Rakendusenergeetika (0)

MSJ0230 - Rakendusenergeetika 
Applied Energy  Engineering  
Allan  Vrager  
Õpingukorraldusest: 
 
8 loengut 
 
4 harjutustundi 
 
ehk 6x1,5h 
Eksami eelduseks koduülesannete lahendamine, 
mis annavad 30% kogu hindest 
Aine lõppeb kirjaliku eksamiga 
Kirjandus: 
A. Ots.  Soojustehnika  aluskursus. TTÜ Kirjastus, 2011 
A.  Kull , I.  Mikk , A. Ots. Soojustehnika. Valgus, 1966, 1976. 
A. Ots. Termodünaamika. Valgus, 1972. 
I. Mikk (koostaja). Soojustehnika käsiraamat. Valgus, 1977. 
A.  Paist , A. Poobus.  Soojusgeneraatorid . TTÜ Kirjastus, 2008 
A. Paist, K. Plamus.  Lokaalkatlamajad . TTÜ Kirjastus, 2013 
V.  Vares . Energiatehnika. TTÜ Kirjastus, 2011 
E. Risthein. Sissejuhatus energiatehnikasse. Kirjastus  Elektriajam , 2007. 
 
CRC  handbook  of energy efficiency. CRC Press, 1997. 
CRC handbook of thermal engineering. CRC Press, Springer, c 2000. 
 
Ja palju muud. Lisan tulevastes loengutes teemade juurde lisakirjandust. 
 
Õppeaine sisu lühikirjeldus eesti keeles (ÕIS-ist) 
Sissejuhatus ja ülevaade energia kasutuse, muundamise innovaatiliste, arenduslike, 
uurimuslike suundadega seotud probleemistikku. 
 
Soojuse genereerimine, põlemisteooria alused, tahkete,  vedelate  ja gaasiliste kütuste 
põletamine. 
 
Soojusülekanne  juhtivuse , konvektsiooni ja kiirguse teel. 
 
Faasimuundumissoojus. 
 
Soojusülekande  seadmed , soojusvahetid. 
 
Soojusisolaatorid. 
 
Pumbad ja kompressormasinad, teooria alused, konstruktsioon ja  karakteristikud . 
 
Ventileerimine ja kütmine hoonetes. 
 
Energiaressursside  kasutamise  optimeerimine , energiat kasutavate protsesside analüüs 
ja optimeerimine. 
 
Elektrienergia  tootmine, termodünaamilised alused, ringprotsessid, auru ja gaasi  turbiinid , 
sisepõlemismootorid. Elektri ja soojuse koostootmise alused, Kütuseelemendid. 
Olulised mõõtühikud 
Energia: 1J = 1N*m = 1m2*kg*s-2 
                1Wh = 3600J 
 
Võimsus: 1W = 1J/s= 1m2*kg*s-3 
 
Erientalpia, tuntud ka lihtsalt  entalpia  nime all on  energiasisaldus  massi või mahuühiku 
kohta. Mõõtühik vastvalt J/kg ja J/m3 
 
Erisoojus : mass-, maht ja molaarerisoojus ühikud vastavalt J/(kg*K), J/(m3*K) ja J/(mol*K). 
 
Temperatuur 0°C = 273,15K 
 
      K = 273,15+°C 
 
 
Rõhk: 1Pa = 1N/m2 = m-1*kg*s-2 
 
 
 
Järgnev loeng on koostatud põhiliselt  „A. Paist, A. Poobus. Soojusgeneraatorid. 
TTÜ Kirjastus, 2008“ põhjal. 
 
Soojuse genereerimine, põlemisteooria alused, 
tahkete, vedelate ja gaasiliste kütuste põletamine. 
Kütused 
Kütus on energeetilises mõttes aine, mille keemilisel ühinemisel  hapendajaga , milleks 
on tavaliselt hapnik, eraldub suurel hulgal soojust. 
 
Kütusteks (kütteaineteks) loetakse aineid, mis täidavad järgmisi põhilisi tingimusi: 
●küllaldane varu või taastuvus looduses, 
●hea kättesaadavus ja suhteliselt lihtne tootmine, 
●reageerimine oksüdeerijaga toimub kiiresti ja suure kasuteguriga, 
●põlemissaadused ei saasta ohtlikult keskkonda. 
 
Kütused jagunevad oma agregaatolekult  tahketeks , vedelateks ja gaasilisteks (küttegaas). 
 
Kõik tahked , vedelad ja gaasilised kütused võivad olla kas looduslikud või tehiskütused. 
 
Looduslikud tahked kütused on puit,  turvas , pruunsüsi, ligniit, kivisüsi, antratsiit, põlevkivi jne. 
Tahke tehiskütus on näiteks koks. 
 
Looduslik vedelkütus on  nafta , tehisvedelkütused aga raske kütteõli ( masuut ), kerge kütteõli 
(ahjukütus, küttepetrool), diiselkütus,  bensiin , põlevkiviõli jne. 
Looduslik gaaskütus on looduslik gaas, tehisgaasid aga  generaatorgaas , kõrgahjugaas, 
põlevkivigaas jne. 
Fossiilkütuste all mõeldakse põlevkivi, erinevaid söeliike, naftat, maagaasi ja teisi 
mittetaastuvaid fossiilsest orgaanilisest ainest pärinevaid kütusena kasutatavaid 
põlevmaavarasid. 
 
Biokütuste all mõeldakse bioloogilist päritolu ja organismide elutegevuse tagajärjel 
tekkinud ning taastuvuse piirides otseselt kütustena kasutatavaid või spetsiaalselt 
kütusteks töödeldud (vääristatud)  tahkeid , vedelaid või gaasilisi aineid. 
Seega kuuluvad biokütuste hulka puit,  roog ,  energeetilised  kultuurid, bioloogilise 
päritoluga põllumajandus-, tööstus- ja olmejäätmed ning nende tahked, vedelad ja 
gaasilised töötlemissaadused, kuid täna mitte turvas – isegi siis, kui teda kasutatakse 
taastuvuse piirides. 
Kütuse varud ja tootmine* 
Vedelkütuse varud 
1P  Reservid , 2010 seisuga 
Konventsionaalne nafta  
Õliliivad   Põlevkivi 
Kivisüsi   GTL ressurss 
Ebakonventsionaalne kokku 
Ühik:  109 x toe  
163 
161 
450 
602 
867 
2080  
GTL - gas to liquids ehk gaasist vedelkütus  
Tõestatud reserv tähendab, et 90% tõenäosusega on võimalik antud maardlast naftat 
ammutada – sellised reservid tähistatakse kokkuleppeliselt tärminiga 1P.  
 
Maardlatest purskab olemasoleva surve tõttu välja kuskil 20-25% naftast. Kasutades muid 
tehnoloogiaid  on võimalik kätte saada kuni 60% maardlas olevast naftast. 
 
2014 aastal toodeti hinnanguliselt 84,95 miljonit barrelit päevas. Suurimad tootjad 2014. 
hinnang Venemaa 10,6 (14,05% maailma toodangust), Saudi  Araabia 9,7 (, USA 8,45 miljonit 
barrelit päevas. 
 
1barrel = 0,146toe=158,9873l 
*andmetesse  suhtuda  suure kriitilisusega 
OPEC 
Kütuse hinnakomponendid Eestis: 
Bensiin hinnaga 1€ kütuse maailmaturu hind ja müüja kulud+ kasum 41%  maksud  59% 
Diiselhinnaga 1€ kütuse maailmaturu hind ja müüja kulud+ kasum 44% maksud 56% 
 
Nafta hind 
theguardian.com 
http://www.marketoracle.co.uk 
Ameerika Ühendriikide Energeetikaministeeriumi  ennustus  
 IEA’s World Energy  Outlook   Report  (IEA 2004–2008) põhinev hinna prognoos.  
Kjell Aleklett 
http://www.peakprosperity.com/forum/87961/report-peak-oil-and-future-energy-2nd-international-congress-barbastro-spain 
https://aleklett.wordpress.com/2014/05/07/european-energy-horizons-2014/ 
Maagaas 
Gaasivarusid on maailmas hinnatud 300 triljonit m3 (300 · 1012 m3) (tõestatud 2012 
187,3triljonit m3), millest 55 · 1012 m3 paikneb Venemaa, 33,5 · 1012 m3  Iraani , 26,2 · 
1012 m3 Turkmenistani ja 25,5 · 1012 m3  Katari  territooriumil. Tõestatud reservid 
suurimad Iraanis 33,6 1012 m3  ja Venemaal 32,9 1012 m3. 2010 toodeti maailmas 4,36 · 
1012 m3 CIA World Factbook. Venemaal 2013 0,67 · 1012 m3 ja USAs 2012 0,681 · 1012 
m3. Maailma kildagaasis on metaani hinnanguliselt 2-10 korda rohkem, kui 
traditsioonilises maagaasis. Arvatakse, et praeguse tarbimise juures jätkub isegi kuni 
ligi 100 aastaks. 
Opeci andmetel maailma tõendatud maagaasi varud 1960-2012 
https://aleklett.wordpress.com/2014/05/07/european-energy-horizons-2014/ 
Euroopaliidu gaasi import 
https://aleklett.wordpress.com/2014/05/07/european-energy-horizons-2014/ 
Söed 
Sajandi alul hinnati 984 miljardile tonnile (984 109 t), millest kivisöed moodustavad 
509 109 tonni ja pruunsöed 474 109 tonni. 2/3 varudest on USA-s, Venemaal, Hiinas, 
Austraalias, Indias ja Saksamaal. Tänast tarbimist ja tarbevarusid arvestades jätkuks 
sellest keskmiselt 230 aastaks. Prognoosvarusid arvestades aga jätkuks praeguse 
tarbimismahu juures sütt rohkem kui 450 aastaks. 
https://aleklett.wordpress.com/2014/05/07/european-energy-horizons-2014/ 
Põlevkivi Eestis 
 Energiaressursside töögrupi hinnangut Eesti põlevkivi energeetilise ressursi 
potentsiaalile aastani  2050 . Eesti põlevkivi geoloogilise varu suuruseks hinnati 2013. 
aastal 1 312 000 000 t.  Sealjuures  tuleb arvestada, et põlevkivi kaevandamisel on kadu 
~30 %, mistõttu on reaalselt kasutatav geoloogiline  varu ~1 000 000 000 tonni. Põlevkivi 
geoloogilist  varu kaevandati 2011. aastal 15 864 500t. 
Põlevkivi kaevandusõiguse tasumäär aastal 2015 2,4 €/t. 
Loa omanik 
Kaevandaja aastamäär, 1000 t 
Eesti Energia  Kaevandused  AS 
15010 
VKG Kaevandused OÜ 
2772 
Kiviõli Keemiatööstuse OÜ 
1980 
AS Kunda Nordic  Tsement  
238 
Kokku 
20000 
http://www.energiatalgud.ee 
http://www.energiatalgud.ee 
Maailmas kaevandatud põlevkivi 
wikipedia 
Varud maailmas 
http://www.energiatalgud.ee 
Varud maailmas: 689Gt , millest saaks 4,8 
triljonit barrelit õli, sellest 3,7 triljonit 
barrelit saaks USA põlevkivist. 
 
Veel on suuri varusid Hiinas, Kongos, 
Venemaal, Itaalias ja Brasiilias. 
http://polevkivi.blogspot.com 
Kes saab kütuse ressursside kasutamisest kasu? 
Paljud riigid on loonud rahvuslikud fondid nafta ja gaasi pumpamisest (ka muude maavarade 
kaevandamisest) saadud rahaga ringi käimiseks. 
Riik 
Toodang, 
Osakaal 
Fondi kogutud 
Rahvaarv, 
bbl/päevas  maailma 
raha hulk, 
mln 
toodangust, %  Miljardid $ 
Araabi Ühendemiraadid 
3087000 
3,32 
1079 
9,3 
Norra 
1998000 
2,79 
893 
5,1 
Saudi Araabia 
9693200 
13,09 
763 
30,8 
Kuveit  
2682000 
2,96 
548 
4 
Kanada  
3856000 
4,54 
416 
35,7 
Katar  
1631000 
1,44 
256 
2,2 
Venemaa 
10590000 
14,05 
182 
144 
Kasahstan  
1635000 
1,83 
157 
17,9 
USA 
9020000 
12,23 
138 
320 
Venetsueela 
3023000 
3,56 
0 
30,3 
Norras on naftafirmade  tulumaks  78%, muudel  firmadel  28%. Valitsus võib kasutada 
maksimaalselt 4% aastas. Maailma kõige kallim bensiini hind, üle 2,45$/l, 12.2014. 
Venetsueelas on bensiini hind 0,01$/l, 12.2014. 
 
Kütuse koostis 
Kütus koosneb põlev- ja mineraalosast ning niiskusest. 
 
Kütuse koostis määramine 
Tahkete kütuste omaduste määramiseks kasutatakse kahte tüüpi analüüse: tehnilist analüüsi ja 
elementaaranalüüsi. 
 
Tehniline analüüs annab informatsiooni tahkete kütuste omadustest nende kuumutamisel: kui palju 
eraldub kütusest lendosiseid, kui palju on analüüsitavas kütuses  koksi . Tehnilise analüüsi 
tulemusena saame teada kütuse niiskuse, tuhasuse ja kütteväärtuse. 
 
Kütuse elementaaranalüüsi tulemusena määratakse põlevaine süsiniku, vesiniku, hapniku, 
lämmastiku ja väävli (üldväävli) sisaldus. 
 
Tarbijale saabuvat kütust nimetatakse 
tarbimiskütuseks. 
Kütuse tarbimisaine koostis: 
Ct  Ht  Ot  Nt  St  St
t
t
 A W 100%
o
p
Kütuse kuivaines puudub niiskus. 
Kütuse  kuivaine  koostis: 
Ck  Hk  Ok  Nk  Sk  Sk
k
 A 100%
o
p
Niiskuseta ja tuhavaba kütust nimetatakse kütuse põlevaineks. 
Kütuse põlevaine koostis: 
C p  H p  O p  N p  S p  S p 
100
o
p
Niiskus-, tuha- ja püriitse väävli vaba kütust nimetatakse kütuse orgaaniliseks aineks. 
Kütuse orgaanilise aine koostis: 
  
 
 
Co  Ho  Oo  No  So 
100
o
Tuntakse ka veel kütuse analüütilist koostist, mida tähistatakse  indeksiga  “a”, s.o peenestatud 
ja kuivatatud kütus, mida analüüsitakse laboris. 
Kütuse ümberarvutamisel ühelt koostiselt teisele kasutatakse ümberarvutamise valemeid. 
Näiteks tarbimisaine ümberarvutamine kuivainele: 
  
  
Gaaskütus on tavaliselt üksikute gaasikomponentide  mehaaniline  segu ja tema koostis 
antakse kuiva gaasi kohta mahuprotsentides. 
 
Gaaskütuse koostis: 
CO + H  + CH  + H S + CO  + N  + O  +…= 100% 
 
2
4
2
2
2
2
Kütuse põlevaine 
Kütuse põlevaine peamised komponendid on süsiniku, vesiniku, hapniku, lämmastiku ja väävli 
suure molekulmassiga keerukad  ühendid. 
Põlevaine koostis %
Kütus
 
 
Cp 
Hp 
Op 
Np 
Sp 
Puit 
50...55 
6...7 
40...45 
0,5 
0,05 
Turvas 
55...60 
6...7 
30...35 
2...3 
0,4...0,6 
Pruunsüsi 
64...77 
4...6 
15...25 
0,8...1,5 
0,3...8 
Kivisüsi 
75...90 
4...6 
3...16 
0,5...3 
1...3 
Antratsiit 
90...93 
2...4 
2...4 
1...2 
0,5...2 
Põlevkivi 
60...80 
7...10 
8...20 
0,1...2 
2...15 
Süsiniku kütteväärtus on 33,7 MJ/kg. Süsinik on kütuse põlemisel vabaneva soojuse peamine allikas. 
Tähtsuselt teine on vesinik  kütteväärtusega 110,6 MJ/kg.  
Kütuse lämmastikust hapendub 20...80% põlemisprotsessis lämmastikoksiidiks.  
Nii lämmastik kui ka hapnik on kütuses orgaaniliseks ballastiks, vähendades põlevate elementide 
hulka kütuses.  
Väävel esineb kütuses kolmel kujul: orgaanilise väävlina So, püriitse ehk sulfiidväävlina Ss ja 
sulfaatse väävlina SSO4. Sulfaatne väävel esineb kütuses  CaSO4 , FeSO4  ja teiste mineraalsete 
ühenditena, mis ei põle ja lähevad põlemisprotsessis tuha koosseisu. Orgaaniline väävel on kütustes 
orgaaniliste ühendite koosseisus. Sulfiidväävel, mis esineb peamiselt püriidina, on põlev. Kütuse 
põlevossa kuulub põlev ehk lendväävel (Sl = So + Ss). Väävli kütteväärtus on 9,3 MJ/kg. 
 
Kütuse niiskus 
Kõikides tahketes kütustes on olemas niiskus. Seotud kas keemiliste või füüsikalis-keemiliste 
jõududega. Kütuse niiskuse võib jagada väliseks ehk mehaaniliseks ja sisemiseks ehk 
kolloidseks niiskuseks. 
Kütuse kauaaegsel hoidmisel püsiva temperatuuri ja suhtelise niiskusega keskkonnas kujuneb temas 
välja tasakaaluniiskus ja kütus on õhukuiv. 
 
Hügroskoopseks niiskuseks loetakse õhukuiva kütuse niiskust temperatuuril 20 °C ja õhu suhtelisel 
niiskusel 65%. 
 
Analüütiliseks niiskuseks loetakse õhukuiva kütuse niiskust laboritingimustel. 
 
Liigitus, sõltuvalt sellest, kuidas niiskus on kütusega seotud: 
•pindmiseks niiskuseks, 
•kapillaarniiskuseks, 
•kolloidseks ehk adsorptsioonniiskuseks, 
•hüdraatniiskuseks    
 
Tahketes kütustes kõigub tarbimisaine niiskus väga suurtes piirides – mõnest protsendist kuni 60%-
ni. Suure niiskusesisaldusega kütused on puit, turvas ja pruunsüsi. Vedelkütuste  niiskusesisaldus  
jääb mõne protsendi piiridesse. Gaasilistes kütustes esineb niiskus veeauruna, mis väljendub 
grammides 1m3 gaasi kohta. 
Väline niiskus 
Sisemine niiskus  
Hüdraatniiskus  
Pindmine niiskus 
Kapillaarniiskus 
( kolloidne ) 
(kristallvesi) 
Eraldub õhu käes kuivatamisel 
Eraldub kuivatamisel 
Eraldub temperatuuril 
temperatuuril 20…30 °
temperatuuril üle 
C 
 
üle 500 °
100 °C 
C 
Hüdraatniiskus 
Hüdraatniiskus kuulub kristallhüdraatide koosseisu ja esineb kütuse 
mineraalsetes lisandites kas silikaatidena, näiteks Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O ja  Fe2O3  · 
2SiO2 · 2H2O, või sulfaatidena – CaSO4 · 2H2O, MgSO4 · 2H2O.  
Hüdraatvee sisaldus moodustab ainult mõne protsendi kütuse üldisest 
niiskusesisaldusest; tuhasisalduse suurenedes suureneb ka hüdraatvee osakaal. 
 
Seotud ehk kolloidne ja adsorptsioonniiskus 
Kaevandatavad kütused on kapillaarpoorsed kolloidsed kehad. Niiskus on sel juhul seotud 
molekulidevaheliste jõududega ning see asub nii nende kehade pinnal kui ka mahus . 
Kapillaarniiskus 
Kaevandatavate kütuste  poorne  struktuur koosneb keerukast pragude , kanalite, tühimike süsteemist, 
milles kõik omavad erinevaid mõõtmeid – mõnest nanomeetrist kuni millimeetri osadeni,neid 
õõnsusi nimetatakse poorideks. Küllaltki väikesed poorid võivad täituda veega nn kapillaarse 
kondensatsiooni tagajärjel. Kapillaarse kondensatsiooni põhjuseks on auru alandatud tasakaalurõhk 
vedeliku kõverpinnalisel tasapinnal – nähtus, mis on tuntud termodünaamikast. 
 
Kütuse mineraalosa  ja  tuhk  
Kütuse mineraal - ehk mitteorgaaniliseks osaks nimetatakse kütuses sisalduvat algainet, milles 
koldeprotsessis tekivad tuhk ja räbu. Mineraalosa jaguneb kaheks: 
• välimine mineraalosa 
• sisemine mineraalosa (orgaanilis-mineraalsete ainete  kompleks ) 
 
Sisemine mineraalosa ei ületa harilikult 2…5% kütuse massist ja on küllaltki ühtlaselt jaotunud 
kogu kütuse orgaanilises  osas.  
 
Kivisütes on põhilisteks mineraalideks savimineraalid, nagu  kaoliniit , illiit ja montmorilloniit.  
 
Silikaatsetest mineraalidest  esineb tahketes kütustes  kvarts , biotiit ja ortoklass . 
 
Karbonaatsetest mineraalidest on kütustes levinumad kaltsiit, magnesiit ja dolomiit. 
  
Peaaegu kõik kütused sisaldavad sulfiidseid  mineraale  püriidina või markasiidina. 
  
Rauda sisaldavaid mineraale, peale püriidi ja markasiidi, esineb kütustes harva.  
 
Kloor  esineb kütustes haliidina ja sülviniinina. Leidub ka kütuseid, kus kloor on seotud kütuse 
orgaanilise ainega (põlevkivi keskmiselt 0,75%) . 
 
Vedelkütuste jagatakse mineraalosa ka sisemiseks ja välimiseks. Naftas olevad 
mineraalsed lisandid on peamiselt  esindatud eritüübiliste komplekssete orgaaniliste 
ühenditena ja moodustavad nn sisemise mineraalosa.  
 
Välimine mineraalosa koosneb mineraalsetest komponentidest, mis satuvad 
vedelkütusesse ümbritsevatest mineraalidest nafta puurimisel  ja transpordil.  
 
Nafta töötlemise lõpp- produkti   masuudi puhul kanduvad mineraalsed lisandid otse 
sinna üle ning lisanduvad veel ka komponendid, mis on seotud rafineerimisprotsessiga 
(põhiliselt leelismetallide ühendid), aga ka korrosiooniproduktid torustikest ja 
reservuaaridest.  
 
Nafta (masuudi) mineraalosa on keeruka keemilis -mineraloogilise koostisega, milles on 
määratud vähemalt 20 keemilist elementi.  
 
Nafta tuhasisaldus, sõltuvalt leiukohast, võib kõikuda suurtes piirides – tuhandikest kuni 
2%-ni.  
 
Nafta töötlemisel läheb põhiline osa mineraalidest masuuti. Seepärast on mineraalsete 
osiste kontsentratsioon masuudis suhteliselt suurem kui toornaftas. Kuna ka põhiline 
osa väävliühenditest on koondunud rasketesse fraktsioonidesse, siis rikastub masuut 
nafta töötlemise protsessis oluliselt väävliga. 
Kütuse tuhasuse ja tuha omaduste määramine 
Tahkete fossiilsete kütuste (kivisöe, pruunsöe, põlevkivi, ligniitide jne) tuhasuse määramine toimub 
ISO 1171, DIN 51 719 alusel muhvelahjus, mis peab võimaldama ühtlase temperatuuriga piirkonna – 
815 ± 10 °C. Tahkete biokütuste tuhasust määratakse temperatuuril 550 ± 10 °C. 
 
Tahkete biokütuste tuhasust määratakse temperatuuril 550 ± 10 °C. 
 
Tuha sulamiskarakteristikute määramine toimub kõrgetemperatuurilises elektriahjus vastavate 
standardite (ISO 540,  GOST  2057-82, ASTM D 1857) alusel. Tahkete biokütuste 
sulamiskarakteristikute määramine CEN/TS 15290 alusel erineb mõneti fossiilsete kütuste 
sulamiskarakteristikute määramisest. 
 
Kütuse lendosised ja koks 
Tahkekütuse kuumutamisel toimub kütuse  termiline   lagunemine  (laguneb kütuse orgaaniline osa), 
mille tulemusena eralduvad gaasilised produktid  – kütuse lendosised. Lendosiste hulk sõltub 
suuresti kütuse vanusest . 
 
Kütuse lendosiste sisaldus määratakse ISO 562, GOST 6382, ASTM D 3175 alusel. Selleks 
kuumutatakse tahke kütuse proovi temperatuuril 850  10 °C (pruunsüte puhul), 900  10 °C 
(kivisüte, antratsiitide, koksi ja põlevkivi puhul) kinnises tiiglis 7 minuti kestel. 
 
Lendosised eralduvad põhiliselt CO2, CO, H2, metaani (CH4) ja teiste süsivesinikena. Lendosiste 
hulgas võib vähesel määral olla ka väävelvesinikku ja ka teisi väävliühendeid. 
Lendosiste eraldumisel järelejäänud tahke mass on koks. Koks koosneb põhiliselt süsinikust. 
  
Kütus 
Lendosiste sisaldus % 
Termilise  lagunemise 
algtemperatuur  °C 
Puit 
80...85 
150...160 
Turvas 
70...80 
100...110 
Pruunsüsi 
40...60 
130...170 
Kivisüsi 
9...60 
170...390 
Antratsiit 
2...9 
380...400 
Põlevkivi 
80...90 
250 
Kütuse kütteväärtus 
Kütuse kütteväärtus on  soojushulk , mis eraldub 1 kg tahke- ja vedelkütuse või normaalkuupmeetri 
gaaskütuse täielikul põlemisel. 
 
Kütteväärtuse laboratoorsel määramisel mõõdetakse soojushulk, mis vabaneb kütuse põletamisel 
kalorimeetrilises pommis. Tahke- ja vedelkütuste kütteväärtus määratakse vastavalt standarditele 
ISO 1928, GOST 147-95, ASTM D 4868. 
 
Kui põlemisel tekkiv veeaur kondenseerub ja vabastab ka kondenseerumissoojuse, siis eralduv 
soojushulk on ülemine kütteväärtus Qü MJ/kg. Kui aga põlemisel tekkiv veeaur ei kondenseeru, siis 
eralduv soojushulk on väiksem ja seda nimetatakse alumiseks kütteväärtuseks Qa: 
 
 
Q
 
 Q    
 G
r,
a
ü
H O
2
kus  on ühes kilogrammis kütuses oleva vesiniku põlemisest ja niiskuse aurustumisest tekkiva 
veeauru mass kg ja r on aurumissoojus (r = 2,44 MJ/kg, 25 oC). 
Q  Q 
9
0244
0
Ht
t
W )
a
ü
Praktikas kasutatakse alumist kütteväärtust. Kondensatsioonikatlast  lahkub  katlast 
kondenseerumistemperatuurist madalamal temperatuurilon  targem  kasutada ülemist 
kütteväärtust, sest alumise kütteväärtuse  kasutamisel  tuleb kasutegur üle 100%. 
 
Kalorimeeter  IKA 5000 tahke- ja vedelkütuse kütteväärtuse määramiseks TTÜ STI-s 
Kütuste kütteväärtused on suuresti erinevad. Selleks et võrrelda kütusekulu, sõltumata kütuse 
liigist, kasutatakse tingkütuse mõistet. 
 
Tingkütuse all mõeldakse kütust, mille ainsaks tunnussuuruseks on tema kütteväärtus 29,31 
MJ/kg (ajalooliselt 7000  kcal /kg). 
 
Kütuse tegeliku kulu ümberarvutamiseks tingkütuse kuluks kasutatakse valemit 
 
t
Qa
B
 B
ting
29,31
kus B – kütuse tegelik kulu kg, 
      Bting – tingkütuse kulu kg, 
          t
Q  – kütuse tarbimisaine alumine kütteväärtus MJ/kg. 
a
 
Rahvusvahelistel kütuseturgudel on kasutusel mõisted söe ja õli  ekvivalent , mis tuuakse tonni 
söe või kütteõli kohta. 
Söe ekvivalent (se) 1 tce = 7 Gcal = 29,31 GJ = 8,15 MWh = 0,722 toe 
Õli ekvivalent (õe) 1 toe = 40,61 GJ = 11,28 MWh = 1,38 tce 
 
Puit 
Puit on puittaimede (puude, põõsaste) tüve ja okste põhiosa, mis koosneb peamiselt puitunud  
rakkudest. Puidurakkude kest koosneb põhiliselt tselluloosist, hemitselluloosist ja ligniinist. Ligniin 
annab puidule mehaanilise tugevuse. Männi-, kuuse- ja kasepuidu kuivaines on tselluloosi 
40…45%, hemitselluloosi 25…40%. Ligniini sisaldus okaspuude kuivaines on 24…33%, lehtpuudes 
16…25%. Puidu kütteväärtusest langeb ca 40% ligniinile. 
 
Metsas kasvava puu kogumahust saadakse puitu 59…69% (okaspuud),  oksad , kännud ja koor 
moodustavad 31…41%. Puu biomassi jagunemine tüve, koore, okste ja lehtede (okaste) vahel 
sõltub suuresti puu liigist ja vanusest. 
 
Ülemaailmse energeetika nõukogu andmetel kasutati biomassi puiduna 1,9 mld m3  aastas, 
puidujäätmetena 300 mln m3 aastas. Euroopa Liidu riikides kaetakse keskmiselt 3,5% 
energiavajadusest biomassi arvelt, mõnedes maades on see näitaja aga tunduvalt kõrgem: 23% 
Soomes, 18% Rootsis ja 12%  Austrias . 
 
Maaülikooli andmetel on 2,27 mln ha ehk 51,5% Eesti pindalast kaetud metsaga, mille kasvav varu 
on ca 449 mln m3. Vastavalt metsanduse arengukavale (2001–2010) võiks lubatav raiemaht ulatuda  
13,1 mln m3-ni. Sellest võiks kütusena kasutada 5 mln m3, statistikaameti andmetel on küttepuude 
kogus ca 3 mln m3 aastas. 
 
Puidujäätmed tekivad nii metsa ülestöötamisel (raiejäätmed) kui ka puidu töötlemisel 
(puidutöötlemisjäätmed). Toormaterjalist läheb  saagimisel  puidutöötlemisjäätmeteks 35…40%, 
vineeri  tootmisel kuni 60% ja mööblitööstuses 60…70%. Puidutöötlemisjäätmete hulka loetakse ka 
koor, saepuru ja höövlilaastud. 
Kateldes ja ahjudes kasutatavate puidust biokütuste liigid: 
• Halupuit  
•Hakkpuit 
•Puidubrikett 
•Puidupelletid ehk graanulid  
•Puusüsi – suure süsinikusisaldusega (ca 80%) ning kõrge kütteväärtusega (27…31 MJ/kg) 
•Puugaas – kütteväärtusega 4,5…15 MJ/m3. Eristatakse kahte liiki: generaatorgaas, mille  
peamiseks põlevosaks on CO, ja vesigaas, mille põlevosa moodustavad CO ja H2 
•Röstitud ehk torrefitseeritud puit. 
Tüvepuidu põlevaine koostis 
 
Lendosiste 
Kütteväärtus 
Puuliik  
Cp % 
Hp % 
Op % 
Np % 
sisaldus % 
MJ/kg 
Okaspuu  
51,0 
6,15 
42,25 
0,6 
85 
19,079 
Lehtpuu  
50,5 
6,10 
42,80 
0,6 
85 
18,660 
Segapuu 
51,0 
6,10 
42,30 
0,6 
85 
18,870 
Soojustehnilistes arvutustes võib ilma erilise veata kasutada tüvepuidu põlevaine keskmist koostist: 
Cp = 51%,  Hp = 6,1%,  Op = 42,3%  ja  Np = 0,6% 
 
Puidu väävlisisaldus on väike – kuni 0,05%. 
 
 
Tähtsamate Soomes kasvavate puude põlevaine koostis ja tuhasisaldus 
 
Puuliik või puu osa 
Cp % 
Hp % 
Op ja Np % 
Tuhasisaldus % 
Mänd 
50,6 
6,2 
43,2 
0,6 
Kuusk  
51,5 
6,2 
42,3 
0,4 
Kask  
51,0 
6,2 
42,8 
0,5 
Haab  
49,2 
6,1 
44,7 
0,6 
Lepp  
51,1 
6,2 
43,7 
0,7 
Kuuse koor 
50,6 
5,9 
40,7 
2,8 
Puidu niiskus 
Puidu niiskus koosneb välisest ehk mehaanilisest ja sisemisest ehk hügroskoopsest niiskusest. 
Väline niiskus eraldub puidust loomulikul kuivamisel õhus. Hügroskoopne niiskus eraldub 
täielikult puidu kuumutamisel üle 100 oC. Puidu hügroskoopne niiskus on ca 15%. 
 
Mõnel puhul jaotatakse puit niiskuse järgi kolme kategooriasse: 
õhukuiv  20 (25)%, 
poolkuiv  21 (26)...33 (50)%, 
toores  
üle 33 (50)%, 
 
esimene arv näitab tarbimisaine niiskust, sulgudes olev arv absoluutset niiskust.  
Toore puidu niiskus W t % 
 
Kogu puu  
Kogu puu  
Puuliik 
Tüvi 
Noored puud 
Tüvi 
koos lehtedega 
ilma lehtedeta 
Mänd 
Kuusk 
45…60
50…60
 
 
 
55 
 
Sookask 
40…60
48…57
 
 
45 
55 
46…48 
Hall lepp 
35…50
42…50
 
 
54 
43 
48…60 
Haab 
45…50
50…50
 
 
47 
52 
49…63 
Paju 
35…50 
Pappel  
Lähtudes tarbimisaine elementaarkoostisest, on võimalik ka kütteväärtusi arvutada. 
Ülemine kütteväärtus kJ/kg: 
 
 
t
t
t
t
Q  340 C  1260 H 109 O
 
ü
Alumine kütteväärtus kJ/kg: 
 
 
t
t
t
t
t




 
Q
340 C
1260 H
109 O
W
25
a
Kuna tüvepuidu põlevaine koostis on üllatavalt stabiilne, saab kõigi puuliikide  puhul rääkida 
praktiliselt püsivast ja võrdsest põlevaine kütteväärtusest Qpa = 18,9 MJ/kg. Tarbimisaine 
kütteväärtus sõltub aga ainult niiskusest ning tuhasisaldusest ja on arvutatav valemiga 
 
 
t
Q  18900  214
t
W 189 t
A ,
 
a
kus At on tarbimisaine tuhasisaldus. 
 
Puuliik 
Puidu kuivaine alumine 
kütteväärtus MJ/kg 
Kask 
19,4 
Kuusk 
19,0 
Mänd 
19,4 
Lepp 
18,5 
Haab 
18,4 
Puuliikide keskmine 
18,9 
Tarbimisaine kütteväärtuse arvutamiseks soovitatakse valemit 
 
 
t
k
Q  Q 1
t
W /
100  ,
2 44
t
W /
100
 
a
a
 
kus W t on tarbimisaine niiskus protsentides. 
 
Puit süttib temperatuuri piirides 240…270 °C. Enne puidu süttimist aga algab tema 
orgaanilise osa lagunemine, mis jätkub väga kõrgete temperatuurideni. Puidu termiline 
lagunemine algab  temperatuuridel  150…160 °C. 
Erinevate puuliikide puidu kuivaine tuhasus A , % 
k
Puuliik 
Tüvi 
Koor 
Oksad, juured 
Mänd 
0,2…0,7 
1,4…2,2 
0,3…0,7 
Kuusk 
0,2 
2,3 
0,3…0,4 
Kask 
0,2…0,4 
2,4 
0,3…0,6 
Haab 
0,2…0,3 
2,7 
0,3 
 
Katelseadmete arvutamisel võiks tüvepuidu kuivaine tuhasuse võtta võrdseks 1%-ga. 
 
 
 
 
 
Puidutuha keemiline koostis % 
 
CaO 
37…58 
K O 
3…29 
2
P O  
1…8 
MgO 
5…16 
2
5
Fe O  
1…5 
SiO  
3…22 
2
3
2
Na O 
0,5…3 
SO  
1…4 
2
3
Sulamistemperatuuri järgi kuulub puutuhk raskesti sulavate tuhkade klassi: 
tuha deformatsioonitemperatuur 
tDT = 1150…1290 °C, 
poolsfääri temperatuur  
 
tHT =  1230 …1500 °C, 
tuha  sulamistemperatuur  
 
tFT =  1250 …1650 °C. 
 
Puidu väike tuhasisaldus, pulbriline tuhk, mis kergesti vajub läbi kitsaste avadega resti ning tuha 
kõrged sulamistemperatuurid  viitavad heale energeetilisele kütusele. 
Turvas 
Turvas on geoloogilise vanuse järgi reastatava loodusliku söe kõige noorem liik, mis on tekkinud 
sootaimede jäänuste mittetäielikul lagunemisel ja koos mineraalainetega ladestumisel niiskes ning 
õhuvaeses keskkonnas. 
 
On andmeid turba tööstuslikust tootmisest  20 riigis,  kusjuures  kogutoodang 1996. aastal moodustas 
ca 20 miljonit tonni. 20% sellest kogusest toodeti Venemaal, järgnevad Soome, Valgevene,  Iirimaa  ja 
Rootsi. Varude poolest on esikohal USA (13 miljardit tonni) ja Venemaa (12 miljardit tonni). 
 
Ligikaudu 22,3% (1,01 mln ha) Eesti territooriumist on kaetud soodega. Suurima turbalasundi paksus 
on 18 m (Vällamäe) ja 12 m ( Napsi ). Keskmine paksus on 3–4 m. Energiatootmise seisukohalt on 
uuritud 539  sood  ja raba, mille pindala on üle 10 ha. Kokku varusid üle 2,4miljardi tonni. 
Tööstuslikuks tootmiseks ette nähtud  turbavarud on 775 mln tonni, sisaldades 80%  põletamiseks 
sobiva kvaliteediga turvast. Eesti Turbaliitu kuuluvate ettevõtete iga-aastane keskmine turbatoodang 
kokku on ~4,5 - 5,0 miljonit m3 erinevaid turbaid. Turba juurdekasv aastas on ca 0,5 mm. 
Katelde ja ahjude kolletes kasutatava turba ehk kütteturba liigid: 
freesturvas – osakesed läbimõõit alla 3 mm, suuremate osakeste pikkus ulatub 10–15 mm-ni; 
tükkturvas – pikkus on enamasti 100–200 mm, läbimõõt aga 50–100 mm; 
turbabrikett  
turbapelletid ehk graanulid  
turbapulgad, sõltuvalt kuivatamise meetodist on kahte liiki: 
välipelletid – freesturvas kuivatatakse õhu käes, 
tehasepelletid – freesturvas kuivatatakse kuivatis. 
 
Näitaja 
Ühik 
Freesturvas  Tükkturvas  Turbabrikett  Turbapelletid 
Arvutuslik 
% 
45 
35 
12 
15 
niiskus 
MJ/kg 
Tarbimisaine 
9,1…10,5 
11,1…12,8 
16,0…16,8 
15,2…17,6 
kW h/kg 
alumine 
2,5…2,9 
3,1…3,6 
4,4…5,1 
4,2…4,9 
kütteväärtus
kW 
 
0,9…1,0 
1,1…1,3 
3,3…3,8 
2,7…3,2 
h/m3* 
Kuivaine tuha-
% 
2…11 
2…11 
2…11 
2…11 
sisaldus 
Tarbimisaine 
% 
35…50 
25…40 
10…14 
10…20 
niiskus 
Tarbimiskütuse 
kg/m3 
300…400 
300…400 
~750 
550…750 
tihedus 
Kuivaine 
keskmine 
% 
0,35 
0,35 
0,35 
0,35 
väävli-sisaldus 
*tihedusel 350 kg/m3 
Kõik turba liigid ei ole kütusena kasutamiseks sobiva kvaliteediga. Seda, kas turvas sobib kütuseks 
või mitte, näitab tema  botaaniline  koostis ja lagunemisaste.  
Turba kuivaine elementaarkoostis % 
         Ck  50...55 
         Ok 35…45 
         Nk 1…2 
         Hk  ~ 6 
         Sk  0,1…0,5 
 
Turba niiskus 
Turba niiskusesisaldus on väga kõikuv, sõltudes kuivatamise tingimustest (temperatuur, 
õhuniiskus, aeg), tootmisviisist ja kuiva turba tagasiniiskumisest. Toorturvas sisaldab kuni 90% 
vett ja 10%  kuivainet . Tootmisel kuivab turvas soodsates tingimustes õhu käes ja päikese mõjul 
kuni 25%-se, üle aasta varju all  seismisel  isegi kuni 15%-se niiskusesisalduseni. Ilmastikust 
tingituna läheb turvas tarbimisele sageli normaalsest (33%) kõrgema niiskusesisaldusega 
(40…50%). 
 
Turba kütteväärtus 
Suur niiskus põhjustab tarbimisaine madalat kütteväärtust Qta = 8…14 MJ/kg (freesturbal 
keskmiselt 11 MJ/kg, tükkturbal 13 MJ/kg), turbabriketil Qta = 17,2…18,5 MJ/kg. Põlevaine 
kütteväärtus Q pa on piirides 20…25 MJ/kg, keskmiselt 21,1 MJ/kg. 
 
Süttimistemperatuur 
Õhkkuiva turba süttimistemperatuur võib olla 225 °C. Termiline lagunemine aga algab juba 
100…110 °C juures. 
 
Tuhk 
Turbatuha keemiline koostis erineb oluliselt puidutuhast. Turbatuha keemiline koostis muutub 
suurtes piirides sõltuvalt paikkonnast ja turba liigist 
Sama võib öelda ka tuha sulamiskarakteristikute kohta: 
tuha deformatsioonitemperatuur 
tDT = 800… 1400  °C, 
tuha sulamistemperatuur 
 
tFT = 950…1500 °C. 
 
Kaevandatavad söed 
Kaevandatavate süte koostis on küllaltki keeruline ja seepärast pole olemas ka ühtset kõiki kü-
tuseid hõlmavat klassifikatsiooni. 
 
Tahkete kütuste koostis ja karakteristikud, nagu lendosiste eraldumine, koksi paakumine, 
avaldavad olulist mõju põlemisprotsessile. Lendosiste, seega ka reaktsioonivõimeliste gaaside 
suurem kogus kütuses tõstab selle süttivust ning suurema  poorsuse  tõttu on ka koks reaktsioo-
nivõimelisem. 
 
Kaevandatavad söed liigitatakse pruunsüteks, kivisüteks ja antratsiitideks sõltuvalt vitri-niidi 
peegeldavuse keskmisest näitajast, niiske tuhavaba massi kütteväärtusest ja lendosiste si-
saldusest kuivas massis. 
Pruunsütt iseloomustab kivisütega võrreldes kõrge hügroskoopsus, paljudel juhtudel ka kõrge 
niiskusesisaldus, madalam süsinikusisaldus ja suurem hapnikusisaldus . Tänu ballast-ainete 
kõrgele sisaldusele – tuhasisaldus tarbimisaines At = 15…25%, niiskusesisaldus Wt = 20…35% ja 
enamgi , on pruunsüte alumine kütteväärtus = 10,5…15,9 MJ/kg. 
Pruunsöed  kaotavad  õhu käes kergesti niiskust ja mehaanilist tugevust ning muutuvad pee-neks 
massiks. Pikaajalisel säilitamisel on pruunsütel  kalduvus  isesüttimisele. Pruunsütt on võimalik 
väärindada, kasutades briketeerimist. Briketeeritud pruunsütt saab põletada kivisöele 
projekteeritud kolletes. 
Kivisöed on kõrge tuhavaba massi ülemise kütteväärtusega  9%. Neid iseloomustab lendosiste sisalduse suur diapasoon  – 9…50%. 
Termilisel lagunemisel enamik kivisöe liike paakub, välja arvatud kivisöed lendosiste sisaldusega 
Vl>45% (nn pikaleegilised) ja Vl