Ajakirjanik
Premeeritud doktoritöö pakub Eesti mitmetahulisele elektrivõrgule paindlikku haldussüsteemi.
Avalikkuses on palju juttu n-ö suurest elektrivõimsusest, mis liigub Eleringi võrkudes ja mida peetakse justkui prioriteetseks. Vähem tehakse juttu jaotusvõrkudest, mis sellesama elektri kodudesse toob. Samas sõltub just viimasest meie igapäevase elektrivarustuse kvaliteet.
Kui püüda jaotusvõrkude probleemi lühidalt iseloomustada, peab tõdema, et Eesti jaotusvõrk on ajalooliselt üles ehitatud nõnda, et elektril on küll kerge liikuda tootjalt tarbijale, ent vastassuunas tekivad pudelikaelad. Seda vastupidist suunda on aga järjest rohkem vaja, sest tänapäeval võib sisuliselt igast majapidamisest, mis oli seni klassikalises mõttes ainult elektri tarbija rollis, saada ka energiatootja, kes soovib oma toodetud ning enda tarbest üle jäävat elektrit tagasi üldisesse võrku suunata.
Eesti jaotusvõrk on ajalooliselt üles ehitatud nõnda, et elektril on küll kerge liikuda tootjalt tarbijale, ent vastassuunas tekivad pudelikaelad.
Teema muudab veelgi komplitseeritumaks asjaolu, et valdavalt tegelevad need väiketootjad päikeseenergiaga, mille tootmise kõrgpunkt langeb suvel üsna lühikesele perioodile ning siis võib juhtuda, et ühtäkki lisanduva elektri suur hulk ei pruugi jaotusvõrku n-ö ära mahtuda. Seda põhjusel, et elektrimahu kasvuga pole võrgu väljaehitamisel lihtsalt arvestatud.
Jaotusvõrk ei arvesta kohalike tootjatega
Läinud aastal kaitses Taltechis oma doktoritööd Noman Shabbir, kes pälvis selle eest üliõpilaste teadustööde riikliku konkursi tehnika ja tehnoloogia valdkonna doktoriõppe astmes teise koha. Töö, mida juhendas tehnikaülikooli elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi vanemlektor Lauri Kütt, keskendubki taastuvenergiaallikate kasutustihedust toetava energiahaldussüsteemi olemusele ja selle väljatöötamise võimalustele. Praegu on Shabbir Tallinna Tehnikaülikooli targa linna tippkeskuse teadur ning töötabki muu hulgas välja senisest paremat ja praktilisemat jaotusvõrkude haldussüsteemi.
Noman Shabbir | Foto: TalTech
Lauri Kütt ütleb, et Shabbiri ajendaski uurimustööd ette võtma tõdemus, et meie jaotusvõrk pole taastuvenergia suhtes kuigi sõbralik ning on tarvis midagi ette võtta, et võrk edaspidi üha suureneva päikeseelektri mahuga toime tuleks. Vastasel korral seisaksime peagi lõhkise küna ees – vajame rohkem taastuvenergiat, vastav tootmisvõimekus on justkui olemas, aga, kuna võrk ei suuda seda lihtsalt vastu võtta, ei saa seda võimekust ikkagi kasutada.
„Meie jaotusvõrk arvestab praegu sellega, et elekter liigub mööda võrku tarbijani, kes ise energiat ei tooda, lisaks eeldatakse, et elektri tarbimine on juhuslik ja mitte samaaegne,” kirjeldab Lauri Kütt. „Kui päike paistab, siis toodavad kõik päikesejaamad korraga energiat. Kui aga võrk on üles ehitatud nii, et seda mööda mahub tarbija suunas liikuma mingi samaaegne koormus, siis juhul kui tarbija üritab samal ajal sisestada tootjana võrku sama suurt võimsust, tekibki kohe probleem.”
Sellisel juhul ongi põhjust öelda, et võrk on täis. Probleem võib ilmneda mitmeti, kõige reaalsemal juhul võib juhtuda, et „täis võrku” täiendava energia suunamisel läheb võrgu pinge liialt kõrgeks. Pinge kõikumisele on antud lubatud piirid, tavapärane on 230V (lubatud kõikumine +/– 10%), aga kui kõikumine peaks kerkima liialt kõrgeks, siis lähevad elektriseadmed, mis pole mõeldud nii kõrge pingega töötama, kas lihtsalt katki või tekitavad tule- ja terviseohu.
Päikeseenergiat tuleb üha rohkem
Lihtsustatult öeldes tähendab ütlus „võrk on täis” seda, et täitmata on tehnilised tingimused, mis võimaldaksid lokaalsetel tootjatel lisada veel sellesse võrku täiendavat elektrivõimsust.
„Tehnilisi tingimusi on mitmeid. Olulisemad kriteeriumid on pingetase ja sellele lähedane ülekoormus. Erinevate võrgukomponentide ülekoormus tähendab paljudel juhtudel liinide ülekuumenemist,” räägib Kütt. „Sellest tulenebki mure, et kui võrk pole piisavalt tugev, ei saa sinna uut elektrivõimusust lisada ehk võrku koormata.”
Tema sõnul on viimastel aastatel hakanud päikeseenergia maht ootamatult kiiresti kasvama, mistõttu ei osanud keegi seda ette näha ja nii tekivadki võrgus uusi liitumisi takistavad pudelikaelad. Sellest tulenevalt saavad aga need, kes avaldavad nõrgema võrguga piirkondades esimestena soovi liituda, Elektrilevilt miljonitesse eurodesse ulatuvaid hinnapakkumisi. See sünnitab omakorda ebavõrdsust, sest kui keegi võrgu tugevamaks muutmise investeeringu kinni maksab, saavad hilisemad liitujad seda teha juba vaid 1000–2000 euro eest.
Noman Shabbir püüabki oma doktoritöös lahendada taoliste pudelikaelade probleemi, ehk nagu juhendaja ütleb – mõned ideed paneb see töö kindlasti kasvama.
Lihtsustatult öeldes tähendab ütlus „võrk on täis” seda, et täitmata on tehnilised tingimused, mis võimaldaksid lokaalsetel tootjatel lisada veel sellesse võrku täiendavat elektrivõimsust.
Päikeseenergia maht on hakanud ootamatult kiiresti kasvama, mistõttu ei osanud keegi seda ette näha ja nii tekkivadki võrgus uusi liitumisi takistavad pudelikaelad | Foto: Zbynek Burival/Unsplash
Üks idee väidab, et jaotusvõrgu seisundi eest ei peaks vastutama ainult võrguettevõtja, vaid ka klient, kel arvestatavalt suur sisseandmisvõimsus. Praegu ei esitata päikesejaamadega liitujatele erilisi lisanõudmisi.
Shabbir aga üritab oma töös leida lahendust, kuidas hakata planeerima elektritootjate omavastutust, eelkõige just tehnilist vastutust. Nõnda saaks tekitada uutele liitujatele tingimuste paketi vastavalt sellele, kui suure võimsusega päikeseelektrijaama soovitakse võrku ühendada. Asja mõte on selles, et kui liitumine on suuremahuline, siis tulebki liitujal uute seadmete paigaldamiseks rohkem panustada. Ütleme nii – mida rohkem investeerib ettevõte tootmisseadmetesse, seda suurem peaks olema tema investeering ka salvestusseadmetesse. Nii tagataks kõikidele väiketootjatele võrdne, tootmisvõimsusele vastas juurdepääs võrgule, kusjuures töö autor leiab, et selline süsteem võiks tulla asjaosalistele praegusest korraldusest isegi odavam.
Shabbir üritab oma töös leida lahendust, kuidas hakata planeerima elektritootjate omavastutust, eelkõige just tehnilist vastutust. Nõnda saaks tekitada uutele liitujatele tingimuste paketi vastavalt sellele, kui suure võimsusega päikeseelektrijaama soovitakse võrku ühendada.
„Ehk on võimalik teha nii, et suurte tootjate võrkulülitumine ei segaks võrgu tööd ja siis võib-olla ei oleks ka võrgu ülevalpidamiseks vaja ehk teha maksumaksja raha eest nii palju investeeringuid. Pääseksime kõrgest võrgutasust,” arutleb Lauri Kütt. „Tootja salvestusvõimsus tagab, et ajal, kui võrk on niigi koormatud, suunab tootja oma energia akupanka ning kui võrgus tekkib jälle ruumi, täidab selle akudesse salvestatud energia. Salvestusseadmed võiksid olla sellise mahuga, et tootmine toimub päeval ja võrku suunatakse elekter õhtuti, kui päike ei paista ja võrgus läheb just elektrit vaja.”
Praegu tahavad päikesepargid vaid toota
Nii teeb Noman Shabbir oma töös ettepaneku, et elektritootjatel oleks olemas vähemalt enda tarbimisega võrdne salvestusvõimekus, lisaks peaks akupanga juhtimine olema seadistatud selliselt, et see ei teeniks vaid tootja huve, vaid oleks võimeline salvestama energia kogu tootmistipu perioodil ning ajastama energia kasutamist ajale, kui seda läheb vaja ka mujal võrgus. Sellisel moel saaks salvestatud energiat kasutada kogu võrgu stabiliseerimiseks.
Shabbir selgitab oma töös, et sellist lahendust ei olekski reaalsuses ülemäära keeruline rakendada, sest põhiliselt oleks vaja panna süsteemis paika akuseadme laadimise või tühjendamise kellaajalised piirid. Juba ainuüksi ajaline piiramine aitab probleemist suures osas jagu saada, sest see vähendab oluliselt lokaalses võrgus tekkida võiva ülepinge või ülekoormuse aega.
Paraku seisneb viimasel ajal loodud päikeseparkide äriidee peaasjalikult elektri müümisel võrku ning kohapealne tarbimine kas puudub üldse või on see väga väike. Sellisel juhul tähendaks piisava salvestusvõimekuse loomine muidugi üpris suurt (lisa)investeeringut, mida pole parkide arendajad vähemalt siiani tahtnud teha. Doktoritöös tuuakse välja, et varasemate, s.t kuni 2021. aasta sügiseni valitsenud energiahindade arvestuses püsiks vajaliku salvestusvõimekusega pargi tasuvusaeg tosinkonna aasta piires. Nüüd, mil elektrienergia toonasega võrreldes üksjagu kallim, peaks projekt ka lühema aja jooksul ära tasuma.
„Hinda saaks vähendada, kui kasutada näiteks elektriautot, sest elektriauto on tarbija, mis võtab kogu akusüsteemist täiendava võidu. Seda sellepärast, et autot on vaja iga päev laadida ja selleks saab kasutada akudesse talletatud energiat,” selgitab Lauri Kütt. „Kui teha seda enda toodetud elektrist, oma mugavust kaotamata, on ju kasud sees. Kuna aga doktoritöö lähtub eelkõige kodutarbijast, siis ei olnud süsteemi suur kasumlikkus selle fookuses. Arvestasime kriteeriumiga, et kui seadmed üles panna, peaks nende oodatav eluiga olema lisakulutusi tegemata vähemalt kümme aastat.”
Tootja salvestusvõimsus tagab, et ajal, kui võrk on niigi koormatud, suunab tootja oma energia akupanka ning kui võrgus tekkib jälle ruumi, täidab selle akudesse salvestatud energia. Salvestusseadmed võiksid olla sellise mahuga, et tootmine toimub päeval ja võrku suunatakse elekter õhtuti, kui päike ei paista ja võrgus läheb just elektrit vaja.
Paindliku energiakasutuse arendamine nõuab küll kulutusi, ent üha uute taastuvenergiakoguste lisandumisel on need möödapääsmatud | Joonis: TalTech
Pidev võrgu tugevdamine pole lahendus
Siinkohal tasub veelkord märkida, et kõnealune doktoritöö käsitles n-ö kodutarbija päikesejaama ja tema vajadusi, ega teinud kaugeleulatuvaid järeldusi suuremate, otseselt ärilistel eesmärkidel rajatud päikesejaamade kohta.
Mitmed energeetikaasjatundjad on juba välja käinud soovituse, et lisaks päikesejaamade rajamisele võiks riik toetada ka akupankade soetamist. Samas peaks viimase aasta jooksul kiires tempos kerkinud võrguelektri hind motiveerima omaalgatuslikku energiatootmist ja salvestamist. Tootjaid tuleb muudkui juurde, see aga võib Lauri Küti hinnangul viia juba mõne aasta pärast olukorrani, et suvel, päikeseelektri tootmise tippajal, ei leidu enam piisavalt tarbijaid, kes päevasel ajal seda elektrit osta sooviksid. Sellisel juhul tuleb hakata päikeseenergia võrkulaskmist niikuinii piirama. Sedasi satub tootja juba vägagi konkreetse valiku ette – kas lasta osa toodetud energiast tuulde või panustada selle salvestamisse.
Kui arvestada kõiki planeeritud päikeseenergia tootmisvõimsusi (sh broneeritud, aga mitte veel toimivaid nn fantoomliitumisi), siis erinevatel hinnangutel ootab tootmise kõrgajal võrkulaskmist 600–650 MW päikeseenergiat. Kõik oleks suurepärane, kui meil oleks väga tugev võrk, aga teine küsimus on, kas vaid suvekuudel otstarbekat kasutamist leidev tugev võrk, on ka otstarbekas. Et seda luua, on vajalik teha suuri investeeringuid (asjade praegust seisu arvestades on Elektrilevi hinnangul kohe vaja 300 miljonit eurot), mis omakorda tähendaks üha kerkivat võrgutasu. Seda annaks Lauri Küti sõnul ja Noman Shabbiri doktoritöö järeldustele tuginedes vältida päikeseenergia salvestamisega tootmiskohas. Ja et asi oleks konkreetne, tuleks selline kohustus ka seadusandlikult sätestada.
