
Eesti uus energiapoliitika. Konkurentsivõimeline taastuvenergia Eestis |
|
2014 |
Ettekanne |
|
|
2014 |
Ettekanne |
|
|
2014 |
Ettekanne |
|
|
2014 |
Aruanne |
Elektrilevi OÜ investeeringute vajalikkuse ja efektiivsuse hindamine |
|
2014 |
Aruanne |
|
|
2011 |
Artikkel |
|
|
2015 |
Uuring |
|
|
2015 |
Aruanne |
|
|
2014 |
Aruanne |
|
|
2014 |
Aastaraamat |
Viited
- Meesak, A. Mikrotootmise tasuvus kodumajapidamisele PV-jaama näitel. Mikrotootmine.↩︎
- Eesti Elektritööstuse Liit Mikrotootmine.↩︎
- Eesti Taastuvenergia Koda. Taastuvenergia aastaraamat 2013.↩︎
- Muiste, M., Veskimeister, J. Hea Uus Linn OÜ . Tuule ja päikeseenergia kasutamine Tartu linnas. 2013.↩︎
- Säästva arengu sõnaseletusi.↩︎
- Eesti Arengufond Elektrivõrgu tänane olukord. Võimalikud arengustsenaariumid 2013.↩︎
- Eesti Taastuvenergia Koda. Taastuvenergia aastaraamat 2014.↩︎