Energiakalkulaator
 

Energiakalkulaator

  1. Energia ei tule seina seest
    1. Taastuvenergia allikad
    2. Energia tootmine ja tarbimine Eestis: üldised arvud
    3. Kuidas me kulutame
  2. Eesti taastuvenergia varud
    1. Biomass Eestis: mets
    2. Tuuleenergia
    3. Päike Eestis
    4. Hüdroelekter Eestis
  3. Bilanss
    1. Bilanss
  4. Taust
    1. KirjutatakseKirjutatakse

Energia ei tule seina seest

Taastuvenergia allikad

Taastuvenergia allikad

Hea koht mõttekäigu kinni püüdmiseks. David MacKay räägib kuidas füüsika seadused piiravad meie valikuid taastuvenergia kasutamisel.
Energiakalkulaatori tegemist on toetanud Euroopa Liidu struktuuri- ja investeerimisfondid, meede „Õpetajate ja koolijuhtide professionaalse arengu toetamine“; „Pädevad ja motiveeritud õpetajad ning haridusasutuste juhid“

Energia ei tule "seina seest". Et midagi liiguks või soojeneks, peab selleks vajamineva energia kusagilt võtma.

Järgnevad rehkendused ilmestavad asjaolu, et taastuvenergia allikad on väga hajusad ja meie tänane energiatarbimine võrreldes reaalselt kasutatava taastuvenergia võimsusega väga suur.

Kõik siin kasutatud andmed on reaalsed. Kõige suurem tänu David J. C. MacKay'le, kes oma raamatus "Taastuvenergiast ilma udujututa" kogus kokku väga suure ja väärtusliku info, sealt pärineb ka siinse käsitluse loogika. Vajadusel viitame allikatele ka allpool. Eesti kohta käivate andmete otsimisel ja ülesannete koostamisel oli suureks abiks Sven-Erik Mändmaa.

Taastuvenergia allikate võimsus vee- või maismaa ruutmeetri kohta

Võimsus maismaa või veepinna pindala kohta
Tuul2,5W/m2
Tuul merel
Tõusud ja mõõnad
Vee voolamine tõusudel ja mõõnadel6W/m2
Päikesepaneelid520W/m2
Taimed
Vihmavesi (mägistes piirkondades)
Hüdroelekter
Geotermiline soojus0,017W/m2
Päikeseahjud0,1W/m2
Ookeani soojus5W/m2
Päikeseenergia koondamine (kõrbetes)1520W/m2

Näidisülesanne

Kui suur on 1km2 tuulepargi keskmine võimsus, kui selle keskmine võimsus ruutmeetri kohta on ?

Lahendus

Kui 1m2-lt saadav võimsus on , siis 1km2-lt saadav võimsus on suurem nii palju kordi, kui palju on 1km2 suurem 1m2-st:

Ehk siis ruutkilomeeter on miljon ruutmeetrit. Järelikult ühelt ruutkilomeetrilt saaksime:

kus MW on "megavatt", st miljon vatti.

Energia tootmine ja tarbimine Eestis: üldised arvud

Energia tootmine ja tarbimine Eestis: üldised arvud

Näidisülesanne

Maailmapank annab oma statistika ühikutes "õli ekvivalenti inimese kohta" (oil equivalent per capita). Kui palju on 4173kg õli ekvivalenti inimese kohta (2015. aasta) kilovattundides aastas inimese kohta?

Lahendus

Selliste probleemide puhul tasub pöörduda veebis leiduvate kalkulaatorite poole, mis ütlevad, et 4173kg õli ekvivalenti inimese kohta on 48532kWh inimese kohta. Kes võtab täpsemalt uurida, see saab teada, et õli ekvivalendi väärtus on 41868kJ/kg (viide, eurostat).

See on hinnang aasta kohta. Jagame 365ga, saame 132kWh/p/i.

Kogu energiatarbimise võimsus

Kui kogu energiatarbimine Eestis on 132 kilovatttundi päevas inimese kohta, siis kui suur on vastav keskmine energia tarbimise koguvõimsus Eestis?

Lahendus

Võtame rahvaarvuks Eestis miljonit inimest. Siis kokku tarbitakse aastas energiat

Kilovatttund on energia ühikuna üsna keeruline kasutada. Teeme seda siin nii, saame esmalt lahti eesliitest "kilo"

 

ja jagame siis tulemuse tundide arvuga aastas (8760), saame

kus eesliide G tähendab giga- ja GW on gigavatt ehk 109=1000000000W.

Kogu energiatarbimine (132kWh/p/i) tähendab seega keskmist võimsust 7,14GW

Näidisülesanne

Kui palju energiat annab Eestis elektrienergia tootmine? Kui suure osa see moodustab Eesti koguenergiatarbimisest?

Lahendus

Statistikaamet annab 2018. aasta elektrienergia tootmise kohta arvu 12327GWh ja 2019. aasta kohta 7529GWh.

See teeb vastavalt 12327000000kWh ja 7529000000kWh - gigavatt-tund on kilovatt-tunnist suurem miljon korda. Inimese kohta vastavalt

ja

Ühes päevas vastavalt

ja

See on 2019. aastal ligikaudu 12% kogu Eesti energiatarbimisest. 

Näidisülesanne

Kui palju toodeti 2019. aastal elektrinergiat tuulest? Kui suure osa see moodustab Eesti koguenergiatarbimisest?

Lahendus

Statistikaamet annab 2019. aasta tuuleenergia tootmise kohta arvu 688GWh.

See teeb vastavalt 688000000kWh - gigavatt-tund on kilovatt-tunnist suurem miljon korda.

Inimese kohta

Ühes päevas

See on umbes kogu Eesti energiatarbimisest.

Energia ja võimsus

Näidisülesanne

Mitu vatti keskmist võimsust on energia 132kWh/p/i?

Lahendus

Teame, et töö avaldub võimsuse kaudu kujul

Me otsime võimsust , avaldades

Tehtud töö on A=132kWh/p/i. Terve aasta ja kõikide inimeste peale kokku teeb see

On teada, et 1J=2,78×107kWh, nii et 

Jagades selle tulemuse sekundite arvuga aastas (t=31536000s) saame

Kasulikud pidepunktid peast arvutamiseks:

Kuidas me kulutame

Transport

Näidisülesanne

Kui lai siis peaks olema biomassi istandus tee kõrval, et varustada see tee kütusega ära? Olgu meil hüpoteetiline juht, kui autode kiirus teel on , autode kütusekulu on 6l/100km=16,67km/l, kahe auto vahe teel on ( autot kilomeetris). Võtame ka eelduseks, et biomassist saab aastas hektari kohta toota 1200l/ha/aasta (reaalsed andmed).

Lahendus

Auto kütuse kulu tunnis on nende andmete põhjal 6l/h. Kui võtame, et autode vahemaa on ( autot kilomeetris), siis igas kilomeetris sõidab igal ajahetkel autot ja tunnis kulutavad need autod

Kui biomassist toodetav kütus aastas hektari kohta on 1200l/ha/aasta, siis biomassist toodetav kütus tunnis hektari kohta on

Üks hektar on 100m×100m=10000m. Kui mõtleme, et kui lai oleks 1ha riba  teelõigu kõrval, siis võime kirjutada

st sellise riba laius 10m.

Et toota keskmiselt 60l/ha/km, st sama palju, kui kulutavad meie autot kilomeetri kohta, kulub selliseid 10m ribasid

 

See teeb biomassi istanduse laiuseks 4280m

Reaalsed andmed liiklussageduse kohta

Näidisülesanne

Kui lai peaks olema biomassi istandus Tallinn-Tartu maantee ääres, et varustada sellel teel vuravad autod biokütusega? Mitu ruutkilomeetrit oleks sellise istanduse pindala?

Lahendus

Reaalsete andmetega arvutates saab maanteeäärse riba laiuseks 1,46km, kokku 270 km2.  Proovi ise järele!

Kütuse tarbimine Eestis

Näidisülesanne

Kui suur peaks olema põld, millel kasvatatud energiataimedest toodetud biokütus suudaks asendada kogu Eestis kasutatava mootorikütuse, kui võtta aastas tarbitavaks kütuse koguseks 2008,4 tuhat tonni ja ühelt hektarilt põllult saab aastas liitrit biokütust?

Lahendus

Teame, et

Kui kütuse tihedus on 0,84kg/L, siis on see

Kui tahta kõik see  asendada biomassist toodetava kütusega ja arvestada, et hektari kohta saame aastas 1200L kütust, siis on vaja biomassi alla panna

See on 44% Eesti pindalast.

Kütmine

Näidisülesanne

Kui palju toodeti Eestis soojusenergiat kütmiseks ühikutes kilovatt-tundi päevas inimese kohta 2019. aastal?

Lahendus

Statistikaameti andmetest (tabel KE20) on lihtne leida katlamajades (toodang >10GWh) toodetud soojusenergia kogust 2019. aastal, see on 9400GWh.

See teeb vastavalt 9400000000kWh - gigavatt-tund on kilovatt-tunnist suurem miljon korda.

Inimese kohta

Ühes päevas

Tuleb tähele panna, et primaarenergiat kulub sellise koguse soojuseenergia tootmiseks rohkem, kuna katlamajade kasutegur ei ole 100%. Rehkenduses ei kajastu ka väikemajapidamistes kütmiseks kulunud energia.

Soojusenergia tabeli juures on metoodika kirjelduses öeldud "Kuuvaatlusega hõlmatud soojust tootvate ettevõtete toodang oli 2017. aasta täpsustatud andmetel 85% kogu Eesti soojustoodangust". Sellest võib ilmselt tuletada, et 2018. aastal toodeti tegelikult soojusenergiat

mis on ka küllaltki lähedane tulemus Kredexi 12TWh (12000GWh) hinnangule.

Eesti taastuvenergia varud

Biomass Eestis: mets

Mõned arvutused

Näidisülesanne

Kui suur saaks maksimaalselt olla Eestis RMK majandatavate metsade energiatootmine? Kui suure osa see moodustaks Eesti kogu energiatarbimisest?

Lahendus

Niisiis, RMK majandatava metsa pindala on 656263ha=6562,63km2. Ruutmeetrilt saadav energia

RMK metsa maksimaalne võimsus on seega 1,64GW. Teades, et Eestis tarbitakse energiat keskmise võimsusega 7,14GW, saame, et niisugune metsa laastamine annaks sellest vajadusest

RMK juhatuse liikme Kristjan Tõnissoni sõnul on aastate jooksul kasvanud nii RMK hallatava metsamaa pindala kui ka rangelt kaitstava metsa osakaal kogu metsamaast.

„2007. aastaga võrreldes on rangelt kaitstava metsa pindala riigimetsas kasvanud korda. RMK andis sellesse oma panuse, tehes 2017. aastal ettepaneku uute metsakaitsealade moodustamiseks ja olemasolevatel kaitsealadel kaitserežiimi karmistamiseks kokku enam kui 30000 hektaril. Möödunud 14 aastaga on range kaitsega metsade pindala igal aastal suurenenud keskmiselt 12500ha võrra,“ rääkis Tõnisson.

Näidisülesanne

Kui suur peaks olema energiataimede põld, et see kataks ära kogu Eesti energiavajaduse? Mitu Muhumaad see oleks?

Lahendus

Kui 1m2-lt saadav võimsus on 0,4W/m2, siis 1km2-lt saadav võimsus on suurem nii palju kordi, kui palju on 1km2 suurem 1m2-st:

Ehk siis ruutkilomeeter on miljon ruutmeetrit. Järelikult ühelt ruutkilomeetrilt saaksime:

kus MW on "megavatt", st miljon vatti.

Keskmine energia tarbimise võimsus Eestis on 7,14GW. Selliseid 0,5MW tootvaid põlde läheks niisiis tarvis

Seega, kogu Eesti energiavajaduse kataks ära energiataimede põld suurusega 14300km2, mis on ca kolmandik Eesti kogupindalast. Muhumaa pindala on 198m2. Nii et Muhumaades on selle põllu pindala 72muhumaad––––––––––––––––––––––––––.

Tuuleenergia

Mõned arvutused

Näidisülesanne

Kui suur on London Array elektrienergia tootmise võimsus ühe ruutmeetri kohta

Lahendus

London Array

London Array kohta saab andmeid Wikipediast: https://en.wikipedia.org/wiki/London_Array Sealt saame teada, et 

Pindala:122km2
Aastane toodang (2015):2,500GWh
Projekteeritud maksimaalne võimsus:630MW

Neist andmetest saame arvutada aastase reaalse võimsuse. Selleks tuleb aastane energiatoodang jagada ajaga, mille jooksul see energia toodeti

Pange tähele, et oleme siis energia ühikus GWh asendanud tunni sekundite arvuga tunnis ning ühikuks on siis . Ruutmeetri kohta teeb see

Seega, London Array reaalne keskmine võimsus 2015. aastal oli 285MW ja võimsus pindalaühiku kohta 2,33W/m2.

Näidisülesanne

Milline on Eesti tuuleparkide keskmine võimsus ühe ruutmeetri kohta?

Lahendus

Ruutmeetri kohta tuleva keskmise võimsuse arvutamiseks peaksime teadma Eesti tuuleparkide kogupindala ja kogutoodangut. Kasutame avalikke allikaid.

Tuulepargid tootsid Eestis 2018. aastal kokku 590GWh elektrienergiat (allikas) (Võrdle Statistikaameti andmetega!). Tootmisvõimsus oli seega

Eestis on 139 tuulikut. (allikas). Kahe tuuliku vahekaugus peaks olema 57 rootori diameetrit (allikas). Kui rootori diameeter on näiteks 80m, siis lihtsustatult on ühele tuulikule on vaja maapinda

Võimsus pindalaühiku kohta tuleb

Selge see, et niisugune arvutus on ligikaudne. Aga suurusjärguga me väga mööda ei pannud - kui London Array avameretuulepargina annab 2,3W/m2, siis Eestis maismaal 1,5W/m2 tundub päris realistlik.

Näidisülesanne

Milline peaks olema tuuleparkide kogupindala, et nende toodetud elektrienergiaga oleks võimalik katta kogu meie energiavajadus? Mitu Muhumaad see oleks?

Lahendus

Kui 1m2-lt saadav võimsus on , siis 1km2-lt saadav võimsus on suurem nii palju kordi, kui palju on 1km2 suurem 1m2-st:

Ehk siis ruutkilomeeter on miljon ruutmeetrit. Järelikult ühelt ruutkilomeetrilt saaksime:

kus MW on "megavatt", st miljon vatti.

Keskmine energia tarbimise võimsus Eestis on 7,14GW. Selliseid tootvaid tuuleparke oleks meil niisiis vaja

Seega, kogu Eesti energiavajaduse kataks ära tuulepark suurusega 3570km2, mis on ca Eesti kogupindalast. Muhumaa pindala on 198m2. Nii et Muhumaades on selle põllu pindala 18muhumaad––––––––––––––––––––––––––.

Päike Eestis

Mõned arvutused

Näidisülesanne

energiatalgud.ee ütleb, et ühe ruutmeetri kohta jõuab Eestis keskmiselt maapinnale () päikeseenergiat, mis vastab  (näiteks kui PV elemendi kasutegur on , siis aastane energiahulk on ). Kui suur on sellisele aastasele energiahulgale vastav keskmine võimsus ühe ruutmeetri kohta?

Lahendus

Meil on antud aastane energiatootmine ühe ruutmeetri kohta. Sellele vastava keskmise võimsuse saamiseks tuleb aastane energiatoodang jagada ajaga, mille jooksul see energia toodeti

Seega, nendele andmetele vastava päikesejaama reaalne keskmine võimsus pindalaühiku kohta on .

Näidisülesanne

Milline peaks olema kogu Eesti energiavajadust katva päikesefarmi pindala? Mitu Muhumaad see oleks? 

Lahendus

Kui 1m2-lt saadav võimsus on 5W/m2 (maapinnale paigaldatavad päikesepatareid), siis 1km2-lt saadav võimsus on

Keskmine energia tarbimise võimsus Eestis on 7,14GW. Selliseid tootvaid tuuleparke oleks meil niisiis vaja

Seega, kogu Eesti energiavajaduse kataks ära tuulepark suurusega 1430km2, mis on ca Eesti kogupindalast. Muhumaa pindala on 198m2. Nii et Muhumaades on selle põllu pindala 7muhumaad––––––––––––––––––––––––. Või ca Võrtsjärve.

Hüdroelekter Eestis

Hüdroelekter Eestis

Näidisülesanne

Kui suure keskmise võimsusega saaksime toota hüdroelektrit, kui me koguksime kokku KOGU Eestis sadava vihma ja suunaksime selle hüdroelektrijaamadesse?

Lahendus

Kes võtaks hinnata?

Bilanss

Kuidas on võimalik teha nii, et Eesti saaks kogu oma vajamineva energia taastuvenergiaallikatest, st et meie energiatarbe rahuldamiseks ei põletataks üldse fossiilkütuseid?

Taust

Kirjutatakse