ELEKTRITUULIKUTE ÜHENDAMISEST EESTI ENERGIASÜSTEEMI Ivo Palu Tallinna Tehnikaülikooli elektroenergeetika instituudi assistent
Liitumisläbirääkimistel Euroopa Liiduga sai Eesti kohustuse suurendada aastaks 2010 taastuvenergia osakaalu elektri tootmisel 5,1%-ni sisemaisest kogutarbimisest. Peale selle on olemas mitu rahvusvahelist kokkulepet ning seatud siseriiklikke eesmärke õhkuheite ja muu keskkonnasaaste vähendamiseks. Eesmärkideni jõudmiseks on kolm võimalust: põletada biomassi, viia ellu hüdroenergiaprojektid ja võtta kasutusele tuuleenergia. Euroopas, sealhulgas ka Eestis peetakse oluliseks energiaallikaks eelkõige tuult, mille rakendamise tase on eri maades väga erinev. Kuna energeetika on kõige suurem loodusvarakasutaja ja ka saastaja, siis annaks kokkuhoid energiavaldkonnas suurt keskkonnasäästu.
TUULEENERGIA Eestil on pikk tuultele avatud rannik ning tänu hõredale asustusele on võimalused elektrituulikute ja tuuleparkide jaoks soodsad. Kahjuks puudub hõredalt asustatud aladel piisavalt tugev
elektrivõrk. Tarbijate elektriga varustamiseks jätkub 10 35 kV võrgust, mis aga ei võimalda sellesse lülitada soovitud hulgal elektrituulikuid. Eestis paiknevad elektrituulikud elektrivõrgu seisukohalt äärealadel. Tuulikud muudavad piirkonna võrgu normaaltalitlust ning võivad põhjustada pingekvaliteedi halvenemist, mõnel juhul siiski ka paranemist. ÜHENDAMINE NÕRKA ELEKTRIVÕRKU Elektrivõrk võib olla tugev või nõrk. Nõrgaks loetakse sellist võrku, milles võimsusvoo muutumine mingis sõlmes muudab oluliselt pinget nii selles kui ka naabersõlmedes. Mida tugevam võrk, seda vähem rikub elektrituulikute võrkuühendamine elektrienergia kvaliteeti. Ühendamine nõrga võrguga seab elektrituulikute toodangule mitu lisakitsendust, mis on tavaliselt seotud toodetud elektrienergia mõjuga pinge kvaliteedile, mõnikord ka võrgu läbilaskevõime soojuslike piirangutega. Kitsendused sõltuvad nii võrgu kui ka tuuleenergiapaigaldise karakteristikutest. Paljud Eesti tuulerikkad piirkonnad, nt Saaremaa lääneosa ja Hiiumaa ning Peipsi-äärsed alad, paiknevad põhitoiteallikatest kaugel ning sinna ulatuvad nõrgad, väikese läbilaskevõime-
KESKKONNATEHNIKA 7/2005
Eestis toodetakse elektrienergiat peamiselt põlevkivist, mille osakaal on viimase kümne aastaga vähenenud ning asemele on hakanud tulema maagaas. Põlevkivi osakaal on siiski veel üle 90%, mis tähendab, et taastuvenergiat kasutatakse tühisel määral ning et üht fossiilkütust on asendatud teise, kuigi vähem kasvuhoonegaase tekitava kütusega. Vee-energia tootmise võimalused on Eestis piiratud ilma Narva hüdroelektrijaamata on selle ressurss umbes 30 MW. Biomassi, peamiselt puitu kasutatakse enamasti kohalikes katlamajades. Kuna tuuleenergia on äärmiselt hajutatud, juhitamatu ning kiiresti ja suures ulatuses muutuv, siis on selle arendamisel tähtis teada ülejäänud energiasüsteemist tulenevaid kitsendusi ning hinnata nende ületamise võimalikkust ja selleks vajalike investeeringute suurust. Tuuleelektrijaamade investeeringute õigustamiseks tuleb täpselt hinnata nende töötamisest saadavat kasu. Kasu peaks olema kõigile nähtav ja tuntav, s.o keskkonda säästev.
ga 10 35 kV võrgud. Elektrituulikute lülitamisel neisse jaotusvõrkudesse peab silmas pidama, et nad on kavandatud vaid elektrienergia ühesuunaliseks edastamiseks. Seni ei ole võimsuse vastupidist suunda ega elektrituulikute käitumise eripära võrkude arengu planeerimisel arvestatud. Nagu elektrivõrgu nii ka tuuleenergiapaigaldiste kohta kehtib mitu eeskirja ja standardit [1, 2, 3, 4], mida peab tuulikute paigutamisel elektrivõrku väga täpselt arvestama. Et otsustada, millised tuulikutüübid konkreetse elektrivõrguga sobivad (häiringuid tekitavaid tuulikuid ei saa ühendada), ei piisa ainult ligikaudsest arvutusest, vaid kriitilistes kohtades peab korraldama elektrikvaliteedi mõõtmisi (joonis 1).
KESKKONNATEHNIKA 7/2005
ELEKTRITUULIKUD EESTI ENERGIASÜSTEEMIS Süsteemi talitlusest tingitud piirangud vähendavad tuulikute tööaega (sundseiskamised) ning see vähendab nende majanduslikku tasuvust. Teisalt vähendab tuulikute keskkonnasäästlikkust suurema reservvõimsuse vajadus soojuselektrijaamades tuule kiire muutumise kompenseerimiseks. Keskkonnasäästu arvutamiseks kasutatakse praegu väga lihtsat lineaarset meetodit, mis näitab säästu oluliselt suuremana kui ta tegelikkuses kujuneb. Lineaarne meetod on rakendatav ainult juhul, kui tuulikute kõikuval elektritootmisel tekkiv puudujääk kaetakse hüdroelektrijaamadega. Eestis sellist võimalust praktiliselt ei ole ning keskkonnasääst koos õhkuheite vähenemisega ei ole nii suur kui loodetud või puudub üldse [6]. MILLINE VÕIKS OLLA TUULEENERGIA OSAKAAL EESTIS? Ilma elektrivõrku suuri investeeringuid tegemata ning väga täpseid planeeringuid koostamata oleks Saaremaale võimalik püstitada elektrituulikuid koguvõimsusega ligikaudu 30 MW. Tuuleenergia kasutamist piirab kõige enam Saaremaa ja mandri vaheline kuuest 35kV merekaablist koosnev vahelüli 110kV elektrivõrgus. Et Saaremaal tarbitav tippvõimsus on talvel kõigest 40 MW ning suvel vaid 9 MW, ei suudetaks kogu toodetud elektrit kohapeal ära kasutada.
Joonis 1. Tuulepargi võimsuse kõikumine ajavahemikus 23.12.2004–27.12.2004 Saaremaal (miinusmärk seetõttu, et elektrituulikuid käsitletakse negatiivse koormusena)
Tallinna Tehnikaülikoolis koostatud kalkulatsioonid [5, 6, 7, 8] andsid järgmisi tulemusi: Kui elektrituulikute koguvõimsus jääb alla 10 MW, siis Narva elektrijaamad sellisele võimsusemuutusele ei reageeri ega muuda oma töögraafikut. See tähendab, et põlevkivi põletatakse samamoodi nagu siis, kui tuulikuid ei oleks, ning keskkonnasääst puudub. Juhul kui elektrituulikute koguvõimsus on suurusjärgus 10 40 MW, peavad soojuselektrijaamad hakkama elektrituulikuid kompenseerima. Mõningane kütusekulu kokkuhoid soojuselektrijaamades ei ole aga võrdeline elektrituulikute toodetud elektriga. Tuuleenergia osakaalu edasisel tõstmisel (50 250 MW) ilmneb mitu täiendavat takistust. Narva elektrijaamad ei ole võimelised enam kompenseerima tuulikute energiatoodangu ebatasasusi ning on vaja ehitada uusi gaasielektrijaamu. Vajalik reguleerimisvõime oleks saavutatav ainult talveperioodil. Elektrituulikuparkidele seataks toodangupiirangud ennekõike suveperioodil, kui koormus on minimaalne, see tähendaks aga lühemat kasutusaega. KOKKUVÕTTEKS Eelöeldu põhjal võib väita, et Eesti väike elektrivõrk on elektrituulikute liitmise seisukohast arvatavasti üks maailma halvimaid. Suured soojuselektrijaamad on maa idaosas ning tuulerikkad piirkonnad Lääne-Eestis ja saartel. Meie maailma suurimad põlevkivi-
elektrijaamad olid omal ajal mõeldud baaskoormuse katmiseks ning nende inerts on suur. Neid jaamu on mõeldamatu kasutada elektrituulikute kiirelt muutuva võimsuse ulatuslikuks kompenseerimiseks. Mida suuremaks muutub elektrituulikute koguvõimsus, seda enam suurenevad kulutused nende ühendamiseks energiasüsteemi (võrkude ehitus, reservelektrijaamade ehitus). Kui taastuvenergia osakaalu soovitakse tõsta üle 5,1%, peab tõsiselt mõtlema, milliste vahendite abil seda teha ja kui suur on saavutatav kokkuhoid. Ei tohi lasta tekkida olukorda, kus meil on paigaldatud suur hulk elektrituulikuid, kuid loodetud kasu neist ei saa. Uurimustöö rahastamise eest tänab autor Eesti Teadusfondi (grant 5885) ja Euroopa Liitu. Viidatud kirjandus 1. EVS-EN 50160:2000. Elektrijaotusvõrkude pinge tunnussuurused. Eesti Standardikeskus, Tallinn, 22 lk. 2. Ettevõttestandard EE 10421629 ST 7:2001. Tehnilised nõudmised elektrituulikute liitumiseks elektrivõrguga. Eesti Energia ametlik väljaanne, 18 lk. 3. EVS-EN 61000-4-7:2002. Elektromagnetiline ühilduvus (EMÜ). Osa 4: Katse- ja mõõtetehnika. Jagu 7: Toitesüsteemide ja nendega ühendatud seadmestiku harmoonikute ja vaheharmoonikute mõõtmiste ja mõõteaparatuuri üldjuhend. Eesti Standardikeskus, Tallinn. 4. EVS-EN 61000-4-15:2002.
Vol. 22, No. 2 Special, pp. 127 142. 7. Liik, O., Landsberg, M., Oidram, R. About Possibilities to Integrate Wind Farms into Estonian Power System. Proc. of Fourth International Workshop on Large-Scale Integration of Wind Power and Transmission Networks for Offshore Wind Farms, 20 21 October 2003, in Billund, Denmark. Stockholm: Royal Institute of Technology KTH, 2003. 8. Liik, O., Landsberg, M., Ojangu, J., Kilk, K., Agabus, H. Possibilities to Develop the Use of Wind Energy in Saaremaa Island. Power and Electrical Engineering 4. Serija, 14 Sejums. Scientific Proceedings of Riga Technical University, ISSN 1407-7345, RIGA 2005, pp. 86 93.
KESKKONNATEHNIKA 7/2005
Electromagnetic compatibility (EMC) Part 4: Testing and measurement techniques. Section 15: Flickermeter Functional and design specifications. Eesti Standardikeskus, Tallinn. 5. Liik, O., Oidram, R., Raesaar, P., Keel, M., Esop, M.-R., Landsberg, M., Zavadskis, A., Tiigimägi, E., Möller, K., Palu, I., Kodumets, M. Tuulegeneraatorite kasutamise võimalused ja efektiivsus Eestis. ETF grandiprojekti G4276 lõpparuanne. TTÜ elektroenergeetika instituut. Tallinn, 2003, 100 lk. 6. Liik, O., Oidram, R., Keel, M., Ojangu, J., Landsberg, M., Dorovatovski, N. Co-operation of Estonia s oil shale-based power system with wind turbines. Oil Shale 2005,