Transcript Aternatiivenergeetika

Alternatiivenergeetika
1
LOENG 1. SISSEJUHATUS.
PÄIKESEENERGEETIKA
Julia Kjahrenova
Alternatiivenergeetika teemad
2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Alternatiivkütuste kasutamise põhjused
Päikeseenergeetika
Hüdroenergia. Hüdroelektrijaamad.
Hüdroenergia kasutamine
Geotermaalne energia (Maaenergia)
Tuul energiaallikana
Biomassienergia
Energiavõsa(biokütuse) kasvatamise katsed Eestis
Alternatiivenergeetika mõju keskkonnale
Julia Kjahrenova
Arvestuse saamiseks tuleb teha:
3
 Individuaalne töö: referaadi kaitsmine toimub
suuliselt
(tähtaeg ja teema asuvad saidil
http://juliatpt.weebly.com/)
Kirjalike tööde juhend ›››› http://juliatpt.weebly.com/
 Kontrolltööd
 Alternatiivenergeetika seminari küsimustele
vastamine
Julia Kjahrenova
Alternatiivenergeetika
4
 Tuuleenergia
 Päikeseenergia
 Geotermaalne (Maaenergia)
 Biokütus (energiavõsa- nt. paju, haab, lepp)
 Hüdroenergia
 Tõusuenergia. Laineenergia.
 Vesinik, vesiniku tehnoloogia
Julia Kjahrenova
Alternatiivkütuste kasutamise põhjused
5
 Alternatiivenergia on kasutuskõlblik, loodussõbralik
ning sõltumatu majanduse ja poliitika tõusudestmõõnadest
Kasutuskõlblikeks
loetakse
varusid,
mille
muundamine tehisenergiaks (tavaliselt soojuseks või
elektrienergiaks) ei nõua vastuvõtmatult suuri
kulutusi.
 fossiilsete kütuste kasutamine suurendab pidevalt
CO2 sisaldust
soojenemist
Julia Kjahrenova
õhus
ning
põhjustab
kliima
Alternatiivkütuste kasutamise põhjused
6
 Alternatiivenergia
allikate kasutamise suurendamist
näevad ette mitte üksnes eri riikide energeetika
arengukavad, vaid ka rahvusvahelised kokkulepped.
Taastuvate energialiikide vahel peaks need aastaks 2020
ette nähtud 20 % jaotuma Euroopa Liidus järgmiselt:
 biomass 13,0 %
 tuuleenergia 2,4 %
 hüdroenergia 2,1 %
 päikeseenergia soojuslik muundamine 1,5 %
 geotermaalenergia 0,8 %
 päikeseenergia elektriline muundamine 0,2 %
Julia Kjahrenova
Alternatiivkütuste kasutamise põhjused
7
 Eesmärgiks
vähendada
taastuvate
energiavarude
rakendamise teel eriti naftasaaduste tarbimist. Kuna
suur
osa
naftasaadustest
kujutab
endast
mootorikütuseid, tuleb alternatiivina kõne alla
 bensiini asendamist etanooliga,
 naftast
saadava
diislikütuse
asendamist
biodiislikütusega.
Biokütuste (etanooli ja biodiislikütuse) tootmine
tähendab sisuliselt päikeseenergia salvestamist taimedes
toimuvate keemiliste reaktsioonide ja taimse toote hilisema
töötlemise kaudu.
Julia Kjahrenova
Alternatiivenergeetika Eestis
8
Eestis on taastuvatest energialiikidest
1. esikohal puit (sealhulgas puidujäätmed, -hake ja graanulid)
2. tuuleenergia
3. hüdroenergia
4. biogaasi
(elektrienergia
ja
soojuse
koostootmisjaamades) tootmine ja biodiislikütuse
tootmine.
5. geotermaalenergia
6. päikesekiirguse kasutamine
Julia Kjahrenova
Tuul energiaallikana
9
 Tuuleenergeetika on viimase 10 aasta jooksul
arenenud
tunduvalt
kiiremini
kui
muud
energeetikaharud, mis on tingitud
 tuuleagregaatide
odavnemisest,
nende
üksikvõimsuse suurenemisest
 töökindluse tõusust
 võimalusest rajada suuri tuuleparke lühikese ajaga
(nt 1…2 aastaga).
Tuuleenergetika võimaldab toota enam kui 1 %
maailma kogu elektrienergiast.
Julia Kjahrenova
Tuul energiaallikana
10
 Tuuleolude
poolest on
soodsamas
olukorras
mereäärsed riigid.
 Kuna veel soodsamad on
tuuleolud
merel,
on
alanud
võimsate
tuuleelektrijaamade
(võimsusega 500…1500
MW)
rajamine
rannikulähedasse merre,
eeskätt
mandrilava
madalikele (nt. Taanis).
Julia Kjahrenova
Tuul energiaallikana
11
 Aastaks
2012 on maailma tuuleelektrijaamade
koguvõimsus ulatub väärtuseni 285.5 GW (Annual
Market Update 2012, www.gwec.net, andmeil ).
Ennustatakse, et turg taastub 2014. aastal ning
aastail 2014-2017 kasvab TEJ-de koguvõimsus ja
küündib 2017. aastaks 536 GW-ni.
 Enamik Euroopa soodsate tuuleoludega riike
kavandab tuuleelektrijaamadest saadava energia
osatähtsuse
suurendamist
elektrienergia
kogutoodangus väärtuseni ligikaudu 20 %.
Julia Kjahrenova
Tuuleelektrijaamade negatiivset toimet energiasusteemidele
vähendamine
12
Energiasüsteemide
juhtimist
erandlikes
koormusolukordades võivad raskendada
 tuuleelektrijaamade võimsuse kasv
 tuuleolude ajaline muutlikkus
 elektrijaamade automaatjuhtimise omapärasused
Likvideerimine: tuuleelektrijaamade
varustamine elektrienergiasalvestitega
 Selleks otstarbeks sobivad akumulaatorpatareid sedavõrd
kallid, et nende kasutamine ei ole majanduslikult
otstarbekohane.
Julia Kjahrenova
Tuuleelektrijaamade negatiivset toimet energiasusteemidele
vähendamine
13
 vesiniku tootmine elektrolüüsi teel, kuid ka see
salvestusviis on veel suhteliselt kallis
 olemasolevate pumpelektrijaamade kasutamine
 uute jaamade rajamine, kui tuuleelektrijaamade
asukoha geoloogilised olud seda võimaldavad.
Julia Kjahrenova
TUULEELEKTRIJAAMAD(TEJ)
14
TEJ kasutamine on aga tehnilis-majanduslikult
otstarbekohane üksnes piirkondades, kus tuule
keskmine kiirus aasta jooksul on umbes 4,5 m/s.
Euroopa Tuuleenergialiidu (European Wind Energy
Association, EWEA) hinnangute kohaselt on tuule
aastakeskmine kiirus:
 hea, kui see on 6,9 m/s või üle selle,
 keskpärane, kui see on 6,3 m/s,
 aeglane, kui see on 5,4 m/s või alla selle.
Julia Kjahrenova
Aasta keskmine tuulekiirus Eesti rannikualadel ja Eesti
TEJ-d
15
Julia Kjahrenova
Tuuleenergia Eestis
16
 2013 augusti kuu andmetel
töötab Eestis kokku
126 elektrituulikut koguvõimsusega 269,4 MW,
mis toodavad ligikaudu 6% kogu Eesti
elektritarbimisest.
 Kaks energiaettevõtet – Eesti Energia ja Nelja
Energia – avasid 08.2013 ühiselt Pakri poolsaare
põhjatipus uue tuulepargi. Kokku püstitati Pakri
poolsaarele 18 uut 2,5 MW nimivõimsusega
elektrituulikut, millest üheksa kuulub Eesti
Energiale
ja
üheksa
Nelja
Energiale.
Julia Kjahrenova
Paldiski tuulepark
17
 Nelja Energia on Põhjamaade ja Eesti kapitalil
baseeruv Baltikumi suurim tuuleenergia tootja, kel
tuuleparke kokku 223 MW ulatuses, neist 144
MW Eestis Viru- ja Läänemaal ning Paldiskis.
 Paldiski tuulepargi iga tuuliku nimivõimsus on 2,5
MW ning Paldiski tuulepargi võimsus kokku 45
MW.
 Paldiski tuulepargi rajamise kogumaksumus on
kokku 62 miljonit eurot.
Julia Kjahrenova
TUULEELEKTRIJAAMAD(TEJ)
 tehniliselt loetakse 18
maailmas võimalikuks
püstitada sellistele sobivatele aladele
tuuleelektrijaamu elektrienergiatoodanguga
ligikaudu 53 PWh aastas, mis on üle kolme
korra suurem kui maailma praegune
elektritarbimine
 suuremates
tuuleelektrijaamades
kasutatakse elektrituulikuid võimsusega 0,6
kuni 6 MW, väiksemates võib tuuliku
üksikvõimsus olla aga ka tugevasti väiksem
(nt kas või mõni kilovatt).
Julia Kjahrenova
TUULEELEKTRIJAAMAD(TEJ)
19
 tuulikute
arv jaamas võib olla ühest kuni
mõnesajani
 kuna tuuleturbiini tiivik pöörleb suhteliselt
aeglaselt (mõnest pöördest mõnekümne pöördeni
minutis), nähakse turbiini ja generaatori vahel
enamasti ette reduktor (joonis A, a)
 töökindluse
suurendamise
ja
hoolduse
lihtsustamise huvides võidakse kasutada ka
paljupooluselisi väikesekiiruselisi generaatoreid
(joonis A, b)
Julia Kjahrenova
Tuuleturbiini ja generaatori ühendamine
reduktori kaudu (joonis A)
20
 Tuuleturbiini ja
generaatori
ühendamine
reduktori kaudu (a)
 otse (b)
 G - generaator,
 R -reduktor
Julia Kjahrenova
Tuulejõuseadmete liigitusest
21
Tuulejõuseadmeid
võib
liigitada
mitmesuguste tunnuste järgi:
1. Võimsuse järgi (suured, keskmised,
väikesed), liigitus on suuresti tinglik, nende
vahel puuduvad täpsed piirid.
2. Otstarbe järgi:
a) eriotstarbelised
(vee pumpamiseks,
akude laadimiseks, teravilja jahvatamiseks
jne.
Julia Kjahrenova
Tuulejõuseadmete liigitusest
22
b) üldotstarbelised
- tuuleelektrijaamad,
mis
enamasti
töötavad
rööbiti
üldotstarbelise elektrivõrguga:
1) Sünkroongeneraatoritega(joon.)
2) asünkroongeneraatoritega.(joon.)
3. Pöörlemissageduse järgi (joon.):
 aeglasekäigulised (laba tipus joonkiirus
on samas suurusjärgus tuule kiirusega või
sellest väiksem)
Julia Kjahrenova
Tuulejõuseadmete liigitusest
23
 Aeglasekäigulised
Julia Kjahrenova
Tuulejõuseadmete liigitusest
24
 kiirekäigulised (laba tipus joonkiirus on
tunduvalt suurem tuule kiirusest, ulatudes
kuni helikiiruseni - aerodünaamiline laba)
Julia Kjahrenova
Tuulejõuseadmete liigitusest
25
Konstruktiivsete iseärasuste järgi:
 kolineaarsed (pöörlemistelje suund langeb
kokku tuule suunaga)
 ortogonaalsed (pöörlemistelje suund on
tuule suunaga risti - tavaliselt vertikaalne)
Julia Kjahrenova
GENERAATORITE LIIGID
26
Julia Kjahrenova
Generaatorite liigid
27
Kuna turbiini optimaalne pöörlemissagedus oleneb
tuule tugevusest, ei saa tuuleelektrijaamades kasutada
otse
elektrivõrku
ühendatavaid
sünkroongeneraatoreid.
Nüüdisajal on kasutusel 3 generaatori liiki:
 lühisrootoriga asünkroongeneraator
 faasirootoriga asünkroongeneraator
 sagedusmuunduri
sünkroongeneraator
Julia Kjahrenova
kaudu
võrku
ühendatav
Lühisrootoriga asünkroongeneraatoriga tuulik
Julia Kjahrenova
Lühisrootoriga asünkroongeneraatoriga tuulik
29
1 -tiivik
2 -muudetava ülekandeteguriga reduktor
3- generaator
4- elektrivõrk
5- reaktiivvõimsust genereeriv kondensaatorpatarei
Julia Kjahrenova
Aeglase sünkroongeneraatoriga , reduktorita
tuulik
30
Julia Kjahrenova
Aeglase sünkroongeneraator , reduktorita
tuulik
31
1 - tiivik
2 - generaator
3 - sagedusmuundur
4 - elektrivõrk
5 - generaatori ergutusmähist toitev alaldi
Kuna tuuleolud on nii aasta kui ka ööpäeva kestel
muutlikud, ei saa tuuleelektrijaamad talitleda pidevalt
täisvõimsusega.
Julia Kjahrenova
Faktid tuuleelektrijaamadest
32
 Tuuleelektrijaamade
nimivõimsuse
aastane
ekvivalentne kasutusaeg vahemikus 1500…3000 h/a,
kuid on piirkondi (nt Californias), kus see ulatub
4000 tunnini aastas.
 Võttes arvesse elektrituuliku eluiga (20…30 aastat),
võib järeldada, et oma eluea jooksul annab selline
tuulik 60…80 korda rohkem elektrienergiat kui seda
kulub tuuleagregaadi valmistamiseks.
 Praegu
suureneb TEJde võimsus maailmas
20…25 % võrra aastas ja ühtlasi valmistatakse
järjest võimsamaid elektrituulikuid
Julia Kjahrenova
Tuuleenergia Eestis
33
 „Taastuvenergeetika
tegevuskava
aastani 2020”
koostamise ettepanekus tuuakse välja, et
tehniline
piir
tuulegeneraatorite
paigaldamiseks on tänases olukorras 90-100
MW, kuid sellega kaasneks elektrisüsteemi
kvalitatiivne
halvenemine.
Lõplikuks
tehniliseks piiriks loetakse 400-500 MW, mis
aga nõuab täiendavaid investeeringuid.
Julia Kjahrenova
Tuulenergeetika probleemid
34
 probleemid nende poolt tekitatud müraga
 tiivikutelt peegelduv valgus
 nende
poolt televastuvõtule ja lindude rändele
tekitatud häired
 et tuuleagregaadid ei segaks üksteise tööd, peaks
nende vaheline kaugus olema suurem kui 15 tiiviku
läbimõõtu.
Julia Kjahrenova
Biokütus
35
Biokütus on põlevate tööstusjäätmete, olmeprügi,
puidu- ja muude taimsete jäätmete, küttepuidu ja
biogaasi kasutamine elektrienergia ja soojuse
saamiseks.
Julia Kjahrenova