Nr 47

Laadi alla

Jaga

Prindi

Kui palju saab tuule-päikeseelekter asendada põlevkivielektrit?

07. juuni 2023

Fookus

RiTo nr 47, 2023

  • Andres Noodla

    Andres Noodla

    PhD, töötanud ligi 50 aastat tootmisettevõtete juhtkondades, sellest üle poole energeetika vallas

Palju räägitakse ja kirjutatakse, et tuule-päikeseelekter asendab varsti põlevkivist toodetavat. Enamasti on tegemist soovidega, mis ei tugine reaalsusele. Energia tootmine on siiski investeeringutel põhinev reaalne protsess ja tulemusi on võimalik prognoosida läbi arvutuste. Senine energiapoliitika tugineb kahjuks enamasti tagurpidi arvutustele: võetakse ette soovitud tulemus ning otsitakse sobiv arvutuskäik ja andmed, mis tõendavad soovitut.

Riigikogu kehtestatud energiamajanduse korralduse seaduse (EnKS) kohaselt on aastaks 2030 tarbitavast elektrist sada protsenti ja vähemalt 65 protsenti kogu energiast pärit taastuvenergiast.

Taastuvenergia mõiste alla on pandud kokku kaks vastuolulist energiaallikat.

Esiteks põletamisvaba tuule-päikese­energia, mida toodavad investeeringud ning energiaallikaks olev päikesekiirgus on täielikult saastevaba ja tasuta.

Teiseks biomassi nime alla koondatud põllumajanduse ja inimtoidu jäätmetest-jääkidest ja metsa-puidutööstuse jääkidest toodetavad põlevkütused. Loodetavasti rahvaesindajad ei kavanda taastuvenergiale üleminekut kõigi metsade ärapõletamise või põllumajanduse ja toidujääkide-jäätmete hulga suurendamise abil.

Vaadates Eesti energiakasutuse ametlikke andmeid (tabel 1), võib väita, et Eesti taastuvenergia poliitika on seni rajatud põhiliselt puidu põletamisele. Põletamisest saadud taastuvenergia moodustas 2021. aastal 92 protsenti kogu taastuvenergiast, millest omakorda puidu põletamine 93 protsenti. Põletamisvaba taastuvenergia moodustas kogu energiatarbimisest ainult 2,1 protsenti.

Tabel 1. 2021. aasta statistika andmik KE0240, energia tarbimise andmed

Tabel1

Kui lõpetatakse puidu põletamise eest juurdemaksmine elektri hinna arvelt, siis puidu osatähtsus energia tootmises väheneb. Puidujäätmete muudeks toodeteks väärindamise konkurentsivõime toormeturul paraneb. Vähenemine kiireneb, kui tuule-päikeseelektri võimsused kasvavad, ületades võrgust elektri tunnitarbimist. Juhitavad elektri tootmisvõimsused peavad hakkama tööle võnkuval režiimil ning kaugküttes kasutatavad väikesed hakkepuidu keevkihtkatlad pole siis elektriturul konkurentsivõimelised. Kaugkütte baasil elektri tootmine hääbub. Soojuse tootmisest üle jäävat hakkepuitu muidugi saab kasutada Eesti Energia suurtes kateldes. Kas ja kui palju, see sõltub, milliseks kujuneb hakkepuidu hind pärast põletamise doteerimisest loobumist ja põletamissaaste maksustamist. Kokku biomassi osatähtsus energia tootmises paratamatult väheneb.

Vaadates Eesti energiakasutuse ametlikke andmeid, võib väita, et Eesti taastuvenergia poliitika on seni rajatud põhiliselt puidu põletamisele.

Üleminek taastuvenergiale tähendab tuule-päikeseelektri tootmise kasvu

2030. aastaks peaks seaduses sätestatud 65 protsendi saavutamiseks tuule-päikeseelektri tootmine suurenema ligikaudu 20 000 GWh võrra ehk 18 korda.

2022. aasta elektri tarbimine koos võrgukadudega oli 8449 GWh ja võrku toodeti tuule-päikeseelektrit 1197 GWh ning biomassi-puidu elektrit 1340 GWh. Saavutamaks sadat protsenti, peaks 2030. aastaks võrku antava tuule-päikeelektri aastatoodang kasvama rohkem kui 6000 GWh võrra.

Kui palju elektrit on üldse võimalik tuulest ja päikesest toota?

Arvutame 2022. aasta tuule-päikese tingimuste alusel, kui palju elektrit on võimalik toota võimsustel 1500, 2500, 3500 MW tuule- ja päikeseparkidest. Tabeli 2 arvutused on tehtud Elering Live 2022. aasta tunniandmete alusel, korrutades tunnikogused läbi võimsuste kasvu suhtarvuga. Loomulikult on tuule-päikese tingimused erinevatel aastatel erinevad ja annavad natuke erinevad tulemused. Olles teinud arvutusi eri aastate kohta, võib väita, et vahed on suhteliselt väikesed.

Tabel 2. Tuule- ja päikeseelektri toodang 2022. aasta tuule-päikese tingimustel

Tabel2

Eelmisel aastal elektri tarbimine võrgust kõikus 518–1464 MW vahel. Suvekuude päevane kõikumine oli 615–1299 MW, hommiku- ja õhtutundidel 628–1282 MW ja 518–984 MW öötundidel. Maksimaalne tunni toodanguvõimsus võrku oli tuuleelektril 297 MW ja kogutoodang 683 GWh, päikeseelektril 394 MW ja kogutoodang 518 GWh.

Tuule-päikeseelektri tootmine on suurtes piirides võnkuv ja mittepidev. Üle tunni tarbimisvajaduse toodetava elektriga pole võimalik katta (kuni puudub salvestamine) elektritarbimist tundidel, kui tootmine on tarbimisest väiksem. Arvutusi ei tohiks teha aasta koguste ja keskmiste kaudu. Kahjuks arengukavades ja õigusaktide seletuskirjades teevad poliitikud, ametnikud ja nende palgatud „eksperdid“ arvestusi aasta koguste ja keskmiste alusel, saavutamaks soovitud arve.

Tuule-päikeseelektri võimsuste kasvuga teravneb probleem, kuidas paremini ja rohkem kasutada üle tunnitarbimise toodetavat saastevaba elektrienergiat. Probleemiks ei ole selle energia sääst, vaid suurem kasutus. Kui investeering tehtud, siis elektrit tuleb sõltumata tarbimisest nii, kuidas hetkel tuult ja päikest. Jättes selle tasuta ja saastevaba ressursi kasutamata, halvendame investeeringute tasuvust ja loobume tasuta energiast loodavast majanduskasvust.

Tabelist 2 on näha, et suurendades tuuleelektri tootmisvõimsusi 3500 MW-ni, katab see kogu elektri tarbimise ainult 30 protsendi ulatuses aasta tundidest ning varustuskindluse tagamiseks peab olema ikkagi paralleelselt töökorras-töös tipptarbimise võimsus 1500 MW ulatuses juhitavat elektritootmist. 3500 MW tuuleparke toodavad tunnitarbimist ületavatel tundidel ainult 50 protsenti aastas puudu jääva elektri kogusest. Seega ei ole võimalik 3500 MW tuuleparkide abil üksi toota salvestamiseks vajalikku elektri kogust ega liikuda oluliselt 65 protsendi saastevaba energia suunas.

Tuule-päikeseelektri võimsuste kasvuga teravneb probleem, kuidas paremini ja rohkem kasutada üle tunnitarbimise toodetavat saastevaba elektrienergiat.

Tipptarbimise 1500 MW jagu võrku tootvaid päikeseparke katab kogu tunnitarbimise ainult 9,3 protsendil aasta tundidest ja üle tunnitarbimiste toodetav kogus on ainult 217 GWh (alla kolme protsendi aasta tarbimisest). Sellist võimsust tootvad päiksepargid peavad valdavalt olema lülitatud ülekandevõrku. Jaotusvõrkudes pole sisuliselt võimalik nii suurt võimsust tarbida.

Tehniliselt oleks küll võimalik madalpinge jaotusvõrgus üle tarbimise toodetud elektrit suunata kõrgema pingega võrku. Arvestades, kui vähe tunde aastas saab päikeseelektrit jaotusvõrku toota, siis praktiliselt ei tasu see majanduslikult suure investeeringukulu tõttu ära. Majanduslikult puudub mõte suurendada ülekandevõrku tootvate päikeseparkide võimsust üle 1500 MW. Juba 1500 MW ületab kevadsuvise keskpäevase elektritarbimise ning suvise päikeseelektriga pole ka parimate salvestustingimuste juures võimalik katta sügisel-talvel puudu jäävat võimsust.

Päikseelektri toodangu arvutamine 2500 ja 3500 MW võimsustel on rohkem illustratiivse iseloomuga, et näidata, kui vähe üle jäävat päikeseelektrit saavad tegelikult need väga suured võimsused toota. 80–90 protsenti päikeseelektrist toodetakse 8-tunnisel perioodil keskpäeval. Päeva 16 tunnil on vajalik asendav võimsus siis, kui päikesetingimused väga head. Talvel lume ja härmatise korral puudub ka päeval päikeseelekter täielikult ning suvel vihmaga on suhteliselt väike.

Päikeseelektri põhiline areng on siiski tootmine oma tarbeks eeldusel, et investeeringu kulu on väiksem kui võrgust ostetava elektri ja võrgutasude maksumuste summa.

Päikeparkide ehituskulud on suhteliselt väikesed. Enamik maksumusest on paneelide hind. Kuid päikesepaneelide kasutusiga on 15–20 aastat. Vanuse kasvades hakkab võimsus oluliselt vähenema ja paneelid tuleb välja vahetada. Tuuleparkidel on ehituskulud mastide näol suuremad kui generaatorite tiivikute maksumus. Kuid mastid elavad üle kolm-neli korda generaatorite vahetuse, milliste eluiga on tõenäoliselt 20–25 aastat. Pikaajalise investeeringu ja ehitamisega kaasneva saaste seisukohalt on tuulepargid päikeseparkidest oluliselt paremad.

Kui palju on vaja juhitavat põletamis- või tuumaenergial elektritootmist, mida ei saa asendada tuule-päikeseelektriga

Elektrivõrkudes varustuskindluse ja sageduse tagamiseks on vajalik pidevalt töötav juhitav võimsus. Selle vajadus kasvab, mida suuremaks muutub ebakorrapärasel juhuslikul võnkuval režiimil toodetava tuule-päikeseelektri osakaal ning muutub möödapääsmatult hädavajalikuks, kui lõpeb Venemaa-poolne sageduse hoidmine. Arvutustes on võetud selliseks võimsuseks 200 MW. Tegeliku baasvõimsuse vajaduse peaksid kokku leppima elektrisüsteemi haldur ja tootja, kellel on võimekus alalist juhitavat tootmisvõimsust hoida. Praegu saab seda teha ainult Eesti Energia põlevkivil töötavate suurte tootmisplokkidega, tulevikus ka tuumaelektrijaamaga.

Tabelis 3 esitatud arvutustes on võetud eelduseks, et ajaks, kui Eestis töötab võrku 3500 MW tuuleparke ja 1500 MW päikeseparke, on elektri tarbimine kasvanud vähemalt 30 protsenti, liikumaks 65 protsendi kogu energia katmise suunas. Tõenäoliselt suureneb elektri osa transpordis, järjest rohkem kasutatakse elektrilisi soojuspumpasid soojusenergia saamiseks ning loodetavasti areneb ka tootmine, mis kasutab saastevaba päikeseenergia ressurssi. Koos sellega on hädavajalik üle tunnitarbimise toodetava elektri akumulatsioon, milleks sobivaim ja efektiivseim on Alexela arendatav Pakri 500 MW pumphüdroakumulatsioonijaam (PHAJ).

Tabel 3. Tuule- ja päikeseelektri võimalikud toodangud koos, lisaks 200 MW sageduse hoidmiseks vajalik alaline juhitav võimsus

Tabel3

Tuule-päikeseelektri tootmisvõimsuste 3500 ja 1500 MW olemasolu korral tehtavad järeldused

  1. Reaalselt ei ole võimalik täita eesmärki minna võrgust tarbitava elektri osas sajaprotsendiliselt üle taastuvenergiale tuule-päikeseelektri abil. Vähemalt 30 protsenti aasta tarbimismahust tuleb ka edaspidi katta juhitavate võimsustega: kas põletamis- või tuumaelektriga.
  2. Tuule-päikese võimsus 3500 + 1500 MW katab võrguelektri kogu tunnitarbimise 44 protsendil aasta tundidest. Varustuskindluse tagamiseks peab paralleelselt olema töös-töökorras 1200 MW juhitavaid kütuse põletamise või tuumajaamu, mis töötaksid ebaökonoomsel võnkuval režiimil. Paratamatu on üle tunni tarbimisvajaduse toodetava elektri koguse ja tundide arvu kasv. Lisanduvad ka väikesed elektritootmised prügi, biogaasi, puiduhakke, põlevkivitööstuse jääkgaaside jms arvelt, kus elektri tootmist ei saa juhtida sõltuvalt tuule-päikese­elektri olemasolust, vaid seda suunavad teised tegurid. See omakorda suurendab veelgi ületoodangu tundide arvu ja tarbimist ületava elektri kogust.
  3. Ainus võimalus vähendada varustuskindluse tagamiseks vajalikku 1200 MW juhitava põletamiselektri töös-töökorras hoidmise mahtu on PHAJ. Alexela arendatav 500 MW Pakri PHAJ kataks 500 MW ulatuses juhitavat võimsust, võimaldades alandada varustuskindluseks vajalikku paralleelvõimsust 700 MW-ni. Sellisel juhul võimaldab tarbimist ületavatel tundidel toodetava elektri aastane kogus 3400 GWh PHAJ 70-protsendilise kasuteguri juures toota võrku 2400 GWh. Ei maksaks teha viga arvutades, et PHAJ toodetav 2400 GWh saab katta kogu tabelis 3 toodud aastas puudu jääva koguse. Ikkagi on vajalik kuni 700 MW 24 protsendil aasta tundidel töötavat juhitavat põletamiselektri võimsust, mis peab töötama äärmiselt ebaökonoomsel kõikuvkoormusel.
  4. Põhimõtteliselt peaksid sarnased probleemid tekkima kõigis ühtsesse elektrivõrku ühendatud riikides. Pea võimatu on praegu prognoosida, milliseks kujuneb ühtses võrgus tootmise ja tarbimise tasakaal. Kuna kõigis riikides investeeritakse uutesse tootmisvõimsustesse, eriti tuule­elektrisse, siis paratamatult kujuneb kõikjal väljakutseks hetke tunnitarbimist ületava elektri kasutuselevõtt. Sisuliselt on tegemist minimaalse hinnaga saastevaba ressursi kasutamisega. Võidab riik, kes loob kõige varem seda toetavad seadused.
  5. Võrku töötavad 3500 MW tuulevõimsusi + 1500 MW päikesevõimsusi + 200 MW tuumajaam + 500 MW PHAJ + 700 MW gaasiturbiinid loovad mõttelise olukorra, kus on võimalik loobuda põlevkivielektrist, ning saavutada olukorra, kus 85–90 protsenti võrgust tarbitavast elektrist toodetakse põletamisvabalt tuule-päikese- ja tuumaenergiast ning üle jäänud maagaasist.

Kui rääkida energiatarbimise 65 protsendi katmisest tuule-päikeseelektri kasvu arvel, siis lisaks võrgust tarbitava elektri 3500 MW võimsusele tuleks rajada lisaks veel vähemalt 2000–2500 MW tuuleparke (kokku kuni 6000 MW). Nende toodetavat elektrit on võimalik kasutada soojusenergia tootmiseks, et asendada põletatavaid kütuseid ning toota transpordikütuseid.

Kuidas ja kuhu kasutada üle hetketarbimise toodetavat elektrit

Üle tarbimisvajaduse toodetava elektri kõige efektiivsem ja konkurentsitult väikseimaid investeeringuid nõudev salvestamise ja kasutamise viis on elektrist soojuse ja sooja tarbevee tootmine. Kadudeks on ainult võrgukaod tarbimiskohani ning sada protsenti tarbijani jõudnud elektrist on muudetav soojuseks. Selleks on vajalik investeerida jaotusvõrkude läbilaskvuse suurendamisse, mis on vajalik ka soojuspumpade ja elektriautode arenguks.

Kõige energiakulukam ja väikseima kasuteguriga elektri salvestamine on läbi vesinikuenergeetika, kus kasuliku energiana saab tagasi maksimaalselt 35–40 protsenti. Seetõttu on vesinik kui salvestamise viis sobimatu võrguelektri varustuskindluse tagamiseks. Vesiniku kasutusala tulevikus on siiski transpordikütusena, kui selleks ajaks ületab tuuleparkide võimsus 3000 MW piiri ja jätkub piisavalt odavat elektrit. Varem lihtsalt ei jää oluliselt üle elektrit, millest arvestatavalt vesinikku toota.

Akuparki võrguelektri salvestamine ei ole tänaste teadmiste juures tõenäoline. Akupargi vajadus osutuks üle reaalsuse suureks ning akude kasutusiga suhteliselt lühikeseks. See ei takista akude kasutuse laienemist väiksemas lokaalses elektrisalvestamises.

Ainsaks praegu teostatavaks elektri salvestamise teeks Eestis on PHAJ. Alexelal on Pakri projekt sisuliselt ehitusvalmis. Eestis on piisavalt kaevandamise kogemust ja võimsust ning projekt on tehniliselt teostatav. Ainus probleem on suur kaevemaht. Et kindlustada 10-ööpäevane akumulatsioon 500 MW ulatuses, on vaja kaevandada kuni 700 meetri sügavusse graniiditaolisse aluspinnasesse kuni 60 miljoni m3 suurune tühimik. Selle arenduseks võib minna kümme ja rohkem aastat. Tööle saaks hakata väiksemas mahus juba paari aastaga. Ainsaks takistuseks on vajalike seaduste puudumine.

Praeguste seadustega pole üleminek tuule-päikeseelektrile võimalik

Riigikogu otsus 2030. aastaks elektri tootmises sajaprotsendiliselt ja energia tarbimises 65 protsendi ulatuses taastuv­energiale üle minna ei ole praegu kehtivate seaduste ruumis mingil moel saavutatav ja tegemist on sisutühja poliitilise loosungiga. Kui poliitiliselt tõesti kavatsetakse järjekindlalt vähendada fossiilkütuste kasutamist, siis selleks on vaja oluliselt muuta enamikku energeetikat ja keskkonnasaastet reguleerivaid seadusi ning nende aluspõhimõtteid. Kahjuks selleteemaline arutelu ühiskonnas ei ole veel praktiliselt alanud.

Lahendus on lihtne ja loogiline. Kehtestada alaline lisahind elektrile, millest toetatakse alaliselt (vähemalt 40–50 aastat) põletamisvaba elektri tootmist ja salvestamist ulatuses, et oleks tagatud investeeringu tasuvus ka siis, kui võrku müüdava elektri hind on madal. Hinna tõusmisel üle määratud piiri hakkab vähenema makstava taastuvenergia tasu suurus.

Sellesse lisatasu maksmise fondi peaks laekuma põletamiselektri õhusaaste maksustamisest laekuvad summad. Sellest finantseeritakse ka PHAJ akumulatsiooni­elektrit ja elektrivõrkude arendamist. Koos põlevkivielektri osatähtsuse vähenemisega väheneb saastetasu summa ja koos sellega tuleb tõenäoliselt kehtestada lisatasu tarbija elektrihinnale.

Üle tarbimisvajaduse toodetava elektri kõige efektiivsem ja konkurentsitult väikseimaid investeeringuid nõudev salvestamise ja kasutamise viis on elektrist soojuse ja sooja tarbevee tootmine.

Selline seadus tagab päikese-, tuule- ja akumulatsioonielektri tootmiseks vajalike investeeringute tegemise turumajanduslikul alusel, ilma täiendava poliitilise sekkumiseta. Investeeringuteks vajalikust rahast ei tohiks tulla puudust, sest pakutud viisil korraldatud elektrienergeetika kui majandusharu, milles pikaaegselt tagatud investeeringu tasuvus, peaks olema kõigi pikaajaliste fondide unistus. Arengu kiirus sõltub riigi võimekusest teha vajalikke planeeringuid ja võrguarendusi.

Kindlasti jääb alles ka vajadus toetada keskkonda saastavatest jääkidest energeetiliste kütuste tootmist, kuid see peab toimuma nende valdkondade saastetasude, mitte elektri hinna arvelt. Jääb ja kasvab vajadus toetada soojusenergia tarbimise vähendamist. See peab toimuma soojuse tootmise põletamissaaste maksustamise arvelt. Soojusenergia on meie kliimas küll hädavajalik, kuid olemuslikult kadu, mille vähendamine teeb ühiskonna rikkamaks. Elekter seevastu on oluline komponent enamiku kaupade ja teenuste tootmises ja inimeste elukvaliteedi tõstmisel. Seetõttu on ebaloogiline toetada soojusenergia kokkuhoidu elektri hinna arvelt. Nii lüüakse segi paljud kaubaturud.

Mida rohkem ühiskond suudab toota ja tarbida saastevaba tuule-päikeseenergiat, seda rikkamaks ta muutub. Tuleks aru saada, et elektri- ja soojusenergia tootmist, tarbimist ja kokkuhoidu ei ole võimalik seadustega reguleerida läbi ühise mõiste – energia. Elektri- ja soojusenergia olemus, kasutus ja kokkuhoid on põhiosas vastandlikud. Kumbki valdkond nõuab iseseisvat regulatsiooni. Vaja on vähendada põletamisest toodetavat energiat ja soojusenergia tarbimist. Kuid põletamisvaba energia tootmist ja kasutamist tuleb suurendada. Õhusaastet ei põhjusta elekter ega ka soojus, vaid põletamine.

Esimeseks lihtsaks sammuks võiks olla poliitilise otsusega kehtestatud taastuvenergia mõiste lahutamine kaheks erinevaks mõisteks, mis olemuslikult ongi erinevad ja vägivaldselt kokku pandud ning vastuolus loodus- ja majandusseadustega. Esimene mõiste hõlmaks põletamisvaba energiat, mille hulka kuuluvad tuule-, päikese-, hüdro-, merelainete ja tõusu-mõõna, ümbritseva keskkonna hajus soojusenergia ning geotermaalenergia. Sellele grupile lähedane on tuumaenergia, mis ka nõuab iseseisvat seaduslikku regulatsiooni.

Teise mõiste moodustavad inim­tegevuse, tootmise, põllumajanduse ja metsa-puidutööstuse jääkide-jäätmete baasil energeetiliste kütuste tootmine ja kasutamine, mille regulatsioon erineb oluliselt põletamisvaba energia regulatsioonist, olles tihedalt seotud õhu- ja keskkonnasaaste maksustamisega.

Aga põhiprobleemiks kujuneb hoopis, kuidas ja millise maksuga katta riigi eelarve tulubaas, kui sinna ei laeku enam saastekvootide müügitulu ning elektri hinna langusega kaasneb käibemaksulaekumise vähenemine. See on tegelik elektri kõrge hinna ja saaste põhiprobleem. Ja isegi kui see poliitiliselt suudetakse lahendada, siis kuidas kaitsta seda populistliku poliitika eest, kus lühiajaliste valimislubaduste katteks võetakse raha pikaajaliste, ühiskonnale kasu toovate investeeringute arvelt.

Ega elekter ja selle hind pole ainsad. Transpordi vedelkütuste kõrge aktsiis kehtestati eesmärgiga, et selle arvelt kaetakse teede ehitus, korrashoid ja remont. Tasapisi on ka sellest ligikaudu 600 miljonist liikunud kaks kolmandiku valimislubaduste katteks ja järele jäänud 200 miljonist vist ei jätku isegi olemasolevate teede kvaliteedi säilitamiseks.

Tagasiside