Kas taastuvenergiast piisab?

Meie tuleviku energiamajandus on teelahkmel. Esimene ja peamine küsimus on, et kas (kui palju) on meil vajalik ja mõistlik investeerida täiesti sõltumatusse elektritootmise võimekusse? Enamikel riikidel seda luksust ei ole, samuti meil pole väga paljudel teistel hädavajalikel toodetel kohapealset tootmisvõimekust. Selle asemel oleks võibolla keskkonnasõbralikum ja kindlasti väiksemat investeeringut nõudev lahendus tugineda importkaubale, sobivatel oludel lisades sinna kohalikku tuule ja päikeseelektrit? Kui me aga prioritiseerime nn energiasõltumatuse, sõltumatuse impordist, siis on vaja leida kohapealseid 21. sajandisse sobivaid lahendusi.

Tänane olukord: Eestis tarbitakse aastas suurusjärgus 10TWh elektrienergiat, tiputarbimine on umbes 1500 MW, seega nii suur peaks olema meie tootmisvõimsused kokku, et saaks olla võimalik sõltumatu elektrivarustus. Need numbrid peaksid sealjuures oluliselt kasvama lähiaastakümnetel, sest mitmed olulised sektorid, nagu küte ja transport peavad üle minema puhtale tarbimisele ja puhtalt toodetud elektrile.

Kuni viimase ajani toodeti enamus meie elektrist põlevkivist, alates 2019st aasta 2. kvartalist on aga kõrgete CO2 hindade tõttu selle omahind kasvanud kõrgemaks turuhinnast, seetõttu suur osa põlevkivi elektrijaamade blokke on majanduslikel põhjustel suletud, konserveeritud või sulgemisel ja me tarbime Soome kaudu imporditud elektrit. CO2 kvoodi hinna langust ei ole ette näha, selle pidev tõus on ETS süsteemi juba algselt sisse planeeritud, seega PÕXIT põlevkivielektri osas on sisuliselt juba toimunud.

On selge, et kõik fossiilsetest kütustest toodetavad elektri allikad (põlevkivi, gaas jms) kui nii kohalikule, aga eriti maailma elukeskkonnale kahjulikud peavad võimalikult kiiresti kaduma igal pool maailmas, ka Eestis. Ka biokütuste (nt puit, biomass) kasutamise koormus keskkonnale (sh kasvuhoonegaasidele, põllumajandusmaale, looduskeskkonnale jne) on suur ning kuna täna veel pole olemas lahendusi põletamisel tekkiva CO2 efektiivseks kokkukogumiseks, siis neid võib kasutada vaid ajutise lahendusena. Arenenud riikidest näiteks Holland kavandab juba biomassist väljumisest, väljumine söest on neil juba toimunud.

Keskkonnasõbaliku elektri tootmiseks suures mastaabis jäävad täna saadavatest lahendustest valikusse seega tuuleenergia, hüdroenergia, otsene päikeseenergia (päikesepaneelid ja -tornid) ning tuumaenergia. Samuti tuleb jätkata veel keskkonnasõbralikumat suunda: energiasäästu ehk tarbimise maksimaalset vähendamist. Lisaks tuleb olla valmis päevadeks, mil elekter pole lihtsalt saadaval, sest kogu piirkonna tootmine on väiksem kui tarbimine. 

Eestis jääb valikust kõrvale hüdroenergia, ainus tõsisem siinne potentsiaal on loovutatud Venemaale: Narva HEJ võimsusega 125 MW. Samas on naabrusest võimalus osta puhast importelektrit: Läti, Norra ja Rootsi hüdro, Soome ja Rootsi tuumaelekter.

Päikese ja tuule elektrijaamad

Üks võimalik – hetkel võib öelda et Eesti de facto valitud tee elektri varustatuse tagamiseks on, et suurendame päikese ja tuuleenergia võimsusi, lisame salvestuslahendusi ja/või puuduoleva elektri impordime. Tagavaraks on lisaks kiirelt käivitatav gaasielektrijaam(ad), ehk (eeldatavalt Venemaa) gaas.

Tuuleenergia potentsiaal on Eestis päris hea, eriti mere ja ranniku piirkondades. Tuugenite eeliseks on hästi välja töötatud ja arenev tehnoloogia, mõju lokaalsele keskkonnale on olemas (müra, lindude rändeteede, visuaalne ja riigikaitse radarite häirimine), kuid on võrdlemisi lokaalne. Suureks põhimõtteliseks puuduseks on aga tuule muutlikkus: meie kõige tavalisemast tuule tugevusest (2-3 m/s) efektiivseks tuugeni toimimiseks veel ei piisagi, vaja on üle keskmise tuult. Eesti tuuleparkide nominaalvõimsus aastal 2020 seisuga (ja see on olnud sama ligi 10 aastat) ehk maksimum on umbes 300 MW, ehk 20% Eesti tiputarbimisest, samas viimase aasta keskmine võimsus on tuule muutlikkuse tõttu olnud vaid 75 MW ehk 25% tootmise täisvõimsusest ning 5% kogu meie tiputarbimisest.

Päikesepaneelid ei tekita olulist kohalikku keskkonnamõju: pole müra, neid saab „peita“ katustele jne. Suuremate parkide puhul minimaalselt kulutatakse põllupinda. Nende tehnoloogia areneb aktiivselt, ja on arengusuundi mis võimaldavad oluliselt efektiivsemaid või odavamaid järgmise põlvkonna paneele. Samas nende toimimine sõltub veel enam ilmast: nii päevavalguse kestvusest ja pilvisusest. Teame, et talvekuudel on meie laiuskraad suureks probleemiks: niigi lühikesed päevad sageli pilves, päikeseenergia on madala nurga tõttu nõrk ja seetõttu saab elektripaneelidega elektrit toota väga vähe või üldse mitte. Olulises mahus tootmist võrku toimub vaid aprillist septembrini , ja ka siis ei ulatu efektiivsus üle 50% nominaalist; sest päikest pole enam kui pool ööpäeva. Samal ajal energia tarbimine on Eestis suurem just külmadel talvekuudel. Eestis on oli enne 2020.a toetustega tekitatud buumi päikesepaneele paigaldatud hinnanguliselt suurusjärgus 100 MW, mis suudab katta alla 5% tarbimisest. Kindlasti on tootmismaht 2021.aastal kordades suurem, samas käib see kõik riikliku dotatsiooni arvelt.

Salvestuspangad. Ilma meelevallas olevate ehk juhitamatute elektriallikate silumiseks on mõned võimalused. Üldiselt nende suureks puuduseks on salvestuse maksimummaht, ehk kui pikaks ajaks ja kui palju mahub sinna elektrit salvestada. Tuulevaikus võib kesta mitmeid päevi ja päikesevaene aeg talvel kestab ligi 6 kuud järjest. Suurima mahuga ja suhteliselt odavad on veepumplad. Erinevalt Leedust (Kruonise elektrijaam) oleks meil võimalik oluliselt väiksem maaalune lahendus: planeeritakse kuni 12h toimivat, 500MW nominaalvõimsusega hüdroakumulatsioonijaama Paldiskisse. See suudaks 12 tundi pakkuda 1/3 Eesti talvisest tänasest tipukoormusest. On võimalik ka keerukam ja samas väga palju oluliselt kallim salvestus vesiniku abil. Selle eeliseks on vesiniku enda transporditavus ja otsetarbimise võimalus, samuti võimalus pea piiramatu ajaga säilituseks. Aga vajalike salvestusvahendite ja efektiivsuse hind muudab selle praktilise salvestusena tõenäolislet utoopiaks. Salvestus elektrokeemiliste akude abil (nagu näiteks Tesla ehitatud 100 MW Hornsdale akupank Austraalias) on samuti väga kallis ja toimib samuti vaid tundide mastaabis, mitte kuudeks, nagu meil oleks vaja suvise elektri kasutamiseks talvel. Ühe ööpäeva mastaabis saab tootmist siluda juhitud tarbimisega (vt nt GridIO) ja koduse akusalvestusega (nt Tesla Powerwall). Kui kaua keskmine kodu püsib talvel kütmata talutavalt soe on ehk paljud pidanud järele proovima, reeglina on tegu tundide, mitte päevadega. Tarbija poolel kasutatava pikaajalise päikeseenergia salvestiks võib lugeda ka maakütte, mis paraku annab efektiivselt vaid (madalat) soojusenergiat. Reaalselt enamaks kui ööpäevaks tekkivate tootmispauside puhul saab kohalikuks elektritootmiseks kasutada vaid piisavalt kiirelt käivitatavaid jaamu fossiilsete või biokütustega. 

Elektri import nõuab kahte tingimust: elektri pakkumine mitte liiga suures kauguses mõistliku hinnaga ja toimivad ühendused. Ühendusi on Eestil ligikaudu piisavalt tipukoormuse katmiseks. Eeldusel et kõik ühendused toimivad on mureks vaid et selle juhtme “teises otsas” on piisavalt tootmist ja mõistlik hind. See on aga keeruline lugu: üldiselt on kogu Euroopa elektrivarustus kasvava defitsiidi olukorras: tarbimine suureneb ja samal ajal Saksamaa suleb tuumaelektrijaamu, Rootsi vanu jaamu samuti lõpetatakse, suletakse Poola kivisöest elektri tootmist, ühendusi Venemaaga ja Valgevenega jne. Puhast elektritootmist, eriti sellist mis toimiks ka talvel ja väikese tuulega, ehitatakse juurde vähem kui turult tootmisvõimsust eemaldub.

Arvud

Mida aga ütlevad meile arvud: kas Eesti on tehniliselt võimalik katta päikese ja tuuleenergiaga? Kui palju tuleks lisada tuuleparke ja paneelipõlde, et asendada põlevkivielekter? Tegin analüüsi tuginedes 2018. aasta reaalsetele andmetele; kuna tuulevõimsust pole Eestisse pärast seda lisandunud, siis ilmselt 2019 või 2020 saaksime sarnase tulemuse. Päikese tootmist on suvel juba lisandunud, aga suurt pilti see ei muuda, sest probleemid on eelkõige mittesuvised.

2018. aastal oli tuule- ja päikeseenergiast tootmine võrreldes Eesti elektri tarbimisega veel väga väike:

Kui palju jääb puudu, ja millal? Taastuvenergeetika toetajatel on lihtne lahendus: toodame lihtsalt rohkem, ehitame rohkem tuuleparke ja paneme iga maja katusel päikesepaneelid! Kui palju neid tuleks lisada? Tuginedes 2018.a. päikese- ja tuuleelektri reaalsele tootmisele Eestis kaeti nende allikatega umbes 10% elektrivajadusest (kogu aasta peale), seega lihtne järeldus: päikese ja tuulega saame nulli, kui suurendame mõlema allika võimsusi suurusjärgus 10 korda. Ehitame 10x enam tuuleparke ja paigaldame samamoodi 10x tänasest enam päikesepaneele. Siin on väike tehniline “aga”: elekter peab olema saadaval olema täpselt samal hetkel kui tarbimine – kui päikesepaneeli ette tuleb pilvevari või tuul korraks vaibub, siis kohe vähenevad võrgus saadaolevad vatid, ja koheselt kustub laelamp, kui pole varuvõimsust või salvestust. Seega peab olema võimalus võimalikult pikalt, vähemalt ööpäeva lõikes elektri saadavust ühtlustada, täna on peamiseks (ja ainsaks mõistliku hinnaga saadavaks) tehnoloogiaks hüdroakumulatsioonijaam. Järgnevad graafikud on päeva keskmised, ehk siis seal juba eeldatakse 24 tundi salvestuse lahenduse olemasolu. Mida 2021.sel aastal Eestis muide ei ole, senini on ühtlane ja suures osas roheline elekter võimalik vaid tänu muudele tootmistele ja sellele, et rohelist ja ülimalt kõikuva tootmisega elektrit on vähe, alla 20%. Väikese kõikumise suudab võrk tasakaalustada muude allikatega, kui tuule/päikeseparkide arv kasvab, siis muutub nii kõikuva tootmise “alla neelamine” võrgule väga suureks tehniliseks probleemiks.

See kõik nõuaks 10 korda suuremat investeeringut valdkonda, kui senini on tehtud hinnanguliselt oleks suurusjärk 5-10 miljardit eurot. Rahast suurem probleem on aga, 0-kiirusega tuul annab ikkagi null elektrit, seega tuulevõimsus ei tõsta mõnusalt tootmisvõimsust iga päev üles, vaid kogu kõikumine võimendub, nagu järgneval graafikul:

Kas see on energiasõltumatus? Sõltumatuse hindamiseks kokku päevad mil tootmine ületab tarbimise, järelikult neil päevil on meil oma elekter olemas, teistel päevadel tuleb ju hakkama saada energiata, või loota impordi või muude elektri/energiaallikate peale. Antud lahenduse korral jääb Eestis enam kui 55% päevadest elektrit puudu, seega on sõltumatu varustuskindlus tagatud umbes pooltel päevadel. Järelikult täielik varustuskindlus on päikese ja tuulega võimatu: teame et on nädalapikkuseid ja pikemaidki perioode talvel, kus on kõrgrõhkkond, on alla -10C kraadi külma ja samas valitseb üldine tuulevaikus. Ja seda kogu Läänemere regioonis, planeeritavad suured tuulepargid on ikkagi üsna konkreetse väikese ala peal. Valgeid tunde on ikkagi vähe ja samas on soojusenergia tarbimine tipus selle kõige külmema aja tõttu.

Suurem eesmärk võiks olla, et 75% päevadest on kodumaine varustus olemas. Modelleerides sama loogikat ja andmeid saame, et 75% saavutamiseks peaks suurendama mõlema allika mahte juba suurusjärgus 20 korda, ehk siis veel omakorda kaks korda enam kui eelnevas 10x stsenaariumis. Selline variant oleks järgneval graafikul:

Graafik tundub ju päris hea, sageli on tootmine suurem kui tarbimine ja saame elektrit eksportida, aga kui kokku loeme, siis ikkagi 25% päevadel elektrit ei jagu.

Sellise mahu puhul muutuks teoorias Eesti elektri oluliseks netoeksportijaks, aastaringne tootmine oleks umbes kaks korda suurem kui kodumaine tarbimine. Samas: tõenäoliselt nendel tuulerikastel päevadel kui meil on ülejääk on ka teistel meie lähiriikidel sama situatsioon, seega eksport elektri turuhind on madalal, võimalik et isegi nullilähedane. Seega oleme ehitanud kogu ranniku täis tuuleparke, põllud täis PV-paneelivälju ja ikkagi pole elektrivarustus alati tagatud.

Ma ei näe siin muud võimaluist kui aksepteerida teisi, mittetaastuvaid puhtaid elektritootmise viise, eelkõige väikeseid moodulreaktoreid. Biomassi, isegi “kodumaise biogaasi” põletamine ei ole kliimasõbralik riigi tasemel lahendus, olgu see siis puidu massiline põletus Narva jaamas või väikestes koostootmisjaamades.