Roheline energia

Taastumatu ja taastuvenergia

Inimkonna areng on toimunud käsikäes energia tarbimise kasvuga.

Kui alginimestel oli kasutada ainult Päikeselt saadud energia ning hinnanguliselt moodustas nende välistest (Päikesest) allikatest saadava energia vajadus umbes 8MJ päevas, siis kaasaja inimesed vajavad energiat mitte ainult toidu valmistamiseks vaid ka eluaseme kütmiseks/jahutamiseks ja valgustamiseks, transpordivajaduste rahuldamiseks, sidepidamiseks, erinevate kaupade ja teenuste tootmiseks ning vaba aja veetmiseks. Hinnanguliselt moodustab tänapäeva inimese välistest allikatest pärineva energia vajadus umbes 300 MJ päevas – ehk see on umbes 40 korda suurem kui meie kaugetel eellastel.

Ka on Maal elavate inimeste arv selle umbes ühe miljoni aastaga kui inimene kui liik Maa peal eksisteerinud on järsult suurenenud.

Inimeste hulk Maal ületas 1 miljardi piiri alles 19. sajandi alguses.

Veel 1960-del aastatel oli meid Maa peal umbes 3 miljardit.

Täna hinnatakse inimeste koguarvuks umbes 7 miljardit ning see kasvab hirmuäratava kiirusega.

Seega ei suurene inimkonna energiavajadus mitte ainult sellest, et meie tarbimisharjumused on sajandite taguse ajaga muutunud, vaid eelkõige tänu sellele, et inimeste hulk Maal kasvab tohutu kiirusega.

Inimeste poolt kasutatava energia saame sõltuvalt selle allikatest liigitada taastuvenergiaks ja taas­tum­atuks energiaks.

Taastumatuteks on sellised energialiigid, mis pärinevad allikatest, mille varud on piiratud ning mille kasutamise tagajärjel saavad need allikad ükskord otsa.  Taastumatute energiaallikate hulka lii­gi­ta­takse kõikidest fossiilse päritoluga kütustest (põlevkivi, nafta, gaas, kivisüsi) pärinev energia, samuti tuumaenergia.

Taastuvenergia varud on piiramatud – nende kasutamine ei vähenda allikates sisalduvat ener­gia­varu. Taastuvad energiaallikad on vesi, tuul, päike, laine, tõus-mõõn, maasoojus, biogaas ja biomass.

Inimkonna kui liigi kestma jäämise võtmeküsimuseks on vähendada energia tootmist taastu­ma­tutest allikatest ning asendada see taastuvenergiaga.

Energeetika alused ning tööstuslikud energiaallikad

Kõige kiiremini suureneb inimkonna vajadus elektrienergia järele.

Elektrienergiat toodetakse elektrijaamades kasutades selleks peamiselt Faraday poolt avastatud elektromagnetilise induktsiooni nähtust – mähis pannakse magnetväljas pöörlema – tulemuseks on mä­hises tekkiv elektromotoorjõud (pinge).

Generaatori töötamise põhimõtet saad vaata juuresolevast videost.

Generaatorite abil saadavat vahelduvvoolu pinget on lihtsate vahenditega – trafodega – võimalik muundada vastavalt vajadusele muundada suuremaks või siis väiksemaks tagasi.

Trafo koosneb kahest ühisele raudsüdamikule mähitud poolist – primaarmähisest, mis on ühendatud vahelduvpinge allikaga ning sekundaarmähisest, mis asub primaarmähisega samas magnetväljas.

Kui primaarmähist läbib muutliku tugevusega vool, tekitab see raudsüdamikus muutliku tugevusega magnetvälja. Muutlik magnetväli aga indutseerib sekundaarmähises pinge.

Kui juhtmekeerdude arv mõlemas mähises on sama, siis on samasugune ka pinge mõlema mähise otstel.

Kui mähises olevate keerdude arv erineb, siis erineb ka pinge – nii mitu korda, kui on suurem (väiksem) juhtmekeerdude arv primaarmähises, on suurem (väiksem) ka tema otstele rakendatud pinge.

Koos pingega muutub ka voolutugevus. Energia jäävuse seadusest tulenevalt peab trafo mähistes elektrivoolu poolt tehtav töö (arendatav võimsus) olema ühesugune, mistõttu saab näidata, et  nii mitu korda kui suureneb trafos pinge, peab vähenema voolutugevus.

Vahelduvvoolu on lihtne transportida selle tootmiskohast tarbijani ning muundada see seal vastavalt vajadusele teisteks ener­gia­lii­kideks.

Sõltuvalt sellest, milline energia liik elektrijaamas elektrienergiaks muundatakse, jagunevad elektri­jaa­mad:

•  hüdro-, tuule- ja laine- ning loodete elektrijaamadeks, kus elektrienergiaks muundatakse vee või tuule mehaaniline (kineetiline) ener­gia,
• soojuselektrijaamadeks,  kus elektrienergiaks muundatakse kütuste siseenergia,
• tuumaelektrijaamadeks, kus elektrienergiaks muundatakse tuumade seoseenergia (tuumaenergia),
• päikesejaamadeks, kus elektrienergiaks muundatakse Päikese kiirguse energia ning
• termaalsoojusjaamadeks, kus elektrienergiaks muundatakse Maa sisemiste kihtide soojusenergia.

Hüdroelektrijaam

Hüdroelektrijaamades muundatakse elektrienergiaks üles paisutatud vee (potentsiaalne) energia.

Hüdroelektrijaama tähtsaimaks tun­nu­seks on paisu ehk tammi ole­ma­solu. Tammi taha koguneb vesi. Mida kõrgemale vesi paisutada, seda suu­re­maks muutub tema potent­siaalne energia.

Paisutatud vesi lastakse läbi lüüside lan­geda veeturbiinile. Lüüsides muun­­dub vee potentsiaalne energia vee voolamise kineetiliseks energiaks, turbiinis selle pöörlemise energiaks. Turbiiniga on ühendatud elektrigeneraator, milles indutseeritav elektromotoorjõud (pinge) trans­for­mee­ri­takse trafojaamas kõrgemaks ning suunatakse vahelduvvooluvõrku.

Seega on hüdroelektrijaamas arendatav võimsus seda suurem, mida kõrgemalt vesi kukub, aga samuti seda suurem, mida suurem on veevoolu hulk turbiinis – viimane omakorda sõltub mõistetavalt turbiinile suunatud toru läbimõõdust – mida jämedam toru, seda suurem on veevooluhulk selles.

Hüdroelektrijaamad toodavad energiat taas­tu­vast allikast, nad on reeglina ka öko­loo­gi­liselt puhtad – nende tööga ei kaasne küll keskkonna saastumist, kuid nende ehitamine muudab pöördumatult keskkonnaolusid – veega kaetakse suured, enamasti inim­te­ge­vuse sei­su­ko­halt väär­tus­likud alad.

Hüdro­jaa­made puuduseks  on ka nende kõrgendatud nõuded ümbritsevale maas­ti­kule – sobi­va­mad hüdrojaamade asukohad asuvad suurte jõgede orgudes – seetõttu on Eestis hüdro­energia kasutusele võtmine sisuliselt või­ma­tu. Samuti on hüdro­elektri­jaa­ma­de puu­du­seks nende kõrge hind neis toodetava energiaühiku (megavati) kohta.

Tuulegeneraator

Tuuleelektrijaamad (tuulegeneraatorid) too­da­vad elektrienergiat voolavate õhu­voo­lu­de – tuule – (kineetilisest) energiast.

Tuulegeneraatori tähtsaimad koostisosad on roo­tor koos sellele kinnitatud labadega, pöör­lemise jõuüle­kande­ süsteemist ning elekt­ri­­ge­ne­raatorist.

Tuul tekib sellest, et Päikeselt saadava energia arvelt soojenevad Maa erinevad piirkonnad eri­nevalt. Õhutemperatuuride erinevuse tule­musena tekib atmosfääris rõhkude vahe ning õhk hakkab liikuma piirkonnast, kus õhurõhk on kõrgem sinna, kus rõhk on väiksem.

Tuul annab oma kineetilise energia rootori labadele, pannes need liikuma ning muundudes taoliselt õhuvoolude kulgliikumise kineetilisest energiast pöörlemise kineetiliseks energiaks. Pöörlemise energia antakse jõuülekande abil edasi generaatorisse, kus see elektrienergiaks muundatakse.

Seega tuleb tuuliku paigaldamisel jälgida tuuleolusid, sest kui saa­vu­tada tuule kiiruses kasvõi kahekordnegi võit, annab see muude tingimuste muutumatuks jäämise korral toodetavas elektrienergias võidu 8 korda.

Ka tuulegeneraatori allikas on taastuvenergia ning sisuliselt tasuta käes.

Tuulest elektri tootmisega ei kaasne keskkonna saastatust – ei teki kahjulikke jäätmeid. Samas sõltub ka tuule­ener­gia kasutamise efektiivsus mär­ga­ta­valt tuuliku asukohast – pole ju mõtet paigaldada tuulikut sinna, kus ena­mus aastast on tuulevaikne.

Õnneks asub Eesti (eriti rannikuala) piirkonnas, mis tuule puudumise üle kurta ei saa.

Tuuleenergia puu­dus­teks lisaks tema sõltuvusele tuule olemasolust, on veel tuulikute suhte­li­selt väike võimsus –suuremates kogustes energia tootmiseks on tarvis rajada väga suuri tuuleparke, nendega kaasnev müra ja vibratsioon ning visuaalne reostus – ei saa just pidada visuaalselt kauniks randa, millel laiutavad kümned tuulegeneraatorid.

Tuleb tõdeda, et kui 2013. aastal toodeti Eestis umbes 513GWh elektrienergiat, mis moodustab umbes 5% Eestis toodetud energiast (u. 11 000 GWh), on tegu selgelt kasvava trendiga. Eeldatavasti toodetakse vähem kui kümne aasta pärast tuuleenergiast juba 10% Eesti elektrienergiast. Olgu siinkohal veel mainitud, et toodetud tuuleenergia moodustas enam kui 75% Eestis taastuvenergiast too­de­tud elektrienergiast (u. 675GWh).

Laineelektrijaam

Laineelektrijaamades muundatakse elektrienergiaks ookeanilainete energia. Käesoleval ajahetkel on tegemist veel katsetusjärgus olevate tehnoloogiatega.

Üheks võimalikuks mooduseks muundada laineenergiat elektrienergiaks on kasutada lainetel heljuvaid poisid – niinimetatud poijaamad, mille sees on Faraday katses kasutatutele sar­na­ne­vad seadmed, mis muu­davad mag­neti­te lii­ku­mise energia elektrienergiaks.

Poid võnguvad lainete rütmis üles alla ning koos nendega võngub ka poisse sisse ehitatud pool. Magneti asukoht fikseeritakse ning nii liigub pool magneti suhtes üles-alla nagu Faraday elektromagnetilise induktsiooni katses – pooli keerdusid läbib muutuv magnetvoog ning poolis tekib elektromotoorjõud.

Poijaamades muundatakse ookeanilainete võnkumise energia magneti kineetiliseks energiaks ning see omakorda elektrienergiaks.

Teine võimalus ookeanilainetusest elektrienergia saa­miseks on kasutada laineid õhu kokku suru­miseks ja hõrendamiseks ning liikuvat õhku turbiini ja generaatori pöörlema panemiseks.

Kui poijaamad ehitatakse enamasti kaugele ookeani, siis taolised lainekompressioonjaamad (ka OWC-jaamad – inglise keelest Ocean Wave Comp­res­sion) ehitatakse tavaliselt kaldale. Spetsiaalselt konstrueeritud lüüsides panevad lained võnkuma lüüsides asuva vee ning selle kohal oleva õhu. Õhk surutakse düüsides kokku ning suunatakse turbiinile, mis ise pööreldes panevad pöörlema ka elektrigeneraatori.

Põhimõtteliselt tekitatakse OWC-jaamades kunstlikult tugev tuul ja kasutatakse seejärel elektri tootmiseks tuule energiat.Üks selline eksperimentaalne laine­komp­res­si­ooni­jaam töötab Portugalile kuuluvate Assoori saar­te rannikul – vaata (http://www.pico-owc.net/).

Loodete elektrijaam

Looded on taevakeha (antud juhul Maa) kuju perioodilised moonutused, mille põhjustab teise taevakeha (antud juhul Kuu) gravitatsiooniline külgetõmme. Enamasti peetakse loodete all silmas Maa ning eriti maailmamere kuju moonutusi.

Maailmamere loodeid nimetatakse ka tõusuks ja mõõnaks, vastavalt sellele, kas meretase on loodete tõttu keskmisest kõrgemal või madalamal.

Peamiselt tekitavad Maal loodeid Kuu ja Päike, kusjuures Kuu osatähtsus on üle kahe korda suurem kui Päikesel. Ehkki Päikese gravitatsiooniline külgetõmme Maa suhtes on ca 180 korda tugevam kui Kuul, kuid erinevalt gravitatsioonilisest külgetõmbest ei sõltu loo­dete tugevus pöördvõrdeliselt mitte kauguse ruudust, vaid kuubist. Seetõttu on kõigi ülejäänud taevakehade Maal loodeid põhjustav efekt kaduvväike.

Korraga on Maal tõus nii sellel poolel, mis asub Kuu suunas, kui ka vastasküljel. Eriti tugevad looded esinevad siis, kui Päike, Kuu ja Maa paiknevad enam-vähem ühel sirgel. Tugevaimad looded esinevad ookeanide rannikutel.

Suurima ulatusega looded on mõõdetud Fundy lahes Kanadas (pildil), kus loodete amplituud võib ületada 15 meetrit.

Näiteks Põhja-Norras (vaata ka videot!), Bodø linna lähedal tekitab tõusu ja mõõna vaheldumine Salstraumeni väinas veevoolu, mille keskmine kiirus on üle 40 km/h ning seda 3 km pikkust ja 150 meetrist väina läbiva vee kogus on iga kuue tunni tagant ca 400 mln kuupmeetrit.

Võib vaid ette kujutada millist energiat see veevool endas kannab.

Sisemeredes, nagu Läänemeri, on looded nõrgemad.

Loode elektrijaam meenutab oma ehituselt tuule­ge­ne­raa­to­rit, erinevus on turbiini­­labasid liikuma panevas aines. Tuule­ge­neraatori paneb pöör­le­ma õhu­rõhu erinevusest tek­kiv tuul, loode elektrijaama generaatori aga tõusu- või tõu­su-mõõ­na­vesi.

Nii laine- kui ka loodete energia elektrijaamad on alles prototüübi staadiumis, neid täiustatakse pidevalt, sest ookeanis sisalduv energia on palju suurem kui kasvav inimkond oma toimimiseks ning arenguks vajab.

Loodete energia on ökoloogiliselt puhas – elektri tootmisel ei teki kahjulikke heitmeid, samuti näitavad esialgsed uuringud, et tegu on keskkonnale täiesti ohutute jaamadega, mis ei muuda maailmamere ökosüsteemi. Küsimus võib ehk tekkida nende esteetilises sobivuses maalilisele ookeanirannale.

Kuna Eestis ei esine piisavalt suurt lainetust ega esine ka ka loodeid, ei hakata seda tüüpi (laine- ja/või loodete)jaamu Eestis kunagi energia tootmiseks kasutama.

Soojuselektrijaam

Soojuselektrijaamas muundatakse elektri­energiaks kütuse põlemisel vabanenud soojusenergia.

Soojuselektrijaamas muundatakse koldes kütuse siseenergia kütuse keemilisel põlemisel soojus­ener­giaks. Siin tuleb rõhutada, et kütuste sise­ene­rgia on omakorda enamasti pärit Päike­selt – see on miljonite aastate eest elanud tai­me­desse salves­tu­nud ja bio­kee­mi­liste protsesside ta­ga­järjel muu­tu­nud kivisöeks, naf­taks, maa­gaa­siks või mis Eestis eriti oluline – põlevkiviks.

Vabanenud soojusenergia juhi­tak­se katlas olevasse vette, selle siseenergia suureneb, vesi läheb keema ning muutub veeauruks.

Veeauru siseenergia muundatakse düüsides auru kineetiliseks ener­giaks – kiiresti liikuv aur suunatakse turbiini labadele, mis panevad pöörlema turbiini rootorid – auru kineetiline energia on muundunud pöörlemise energiaks. Jõuülekandemehhanismidega antakse pöörlemise energia edasi elektri­ge­neraatorile, kus pöörlemise energia muundub elektrienergiaks, mis peale kõrgepingeks transformeerituna suunatakse vahelduvvoolu võrku.

Eestis aasta jooksul toodetavast umbes 13,3 TWh elektrienergiast (2013. a) umbes 12,8 TWh ehk 96% moodustab soojuselektrijaamades toodetud elektrienergia.

Auvere SEJSellest omakorda umbes 11,3 TWh ehk 85% toodetakse Narvas asuvates Eesti Energiale kuuluvates elektrijaamades (pildil Narva lähistel asuv Auvere SEJ ), milles kütusena kasu­ta­takse peamiselt põlevkivi.

Siiski toodetakse küllalt suur osa soojuselektrijaamades toodetavast elektrienergiast taas­tuv­energia allikatest – peamiselt bio­massist (hakkpuidust) 0,6 TWh (4,5%), aga ka prügist 0,09 TWh (0,7%) ja prügimägedel ning mujal jäätmetest toodetud biogaasist 0,01 TWh (0,08%).

Soojuselektrijaamade efektiivsusest rääkimisel on oluline energia tootmist vaadelda kahest aspektist – kütuse kütteväärtuse ning jaama kasuteguri seisukohalt.

Kütuse kütteväärtus iseloomustab 1 kg kütuse põlemisel vabanevat soojusenergia hulka.

Kütus	Kütteväärtus (MJ/kg)
Bensiin	47
Petrooleum	46
Diiselkütus	45
Maagaas	39
Kivisüsi	30
Puit	16
Rikastatud põlevkivi	11,3
Rikastamata põlevkivi	4,9

Mida suurem on kütuse küttevärtus, seda rohkem saadakse tema põlemisel soojusenergiat, seda vä­hem tuleb teda vajaliku energiakoguse saamiseks põletada ning seda vähem heitmeid tekib. Siiski on soojuselektrijaamades toodetava elektrienergia paratamatud kaasnähud atmosfääri paisatavad süsihappegaas, vingugaas, vääveldioksiid jpt saasteained.

Et keskkonda satuks vähem saasteaineid, tuleb pidevalt tegeleda soojuselektrijaamade täiustamisega – mida kõrgem on jaama kasutegur, seda vähem tuleb seal kütust põletada ning seda väiksem on saastatus.

Soojuselektrijaamade kasutegur jääb tavaliselt vahemikku 33 – 48%.

Kui Eesti põlevkivijaamade kasutegurit õnnestuks suu­­rendada 5%, vajaksid jaamad umbes 180 tuhat tonni vähem põlevkivi (alumisel pildil on põlevkivi maa-alune kaevandus, ülemisel aga maapealne kaevandus e karjäär) kui kulub täna, kui Eestis toodetakse kokku umbes 15 miljonit tonni põlevkivi aastas – suurem osa sellest põletataksegi elektrijaama kateldes, kuid üha enam toodetakse põlevkivist ka põlev­kiviõli, mille kütteväärtus on suurem ja see­läbi mõju keskkonnale väiksem.

Soojuselektrijaama kasutegurit aitab suurendada see, kui koos elektrienergiaga toota nendes ka keskküttesüsteemides tarvitatavat soojusenergiat ja/või auru. Kõrvalprodukte tootvaid soojus­elektri­jaamu nimetatakse koostootmisjaamadeks.

Päikeseelektrijaam

Tegelikult on enamus Maal ka­sutatavast energiast pärit Päikeselt – nii taas­tu­va­te kui taastumatute kü­tus­te sise­energia on neis sal­ves­tu­nud Päikese ener­gia, Päikesest on põhjus­tatud Maal puhuvad tuuled, mis põhjustavad ka ooke­ani­­lai­neid jne.

Siiski käsitletakse päikese­elektri­jaamadena ainult selliseid jaamu, mis kasutavad oma töös otseselt neile langevat päikesekiirgust.

Päikesekiirgusest on elektrienergiat võimalik toota kahel viisil – päikesepatareidega (ülemisel fotol) või siis jaamades, kus eriliste peeglitega koondatakse valgusenergia kokku ning soojendatakse selle abil vett (alumistel skeem ja foto jaamast) – tekib veeaur, mille abil pannakse liikuma turbiinid ja elektrigeneraatorid nagu soojus­elektri­jaa­mas­ki.

Ehkki Päikese energia on „tasuta käes“ olev piiramatu ökoloogiliselt puhas ressurss, tuleb päikesejaamade planeerimisel arvestada sellega, et need töötavad ainult päeval ja sedagi ainult selge ilmaga kui Päike otse peeglitele paistab. Taolised jaamad nõuavad suurt maa-ala, on täna veel väheefektiivsed ning nendes toodetav megavatt-tund on väga kallis.

Sama tuleb tõdeda ka päikesepatareide (fotodioodide) kohta, mistõttu tasub Päikese energiat elektrienergia tootmiseks kasutada peamiselt lõunapoolsetes piirkondades.

Siiski on päikesepatareidel tulevikku ka Eestis – seda eriti koos tuulegeneraatoritega töötavates mik­ro­jaamades, mis varustavad ühte majapidamist või äärmisel juhul väiksemat asulat.

Tuumaelektrijaamad

Tuumaelektrijaamades muun­da­tak­se elektrienergiaks raskete uraa­­nituu­­made lõhustumisel va­ba­­ne­vat seo­se­ener­giat.

Tuumad koosevad prootonitest ja neutronitest, neid hoiavad tuu­mas koos tuumajõud. On tähe­le­panu väärne, et tuumasid moo­dus­tavate prootonite ja neut­ro­nite kogumass on alati suurem neist tekkinud tuuma massist. Seega läheb osa nukleonide mas­sist tuuma moodustamisel ka­du­ma (vaata ka selgitavat videot).

Massi ja energia ekvivalentsuse printsiibi kohaselt väljendub igasugune muudatus süsteemi massis muutusena süsteemi energias ning vastupidi. Kui tuuma mass on väiksem tema koostisosakeste masside summast, siis peab „kaduma läinud“ massiga ekvivalentne energiakogus vabanema. Seda energiat nimetataksegi tuuma seoseenergiaks.

Ka uraanituuma lagunemisel tekkivate „tükkide“, milleks on tavaliselt baariumi ja krüptooni erinevate isotoopide tuumad, mass on väiksem kui algtuumal – järelikult vabaneb selle protsessi käigus pea­mi­selt soojusena aga ka valgusena energiat.

Tuumareaktsioonid toimuvad erilises seadeldises – tuumareaktoris ning seal vabanevat soojust kasutatakse põhimõtteliselt sama moodi kui soojuselektri jaamades. Nii võime öelda, et ka tuu­ma­elektrijaam on soojuselektrijaam, ainult et selle „kütmiseks“ kasutatakse tuumade lõhustumisel va­ba­nevat seoseenergiat.

Täna Eestis veel tuumajaama ei ole, kuid käimas on diskussioon tuumajaama vajaduse ning selle ehitamisel tema võimaliku asukoha kohta.

On selge, et kui energia tarbimine kasvab sama tem­poga kui seni, siis ei suuda 20. sajandi keskpaigast pärinevad põlevkivijaamad Eesti energia­vajadusi rahuldada. Kas selle probleemi lahenduseks on uute põlevkivijaamade, biomassi ja/või prügi­põletus­jaamade ehitamine või uute tuuleparkide rajamine või elektrienergia import piirkondadest, kus seda jääb üle (eelkõige Rootsi ja Norra, kus on toodetavast energiast moodustab märkimisväärse koguse hüdroenergia) või tuleb hakata ehitama (kasvõi koostöös Läti-Leedu-Poola või hoopis Soomega) tuumalektrijaama, tuleb otsustada juba lähiaastatel.

Maailmas toodetakse hinnanguliselt 11% elektrienergiast tuumaelektrijaamades.

Esimene tööstuslik tuuma­elekt­rijaam alustas tööd USA-s 1950.del aastatel. 2014. aastal töötas 31 riigis üle terve Maailma kokku tuuma­jaa­ma­des üle 430 reaktori võimsusega üle 370 GW (võrdluseks – Eesti kõigi elektrijaamade võimsus on kokku ca 2,5GW ehk umbes 150 korda väiksem), 70 reaktorit on ehitus­järgus. Fotol on Soome lääne­ran­nikul, mitte kaugel Rauma linnast, otse Botnia lahe kaldal asuv Olkiluoto tuumaelektrijaam, milles käesoleval hetkel töötab kolm reaktorit, koguvõimsusega 860 MW.

Lisaks tööstuslikult elektrienergiat tootvatele reaktoritele on 56 riigis kokku umbes 240 teaduseesmärkidel kasutatavat tuumareaktorit ning umbes 180 reaktorit varustavad elektri­ener­giaga laevu.

Kõige suuremas koguses toodeti 2012. aastal tuumaelektrienergiat USA-s (102 136 MWh ehk 19% riigis toodetavast elektrienergiast), Prantsusmaal (63 130 MWh, 74,85%), Jaapanis (44 215 MWh, 18,1%), Venemaal (23,643MWh, 17,8%) ja Lõuna-Koreas (20 739MWh, 30,4%).

Tuumaenergia senisest laialdasema kasutusele võtmise kasuks räägib jaamade suur väljundvõimsus ning asjaolu, et tuumakütuse varud on väga-väga suured. Ära ei saa jätta märkimata ka seda, et tuumajaamad ei tekita elektrienergia tootmisel kasvuhoonegaase.

Selle vastu räägivad aga tuuma­jäätmete uti­li­see­ri­mi­se keerukus, uraani tootmisega seonduvad kesk­kon­na­probleemid ja ohud inimestele ning ini­meste tohutu eelarvamus tuumaenergia suhtes, et „mis siis kui midagi läheb valesti“.

Kartus võib olla põh­jen­datud, sest tuumajaamas toimuval õnnetusel on ülisuur kahjulik mõju väga pikaks ajaks küllalt suurele jaama ümbritsevale piirkonnale (fotol Tšernobõli tuumaelektrijaama IV plokk pärast seal toimunud plahvatust – tegu on inimkonna suurima tuumakatastroofiga Hiroshimale ja Nagasakile heidetud tuumapommide järel).

Kahtlemata ongi üheks tuumaenergia laialdasema kasutusele võtmise takistuseks ka võimalus, et tuumareaktorites tekkivatest jäätmetest valmistatakse tuumapomm või kasutatakse neid muul viisil massihävitusrelvana.

Geotermaalelektrijaamad

Liikudes Maa pinnalt Maa tuuma poole, suureneb temperatuur kesk­miselt 30°C iga tuuma suunas liigutud kilomeetri kohta. Nii valitseb umbes 3km sügavusel Maa sees umbes 100°C temperatuur.

Geotermaalelektrijaamades muun­­­da­tak­se­gi elektrienergiaks maa­ sise­mis­te kihtide soojus­energia.

Külm vesi pumbatakse Maa sise­mus­se asetatud torudesse, kus see soo­je­neb keemiseni ning Maa sisemuses tekkinud kuuma auru ja/või tulist vett on võimalik kasutada nagu seda te­hakse soojus-, tuuma- või päikeseelektrijaamades – aur paneb pöörlema turbiini, turbiin elektri­ge­ne­raatori.

Paraku on taoliste torusüsteemide puurimine väga keeruline ja kallis.

Kui Eestis hinnatakse maakoore paksuseks umbes 50km, siis Maailmas on piirkonnad, kus Maakoor on oluliselt õhem, mistõttu tõuseb seal maapinna temperatuur kiiremini ning vee soojendamiseks vajalik temperatuur (tavaliselt 120 – 130°C) saavutatakse 3 … 4 km sügavusel.

Neid piirkondi nimetatakse „kuumadeks punktideks“ (pildil) ning nad asuvad mandrilaamade kokkupuute piirkondades (alumisel fotol on kujutatud Islandil asuv geotermaalelektrijaama)

Geotermaalenergia on hetkel veel väga kallis, kuid kui suudetakse muuta maakoorde augu puurimine tänasega võrreldes oluliselt odavamaks, on selle kasutusele võtt (eriti kuumade punktide) piirkonnas vägagi perspektiivne. Eestis tõenäoliselt geotermaalenergiast elektrienergiat tootma kunagi ei hakata.

Jäätmete energia

Jäätmekütuseks nimetatakse enamasti olmejäätmetest valmistatud kindlate omadustega (tükisuurus, tihedus, koostis) kütust. Selle tootmisprotsess kujutab endast segaolmejäätmetest metalli ja bioloogiliste jäätmete eraldamist mehhaanilis-bioloogilise töötluse teel.

Metallid suunatakse taaskasutusse ja lagunevad jäätmed (nagu toidujäätmed) stabiliseeritakse komposteerimise teel või suunatakse bioreaktorisse, kus toodetakse biogaasi. Põletamisele minevad jäätmed peenestatakse ja töödeldakse sõltuvalt kütuse tarbija nõudmisest lähtuvalt.

Vastavalt jäätmete sorteeritusele, eelnevale ettevalmistusele ja töötlemisele jagatakse jäätmete kui kütuse kasutamine kaheks:

Masspõletus – kogu jäätmete mass suunatakse esialgsel kujul põletusahjudesse. Põletatakse segaolmejäätmeid, samuti tööstus- ja ehitus- ja lammutusjäätmeid. Jäätmeid pole eelnevalt sorteeritud ega töödeldud, eemaldatud on vaid suuremad mittepõlevad esemed. Selle meetodi puhul transporditakse töötlemata ja sorteerimata jäätmed otse katlamaja territooriumile, sealt liiguvad jäätmed põletusseadmesse. Tekkinud tuhk suunatakse edasisele töötlemisele või hoiustamisele.

Jäätmekütusena põletamine – jäätmed on eelnevalt sorteeritud ja vastavalt töödeldud. Võivad olla jahvatatud, purustatud või kokku pressitud kujul. Selle meetodi puhul toimub enne põletamist jäätmete töötlemine ja sorteerimine. Eraldatakse taaskasutuseks kõlblikud materjalid, seejärel töödeldakse jäätmed. Jäätmed kuivatatakse, purustatakse või jahvatatakse ja seejärel pressitakse.

Jäätmekütuse kasutamisel tuleb arvestada mitmete faktoritega, peavad leiduma nii tootjad kui tarbijad, sobivad jäätmed tuleb koguda, töödelda ja ladustada, mis vajavad lisakulutusi. Jäätmekütuse kasutamiseks on energiat tootvatel ettevõtetel vaja läbi viia tehnoloogilisi uuendusi, mis nõuavad omakorda investeeringuid. Ettevõttele peavad investeeringute ja täiendavate kulutuste tegemiseks olema tagatud piisavad jäätmekütuseks sobivate jäätmete kogused

Jäätmete kasutamine kütuseks ei ole Eestis veel kuigi laialdaselt levinud, kuid valdkond areneb. Leidub hulgaliselt tööstusi ja ettevõtteid, kus oleks võimalik jäätmekütust kasutada. Jäätmekütust on võimalik kasutada näiteks tahkkütuse katlamajades. Selleks sobivad immutamata puidust pakendijäätmed, paberist, papist ja teatud liiki plastidest pakendijäätmed.

Jäätmekütust kasutab alternatiivkütusena Eestis AS Kunda Nordic Tsement oma pöördahjudes, tekkinud tuhk kasutatakse ära tsemenditootmise komponendina.

Iru elektrijaam

Iru elektrijaam on suurima potentsiaaliga soojusenergia tootja Eestis ning varustab soojusenergiaga Tallinna ning Maardu linna. Põhikütusena kasutab Iru elektrijaam elektri- ja soojusenergia koostootmiseks segaolmejäätmeid ning reservkütusena maagaasi ja vedelkütuseid.

Ajalugu

Esmakordselt kütsid Iru elektrijaama kaks veekatelt Lasnamäe ja Maardu kodude radiaatorid soojaks 1978. aasta sügisel. 1980. aasta lõpus sai katlamajast soojuse ja elektri koostootmisjaam.

2013.a aastal rajas Eesti Energia Iru elektrijaama kaasaegse ja efektiivse jäätmeenergiaploki, mis toodab elektrit ja soojust segaolemejäätmetest. Iru jäätmeenergiaploki valmimisega lõppes Eestis suuremahuline segaolmejäätmete ladestamine prügilatesse, sest esmakordselt Eestis võeti kütusena kasutusse seni prügilatesse rännanud jäätmed. Iru jäätmeenergiaplokk on Eesti jaoks uus lahendus nii energia tootmises kui ka prügikäitluses.

105 miljonit eurot maksnud jäätmenergiaploki elektri tootmise võimsus on 17 MW ja soojuse tootmise võimsus on 50 MW.

Iru jäätmepõletuselektrijaam on võimeline tootma sooja ja elektrit kuni 250 000 tonnist segaolmejäätmetest aastas. Suuresti tänu Iru jäätmepõletusjaamale on Eestis lõppenud suuremahuline segaolmejäätmete ladestamine prügilatesse. Eestis jääb kodusest sorteerimisest üle ligi 300 000 tonni segaolmejäätmeid aastas. Segaolmejäätmete energeetiline väärtus on samaväärne põlevkivi ja hakkepuiduga.

Iru jäätmepõletuselektrijaam toodab aastas kuni 310 000 MWh soojust ja kuni 134 000 MWh elektrit, mis vastab umbes Paide linna ja selle ümbruse elektritarbimisele. Iru jäätmepõletuselektrijaamas on võimalik energiaks töödelda ka vanarehvide haket, aidates nii lahendada suurt keskkonnaprobleemi. Aastas võib jäätmepõletuselektrijaam ümber töödelda kuni 5000 tonni vanarehve, täiendavat keskkonnamõju sellega ei kaasne.

Hüdroelektrijaamad Eestis

LINNAMÄE HÜDROELEKTRIJAAM

Jaama rajamine

Jaam asub Harjumaal Jõelähtme vallas Jõesuu külas 1,5 km kaugusel Jägala jõe suudmest.

Jaama projekti koostas 1917. aastal Helsingi Ülikooli professor Axel Verner Juselius. Raskete aegade tõttu lükkus jaama ehitamine aastaid edasi ja alles 1922. a alustati ehitustöid. Jaama projektikohaseks võimsuseks nähti ette 1500 HJ (u 1,1 MW) ja aasta­too­dan­guks 5 000 MWh.

Jaama ehitiste kompleksi kuulusid pais, jaamahoone, liigveelask, kalatrepp ja ülevoolupais koos voolurahustiga.

Kalatrepp liitus 40 m pikkuse ülevoolupaisuga. Paisu kogupikkuseks oli 170 m ning kõrgus jõe põhjast 11,8 m. Kalatrepp kujutas endast 26 m pikkust ja 4 m laiust raudbetoonist renni, kuhu kalade rände ajaks paigutati puidust pikivahesein ja ristvahesein sammuga 1,4 m. Jaamakompleks koosnes 20 m pikkusest veehaardest, masinasaalist, jaotusseadmetest ja veealusest osast.

Masinasaali seati üles kolm Francis- Zwillings – Turbinen turbiini, igaüks võimsusega 480 HJ, rõhk turbiinis 10 m. Generaatorid pärinesid firmalt AEG, igaüks võimsusega 435 kW ning pöörete arvuga 375 minutis. Generaatorid andsid vahelduvvoolu pingega 3000 V. Vool juhiti 33 kV liini kaudu Tallinna Põhja Paberi- ja Puupapivabrikusse.

Algusaastate elektritoodang

Esimesel tööaastal tootis jaam 3 834 950kWh elektrienergiat. Järgmisel aastal oli toodang kõigi aegade suurim – 6 476 915kWh. Edasi kõikus toodang 3,5…4,5 milj. KWh piires, jõudes 6 milj. kWh piirimaile veelkord 1928. aastal. Aastail 1939…1940 langes toodang alla 3 milj. kWh. Toodetud elektrihulk sõltus nii tarbimisest kui ka veeoludest. Tuleb siiski märkida, et jaama projektikohane aastatoodang 5 milj. kWh oli garanteeritud isegi keskmiste vooluhulkade juures. Maksimaalse vooluhulga korral võinuks jaam toota üle 6,5 milj. kWh aastas.

1941. a aastal õhkisid taganevad vene väed jaama, säilusid vaid pais ja kalatrepp ning jaamahoone veealune osa.

Aastail 1948…1952 koostas projekteerimise instituudi Gidroenergoprojekt Leningradi osakond jaama taastamise projekti. Arvestades jaama taastamise küllalt suurt maksumust ja põlevkivijaamade ehitamise algust, ei peetud selle taastamist otstarbekaks, kuigi oli juba muretsetud osa seadmeid ning rajatud 6 kV liin.

Linnamäe HEJ taastamine

Linnamäe HEJ renoveerimiseks “võtmed kätte” printsiibil korraldati riigihanke konkurss. Konkursi võitja – AS’iga FKSM, sõlmiti projekteerimise ja ehituse peatöövõtuleping 09. Augustil 2001.a. Tööde maksumuseks koos käibemaksuga oli 33 788 120.- krooni (2,16 mln EUR).

Linnamäe Hüdroelektrijaam avati taas 10. detsembril 2002.

Uude jõujaama paigaldati kolm Soome firma Waterpumps turbiini koguvõimsusega 1,1MW.

Turbiinid on kompaktsed mittereguleeritavate labadega nn. propellerturbiinid. Asünkroongeneraatorid asuvad ülerõhu all olevas hermeetilises kapslis, mis omakorda asub otse turbiinitoru sees. Generaator on ühendatud turbiini võllile otse, ilma ülekandeta. Jaama töö reguleerimine käib vastavalt veehulgale turbiinide sisse ja välja lülimisega. Maksimaalvõimsuse ajal töötavad kõik turbiinid ja miinimumvõimsuse ajal üks. Turbiinide sisse ja välja lülimist juhib täisautomaatne programmeeritav loogikablokk, mis omakorda saab sisendsignaalid veetaseme anduritelt. Uus jõujaam on mehitamata, tema töö jälgimine ja juhtimine hakkab toimuma kaugjuhtimissüsteemi vahendusel Eesti Energia jaotusvõrgu juhtimiskeskusest.

Praegune elektritoodang

Jõujaama hoone taastamisel järgiti endist arhitektuurset stiili. Endised hüdrorajatised renoveeriti ning tammi kohale üle jõe on rajatud rippsild. Planeeritavaks elektritoodanguks on ca. 7 000 MWh aastas, mis antakse võrku pingel 20kV ning millega on võimalik varustada elektriga ligi 3000 majapidamist..

Linnamäe HEJ on Eesti suurim hüdroelektrijaam, mille toodang on suurem, kui teiste täna töötavate hüdrojaamade elektrivõrku müüdav elektrienergia kokku. Ka ühe tuuleturbiini elektritootmisvõimsus ületab kordades Linnamäe HEJ võimsust. Siiski moodustab Linnamäel toodetav energia vaid imeväikese osa (alla 0,1%) Eestis toodetud Eestis ca 13 000 000 MWh elektrienergiast.

KEILA-JOA HÜDROELEKTRIJAAM

Kuigi Eestis ei ole looduslikke tingimusi suuremahuliseks hüdroenergia tootmiseks, on siiski mõistlik olemasolevat ressurssi kasutada. Vee abil elektrienergia tootmine on ka keskkonnasõbralik, sest õhku ei paisku kasvuhoonegaase.

Teoreetiliselt on hüdroenergia potentsiaaliks Eestis hinnatud kuni 30 megavatti, millest reaalselt kasutatav on 10 megavatti. Eesti ca 50 hüdroelektrijaama koguvõimsus on praegusel hetkel ligikaudu 9 megavatti.

Enefit Green toodab hüdroenergiat Keila-Joa hüdroelektrijaamas, mille võimsus on 365 kW, mis teeb aastaseks elektritoodanguks 2 … 3 MWh.

Vanimad ülestäheldused Keila-Joa vesiveskist pärinevad 1555. aastast. 1928 algas elektritootmine, samal ajal jätkas tegevust ka viljaveski.

1936 ehitati uus veevõtukanal ja laiendati kalakasvatuse abihooneid.

2005 taastas hüdroelektrijaama Eesti Energia. Taastati 20. sajandi algusest pärinev välisilme. Renoveerimistööd maksid Eesti Energia korraldatud riigihanke kohaselt koos käibemaksuga 15,3 miljonit krooni ehk ligi 1 miljon eurot.

Vaata juuresolevast videost kuidas Keila-Joa HEJ töötab

PALDISKI TUULEPARK