Hüdroenergia (9)

Referaat
Hüdroenergia

Sisukord

Sisukord 2
Sissejuhatus 3
Ajalooline ülevaade 3
Eestis 3
Üldiselt Hüdroelektrijaama tööst 4
Hüdroelektrijaamad Eestis 4
Linnamäe hüdroelektrijaam 5
Hüdroelektrijaamade kasutamise suurendamise võimalused 7
Hüdroenergia plussid 8
Hüdroenergia miinused 9
Kasutatud allikad: 13

Sissejuhatus

Taastuvatest energiaallikatest kasutatakse kaasajal kõige enam veejõudu, peamiselt elektri tootmiseks. Hüdroelektrijaamad annavad ligi viiendiku maailma elektrienergiast. Põhja-Ameerika ja Euroopa on kasutusele võtnud üle poole oma veeressurssidest, suurimate varudega arengumaad vaid kümnendiku. Kui õnnestuks kasutusele võtta kogu voolava vee energia maailmas, tõuseks hüdroenergia osatähtsus elektri tootmises siiski vaid 30 protsendile.

Ajalooline ülevaade

Inimesed on hüdroenergiat kasutanud juba üle 2000 aasta.
Alguses olid kasutuses lihtsad vesirattad, mida kasutati niisutamiseks. Hiljem hakati hüdroenergiat kasutama ka veskites jahu jahvatamiseks.
19 saj lõpus hakati kasutama hüdroenergiat elektri tootmiseks. Selleks ajaks asendus vesiratas turbiiniga.
Eestis
Veejõu kasutamine on meie maal tuntud juba ammusest ajast. Kirjalikud andmed vesiveskite kohta Eestis pärinevad juba 13. sajandist. Esimesed hüdroelektrijaamad rajati sajandivahetuse paiku. Enne Teist maailmasõda oli hüdroenergeetika osatähtsus Eesti riigi üldises energiabilansis küllalt suur. Nii moodustas 1936.a. veejõumasinate võimsus 18,2% jõumasinate koguvõimsusest, nende toodang aga koguni 28,2% summaarsest energiatarbimisest. Eestis oli tol ajal töös 747 hüdroturbiini ja vesiratast koguvõimsusega üle 25 MW. Hüdroelektrijaamade koguvõimsus oli 9343 kW ja nende aastane toodang – 28 770 MWh – moodustas 28,6% elektrijaamade kogutoodangust.
Enamik veejõuseadmeid purustati sõja ajal. Pärast sõda, aastail 1945-1950, paljud neist taastati , käiku lasti ka uusi veejõujaamu. 1949.a. oli hüdrojaamade koguvõimsus 1140 kW. 1955 a. valmis Narva HEJ võimsusega 125 MW. Praegu on see jaam Venemaa halduses. Põlevkivil baseeruva suurenergeetika arenguga tunnistati hüdrojaamad ebaperspektiivseiks.

Üldiselt Hüdroelektrijaama tööst

Hüdroelektrijaam (HEJ) on elektrijaam , mille energiaallikaks on liikuv vesi. Reeglina ehitatakse hüdroelektrijaamad suurtele jõgedele, kus tammiga ülespaisutatud vesi paneb langedes pöörlema hüdroturbiinid koos elektrigeneraatoritega. Nende ehitamine on aeganõudev ja kulukas , kuid energia omahind on suhteliselt madal, sest ekspluatatsioonikulud on väikesed.
Ariidsetes piirkondades on hüdroelektrijaamade veehoidlad olulised asulate ja põllumajanduse veega varustamisel. Jõgedel, mille äravool on aasta läbi ühtlane või mille orgu ei ole võimalik veehoidlat rajada, on võimalik juhtida kogu jõe vesi oru veeru ülaosas kulgevasse pealevoolukanalisse. Kohta, kus jõeoru põhi langeb piisavale sügavusele pealevoolukanalist, ehitatakse elektrijaam ise.
Hüdroelektrijaamade ehitamisega kaasneb ka elanike evakueerimine (piirkondadest kuhu tahetakse jaam rajada), kuna sealsed piirkonnad ujutatakse üle. Paljud ettevõtted peavad ümber kolima. Kalade liikumist häiritakse ja tehastest, mis on jäänud vee alla, võib levida mürgiseid aineid. Turism levib sealsetes piirkondades samuti. Turismitalusid ja vaatamisväärsusi saab sinna ehitada ning turistid käivad ka hüdroelektrijaamu vaatamas.

Hüdroelektrijaamad Eestis

Tänapäeval töötab Eestis neli üle 100 kW hüdroelektrijaama koguvõimsusega umbes 1785 kW (vt. tabel) ja mitu mõne kilovatist mikro-hüdroelektrijaama.
Jaama nimi
Võimsus
kW
Toodang
MWh
Eesti Energia AS hüdrojaamad:
  Keila HEJ
320
847
  Linnamäe HEJ
1100
7000
Teised hüdroelektrijaamad:
  AS Generaator (Leevaku ja
  Saesaare HEJ)
105+160
1826
  Generaator E&K ( Kotka HEJ)
100
697
 
Suure töö Eesti hüdroenergeetika taassünni juures on teinud AS Generaator. 1991.a. taastas AS Generaator Saesaare hüdroelektrijaama, 1993. a. Leevaku ja Kotka jaamad. Praegusel ajal müüvad nad oma toodangu ise, kasutades ülekandeks Eesti Energia (EE) võrke.
Linnamäe hüdroelektrijaam
Linnamäe hüdroelektrijaam väärib kõikidest Eesti jõgedele püstitatud hüdroelektrijaamadest erilist tähelepanu, kuna jaama kompleks tunnistati 20. sajandi alguses arhitektuuriliselt kauneimaks tööstusehitiseks Eestimaal ja on hetkel Eesti suurim hüdroelektrijaam, mille toodang on suurem, kui teiste täna töötavate hüdrojaamade elektrivõrku müüdav elektrienergia kokku.
Jaam asus 1,5 km kaugusel Jägala jõe suudmest. Jaama projekti koostas juba 1917. aastal Helsingi Ülikooli professor Axel Verner Juselius. Raskete aegade tõttu lükkus jaama ehitamine aastaid edasi ja alles 1922. aastal alustati ehitustöid. Jaama aastatoodanguks nähti ette 5 000 000 kWh. Jaam alustas tööd 17. aprillil 1924. aastal. Paisurinde tüüpi jaama ehitiste kompleksi kuulusid pais , jaamahoone, liigveelask, kalatrepp ja ülevoolupais koos voolurahustiga. Kalatrepp liitus 40 m pikkuse ülevoolupaisuga. Paisu kogupikkuseks oli 170 m ning kõrgus jõe põhjast 11,8 m. Kalatrepp kujutas endast raudbetoonist renni, kuhu kalade rände ajaks paigutati puidust pikivahesein ja ristvahesein. Jaamakompleks koosnes 20 m pikkusest veehaardest, masinasaalist, jaotusseadmetest ja veealusest osast. Masinasaali seati üles kolm Francis- Zwillings - Turbinen turbiini . (Turbiinid on kompaktsed mittereguleeritavate labadega nn. propellerturbiinid.) Generaatorid pärinesid firmalt AEG, igaüks võimsusega 435 kW ning pöörete arvuga 375 minutis . Generaatorid andsid vahelduvvoolu, mis juhiti Tallinna Põhja Paberi- ja Puupapivabrikusse. Esimesel tööaastal tootis jaam 3 834 950 kWh elektrienergiat. Järgmisel aastal oli toodang kõigi aegade suurim- 6 476 915 kWh. Edasi kõikus toodang 3,5-4,5 milj. kWh piires, jõudes 6 milj. kWh piirimaile veelkord 1928. aastal. Aastail 1939-1940 langes toodang alla 3 milj. kWh. Toodetud elektrihulk sõltus nii tarbimisest kui ka veeoludest. Tuleb siiski märkida, et jaama projektikohane aastatoodang 5 milj. kWh oli garanteeritud isegi keskmiste vooluhulkade juures. Maksimaalse vooluhulga korral võinuks jaam toota üle 6,5 milj. kWh aastas. 
1941. aastal hävitasid taganevad vene väed jaama, säilisid pais ja kalatrepp ning jaamahoone veealune osa. Aastail 1948-1952 koostas projekteerimise instituudi Gidroenergoprojekt Leningradi osakond jaama taastamise projekti. Arvestades jaama taastamise küllalt suurt maksumust ja põlevkivijaamade ehitamise algust, ei peetud selle taastamist otstarbekaks, kuigi oli juba muretsetud osa seadmeid.
Linnamäe Hüdroelektrijaam avati taas 10. detsembril 2002. Linnamäe HEJ renoveerimiseks “võtmed kätte” printsiibil korraldati riigihanke konkurss. Konkursi võitja - AS’iga FKSM, sõlmiti projekteerimise ja ehituse peatöövõtuleping. Tööde maksumuseks koos käibemaksuga oli 33788120.- krooni. Jõujaama hoone taastamisel järgiti endist arhitektuurset stiili. Endised hüdrorajatised renoveeriti ning tammi kohale üle jõe on rajatud rippsild .

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. Tulevikus need arvud kindlasti vähenevad seoses uute soojuselektrijaamade kasuteguri ja põletamisprotsesside puhtuse tõusuga ning maagaasi kasutuse tõenäolise suurenemisega.

Hüdroenergia plussid

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;
  
• 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;
  
• 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).
  

Hüdroenergia miinused

Kuigi esmapilgul võib tunduda, et väikehüdroenergeetikast (kuid Eestis saamegi rääkida ainult väikehüdroenergeetikast) tulev energia on täiesti roheline, siis paraku ei nõustu sellega alati keskkonnakaitsjad. Looduskaitseseaduse § 51 lg 1 järgi on aga hüdroenergia kasutamine sisuliselt võimatu.
Hüdroenergia kasutuselevõtt ei lahenda probleeme Eesti energeetikas. Ainuke arvestatav hüdroenergia allikas, Narva jõgi, mängiti Nõukogude okupatsiooniaja alguses kiiresti käest. Narva jõele rajatud hüdroelektrijaam annab, paraku küll Venemaale, neli korda rohkem elektrienergiat kui kõik ülejäänud Eesti jõed võiksid anda kokku. Viimaste tehniliselt kasutatav hüdroenergia potentsiaal moodustab vaid protsendi või paar meie praegusest energiatarbimisest. Kui hakkame tarbima rohkem, siis väheneb hüdroenergia osatähtsus veelgi. Arvutusliku ( teoreetilise ) maksimaalse taseme viimaseid protsendikümnendikke hüdroenergiast kätte saada on väga keerukas ja kulukas. Kõigi Eesti jõgede (va Narva jõgi) tehniliselt kasutatav hüdroenergeetiline potentsiaal on ca 0,5% Eesti elektrienergia tarbimisest. See näitab, et tegelikkuses on Eesti jõgedel väga väike hüdroenergeetiline potentsiaal. Selle potentsiaali kasutamine tuleks aga väga suurte keskkonnakahjude hinnaga. Hüdroenergia kasutamist toetavatel “keskkonnasõpradel” tasuks välja rehkendada ka kasvuhoonegaaside emissioon turbiinide ehitamisel , selleks kuluv tooraine tootmisel ja muud sellised tegurid.
Paisud rikuvad jõe ökoloogilises mõttes. Pooled meie jõgede umbes neljakümnest kalaliigist, enamasti just ohustatud ja rangemalt kaitstud liigid, sõltuvad kiirevoolulistest jõelõikudest: ainult seal saavad nad paljuneda, ning kas ainult või enamasti on seal ka nende elupaigad . Selliseid kiirevoolulisi lõike Eesti jõgedel napib. Ja just needsamad suurema languga kohad huvitavad ka elektritootjaid. Hüdroelektrijaama tarbeks ehitatud pais muudab täielikult elu jões:

• ujutab üle kiirevoolulised lõigud, hävitades seega kaladele ja muule vee-elustikule väärtuslikud elu- ning sigimispaigad;
  
• rikub jõelõigu paisu all, sest vesi juhitakse elektrijaama kanaleid pidi jõkke tagasi tükk maad allavoolu ;
  
• tõkestab kalade kudemisrände. Lõhe, meriforell , jõesilm ja vimb , kes saavad kudeda ainult jõgedes, rändavad koelmutele väga pikki maid. Eestis näiteks Vastse-Roosa paisuni Vaidava jõel – merest ligikaudu 300 km kaugusele;
  
• rikub allavoolu jäävate koelmute hüdroloogilise režiimi. Veevaestel perioodidel koguvad paljud elektrijaamad vett ja lasevad seda läbi turbiini periooditi . Lõhilaste mari aga peab arenema veekogus terve talve ning vajab piisava hapnikukoguse saamiseks voolavat vett kogu inkubatsiooniajal. Kui vesi vahepeal kaob, siis mari hukkub.
  

Samuti on ka mõningaid takistavaid tegureid. 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.
  

Üksnes vee puhtus ei taga veel veekogu headust ökoloogilises mõttes. Väga olulised on ka veekogu hea füüsiline seisund ja looduslähedane režiim. Veekogude ökoloogilise kvaliteedi nõue on väga selgelt sätestatud Euroopa Liidu veepoliitika raamdirektiivis. Euroopa Liit väärtustab seejuures eriti lõhelistele olulisi jõgesid – see on fikseeritud kalavete direktiivis. Riigi kulutused reovee puhastamiseks muutuvad mõttetuks, kui rikume veekogud mõnel teisel viisil, näiteks elektrit tootes .
Võtame miskipärast eeskuju Põhjamaadest, kus hüdroenergia potentsiaal on tohutu suur (Soome, Rootsi, Norra), ja jätame tähelepanuta selles meiega sarnaste riikide kogemuse. Näiteks Taanis rajati viimane hüdroelektrijaam kuuekümnendatel aastatel. Kuigi Läti hüdroenergia potentsiaal on meie omast palju suurem, keelustas valitsus seal selle aasta algul paisude rajamise ja taastamise rohkem kui kahesajal jõel.
Nimetagem asju õigete nimedega. Mingil arusaamatul põhjusel on hüdroenergiat Eesti oludes hakatud nimetama “roheliseks”. Seda tehes unustatakse, et globaalne ja universaalne moodustuvad tegelikult kohalikke olusid arvestavatest erijuhtudest. Ka Norras toodetakse hüdroenergiat jõgede ökoloogilise kvaliteedi arvel, ent seal korvab seda kaotust osaliseltki oluline hulk odavat elektrit, mida riik nõnda saab. Ent kuhu pürime Eestis? Jõgedest ju ei piisa. Kas propageerime elektrienergia tootmist loodete arvelt? Või võtame järgmisena ette rabad ?

Kasutatud allikad:

• http://www.loodusajakiri.ee/eesti_loodus/artikkel145_135.html
  
• http://www.erec.org/fileadmin/erec_docs/Projcet_Documents/RES_in_EU_and_CC/EEsmallhydro.pdf
  
• http://www.roheline.ee/files/vesi/sindipais-2006-jarvekulg.pdf
  
• http://et.wikipedia.org/wiki/Kategooria:H%C3%BCdroelektrijaamad
  
• http://www.energia.ee/index.php?id=119
  
• http://www.virumaa.ee/discuss/msgReader$3766
  
• http://www.postimees.ee/310706/esileht/siseuudised/211221.php
  
• http://www.miksike.ee/documents/main/referaadid/taastuvad_energiaallikad_argo.ht m
  

13