Sissejuhatus energiatehnikasseSissejuhatus energiatehnikasse 7.12.2014 Aimeli Laasik 23.10.2008 1 Sissejuhatus energiatehnikasse AAV0120 Loeng 8a Aimeli Laasik 23.oktoober 2008

Sissejuhatus energiatehnikasse 7.12.2014

Aimeli Laasik 23.10.2008 1

Sissejuhatus energiatehnikasse

AAV0120

Loeng 8a

Aimeli Laasik 23.oktoober 2008

SISSEJUHATUS ENERGIATEHNIKASSE

Energeetika arengusuunad

Üldist British Petroleum`i prognoos energia

tarbimise kohta aastani 2030: Majanduskoostöö ja Arengu Organisatsiooni

(Organisation for Economic Co-operation and

Development, OECD, loodi 1961, Eesti ühines

dets. 2010) liikmesriikides kasv 0,2 %/a

OECD liikmete hulka mittekuuluvates riikides

kasv 2,7 %/a

maailmas tervikuna kasv 1,6 %/a

7.12.2014 Aimeli Laasik 2


British Petroleum`i prognoos sisemajanduse

kogutoodangu kohta aastani 2030:

OECD liikmesriikides kasv 2,1 %/a


kasv 5,1 %/a






British Petroleum`i prognoos

elektrienergia tarbimise kohta aastani 2030:

OECD liikmesriikides kasv 1,2 %/a


kasv 3,6 %/a




Kliima soojenemise pidurdamine

energiatarbimise vähendamise teel

süsinikkütuste asendamise teel süsinik-

vesinik-kütustega, ideaaljuhul vesinikuga

fossiilkütuste asendamise teel taastuvate

kütustega



põlevkütuselektrijaamade asendamise

teel hüdro-, tuule-, geotermaal- ja

päikeseelektrijaamadega

päikesekiirguse laialdase kasutamisega

hoonete küttes ja soojaveevarustuses

soojuspumpade rakendamisega hoonete

küttesüsteemides





Energiatarbimise vähendamine

tootmisprotsesside energiamahukuse

vähendamisega

muundurite kasuteguri suurendamisega

energiaedastuskadude vähendamisega

muundusseadmete omavahelise

kombineerimisega lähteenergia

täielikuma kasutamise eesmärgil

energia säästliku kasutamisega ja

energiakadude vähendamisega



Saaste piiramine

mürgiste ja muude keskkonnakahjulike ainete

kasutusest kõrvaldamise teel

heitgaaside ja heitvee parema puhastamise

teel

toodete koostismaterjalide parema

taaskasutamise teel

mittetaaskasutatavate põlevate jäätmete

põletamise teel



Euroopa energeetika arengusuunad

Euroopa vaba elektri- ja gaasisiseturu arengu

lõpuleviimine

kindla energiavarustuse tagamine liikmesriikide

omavahelise solidaarsuse kaudu

jätkusuutliku, tõhusa ja mitmekülgsema

energiakandjate kombinatsiooni saavutamine





tõhusate kliimakaitsemeetmete rakendamine,

nähes ette, et kasvuhoonegaase tuleb

vähendada 2020. aastaks võrreldes 1990.

aastaga 20 %

innovatiivsete energiatehniliste lahenduste

rakendamine

riikidevahelise ühtse energiaalase välispoliitika

rakendamine



Kütusekriis: nafta hinna muutus


80

60

40

20

0

120

Nõudluse oluline kasv (eriti Hiinas)

Nõudluse langus

Kuveidi sõda

Sõda

Lähis-Idas

Iraani riigipööre

Naftatoodangu suurendamine

Iraagi

sõda

140

$/brl

100

Toodangu tunduv vähenemine looduskatastroofide ja

diversiooniaktide tagajärjel; rahuldamata nõudlus, spekulatiivsed ostutehingud

Nõudluse langus;

ülemaailmse rahanduskriisi algus

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015


Tuumaenergeetika arengusuunad

Ohud:

tuumaelektrijaamade võimalikud rikked,

tagajärjeks radioaktiivne saastumine

tuumareaktorites tekkivate radioaktiivsete

jäätmete lõppladude mittepiisav töökindlus

võimalus, et tuumareaktoritest saadakse

muude jääkainete hulgas tuumarelva

valmistamiseks sobiv plutoonium





võimalus, et uraani rikastamistehastes hakatakse

tootma peale reaktorite jaoks sobiva

rikastusastmega uraani tuumarelva

valmistamiseks vajalikku kõrgrikastatud uraani,

mis võib sattuda vastutustundetute

sõjaväediktatuuride või terroristirühmituste kätte

radioaktiivsete ainete leke nende veol

väga suured kulutused lõplikult seismapandud

tuumareaktorite lammutamisel



Tuumaenergiapartnerluse plaan, 2006

uue põlvkonna tuumaelektrijaamade rajamine

kasutatud tuumkütuse taaskasutamine uute

tehniliste võtete arendamisel ja juurutamisel

tuumkütuse tõhusam käsitlemine ja ladustamine

taastoodetud tuumkütuse kasutamisel

põhinevate täiustatud reaktorite loomine



tuumkütuse kättesaadavaks tegemine

arengumaadele, tagades seejuures tuumkütuse

sõjalise kasutamise välistamise

väikese võimsusega reaktorite väljatöötamine

arengumaade tarbeks

tuumaohutuse tagamine ja tuumamaterjalide

väärkasutamise välistamine tuumaenergeetika

arengul





Tuumaenergeetika tähtsaim eesmärk Termotuumareaktori loomine:

reaktor põhineb vesinikuaatomite ühinemisel

heeliumiaatomiks, kusjuures osa ühinevate

aatomituumade massist muundub energiaks

tuumasünteesil põhinevate reaktorite põhieeliseks

on tuumareaktsioonis osalevate ainete väike

kogus ja see, et reaktsioonis ei teki radioaktiivseid

jäätmeid

Päikeses asetleidva termotuumareaktsiooni teooria kohaselt ühinevad 4 vesinikutuuma üheks heeliumituumaks, andes ära 2 elektroni.

Päikeses muundub selliselt 650 Mt vesinikku sekundis, kusjuures

energiaks muunduv mass on 4,6 Mt.



Termotuumaelektrijaama skeem

D - deuteeriumi

T – triitiumi

He - heelium

1 - reaktor

2 - vesi- vm

soojuskandja

3 – aurugeneraator

4 - turbiin-generaator-agregaat


He

2 D + T

G

1

4

3

D + T He + n


Tuuleenergeetika arengusuunad

uute odavamate tuuleparkide rajamine

tuuleelektrijaamadest saadava energia

osatähtsuse suurendamine

varustada elektrienergiasalvestitega

luua tuuleelektrijaamadest koosnev

süsteem, mille summaarne võimsus

ühtlustuks ja poleks seega probleeme

teiste süsteemidega ühinemisel

(töökindluse tõstmine)





Päikeseenergeetika arengusuunad

fotoelement-elektrienergiaallikate ja

päikesepaneel-soojaveesüsteemide

osatähtsuse suurendamine

päikeseelektrijaamadel põhinevate

energiasüsteemide ulatuslikum rajamine

(N. päikeseelektrijaamade süsteemi

rajamine Põhja-Aafrikasse ja saadava

energia edastamist Euroopasse)



Hüdroenergeetika suunad

uute jaamade ehitamine (Lääne–Hiinas,

Venemaal, Brasiilias, Aafrikas, Lõuna–

Ameerikas, Kesk-Aasias)

töötavate jaamade laiendamine

lisaagregaatide paigaldamise teel või ka

agregaatide uuendamine (nt turbiini

konstruktsiooni moderniseerimise,

generaatori ümbermähkimise jms)



Üleminek taastuvenergia kasutamisele

hüdroenergia

tuuleenergia

geotermaalenergia

päikese kiirgusenergia

põlevate tööstusjäätmete, olmeprügi, puidu- ja

muude taimsete jäätmete, küttepuidu ja biogaasi

kasutamine

õhu, pinnase ja veekogude soojuse rakendamine,

mida saab kasutada N. soojuspumpade abil

2020 – taastuvenergia osa 20%





Euroopa Taastuvenergia Nõukogu

prognoos aastaks 2020

biomass 12,7 - 13,9 %

tuuleenergia 3,0 - 3,2 %

hüdroenergia 2,4 - 2,6 %

päikeseenergia fotoelektriline muundamine 1,2 %

päikeseenergia soojuslik muundamine 0,9 - 1,0 %

geotermaalenergia 0,7 %

päikeseenergia soojuselektriline muundamine 0,2%

ookeanienergia (peamiselt laineenergia) 0,03 %



Taastuvenergia osatähtsus energia tootmisel


0 10 20 30 40 50 %

Euroopa Liit 12,4 / 20

Rootsi 47,9 / 49

Läti 32,6 / 42

Soome

32,2 / 38

Austria

30,1 / 34

Portugal

24,6 / 31

Taani

22,2 / 30

Eesti

24,3 / 25

Sloveenia

19,8 / 25

Rumeenia

23,4 / 24

Hispaania

19,7 / 23

Slovakkia

11,9 / 23

Itaalia

13,8 / 20

Prantsusmaa

9,2 / 18 Kreeka 11,0 / 18

Iirimaa

10,1 / 17 Saksamaa

13,8 / 16

Ühendkuningriik

5,5 / 16

Holland

9,4 / 15

Tšehhi Vabariik.

3,2 / 15

Poola

9,8 / 14

Leedu

3,8 / 14

Ungari

9,2 / 13

Küpros

8,1 / 13

Luksemburg

4,8 / 13

Bulgaaria

Belgia

2,8 / 11

Saavutatud

aastal 2010

Eesmärk

2020

4,6 / 13

Malta 0,4 / 10


Taastuvenergia osatähtsus elektri tootmisel


0 20 40 60 80 100 %

Island 100 / 100

Norra 95,9 / 100

Austria 68,9 / 79,1

Rootsi 55,5 / 60,0

Läti 56,9 / 49,3

Portugal 54,0 / 39,0

Sloveenia 29,9 / 33,6

Soome 30,1 / 31,5

Slovakkia 22,2 / 31,0

Hispaania 33,7 / 29,4

Taani 33,4 / 29,0

Itaalia 27,0 / 25,0

Prantsusmaa 14,9 / 21,0

Kreeka 16,1 / 20,1

Iirimaa 13,0 / 13,2

Saksamaa 20,1 / 12,5

Ühendkuningriik 8,0 / 10,0

Holland 11,2 / 9,0

Tšehhi Vabariik 7,6 / 8,0

Poola 7,4 / 7,5

Leedu 4,5 / 7,0 Belgia 9,5 / 6,0

Küpros 0,03 / 6,0

Luksemburg 37,0 / 5,7

Eesti 7,8 / 5,1

Malta 0 / 5,0

Saavutatud

aastal 2010 Eesmärk

aastaks 2010

Ungari 8,6 / 3,6

Euroopa Liit 19,5 / 21,0




EL 2012 paigaldatud elektrilise võimsuse

jaotus primaarenergiateallikate järgi


•Süsikütuselektrijaamad 3 065 MW

39,1 %

•Biomasskütuselektrijaamad 1 338 MW

3,0 %

•Gaaskütuselektrijaamad 10 535 MW

26,5 %

•Muud elektrijaamad 84 MW

6,8 %

•Tuuleelektrijaamad 11 895 MW

23,4 %

Kõik elektrijaamad 44 930 MW

1,0 % •Hüdroelektrijaamad 430 MW

0,2 %

•Päikeseelektrijaamad 17 583 MW


Mootorkütuste alternatiivid

bensiini asendamist etanooliga

naftast saadava diislikütuse asendamist

biodiislikütusega

Uuritakse biokütuste saamise võimalusi vetikatest, mis oma

tehis-elukeskkonnas (soolase veega täidetud läbipaistvates

voolikutes või paneelides) neelavad kütuste põletamisel tekkivat

süsinikdioksiidi ja muundavad selle päikesekiirguse toimel

kütuste lähteainena sobivaks massiks. Esimene katseline

süsteem võeti käitu Columbuses 2012.a.



Biokütuste keskkonnaprobleemid

vajadus suurte maa-alade järele etanooli ja

biodiislikütuse lähtetaimede kasvatamiseks võib

vähendada teravilja ja söödakultuuride

kasvupinda või eraldada maad metsade arvelt

suhteliselt suur otsene ja kaudne energiakulu

biokütusekultuuride kasvatamisel, väetiste

tootmisel ja taimsete saaduste töötlemisel

kütuseks

kahju, mida biokütuse-monokultuurid tekitavad

loodussüsteemidele ja nende bioloogilisele

mitmekesisusele





Rahvusvaheline Taastuvenergia

Agentuur

2009 – loodi Rahvusvahelise

Taastuvenergia Agentuuri (International

Renewable Energy Agency, IRENA),

kirjutasid alla 136 riiki (sh Eesti),

peakorteri asukohaks valiti Araabia

Ühendemiraatide pealinn Abu Dhabi,

innovatsiooni- ja tehnikakeskuse

asukohaks Bonn



Vesinikuenergeetika Energeetikaharu, mis põhineb vesiniku tootmisel,

salvestamisel, edastamisel ja kasutamisel

Vesiniku kütteväärtuse võrdlus metaani

ja kivisöega (MJ/kg)


50

Kivisüsi

H2

CH4

29

142


Vesiniku tiheduse võrdlus (kg/m3)


0,72

Õhk

Vesinik H2

Metaan CH4 1,29

0,090




Vesiniku edastuskulude võrdlus metaani ja

elektrienergiaga 100 km kaugusele (€/MJ)


30

Elektrienergia

H2

CH4 200

31


Vesiniku hinna võrdlus muude kütustega

massi järgi ($/kg)


0,14

Kivisüsi

H2

Maagaas

0,075

2,70

Bensiin 0,90

Etanool 0,70

Põlevkivi 0,01


Vesiniku hinna võrdlus muude kütustega

kütteväártuse järgi ($/GJ)


2,8

Kivisüsi

H2

Maagaas

3,4

19

Bensiin 21

Etanool 16

Põlevkivi 1,0




Vesiniku tootmine

48 % maagaasist

30 % naftast

18 % söe kõrgetemperatuurilisel

reageerimisel veega

4 % vee elektrolüüsi teel

vee kuum elektrolüüs

termolüüs kõrgetemperatuurilistes

tuumareaktorites (temp. 850 C kuni 1000 C)

katalüütiline fotoelektrolüüs päikesekiirguse

rakendamisel



Vesiniku tootmise tulevik

tarbimiskeskustest kaugel paiknevates

hüdro- ja päikeseelektrijaamades

elektrijaamades energia ühe võimaliku

salvestamisviisina

eriehitusega tuumareaktorites, mida saab

kasutada nii elektrienergia kui ka vesiniku

tootmiseks



Vesiniku-energiavõrgu põhimõte

E - elektrolüüsiseade

H - hüdroelektrijaam

P - päikeseelektrijaam

T - tuumaelektrijaam

S - vesinikusalvesti


H2O

O2

H

Soojus

H2

H2O

O2

P

H2

H2O

O2

T

H2

S

O2

H2O

Kütuseelementide patarei

Toruliinide võrk

E E




Vesiniku salvestamine

kokkusurumine rõhu all 5…10 MPa

(kõige lihtsam salvestamise viis)

veeldamine temperatuuril ligikaudu

–250 oC (nõuab kõige vähem ruumi)

vesiniku sidumine mõnede

metallidega metallhüdriidideks, millest vesinik

kuumutamisel kergesti eraldub



Energia kokkuhoiupõhimõtted

Energia säästlik tarbimine

aeglustab energia intensiivsest tarbimisest

tingitud kliimamuutusi

pikendab taastumatute energiavarude

kasutamise kestust

suurendab riikides, mille energiamajandus

mingil määral põhineb energialiikide impordil,

energiapoliitilist sõltumatust importtarnetest



võimaldab edasi lükata kulutusi uute

maagaasipuurtornikomplekside, elektrijaamade

jms rajamiseks

vähendab energia edastamisega seotud kulutusi

ja energiaedastuskadusid

pikendab energia salvestusseadmete

kasutuskestust ja/või võimaldab vähendada

salvestusseadmete mahutavust ning maksumust

vähendab energiakulutusi tootmistegevuses

vähendades seega toodete omahinda ja

suurendades nende konkurentsivõimet





Energiatehnika arengu suunad

kõigi energiamuundusseadmete

kasuteguri suurendamine

energia edastuskadude

vähendamine

tõhusamate energiatarvitite

väljatöötamine



Energia säästuvõimalused

naftaleiukohtades koos naftaga tuleva

kõrvalgaasi töötlemine kaubaliseks kütuseks

senise põletamise asemel

tõhusamate kütusekaevandamismasinate ja

transpordiviiside kasutamine

kütustpõletavjaamades – tahk- ja vedelkütuste

asendamine maagaasiga

kõrgemate auruparameetritega aurukatelde ja

-turbiinide kasutamine soojuselektrijaamades



elektrienergia ja soojuse koostootmise

laiendamine

gaasi- ja auruturbiinide kombinatsioonil

põhinevate soojuselektrijaamade

(kombijaamade) laialdasem kasutamine

energiasalvestite laialdasem kasutamine

põlevate tootmisjääkide kasutamine soojuse

ja/või elektrienergia saamiseks





Energia edastamise kokkuhoid

optimaalse edastusviisi (toruliinide, raudtee- ja

laevavedude jms) valik

energiakadude vähendamine

(nt soojusisolatsiooni tugevdamise teel soojuse

edastamisel kaugkütte-soojusvõrkudes)

elektrienergia edastamisel – optimaalse

edastuspinge ja vooluliigi valik



Energia kokkuhoid tarbimisel

optimaalse energialiigi valik

energiatarvitite kasuteguri suurendamine

energia muundusastmete arvu vähendamine

sisepõlemismootorite optimaalreguleerimine

kõrge valgusviljakusega valgusallikate

kasutamine ja valgustustaseme

reguleerimine



sagedusmuundureil põhinevate elektriajamite

kasutamine

soojuse kokkuhoid kütteseadmeis

automaatreguleerimissüsteemide abil

päikeseenergia suurem kasutamine

tootmisprotsessides ja ventilatsioonides

tekkiva heitsoojuse kasutamine

energia salvestamist minimaalkoormuse ajal





Elamute eristamine soojustarbimise järgi

madala soojustarbimisega hooned

tarbimisega mitte üle 70 kWh/(m2a)

passiivhooneid soojustarbimisega mitte üle

15 kWh/(m2a)

nullenergiahooneid aasta resulteeruva

soojustarbimisega 0

plussenergiahooneid, mis võivad anda

ülejäävat (nt päikesekiirguse kasutamise teel

saadavat) energiat väljapoole hoonet



Elamute kütteks tarvitatav soojus

1 - soojuskulu Saksamaa

uusehitistes 1971…1991

2 - Saksamaa

soojustarbimisstandard

3, 4, 5 - Saksamaa

soojustarbimismäärused

6 - Saksamaa

energiasäästumäärus

7- soojuskulu Eesti

uusehitistes 1960…1995


1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

50

0

150

100

400

350

300

250

200

450 kWh m

2 a

2

3

4

5

1

6

7


Energia kokkuhoid

Küte (Põhja-Euroopas energia tarbimine ca 75%)

tarbitava energiakoguse vähendamine

hoonete soojusisolatsiooni tugevdamine

Elektriajamid (tarbivad ca 2/3 kogu maailmas

toodetavast elektrienergiast)

sagedusmuundur-vahelduvvooluajamid

pooljuht-reguleerimisseadmega alalisvooluajamid





Valgustus (osatähtsus elektrienergia

tarbimises on maailmas ca 10 %)

energiasäästulampide

(halogeenhõõglambid, leedlambid,

kompaktluminofoorlambid) läbimõeldud

kasutamine

Kodumajapidamine (osatähtsus hoonete

elektrienergia tarbimises ca 1/3 )

kasutada energiatõhusust iseloomustavat

märgistust omavaid elektriseadmeid



Euroopa energiatarbivusmärgistus



Tänan tähelepanu eest!

Küsimused?


Documents

Sissejuhatus energiatehnikasseSissejuhatus energiatehnikasse 7.12.2014 Aimeli Laasik 23.10.2008 1 Sissejuhatus energiatehnikasse AAV0120 Loeng 8a Aimeli Laasik 23.oktoober 2008