Eesti Maaomavalitsuste Liit

Association of Municipalities of Estonia

Projekt – Energiatõhus omavalitsus

Projekti rahastamise meede: avalike teenistujate, kohalike omavalitsuste aj mittetulundusühingute töötajate koolituse arendamine.

Click to edit Master title style

Energiatehnoloogiad ja seadmed taastuvate energiaallikate rakendamiseks asulate soojusvarustuses

Ülo KaskTallinna Tehnikaülikool, soojustehnika instituutKambja, 09.11.2012.

Eesti Maaomavalitsuste Liit

Association of Municipalities of Estonia

Saateks

• Alanud sajandil on inimkonna üheks põhimureks üha kasvava energiavajaduse rahuldamine.

• Kogu elusloodus kasutab edukalt päikeseenergiat, meie põletame peamiselt fossiilseid kütuseid.

• 123 mld tonni CO2 aastas seovad kasvavad taimed fotosünteesi käigus (muundavad energiat).

• 62% ELs 2009. aastal käiku antud elektri tootmise võimsustest baseerus taastuvatel energiaallikatel, s.o 17 GW, ja suurema osa annab tuuleenergia.

• 2009. aastal katsid taastuvad energiaallikad 19,9% ELi elektritarbimisest.

Keskkonnahoiu paradoks

• Keskkonnahoiu süvaraskus tuleneb sellest, et olelusvõitluses jäävad tugevasti eelistatult peale need isendid, kooslused, suguharud, maakonnad, riigid jne, kes rohkem (ja hoolimatumalt!) kasutavad keskkonna ressursse ja saastavad keskkonda.

Taastuvad energiaallikad

• Päikesekiirgus on puhtaim ja mõjusaim energiaallikas.

• Päikesekiirgus on ka praegu kõige tõsisemalt arvestatav taastuv (s.o –ülimalt pika kestusega) energiaallikas. Sellele saab juba täna, veelgi enam tulevikus, rajada uusi, järjest paremaid energiamuundamise seadmeid, ka võimsaid ja ülivõimsaid.

• Päikesekiirgus toob Maakera elusfääri keskeltläbi ligikaudu ühe kilovati (1 kW) võimsust ruutmeetrile ehk ühe megavati ruutkilomeetrile (1 MW/km2).

Taastuvad energiaallikad II

Tavaliselt loetakse taastuvateks energiaallikateks selliseid energiaallikaid, mis uuenevad pidevalt päikese kiirgusenergia arvel või taevakehade gravitatsiooni arvel. Maa süvasoojust peetakse samuti taastuvaks energiaallikaks.

Põhimõtteliselt ka Päikesel lõpeb termotuumareaktsioon ja maa tuum jahtub, kuid inimühiskonna jaoks peetakse neid allikaid siiski taastuvateks.

Taastuvad energiaallikad III

• Päikeseenergia - päikesekiirgus- Biomass (fotosünteesil salvestuv energia),

− Hüdroenergia (voolava vee energia),

− Tuuleenergia (liikuva õhu energia),

− Merelainete ja hoovuste energia,− Temperatuuri gradient (soe pinnavesi külm

põhjavesi) – ookeani soojus,− Keskkonna soojus (maa, vesi õhk)

• Gravitatsioon− Tõusu-mõõna energia,

• Kuum Maa tuum− Geo-termaalenergia

Geofüüsikaliste energiaressursside

muundamise ja kasutamise võimalused

Maa taastuvad

energiavarud aastal 2003

1 tce ( [metric] ton of coal equivalent, süsi-tingkütusetonn) = 7000 Mcal = 29,31 GJ = 8,14 MWh

Miks kasutada taastuvaid energiaallikaid?

• Fossiilsete kütuste varud on ammenduvad.• Fossiilsete kütuste kasutamine saastab

keskkonda ja halvendab inimeste tervist (pole ühene).

• CO2 kontsentratsiooni kasv atmosfääris ja eeldatavad kliimamuutused olevat põhjustatud fossiilkütuste kasutamisest.

• Fossiilkütuste hinnad kasvavad.• Fossiilkütustega varustamine võib olla ebakindel

(poliitiline).• Luuakse uus kiirelt arenev majandussektor.• Kindlustab energeetika jätkusuutliku ja säästva

arengu.

Millised taastuvad energiaallikad on kasutatavad Eesti asulate soojusvarustuses?

• Biomass - (puitbiomass, rohtne biomass, biojäätmed ja põllumajandusjäätmed, aga ka vetikad ja bakterid) muundatuna tahketeks, vedelateks ja gaasilisteks biokütusteks.

• Keskkonnasoojus - (maa, vesi, õhk) soojuspumpade vahendusel.

• Otsene päikese kiirgus – kaudne kasutus päikesekollektorite vahendusel.

Biomassi lähteallikad

• Puitpõhine biomass (puitkütused, energiamets (-võsa)

• Energiakultuurid (samuti rohttaimed kasutamata põllumaal)

• Niidu- ja luhataimed, pilliroog (poollooduslikel rohumaadel ja märgaladel)

• Vesiviljelus (s.h vetikakasvatus)• Põllumajandusjäägid (põhk, pealsed)• Loomakasvatusjäätmed (sõnnik, loomsete

kudede jäätmed)• Biojäätmed majapidamisest, kaubandusest

teenindusest (tahked, vedelad)• Biolagunevad tööstusjäätmed (-jäägid)

Millised on nende kasutustehnoloogiad?

• Biomassi mehaaniline, termokeemiline ja biokeemiline muundamine:

• Mehaaniline muundamine (biomassi peenestamine, pressimine),

• Termokeemiline muundamine (gaasistamine, pürolüüs, söestamine (alaliik – röstimine ehk torrefitseerimine),

• Biokeemiline muundamine (anaeroobne kääritamine, fermentatsioon,

• Bakteriaalne muundamine (vesiniku ja etanooli tootmine tsüaanobakterite abil).

Kus ja kuidas kasutada puitbiomassi?• Kaugküttesüsteemide soojusallikas kütusena

• Lokaalküttesüsteemis kütusena

• Individuaalkütteallika kütusena

Puugaas

Kus ja kuidas kasutada puitbiomassi? III

• Kaugküte

• Lokaalküte

• Individuaalküte

Kus ja kuidas kasutada puitbiomassi? II• Puugaasi

generaator• Katel +

termoelektriline generaator

• Katel + Stirlingmootor

Soojuse ja elektri koostootmise võimalusi

• Puitjäätmete gaasistamine võiks tulevikus olla majanduslikult atraktiivne võimalus pidevaks soojuse ja elektri koostootmiseks väikestes detsentraliseeritud energiavarustussüsteemides.

Kus ja kuidas kasutada rohtset biomassi?• Kaugküttesüsteemide

soojusallikas kütusena

• Lokaalküttesüsteemis kütusena

• Individuaalkütteallikakütusena (pilliroo brikett)

Kus ja kuidas kasutada bio- ja põllumajandusjäätmeid?• Kaugküttesüsteemide

soojusallikas kütusena

• Lokaalküttesüsteemiskütusena

• Biojäätmete (ka sõnnik) anaeroobne lagundamine (kääritamine) biogaasi (~60% CH4) saamise eesmärgil. 2 m3

kääritis toodetakse 1 m3 biogaasi ööpäevas (söögi valmistamiseks). Selleks vajatakse 100 liitrit linnusõnnikut kord 2 nädal jooksul.

• 1 m3 biogaasi 6 kWh.

Väikekütteseadmeid

• Väikekütteseadmete liigid (tüübid)

− Tulekolded - leeauk, suitsusauna kerised− Hüpokaust (muistne õhkküttesüsteem)− Kaminad (s.h välikamin, mis pole

kütteseade)− Pliidid− Ahjud - saunaahjud, kerisahjud, vene ahi− Väikekatlad− Mikrokoostootmisseade –

(bio)gaasigeneraator + mootor; mikrobioloogiline elektrolüütiline rakk, termoelektriline generaator jm.

Väikekütteseadmed. Kaminad

Soojussalvestav süsteem (pilt üleval vasakul) firmalt CEBUD

Hüpokaust ringmoodulitest kuni 8 tunni soojasalvesti (pilt üleval paremal)

Kamina veemahuti, mis on ühendatud keskküttesüsteemiga (alumine pilt).

Väikekütteseadmed. Kaminad II

• Kaminasoojuse efektiivsemaks kasutamiseks eluruumide kütmisel on otstarbekas südamikega kaminatele juurde ehitada õhkküttesüsteem.

• Seadmed monteeritakse nii, et kogu kinnises südamikus kuumenenud õhk juhitakse kõigisse soovitud ruumidesse. Õhkküttesüsteem, milles kasutatakse nt halupuid, võimaldab saavutada teatavat ökonoomsust ruumide kütmisel.

Väikekütteseadmed. Kaminad III• Kaminaid köetakse tavaliselt

puitkütusega (küttepuud, puitbrikett) ja vähesel määral turbabriketti. Spetsiaalselt selleks projekteeritud ja kohaldatud kaminates ja kaminasüdamikes saab kasutada ka pelleteid, kivisütt, maagaasi ja propaani. Kaasajal ka bioetanool.

• Lähiaastatel kindlasti seoses energiakandjate olulise kallinemisega kamina- ja ahikütte osatähtsus tõuseb! Korterite ja eramute küttekulude vähendamine kaasaegse kõrge kasuteguriga küttekaminaga on lihtne ja odav viis saavutamaks soovitud kokkuhoidu.

Pelletikamin

Väikekütteseadmed. Kaminad IV• Kaminate paigaldamine nõuab erialaseid teadmisi,

mistõttu kaminad tuleks vastavalt Eesti Vabariigi Tuleohutuse seaduse §9 lg.1 alates 1. septembrist 2010 lasta ehitada või paigaldada volitatud paigaldustehnikul.

• Kindlasti tuleks enne kamina paigaldamist või projekti järgi ehitamist uurida MTR registris kamina õige paigalduse eest vastutavate spetsialistide registreeringut.

• Kamin on eelkõige ühepere-elamute (ka talumajade) ja ridaelamute küttekolle või lahtise tule (leegi) nautimise vahend (sisustuselement, eriti piirituskamin).

• Müüakse ka nn elektrikaminaid. Tänapäeval koguvad populaarsust nn ökokaminad (piiritusel).

Väikekütteseadmed. Ahjud• Ahjud – energiamuundamise (soojuse tootmise) ja salvestamise

seadmed, kus põletatakse põhiliselt biomassi (puitkütuseid jm) või fossiilseid kütuseid.

• Ruumide kütmise eesmärkidel ehitatud ahje võiks liigitada:• Reheahjud (eesmärk - vilja kuivatamine)• Tellisahjud (vooder tulekindlatest väliskest kuumakindlatest

tellistest); Plekkahjud (sees kivivooder, väljas plekk-kest, ka voodrita terasahjud);

• Kahhelahjud (pottahjud) - glasuuritud ahjupottidest pottsepa poolt ehitatud soojustsalvestavad ahjud, mis koosnevad küttekoldest, lõõristikust ja seda ümbritsevatest kahhelpottidest ehitatud väliskestast (Hollandi ahi).

• Kamin-ahjud - kahe siibriga, telliskivist, voolukivist või muust materjalist ahju tüüp, mis vajadusel salvestab ahju soojust.

• Moodulahjud, metallsüdamikuga ahjud, bullerjanahi.

Eristatakse veel –umbpõhjalisi ja restkoldega ahje –kasutegur – 45→85 %

Väikekütteseadmed. Ahjud II

• Eesti ühepere-elamute ja taluelamute peamiseks kütteseadmeks on tänapäevani ahi (tüübilt väga erinevad) ja kütuseks puitkütused (~80%).

• Tavaline ahi on nii soojuse generaator kui ka soojuse salvestaja.

• Soojus tekib küttematerjali põlemisel koldes, akumuleerub kolde ja lõõride seintesse, s.o kogu müüritisse.

• Köetud ahjust kandub soojus välispinna kaudu ruumiõhule konvektsiooni ja kiirguse teel.

Väikekütteseadmed. Bullerjan-ahi

Bullerjan ahi on õhu kalorifeer tahkel kütusel, mida on võimalik kasutada nii elu- kui tööstusruumide kütmiseks. Soojus jaotub ühtlaselt ühe kogu köetava ruumi ilma ventilaatori abita. Külm õhk tungib kollet ümbritsevatesse torudesse, kus see soojeneb 60-80 °C, ning seejärel voolab välja köetavasse ruumi. Kasutusala: suvemajad, laopinnad, töökojad, kauplused, elamud jne õhumahuga kuni 1300 m3. Näiteks, kõige väiksem ahju tüübi tootlikus on 4,5 m3 sooja õhku minutis. Kasutegur kuni 75%.

Väikekütteseadmed• Millele tuleks tähelepanu pöörata ja millega

arvestada, kui paigaldada korterisse ahi, kamin.

• Kuhu paigaldada kütusevaru (kuiv ruum, varu min1-2 rm);

• Kus oleks sobiv koht ja kas seda üldse on (mass paarisajast kilost kuni tonnini);

• Kuidas suitsugaasid välja juhtida (kõrge temperatuur, maht);

• Kuhu ja milline korsten paigaldada (sademete läbijooks);

• Kuidas tagada põlemisõhu juurdepääs;• Ruumi mahu ja kamina suudme ristlõike vahel on

kindel seos;• Kuhu viia tuhk (ettevaatust hõõguvate sütega);• Tuleb hankida load (KÜ, Päästeamet, KOV).

Ülemise põlemisega katel

Alumise põlemisega katel

Pöördpõlemisega katel

Pelletikatel, hakkekatel

Ülal: pelletikatel ja pelletipõleti

Paremal all: Hakkekatla koldepõhi

Arendatud pelletikatlad

Päikeseenergia biomassi vahendusel kasutamise kitsaskoht

• Fotosünteesi aktiivsem kasutamine energia salvestamiseks - nn energiataimede (energiavõsa, teravili, suhkruroog, hein jms) kasvatamine annab mõningast leevendust inimese energiamurele. Kahjuks on fotosünteesi kasutegur energia salvestamisel üpriski väike, maksimaalselt 3-6%.

• Estonia kaevanduse väljal on energiatootlus 36 GJ/m2. Nii suur kogus energiat saabub päikesekiirgusena umbes 12 aasta jooksul, aga fotosünteesi vahendusel nii suure energiakoguse salvestamiseks kulub aega väga palju rohkem. Põlevkivilade moodustus umbes 15 miljoni aastaga.

• Fotosünteesil tekkinud orgaanilise aine põletamisel saame tagasi ainult mõne protsendi taime poolt selle aine sünteesimiseks kasutatud energiast.

Veekollektor - paneelkollektor

Absorberi kateVaskabsorberVaskkapillaartoru

IsolatsioonMust lehtVaskjaotur

Kollektori raamSpetsiaalne klaas

Päikesekiirguskollektori ühendamine hoone soojaveesüsteemiga. 1 päikesekiirgus, 2 kiirguskollektor, 3 ringluspump, 4 paisunõu, 5 soojaveesalvesti, 6 kütust kasutav, elektriline vm veekuumuti, 7 ühendus veevarustustorustikuga, 8 ühendus soojaveetarvititega

Puitkütuse katlamaja + päikesekollektorid

• Päikesepaneelid kütusehoidla katusel –küttesoojus + soe tarbevesi

Schotti vaakuumtorukollektor (kiirguskollektor)

Vaakumtoru kollektoridJärvakandis

Automaatne ladu, Truma Putzbrunn, 210 m²

Zuluft 25..60 °C

Solar-Luft-Kollektoren

Luftheiz-gerät

Raumluft

Päikese õhkküttesüsteemid

Päikese õhkkollektor

Õhk sisse 25ºCkuni60ºCRuumi õhk

õhusoojendi

Kaksiksüsteem: Iseseisev päikesepaneel (PV) +

Ventilatsioon. Tehakse nii sooja õhku kui ka elektrit.

Päikesekiirguse potentsiaal• Tavaliselt on hoonesse integreeritud süsteemide korral nii, et helioküttega

saab katta 60 – 80% olmevee tarvidusest ja 25 – 50% kütte vajadusest.

• Toodud arvude kõikumine on tingitud nii hoone asukohast kui ka kasutatavast süsteemist. Põhja-Euroopas on need piirangud konkreetsemalt vastavalt 70-60% ja 30-20% olmeveele ja keskküttele.

• Kui kasutada heliokütet kaugküttesüsteemi energiaga varustamiseks, siis analüüs ja praktika näitavad, et ilma salvestuseta on võimalik katta vaid 5% vajadusest, 10% vajadusest saab katta kui kasutada kuni 12 tunnist salvestust ja ligikaudu 80% tarvidusest kui kasutada sesoonset salvestust.

• Ujumisbasseinide varustamisel helioenergiaga võib sellega katta enamuse siseujulate soojavajadusest ning kuni 100% välisujulate soojavajadusest suvel.

Hübriidkollektor

Soojuspumbad

• Üldisemalt on kütteks kasutatavate soojuspumpade madalatemperatuurilise, enamasti loodusliku soojusallikana võimalik kasutada:

• pinnase (maapinna) soojust,• põhjavee (ka jõe, järve või merelahe vee)

soojust,• väljatõmbe ventilatsiooniõhu soojust,• kanalisatsioonivee soojust,• välisõhu soojust,• tööstuslikku heitsoojust.

Soojuspump (veekogus, pinnases, õhus)

Kaevandusvee soojuse kasutamine Kiikla kaugküttevõrgus

• Üle aasta (alates aprill 2011) tuleb Kiiklakaugküttevõrgu tarbijate soojus Sompa kaevandusse kogunenud veest soojuspumba vahendusel.

• Varem maksis soojus Kiiklas 1700 krooni ehk 108,65 eurot MWh. Elanikud maksid küll vähem, “kõigest” 1200 krooni ehk 76,69 €/MWh, ülejäänu kattis vald. Nüüd maksab megavatt-tund 900 krooni ehk 57,52 eurot.

• Kogu ettevõtmine maksis umbes 430 000 eurot, millest poole tasus Keskkonna Investeeringute Keskus, ülejäänu maksid vald ja OÜ Mäetaguse Kommunaal.

Kaevandusvee soojuse kasutamine Kiikla kaugküttevõrgus

• Kaevandusest pumbatakse vett temperatuuriga 7-8°C, soojuspumbas kasutatakse 5 °C ja toodetakse sellest kompressorite abil kuni 75 °C küttevesi; 2 °Cvesi suunatakse aga kaevandusse tagasi.

• Maksimaalselt – kõige külmemate ilmadega –võetakse kaevandusest vett 74 m³ tunnis.

• Katlamajja (soojuspumpa) jõuab kaevandusvesi mööda 1,2 km pikkust toru, kaevandusse tagasi liigub see 1,5 km pikkuses torus.

• Soojuspumba soojusvõimsus 500 kW. Kütteperioodil 2011/2012 toodeti 900 MWh soojust. Kerge kütteõli katelt vaja ei läinud.

• Köetakse kaht elamut (á 12 krt), lastekodu ja rahvamaja. Liidetakse veel elamuid.

Tänan kuulamast!

ulo.kask@ttu.ee