Hüdrovärk

Hüdroenergia
Eesti hüdroenergeetiline ressurss on tagasihoidlik. Kuigi Eesti kuulub keskmise äravoolu poolest (250 000 m3/ km2 aastas) suhteliselt veerikkasse piirkonda, raskendab vee-energia kasutamist veevarude killustatus. Eesti territooriumil olevast 7308 vooluveekogust üldpikkusega 31 019 km [Loopmann 1979] on 94% pikkusega kuni 10 km. Ainult kümne jõe (Võhandu, Pärnu, Põltsamaa, Pedja, Kasari, Keila, Jägala, Navesti, Emajõgi, Pedetsi) pikkus ületab 100 km. Vähem kui 50 jõe vooluhulk ületab 2 m3/sek ja ainult 14 jõel on see üle 10 m3/sek. Veerikkamateks on Narva (keskmine vooluhulk suudmes ligi 400 m3/sek), Emajõgi (71,8), Pärnu (64,1) aga ka Kasari (27,6), Navesti (27,2) ja Pedja (25,4) jõgi. Mõned andmed suuremate jõgede kohta on esitatud tabelis 10.1. Pinnamood on tasandikuline. Pinnavormide suhtelised kõrgused ei ületa enamasti 20 m, ulatuvad harva 50 m-ni ning ainult üksikjuhtudel ületavad selle. Siiski leidub rida vee-energia kasutamiseks kõlbulikke koondatud langusega jõeosi, millest suur osa on ka varem kasutusel olnud.
Esmajoones olgu mainitud paeastangult alla voolavad Põhja-Eesti rannajõed – Purtse, Kunda, Selja, Loobu, Valgejõe, Jägala, Pirita ja Keila, millest igast võiks saada mitusada kW võimsust. Riia lahe vesikonnas on suurim potentsiaal Pärnu jõel, mille keskjooksul on rida koondatud langusega kohti, millest mõne võimsus võib ulatuda mõne megavatini. Kasari jõe tingimused on üldiselt ebasoodsad madalate soiste kallaste tõttu, kuid siiski leiduvad alamjooksul mõned paarisaja kilovatised astmed. Peipsi järve vesikonnas leidub astanguid võimsusega umbes 100 kW paljudel jõgedel (Suur ja Väike Emajõgi, Suislepa, Ahja, Võhandu, Piusa jt.). Märgatav on Põltsamaa (Paala) jõe potentsiaal, eriti Põltsamaa linna piirkonnas. Väikesi kasutamiseks sobivaid astmeid leidub paljudel jõgedel üle maa.
Eesti Entsüklopeedia annab meie jõgede summaarseks teoreetiliseks hüdroenergeetiliseks ressursiks umbes 300 MW.
Teoreetilisest ressursist tunduvalt väiksem on tehniliselt kasutatav ressurss, mis on põhiliselt määratud koondatud languste (jõuastmete) olemasoluga ja nende kasutamise võimalustega. Tehnilisest ressursist tuleb omakorda eristada majanduslikult põhjendatud ressurssi, mis sõltub paljudest ajas muutuvatest teguritest, nagu kütuste ja elektrienergia hind, riigi energiapoliitika, keskkonnanõuded jms. Tänastes tingimustes võib majanduslikult põhjendatud ressursi hulka arvata võimalikud hüdroelektrijaamad, kus toodangu omahind ei ületa 1,2 kr/kWh.
Eesti hüdroenergeetiliste varude hindamisel on otstarbekas vaadelda Narva jõe varu eraldi, kuna Narva jõe varu on võrreldav Eesti kõigi ülejäänud jõgede summaarse varuga ja selle kasutamine pakub huvi suurenergeetika seisukohalt. Teiselt poolt aga on Narva jõe potentsiaal suures osas ära kasutatud Venemaa halduses oleva Narva HEJ (125 MW) näol. Vastavalt rahvusvahelistele tavadele jaotatakse piirijõgedel töötavate HEJ-de toodang riikide vahel võrdeliselt nende territooriumil asuva valgala pindala osaga. Kuna Narva jõe valgalast paikneb umbes üks kolmandik Eesti territooriumil, peaks Eesti riigil olema õigus ka vastavale osale Narva HEJ toodangust.
Narva jõel leidub oluline kasutamata ressurss  Omuti jõuaste võimsusega erinevatel hinnangutel 15-30 MW. Insener U. Sihiveer on näidanud võimalust ehitada Omutisse HEJ koguni võimsusega 60 MW, suunates 23 km pikkuse kanaliga Pljussa jõgi Narva jõe lähtesse, Vasknarva profiili. Idee vettpidavust on kinnitanud professorid H. Velner ja U. Liiv. Siiski tuleb idee elluviimine kõne alla vaid Eesti-Vene ühisprojektina. Ainult Eesti-poolse kava puhul jaama rajamiseks tekib kindlasti piirijõega seonduvaid probleeme. Seega tuleb Omuti HEJ käsitada võimalusena pikemas perspektiivis.
Narva kui praeguse piirijõe ressursi kasutamine on seotud pigem poliitiliste kui tehniliste ja majanduslike aspektidega.
Kokkuvõttes võib Eesti jõgede tehniliselt rakendatavaks hüdroenergeetiliseks ressursiks ilma Narva jõeta hinnata kuni 30 MW keskmise aastase kogutoodanguga kuni 200 000MWh, millest lähituleviku majanduslikult põhjendatud ressurss moodustaks umbes 10…15 MW aastatoodanguga 70 000…100 000 MWh. Sellest ligi 3 MW keskmise aastatoodanguga ligi 17 000 MWh on tänaseks juba realiseeritud. Omuti jõuaste lisaks tehnilisele (ja ka majanduslikule) ressursile 15-20 MW ja aastatoodangule 100 000…150 000 MWh, kolmandik Narva HEJ võimsusest aga veel vastavalt 40 MW ja 250 000 MWh.
Hüdroelektrijaama rajamiseks vajalikud investeeringud sõltuvad väga suurel määral konkreetsetest looduslikest tingimustest ja taastatavate elektrijaamade või veskite puhul ka säilinud hüdrorajatiste mahust ja seisukorrast (hüdrorajatiste maksumus moodustab 40…60 % veejõujaama kogumaksumusest). Seega nõuab kapitalikulude hindamine igal konkreetsel juhul ulatuslikku analüüsi. Samas kujutavad nende analüüside tulemused ärisaladust ja on üldjuhul konfidentsiaalsed.
Võimalike hüdroelektrijaamade erikapitalikulud moodustavad konfidentsiaalsete eksperthinnangute kohaselt üldiselt 15000…35000 kr/kW, mis tagab jaamade tasuvusaja 6…10 aasta piires, mis hüdroelektrijaamade tööiga  50…60 aastat  arvestades on igati vastuvõetavad. Kapitalikulusid on võimalik vähendada kuni 20 % ulatuses automaatika lihtsustamise teel, kuid see suurendab omakorda aastaseid tegevuskulusid.
Oluliselt võimaldab kapitalikulusid vähendada hüdroturbiinide kohapeal valmistamine. Senine praktika näitab, et see oleks võimalik väikeste turbiinide puhul võimsusega kuni 20 kW. Samuti vähendab kapitalikulusid tunduvalt vanade turbiinide renoveerimine, kui viimased on säilinud. Samas on selliste turbiinide tööiga märgatavalt lühem – 10…20 a.
Pumpjaamade rajamine oleks küll tehniliselt soovitav, nt tuulejaamade töö silumiseks, kuid tänapäeval pole nad Eesti oludes ilmselt majanduslikult põhjendatud. Samuti tekib keskkonnaalaseid raskusi.
Hüdroelektrijaamade plussid ja miinused.
Vee-energia kasutamise eelisteks on:
◦ taastuv ja puhas energialiik;
◦ ei raiska ressursse – jaama läbinud vesi jääb kasutuskõlblikuks;
◦ hästi väljaarendatud tehnoloogia – minihüdroelektrijaamad (MHEJ) on suhteliselt lihtsad, väga töökindlad ja pika tööeaga ( tavaliselt üle 50 a );
◦ pikaajaline traditsioon, palju osaliselt säilinud rajatisi;
◦ piisava kogemuse, oskusteabe ja huviliste ringi olemasolu;
◦ vee-energia omahind ei allu oluliselt inflatsioonile;
◦ MHEJ-de väikesed käidukulud ja peaaegu täielik automatiseeritus;
◦ väikesed kapitalikulud ja ehitustööde suhteline lihtsus, mis võimaldab rajada MHEJ kiiresti (poole kuni kahe aastaga) nii munitsipaal- kui eravahendite arvel, lihtsate tehnoloogiliste seadmetega ning väikeste mittespetsialiseeritud ehitusettevõtete poolt;
◦ paiknedes üle maa, võimaldavad nad vähendada ülekandekadusid ja parandada pinge kvaliteeti;
◦ on väga hea manööverdamisvõimega. Muidugi ei toeta mini- ja mikrohüdrojaamad sageduse reguleerimist. Küll võimaldaksid mõned neist luua teatud manöövervõimsuse tuulejaamade võimsuse kõikumiste silumiseks – eelkõige pakub siin huvi Narva HEJ Eestile kuuluv võimsuse osa, aga ka taastatav Linnamäe HEJ Jägala jõel (millel on olemas piisav veehoidla ööpäevaseks reguleerimiseks) ning tulevikus võimalik Omuti jaam;
◦ regionaalarengulised eelised: endiste vesiveskite taastamisega tehakse korda sillad ja paisjärved, avarduvad puhke-, turismi- ja kalastamisvõimalused, suureneb tööhõive maapiirkondades;
◦ üldiselt tagasihoidlik kahjulik toime keskkonnale (vastupidiselt suurtele HEJ-le).
Põhipuudusteks on:
◦ suured erikapitalikulud ja energia suhteliselt kõrge omahind. Siiski – uute korrosioonikindlate materjalide kasutamine, hüdroagregaatide maksimaalne lihtsustamine ja standardiseerimine ning elektroonsete juhtimissüsteemide rakendamine, samuti orgaaniliste kütuste jätkuv kallinemine muudavad MHEJ-d igati konkurentsivõimelisteks. Eriti head näitajad saadakse endiste jaamade taastamisel. Märkida tuleks selliseid tänapäeva tehnoloogilisi täiustusi, nagu klaasplastikutest survetorud, täispuhutavad paisud, sukelkompaktagregaadid jms;
◦ teatud sõltuvus sesoonsusest ja ilmastikust, olles siiski Eestis tunduvalt väiksem, kui näiteks tuule- või päikeseenergia kasutamisel;
◦ ressursside killustatus ja piiratus.
Keskkonnamõju.
Väikehüdrojaamade kahjulik toime keskkonnale on õige projekteerimise ja disaini korral suhteliselt väike. Vastupidi, MHEJ-d ühtlustavad jõe vooluhulka, parandavad veevahetust ja vee aeratsiooni, seega tema sanitaarset seisundit. Õige miinimumvooluhulga tagamine paisu taga ja kalakäigud kindlustavad minimaalse mõju veeloomastikule, s.h vääriskalade migratsioonile rannikujõgedes. Väikesed paisjärvekesed suurendavad jõgede vastupanuvõimet põua- ja külmaperioodidel, mitmekesistavad maastikupilti ja avardavad puhkevõimalusi. Üle 2 m sügavusega paisjärved ei jää suvel kuivaks ega külmu läbi talvel, tagades kaladele ja põhjaloomastikule elupaigad ka ekstreemtingimustel ning vältides ümbruskonna kaevude tühjaks jäämist põuaperioodidel. Paljud taastatud vesiveskid võiksid muutuda turismiobjektideks. Et säilitada looduslikult kaunid joad (nagu Jägala, Keila jt.), võib rakendada näiteks Soome kogemusi, kus sellistes kohtades paiknevad jaamad suletakse suvisel turismihooajal, kevadel ja sügisel töötavad aga ainult tööpäevadel. Helibarjääride ja kaasaegsete seadmete kasutamine võimaldab maksimaalselt alandada müranivood. Hoolika disainiga saab tagada hüdrorajatiste harmoneerumise ümbruskonnaga. Betoonpaisudele tuleks eelistada muld- või kivipaise, vajadusel tuleks kasutada varjatud juurdevoolukanaleid, maaaluseid survetorusid jne. Ülevoolupaisudele võib anda looduslike kärestike väljanägemise jne. Selles osas on head kogemused olemas nii Lääne-Euroopas kui ennesõjaaegses Eestiski. Üleujutustega seotud maakadu saab vähendada kaitsetammide rajamisega.
Siiski, vaatamata üldisele keskkonnasõbralikkusele, tuleb arvestada, et jõgi on terviklik süsteem, mille iga muutuse esilekutsumisega tuleb olla ettevaatlik. Veehoidlate mõju pole alati ühetähenduslik. Nende keskmiselt soojem ja hapnikuvaesem vesi võib vähendada hinnaliste külmaveelembeste kalaliikide (harjus, forell) arvukust, sobides hästi soojalembestele taimetoidulistele liikidele. Veetaseme tõstmine võib põhjustada raskusi maaparanduses. Kuivendusobjektide peakraavide suubumiskohtades võib veetaset paisutada ainult teatud piirini. Omaette probleeme võib üles kerkida, kui jõel paikneb muuotstarbelisi veehaardeid või jaamade kaskaad.
Kasutamist takistavad tegurid.
Põhiliste takistustena vee-energia kasutamisel tuleb nimetada järgmisi:
◦ suhteliselt kõrged eriinvesteeringud, eriti uute jaamade rajamisel, mistõttu vaatamata madalatele käidukuludele tuleb elektri omahind väikehüdrojaama lattidel suhteliselt kõrge. Eksperthinnangute ja konkreetsete jõuastmete kohta tehtud tasuvusarvutuste kohaselt tuleb elektri omahinnaks taastatavate jaamade lattidel 60- 130 senti/kWh, uute jaamade lattidel aga 85-170 senti/kWh;
◦ rahastamisraskused – objektide suhtelise väiksuse tõttu on raske saada pikaajalisi sooduslaene;
◦ kogemuste ja oskuste piiratus, asjakohase konsultatsiooni saamise raskused;
◦ lüngad seadusandluses – eelkõige tuleb täpsustada veeressursside kasutamist reguleerivaid sätteid, s.h vee kasutus samale jõele rajatud hüdrojaamade kaskaadi korral. Näiteks töötas omal ajal Jägala jõel 8, Ahja ja Võhandu jõel 10, Õhne jõel 12 ja Piusa jõel koguni 25 vesiveskit ja elektrijaama;
◦ raskused omandiküsimuste lahendamisel;
◦ piirijõega seotud poliitilised takistused Narva jõe ressursi realiseerimisel – vajalikud oleks läbirääkimised Vene Föderatsiooni valitsusega ressursi kasutamiseks vastavalt rahvusvahelistele tavadele.
Hüdroelektrijaamade kasutamise suurendamise võimalused
Hüdroelektrijaamade võrguga liitumine olulisi tehnilisi probleeme ei tekita. Nende väljundvõimsus pole fluktueeriv ja nende toodang on lühiperioodiks piisavalt hästi prognoositav. Hüdroelektrijaamad paiknevad reeglina asustatud piirkondades, kus jaotusvõrgud on hästi välja arenenud. Teatud probleemiks võib liitumisel nõrga võrguga olla asünkroongeneraatorite reaktiivvõimsuse vajadus. Selle leevendamiseks lülitatakse generaatorlattidele tavaliselt kondensaatorpatareid.
Väikeste hüdroelektrijaamade ühendamine jaotusvõrku muudab vastava võrguosa mitme toitepunktiga võrguks, mis põhjustab teatud tehnilisi probleeme, millest olulisemad on releekaitse ja automaatika uuendamise vajadus mitmepoolse toite tekkimise ja lühisvoolude suurenemise tõttu; võrgust anormaaltalitluses eraldunud tarbijate osa väikejaama(de)st toitmise vältimine ning väikejaama releekaitse jm juhtimisseadmete vastavus võrgu nõuetele.
Samas paiknedes hajutatult üle maa, võimaldavad nad vähendada ülekandekadusid ja parandada pinge kvaliteeti. Samuti on nad väga hea manööverdamisvõimega, võimaldades luua teatud manöövervõimsuse tuulejaamade võimsuse kõikumiste silumiseks.
Tänapäeval töötab Eestis hüdroelektrijaamu koguvõimsusega ligi 3,5 MW keskmise aastase kogutoodanguga ligi 19 GWh, mis moodustaks 2010.a. Eesti tarbimisest 0,2-0,3%. Arvestades rea firmade ja ettevõtjate tulevikukavasid ja veejõu viimase aja kasutuselevõtu tempot umbes 0,3-0,4 MW aastas, on lähiaastail oodata rea endiste jaamade ja vesiveskite taastamist koguvõimsusega umbes üle 5 MW keskmise aastase kogutoodanguga umbes 39 GWh, mis moodustaks 2010.astaks Eesti tarbimisest 0,5-0,7%. Aastaks 2010 oleks reaalne tõsta HEJ-de koguvõimsus 9…10 MW-ni ja nende kogutoodang keskmiselt 45…55 GWh-ni aastas, mis moodustaks 2010.a. Eesti tarbimisest 0,6-0,9%. Soodsate ilmastikutingimuste korral võivad HEJ toota energiat kuni kaks korda rohkem. Venemaaga suhete positiivse arengu korral võib siia lisanduda Narva jõe energeetiline ressurss 40…60 MW ulatuses aastatoodanguga 200…300 GWh. 2010. aastal moodustaks see Eesti tarbimisest 2,8-5,0%. Seega saaks veerohkel aastal põhimõtteliselt katta kogu taastuvelektri tootmise kohustuse hüdrojaamadega, laiendades samas oluliselt tuulegeneraatorite kasutamisvõimalusi.
Piiravateks teguriteks võivad osutuda keskkonnakaitse (eelkõige kalakaitse) nõuded.
Hüdroelektrienergia osakaalu tõstmisega seotud investeeringud elektrisüsteemi arendamiseks on suhteliselt väikesed ega oma praktilist mõju elektri hinnale. Muus osas (soodushinnaga ostukohustus, maksusoodustused, subsiidiumid jms) on mõjud analoogilised teiste taastuvenergia osakaalu tõstmise mõjudega. Ühe MW installeerimine hüdrojaamades (nagu ka teistes taastuvaid energiaallikaid kasutavates jaamades) vähendab tänases Eesti energiasüsteemis õhku paisatud CO2 hulka umbes 5000 t, SO2 hulka 50 t, NOX hulka 5 t ja tuha hulka 60 t võrra aastas [Raesaar 1996]. Tulevikus need arvud kindlasti vähenevad seoses uute soojuselektrijaamade kasuteguri ja põletamisprotsesside puhtuse tõusuga ning maagaasi kasutuse tõenäolise suurenemisega.
Kokkuvõte
Eespool esitatud andmete alusel võib aastaks 2010 seatud taastuvatest toodetud elektri tootmise ülesande realistlike lahendustena välja tuua järgmist:
Hüdroenergia
Käesoleva hetke HEJ võimsust ligi 3,5 MW suurendada kuni 10 MW, mis võimaldab toota keskmise veehulgaga aastal 45…55 GWh elektrit, mis moodustaks 0,6-0,9% 2010.a. Eesti tarbimisest. Vajalik investeering oleks 165-195 milj krooni.