Targutavad

Tuuleenergia.
Tuuleenergia on Eestis üheks olulisemaks taastuvenergia ressursiks. Eesti paikneb Läänemere rannikul intensiivse tsüklonaalse tegevuse piirkonnas. Tugevamad tuuled puhuvad rannikualadel, eriti Lääne-Eestis ja saartel, kuid tuuline on ka Peipsi järve äärne ala. Liigestatud pinnamoe ja metsade takistava toime tõttu kahaneb tuule kiirus järsult sisemaa suunas.
Elektrituulikute ühendamisel elektrivõrguga tuleb arvestada võrgu tehnilisi võimalusi. Eesti elektrisüsteemi omapäraks on suurte elektrijaamade paiknemine Kirde-Eestis ja peamiste tarbimispiirkondade paiknemine Kirde-Eestis ning Tallinna ja Tartu piirkonnas. Seetõttu on 220 ja 330 kV põhivõrk suhteliselt kaugel tuulerikastest, kuid väga väikese elektritarbimisega aladest saartel ja mandriosa läänerannikul ning Peipsi järve ääres. Neile aladele ulatub ainult suhteliselt madala läbilaskevõimega 110 ja 35 kV võrk. Ebaühtlase genereeriva võimsuse ilmumine elektrivõrgu nõrkadesse osadesse võib tekitada tõsiseid tuulikute elektromagnetilise ühilduvuse probleeme võimsuse ja pinge kvaliteedi osas.
Eesti enamikes tuulepiirkondades on elektrivõrk nõrk ja lühisvõimsus väga madal ning flikker avaldub väga tugevalt. Selles osas on paremas olukorras Peipsi järve piirkond. Eesti jaotusvõrk on projekteeritud ja ehitatud ühesuunalise elektrivarustuse tarvis. Väikeelektrijaamade, sh ka tuuleelektrijaamade ühendamine jaotusvõrku muudab vastava võrguosa mitme toitepunktiga võrguks, mis põhjustab võrgu valdajale rea tehnilisi ja majanduslikke probleeme, s.h ka releekaitsega ja muu automaatikaga seonduvaid. Nendest olulisemad on•võrgu releekaitse ja muu automaatika uuendamine seoses mitmepoolse toite tekkimisega ja lühisvoolude suurenemisega, võrgust anormaaltalitluses eraldunud osa väikejaama(de)st toitmise vältimine, väikejaama (relee)kaitse jm juhtimisseadmete vastavus võrgu esitatud nõuetele. Juhul, kui on kasutusel elektronmuunduritega väikese värelusemissiooniga elektrituulikud ja kasutatakse ka efektiivseid filtreid harmoonikute emissiooni allasurumiseks, jääb piiravaks teguriks võrkude läbilaskevõime ja võrgutrafode pingereguleerimise võimalused. Eriti teravad on need probleemid miinimumkoormuste perioodidel, kui samas elektrituulikud töötavad maksimaalse tootmise režiimis. Meil tuleks kavandatavad tuulefarmid ühendada 110 või 330 kV elektrivõrku.
Elektrisüsteemi tänast olukorda arvestades on Eestis tuulegeneraatoreid võimalik installeerida 90–100 MW ulatuses, kuid sellega kaasneks elektrisüsteemi talitluse kvalitatiivne halvenemine. Negatiivsete kaasmõjudeta saab püstitada 30–50 MW tuulikuid. Lisaks elektrivõrkudega seonduvale piirab tuuleressursi laialdasemat kasutamist suhteliselt väike elektrikoormus, olemasolevate elektrijaamade agregaatide suur ühikvõimsus ja halb manööverdamisvõime. Probleemi leevendab Eesti elektrisüsteemi tugev side (ühendusvõimsus) Läti ja Venemaa elektrisüsteemidega, mis võimaldab tuuleenergia ebatasasusi katta. Tehniliseks piiriks tuulegeneraatorite paigaldamisel Eesti elektrisüsteemis on 400–500 MW. See nõuab aga investeeringuid elektrivõrkudesse ja elektrijaamadesse, tagamaks tuuleenergia ülekannet, reguleerimist ja vajalikke reserve.
Võimalusi ühendatava tuulevõimsuse suurendamiseks
Pinge kvaliteedist tulenevate kitsenduste ületamiseks nõrkades võrkudes on olemas järgmised võimalused, mis lubavad suurendada võrku ühendatavat tuulevõimsust:
◦ võrgu tugevdamine täiendavate liinide rajamise teel, mis on otsene võimalus vältida pinge kvaliteedi rikkumisi tuulevõimsuse toimel. Samas võib sageli uute liinide rajamine põhjustada sedavõrd suuri lisakulutusi, et tuuleprojekt muutub ebarentaabliks;
◦ reaktiivvõimsuse reguleerimine elektroonsete juhtimisseadmetega, mis mõnedel juhtudel võib olla oluline tuulevõimsuse mõju kompenseerimiseks pinge kvaliteedile;
◦ koormuse juhtimise rakendamine võib olla efektiivseks abinõuks tuulevõimsusega seotud pinge kitsenduste ületamisel  nõrga võrgu efekt minimeeritakse, juhtides lähedal paiknevate tarbijate koormust, sobitamaks seda tuuleagregaadi väljundvõimsusega. Tavaliselt siiski pole koormus juhitav küllalt kiiresti ja küllalt väikeste astmetena, et võidelda värelusega ning juhtimine sobib rohkem pinge nivoo säilitamiseks antud piires. Juhtimiseks sobivad koormused pole ka alati kättesaadavad  nad kas lihtsalt puuduvad läheduses või esineb nende kasutamisel tehnilisi raskusi või omanikud ei soovi teha koostööd. Seetõttu pole Eestis käesoleval ajal koormuse juhtimine üldjuhul rakendatav. Siiski on mõeldav tuulevõimsuse ülesseadmine koos vastavate ettevõtete rajamisega, mille koormus on juhitav. Ühtlasi vähendaks selline kombineeritud lähenemine võrgukadusid ja parandaks pinge kvaliteeti;
◦ tuuleenergia hajutamine – see kontseptsioon on kasutatav suurtes tuuleparkides, mille kohaselt annab tuulepargi pinge juhtimissüsteem signaale pargi juhtimissüsteemile võimsuse vähendamiseks või suurendamiseks sõltuvalt võrgupinge nivoost;
◦ energiasalvestuse rakendamine, mille tehnoloogia näideteks on pumpelektrijaamad, akupatareid, hoorattad. Nende kasutamine on kulukas, kuid kulud võivad, eriti akupatareide osas, tulevikus langeda.
Konkurentsivõime sõltuvus investeeringu maksumusest
Uurides tuulegeneraatorite investeeringu erikulu mõju nende konkurentsivõimele tuleb arvestada, et erinevatel ajahetkedel on tasuvust tagav erikulu suurus erinev, sest energiasüsteem muutub pidevalt. Eesmärgiks seati määrata suurim konkurentsivõimet tagav eriinvesteeringu väärtus iga planeerimise alamperioodi (5 aastat) jaoks. On selge, et mida kõrgemale tõuseb elektri tootmise marginaalkulu süsteemis, seda suurem võib turule pääsemiseks olla tuulegeneraatorite investeeringukulu. Sama seos kehtib ka tuuletingimuste jaoks – mida paremad need on, seda kallim tuulik võib olla.
Tuuleenergia konkurentsivõime ja co2 emissioonide vähenemise analüüs
Rahvusvahelised kogemused ja varasemad arvutused on näidanud, et ilma majanduslike soodustusteta tuuleenergiat kasutusele võtta ei õnnestu. Konkurentsivõimet suurendaks ühelt poolt madalam investeeringu hind koos kõrgema toodetud elektri ostuhinnaga ja teiselt poolt fossiilsetel energiaallikatel põhinevaid tehnoloogiaid kallimaks tegevad keskkonnamaksud ja kõrgem kütuse hind. On selge, et uute investeeringute ja muude tegurite mõjul tulevikus elektri hind tõuseb Eestis, kuid samal ajal väheneb ka tuulegeneraatoritega saavutatav keskkonnasääst, sest uued tehnoloogiad saastavad oluliselt vähem. Pika aja jooksul arenevad ja muutuvad odavamaks ka teised, praegu kallid taastuvenergia tehnoloogiad, saades omakorda konkurendiks tuuleenergiale. Oluline tuulegeneraatorite konkurentsivõimet suurendav tegur on CO2 maks, mis muudab kallimaks fossiilkütustest toodetud elektri. Tõstes CO2 maksu piisavalt kõrgele, on võimalik tagada tuulikute turuletulekut ka ilma nende investeerimiskulusid või toodangut subsideerimata.
Vajalikud toetused
Kõige lihtsam tuulest toodetud elektri subsideerimise viis on soodushinnaga ostukohustus, mida ka Eestis rakendatakse. Erinevates tuuletingimustes töötavate generaatorite tasuvuseks vajaliku subsiidiumi suuruse hindamiseks tehti arvukalt mudelarvutusi, mille tulemused on esitatud alltoodud joonisel. Tuleb arvestada, et joonisel toodud toetused on saadud lähtudes kindlatest investeeringukuludest, kütusehindadest, keskkonnamaksudest ja muudest algandmetest. Mistahes olulise teguri muutumisel tuleb graafikud ringi arvutada. Võimalik variantide arv ulatub tuhandetesse ning vastav temaatika vajaks eraldi uuringut.

CO2 emissioonide vähenemine
CO2 emissioonide vähenemise hindamiseks tuleb võrrelda tuulegeneraatoreid sisaldavaid ja mittesisaldavaid, kuid muudelt tingimustelt identseid mudelarvutusi. Arvutused näitavad, et aastal 2010 vähendaks rannikul heades tuuletingimustes ülesseatud 50 MW tuulikuid energiasüsteemist lähtuvat CO2 emissiooni 0.11 Mt ja aastal 2025 vähendaks 150 MW tuulikuid rannikul ja 150 MW rannikumeres CO2 emissiooni 1.0 Mt võrra. (2004. aastal oli Keskkonnaministeeriumi andmetel Eestis CO2 emissioon 18,532Mt).
Elektrituulikute kasutamise võimalustest
Kuigi suvekuudel tõuseb päevane koormus võrreldes ööga umbes 200 MW, ei oleks selle katmine tuulikutega keskkonnasõbralik, kuna see sunniks põlevkivijaamu jätkama äärmiselt ebaökonoomset tööd miinimumvõimsuse juures. Koormuse suurenemisel sügis-talvisel perioodil muutuks suure elektrituulikute võimsuse puhul tõsiseks probleemiks täiendavate Narva EJ plokkide käivitamine. Külmas reservis olevate plokkide käivitamiseks kulub 14…16 tundi, s.o umbes sama palju aega, mis võib esineda tuulikute poolt arendatava võimsuse tippude vahel. Seega seda nn. külma reservi tuulikute võimsuse kõikumise kompenseerimiseks kasutada ei saa ja töös tuleb hoida nn. pöörleva reservina suuremat arvu plokke. Tagajärjeks on jälle soojuselektrijaamade kütusekulu ja emissiooni suurenemine. Oluline on mainida, et töös oleva põlevkiviploki koormuse muutmise lubatud kiirus on kõigest kuni 2,5 MW/minut.
Hüdrojaamade puudumise tõttu jääb Eesti elektrisüsteemis alati tuuleressursi kasutamist piiravaks tehniliseks probleemiks elektrituulikute võimsuse kiirete ja suurte fluktuatsioonide kompenseerimine. Tehes seda soojuselektrijaamadega (eriti veel suurte põlevkivijaamadega), suureneb kütuse kulu ja väheneb tuulikute keskkonnaefekt ja majanduslik tasuvus.
Toodud probleeme saab leevendada elektri ekspordiga/impordiga sõltuvana naaberelektrisüsteemide võimalustest ja tahtmistest ning elektrituru tingimustest. Abi on ka Eesti elektrisüsteemi tootmisvõimsuste struktuuri ümberkujundamisest, kuid see võtab väga kaua aega. Pikemas perspektiivis võib lahenduseks osutuda elektri salvestamine.
Tuuleenergia kasutamise plussid ja miinused
Tuuleenergia kasutamise eelisteks on:
◦ taastuv ja puhas energialiik;
◦ suur (Eesti vajaduste seisukohalt praktiliselt piiramatu) ressurss, eriti arvestades tuuleparkide rajamise võimalusi rannikumerre;
◦ kasutatav ressurss (tuul) on tasuta;
◦ väikese võimsuse tõttu agregaadi väikesed kapitalikulud (mitte erikulud!) ning ehitustööde suhteline lihtsus - võimaldab elektrituulikuid rajada kiiresti (0,5 aastaga) nii munitsipaal- kui eravahendite arvel;
◦ elektrituulikute automatiseeritus vähendab personali vajadust ja käidukulusid;
◦ arenev ja täiustuv tehnoloogia;
◦ elektrituulikute projekteerimiseks ja käitamiseks vajaliku tarkvara ja oskusteabe suhteliselt hea kättesaadavus;
◦ piisava huviliste ringi olemasolu;
◦ tööhõive suurendamine, kasutades kohalikku tööjõudu elektrituulikute püstitamisel ja juhul, kui õnnestuks seadmeid või nende osi Eestis toota;
◦ väike kahjulik toime keskkonnale.
Tuuleenergia kasutamise puudusteks on:
◦ elektrituulikute toodangu olemuslik juhuslikkus ja väga suur ajaline ebaühtlus;
◦ reservvõimsuse vajadus tuulikute toodangu kompenseerimiseks tuulevaikuse perioodidel – elektrituulikute rajamine vähendab vajadust ehitada muud tüüpi juhitava iseloomuga elektrijaamu ainult väikeses osas;
◦ reguleervõimsuse vajadus tuulekiiruse muutlikkusest tingitud väljundvõimsuse fluktuatsioonide silumiseks – selleks sobiv võimsus Eesti energiasüsteemis täna puudub, reguleerimisreservide suurendamine tõstab kulusid süsteemis;
◦ elektrituulikute võimsuse fluktuatsioonide kompenseerimine fossiilkütuseid kasutavate jaamadega suurendab keskkonnasaastet;
◦ raskused elektrituulikute elektromagnetilisel ühildumisel võrguga (pinge kõikumised, flikker, harmoonikud);elektrituulikute nimivõimsuse madal kasutusmäär võrreldes teiste elektrijaamadega - Eesti oludes jääb üldjuhul alla 30 %;suured kapitali erikulud (kr/kW);
◦ peamiselt kahest eelnevast puudusest tingitud toodetud elektri suhteliselt kõrge omahind; elektrituulikute fluktueeriva toodangu madal konkurentsivõime avatud elektriturul, toetusmehhanismide vajadus;
◦ potentsiaalne negatiivne mõju Eesti majandusele – seadmete sisseost süvendab väliskaubanduse defitsiiti, subsiidiumid tõstavad elektri hinda tarbijatele ja väliskapitali kaasamisel viiakse Eesti tarbijatelt kogutud toetused Eestist välja;
◦ elektrituulikute ehituse ja käidu kogemuse ja oskusteabe vähesus Eestis.
Järeldused
Rannikul parimates tuuletingimustes olevate generaatorite konkurentsivõimeliseks muutmiseks on vajalik, et investeeringukulu langeb tasemeni 7000 kuni 11000 krooni/kW.
Konkurentsi tagamiseks peaks rannikul heades tuuletingimustes olevate generaatorite investeeringu maksumus langema tasemeni 5000 kuni 8000 krooni/kW.
Rannikumerre ehitatud tuuliku eriinvesteering peaks lähiaastatel olema vahemikus 8000 kuni 11000 krooni/kW.
Juhul, kui tuulest toodetud elektri müüki elektrivõrku ei subsideerita, tuleks parimate tuulegeneraatorite kasutuselevõtuks 2005. aastal nende ehitamist toetada ulatuses kuni 7000 krooni/kW. Seega 1 MW tuuliku rajamist tuleks toetada kuni 7 miljoni krooniga.
Vähemalt 100 USD/tCO2 suurune CO2 maks võimaldaks lähitulevikus turule tulla rannikul parimates tuuletingimustes olevad generaatorid ja maksu muutus avaldab kuni 2015. aastani vähe mõju. Alates 2020. aastast väheneb maksu vajalik suurus 25 USD-ni ja jätkab langust nullini. Analoogne tendents iseloomustab ka teistes tuuletingimustes asuvaid generaatoreid.
Eesti majandusliku olukorra seisukohalt tundub täna 100 USD suurune CO2 maks utoopiline, kuid arvestades järjest rangemaks muutuvaid keskkonnanõudeid kogu maailmas ja Eesti astumist Euroopa Liitu võib see number osutuda reaalsuseks oodatust oluliselt varem.
Arvestades OÜ-le Jaotusvõrk ja OÜ-le Põhivõrk laekunud elektrituulikute võrguga liitumise taotlusi ligi 400 MW ulatuses, võib lähiaastail oodata rea tuuleparkide rajamist, eelkõige Pakri poolsaarel, Virtsu ja Audru piirkonnas, Saaremaal ning põhjarannikul.
Kokkuvõttes võib öelda, et aeg töötab Eestis tuulegeneraatorite kasutuselevõtu kasuks: energiasüsteemi arenguks tehtavad investeeringud tõstavad elektri hinda, fossiilkütuste hinnad ja keskkonnamaksud suurenevad, tuulikute hinnad alanevad ning nende tehnilised näitajad paranevad. Ka teised muudatused energiasüsteemis, eriti kiirelt reguleeritavate gaasiturbiinide rajamine, peaksid tuulikute turuletulekut lihtsustama. Tuulikute võimsuse järske muutusi kompenseerivate hüdrojaamade puudumine Eestis vähendab siiski oluliselt võimalikku keskkonnasäästu ning kui arvestada ka elektrivõrgu ülesehitust, eriti selle väikest läbilaskevõimet tuulerikastes piirkondades, siis tehnilistest ja majanduslikest probleemidest tuuleenergia rakendamisel puudu ei tule.
Tuuleenergia kasutamise keskkonnamõju
Tuuleenergia kasutamine võimaldab reeglina vähendada kasvuhoonegaaside ja teiste kahjulike heitmete emissioone. Üldisesse elektrisüsteemi ühendatud elektrituulikute puhul sõltub emissioonide vähenemine tuulikute võimsuse kiireid muutusi kompenseerivate elektrijaamade tüübist. Kui kompenseerijateks on hüdrojaamad, siis probleemid puuduvad. Kui kompenseerijateks on fossiilkütuseid põletavad jaamad, siis ei ole tuulikute toodang ja emissioonide vähenemine enam lineaarses sõltuvuses, sest fossiilkütuseid kasutava jaama kütusekulu on pidevas siirderežiimis oluliselt suurem kui stabiilsel koormusel töötades. Kasutades elektrituulikute võimsuse muutuste kompenseerimiseks Eesti suuri põlevkivielektrijaamu, vähenevad õhusaaste emissioonid oluliselt vähem, kui lineaarset sõltuvust kasutades võiks eeldada. Keskkonnaefekti saamiseks tuleks reguleerimisvõimsust osta naaberelektrisüsteemidest.
Elektrituulikute negatiivne mõju keskkonnale on eelkõige seotud nende võimaliku kahjuliku mõjuga linnustikule, eriti nende paiknemisel lindude rändeteedel Lääne-Eestis. Väheneda võib ka lindude asustustihedus ja sigivus tuuleparkide ümbruses. Teiste maade kogemustel põhinevad hinnangud selles osas on üsna vastandlikud.
Arvestatav on ka audiovisuaalne mõju läheduses paiknevale inimasustusele, sh seni ebapiisavalt uuritud infraheli toime. Siiski on need mõjud oluliselt vähendatavad elektrituulikute sobiva paigutusega asustatud alade suhtes