Energiatarbimise juhtimine

Argo Rosin

Kui palju maksab veekeetmine?

Primaarenergia kasutamine regiooniti 2007

Energiakandjate osakaal Saksamaal primaarenergia kasutamises 2008

Sektorite osakaal 2006 aasta Saksamaa energiatarbimises

Taastuvenergia kasutamise trend Saksamaaal

Kasvuhooneefekti peamised põhjustajad

1000 kg CO2 elaniku kohta

Aatomienergia

� Et täna asendada maailmas kõik fossiilsed energiaallikad aatomienergiaga, tuleb ehitada ca 10 000 uut AEJ.

� Kuna AEJ eluiga on ca 30 aastat, siis tuleb selle aja jooksul kõik jaamad uuendada, Seega tuleb selle aja jooksul iga päev üks reaktor võrku ühendada.

Aatomienergia tootmine 2006

Taastuvenergeetika

Jaguneb kolme suurde rühma (energeetiline potensiaal)

� Päikeseenergia3 900 000 000 PJ/a

� Planeetide ehk gravitatsioonienergia94 000 PJ/a

� Geotermaalenergia996 000 PJ/a

Taastuvenergiaallikad ja nende kasutmine

Päikeseenergia

� Päikeselt jõuab aastas maapinnale 3,9·1024 J = 1,08 ·1018 kWh

� See ületab täna 10 000 korda tänase maailma primaarenergiavajaduse

� Sealhulgas ületab tänased teadaolevad fossiilse- ja aatomienergia ressursid

Geotermaalenergia

� 99% maakerast on kuumem kui 1000°C� Maasisemuse ja maakoore vahelise suure

temperatuuri erinevuse tõttu toimub pidev soojusvoog maa seest väljapoole.

� Kirjeldatud soojuvoog on võrdne primaarenergiavajadusega

Biomass

� Täidab olulist rolli maailma primaarenergiavajaduse rahuldamisel

� Aastane biomassi juurdekasv maal on 1,55 ·1011 t/a = 3 ·1021 J = 8,34 ·1014 kWh

� Ca 1% sellest kasutatakse maailmas termiliselt ja katab ligikaudu 11% primaarenergiavajadusest

Energiapall. Aastane päikesekiirgus ületab energiatarbe ja –reservid ühekordselt

Päikesekiirgus

� Sahhara kõrbes on keskmine aastane kiirgus 2350 kWh/m2, so üle 2 korra rohkem kui Saksamaal.

� Summaarne kiirgus 8,7 milj. km2 Sahhara kõrbe kohta ületab 200 korda maakera primaarenergiavajaduse.

� Seega 48 500 km2 saab päikeselt sama suure energiakoguse kui täna maailmas inimkond energiat tarbib.

Euroopa pikajaline keskmine horisontaalne kiirgus

Päikese järgimisest ja paneelide kaldest saadav võit� Suvel kuni 50%� Talvel kuni 300%� Absoluutsuurustes on suvel võit suurem� Kesk-Euroopa laiuskraadidel on PV-paneelidel

kaheteljelise järgivajamiga saadav võit kuni 30% ning üheteljelise järgivajamiga 20%

� Kesk-Euroopa laiuskraadidel on terve aasta kasutatavatel statsionaarsete PV-paneelide kalle 30°suunaga lõunasse. Suvel 10°...20°, talvel 60°...70° . Üldiselt soovituslik kalle on 45°.

� Suurema kiirgusega regioonides on paneelide kallutamise mõju oluliselt väiksem kui väiksema kiirgusega regioonides

Kiirgustugevuse erinevus horisontaalsete ja järgivajamiga paneelide puhul 50 laiuskraadil pilvitu ilma korral

Kollektorite kasutegur

Termosifoonseadme tööprintsiip

Tsirkulatsioonpumbaga süsteem

Kahe salvestiga päikesepaneelidega joogivee soojendus

Joogivee soojendamise ja kütet toetav päikesekütte süsteem

Päikesekollektoritega keskküttesüsteem

Päikesekollektoritega jahutussüsteemi töö

PV-paneelide kasutegur

5,4Orgaaniline

11,1Värv

25,9GaAs

0,7727,036,541,1Kontsentraator (triple)

0,7311,011,620,0CIS / CIGS

0,6911,112,016,5CdS / CdTe

0,576,66,812,1a-Si

0,668,59,011,0µc-Si / a-Si

0,7517,219,322,3HIT

0,7212,814,418,2EFG-Si

0,7313,015,017,8SR-Si

0,7515,217,420,3Poly-Si

0,8019,322,024,7Mono-Si

Moodul, sariFF (bulk factor,

füllfaktor)

Moodul, sariηmax , %

Element, sariηmax , %

Element, laborηmax , %

Elemendi / Moodulitüüp

Tuuleenergia

Tuulekiiruste esinemissagedus

Tuule sõltuvus kõrgusest

Tuuleenergiad - tiiviku diameeter, mv – tuulekiirus, m/sη – kasutegurS – pindala, m2

1,1121,1491,1881,2301,2751,3241,377̺, kg/m3403020100-10-20 T, °C

4

))(( 222

121 vvvvSPN−+⋅⋅

=ρ

v1 – tuule kiirus enne tuulikut v2 – tuule kiirus peale tuulikutIdeaalis v2/v1 = 1/3

28

332

0

vSvdPP

⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅==

ρηρηπ

5,00

≈=P

Pc Np

Tuuleenergia

2

3vScP WW

⋅⋅⋅⋅=

ρη

Tuuleenergia salvestamine

Hüdroenergia

Hüdroenergia� Maakeral on 1,4 miljardit km3 vett, millest 97,4%

on soolane ja 2,6% magevesi� ¾ mageveest on polaarjää, merejää, liustikud,

põhjavesi ja niiskus

� 0,02% veest on jõgedes ja järvedes� Päike aurustab aastas keskmiselt 980 l/m2,

kokku ca 500 000 km3. 22% maale langevast päikesekiirgusest kulub sellele ringlusele. See on võrreldav täna 3000 kordse primaarenergiavajadusega.

Hüdroenergia

� Ca 225 000 km3 vett on salvestatud jõgedesse ja järvedesse, mis vastab energiahulgale 160 EJ =160·1018J

� Ca ¼ jõgede ja järvede veest on tehniliselt kasutatav, millega saab katta 10% tänasest primaarenergiavajadusest

� Tänased Euroopa ressursid on peamiselt kasutusel

Hüdroelektrijaam

Hüdroenergia võimsuse arvutusHQgP WW ⋅⋅⋅= ρ

ρW – vee tihedus (≈ 1000 kg/m3)g – raskuskiirendus (9,81 m/s2)Q – vooluhulk [m3/s]H – veesamba kõrgus [m]

HQgfP WTGZel ⋅⋅⋅⋅⋅⋅−= ρηη)1(

fZ – kaofaktor (3...10%)ηG – generaatori kasutegurηT – turbiini kasutegur

Kasutatakse suurte kõrguste puhul90...95 %Pelton

Kasutatakse salvestavates HEJ ja suurte kõrguste puhul

> 90 %Francis

Kõrgustel kuni 100 m80 %Ossberger

Kõrgustel kuni 100 m80...95 %Kaplan

MärkusKasutegur, ηTTurbiini tüüp

Salvestav HEJ

Salvestava HEJs salvestatava energia ja võimsuse arvutus

RTGPhgVE ηρ ⋅⋅⋅⋅=

RTGPhgQP ηρ ⋅⋅⋅⋅=

V – ülemise basseini maht, m3

hP – potentsiaalse energia kõrgus ehk keskmine langus, m

g – raskuskiirendus (9,81 m/s2)

ρ – vee tihedus (≈ 1000 kg/m3)

Q – vooluhulk, m3/s

ηRTG – generaatorite, turbiinide ja torustiku kasutegur tagasivoolul

Kaasaegsete salvestavate HEJ-de kasutegur salvestamise ja energiatootmisega on 80%

Salvestava HEJ energiabilanss

Turbiinide tüübid ja kasutus

Turbiinide kasutegurid

Geotermaalenergia

� Keskmine geotermiline sügavusgradient on 1°C/33m. Seega 3,3 km sügavusel on keskmine temperatuur 100°C.

� Saksamaa geotermaalenergia potensiaal on 300 000 TWh, mis vastab 600 kordsele aastasele energiavajadusele.

Geotermaalenergia

� Theoretical potential of renewable ocean energy� The theoretical global ocean energy resource is

estimated to be on the order of:� 20 GW (2000 TWh/year) for osmotic energy� 1 TW (10000 TWh/year) for ocean thermal energy

(OTEC) � 90 GW (800 TWh/year) for tidal current energy� 1-9 TW (8000 – 80000 TWh/year) for wave energy [2]

Laineenergia� Maailmamere pindala 360,8 milj. km2

� Sellest poole pinna kõikumine 0,5m vastab energiahulgale 0,6 EJ = 0,6·1018J

Where,l = wavelength (m)g = gravity = 9.81

The period (T) for one wave to pass this point can be expressed by

Where, a = Wave amplitude (m)