Energiapoliitika ja soojuspumbad

Eestis arutletakse väga palju energiapoliitika – energia, eriti elektrienergia tootmise ning selle varustuskindluse üle. Märksa suuremat tähelepanu tuleks aga pöörata lõpptarbimisele – just sellest lähtudes peaks arvestama tootmismahtusid, investeeringuid ning sotsiaalset ja keskkonnamõju.

Energiapoliitika suundadest

Tootja ja tarbija on elektrisüsteemis tihedalt seotud ning elektrienergia tootmine ja tarbijale tarnimine on tehniliselt kõige keerulisem ja kallim tegevus. Energia kokkuhoiumeetmete puhul ei teadvustata tihti seda, et elektritarbimise ööpäevased, nädalased ja sesoonsed koormusgraafikud on üsna ebaühtlased. Kokkuhoiumeetmeid ei seostata elektri tootmiseks vajalike baas-, pooltipp- ja tippvõimsuste ega toodetava baas-, pooltipp- ja tippenergiaga. Kõigi nende investeeringuvajadus on erinev, kasutada võib erinevaid kütuseid ning maksumuski on erinev.

Elektrienergiat on keeruline ja kallis salvestada. Seetõttu tuleks elektritootmist nii palju kui võimalik reguleerida tarbimise poole pealt, ühtlustades tarbimisgraafikuid.

Elektrienergia on kõrge kvaliteediga energia, mida saab suhteliselt lihtsalt, odavalt, kõrge kasuteguriga ja keskkonnasõbralikult muudeks energialiikideks muundada või tehnoloogiliseks otstarbeks kasutada. Seetõttu on elekter väärtuslikum kui kütus ja soojus, mille kasutusala on piiratum.

Hinnanguid elektrimajanduse ja -tarbimise kohta

Kui tarbija juures on vaja 1 kW lisavõimsust (koormus suureneb), siis tuleb investeerida kogu tarneketti – kütuse tootmisest lõpptarbijani. Kadusid ja vajalikku varuvõimsust arvestades on 1 kW-se koormusekasvu puhul vaja juurde ligikaudu 1,2 kW genereerivat võimsust. Kui tarbija juures hoida kokku 1 kWh, annaks see elektri tootmisel kõiki kadusid arvestades umbes 4 kWh suuruse kütusekokkuhoiu. Kui arvestus viia kaevandamata jääva primaarenergiani, võib lõpptarbija juures 1 kWh elektrienergiat kokku hoides säästa umbes 6–8 korda suuremat primaarenergia-ressurssi (kaevanduskaod võivad ulatuda 50 protsendini). Vähenevad ka kõik energeetikaga seotud keskkonnamured ja -kulud.

Elektrienergia tootmise maksumus sõltub oluliselt sellest, kas on tegemist baas- või tippkoormusega. Baaskoormusseadmed töötavad 6 000 – 8 000 tundi aastas ja kasutavad suhteliselt odavat kütust (meil põlevkivi), tippkoormusseadmed on aga töös vaid 200–500 tundi aastas. Ühe kWh tootmise maksumus võib baas- või tippkoormuse ajal erineda kümneid kordi. Siit tuleneb ka juba teada järeldus, et ööpäevaste koormusgraafikute tippude nihutamine graafiku nõgudesse annab olulist majanduslikku kokkuhoidu, lõigates vähemaks kõige kallima elektrienergia vajaduse.

Tuuleenergia laialdane kasutamine lisab olukorrale teravust, sest peale lisakulutuste tuuleenergia tootmiseks ja ülekandmiseks on vaja tuulikutega peaaegu sama suurt kütustel põhinevat varuvõimsust.

Võrreldes Eesti olukorda naabrite omaga, kes saavad kasutada ka hüdro- ja tuumaenergiat, ei ole meil lähema 15–20 aasta jooksul elektroenergeetikas muud valikut, kui jätkuvalt tugineda fossiilkütustele, eelkõige kohalikule põlevkivile. Tuulegeneraatorid ja elektrienergia import võivad sõltuvust fossiilkütustest mõnevõrra vähendada, kuid on ilmne, et sellele suures ulatuses loota on riskantne.

Rohkem tähelepanu tuleks pöörata tarbimise vähendamise võimalustele

Energiamajandusest, kasvuhoonegaaside ja muude heitmete vähendamisest, keskkonnakahjust ja energiamajanduse ökonoomikast rääkides tuleks pöörata palju rohkem tähelepanu tarbimise vähendamise võimalustele. See aitaks leevendada energiamajandusega seotud probleeme või neist hoopis vabaneda.

Ligikaudsel hinnangul on 1 kW kokkuhoitud elektrilist koormust lõpptarbija juures, olenevalt meetmest, investeeringuna 3–50 korda odavam kui selleks vajaliku elektrijaamade 1,2 kW lisavõimsuse rajamine. 1 kW tarbijale tarnitud lisavõimsuse saamiseks on vaja koos kütuse hankimisega investeerida 50 000–70 000 krooni. Investeeringukuludele lisanduvad jooksvad kulud kütuse ja elektri tootmiseks ning ülekandmiseks. Seevastu maksab 1 kW kokkuhoitud võimsust tarbija juures 1 000 – 40 000 krooni, energia eest pole vaja maksta ning jäävad ära varustuskindluse ja keskkonnakaitsega seotud mured.

Võrdlustes ei pöörata sageli tähelepanu energeetikaobjektide ja energia kokkuhoiuprojektide investeeringute amortisatsiooniaegade ebavõrdsusele. Esimestel on see 20–40 aastat, viimastelt oodatakse aga palju kiiremat tasuvust. See põhjustab kallutatust tootmise poole. Energiapoliitikas on nendele küsimusele kahjuks liiga vähe mõeldud. Eestis peaks energia kokkuhoiule kui odavamale ja keskkonnasõbralikule meetmele pöörama palju rohkem tähelepanu kui selle tootmise ja tarnimisega seotule. Elektrienergeetika arengukava järgi on säästupotentsiaaliks hinnatud 10–15 %. Tulevikus on see ilmselt hulga suurem, kui pidada silmas tehniliste võimaluste arengut ning energiahindade ja -defitsiitsuse tõusu.

Eestis peaks tõsiselt kaaluma, kuhu raha suunata, kas energia tootmisse (elektrienergeetika arengukava järgi kasvab tarbimine 2–3% aastas) või hoopis kokkuhoidu. Kui tarbimise kasvu õnnestuks vähendada ühe protsendini aastas, tähendaks see võimsusvajaduse 30–40 MW võrra väiksemat aastajuurdekasvu ja kümne aasta jooksul 300–400 MW vähem uusi või renoveeritud jõujaamu. See vähendaks investeeringuvajadust kogu tarneahelasse vähemalt 15 miljardi krooni võrra. Rahakottidel võivad olla eri omanikud, kuid riigil on võimalik suunata arengut energiapoliitika, maksustamise, soodustuste jms kaudu. Võib küsida: “Milleks kulutada investeerimiseks tootmisse, kui tarbimise piiramine annaks väiksema investeeringuga parema tulemuse?”

Soojuspumbatehnoloogia

Soojuspump on seade, mis võimaldab kasutada madalatemperatuurilist soojust (seda leidub mingil kujul “tasuta” igal pool), tõstes temperatuuri soovitud tasemeni. Soojusallikaks võib olla pinnas, õhk, veekogu, põhjavesi, ventilatsiooni väljapuhkeõhk või muu heitsoojus. Võib öelda, et soojuspump kasutab suures osas taastuvenergiat. Kuid sellel on oma hind – soojuse pumpamiseks kõrgemale temperatuuritasemele on vaja teha tööd ning selleks tuleb kulutada kallimat, kõrgema kvaliteediga energiat (tavaliselt elektrienergiat).

Soojuspumbatehnoloogia abil sooja tootmine on viimase 5–6 aasta jooksul üha populaarsemaks muutunud. Soojuspumpade laiem kasutamine on EÜ energiapoliitika üks nurgakivisid. Euroopas on mitu organisatsiooni, kes propageerivad ja edendavad soojuspumpade kasutamist ning on käivitatud rohkesti programme nende arendamise toetamiseks.

Euroopa Liidu riikides oli 2005. aastal üles seatud üle 600 000 maasoojuspumba, mille koguvõimsus oli 7400 MWth ning 2006. aastal suurenes nende arv 100 000 võrra. Soojuspumbatehnoloogiat kasutatakse ka Eestis üha enam ning sellega loodetakse energiat kokku hoida ja keskkonda säästa. Meil oli neid 2008. aasta alguses Eesti Soojuspumba Liidu andmeil üle 17 000 (soojusvõimsus üle 100 MWth), neist 4000 olid maasoojuspumbad (2006. aastal tuli neid juurde 1100).

Maasoojuspumba eelis õhksoojuspumbaga võrreldes on soojusallika kõrgem talvine temperatuur. Soojuspumpade elektriline koguvõimsus on Eestis 30–40 MWe, mis on energiasüsteemis juba arvestatav suurus (umbes 2,5 % maksimumkoormusest) ning on üks võimalusi ööpäevase koormusgraafi ku reguleerimiseks. Soojuspumpade abil saab toota madalatemperatuurilist soojust kõikjal, kus kohalik energiapoliitika seda ei keela (kaugküttepiirkonnad). Aga ka kaugküttesüsteemides endis on soojuspumpasid kasutatud. Selle otstarbekus sõltub mitmest majanduslikust ja tehnilisest asjaolust ning mugavusootustest.

Soojuspumba eelised ja puudused

Kuid nagu igal ettevõtmisel, on soojuspumbatehnoloogialgi omad head ja vead. Soojuspumpade headeks külgedeks võib pidada:

• otseelekterküttega võrreldes on elektrienergiakulu 2–4 korda väiksem;
• hea töökindlus ja ohutus; pikk tööiga – 20–25 aastat (maasoojusvahetitel kirjandusandmeil 50 aastat);
• madal müratase;
• väikesed hoolduskulud;
• pole vaja katlaruumi, kütusehoidlat ega korstnat;
• õhku ei saasta;
• pole muret kütuse hankimisega;
• moodsaid soojuspumpasid saab kombineerida muude soojusallikatega, kasutada heitsoojust ning tarbimist nende abil paindlikult reguleerida;
• soojuspumpasid saab kasutada ka jahutamiseks ning ülearust soojust akumuleerida nt pinnasesse. Halbadest külgedest võiks nimetada:
• investeering on suhteliselt suur; maasoojuspumpade puhul võib muret teha soojusallika leidmine – ei ole piisavalt maad või on puuraukude tegemine keskkonnanõuete tõttu küsitav; soojuskandja võib lekkida;
• on vaja kasutada kõrgema kvaliteediga (elektri)energiat, mida Eestis toodetakse peamiselt madala kasuteguriga soojusjõujaamades.

Soojuspumpa valimine

Soojuspumba valimisel tuleb silmas pidada, et:

• soojuspumbalahendused on üsna keerulised, seepärast tuleks asjatundjalt nõu küsida;
• tuleb rakendada energiasäästumeetmeid; soojusvajadused peab usaldusväärselt kindlaks tegema;
• soojuspumba optimaalne võimsus on umbes 60 % tippkoormusest ning siis katab ta 85–90 % soojavajadusest.

Tippkoormuse võib katta elekterkütte või muu energiaallikaga; tasub kaaluda süsteemile soojusmahuti lisamist, mis võimaldaks soojatarbimist ühtlustada ning elektrilist koormust nihutada odavama tariifiga ajale. Sobivate pinnasetingimuste korral saab luua maa-aluse sesoonse soojavaru ja ka päikeseenergiat akumuleerida.

Soojuspumba energiatõhusus

Tavaliselt hinnatakse soojuspumba energiatõhusust kahe näitaja järgi:

• soojustegur COP, mis näitab toodetud soojusenergia ja kulutatud energia suhet. COP võib olla 4–5 või suuremgi;
• aasta (hooaja) jooksul toodetud soojuse suhe kulutatud energiasse – SPF, mis on halvimal juhul 2 või alla selle, võib aga küündida 4-ni või kõrgemalegi.

Enamasti mõõdetakse elektrienergia üldkulu, mõnikord eraldi ka soojuspumba elektrikulu Ei ole teada, et Eestis mõõdetaks soojuspumba toodetud soojust. Seetõttu on SPF väärtused suuresti arvutuslikud või oletuslikud.

Soojuspumba energiatõhusus sõltub suuresti temperatuuride vahest, seetõttu tuleks võimaluse korral valida võimalikult kõrge temperatuuriga soojusallikas (heitõhk, pinnas) ning madala temperatuuriga küttesüsteem (nt põrandaküte). Tavalise radiaatorkütte puhul on elektrienergia kulu (olenevalt temperatuuride vahest) 20–30 protsenti suurem kui põrandakütte puhul.

Hea tulemuse saamiseks on vaja asjatundlikkust ja häid spetsialiste. Eestist kogutud andmetest nähtub, et tihti jääb soojuspumba potentsiaal täiel määral kasutamata, sest seadmed ei ole hästi valitud ega tööta soodsal režiimil. SPF väärtus jääb tihti vahemikku 2–3, s.o võimalikust madalamaks.

Maasoojuspumpa investeeringu tasuvusaeg sõltub paljudest asjaoludest ning on raske anda kitsast ajavahemikku. Tasuvusaeg sõltub ka muude kütmisvõimaluste olemasolust, mille suhtes tasuvust arvutada. On siiski lahendusi, mille tasuvusaega on hinnatud alla kümne või isegi 5–6 aastale. Kuigi tasuvusaeg võib tunduda pikk, võivad maasoojuspumba eeliseid vaekausi selle kasuks kallutada.

Soojuspumba keskkonnamõju

Soojuspumpasid tutvustavates või reklaamivates materjalides rõhutatakse tavaliselt väikest elektrienergia kulu ning keskkonnasõbralikkust. See aga ei ole kogu tõde. Otseelekterküttega võrreldes kulub elektrit küll vähem, kuid kui taandada see primaarenergia- või -kütusekulule, siis meie oludes on kokkuhoid vaid näiv.

Eestis toodetakse üle 90 % elektrienergiast põlevkivist ning selle tootmise ja ülekandmise keskmine kasutegur on alla 30 %. Seega kulutavad soojuspumbad ühe soojusühiku tootmiseks ligilähedaselt sama palju kütust kui katlamajad. Heal juhul, s.o kui SPF küündib üle 4, on primaarenergia suhtes saavutatav üle 100 % kasutegur ning soojuspump annab kütuse kokkuhoidu.

Majanduse seisukohast on soojuspump kasulik veel selle poolest, et elektrienergiat toodetakse peamiselt kohalikust kütusest, väikekatlaid köetakse aga tihti imporditud ja kalli kerge kütteõli või gaasiga. Kohalike ja nn taastuvate kütuste puhul, mis on tarbija jaoks üldiselt hooldusmahukamad, on võrdlusvariante raske üheselt hinnata. Soojuspumpa on võimalik kombineerida ka päikeseenergiaga. Palju oleneb tarbija eelistustest. Soojuspumbasüsteemi puhul kütus ja hooldus teevad vähe muret ning see võib suhteliselt suure investeeringukulu üles kaaluda. Soojuspumpade keskkonnamõju hindamiseks tuleb vaadelda fossiilkütusest toodetud elektri tootmise kasutegureid ja saastaheidet.

Joonisel 1 on näidatud primaarenergia kulud 10 MWh soojuse tootmiseks õli- ja gaasikatelde ning maasoojuspumba abil. Sinine osa näitab kütuse või elektrienergia otsetarbimist ning punane kadusid elektrijaamades ja ülekandel. On näha, et maasoojuspump Eesti praeguses energiasituatsioonis primaarenergia kokkuhoidu ei anna. Joonisel 2 on näidatud aastane CO2 – heide õli, gaasi ja maasoojuspumpa kasutades.

Õli- või gaasküttega võrreldes maasoojuspump Eestis CO2 -heidet ei vähenda. See on tingitud Eesti energiasüsteemi omapärast – põlevkiviga kütmisest. Lääne-Euroopas domineerivad muud kütused, tuuma- ja veeenergia ning seetõttu on CO2 -heide toodetud soojusühiku kohta meie omast keskmiselt 2,8 korda väiksem (maasoojuspumba tulba sinine osa) ning seal vähendab maasoojuspump oluliselt CO2 -heidet, kui võrrelda õli või gaasküttega. Eesti elektrienergeetika võimalikke arengusuundi silmas pidades on siiski ilmne, et tulevikus CO2 -heide toodetud soojusühiku kohta väheneb.

Kokkuvõte

Maasoojuspump on üha populaarsemaks muutuv soojatootmisvahend, millel on tarbija jaoks mitu eelist, eriti mugavust ja keskkonnahoidu silmas pidades.

Eesti majanduse seisukohast ei anna soojuspump katlamajaga võrreldes primaarkütuse kokkuhoidu ega vähenda üleilmset õhusaastet, võib aga importkütuseid asendada kohalike ja taastuvate energiaallikatega. Kui elektritootmise ja soojuspumpade energiatõhusus tulevikus suureneb ning õhusaastenäitajad langevad, suurenevad ilmselt ka soojuspumpade keskkonnaeelised.

Artikli autor on HEINAR NURSTE, EnPro Inseneribüroo OÜ

Artikkel ilmus ajakirjas Keskkonnatehnika 5/2008, lk 42–44