Rakendusfüüsika - Tuuleenergia (0)

Sisekaitseakadeemia
Päästekolledž
Sven Veek
RS – 130
Tuuleenergia
Juhendaja
Taavi Raadik
Tallinn 2014

Sisukord

Sisukord 2
Mis on tuuleenergia ? 3
Disain 3
Kus peaksid tuulikud asetsema? 4
Tuuleenergia kasutamine maailmas 5
Toetused tuuleenergia kasutamiseks 5
Tuulega seotud probleemid 5
Kuidas mõjutab tuuleenergia tootmine keskkonda ja ökoloogiat? 6
Tuuleenergia tootmine Eestis 6

Mis on tuuleenergia?

Tuuleenergia on üks mitmetest rohelistest energiatootmise liikidest. Juba ammustest aegadest peale on inimene tuuleenergiat enda heaks ära kasutanud tuuleveskite näol. Tuuleenergia on mehaanilise energia liik, mis vabaneb õhu liikumisel. Tuuleenergia muundatakse mehaaniliseks energiaks näiteks tuuleveskites ja tuule jõul töötavates veepumpades. Elektrienergiaks muundavad tuulegeneraatorid. Tuul ei ole püsiv, seetõttu tuleb teda kas kasutada kombineeritult teiste energiaallikatega või salvestada energiat näiteks keemiliseks energiaks (akupankadesse) või mehaaniliseks energiaks ( pumbata vett kõrgemal asuvatesse hoidlatesse). Energia muundamisel läheb aga alati teatud osa kaduma (soojuseks).

Disain

Et võimalikult tõhusalt tuule liikumisest energiat toota peavad tiivikud olema hästi disainitud . Võrreldes vanemate põlvkondade turbiinidega on tänapäeval kasutatavate efektiivsus palju suurem. Kui me mõtleme tuuleturbiinidest siis tuleb meile silme ette kõrge posti külge kinnitatud kolmelabaline masin. Kuid ka sellel disainil on omad vead: väikse tuule kiiruse puhul ei hakka nad tööle ning nad on sõltuvad oma asetusest - kui tuul valelt poolt puhub siis ei suuda nad enda võimsust täielikult rakendada. Kuid igal probleemil on lahendus. Igaüks saab endale koju osta mini-tuuleturbiini ning isegi nõrgema tuule puhul hakata omal käel energia tootmist katsetama. Tuule suunda me muuta ei saa aga mida me saame teha on see, et me ehitame tuuliku niimoodi , et ta sätib ennast ise vastavalt tuule suunale õigesse asendisse. See lahendus ei ole samuti midagi uut - ka vanasti ehitati tuuleveski pöörlevale alusele.

Kus peaksid tuulikud asetsema?

Maismaal asuvaid tuuleturbiine saab mitmetesse kohtadesse püsti panna. Head kohad selle jaoks on kõiksugu kõrgendikud. Kui tuul liigub kõrgendiku poole, siis ta surutakse üle takistuse samal ajal tuule kiirust suurendades. Sellisesse kohta paigutatud tuuleturbiin toodab rohkem energiat ning selle tõttu otsitaksegi suuremahuliste tuuleparkide rajamisel anemomeetritega sobivat kohta mõnikord lausa aasta aega. Nende abil koostatakse detailsed tuulekaardid, mõnikord võivad tühised 30 m tähendada kahekordseid tuulekiiruseid ja seega paremat toodangut. Väiksemate projektide puhul otsitakse looduslikke märke tugevast tuulest (nt. viltused puud) või uuritakse selle piirkonna meteoroloogilisi andmeid.
Samuti paigutatakse tuuleturbiine ka ranniku äärde. Mere ja maismaa soojenemine ja jahtumine päeva ja öö jooksul tekitavad tuult ning sobivad väga hästi tuulepargi rajamiseks. Kuna mere kohal on tuul tihedam, siis on ka merelt tulevad tuuled tugevamad.
Tuuleparke võib ka otse merre ehitada. Meri on tuulepargi rajamiseks tuule kiiruse ja stabiilsuse mõttes ideaalne paik. Merre ehitatatud turbiinid ei pea olema nii kõrged kui maismaale ehitatavad, sest merel ei ole tuule kiirust vähendavaid takistusi ning seal on ka loomulikult tugevamad tuuled kui maismaal. Kuid tuulepargi rajamisel merre on ka omad miinused - tingimused merel on karmid , abrasiivsed ning korrodeerivad, suurendades niimoodi ülalpidamiskulutusi võrreldes maismaal olevate tuuleparkidega. Suured meres paiknevad tuulepargid on juba ehitatud Taani, Iirimaale ning Inglismaale .

Tuuleenergia kasutamine maailmas

2005. aasta numbrite järgi oli tuuleenergia osakaal terve maailma energiatoodangus 1%. Riikide arvestuses on kõige suurem tuuleenergia tootja Saksamaa, kes tootis eelmisel aastal 18,428 MW tuuleenergiat. Teisel kohal on Hispaania , kelle kannul tuleb väga väikese vahega USA ning seejärel India. Eesti tootis mullu 30 MW tuuleenergiat. Suurt initsiatiivi näitavad üles ka Hiina, Taani, Kanada ning Brasiilia.

Toetused tuuleenergia kasutamiseks

Tuuleenergiat toetatakse rahaliselt üle terve maailma. Tuuleenergia vastased argumeneteerivad, et see on halb ning, et tuuleenergia ei ole majanduslikult tasuv energia tootmise viis. Kuid kui hakata kõrvutama tuuleenergiat teiste energialiikidega, siis tuleb ilmsiks midagi muud. Tuuleenergia tootmine ei tekita saastet, mis tekitab inimestele üle terve maailma hiiglaslikku majanduslikku kahju. Ka ei tekita tuuleenergia kasvuhoonegaase, mille mõju keskkonnale on hävitav. Tuumaelektri tootmisel tekivad tuumajäätmed, mis tuleb ohutult hoiustada, tuuleenergiaga saastet ei teki.
Tuulepargid saavad küll toetusi, kuid samamoodi saavad toetusi kõik teised energialiigid .
Ükski firma ei ehita tuumaelektrijaama oma raha eest, seda teevad ainult riigid, kelle jaoks kahjumisse langemine ei ole midagi hullu . Samuti on taastuvenergia sektor pidevas arengus ning tõhusus suureneb jätkuvalt, viies nii tuuleenergia tootmise hinna veelgi madalamale.

Tuulega seotud probleemid

Tuul ei puhu alati ning seetõttu tuleb tuuleparkide rajamisel teha täiendavaid kulutusi nendeks puhkudeks, kui tuul vaibub. Et elektri tootmine oleks stabiilne ja et keegi ilma ei jääks, tuleb rajada varugeneraatoreid, mis toodavad elektrit fossiilkütuste, nagu gaas või kivisöe baasil. Samas ei juhtu tuuleparkidega seda, et kõik generaatorid langevad rivist välja. Ühe suure elektrijaamaga võib selline asi aga juhtuda, kuid tõenäosus, et ühe suure elektrijaamaga selline asi juhtub just siis kui ta asendab tuulegeneraatoreid, on väike, sest teda saab kõik see aeg, mis ta kasutamata on, hooldada .
Tuule kiiruse muutlikkus tekitab lisakulutusi turbiinide poolt toodetud suure koguse energia integreerimisega võrku. Kriitikud väidavad, et see on kallis kuid toetajad
kummutavad selle väites, et vahendid selle jaoks on juba ammu olemas ning ka taskukohased ning neid kasutatakse kui mõni suur elektrijaam võrgust välja langeb või siis hiljem tagasi võrku lülitatakse. Kusjuures tuulegeneraatorite poolt toodetav energiakogus on palju väiksem, kui suurtel elektrijaamadel. Kokkuvõttes need viimased laused : tuuleenergia võrku lülitamisel ei teki mingeid suuri majanduslikke kahjusid, mille pärast peaks tuuleenergiat teistest halvemaks pidama . Tuuleenergia osa energia tootmisest kokku on Taanis lausa 20%, olles sellega maailmas esimesel kohal. Tuuleenergia osakaalu viimine üle 20% on praegu siiski alles teoreetilisel tasandil.

Kuidas mõjutab tuuleenergia tootmine keskkonda ja ökoloogiat?

Tuuleenergia tootmisel ei ole otseselt mitte mingeid keskkonnal kahjulikke mõjusid. Kaudselt mõjutab keskkonda tuulegeneraatorite tootmine ning transport, kuid samamoodi kahjustab keskkonda ka tavaliste elektrijaamade ehitamine ja osade transport. Keskkonnakahjulikkust saab veelgi vähendada muutes tootmisprotsessi tõhusamaks. Oma eluaja jooksul toodab tuuleturbiin keskmiselt 80 korda nii palju energiat, kui kulus selle tootmiseks. Kivisüsil töötava elektrijaama vastav number on 11 ning tuumajaamal 16, kusjuures selles uuringus ei ole arvestatud seda, et fossiilkütused on ise energiaallikad . Seda arvestades oleks viimase kahe elektrijaama energiatootlus miinustes.

Tuuleenergia tootmine Eestis

Vastavalt "Eesti elektrimajanduse arengukava 2005 - 2015"-le tuleb teha mahukaid investeeringuid, et elektrisüsteemi talitluse kvaliteet oluliselt ei halveneks, mis võib juhtuda tuulenergia mahu puhul üle 100 MW. Märgitakse ära ka, et Eesti rannikualade kesmine tuulekiirus on 6-7 m/s.
Tegelikult on Eesti Energia peamine huvi kasumi tootmine. Taastuvelektri õiglase hinnaga ostmine viiks kasumi alla. Ja isegi kui eestlased tarbiks vähem elektrit, siis müüakse ülejääv elekter mööda kaablit meie põhjanaabritele soomlastele.
Esimene tuulepark Virtsus :
Teine tuulepark Virtsus: