David J. C. MacKay Taastuvenergiast ilma udujututa
 

Taastuvenergiast ilma udujututa

  1. 1 Kokkuvõte
    1. 1.1 Taastuvenergiast ilma udujututa
  2. 2 Numbrid, mitte hinnangud
    1. 2.1 Motivatsioon
    2. 2.2 Bilanss
    3. 2.3 Autod
    4. 2.4 Tuul
    5. 2.5 Lennukid
    6. 2.6 Päike
    7. 2.7 Soojendamine ja jahutamine
    8. 2.8 Hüdroelekter
    9. 2.9 Valgus
    10. 2.10 Tuul avamerel
    11. 2.11 Tehnovidinad
    12. 2.12 Lained
    13. 2.13 Toit ja toidutööstus?
    14. 2.14 Tõusud
    15. 2.15 Asjad
    16. 2.16 Geotermiline
    17. 2.17 Avalikud teenused
    18. 2.18 Kas me suudaks elada taastuvenergiast?
  3. 3 Teha asju, mis päriselt loevad
    1. 3.1 Iga SUUR asi loeb
    2. 3.2 Parem transport
    3. 3.3 Nutikam kütmine
    4. 3.4 Efektiivne elektrikasutus
    5. 3.5 Taastuvad fossiilkütused?
    6. 3.6 Tuumaenergia?
    7. 3.7 Kui elaks teiste riikide taastuvenergiast?
    8. 3.8 Kõikumised ja salvestamine
    9. 3.9 Viis energiaplaani Britannia jaoks
    10. 3.10 Paneme kulud õigesse konteksti
    11. 3.11 Mida nüüd teha
    12. 3.12 Energiaplaanid, Euroopa, Ameerika ja maailma jaoks
    13. 3.13 Viimane asi, millest peame rääkima
    14. 3.14 Jah ütlemine
  4. 4 Tehniline
    1. 4.1 Autod II
    2. 4.2 Tuul II
    3. 4.3 Lennukid II
    4. 4.4 Päike II
    5. 4.5 Kütmine II
    6. 4.6 Lained II
    7. 4.7 Looded II
    8. 4.8 Asjad II
  5. 5 Kasulikud andmed
    1. 5.1 Lühikokkuvõtted
    2. 5.2 Rahvastik ja pindalad
    3. 5.3 Ühendkuningriikide energiaajalugu
    4. 5.4 Veebilinkide nimekiri
    5. 5.5 Kasutatud kirjandus

1 Kokkuvõte

1.1 Taastuvenergiast ilma udujututa

David J. C. MacKay

See tähelepanuväärne raamat toob väga selgelt ja objektiivselt välja mitmed vähese CO2 heitkogusega alternatiivid, mis on meile kättesaadavad.

Sir David King, Kuningliku Seltsi liige

Ühendkuningriigi valitsuse juhtiv teadusnõunik 2000–2008

See raamat peaks olema kohustuslik lugemine igaühele, kellel on mõju energiapoliitikale, olgu see valitsuses, ärivaldkonnas või huviorganisatsioonis.

Tony Juniper

Keskkonnakaitseorganisatsiooni Maa Sõbrad endine tegevdirektor

Viimaks ometi üks raamat, mis avaldab põhjalikult säästva energia tegelikud asjaolud, tehes seda nii loetaval kui ka huvitaval viisil.

Robert Sansom

Strateegia ja jätkusuutliku arengu direktor, EDF Energy

1.1.1 Kümneleheküljeline ülevaade

Magnuse naftaplatvorm

Me sõltume fossiilkütustest ja see ei ole jätkusuutlik. Arenenud maailm saab 80% energiast fossiilkütustest, Suurbritannia 90%. See on jätkusuutmatu kolmel põhjusel.

Esiteks saavad kergesti kättesaadavad fossiilkütused ühel päeval otsa, seega peame lõpuks energiat saama kusagilt mujalt.

Teiseks on fossiilkütuste põletamisel kliimale mõõdetav ja väga tõenäoliselt ohtlik mõju.

Joonis 1: Süsinikdioksiidi (CO2) kontsentratsioon (miljondikosades) viimase 1100 aasta jooksul, mõõdetud jääpuursüdamikesse lõksu jäänud õhust (kuni 1977. aastani) ja Hawaiil otse õhust (1958. aastast). Mulle tundub, et vahemikus 1800 pKr – 2000 pKr juhtus midagi uut. Ma olen ära märkinud 1769. aasta, kui James Watt patentis aurumasina. (Esimene töötav aurumasin töötati välja 70 aastat enne seda, 1698. aastal, kuid Watti oma oli märksa tõhusam.)

Ohtliku kliimamuutuse vältimine ajendab meid viivitamata oma fossiilkütuste tarbimises muudatust tegema.

Kolmandaks, isegi kui me ei hooli kliimamuutusest, näib drastiline muudatus Suurbritannia fossiilkütuste tarbimises targa sammuna, kui hoolime tarnekindlusest: jätkuv Põhjamere nafta- ja gaasivarude kiire ammendamine paneb fossiilisõltuvuses Suurbritannia üsna pea sõltuma ebausaldusväärsete välismaalaste impordist. (Loodetavasti ikka märkate mu irooniat.)

Kuidas vabaneda fossiilkütuste sõltuvusest?

Nõuannetest teemal „kuidas olukorda muuta“ ei ole puudust, kuid avalikkus on segaduses, kas need skeemid parandavad midagi või on lihtsalt viigilehed. Inimesed on põhjusega kahtlustavad, kui firmad ütlevad meile, et nende „rohelise“ toote ostmisega oleme „oma osa täitnud“. Sama mures on nad riikliku energiastrateegia pärast. Kas „detsentraliseerimine“ ning „soojuse ja elektri koostootmine“ on näiteks piisavalt rohelised? Valitsus tahab, et me nii arvaksime. Kuid kas need tehnoloogiad tõesti vabastaksid Suurbritannia kliimamuutustega seotud kohustustest? Kas tuulepargid on „kõigest žestid, millega meie juhid tõestavad oma keskkonnahoidlikkust“? Kas tuumaenergia on hädavajalik?

Me vajame plaani, mis on tasakaalus, st kus taastuvenergiat toodetakse sama palju, kui energiat tarbitakse. Hea uudis on, et sellist plaani saab teha. Halb uudis aga, et selle rakendamine saab olema keeruline.

I osa – Arvud, mitte arvamused

Raamatu esimeses osas arutletakse selle üle, kas selline riik nagu Ühendkuningriik, mida on teatavasti rikkalikult õnnistatud tuule-, laine- ja loodete ressurssidega, saaks oma taastuvatest energiaallikatest elada. Me kuuleme tihti, et Suurbritannia taastuvad energiaallikad on „tohutud“. Kuid teadmisest, et energiaallikas on „tohutu“, ei piisa. Meil on vaja teada, kuidas see suhestub ühe teise „tohutuga“, nimelt meie tohutu tarbimisega. Selliste võrdluste tegemiseks on meil vaja numbreid, mitte arvamusi.

Kui kasutatakse numbreid, muudab nende suurus need tihtipeale hägusaks. Numbreid kasutatakse mulje avaldamiseks, sõnasõjas punktide võitmiseks, teavitamata jätmiseks. Minu eesmärk on seevastu tuua välja ausad faktidel põhinevad numbrid, nii et need oleks arusaadavad, võrreldavad ja meeldejäävad. Need numbrid on muudetud arusaadavaks sellega, et on väljendatud igapäevastes personaalsetes ühikutes. Energiat väljendatakse kilovatt-tundides (kWh) elaniku kohta, samades ühikutes, mida võib näha tavalisel elektriarvel; ja võimsust kilovatt-tundides päeva kohta (kWh/p), samuti ühe elaniku kohta. Joonisel 2 on näitena võrreldud mõningaid suurusi neis ühikutes. Punases tulbas (tarbimine) on näidatud, et kui sõita tavalise autoga päevas 50 km, kulutab see päevaga 40 kWh energiat. Paremal pool, rohelises tulbas (tootmine), on välja toodud mõned taastuvad energiaallikad: kui katta 10% riigi territooriumist tuuleparkidega, toodaks see päevas elaniku kohta 20 kWh elektrienergiat.

Joonis 2: Paari energiat tarbiva tegevuse võrdlus Suurbritannia kolmest allikast pärit taastuvenergia kujuteldava tootlusega. Vasakul (punane tulp) on näha, et kui sõita päevas 50 km, kulub selleks (päevas) energiat 40 kWh, ja kui võtta igal aastal ette üks pikamaalend, kulub selleks päevas 30 kWh (aasta keskmine). Paremal (roheline tulp) on näha, et 10% Suurbritannia tuulisemate alade katmine rannikutuuleparkidega toodaks päevas elaniku kohta 20 kWh energiat; iga lõunapoolse katuse katmine päikeseküttepaneelidega 13 kWh/p elaniku kohta; ja Atlandi ookeani laineid püüdvad laineenergiamuundurid, mis katavad 500 km pikkust rannikuala, toodaksid päevas elaniku kohta 4 kWh energiat.

Üks põhjus, miks selliseid personaalseid ühikuid kasutada, on see, et nii on palju lihtsam liikuda Ühendkuningriigi üle arutamisest teiste riikide ja regioonide juurde. Kujutame näiteks ette, et räägime jäätmepõletusest, ja saame teada, et Ühendkuningriigis toodab jäätmepõletus aastas 7 TWh energiat ning Taanis 10 TWh.  (1 TWh (üks teravatt-tund) on võrdne ühe miljardi kWh-ga.) Aitab see meil mõista, kas Taani põletab rohkem jäätmeid kui Ühendkuningriik? Ehkki teadmine, kui suur on iga riigi jäätmepõletuse kogutoodang, võib olla huvitav, kaldun mina arvama, et tavaliselt tahame teada, kui suur on toodang elaniku kohta. (Lihtsalt teadmiseks: Taanis on see 5 kWh/p elaniku kohta; Suurbritannias 0,3 kWh/p elaniku kohta. Seega põletavad taanlased umbes 13 korda rohkem prügi kui britid.) Rääkides kõigest algusest peale ühe elaniku kohta, on tulemuseks paremini ülekantav raamat, millest ülemaailmsetes energiaaruteludes on loodetavasti kasu.

Kui lihtsad ja ausad numbrid on paigas, saame vastata järgmistele küsimustele:

  1. Kas sellisel riigil nagu Suurbritannia on võimalik hakkam saada oma taastuvenergia allikate najal?
  2. Kas n-ö arenenud tehnoloogiale üleminek laseb meil vabaneda süsihappegaasireostusest, ilma et peaksime muutma oma elustiili?

„Taastuvenergia – ilma udujututa“ esimeses osas illustreerivad arutlusi punane tarbimise tulp, kus on toodud välja mõne energiat kulutava tegevuse energiakulu; ja roheline taastuvenergia tulp, kus on kokku liidetud Suurbritannia potentsiaalsed taastuvenergia allikad.

Punaste tarbimistulpadega tegeledes lükkame ümber nii mõnegi müüdi. Näiteks tuuakse telefonilaadijate vooluvõrku jätmist tihtipeale esile kui näidet keskkonnavaenulikust teost ja inimesi, kes laadijad seinast välja tõmbavad, kiidetakse selle eest, et nad on „oma osa täitnud“. Tõde on aga selline, et tavaline mobiililaadija kulutab päevas kõigest 0,01 kWh energiat. Energiahulk, mis säästetakse telefonilaadija seinast väljatõmbamisega – 0,01 kWh –, on täpselt sama suur, kui üks auto suudab ära kulutada ühe sekundiga. Ma ei taha sellega öelda, et te ei peaks telefonilaadijaid seinast välja tõmbama, kuid ärge laske end lollitada mantrast „ka vähesest on abi“. Telefonilaadija maniakaalne vooluvõrgust eemaldamine on sama hea kui Titanicust teelusikaga vee välja kühveldamine. Minugipoolest tõmmake see välja, kuid saage siiski aru, kuivõrd tilluke žest see on.

Telefonilaadija üheks päevaks seinast väljatõmbamisega säästetava energiahulga kulutab autosõit ära ühe sekundigaAastas telefonilaadija seinast väljatõmbamisega säästetava energia hulk on sama, mis kulub ühele kuumale vannile. Telefonilaadija moodustab teie energia kogutarbimisest kõigest murdosa. Kui igaüks panustab vähehaaval, siis ka saavutame üsna vähe.

Veel üks meeldejääv arv on pikamaalendude panus inimese energeetilisse jalajälge. Kui te lendate kord aastas Kaplinna ja tagasi, kulutate selle reisiga sama palju energiat, kui kulub aasta läbi iga päev autoga 50 km sõitmisele.

Üsna märkimisväärse osa Suurbritannia energeetilisest jalajäljest moodustavad asjad. Sissetoodud tööstustoodangut ei loeta tavaliselt Suurbritannia energeetiliseks jalajäljeks, sest nende tootmiseks vajaliku energia kulutas ära teise riigi tööstus, kuid imporditava tööstustoodangu (nagu autod, masinad, kodumasinad, elektroonilised seadmed, raud, teras ja puistlast) energiakulu on vähemalt 40 kWh päevas elaniku kohta.

Tabel 1.1 Suurbritannia asjade vool (kg päevas elaniku kohta)

SISSE

 

VÄLJA

 

Fossiilkütused

16

Süsinikdioksiid ja muud KHG

30

Kivisüsi

4

Olmejäätmed

1,6

Nafta

4

Taaskasutatakse

0,27

Gaas

8

Põletatakse

0,13

Koguimport

12,5

Ladestatakse prügilasse

1,0

Imporditud toit

1,6

Ohtlikud jäätmed

0,2

Tehasetoodang

3,5

Äravisatud toit

0,3

Vesi

160

   

Raamatu esimeses pooles tehakse kaks selget järeldust.

Esiteks, selleks et ükskõik millise taastuvenergiaasutuse panus oleks märkimisväärne ehk vähegi võrreldav meie praeguse tarbimisega, peaks see olema riigisuurune. Näiteks tuleks veerandi praeguse energiakulu katmiseks energiakultuuridega katta 75% Suurbritanniast biomassiistandustega. Selleks et katta 4% meie praegusest energiakulust laineenergiaga, tuleks 500 km Atlandi ookeani rannikut katta täielikult laineenergia jõujaamadega. Need, kes tahavad elada taastuvenergiast, kuid tahavad samas, et sellega seostuv taristu ei oleks suur ega pealetükkiv, petavad iseennast.

Taastuvenergiarajatised peavad olema riigisuurused, sest kõik taastuvenergiaallikad on nii hajusad. Tabelis on välja toodud mõne taastuvenergiaallika energiatootlikkus maa või vee pindalaühiku kohta.

Tabel 1.2:

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

Teiseks. Euroopa keskmine energiatarbimine on 125 kWh/p inimese kohta. Nende riigisuuruste taastuvenergiaallikatega on võimalik see energiatarbimine katta, kui jätaksime kõrvale majanduslikud piirangud ja avaliku vastuseisu. Kaks suurimat panustajat oleksid päikesepaneelid, mis, kattes riigi pindalast 5% või 10%, toodaksid inimese kohta 50 kWh/p; ja avamere tuulepargid, mis, kattes Walesist kaks korda suurema mereala, toodaksid inimese kohta keskmiselt järgmised 50 kWh/p.

Selline röögatu maapiirkondade paneelidega katmine ja briti merede täitmine tuulegeneraatoritega (mis on viis korda võimekamad kui kõik tänapäeva tuuleturbiinid kokku) võib küll füüsikaseaduste kohaselt võimalik olla, kuid kas avalikkus nõustuks selliste ekstreemsete ümberkorraldustega ja maksaks nende eest? Kui vastus on ei, oleme sunnitud tegema järelduse, et Suurbritannia taastuvenergiaallikad ei kata kunagi praegust energiavajadust. Me vajame tarbimise radikaalset vähendamist või märkimisväärselt rohkem energiaallikaid – või mõlemat.

II osa – Energiaplaan, mis on tasakaalus

„Taastuvenergia – ilma udujututa“ teises osas arutletakse kuue strateegia üle, millega on võimalik ületada lõhe esimeses osas välja toodud energiatarbimise ja taastuvenergiaallikate tootlikkuse vahel, misjärel visandatakse Suurbritannia jaoks mõned tasakaalus energiaplaanid.

Esimesed kolm strateegiat lõhe ületamiseks vähendavad nõudlust.

  • Elanikkonna vähendamine; 
  • Elustiili muutus; 
  • Üleminek tõhusamale tehnoloogiale

Ülejäänud strateegiad lõhe ületamiseks suurendavad pakkumist.

  • Fossiilkütuste ja kivisöe keskkonnasäästlikuks kasutamiseks (ehk nn puhas kivisüsi) nimetatakse kivisöe põletamise jätkamist, kuid teistmoodi – süsinikdioksiidi sidumise ja ladustamisega. Millist „säästlikku“ energiat me võime kivisöest saada? 
  • Tuumaenergia on ka üks vastuoluline võimalus. Või on see kõigest ajutine lahendus? 
  • Kolmas viis süsihappegaasivaba energia saamiseks on elada teiste riikide taastuvenergiast, nimelt selliste riikide omast, mida on õnnistatud küllusliku päikesevalguse ja väikese asustustihedusega. Milline on Sahara kõrbe realistlik potentsiaal?
Joonis 5: Päikeseenergial töötav Stirlingi mootor. Need kaunid kontsentraatorid toodavad energiat 14 W/m2. Foto: Stirling Energy Systems. www.stirlingenergy.com

Diskussiooni teravamaks muutmiseks lihtsustab raamat Suurbritannia karikatuuriks, kus on esindatud ainult kolm tarbimiskategooriat: transport, soojus ja elekter.

Suurbritannia jaoks tuuakse välja viis energiaplaani, millest kõik vähendavad energiatarbimist transpordi ja soojustootmise elektriseerimise abil (soojuspumpade kasutamise abil). Elektrimootoriga sõidukitega kaasneb teine mugav aspekt: suurt elektritarbimist tekitab nende akude laadimine, mida saab kergesti sisse ja välja lülitada, mistõttu aitab nutikas akulaadimine tasakaalustada nõudlust pakkumisega tugevatele taastuvenergiaallikatele või tuumaenergiale tuginevas elektrivõrgus.

Joonis 6: Praegune tarbimine elaniku kohta „karikatuur-Suurbritannias 2008“ (kaks vasakpoolset tulpa) ja tuleviku tarbimisplaan koos kütuste võimaliku jaotusega (kaks parempoolset tulpa). See plaan eeldab elektritootmise suurendamist 18 kWh/p pealt 48 kWh/p peale elaniku kohta.

Transpordi ja soojustootmise elektriseerimine nõuab muidugi elektritootmise märkimisväärset suurendamist. Viis plaani pakuvad selleks vajalikku elektrit, kasutades viit erinevat süsihappegaasivaba kombinatsiooni. Need kombinatsioonid esindavad erinevaid poliitilisi pilte, sealhulgas plaani G (green – roheline), mis ajab läbi ilma kivisöe keskkonnasäästliku kasutamise ja tuumaenergiata; plaani N (NIMBY e not in my backyard – mitte minu õuel), mis kasutab ulatuslikult teiste riikide taastuvenergiat; ja plaani E (economist – majandusteadlane), mis keskendub kõige ökonoomsematele süsinikdioksiidivabadele valikutele: maismaatuulepargid, tuumaenergia ning käputäis loodete laguune.

Joonis 7: Viis energiaplaani Suurbritanniale. Kõik need pakkumise vaatenurgast tehtud plaanid eeldavad, et nõudlust on suurel määral soojuse ja transpordi tõhustamise arvelt vähendatud.

Need plaanid täpsustavad, millisele vundamendile me oma väiksema süsihappegaasi heitkogusega energeetika tuleviku rajama peame.

Joonis 8: Andasol – Hispaanias asuv „100 MW“ päikeseenergiajaam. Päeval toodetud üleliigne soojusenergia salvestatakse kuni seitsmeks tunniks vedelsoolamahutitesse, tagades elektrivõrgu katkematu ja stabiilse varustatuse. Maa pindalaühiku tootlus saab olema 10 W/m2. Foto: IEA SolarPACES.

Kui me ei toetu suurel määral ei tuumaenergiale ega kivisöe keskkonnasäästlikule kasutamisele, peame energiatasakaalu säilitamiseks ostma teiste riikide taastuvenergiat. Kõige paljulubavam laiaulatuslikult arendatav taastuvenergiaallikas on kõrbetes päikesekiirguse kontsentreerimine. Päikesekiirguse kontsentreerimisel kasutatakse elektri tootmiseks erinevaid kombinatsioone liikuvatest peeglitest, sulasoolast, aurust ja sisepõlemismootoritest.

Selleks et anda parem pilt sellest, kuidas tasakaalus energiaplaanid meie igapäevast elu mõjutavad, on joonisel 9 näidatud kuuendat plaani järgiv Suurbritannia. Kuues plaan hõlmab kõikvõimalikke vähese süsihappegaasi heitkogusega allikaid ning asub enam-vähem esimese viie vahel. Seega kutsun seda plaaniks M (middle – keskmine).

Joonis 9: Plaan M. Tasakaalus plaan Šotimaale, Inglismaale ja Walesile. Hallikasrohelised ruudud on tuulepargid. Igaüks neist katab 100 km2 ala ja on kujutatud suhtelistes mõõtmetes. Punased jooned meres on laineenergiajaamad, mõõtmed on suhtelised. Helesinised välgunoole kujuga hulknurgad: päikeseenergiajaamad, millest igaüks katab 20 km2 ala, mõõtmed on suhtelised. Sinised teravate nurkadega hulknurgad meres: merehoovusjaamad. Sinised laigud meres (Blackpooli ja Washi lähedal): loodete laguunid. Helerohelised maa-alad: metsad ja lühikese raieringiga madalmetsad (suhtelistes mõõtmetes). Kollakasrohelised alad: biokütus (mõõtmed on suhtelised). Väikesed sinised kolmnurgad: jäätmepõletusjaamad (mõõtmed ei ole suhtelised). Suured pruunid nelinurgad: biomassi koospõletusega kivisütt keskkonnasäästlikult kasutavad energiajaamad, kus süsihappegaas seotakse ja talletatakse (mõõtmed ei ole suhtelised). Lillad täpid: tuumaelektrijaamad (mõõtmed ei ole suhtelised) keskmisega toodanguga 3,3 GW kõigis 12 jaamas. Kollased kuusnurgad teisel pool väina: kontsentreeritud päikesekiirgusega elektrijaamad kaugetes kõrbetes (mõõtmed on suhtelised, igaüks 335 km2). Roosa looklev joon Prantsusmaal tähistab uusi HVDC elektriliine (2000 km pikad), mis toovat kõrbetest Suurbritanniasse 40 GW elektrit. Kollased tähed Šotimaal: uued pump-hüdroakumulatsioonijaamad. Punased tähed: olemasolevad pump-hüdroakumulatsioonijaamad. Sinised täpid: vee soojendamiseks kasutatavad päikesepaneelid kõigil katustel.
Joonis 10: Halb. BMW Hydrogen 7. Energiakulu: 254 kWh 100 km kohta. Foto: BMW.

Minu eesmärk ei ole valida võitjaid, vaid esitada kõigi võimaluste kohta ausaid kvantitatiivseid fakte. Niisiis toon järgmisena välja mõned „pühad lehmad“, mis ei paista kvantitatiivse luubi alla võetuna enam nii heast küljest, ja mõned, mis paistavad.

Halb: vesinikkütusega masinad on katastroof. Enamik vesinikautode prototüüpe kasutavad rohkem energiat kui fossiilkütustel sõitvad masinad, mida nad asendavad. BMW Hydrogen 7 kulutab 100 km peale 254 kWh energiat (samas kui keskmine fossiilkütusel sõitev briti auto kulutab sama maa peale 80 kWh). Hea: seevastu elektriautode prototüübid kulutavad kümme korda vähem energiat: 20 kWh 100 km kohta või isegi 6 kWh 100 km kohta. Elektriautod on hübriididest palju paremad. Tänapäeva hübriidautosid, mis on parimal juhul fossiilkütusel töötavatest autodest 30% paremad, peaks nägema kui põgusat kasulikku vahesammu teel elektriautodeni.

Halb: detsentraliseeritud soojuse ja elektri koostootmine on veel üks terendav viga. Jah, soojuse ja elektri koostootmine (st igasse hoonesse eraldiseisva elektrijaama panemine, mis toodab hoone soojas hoidmiseks lokaalselt elektrit ning soojust) võib küll olla veidi tõhusam viis fossiilkütuste kasutamiseks kui tavaline meetod (st tsentraliseeritud elektrijaamad ja lokaalsed kondensatsioonikatlad). See on siiski kõigest ligikaudu 7% tõhusam. Ja kasutab ikkagi fossiilkütust! Kas eesmärk ei ole mitte vabaneda fossiilkütustest? Õigupoolest on olemas palju parem viis lokaalselt soojust toota: soojuspump. Hea: soojuspumbad on tagurpidi külmkapid. Elektrijõul töötav soojuspump pumpab soojuse õuest tuppa, võttes selle õhust või maapinnast. Parimate, hiljuti Jaapanis välja töötatud soojuspumpade soojustegur on 4,9. See tähendab, et pump toodab 1 kWh elektrist 4,9 kWh sooja kas sooja õhu või kuuma vee näol. See on märksa tõhusam viis kvaliteetsest energiast soojuse saamiseks kui lihtsalt kvaliteetsetele kemikaalidele tule otsapanek, mille soojustegur on kõigest 0,9.

Halb: katustele paigaldatud mikroturbiinid on totaalne ressursside raiskamine. Nad ei tasu end kunagi ära. Hea: seevastu on katustele paigaldatavad päikese-veesoojendid ilmselge valik. Need tõesti töötavad. Isegi Suurbritannias, kus päikesepaistet on ainult 30%, suudab tagasihoidlik 3 m2 paneel soojendada pool keskmise pere veest.

Halb: telefonilaadija seinast väljatõmbamine on mannetu žest, sama hea kui Titanicust teelusikaga vee väljakühveldamine. Telefonilaadija väljatõmbamise levinud kaasamine nimekirjadesse kümnest asjast, mida sa saad ära teha, on halb, sest viib tähelepanu kõrvale tõhusamatest tegevustest, mida inimesed võiks ette võtta. Hea: termostaadi madalamaks keeramine on üks kõige tõhusamaid elektri kokkuhoiu viise, mis on tavainimesele kättesaadav – iga madalamaks keeratud kraad vähendab soojuskulusid 10% ja soojusele kulub enamikus Suurbritannia hoonetes just kõige rohkem energiat. Joonisel 16 on minu maja andmed.

See raamat ei ole mõeldud kasutamiseks põhjaliku ülitäpsete arvudega allikana. Pigem on selle eesmärk näitlikustada, kuidas kasutada ligikaudseid numbreid konstruktiivses konsensuslikus vestluses. See raamat ei propageeri ühtki energiaplaani ega tehnoloogiat. Pigem on siin kirjas, mitu klotsi on Lego karbis ja kui suur on iga tükk, et lugeja saaks ise otsustada, kuidas töötada välja klappiv plaan.

Joonis 15: Hea. 3 m2 kuumaveepaneeli toodetud päikeseenergia (roheline) ja lisasoojusvajadus (sinine), et toota Viridian Solari katsemajas kuuma vett. (Fotol on näha maja, mille katusel on sama mudeli paneel.) Keskmiselt tootis 3 m2 paneel päikeseenergiat 3,8 kWh/p. Katse jäljendas keskmise Euroopa majapidamise soojaveekasutust, milleks on päevas 100 liitrit kuuma vett (60 °C). 1,5–2 kWh/p vahe kogu toodetud soojuse (must joon, kõige ülemine) ja kasutatud sooja vee vahel (punane joon) tuleb soojuskaost. Violetne joon näitab päikeseenergiasüsteemi töös hoidmiseks kuluvat elektrit. Nende päikesepaneelide keskmine energiatoodang pindalaühiku kohta on 53 W/m2.
Joonis 16: Minu kodu gaasikulud aastatel 1993–2007. Iga joon näitab aasta kumulatiivset tarbimist kilovatt-tundides. Iga aasta lõpus olev number on tolle aasta keskmine tarbimine kilovatt-tundides päevas. Mõõdiku lugemise hetked on märgitud siniste täppidega. Tuleb välja, et mida tihedamini ma mõõdikut loen, seda vähem gaasi ma kasutan!

III osa – Tehnilised peatükid

Raamatu kolmas osa sukeldub energiatarbimise ja -tootmise füüsikalistesse alustesse. Kaheksa lisa näitavad algtõdede põhjal, kust esimese kahe osa numbrid on saadud. Neis lisades seletatakse näiteks, kuidas autosid on võimalik palju energiasäästlikumaks teha ja miks lennukeid ei ole ning kuidas arvutada tuuleparkide, loodete ja laineenergiajaamade tootlikkust põlve otsas. Kuigi suurem osa raamatust on mõeldud arusaamiseks kõigile, kes oskavad liita, korrutada ja jagada, on need tehnilised lisad suunatud lugejatele, kes tunnevad end mugavalt valemitega, nagu „".

Joonis 17: Õhuvool tuulegeneraatoris. Generaator aeglustab õhuvoolu ja jaotab selle laiali.

IV osa – Kasulikud andmed

Raamatu viimasel kuueteistkümnel leheküljel on veel võrdlusandmeid ja muundustegureid, mis tulevad kasuks raamatu ideede rakendamisel teistes riikides ning teistes organisatsioonides kasutatud ühikutest ja ühikutesse teisendamisel.

02.12.2008

Lisateave

Raamat on tasuta kättesaadav internetis aadressil www.withouthotair.com. UIT Cambridge avaldab raamatu Suurbritannias 02.12.2008 ja Põhja-Ameerikas 01.04.2009.

David MacKay on Cambridge’i Ülikooli füüsikaosakonna loodusfilosoofia professor.

2 Numbrid, mitte hinnangud

2.1 Motivatsioon

Me elame ajal, mil emotsioonid ja tunded loevad rohkem kui tõde ja teaduse tundmises valitseb ignorantsus.

James Lovelock

David Goodstein, Out of Gas (2004).

Lugesin hiljuti kahte raamatut, üks kirjutatud füüsiku, teine majandusteadlase poolt. Raamatus Out of Gas kirjeldab Caltech'i (Kalifornia Tehnoloogiainstituut) füüsik David Goodstein peagi saabuvat energiakriisi, mille toob endaga kaasa naftaajastu lõpp. Ta ennustab, et kriis saabub peagi ja tabab meid mitte siis, kui viimane piisk naftat on maapõuest kätte saadud, vaid siis, kui tootmine ei kata enam nõudlust - võib-olla juba 2015. või 2025. aastal. Ja isegi kui mesuudaksime vaid sõrmenipsuga oma energiatarbimise tuumaenergiale ümber lülitada, asendaksime Goodsteini arvates lihtsalt naftakriisi tuumkütuse kriisiga, ja seda juba umbes kahekümne aasta pärast, sest ka uraani varud ammenduksid.

Bjørn Lomborg’s The Skeptical Environmentalist (2001).

Oma raamatus The Skeptical Environmentalist maalib Bjørn Lomborg hoopis teistsuguse pildi. „Kõik on kõige paremas korras.” Enamgi veel: „kõik liigub paremuse poole.” Ning „me ei liigu energiakriisi poole” ja „energiat on piisavalt.”

Kuidas on võimalik, et kaks tarka inimest jõuavad nii erinevate järeldusteni? Ma pidin sellest aru saama.

Briti uudistesse jõudis energia 2006. aastal. Järjest hoogu koguva diskussiooni süütasid uudised kliimamuutustest ja gaasi hinna kolmekordistumisest kuue aasta jooksul. Kuidas peaks oma energiavajaduse rahuldama Suurbritannia? Aga maailm?

Näiteks „tuul või tuumaenergia?” On raske ette kujutada teemat, mis tekitaks tarkade inimeste vahel suuremat vastandumist. Ühes tuumaenergia kasutamise laiendamist käsitlevas diskussioonis ütles endine keskkonnaminister Michael Meacher: „Kui tahame vähendada kasvuhoonegaaside emissioone 60% võrra... aastaks 2050, ei ole seda võimalik teha teisiti kui läbi taastuvenergia kasutamise.” Samas ütles endine riigiteenistuja Söör Bernard Ingham, võttes sõna tuumaenergia kasutamise laiendamise poolt, et: „Need, kes loodavad [energia] puudusest üle saada taastuvenergia abil, elavad unistuste maailmas ja on minu arvates inimkonna vaenlased.”

Gaia kättemaks: Miks maailm vastu puikleb ning kuidas saaksime inimkonna siiski päästa. James Lovelock (2006).

Lahkarvamusi esineb ka keskkonnakaitsjate liikumise sees. Kõik on nõus, et midagi on vaja kiiresti teha, aga mida? Jätkusuutliku Arengu Komisjoni (Sustainable Development Commission) esimees Jonathon Porritt kirjutab: „Tuumaenergia arendamise plaanidele ei ole täna õigustust ja ... ükski selline ettepanek ei ole kooskõlas [valitsuse] kestliku arengu strateegiaga" ja „Tuumavaba stateegia peab ja on võimeline olema rohkem kui piisav, et vähendada kasvuhoonegaaside emissioone, mille peame saavutama 2050. aastaks, ja andma juurdepääsu turvalistele energiaallikatele.” Seevastu James Lovelock kirjutab oma raamatus The Revenge of Gaia: „Kestliku arendusega alustamiseks on täna juba liiga hilja.” Tema arvates on tuumaenergia „ainus efektiivne ravi," mida saame täna oma haigele planeedile pakkuda. Rannikualade tuulepargid on aga vaid „žest, millega meie juhid saavad tõestada oma keskkonnateadlikkust."

See kuum debatt sõltub eelkõige numbritest. Kui palju energiat suudaks erinevad allikad toota, milline majanduslik ja sotsiaalne kulu neil on ning millised riskid nendega kaasnevad? Kuid tegelikke numbreid kasutatakse harva. Avalikes aruteludes öeldakse lihtsalt, et „tuumaenergia neelab raha“ või et „meil on hiiglaslik kogus laine- ja tuuleenergiat.“ Sellise keelekasutuse probleemiks on fakt, et meile ei piisa teadmisest, et miski on hiiglaslik: meil on vaja teada, milline on ühe „hiiglasliku“ teguri ning ühe teise „hiiglasliku“ teguri ehk siis meie suure energiatarbe suhe. Selle võrdluse tegemiseks on meil vaja numbreid mitte hinnanguid.

Aruteludes, kus numbreid tõepoolest kasutatakse, jääb nende tähendus tihti hiiglaslikkuse varju. Need numbrid on valitud vaid mõju avaldamise või argumendi ilustamise eesmärgil ning mitte informeerimiseks. „Los Angelese elanikud sõidavad iga päev 228,5 miljonit kilomeetrit – Maa ja Marsi vahelise teekonna.“ „Igal aastal hävitatakse miljonit hektarit troopilist vihmametsa.“ „Igal aastal lisandub maailmamerre 6,3 miljonit tonni prügi.“ „Ühendkuningriikides igal aastal maha maetava paberiprahiga saaks täita 103448 kahekorruselist bussi.“

Kui kõik energiakriisi lahendamiseks välja käidud ebaefektiivsed ideed omavahel otsamisi kokku panna, ulatuksid need Kuule ja tagasi...pakun mina välja.

Milline mõju on tähendusrikaste numbrite ja faktide puudusel? Kogu see lõputu hulk segaseid andmeid ja informatsiooni ajab meil pea segi. BBC jagab soovitusi, kuidas igaüks saaks anda oma panuse planeedi päästmiseks. Näiteks: „Lülitage oma telefonilaadija välja, kui te seda ei kasuta.“ Kui keegi julgeb vastu vaielda, et telefonilaadijad pole tegelikult meie peamised energiatarbijad, tuuakse välja mantra „iga pisike samm on samm õiges suunas.“ Iga pisike samm aitab? Palju realistlikum on mantra: kui igaüks panustab vaid veidi, on tulemuseks vaid väike muutus.

Ka ettevõtted panustavad sellesse igapäevasesse jamaajamisse, proovides meile selgeks teha kui imelised nad on või kuidas nad aitavad „meil oma panuse anda.“ Näiteks tähistatakse British Petroleum'i veebilehel süsinikdioksiidi emissioonide loodetavat vähenemist tänu BP laevade värvimiseks kasutatava värvi vahetamisele. Kas keegi üldse seda usub? Kõik peaksid ju aru saama, et meie ühiskonna süsinikdioksiidi emissioonide vähendamise seisukohast pole oluline, kuidas värvitakse laeva välimist külge – oluline on vaid see, mis toimub tankri sisemuses. BP tuli välja ka veebipõhise süsinikubalansi teenusega targetneutral.com, mis väidab, et nad „neutraliseerivad“ kõik teie süsinikuemissioonid ning et see on „planeedile tasuta“ - oma süsinikdioksiidi saaste saate nullida vaid naela eest aastas! Kuidas saab see tõsi olla? Kui kliimamuutuse probleemi parandamise tõeline kulu on tõesti naela inimese kohta, suudaks valitsus selle probleemi lahendada lihtsalt kantsleri taskus oleva lahtise raha abil!

Veelgi tüütumad on ettevõtted, kes kasutavad meie muret keskkonna pärast ära, pakkudes „veepõhiseid akusid,“ „biolagunevaid mobiiltelefone,“ „kaasaskantavaid kergesti monteeritavaid tuulegeneraatoreid“ ning muid mõttetuid vidinaid.

Ka kampaaniate väljamõtlejad proovivad meid eksitada. Inimesed, kes tahavad tuumaenergia asemel rõhutada taastuvenergiaallikate kasutamist, ütlevad näitaks, et „rannikualade tuuleenergia abil saaks toota energiat kõigi Ühendkuningriikide majapidamiste jaoks“ ning et „uued tuumajaamad ei aitaks meil kliimamuutuse vastu võidelda,“ sest uut tuumajaama vähendaksid emissioone vaid umbes võrra. See argument on ekslik, sest keset lauset muudetakse seda, millest jutt käib: energiat vajavate majapidamiste arv muutub emissioonide vähendamiseks. Tegelikkuses on nende suurepäraste tuulegeneraatorite poolt toodetav elektrienergia hulk täpselt sama suur mida saaks toota nende tuumajaama abil! „Kõigi Ühendkuningriikide majapidamiste energiaga varustamine“ moodustab vaid Ühendkuningriikide emissioonidest.

Joonis 1.1: See Greenpeace'i lendleht saabus minu postkasti 2006. aasta maikuus. Kas kuumalt armastatud tuulegeneraatorid suudaksid tõesti need vihatud jahutustornid asendada?

Võib-olla on meie kuningriigi kõige suuremaks jamaajajaks inimesed, kes peaksid justkui targemad olema – meediapublikatsoonid, kes seda jama tõe pähe müüvad: näiteks New Scientist oma artikliga vee jõul töötavast autost.

Ühiskonnas, kus inimesed numbreid õieti ei mõista, võivad ajalehed, kampaaniate tootjad, ettevõtted ning poliitikud justkui ükskõik mida teha.

Meil on vaja lihtsaid numbreid ning need numbrid peavad olema arusaadavad, võrreldavad ning meeldejäävad.

Õigete numbrite abil suudame kergemini vastata järgnevatele küsimustele:

  1. Kas Suurbritannia sarnane riik suudaks tõepoolest elada ära vaid omaenda taastuvenergiaallikatest?
  2. Kui igaüks meist keeraks oma termostaati ühe kraadi võrra välistemperatuurile lähemale, sõidaks väiksema autoga ning lülitaks mobiililaadijad väljaspool nende kasutamisaega välja saaksime energiakriisi tõepoolest vältida?
  3. Kas transpordis kasutatavate kütuste aktsiisi tuleks märkimisväärselt tõsta? Kas teede kiiruspiirangud tuleks poole võrra väiksemaks teha?
  4. Kas tuumajaamade asemel tuuleparke pooldavad inimesed on rahvavaenlased?
  5. Kui kliimamuutus on „suurem oht kui terrorism,“ kas siis valitsused peaksid kriminaliseerima „reisimise populariseerimise“ ning jõustama tarbimist reklaamivate tegevuste vastased seadused?
  6. Kas üleminek „järgmise põlvkonna tehnoloogiatele“ võimaldaks meil süsinikdioksiidi emissioone vähendada ilma, et peaksime selleks oma eluviisi muutma?
  7. Kas inimesi peaks julgustama sööma rohkem taimetoitu?
  8. Kas inimeste arv planeedil on kuus korda liiga suur?

2.1.1 Milleks energiapoliitikast rääkida?

Praeguste energiateemaliste arutelude aluseks on kolm erinevat teemat.

Joonis 1.2: Kas „meie“ fossiilkütused hakkavad otsa saama? Põhjamere toornafta kogutoodang ning hind barreli kohta 2006. aastal.

Esiteks: fossiilkütused on lõplik energiaallikas. Tundub võimalik, et odav kütus (mille jõul meie autod ja veokid sõidavad) ja odav gaas (millega kütame paljusid hooneid) saab juba meie eluajal otsa. Seega proovime leida alternatiivseid energiaallikaid. Tõepoolest: teades, et fossiilkütused on väärtuslikud ning kasulikud näiteks plastmassi ja muude põnevate asjade tootmisel, peaksime ehk tõepoolest neid veidi mõttekamalt kasutama ning mitte lihtsalt põletama.

Joonis 1.3: Ühendkuningriikide elektrijaamade sulgemise tõttu tekkiv energiapuudujääk vastavalt energiaettevõtte EdF andmetele. Sellel graafikul on näidatud tuumaelektriaamade ja kivisütt või naftat põletavate elektrijaamade energiavõimekus kilovatt-tundides inimese kohta päevas. See võimekus on energiaallika poolt maksimaalne toodetav võimsus.

Teiseks: meid huvitab energiatarne kindlustamine. Isegi juhul, kui fossiilkütused on tulevikus kusagil maailmanurgas veel saadaval, ei tahaks me neist sõltuda, sest nii muutuks meie majandus ebausaldusväärsete välismaalaste tujude tõttu haavatavaks. (Loodan, et saate aru, et viskasin siinkohal lihtsalt nalja.) Joonise 1.2 põhjal tundub tõesti, et „meie“ fossiilkütuste toodang on tõepoolest oma haripunkti juba saavutanud. Ühendkuningriikide kohal hõljub tõesti tume pilv, mida tuntakse ka „energiapuudujäägi probleemi“ nime all. Järgmise kümnendi jooksul suletakse suurel hulgal vanu kivisöe- ning tuumaenergiajaamasid (Joonis 1.3), mistõttu on võimalik, et mõnikord ületab energianõudlus energiatoodangu – seda juhul, kui adekvaatseid tagavaraplaane ei rakendata.

Kolmandaks: on vägagi usutav, et fossiilkütuste kasutamine muudab meie kliimat. Kliimamuutuse põhjustamises süüdistatakse mitmeid inimtegevusi, kuid neist suurimaks on kasvuhooneefekti suurenenud mõju läbi atmosfääri süsinikdioksiidi () sisalduse tõusu. Enamik süsinikdioksiidi emissioone pärinevad fossiilkütuste põletamisest. Ning peamine põhjus, miks me fossiilkütuseid põletame, on energia. Seega: et kliimamuutusega võidelda, peame energia saamiseks leidma uue viisi. Kliimaprobleem on tegelikult energiaprobleem.

Pole oluline, milline neist kolmest teemast sind kõige rohkem muretsema paneb: meil on vaja teada olulisi energia kohta käivaid numbreid ning töötavaid poliitilisi otsuseid.

Esimesed kaks murekohta on fossiilkütuste kasutamise drastilise vähendamise seisukohalt sõna otseses mõttes isekad põhjused. Kolmas mure aga – kliimamuutus – on veidi altruistlikum põhjus: kliimamuutusega kaasnevaid tagajärgi peavad suuremas osas kannatama järgnevate sadade aastate tulevikupõlvkonnad ning mitte meie ise. Öeldakse näiteks: „Mis vahet sel on, kas mina midagi teen? Hiina on täiesti kontrolli alt väljas!“ Seetõttu arutlen ma järgnevalt veidi rohkem kliimamuutuse teemal, sest selle raamatu kirjutamise ajal leidsin ma mõningaid huvitavaid fakte, mis neile eetilistele küsimustele veidi rohkem valgust heidavad. Kui kliimamuutus sind üldse ei huvita võid vabalt otse järgmise alapeatüki juurde edasi asuda.

2.1.2 Kliimamuutus kui motivaator

Kliimamuutuse kui motivaatori kirjeldamisel kasutatakse kolme tegurit: esiteks: inimeste poolne fossiilkütuste põletamine põhjustab atmosfääri süsinikdioksiidi sisalduse tõusu; teiseks: süsinikdioksiid on kasvuhoonegaas; kolmandaks: kasvuhooneefekti suurenemine tõstab keskmist globaalset temperatuuri (ning põhjustab ka muid asju).

Joonis 1.4: Süsinikdioksiidi () konsentratsioonid (osakest miljoni kohta) viimase 1100 aasta jooksul, mõõdetuna nii puuritud jääs (aastani 1977) kui ka otseselt (Hawaiil, alates 1958). Mulle tundub, et aastate 1800 ning 2000 vahel justkui toimus midagi. Tõstsin esile aasta 1769, mil James Watt patenteeris oma aurumootori. (Esimene praktikas kasutatav aurumootor leiutati küll 70 aastat varem, aastal 1698, kuid Watt'i mootor oli palju efektiivsem.)  

Alustame faktist, mis ütleb, et süsinikdioksiidi konsentratsioon atmosfääris on tõusutrendis. Joonisel 1.4 on toodud õhu konsentratsioonid alatest aastast 1000 kuni praeguseni. Mõned „skeptikud“ väidavad, et konsentratsiooni kasv on loomulik nähtus. Kas „skeptik“ tähendab inimest, kes pole üldse neid andmeid vaadanudki? Kas teile ei tundu, et äkki juhtus aastate 1800 ning 2000 vahel midagi? Miskit, mida eelneva tuhande aasta jooksul loomulike nähtuste seas ei esinenud?

Joonis 1.5: Ühendkuningriikide ja maailma kivisöetoodangu ajalugu aastatel 1600-1910. Tootmismahud on näidatud ühikutes miljard tonni süsinikdioksiidi – tõepoolest hoomamatu ühik, kuid ärge muretsege, isikustame selle kohe.

Midagi tõepoolest juhtus – seda nimetatakse tööstuslikuks revolutsiooniks. Märkisin graafikule aasta 1769, mil James Watt patenteeris oma aurumootori. Kuigi esimene praktikas kasutatav aurumootor leiutati juba 1698. aastal, oli see just Watt'i palju efektiivsem aurumootor, mis tööstusrevolutsioonile suure tõuke andis. Üheks selle aurumootori peamiseks rakenduseks oli vee välja pumpamine kivisöekaevandustest. Joonisel 1.5 on näidatud, mis juhtus Briti kivisöetoodanguga pärast 1769. aastat. Sellel joonisel on ühikuna kasutatud kivisöe põletamisel vabaneva süsinikdioksiidi kogus miljardites tonnides. 1800. aastal kasutati kivisütt raua tootmisel, laevaehituses, hoonete kütmisel, rongide ja muude masinate tööshoidmisel ning muidugi ka nende pumpade käitamiseks, mis võimaldasid veel rohkema hulga kivisöe kaevandamist Inglismaa ja Walesi mägedest. Suurbritannia oli kivisöe osas rikas: tööstusrevolutsiooni algushetkel oli Suurbritannia all peidus sama palju kivisütt kui praegu on Saudi Araabia all peidus naftat.

Suurbritannia aastane kivisöetoodang kahekordistus vaid kolmekümne aasta jooksul, aastatel 1769-1800. Ning järgmise kolmekümne aasta jooksul (1830) oli see uuesti kahekordistunud. Järgmine tootmismahtude kahekordistumine toimus aga juba aastaga (1850) ning veel järgmine samuti vaid aasta jooksul (1870). Selle kivisöe abil muutis Suurbritannia kogu maakera roosaks. Inglismaale ning Walesi saabuvat rikkust näitas hästi ka elanikkonna ennenägematu kasv:

Rahvastiku kasv Inglismaal, Walesis ja maailmas.

Revolutsiooni üleilmastumise tõttu hakkasid ka teised riigid sarnaselt käituma. Joonisel 1.6 on näidatud Suurbritannia ning maailma kivisöetoodang samas skaalas, mis joonisel 1.5, kuid aastat hiljem. Suurbritannia kivisöetoodangu tipphetk saabus 1910. aastal, kuid maailma kivisöetoodang jätkas kahekordistumist iga järgmise aasta möödumisel. Kivisöetoodangu tootmise ajalugu on raske esitada vaid ühel graafikul. Et näidata samas skaalas, mis juhtus järgmise aasta jooksul, peaks see raamat olema ühe meetri kõrgune! Et see probleem kuidagi lahendada, võime muuta näiteks vertikaaltelgede skaalat:

Kivisöe tootmise kasv aastatel 1600-2000.

või siis võime vertikaaltelje ebaühtlasel moel kokku suruda nii, et samal graafikul on üheaegselt näha nii suured kui ka väiksemad väärtused. Sellise telje kokkusurumise heaks meetodiks on logaritmiline skaala, ning seda ma joonise 1.7 kahel alumisel graafikul kasutasingi. Logaritmilisel skaalal esitatakse kõiki kümnekordseid tõuse (ühest kümneni, kümnest sajani, sajast tuhandeni, jne) ühtlaste vahemaadena. Logaritmilises skaalas esitatakse suurus, mis kasvab aastas konstantse protsendi võrra (seda nimetatakse eksponentsiaalseks kasvuks), sirgjoonena. Logaritmilised skaalad on kasvutrendi uurimiseks suurepärased. Kui eelnevad joonised näitavad meile, et Suurbritannia ning maailma kivisöetoodang kasvas märgatavalt ning et nii meie kui ka maailma rahvastik kasvas märgatavalt, ei ole nende suuruste kasvu kiirus neil tavapärastel joonistel selge. Tänu logaritmilistele graafikutele saame neid kasvukiiruseid aga kergesti võrrelda. Kui uurime näiteks rahvastiku kasvu kujutava joone tõusu, siis näeme, et maailma rahvastik kasvas viimase aasta jooksul veidi kiiremini kui Inglismaa ja Walesi rahvastik 1800. aastal.

Joonis 1.6: Mis juhtus edasi. Suurbritannia ning maailma kivisöetoodangu ajalugu aastatel 1650 kuni 1960 samas skaalas nagu Joonis 1.5.

1769. ja 2006. aasta vahel kasvas maailma aastane kivisöetoodang 800 korda. Kivisöe toodang kasvab ka praegu. Lisaks kaevandatakse ka teisi fossiilkütuseid – Joonisel 1.7 toodud keskmine joon kujutab näiteks naftatoodangut. Kuid kui rääkida vaid emissioonidest, on peamiseks teguriks jätkuvalt kivisüsi.

Fossiilkütuste põletamine on konsentratsiooni tõusu seisukohalt peamine põhjus. See on fakt, kuid oodake: kuulen kliimaaktivistidelt pidevalt mingeid kommentaare. Mida nad seletavad? Siin on Dominic Lawson, ajalehe Independent kolumnist:

„Fossiilkütuste põletamine lisab atmosfääri umbes seitse gigatonni süsinikdioksiidi aastas“ – see kõlab tõesti suure arvuna. „Kuid biosfäär ning ookeanid lisavad atmosfääri igal aastal vastavalt umbes 1900 ning 36000 gigatonni süsinikdioksiidi - ...see on üks põhjus, miks mõned meist kasvuhooneefekti inimtekkelise mõju rõhutamise suhtes skeptilised on. Inimtekkeliste -emissioonide vähendamine on megalomaania – inimeste olulisusega liialdamine. Poliitikud ei saa ilma muuta.“

Mul on skeptilisuse jaoks piisavalt aega ning tõepoolest pole kõik skeptikute arvamused täielik jama – kuid vastutustundetu ajakirjandus, mida Dominic lawson esitab, vajab korralikku keretäit.

Esiteks tuleb ära märkida, et kõik kolm Lawsoni poolt esitatud numbrit (, 1900 ja 36000) on valed! Õiged numbrid oleks , 440 ja 330. Kuid jätame need numbrid praegu kõrvale ning keskendume Lawsoni peamisele punktile: inimtekkeliste emissioonide suhteline väiksus.

Jah – looduslikud -vood on tõepoolest suuremad kui meie poolt põhjustatud lisavoog, mille me 200. aasta eest fossiilkütuste kasutamise tõttu süsteemi lisasime. Kuid on väga ekslik esitada atmosfääri lisanduvaid suuri looduslikke koguseid ilma mainimata, et peaaegu samal hulgal liigub atmosfäärist süsinikdioksiidi ka biosfääri ning ookeanitesse tagasi. Asja tuum seisneb faktis, et need looduslikud vood atmosfäärist välja ning atmosfääri sisse on tuhandete aastate jooksul alati peaaegu tasakaalus olnud. Seega pole üldse oluline, et need looduslikud vood on inimtekkelistest emissioonidest palju suuremad. Looduslikud vood tasakaalustavad üksteist. Seega hoidsid need looduslikud vood, nii suured kui nad ka ei olnud, atmosfääri ja ookeani konsentratsiooni paari viimase tuhande aasta jooksul ühtlasena. Fossiilkütuste põletamine aga tekitab süsiniku lisavoo, mis on küll väike, kuid mida ei hoita tasakaalus. Toon näiteks lihtsa analoogi lennujaama saabuvate lendude passikontrolli abil. Igas tunnis saabub passikontrolli tuhat reisijat ning kontrollalas töötab täpselt nii palju tolliametnikke, et suudetakse kontrollida tuhat passi tunnis. Järjekord on keskmise suurusega, kuid kuna saabuvate reisijate arv on teeninduskiirusega tasakaalus, ei kasva järjekord pikemaks. Kujutagem nüüd ette, et udu tõttu suunatakse mingi hulk lende väiksemast lennujaamast siia ümber. See lisavoog tähendab saabuvate reisijate terminali jaoks viitekümmet lisareisijat tunnis – see tundub meie esialgse reisijaga võrreldes väikse arvuna. Esialgu ametnike hulka ei suurendata ning kontrollitakse jätkuvalt tuhat passi tunnis. Mis juhtub? Aeglaselt järjekord pikeneb. Fossiilkütuste põletamine suurendab vaieldamatult atmosfääri ning ookeani konsentratsiooni. Ükski kliimateadlane ei vaidle sellele faktile vastu. Kui asi puudutab süsinikdioksiidi konsentratsiooni, on inimene oluliseks teguriks.

Joonis 1.7: Ülaltoodud graafikul on näidatud süsinikdioksiidi () konsentratsioon (osakest miljoni kohta) viimase 1100 aasta jooksul – samad andmed, mille esitasime Joonisel 1.4.  
Siin on James Watt'i portree ning tema 1769. aasta aurumootor.

Keskmisel joonisel on (logaritmilises skaalas) toodud Ühendkuningriikide kivisöetoodangu ajalugu, Saudi naftatoodang, maailma kivisöetoodang, maailma naftatoodang ning (üleval paremas nurgas) kõigi kasvuhoonegaaside kogus aastal 2000. Kõik tootmismahud on väljendatud neile vastavate emissioonide ühikuna.

Alumisel graafikul on (logaritmilises skaalas) näidatud mõned tööstusrevolutsiooni tagajärjed: Inglismaa ning hiljem kogu maailma rahvaarvu järsk suurenemine; Suurbritannia malmitoodangu hämmastav kasv (tuhandetes tonnides aasta kohta) ning Briti laevade tonnaaži kasv (tuhandetes tonnides).

Eelmistel lehekülgedel toodud tavaliste joonistega võrreldes võimaldab logaritmiline skaala meil esitada nii Inglismaa kui kogu maailma rahvaarvu ühel graafikul ning uurida mõlema joone omapärasi lähemalt.

Hea küll. Fossiilkütuste põletamine suurendab tunduvalt konsentratsiooni atmosfääris. Kuid mis tähtsust sel on? „Süsinik on loodus!“ meenutavad naftamagnaadid meile, „Süsinik on elu!“ Kui süsinikdioksiidil poleks negatiivset mõju, ei tähendaks süsinikuemissioonid tõepoolest midagi. Kahjuks on süsinikdioksiidi näol tegu aga kasvuhoonegaasiga - mitte küll kõige hullemaga neist, kuid siiski olulisega. Selle lisandumisel atmosfääri käitub see samamoodi kui iga teine kasvuhoonegaas: see neelab Maalt kiirguvat infrapunakiirgust (soojust) ning juhib selle suvalises suunas tagasi. See atmosfäärilise soojusliikluse suvalise tagasisuunamise mõju takistab planeedi jahtumist – just nagu tekk. Seega on süsinikdioksiidil soojendav mõju. See fakt ei põhine mitte globaalsete temperatuuride ajaloolistel andmetel vaid molekuli lihtsatel füüsikalistel omadustel. Kasvuhoonegaasid käituvad tekina ning on selle teki üks kiht.

Seega – kui inimkonnal õnnestub konsentratsiooni kahe- või kolmekordistada (ning paistab, et niimoodi jätkates me selleni ka tõepoolest jõuame), mis siis saab? Selle koha peal on suur hulk ebakindlust. Kliimateadus on kompleksne. Kliima on üks keeruline, muutlik elukas, ning raske on täpselt ennustada kui suure soojenemise kahekordistumine endaga kaasa tooks. Parimate kliimamudelite konsensuse kohaselt võib ennustada, et kahekordistumisel oleks ligikaudu sama mõju mis Päikese intensiivsuse suurenemisel 2% võrra. See aga tõstaks keskmist globaalset temperatuuri umbes 3C võrra. Seda nimetaks iga ajaloolane „halvaks asjaks.“ Ma ei hakka kõiki tõenäolisi drastilisi mõjusid siinkohal üles loetlema – olen kindel, et oled neid juba kuulnud. See nimekiri algab väitega „Gröönimaa jääkiht sulaks aeglaselt ning paarisaja aasta jooksul tõuseks merevee tase umbes meetri võrra.“ Suur osa neist tagajärgedest mõjutaks vaid tulevasi põlvkondi. Selliseid temperatuure pole Maal nähtud viimase aasta jooksul ning on mõeldav, et nende mõju meie ökosüsteemidele on nii suur, et mitmed taimed lõpetaksid Maal kasvamise ning mitmeid teenuseid poleks enam võimalik kasutada.

Kliima modelleerimine on keeruline ning täis erinevaid võimalikke lahendusi. Kuid ebakindlus selle kohta, kuidas kliima täpselt lisa-kasvuhoonegaaside mõjule reageerib, ei tähenda, et me ei peaks selle osas midagi ette võtma. Kui sa sõidaksid halva nähtavusega kiirel mootorrattal kaljuäärel ilma hea maakaardita, ei õigustaks kaardi olemasolu puudumine ju sama hullumeelse kiirusega jätkamist!

Kes siis peaks pidurile vajutama? Kes peaks meie süsinikdioksiidi emissioonid ära koristama? Kes vastutab kliimamuutuse eest? See on muidugi vaid eetiline küsimus ning mitte teaduslik, kuid iga eetiline diskussioon peab põhinema faktidel. Vaatleme nüüd lähemalt kasvuhoonegaaside emissioonidega seotud fakte. Kuid esmalt selgitan veidi nende mõõtmiseks kasutatavaid ühikuid. Kasvuhoonegaaside all peetakse silmas süsinikdioksiidi, metaani ning dilämmastikoksiidi; kõigi nende gaaside omadused on erinevad, kuid kõigi nende emissioone väljendatakse ühikutes „süsinikdioksiidi-ekvivalentkogus,“ milles „ekvivalent“ tähendab, et selle soojendav mõju 100-aastase perioodi jooksul on sama. Üks tonn süsinikdioksiidi ekvivalenti lühendatakse kujule „1tCO2e,“ ning üks miljard tonni (tuhat miljonit tonni) kujule „1GtCO2e“ (üks gigatonn). Selles raamatus tähendab tonn kilogrammi SI-ühikutes. Ma ei hakka paralleelselt inglise mõõtesüsteemi tonni kasutama, sest see erineb SI tonnist vähem kui võrra.

Aastal 2000 oli kogu maailma kasvuhoonegaaside emissioonide hulk ligikaudu 34 miljardit tonni ekvivalenti aastas. See on ettekujuteldamatu number. Kuid saame selle muuta veidi mõistlikumaks ning isiklikumaks kui jagame selle maailma elanike arvu ehk miljardiga. Saame tulemuseks kasvuhoonegaaside emissioonide hulga inimese kohta ehk umbes tonni e aastas. Seega saame maailma emissioonide hulka esitada sellise ristküliku abil, mille laius on rahvaarv ( miljardit) ning mille kõrgus on emissioonide hulk elaniku kohta.

Emissioon ristkülikuna mille laius on rahvaarv (6 miljardit) ning mille kõrgus on emissioonide hulk elaniku kohta.

Tõsi – mitte kõik elanikud pole võrdsed – mitte igaüks ei tekita tonni e aastas. Esitame 2000. aasta emissioonid lahtiseletatutena, et näidata, kuidas see 34 miljardi tonnine ristkülik jaotub maailma eri osade vahel:

Emissioonid jaotatuna maailma eri osade vahel.

See joonis, mis on eelmisega samas skaalas, jaotab maailma kaheksaks piirkonnaks. Iga ristküliku pindala kujutab selles piirkonnas atmosfääri paisatud kasvuhoonegaaside hulka. Ristküliku laius vastab selle piirkonna rahvaarvule ning selle kõrgus piirkonna ühe elaniku keskmisele reostustasemele.

2000. aastal oli keskmise Euroopa elaniku kasvuhoonegaaside emissioonide hulk maailma keskmisest kas korda suurem ning Põhja-Ameerika vastav näitaja maailma keskmisest neli korda suurem.

Võime neid lahtreid veelgi väiksemaks jagada, näidates piirkondade asemel riike. Siinkohal muutub asi eriti huvitvaks:

Emissioonid jaotatuna riikide vahel.

Suurima ühe elaniku kohta käiva emissioonide hulgaga riigid on Austraalia, USA ja Kanada. Neile järgnevad Euroopa riigid, Jaapan ning Lõuna-Aafrika. Euroopa riikide seas on Ühendkuningriigid täiesti keskmised. Kuid milline on siis olukord Hiinaga – selle paha, „kontrolli alt väljas“ riigiga? Jah, Hiina ristküliku pindala on ligikaudu sama, mis Ameerika Ühendriikidel, kuid tõsiasi on, et emissioonide hulk elaniku kohta on allpool maailma keskmist. India emissioonide hulk elaniku kohta on vähem kui pool maailma keskmisest. Lisaks tasub silmas pidada, et suur osa Hiina ja India tööstuslikest emissioonidest pärineb rikastele riikidele mõeldud asjade tootmisest.

Seega, kui otsustame, et kasvuhoonegaaside emissioonide osas tuleb „midagi ette võtta,“ siis kellele langeb see vastutus? Nagu juba ütlesin, siis on see küsimus eetiline. Kuid raske on kujutada ette eetilist süsteemi, kus eitatakse, et vastutus peaks langema eelkõige selle graafiku vasakule poolele jäävatele riikidele: neile, kelle emissioonid on maailma keskmisest kaks, kolm või isegi neli korda suuremad. Need on riigid, kes saavad seda endale lubada. Riigid nagu näiteks Suurbritannia ja USA.

Kliimamõju ajalooline vastutus

Kui me eeldame, et inimtegevus on kliimale negatiivset mõju avaldanud, ning et keegi peab selle probleemi lahendama, siis kes selle eest maksab? Tihti öeldakse, et „saastaja peaks maksma.“ Eelmistelt joonistelt võisime välja lugeda, kes need saastajad siis hetkel on. Kuid tegelikkuses ei loe mitte emissioonide tekitamise praegune kiirus vaid pika ajaperioodi kumulatiivne kogusaaste. Suur osa atmosfääri paisatud süsinikdioksiidist (ümbes üks kolmandik) jääb sinna vähemalt järgmiseks 50ks või 100ks aastaks pidama. Kui me nõustume eetilise mõttega, mille kohaselt saastaja peaks vastutama, siis peaksime küsima, milline on iga riigi ajalooline emissioonide jalajälg. Järgmisel joonisel on toodud iga riigi koguemissioonid väljendatuna keskmise saastamiskiirusena perioodil 1880-2004.

Emissioonid jaotatuna riikide vahel, inimese kohta.

Palju õnne, Suurbritannia! Ühendkuningriigid on poodiumikohal! Me võime küll praegu pidada end keskmiseks Euroopa riigiks, kuid ühe elaniku kohta käivat ajaloolist saastekiirust kujutaval graafikul oleme me USA järel teised.

Joonis 1.8: Globaalsete emissioonide kaks võimalikku stsenaariumi vastavalt Baeri ja Mastrandrea tulemustele. Ühikuteks tonni elaniku kohta aastas; rahvaarvuks miljardit. Mõlema stsenaariumi puhul usutakse, et meil on veel väike võimalus hoida ära temperatuuri tõusu rohkem kui 2C võrra.

Hea küll, jätame eetika kõrvale. Mida tuleks teha teadlaste arvates, et vältida olukorda, kus Maa temperatuur tõuseb 2C võrra (-kraadine tõus tähendab teadlaste ennustuste kohaselt suurel hulgal ebameeldivaid tagajärgi)? Konsensus on selge. Meil tuleb lõpetada fossiilkütuste sõltuvus ning seda tuleb teha kiiresti. Mõned riigid, seehulgas Suurbritannia, on lubanud oma kasvuhoonegaaside hulka 2050ndaks aastaks 60% võrra vähendada, kuid siinkohal tuleb rõhutada, et isegi nii radikaalne kui seda on -protsendiline vähendamine, sellest siiski ei piisa. Kui kogu maailma emissioonide hulk väheneks 60% võrra ühtlase kiirusega aastaks 2050, tõuseks planeedi keskmine temperatuur teadlaste sõnul suure tõenäosusega ikkagi rohkem kui 2C võrra. Joonisel 1.8 on näidatud, mida peaksime tegelikult tegema. Sellel graafikul on toodud Public Policy Research instituudi raportis avaldatud kaks võimalikku emissioonide vähendamise ohutut stsenaariumit – nende autoriteks on Baer ja Mastrandrea (2006). Alumine joon eeldab, et emissioonide vähendamine algab aastal 2007 ning et emissioonide vähenemise kiirus on umbes aastas. Ülemine joon eeldab veidi hilsemat algust ning emissioonide vähenemise kiirust 4% aastas. Arvatakse, et mõlema stsenaariumi abil on võimalik globaalseid temperatuure hoida allpool seda kriitilist 2C tõusu (võrreldes tööstusrevolutsiooni-eelsete temperatuuridega) väärtust. Alumise stsenaariumi puhul peetakse edu tõenäosuseks 926% ning ülemise puhul 1643%. Need võimalikud ohutud emissioonide vähendamise trajektoorid hõlmavad endas muide palju järsemaid emissioonide hulga muutuseid kui ükskõik millised Kliimamuutuse Paneeli (Panel on Climate Change, IPCC) või Sterni ülevaate (2007) stsenaariumid.

Need võib-olla ohutud trajektoorid tähendavad, et globaalne emissioonide hulk peaks aastaks 2050 langema 70% või 85% võrra. Mida tähendaks see sellisele riigile nagu Suurbritannia? Kui me usume „vähendamise ja koondumise“ ideed, mille kohaselt kõikide riikide emissioonide hulk elaniku kohta on tulevikus võrdne, tuleks Suurbritannial oma emissioone 85% võrra vähendada: meil tuleks oma praegusest saastehulgast, milleks on tonni e elaniku kohta aastas, jõuda 2050ndaks aastaks saastetasemeni tonn aastas elaniku kohta. See on nii järsk muutus, et minu arvates on kergeimaks viisiks lihtsalt mõelda: lõpp fossiilkütustele.

Joonis 1.9: Maailma kasvuhoonegaaside emissioonid (2000) põhjuste ja gaaside kaupa. „Energia“ sisaldab endas elektrijaamasid, tööstuslikke protsesse, transporti, fossiilkütuste põletamist ning hoonete energiakasutust. „Maakasutus, biomassi põletamine“ tähendab muutusi maakasutuses, metsade hävitamist ning mittetaastuva biomassi, näiteks turba, põletamist. „Prügi“ all peetakse silmas prügi põletamist ning töötlemist. Kastikeste suurused kujutavad iga allika potentsiaalset soojendavat mõju 100-aastase perioodi jooksul. Allikas: Emission Database for Global Atmospheric Research.

Kliimamuutuste motivatsioonide kohta tuleks veel mainida, et kuigi erinevad inimtegevused põhjustavad kasvuhoonegaaside emissioone, on kaugelt suurimaks reostajaks energiasektor. Mõned inimesed õigustavad oma tegevusetust, öeldes, et „Krooksuvate lehmade poolt toodav metaan põhjustab rohkem soojenemist kui lendamine.“ Jah, põllumajanduslikud kõrvalsaadused põhjustasid aastal 2000 kaheksandiku kasvuhoonegaaside emissioonidest. Kuid energiasektor panustas sellesse lausa kolmandiku (Joonis 1.9). Kliimamuutuse probleem on peamiselt energiaprobleem.

2.1.3 Hoiatused lugejale

Hea küll, aitab kliimamuutusest. Ma eeldan, et meil on motivatsioon lõpetada fossiilkütuste kasutamine. Ükskõik, milline on sinu motivatsioon, on selle raamatu eesmärgiks aidata sul leida need numbrid ning arvutused, tänu millele saaksid sa erinevaid poliitilisi otsuseid paremini hinnata ning mõista, millised lahendused ka tegelikkuses töötaksid. Ma ei väida, et selles raamatus toodud arvutused ja numbrid on midagi uut – näiteks Goodsteini, Lomborgi ja Lovelocki raamatud, millest ma juba rääkisin, on huvitavaid numbreid ja kiireid rehkendusi täis. Lisaks kubiseb terve internet igasugustest kasulikest allikatest (vaata peatükkide lõpus toodud märkmeid).

Joonis 1.10: Prinditud PRIVATE EYE/Peter Dredge (www.private-eye.co.uk) lahkel loal.

Minu raamatu eesmärgiks on muuta need numbrid lihtsateks ning meeldejäävateks; näidata, kuidas ka sina ise neid numbreid leida saad ning muuta meie olukord nii selgeks, et iga isemõtlev lugeja suudaks sellest järeldusi teha. Ma ei taha sulle lihtsalt omaenda järeldusi ette sööta. Veendumused on tugevamad, kui need tulevad inimeselt endalt ning mitte koolipingist. Mõistmine on loominguline protsess. Loodan, et kui oled selle raamatu läbi lugenud, oled sa enesekindlam oma oskuses ise lahendusi leida.

Siinkohal sooviksin rõhutada, et selles raamatus tehtavad arvutused on meelega ebatäpsed. Lihtsustamine aitab meil asju paremini mõista. Esiteks: tänu numbrite ümardamisele jäävad need meile paremini meelde. Teiseks: ümmargused numbrid võimaldavad meil teha kiireid arvutusi. Selles raamatus on näiteks Ühendkuningriikide rahvaarvuks võetud miljonit ning maailma rahvaarvuks miljardit. Loomulikult saaksin ma üles leida ka palju täpsemad arvud, kuid see täpsus muudaks minu mõttekäigu väga aeglaseks. Kui me näiteks leiame, et maailma kasvuhoonegaaside emissioonide hulk aastal 2000 oli 34 miljardit tonni e, siis mõistame kohe – ilma kalkulaatorita – et keskmine emissioonide hulk elaniku kohta aastas jääb kusagile ja tonni e vahele. See ligikaudne vastus pole täpne, kuid on piisav, et sel teemal huvitavaid arutelusid pidada. Kui saame näiteks teada, et üks kontinentidevaheline edasi-tagasi lennureis tekitab iga reisija kohta ligikaudu tonni süsinikdioksiidi, aitab keskmise elaniku emissioonide hulga (-koma-midagi tonni aastas) teadmine meil mõista, et vaid üks selline lennureis moodustab rohkem kui kolmandiku ühe keskmise inimese aastasest saastehulgast.

Mulle meeldib oma arvutuste aluseks võtta igapäevateadmised ning mitte kasutada ebamäärast riiklikku statistikat. Kui ma soovin näiteks hinnata Cambridge'i keskmist tuulekiirust, siis küsin: „Kas minu rattasõidukiirus on suurem kui tuulekiirus?“ Vastus on jah. Seega saan järeldada, et tuulekiirus Cambridge'is on vaid harva suurem kui minu keskmine väntamiskiirus 20km/h. Kontrollin neid igapäevaseid hinnanguid teiste inimeste arvutuste ning ametliku statistika abil. (Need on toodud peatükkide lõpus olevates märkmetes.) Selle raamatu eesmärk pole teile esitada terve hulk ülitäpseid numbreid. Tahan lihtsalt näidata kuidas kasutada ligikaudseid numbreid konstruktiivsetes aruteludes.

Neis arvutustes kasutan ma peamiselt Ühendkuningriike ning mõnikord ka Euroopat, Ameerikat või kogu maailma, kuid sul peaks olema üsna kerge neid arvutusi ükskõik millise sind huvitava riigi või piirkonna jaoks korrata.

Tahan selle peatüki lõpetada veel mõne hoiatusega. Lisaks arvutustes kasutatavate numbrite ümardamisele heidame me selles raamatus kõrvale ka igasugused detailid, mida kõik need vaesed investorid, juhid ja majandusteadlased peavad arvesse võtma. Uue taastuvenergiatehnoloogia kasutusse võtmisel võib juba -protsendiline kulude kasv tähendada edu asemel läbikukkumist, mistõttu tuleb äri kontekstis arvesse võtta kõiki pisiasju. Kuid selle raamatu radari jaoks on tühine. Selles raamatus räägime teguritest ja . Juttu tuleb taastuvenergia füüsikalistest piiridest ning mitte praegusest majanduslikust realistlikkusest. Kuigi majanduslik olukord on pidevas muutumises, ei kao fundamentaalsed piirangud kuhugi. Meil tuleb neid piiranguid mõista.

Energiapoliitikateemalised debatid on tihtipeale segadusseajavad ja emotsionaalsed, sest faktid ja eetilised väited pannakse kõik ühte patta kokku.

Faktide all pean silmas selliseid väiteid nagu „globaalne fossiilkütuste põletamine paiskab atmosfääri 34 miljardit tonni e aastas“ ning „kui konsentratsioon kahekordistub, tõuseb keskmine temperatuur järgmise aasta jooksul 1,55,8C võrra“ ja „-kraadine temperatuuritõus põhjustaks Gröönima jääkatte sulamise 500 aastaga, mis omakorda tähendaks mereveetaseme tõusu meetri võrra.“

Faktidel põhinevad väited võivad olla kas õiged või valed – kumb on kumb, on raske otsustada; see on teaduslik küsimus. Minu poolt äsja näitena esitatud väited on samuti kas õiged või valed. Kuid me ei tea, kas need on kõik õiged. Mõnede kohta võime leida hinnangu, et need on „väga tõenäolised.“ Tõsiasi, et faktide õigsuse hindamine on väga keeruline, on viinud teadlastevaheliste vaidlusteni. Kuid piisava hulga teaduslike katsete ning arutelude abil on võimalik enamusi faktilisi väiteid siiski kontrollida – või siis vähemasti veenduda, et need on väga tõenäolised.

Eetiliste argumentide näideteks võib tuua sellised laused nagu „on vale kasutada globaalseid resursse viisil, mis põhjustavad järgnevatele põlvkondadele suuri kulutusi,“ „saastamine ei tohiks olla tasuta,“ „ konsentratsiooni kahekordistumise ärahoidmise nimel tuleks midagi ette võtta,“ „poliitikud peaksid emissioonide hulka piirama“ ja „viimase sajandi suurimate emissioonidega riikidel lasub kohustus kliimamuutuse vastase võitluse ohjad enda kätte võtta“ ning „lubatavate emissioonide hulk tuleks maailma rahvastiku vahel ühtlaselt ära jagada.“ Sellised väited ei ole lihtsalt kas õiged või valed. See, kas me nendega nõustume või mitte, sõltub meie eetilistest veendumustest ning väärtustest. Eetilised väited ei sobi alati üksteisega kokku. Näiteks kuulutas Tony Blair'i valitsus välja radikaalse emissioonide poliitika: „Ühendkuningriigid peavad oma emissioone aastaks 2050 60% võrra vähendama.“ Samas julgustas tol ajal võimul olnud valitsuse kantsler Gordon Brown naftariike oma toodangut tõstma.

Joonis 1.11: Prinditud PRIVATE EYE/Paul Lowe (www.private-eye.co.uk) lahkel loal.

See raamat põhineb faktidel ning mitte eetikal. Ma tahan, et faktid oleksid üheti mõistetavad, et inimesed saaksid eetiliste küsimuste osas mõistlikke arutelusid pidada. Tahan, et kõik mõistaksid, kuidas faktid piiravad meie võimalikke valikuid. Hea teadlasena proovin alati eetilistest küsimustest eemale hoida, kuid mõnikord lipsab ka minul mõni sõna suust – andestage mulle.

Küsimus, kas on aus, et Euroopa ja Põhja-Ameerika tarbivad enamuse energiast, on eetiline. Minu eesmärgiks on meelde tuletada fakti, et me ei saa teha mõlemat korraga ja ikkagi võitjateks jääda. Tahan võimaldada sul läbi näha mõttetuid ja ebaefektiivseid lahendusi ning aidata leida selline energialahendus, mis sinu isiklike väärtustega kooskõlas oleks.

Meil on vaja plaani, mis ka tegelikkuses töötaks!

2.1.4 Märkusi ja edasine lugemine

Iga peatüki lõpus kirjeldan tekstis toodud ideede kohta käivaid detaile, andmete allikaid ning tsitaate. Lisaks toon välja mõned viited lisainformatsiooni saamiseks.

„... ei ole seda võimalik teha teisiti kui läbi taastuvenergia kasutamise;” „Need, kes loodavad [energia] puudusest üle saada taastuvenergia abil elavad unistuste maailmas ja on minu arvates inimkonna vaenlased.” Tsitaadid pärinevad BBC Raadio 4 saatest Any Questions?“, 27. jaanuar 2006. Michael Meacher oli Ühendkuningriikide keskkonnaminister aastatel 1197 – 2003. Söör Bernard Ingham oli peaminister Margaret Thatcheri nõustaja ning Valitsuse Informatsiooniteenuste juht. Ta on Tuumaenergia Toetajate ühenduse sekretär.

Jonathon Porritt (Märts 2006). Kas tuumaenergia on õige vastus? Peatükk 3. Nõuanne ministritele. www.sd-commission.org.uk

„Tuumaenergia neelab raha,“ „Meil on suur hulk lainete ja tuuleenergiat.“ Ann Leslie, ajakirjanik. BBC Raadio 4 saates „Any Questions?“, 10. veebruar 2006.

Los Angelese elanikud sõidavad ... Maalt Marsile. The Earthworks Group, 1989.

targetneutral.com võtab „neutraliseerimise“ tasuna vaid 4 naela iga tonni kohta. (Palju madalam hind kui ühelgi teisel „nullimisteenusel,“ mida ma näinud olen.) Sellise hinna korral saaks iga Suurbritannia elanik oma tonni „neutraliseerida“ vaid 44 naela eest aastas! Tõestus selle kohta, et BP „neutraliseerimisskeemid“ tegelikkuses ei tööta, pärineb tõsiasjast, et nende projektid pole Gold Standard'i (www.cdmgoldstandard.org) poolt heaks kiidetud (Michael Schlup, isiklik vestlus). Mitmed tegelikkuses mittetöötavad „süsiniku nullimise“ projektid tõi päevavalgele Financial Times'i ajakirjanik Fiona Harvey [2jhve6].

Inimesed, kes tahavad tuumaenergia asemel rõhutada taastuvenergiaallikate kasutamist, ütlevad näitaks, et „rannikualade tuuleenergia abil saaks toota energiat kõigi Ühendkuningriikide majapidamiste jaoks.“ 2007. aasta lõpus teatas Briti valitsus, et nad kiidavad heaks „kõikide Ühendkuningriikide majapidamiste“ jaoks tarvis mineva energia tootmiseks vajaliku hulga tuulegeneraatorite ehitamise. Friends of the Earth nimelise taastuvenergia ühenduse kampaaniajuht Nick Rau ütles, et neil on selle teate üle väga hea meel. „Selle tööstussektori potentsiaalne energiatoodang on hiiglaslik,“ ütles ta. [25e59w].Greenpeace'i direktori John Sauven'i sõnul oli tegu tuuleenergia revolutsiooniga (Guardian [5o7mxk]). „Leiboristidel tuleb lõpetada see tuumaenergiale keskendumine – selle abil langeks emissioonide hulk vaid võrra ning sedagi vaid kunagi kauges tulevikus.“ Nick Rau ütles: „Meil on hea meel, et valitsus näeb rannikualade tuuleenergias potentsiaali – selle abil saaks 2020ndaks aastaks toota kogu Ühendkuningriikide energiast.“ Paar nädalat hiljem teatas valitsus, et kiidetakse heaks uute tuumaelektrijaamade ehitamine. „See otsus uute tuumaelektrijaamade ehitamist lubada ei aita meil kliimamuutuse vastu võidelda,“ hoiatas Friends of Earth [5c4olc].

Tegelikkuses toodaksid need kaks tehnoloogiat – rannikualade tuulepargid ning tuumaenergia – mõlemad täpselt samal hulgal elektrit aastas. Kogu lubatud rannikualade tuuleparkide võimsus toodaks keskmiselt ehk inimese kohta päevas. Kõigi pensionile minevate tuumaelektrijaamade asendamine toodaks ehk samuti inimese kohta päevas. Kuid silmagi pilgutamata väidavad tuumaenergia vastased, et tuumaenergia „meid ei aita“ ning et „tuuleenergia varustaks kõik Ühendkuningriikide kodud energiaga.“ Fakt on see, et „kõigi Ühendkuningriikide kodude elektriga varustamine“ ning „emissioonide vähendamine vaid võrra“ on üks ja sama asi.

„vee jõul töötav auto“ New Scientist, 29. juuli 2006, lk 35. See artikkel, pealkirjaga „Vee jõul liikuv auto aastaks 2009,“ algas nõnda:

„Unustage alkoholil või taimeõlil töötavad autod. Juba lähitulevikus võib teie auto sõita lihtsalt vee abil. See oleks tõeline nullemissioon-sõiduk.“

„Kuigi vesi ei paista esmapilgul just kõige mõistlikuma energiaallikana, on sel üks suur eelis: selles leidub lõpmatus koguses vesinikku – elementi, mida peetakse roheliseks tulevikukütuseks.“

Teadustöö, mida New Scientist kirjeldas, ei olnud iseenesest rumal – selles uurimuses kirjeldati booronkütusel töötavat autot, mille keemilise reaktsiooni esimeseks sammuks oli booroni ja vee vaheline reaktsioon. Miks pidas New Scientist vajalikuks muuta see lugu millekski, milles kütuseks nimetati vett? Vesi pole kütus. Pole kunagi olnud ning ei saa seda ka kunagi olema. See on juba põletatud! Termodünaamika esimese seaduse kohaselt ei saa mittemillestki tekitada midagi (energiat) – energiat saab vaid ühest tüübist teiseks muundada. Igas mootoris tarbitav energia on pärit kusagilt mujalt. Fox News sai hakkama veelgi absurdsema looga [2fztd3].

„Kliimamuutus on maailmale palju suurem oht kui terrorism.“ Söör David King, Ühendkuningriikide valitsuse teadusalane nõustaja. Jaanuar 2004. [26e8z]

„reisimise populariseerimine“ - viide ülistamise karistussättele Ühendkuningriikide 2006. aasta 23. aprillil jõustunud terrorismiseaduses. [ykhayj]

Joonis 1.2. Joonisel on näidatud toornafta toodang, mis hõlmab enda all veeldatud süsivesinikke, maagaasi tehaste vedelikke ja teisi vedelikke ning töötlusprotsesside tulemusi. Allikad: EIA ja BP maailma energia statistikaandmed.

Esimene praktikas töötav aurumootor leiutati aastal 1968. Tegelikkuses kirjeldas aurumootorit juba Aleksandria Hero, kuid kuna järgneva 1600 aasta jooksul seda kasutusse ei võetud, nimetan ma Savery 1698. aasta leiutist esimesest praktikas töötavaks aurumootoriks.

Joonised 1.4 ja 1.7. Süsinikdioksiidi kontsentratsioonide graafik. Andmed on kogutud järgnevatest allikatest: Keeling ja Whorf (2005) (mõõtmised aastatel 1958–2004); Neftel et al. (1994) (1734–1983); Etheridge et al. (1998) (1000–1978); Siegenthaler et al. (2005) (950–1888); Indermuhle et al. (1999) (alates 11000 kuni 450 enne praegust). Seda graafikut ei tohiks muide segi ajada nö „hokikaika graafikuga,“ millel on näidatud globaalsete temperatuuride ajalugu. Täehelepanelikud lugejad kindlasti märkasid, et minu poolt esitatud kliimamuutuse argument ei maini ajaloolisi temperatuure.

Joonised 1.5-1.7: Kivisöetoodang. Andmed: Jevons (1866), Malanima (2006), Hollandi Keskkonnahinnangu Agentuur (2006), Majandusuurimuste Riiklik Büroo (2001), Hatcher (1993), Flinn ja Stoker (1984), Church et al. (1986), Supple (1987), Ashworth ja Pegg (1986). Jevons oli „Naftatoodangu tipptootmise“ autor. 1865. aastal hindas ta Suurbritannia kergesti kättesaadavaid kivisöeresursse, uuris tarbimise eksponentsiaalse kasvu ajalugu ning ennustas eksponentsiaalse kasvu lõppu ning ka seda, et ühel hetkel Suurbritannia enam maailma tööstust ei juhi. „Me ei saa oma praegust tarbimiskiiruse kasvu pikalt hoida... peame selle progressi eest maksma hakkama umbes 100 aasta pärast... järeldus on vältimatu: meie praegune majanduslik kasv ei ole lõputu.“ Jevonsil oli õigus. Järgneva sajandi jooksul saavutas Briti söetoodang tõepoolest oma haripunkti ning toimus kaks maailmasõda.

Dominic Lawson, ajalehe Independent kolumnist. Minu tsitaat on kohandatud Dominc Lawsoni artiklist, mis ilmus 2007. aasta 8. juunil.

See tsitaat pole päris täpne: ma kohandasin tema sõnu veidi lühemaks kuid jätsin hoolikalt tema vead parandamata. Kõik tema poolt mainitud kolm numbrit on valed. Selgitan, milles ta eksis. Esiteks kasutab ta sõna „süsinikdioksiid“ kuid esitab numbri, mis käib süsiniku kohta: fossiilkütuste põletamine paiskab atmosfääri 26 gigatonni aastas (mitte gigatonni). Üpriski tavaline komistuskivi. Teiseks väidab ta, et ookeanid lisavad atmosfääri 36000 gigatonni süsinikku aastas. See on palju suurem viga: 36000 gigatonni on ookeanis peituva süsiniku koguhulk! Aastas lisandub ookeanist atmosfääri palju vähem – süsinikutsükli standarddiagrammide põhjal umbes gigatonni süsinikku aastas (ehk 330GtCO2/aastas) [l6y5g]. (Usun, et see 90GtC/aastas oleks hinnanguline voog olukorras, kus atmosfääri sisaldus muutuks järsku nulliks.) Ka biosfäärist atmosfääri liikuv 1900 gigatonnine voog on vale. Standarddiagrammide kohaselt on õige number umbes gigatonni aastas (440GtCO2/aastas).

Süsinikdioksiidi molekul.

Süsinikuaatomi ja molekuli kaalude suhe on 12/44, sest süsiniku aatom kaalub ühikut ning kaks hapniku aatomid kaaluvad mõlemad . 12+16+16=44.

Seetõttu on kontsentratsiooni mõõdetud kasv täiesti ootuspärane kui eeldame, et inimtekkelised süsiniku emissioonid jäävad atmosfääri pidama. Aastatel 1715-2004 vabanes atmosfääri 1160GtCO2 – seda tänu fossiilkütuste põletamisele ja tsemenditehastele (Markland et al., 2007). Kui kogu see oleks jäänud atmosfääri pidama, oleks kontsentratsioon tõusnud väärtuseni osakest miljoni kohta (280lt 440le). Tegelik tõus on aga ligikaudu osakest miljoni kohta (275lt 377le). Seega on umbkaudu 60% meie emissioonidest praegu atmosfääri pidama jäänud.

Süsinikdioksiidil on soojendav mõju. Sellel teemal peetavad liiga emotsionaalsed debatid on üpriski väsitavad, kas pole? „Teadus on nüüd ühel meelel.“ „Ei ole!“ „On küll!“ Arvan, et siinkohal saan ma kõige kasulikum olla suunates lugejat uurima Charney et al. (1979) lühikest raportit. Selle raporti kokkuvõte on väga oluline, sest see koostati Riikliku Teaduste Akadeemia (USA-s moodustatud ühendus, mis on võrdne Ühendkuningriikide Kungingliku Seltsiga) tellimusel ning selle autorid valiti nende ekspertiisi põhjal, pidades silmas ka „sobival hulgal tasakaalu.“ Need teadlased tulid kokku Riikliku Teadusnõukogu Kliimauurimuste Ümarlaua raames ning nende ülesandeks oli hinnata inimtegevuse poolt põhjustatud süsinikdioksiidi emissioonide tagajärjena toimuvate kliimamuutuste võimalike tulevikustsenaariumite teaduslikke aluseid. Täpsemalt paluti neil „teha kindlaks peamised arusaamad, millel see küsimus põhineb, hinnata kvantitatiivselt meie arusaama nende tegurite ja protsesside adekvaatsusest ning ebamäärasusest ning esitada poliitikute jaoks arusaadavalt, kokkuvõtvalt ning objektiivselt süsinikdioksiidi/kliima probleem nii, nagu seda praegu mõistetakse.“

Raport ise on vaid lehekülge pikk ning selle saab tasuta alla laadida [5qfkaw] – soovitan seda soojalt. Selles selgitatakse, millised teaduslikud arusaamad olid juba 1979. aastal üheselt mõistetavad ning mis oli veel segane.

Toon järgnevalt ära olulisimad punktid, mis ma sellest raportist välja valisin. Esiteks tähendaks konsentratsiooni kahekordistumine troposfääri, ookeanite ja maapinna soojenemist pindalaühiku kohta käiva võimsusega ligikaudu 4W/m2 (olukorras, kus kõik muud atmosfääri omadused ei muutu). Seda soojuslikku mõju võib võrrelda atmosfääri, ookeanite ja maapinna poolt neelatava energia keskmise võimsusega, milleks on 238W/m2. Seega oleks konsentratsiooni kahekordistumisel samasugune soojendav mõju kui Päikese intensiivsuse suurenemisel 4/238=1,7% võrra. Teiseks on sellel poolt põhjustatud soojenemisel raskesti ennustatavad tagajärjed, sest atmosfääri-ookeani süsteem on uskumatult keeruline. Autorid ennustasid, et globaalne pinnatemperatuur tõuseb 2C kuni 3,5C võrra, kusjuures see tõus oleks suurim just suurematel laiuskraadidel. Kokkuvõtvalt kirjutasid autorid: „me proovisime, kuid ei suutnud teha kindlaks mitte ühtegi varem märkamata jäänud või alahinnatud füüsikalist mõju, mille abil praegu ennustatavat atmosfääri konsentratsiooni kahekordistumise poolt põhjustatavat globaalset soojenemist märkimisväärses koguses vähendada või ümber pöörata saaks.“ Nad hoiatasid, et tänu ookeanile, mis on „globaalse kliimasüsteemi käimapanev jõud,“ on täiesti võimalik, et see soojenemine saab toimuma nii aeglaselt, et selle mõju on järgmiste kümnendite jooksul keeruline tähele panna. Siiski „saab see soojenemine lõpuks toimuma ning sellega kaasnevad regionaalsed kliimamuutused...võivad olla märkimisväärsed.“

Kliimauurimuste Ümarlaua esimees, Verner E. Suomi, võttis järeldused kokku üpriski kuulsaks saanud lause abil: „Kui süsinikdioksiidi sisaldus tõusuteel jätkab, ei ole selle uurimusgrupi teadlastel mingit põhjust kahelda, et tulemuseks on kliima muutumine, ning me ei kahtle ka selles, et need muutused saavad olema märkimisväärsed.“

Ma ei hakka kõiki kliimamuutuse tõenäolisi drastilisi mõjusid siinkohal loetlema – olen kindel, et oled neid juba kuulnud. Kui mitte, vt [2z2xg7].

Maailma kasvuhoonegaaside emissioonide jaotumine piirkonniti ja riigiti. Allikas: Climate Analysis Indicators Tool (CAIT), Versioon 4.0. (Washington, DC: World Resources Institute, 2007). Esimesed kolm graafikut näitavad kõigi peamiste kasvuhoonegaaside (, , , PFC, HFC, SF6) riiklikku koguhulka, millest on välja arvatud maakasutusega seotud muutuste ning metsandusega seonduvad emissioonid. Joonisel on näidatud vaid emissioonide koguhulk.

Palju õnne, Suurbritannia! Ühendkuningriigid on poodiumikohal! Me võime küll praegu pidada end keskmiseks Euroopa riigiks, kuid elaniku kohta käivat ajaloolist saastekiirust kujutaval graafikul oleme me USA järel teised. Vabandan siinkohal Luksemburgi ees, kelle koguemissioonid elaniku kohta on ajalooliselt suuremad nii USA kui Ühendkuningriikide tulemustest – mulle tundus, et võitjate poodiumil peaks olema vaid riigid, millel on nii suur hulk elanikke kui ka emissioone. Numbrites on ajalooliselt suurimateks saastajateks USA (322GtCO2), Vene Föderatsioon (90 90GtCO2), Hina (89GtCO2), Saksamaa (78GtCO2), Ühendkuningriigid (62GtCO2), Jaapan (43GtCO2), Prantsusmaa (30GtCO2), India (25GtCO2) ja Kanada (24GtCO2). Elaniku kohta käivate emissioonide põhjal on õige järjestus aga: Luksemburg, USA, Ühendkuningriigid, Tšehhi, Belgia, Saksamaa, Eesti, Katar ja Kanada.

Mõned riigid, seehulgas Suurbritannia, on lubanud oma kasvuhoonegaaside hulka 2050ndaks aastaks 60% võrra vähendada. Tõepoolest, selle raamatu kirjutamise ajal teatas Briti valitsus lisaks, et soovib 1990ndate saastetasemega võrreldes oma emissioone lausa 80% võrra vähendada.

Joonis 1.8. Alumise stsenaariumi korral on tõenäosus, et temperatuur tõuseb üle 2C, 926%; alates aastast 2007. on koguemissioonide hulk 309GtC; konsentratsiooni tippväärtus on 410 osakest miljoni kohta ning e konsentratsiooni tippväärtus 421 osakest miljoni kohta. Aastaks 2100 langeb konsentratsioon tagasi väärtuseni 355 osakest miljoni kohta. Ülemise stsenaariumi korral on tõenäosus, et temperatuur tõuseb üle 2C, hinnanguliselt 1643%; alates aastast 2007. on koguemissioonide hulk 415 GtC; konsentratsiooni tippväärtus on 425 osakest miljoni kohta ning e konsentratsiooni tippväärtus 435 osakest miljoni kohta. Aastaks 2100 langeb konsentratsioon tagasi väärtuseni 380 osakest miljoni kohta. Vt ka hdr.undp.org/en/reports/global/hdr2007-2008/.

Lisaks kubiseb terve internet igasugustest kasulikest allikatest. Soovitan näiteks: BP koostatud Maailma Energia Statistiline Ülevaade [yyxq2m], Jätkusuutliku Arengu Komisjon www.sd-commission.org.uk, Taani Tuuleenergiatööstuse Assotsiatsioon www.windpower.org, Tuumaenergiat Pooldavad Keskkonnaaktivistid www.ecolo.org, Wind Energy Department, Risø Ülikool www.risoe.dk/vea, DEFRA www.defra.gov.uk/environment/statistics, eelkõige raamat „Ohtliku kliimamuutuse vältimine“ [dzcqq], Pembina Instituut www.pembina.org/publications.asp ja DTI (nüüd BERR) www.dti.gov.uk/publications/.

faktid ja eetilised väited... Eetilisi väiteid tuntakse ka normatiivsete väidete ehk väärtuslike hinnangute nime all. Fakte teatakse ka kui positiivseid väiteid. Eetilised väited sisaldavad tavaliselt selliseid tegusõnu nagu „peaks“ ja „peab“ või omadussõnu nagu „aus,“ „õige“ ja „vale.“ Kasulik lugemine: Dessler ja Parson (2006).

Gordon Brown. 2005. aasta 10. septembril ütles Gordon Brown, et kütuse kõrge hind kujutab Euroopa majandusele ning globaalsele kasvule märkimisväärset riski ning soovitas OPEC'il naftatoodangut suurendada. Samas ütles ta kuus kuud hiljem, et „meil on vaja rohkem tootmist, puurimist, investeeringuid – suuremat toetust naftatööstusele“ (22. aprill 2006, [y98ys5]). Selle Brownile suunatud kriitika leevendamiseks soovin ma kiita ühte tema viimase aja algatust ehk elektrisõidukite ning laetavate hübriidsõidukite populariseerimist. Nagu hiljem näete, on selle raamatu üheks järelduseks, et transpordisektori märkimisväärne elektrifitseerimine on fossiilkütustest loobumise eemärgil väga hea plaan.

2.2 Bilanss

Loodust ei saa lollitada
Richard Feynman

Tarbimine ja tootmine

Räägime energia tarbimisest ja energia tootmisest. Tänasel pöeval tuleb enamus arenenud maailmast kasutatavast energiast fossiilkütustest; See ei ole kestlik. Arutelu selle üle, kui kaua me saame fossiilkütuste abil edasi elada, on küll huvitav, aga see ei ole selle raamatu teema. Me tahaksime elada ilma fossiilkütusteta.

Me joonistame kaks tulpa. Vasakpoolses, punases tulbas me liidame kokku kogu energia tarbimise. Parempoolses, rohelises tulbas me liidame kokku taastuvenergia tootmise. Me ehitame neid kahte tulpa üles järk-järgult, liites ühikuid pärast seda, kui oleme need läbi arutanud.

Selles raamatus me küsime, kas "taastuvenergial põhinev elu on mõeldav?" Nii et me liidame kokku kõik põhimõtteliselt mõeldavad taastuvenergia allikad ja paneme nad parempoolsesse, rohelisse tulpa.

Vasakpoolses, punases tulbas me hindame "tüüpilise keskklassi inimese" tarbimist. Julgustan teid liitma kokku omaenda tarbimist, et saada ka omaenda vasakpoolne tulp. Hiljem me leiame ka tänase keskmise eurooplase ja aasialase energiatarbimise.  

Kui me hindame oma küttele, transpordile, tootmisele jne tarbitavat energiat, siis ei ole meie ülesanne lihtsalt leida oma bilansi vasakpoolsesse tulpa minevat numbrit. Püüame ka aru saada, millest see number sõltub ja kui reaalne on seda muuta.

Parempoolses, rohelises tulbas me liidame kokku taastuvenergia tootmise hinnangud Ühendkuningriikide kohta. Nii saame vastata küsimusele "kas on mõeldav, et Ühendkuningriigid elavad vaid taastuvenergia allikatest?"

Oluline oleks küsida, kas vasakpoolsesse tulpa minevad taastuvenergia allikad on ka majanduslikult teostatavad. Aga me jätame selle kõrvale - majanduslik teostatavus segab inimestel aeg-ajalt suurt pilti nägemast. Näiteks inimesed küsivad "kas tuuleenergia on odavam kui tuumaenergia?" ja unustavad küsida "kui palju tuuleenergiat on üleüldse saadaval?" või "kui palju uraani on veel järel?"

Kui oleme kõik kokku liitnud, võib tulemus välja näha umbes niisugune:

Tarbimine on väiksem kui tootmine

Kui me leiame, et tarbimine on palju väiksem, kui põhimõtteliselt võimalik taastuvenergia tootmine, siis me võime öelda "tore, võib-olla me saame taastuvenergiaga hakkama; vaatame, millised on alternatiivsete taastuvenergiaallikate majanduslikud, sotsiaalsed ja keskkonnamõjud ja millised neist vääriks uuringuid ja arendustööd; kui me teeme head tööd, siis võib-olla meil ei olegi energiakriisi".

Aga me võime saada ka sellise tulemuse:

Kogutarbimine on suurem kui tootmine

See on palju trööstitum pilt.

See pilt ütleb "ei ole vahet, mida taastuvenergia majanduse jaoks tähendab: meil lihtsalt ei ole piisavalt taastuvenergiat meie tänase elustiili tagamiseks; suured muutused on tulekul."

2.2.1 Energia ja võimsus

Enamus energia tarbimist puudutavaid diskussioone on segased kõikvõimalike erinevate energiat ja võimsust mõõtvate ühikute kasutamise tõttu, alustades "tonni õli ekvivalendist" ja lõpetades "teravatt-tundideni" (TWh) ja "eksadžaulideni" (EJ). Ainult spetsialistid mõistavad, mida "naftabarrel" või "miljon BTU" inimkeeli tähendab. Selles raamatus me paneme kõik numbrid ühtsesse personaalsesse ühikutesse, millega igaüks saab suhestuda.

Energia ühikuks valime kilovatt-tunni (kWh).  See ilmub ka "ühe tükina" meie elektriarvel ja maksab kodukasutajale umbes 13 senti (10p Ühendkuningriikides 2008.a). Me näeme, et enamus individuaalsetest päevastest valikutest tähendavad energia hulki, mis on väljendatavad väikese arvu kilovatt-tundide kaudu.

Joonis 2.1 Tuleb teha vahet energia ja võimsuse vahel. Kõigi joonisel kujutatud 60 W elektripirnide võimsuseks on 60 W; neil ei ole 60 W"energiat". Elektripirn kasutab sisselülitatult 60 W elektrilist võimsust; ja kiirgab 60W võimsust valguse ja soojusena (peamiselt soojusena).

Kui me räägime võimsusest (kiirus, millega me kasutame või toodame energiat), siis kasutame ühikuna kilovatt-tundi päevas (kWh/d). Vahetevahel kasutame ka vatte () ja kilovatte (), nagu selgitatakse allpool. Kilovatt-tundi päevas on hea ühele inimesele kohandatav ühik: enamik meie isiklikest energia kugistamistest kugistavad seda kiirusega, mis on väljendatav väikese hulga kilovatt-tundidena päevas. Näiteks terveks päevaks põlema jäetud 40 W elektripirn kasutab ühe kilovatt-tunni energiat päevas. Mõned energiafirmad pakuvad graafikuid, kus on energia tarbimine on näidatud kilovatt-tundides päevas. Ma kasutan ühtesid ja samasid ühikuid igasuguse, mitte ainult elektrienergia tarbimise võimsuse kohta. Bensiini tarbimine, gaasi tarbimine, söe tarbimine: ma mõõdan kõike seda kilovatt-tundides päeva kohta. Ja teeme ühe asja selgeks: mõne inimese jaoks käib sõna "võimsus" kokku vaid elektrienergia kasutamisega. Aga see raamat tegeleb kõigi energia vormide kasutamisega, sestap kasutame sõna "võimsus" kõigi nende kohta.

Üks kilovatt-tund päeva kohta on ka ligikaudu see võimsus, mida suudab pakkuda üks inimtööline. Kilovatt-tundide arv päeva kohta on seega ka inimeste arv, mida on vaja sellise keskmise võimsuse saavutamiseks. Tavakõnes me kasutame termineid energia ja võimsus segiläbi, aga selles raamatus me peame järgima nende rangelt teaduslikku definitsiooni. Võimsus on energia kasutamise kiirus.

ruumala me mõõdame liitritesvoolukiirust me mõõdame liitrites minuti kohta
energiat me mõõdame kWhvõimsust me mõõdame kWh päeva kohta

Võib-olla on hea energia ja võimsuse selgitamise viis võrrelda seda vee ja vee vooluga. Kui te tahate vett juua, siis on teile oluline vee ruumala - näiteks üks liiter (kui teil on suur janu). Kui te panete kraanist vee jooksma, siis te tekitate vee voolu - ühe liitri minutis, kui kraanist vesi vaevu niriseb; kümme liitrit minutis, kui vool on tugevam. Te saate ühesuguse ruumala (ühe liitri) vett kätte kätte kas lastes veel vaevu nirisevast kraanist voolata ühe minuti või kümnendiku minutiga, kui kasutate seda teist kraani. Mingi aja jooksul kätte saadud vee ruumala saame, kui korrutame voolu kiiruse ajaga:

Me ütleme, et voolukiirus näitab, kui kiiresti mingi ruumala kätte saadakse. Kui me teame mingi konkreetse ajaga kätte saadud ruumala, siis saab voolukiiruse arvutada, kui jagame selle ruumala ajaga:

See ongi seos energia ja võimsuse vahel. Energia on nagu vee ruumala: võimsus on nagu vee voolukiirus. Näiteks kui röster tööle panna, hakkab see tarbima energiat kiirusega üks kilovatt. See jätkab 1 kW tarbimist, kuni see välja lülitatakse. Teisiti, röster (kui see on pidevalt sisse lülitatud) tarbib ühe kilovatt-tunni energiat tunnis; ja see tarbib 24 kilovatt-tundi energiat päevas. Mida kauem on röster sisse lülitatud, seda rohkem energiat  see tarbib. Te saata mingi tegevusega tarbitud energia arvutada, kui korrutate võimsuse ajaga:

Rahvusvaheline energia ühik on džaul, aga kahjuks on liiga väga väike, et seda siin kasutada. Üks kilovatt-tund vastab 3,6 miljonile džaulile.

Võimsus on nii kasulik ja tähtis mõiste, et sellel on midagi, mida voolukiirusel ei ole: oma spetsiaalne mõõtühik. Kui me räägime voolukiirusest, siis me mõõdame seda "liitrites minuti kohta", "gallonites tunni" või "kuupmeetris sekundi kohta". Nende ühikute nimed annavad selgelt mõista, et voolukiirus on "ruumala ajaühiku kohta". Kui võimsus on üks džaul sekundi kohta, siis seda nimetatakse vatiks. 1000 džauli sekundis kutsutakse kilovatiks. Teeme endale terminoloogia selgeks: röster kasutab ühte kilovatti. See ei kasuta "ühte kilovatti sekundi kohta." Sõnapaar “sekundi kohta” on kilovati definitsioonis sees: üks kilovatt tähendabki "üks kilovatt sekundi kohta". Samamoodi me ütleme, et "tuumaelektrijaam toodab ühe gigavati." Muide, üks gigavatt on üks miljard vatti või miljon kilovatt või 1000 kilovatti. Seega on üks gigavatt miljon röstrit. Ja “g” ning “w” sõnast “gigawatt” kirjutatakse suurtähtedega ainult siis, kui me kirjutame nad lühendiks "GW."

Palun ärge kunagi öelge "üks kilovatt sekundi kohta", "üks kilovatt tunni kohta" või "üks kilovatt päeva kohta." See, et inimesed väga tahavad röstrist rääkides öelda "millegi kohta", on üks põhjuseid, miks ma otsustasin kasutada võimsuse ühikuna "kilovatt-tundi päeva kohta." Palun vabandust, et seda on kohmakas kirjutada ja välja öelda.

Veel viimane asi, mille peame selgeks tegema: kui ma ütlen "keegi kasutab gigavatt-tunni energiat," siis ma lihtsalt ütlen, kui palju energiat ta kasutas, mitte seda, kui kiiresti nad seda energiat kasutasid. Gigavatt-tunnist rääkimine ei tähenda, et see energia oleks kasutatud ühe tunni jooksul. Te võite ühe gigavatt-tunni energiat kasutada ära ühe tunni jooksul, kui lülitate korraga sisse miljon röstrit või kui lülitate sisse 1000 röstrit 1000 tunniks.

Nagu öeldud, enamasti ma kasutan võimsuse ühikuna kWh/p inimese kohta. Üks põhjus, miks mulle sellised personaalsed ühikud meeldivad, on see, et nende kasutamine teeb lihtsaks siin Suurbritannia kohta öeldut teistele riikidele või regioonidele laiendada. Oletagem näiteks, et me arutleme jäätmete põletamist ja saame teada, et Suurbritannias annab jäätmete põletamine 7 TWh energiat aastas ja et Taani jäätmete põletamine annab 10TWh aastas. Kas see annab aluse öelda, et Taani põletab "rohkem" jäätmeid, kui Suurbritannia? Ehkki jäätmetest riigis toodetav koguvõimsus võib olla huvitav number, on minu arvates jäätmete põletamine inimese kohta see, mida me tavaliselt teada tahame. (Ametlikult siis: Taani, 5 kWh/p inimese kohta; Suurbritannia, 0.3 kWh/p inimese kohta. Seega põletatavad taanlased jäätmeid 13 korda rohkem kui britid). Trükiruumi kokku hoidmiseks lühendan ma vahel "inimese kohta" kui "/i". Rääkides algusest peale kõigest inimese kohta saame me paremini adapteeritava raamatu, millest on loodetavasti taastuvenergeetika käsitlemisel kasu kogu maailmas.

1 TWh (üks teravatt-tund) on võrdne miljardi kWh-ga.

2.2.2 Valik täpsustusi

Energia ja entroopia

Kas energia ei ole siis jääv suurus? Me räägime energia "kasutamisest", aga kas üks loodusseaduseid ei ütle, et energia ei teki ega kao? 

Jah, ma ei olnud täpne. Tegelikult on see raamat entroopiast ja see on veidi keerulisem mõiste, mida seletada. Kui me "kasutame ära" ühe kilodžauli energiat, siis tegelikult me võtame ühe kilodžauli madala entroopiaga energiat (näiteks elektrienergia) ja muundame selle teiseks, palju kõrgema entroopiaga energia vormiks (näiteks kuum õhk või vesi). Kui me oleme energia "ära kasutanud", siis tegelikult on see jätkuvalt alles; aga üldiselt me ei saa seda ikka uuesti ja uuesti kasutada, kuna vaid madala entroopiaga energia on meile kasulik. Mõnikord on tähistustes erineva sordi energiad üksteisest eristatud: üks kWh(e) on üks kilovatt-tund elektrienergiat - kõrgeima sordi energiat. Üks kWh(s) on üks kilovatt-tund soojusenergiat - näiteks energia kümnes liitris keevas vees. Kõrge temperatuuriga kehades olev energia on paremat sorti (madalama entroopiaga) kui toasoojas olevate kehade energia. Kolmas energia sort on keemiline energia. Keemiline energia on samasugune kõrgemat sorti energia, nagu ka elekter.

Entroopia asemel energiast rääkimine on mugav, ehkki üsna ebatäpne ja me teeme seda suuremas osas sellest raamatust. Aeg-ajalt me peame olema täpsemad; näiteks kui räägime külmikutest, jõujaamadest soojuspumpadest ja geoterminilisest energiast.

Erinevate energia liikide võrdlemisest

Kas me mitte ei võrdle õunu ja apelsine? Kas on õige võrrelda erinevaid energia vorme, nagu bensiiniautodesse tangitav keemilist energiat ja tuuleenergiat?

Tarbitud ja kõikvõimalikku toodetavat energiat võrreldes ma ei väida, et kõik energia vormid on ühetaolised ja vahetatavad.  Tuulegeneraatoritega toodetud elektrienergia on bensiinimootorile kasutu; ja bensiin on kasutu, kui tahame energiat oma televiisori jaoks. Põhimõtteliselt saab energiat muundada ühest liigist teiseks, ehkki sellise muundamisega kaasnevad energiakaod. Fossiilkütustel töötavad jõujaamad näiteks neelavad keemiliste energiat ja toodavad elektrienergiat (kasutegur on ca 40%). Alumiiniumitehas neelab elektrienergiat ja toodab kõrge keemilise energiaga toodet - alumiiniumi (kasutegur ca 30%). 

Mõnes energia tootmist ja tarbimist kirjeldavas kokkuvõttes on kõik eri liiki energiad teisendatud samadele ühikutele, tuues sisse spetsiaalsed kordajad. Näiteks elektrienergia, mis toodetakse hüdroenergiast, on sellises arvestuses väärt 2,5 korda rohkem, kui elektrienergia, mis toodetakse naftast. Selline elektri efektiivse energia tõstmine on õigustatav, kui ütleme, et "aga 1 kWh elektrienergiat on võrdne 2,5 kWh naftaga, sest kui me paneme just niipalju naftat tavalise jõujaama käitamiseks, siis me saame sellest 2.5 kWh kätte 40%, mis on 1 kWh elektrienergiat.” Sellest raamatus me reeglina konverteerime erinevat liiki energiad üks ühele. See ei ole alati nii, et 2.5 kWh naftat tähendab 1 kWh elektrienergiat; see on lihtsalt kujutletav vahetuskurss maailmas, kus naftat kasutakse elektri tootmiseks. Tõepoolest, keemilise energia elektrienergiaks muundamine toimub just sellise vahetuskursiga. Aga mõnikord muundatakse elektrienergiat ka keemiliseks energiaks. Alternatiivses maailmas (mis võib-olla ei olegi väga kaugel), kus meil on piisavalt elektrienergiat ja vähe naftat, võime me vedelkütuste tootmiseks kasutada elektrit; selles maailmas me kindlasti ei kasutaks samasugust vahetuskurssi – iga kWh bensiini maksaks siis umbes 3 kWh elektrienergiat! Ma arvan, et on ajatum ja teaduslikum viis energia kokku lugemiseks on hoida  1 kWh keemilist energiat võrdsena 1 kWh elektrienergiaga. Selline valik tähendab ka, et mõned minu summad võivad olla teistsugused, kui teistel inimestel (näiteks BP Statistical Review of World Energy hindab 1 kWh elektrienergiat võrdseks naftaga; aga valitsuse Digest of UK Energy Statistics kasutab üks-ühele teisendamist, nagu ka mina). Ma rõhutan veel kord, et see valik ei tähenda, et ma arvaksin, nagu saaks neid energiaid otse üksteiseks muundada. Keemilise energia elektrienergiaks muundamine raiskab alati energiat, nagu ka elektrienergia muundamine keemiliseks energiaks.

Füüsika võrrandid

Terves selles raamatus me ei tegele ainult numbritega, mis kirjeldavad meie tänasat energiatarbimist ja võimalikku taastuvenergia tootmist. Me tahame ka selgeks teha, millest need numbrid sõltuvad. See on väga oluline, kui tahame valida mõistlikke poliitikaid nende muutmiseks. Vaid energia tarbimise taga oleva füüsika tundmine lubab meil anda hinnanguid väidetele nagu "autod raiskavad 99 % oma tarbitavast energiast; me võiksime disainida autosid, mis kulutavad 100 korda vähem energiat." Kas see väide on tõene? Vastuse selgitamiseks ma kasutan valemeid nagu

Samas ma saan aru, et paljudele lugejatele on sellised valemid võõrkeel. Sestap annan lubaduse: ma hoian kogu selle võõrkeelse värgi tehnilistes peatükkides raamatu lõpus. Iga inimene, kes on keskkoolis matemaatika, füüsika ja keemiat õppinud, võiks neid peatükke uurida. Raamatu põhitekst on kavandatud selliselt , et see oleks arusaadav igaühele, kes oskab liita, lahutada, korrutada ja jagada. Eriti on see suunatud meie kallitele valitud ja valimata esindajatele, parlamendi liikmetele.

Viimane asi enne alustamist: ma ei tea energiast kõike. Mul ei ole kõiki vastuseid ja minu poolt pakutavad numbrid on avatud kontrollile ja korrigeerimisele. (Ma lausa ootan parandusi ja publitseerin need raamatu veebilehel.) Olen lõpuni kindel vaid selles, et taastuvenergia küsimuse vastused sialdavad numbreid; ükskõik milline tervemõistuslik taastuveneeetikat käsitlev diskussioon vajab numbreid. Selles raamatus on nad olemas ja see näitab, kuidas neid kasutada. Ma loodan, et see meeldib teile!

Märkused ja edasine lugemine

Liide "sekundi kohta" on kilovatti definitsiooni sisse ehitatud. Teine näide ühikust, kus "aja kohta" on sisse ehitatud on sõlm - "meie laeva kiirus on kümme sõlme!" (sõlm is üks meremiil tunnis); herz - “ ma kuulen 50 hertsist suminat” (üks herts on üks periood sekundis); amper - “kaitse põleb läbi, kui vool on suurem kui 13 amprit” (mitte kulonit sekundis). Palun, ära kunagi ütle "üks kilovatt sekundis." Sellele reeglile on mõned harvad erandid. Kui me räägime võimsuse nõudluse kasvust, siis me võime öelda “Briti elektrivõimsuse nõudlus kasvab kiirusega üks gigavatt aasta kohta.” Peatükis Fluktuatsioonid ja salvestamine, kui me arutleme tuule võimsuse fluktuatsioone, ma ütlen  “ühel hommikul langes Iiri tuulikute võimsus kiirusega 84 MW tunni kohta.” Palun olge hoolikad! Vaid üks liigne sõna võib viia eksiarvamusteni: näiteks teie kodune elektrimõõdik mõõdab elektrienergiat kilovatt-tundides (kWh), mitte  ’kilovatt-tundides tunni kohta’. Tegin ka tabeli, mille abil te saate tõlkida peamiseid võimsuse ühikuid kWh päeva kohta ja inimese kohta.

2.3 Autod

Joonis. 3.1: Autod. Punane BMW, mida mis näib kääbusena planeedilt Dorkon pärit kosmoselaeva kõrval.

Meie esimeses tarbimist puudutavas peatükis uurima modernse tsivilisatsiooni ikooni: autot, milles sõidab üks inimene. Kui palju energiat tarbib üks tavaline autoomanik? See on lihtne aritmeetika, kui teame vahetuskurssi:

Ütleme, et ühes päevas sõidetav vahemaa on 50 km (30 miili).

Kütuse ühiku kohta sõidetud vahemaa, või auto kütusekulu saame meil tavaliselt autoreklaamides pakutavatest numbritest, kui palju kulutab auto kütust 100 km kohta. Võtame selleks numbriks 33 miili Briti galloni kohta (8 liitrit 100 km kohta):

(Sümbol tähendab “on ligikaudu võrdne”.)

Joonis 3.2: Tahate teada, kui palju energiat on autokütuses? Uurige või või margariini pakendit. Nende kalorsus on 3000kJ 100g kohta, mis teeb umbes 8kWh kg kohta.

Kuidas jääb ühiku kütuse energiasisaldusega (nimetatakse ka kütteväärtuseks või energiatiheduseks)? Teeme asja enda jaoks põnevamaks ja hindame seda suurust kaudselt. Autokütus (ükskõik, kas diisel või bensiin) on süsivesinik ja süsivesinikud on juhtumisi ka meie hommikusöögilaual, kusjuures nende kütteväärtus on mugavalt pakendilt loetav: see on umbes 8 kWh kg kohta (vt joonis). Kuna me väljendasime kütusekulu miilides kütuse ruumala ühiku kohta, siis peame ka kütteväärtuse kirja panema kui energia ruumala kohta. Et teisendada kütuse “8 kWh kg kohta” (energia massi ühiku kohta) energiaks ühikruumala kohta, peame teadma kütuse tihedust. Milline on või tihedus? Kuna või napilt ujub vees, nagu ka kütuse laigud, siis võime öelda, et selle tihedus peab olema veidi väiksem vee tihedusest (so liitri kohta). Kui võtame tiheduseks liitri kohta, siis saame kütteväärtuseks:

Selle asemel, et lõputult ebakorrektset väärtust kasutada, võtame siitpeale kasutusele õige väärtuse, milleks on liitri kohta.

Joonis. 3.3: Autode peatüki järeldus: tüüpiline autoomanik kasutab umbes energiat päevas.

Palju õnne! Me oleme saanud oma esimese hinnangu tarbimisele. Ma panin selle hinnangu joonise vasakusse tulpa. Punase kasti kõrgus märgib 40 kWh päeva ja inimese kohta.

See on hinnang tüüpilise autojuhi kohta, kes juhib tänast tavalist autot. Allpool me hindame kõigi Briti inimeste keskmist tarbimist, kus arvestame ka seda, et kõik inimesed ei kasuta autosid. Raamatu teises osas hindame ka seda, milline võiks olla tarbimine siis, kui kasutame teisi tehnoloogiaid, näiteks elektriautosid.

Miks sõidab auto 33 miili galloni kohta? Kuhu see energia läheb? Kas on võimalik toota autosid, mis läbivad 3300 miili galloni kohta? Autod energia tarbimise vähendamiseks peame teadma füüsikat, mis kirjeldab autode energiatarbimist. Nendele küsimustele vastatakse tehnilises peatükis Autod II, kust leiate ka piltidesse pandud autode energiatarbimise teooria. Soovitan teil tehnilisi peatükke lugeda, kui valemid nagu ei põhjusta teile meditsiinilisi probleeme.

Peatüki Autod järeldused: tüüpiline autojuht kasutab 40kWh energiat päevas. Järgmisena peame me alustama taastuvenergia tulbaga, et meil oleks võimalik seda hinnangut millegagi võrrelda.

Küsimused

Kui palju energiat kulub autokütuse tootmiseks?

Hea küsimus. Kui me hindame mingisugusele tegevusele kuluvat energiat, siis me tavaliselt valime sellele tegevusele üsna kindlad piirid. Selline valik teeb hinnangute andmise kergemaks, aga ma nõustun, et hea oleks hinnaga tegevuste täielikku energia tarbimist. On hinnatud, et iga ühiku autokütuse valmistamiseks kulub 1,4 ühikut naftat ja teisi esmaseid kütuseid (Treloar et al., 2004).

Kui palju energiat kulub autode tootmiseks?

Ka see küsimus jääb sellest konkreetsest rehkendusest välja. Me räägime autode tootmisest alapeatükis Asjad.

Märkused ja lisamaterjalid

Joonis 3.4: Briti inimeste harjumused liikumisel tööle ja töölt koju, 2001. aasta rahvaloenduse andmetel. 

Ütleme, et ühes päevas sõidetav vahemaa on 50 km. See vastab 18000 km (11000 miilile) aastas. Umbes pool Briti elanikkonnast sõidab autoga tööle. Autosõidu kogukilometraaž UK-s on 686 miljardit reisija-km aastas, mis vastab "keskmise Briti inimese päevas sõidetavale vahemaale" 30 km päevas. Allikas: Department for Transport [5647rh]. Nagu ma ütlesin, ma hindan "tüüpilise keskmiselt jõuka inimese" tarbimist - tarbimist, mille poole paljud inimesed pürgivad. Mõned inimesed ei sõida peaaegu üldse autoga. Selles peatükis tahan ma hinnata sellise inimese energiatarbimist, kes on valinud autoga sõitmise, mitte ei depersonaliseeri vastust rääkides UK keskmisest, mis segab kokku autoga sõitjad ja autoga mittesõitjad. Kui ma ütlesin “keskmine auto energiatarbimine UK-s on 24 kWh/p inimese kohta,” siis ma võin kihtla vedada, et mõned inimesed saavad asjast valesti aru ja arvavad: "Ma kasutan autot, järelikult ma tarbin 24 kWh/p.”

Kui võtame tiheduseks liitri kohta.Bensiini tihedus on 0,737. Diislikütuse tihedus on 0,820–0,950 [nmn4l].

... õige väärtuse, milleks on liitri kohta. ORNL [2hcgdh] pakub selliseid kütteväärtuseid: diiselkütus: ; lennukikütus:  ; bensiin:  . Kui otsite andmeid kütteväärtuse kohta, siis te leiate "kogukütteväärtuse" ja “netokütteväärtuse” (samuti “high heat value” ja “low heat value”). Mootorikütustel erinevad need vaid 6%, nii et ei ole väga kriitiline neid eristada, aga ma seletan sellegipoolest. Kogukütteväärtus on tegelik keemiline energia, mis vabaneb kütuse põlemisel. Üks põlemise saaduseid on vesi ja enamikus mootorites ja jõujaamades läheb osa energiat selle vee aurustamiseks. Netokütteväärtus mõõdab, kui palju energiat jääb järele, kui oletame, et vee aurustamisele kuluv energia on läinud.

Kui me küsime "kui palju energiat ma oma elustiiliga tarbin", siis on õige kasutada kogukütteväärtust. Netokütteväärtusest on huvitatud jõujaamade insenerid, et otsustada, millist kütust millises jõujaamas põletada. Selles raamatus me üritame läbivalt kasutada kogukütteväärtust.

Auto summuti ots

Viime märkus läheb pedantidele, kes ütlevad, et "või ei ole süsivesik": OK, või ei ole puhas süsivesik; aga me saame heas lähenduses öelda, et või peamine komponent on pikk süsivesikute ahel, nagu ka bensiinil. Selle tõestuseks on asjaolu, et see lähendus tõi meid õigele vastusele lähemale kui 30%. Tere tulemas geriljafüüsikale.

2.4 Tuul

Tuulik püüab tuult

UK-l on parimad tuuleenergia varud Euroopas

Sustainable Development Commission

Tuulefarmid hävitavad maastiku ilma igasuguse eesmärgita.

James Lovelock

Kui palju tuuleenergiat on mõeldav toota?

Maapealse tuule potentsiaali Ühendkuningriikides on võimalik hinnata korrutades tuulepargi keskmise võimsuse pinnaühiku kohta inimese kohta tuleva pindalaga UK-s:

kohad

Tuule võimsuse hindamist pinnaühiku kohta UK-s selgitatakse peatükis Tuul II. Kui tuule tüüpiline kiirus on 6 m/s (13 miili tunnis või 22 km/h), siis on tuulepargi võimsus ühikpindala kohta umbes .

6 m/s on arvatavasti üle hinnatud paljude Briti kohtade jaoks. Näiteks järgnev joonis näitab päevaseid keskmiseid tuule kiiruseid Cambridge's 2006. aastal. Päevane keskmine ulatub 6 m/s ainult umbes 30 päeval aastas – vaata joonise juures olevat histogrammi. Aga mõnedes kohtades on tuule kiirus suurem, kui 6 m/s – näiteks Cairngorm tipp Šotimaal (joonis).

Joonis 4.1 Keskmine tuule kiirus Cambridge'is 2006. aastal. Punane joon tähistab päevaseid keskmiseid, sinine joon pooltunni keskmiseid.
Joonis 4.2 Keskmine tuule kiirus Craingorm'is 2006. aasta kuue kuu jooksul.

Liites siia Briti elanikkonna tiheduse: 250 inimest ruutkilomeetri kohta ehk 4000 ruutmeetrit inimese kohta, saame, et tuule võimsus annab

kui kui terve maa oleks täidetud tuulegeneraatoritega ja eeldades, et on õige number. Tõlkides selle meie eelistatuimaks võimsuse ühikuks saame inimese kohta.

Oleme realistid. Kui suure osa maast me tegelikult oleme nõus katma tuulegeneraatoritega? Võib-olla 10%? Siit saame järeldada: kui me kataksime tuuliseima 10% oma maast tuulegeneraatoritega (mis annavad ), suudaksime genereerida inimese kohta, mis on umbes pool sellest, mis kulub keskmise fossiilkütustel sõitva autoga päevas 50 km läbimiseks.

Joonis 4.3 Peatüki Tuul järeldus: maksimaalne mõeldav energia tootmine Ühendkuningriikides maismaa tuulefarmides on 20 kWh päevas inimese kohta.

Briti avamere tuule varu võib olla "üüratu", aga ilmselt ei ole see nii üüratu kui meie tarbimine. Me tuleme avamere tuule juurde tagasi hiljem.

Peaksin ilmselt rõhutama, kui heldeid eeldusi ma teen. Võrrelgem Briti tuuleenergia varu täna maailmas olemasoleva tuuleelektri tootmisvõimsusega. UK-le inimese kohta andvate tuulikute võimsus oleks 50 korda suurem, kui Taani tuuleenergia tootmisvõimsus, 7 korda suurem kõigi Saksamaa tuulefarmide võimsusest: ja kaks korda suurem kõigi maailma tuulegeneraatorite võimsusest.

Tabel 2.2 Faktid, mida võiks meelde jätta: tuulepargid.

Võimsus pindalaühiku kohta  
Tuulepark (tuule kiirus 6 m/s)

Palun ärge saage minust valesti aru. Kas ma ütlen, et tuuleparke ei tasu ehitada? Üldsegi mitte. Tahan lihtsalt edasi anda kasulikku fakti, et kui tahame tuuleparkidega tõepoolest midagi ära teha, peavad tuulepargid katma väga suure maa-ala.

Tabel 2.3 Faktid, mida tasub mäletada: inimasustuse tihedus.

Inimasustuse tihedus UK-s
250 ruutkilomeetri kohta ⇔  inimese kohta

See järeldus – et maapealsete tuuleparkide panus, olles küll "üüratu", on meie tarbimisest palju väiksem – on tähtis, nii et parem kontrollime võtmesuurust, tuuleparkide võimsust ühikpindala kohta (), reaalsete tuuleparkide andmetega UK-s.

Glasgow lähedal asuvas Whitelee tuulepargis on -l 140 tuulegeneraatorit koguvõimsusega 322 MW. See teeb maksimumvõimsuseks . Keskmine toodetud võimsus on väiksem, kuna tuulegeneraatorid ei tööta kogu aeg maksimaalse võimsusega. Keskmise võimsuse ja maksimumvõimsuse suhet minetaks "koormusteguriks" ja selle konkreetne väärtus sõltub kohast, kasutatavatest seadmetest; tüüpiliselt on see heasse kohta ehitatud moodsate tuulegeneraatorite korral 30%. Kui eeldame, et Whitelee koormustegur on 33%, siis on toodetud keskmine võimsus pinnaühiku kohta – täpselt selline nagu me eeldasime.

Joonis 4.6 Keskmine tuule kiiruse histogramm Cambridge'is: päevased keskmised on vasakul (punane), pooltunni keskmised paremal (sinine).

Küsimused

Ehitatakse järjest suuremaid tuulegeneraatoreid. Kas suuremate tuulegeneraatorite kasutamine muudab selle peatüki lõppjäreldust?

Seda seletab peatükk Tuul II. Suuremad tuulegeneraatorid annavad suuremate mahtude pealt majanduslikku kokkuhoidu, aga nad ei suurenda eriti võimsust pindalaühiku kohta, sest neid tuleb üksteisest kaugemale paigutada. Kaks korda kõrgem tuulepark annab umbes 30% rohkem võimsust.

Tuule tugevus muutub kogu aeg. See ju teeb tuule kasutamise keeruliseks?

Võib-olla. Me tuleme selle küsimuse juurde tagasi peatükis Fluktuatsioonid ja salvestamine. Seal me räägime tuule muutlikkusest ja vaatleme mitut võimalikku lahendust sellele probleemile, kaasaarvatud energia salvestamine ja nõudluse juhtimine.

Märkused ja edasine lugemina 

Joonis 4.1 ja joonis 4.6. Andmed tuule kohta Cambridge's pärinevad Digital Technology Group, Computer Laboratory, Cambridge [vxhhj]. Nende ilmajaam on Gates'i maja katusel, umbes 10 m kõrusel. Tuule kiirus 50m kõrgusel on harilikult umbes 25% suurem. Andmed Cairngorm'i kohta (figure 4.2) pärinevad Heriot–Watt University Physics Department [tdvml].

UK-le inimese kohta andvate tuulikute võimsus oleks 50 korda suurem, kui Taani tuuleenergia tootmisvõimsus. Kui eeldame 33% koormustegurit, nõuab keskmine võimsus 20 kWh/p inimese kohta 150 GW võimsuse installeerimist. 2006.a. lõpus oli Taanis installeeritud võimsus 3,1 GW; Saksamaal 20,6 GW. Kogu maailmas installeeritud võimsus oli 74 GW (wwindea.org). Märkuse korras olgu öeldud, et 2006. aastal oli Taani tuuleparkide koormustegur 22% ja inimese kohta toodetav keskmine võimsus oli 3 kWh/p.

2.5 Lennukid

Boeing 747-400

Kujutagem ette, et me teeme lennukiga ühe kontinentide vahelise lennu aastas. Kui palju energiat selleks kulub?

Boeing 747-400 võtab peale 240000 liitrit kütust ja 416 reisijat ning lendab nii umbes 8800 miili (14200km). Me juba teame, et kütuse kütteväärtus on liitri kohta. (Saime seda teada peatükis Autod.) Seega on ühe sellise reisi energiakulu kõigi reisijate vahel võrdselt jaotatuna

Kui te teete ühe sellise reisi aastas, siis vastav energia tarbimine päeva kohta on

14200km on veidi kaugemal, kui Londonist Kaplinna (10000km) ja Londonist Los Angelesse (9000km), nii et me oleme tüüpilise kontinentide vahelise reisi pikkust veidi üle hinnanud; aga me oleme ka üle hinnanud lennukite täitumust ja energia kulu reisija kohta on suurem, kui lennuk ei ole täis. Kui skaleerime lennu 10000km/14200km võrra, saades nii Kaplinnale vastava reisi pikkuse, ja siis uuesti 100/80 võrra üles, arvestades lennukite 80% täituvust, saame tulemuseks 29kWh inimese kohta. Meeldejätmise lihtsustamiseks ümmardame selle päeva kohta.

Toome tulemuse arusaadavuse huvides ühe võrdluse. Selline lend üks kord aastas kulutab energiat pisut rohkem, kui hoiaksime kogu aasta tundi ööpäevas töös küttekeha.

Joonis 5.1 Kui me teeme ühe kontinentidevahelise lennureisi aasta.

Täpselt nagu peatükk Autod, kus me hindasime autode energiatarbimist, on varustatud peatükiga Autod II, kus me näitame, kuhu see energia läheb, on ka selle peatüki lisana olemas tehniline peatükk Lennukid II, kus me näitame, kuhu läheb energia lennukites. Peatükk Lennukid II lubab meil vastata küsimustele nagu "kas lendamine võtaks oluliselt vähem energiat, kui kasutaksime aeglasemaid lennukeid?" Vastus on ei: erinevalt ratastega sõidukitest, mis võivad aeglaselt sõites efektiivsemad olla, on lennukid juba täna peaaegu nii energiatõhusad, kui see ülepea võimalik. Lennukid kulutavad paratamatult energiat kahel põhjusel: nad peavad suruma õhku allapoole, et õhus püsida, ja nad nad vajavad energiat õhutakistuse ületamiseks. Ükski disainiuuendus ei saa lennukeid radikaalselt tõhusamaks teha. tõhusamaks? Jah, võib-olla. Kaks korda tõhusamaks? Ma sööksin ära oma kübara.

2.5.1 Küsimused

Kas turbopropellerlennukid ei ole palju energiatõhusamad?

Joonis 5.2 Bombardier Q400 NextGen. www.q400.com.

Ei ole. “Roheline” Bombardier Q400 NextGen, “tehnoloogiliselt kõige arenenum turbopropellerlennuk maailmas,” kasutab tootja andmetel [www.q400.com], 3,81 liitrit kütust reisija-km kohta (reisilennu kiirusel 667km/h), mis teeb energiakuluks 38kWh reisija-km kohta. Täis 747 energiakulu on 42kWh reisija-km kohta. Seega on mõlemad need lennukid kaks korda energiatõhusamad, kui ühe sõitjaga auto. (Räägin siin keskmisest Euroopa autost, nagu selgitatud peatükis Autod.)

Tabel 2.4 Reisijateveo tõhusus, väljendatuna kulutatud energiana 100 reisija-km kohta.

Energiakulu vahemaa kohta ( reisija-km kohta)
Auto ( reisijat)
Ryanair’s lennukid 2007.a,37
Bombardier Q400, täis38
747, täis42
747, 80% täituvus53
Ryanair’s lennukid 2000.a.73
Auto ( reisija)

Kas lendamine on kuidagi eriti suur kliimamuutuste põhjustaja?

Jah, eksperdid arvavad just nii, ehkki selles küsimuses on veidi ebaselgust [3fbufz]. Lendamine tekitab lisaks -le veel ka teisi kasvuhoonegaase, nagu näiteks vett ja osooni, samuti kaudselt kasvuhooneefekti põhjustavaid gaase nagu lämmastikoksiid. Kui tahta hinnata oma süsinikujalajälge -ekvivalent-tonnides, siis peaksime võtma reaalse  emissiooni ja korrutame selle kahe või kolmega. Selle raamatu joonised ei sisalda sellist tegurit, sest siin me keskendume energiabilansile. 

The best thing we can do with environmentalists is shoot them.

Michael O’Leary, CEO of Ryanair [3asmgy]

2.5.2 Märkused ja edasine lugemine

Boeing 747-400 – andmed pärinevad [9ehws].

Lennukites ei ole kõik kohad täis. Lennukompaniidon on uhked 80% täituvuse korral. Easyjet'i lennukid keskmiselt 85% täitunud. (Source: thelondonpaper teisipäeval 16. jaanuail 2007.) 80% täidetud 747 tarbib umbes 53kWh reisija-km kohta.

Joonis 5.4 Ryanair Boeing 737-800. Foto: Adrian Pingstone.

Kuidas on lühilendudega? 2007.a. pakkus Ryanair, “Euroopa kõige rohelisem lennukompanii,” transporti hinnaga 37kWh reisija-km kohta[3exmgv]. See tähendab seda, et Euroopas lennates kulutaksime umbes sama palju energiat, kui paneksime kõik reisija autodega sõitma, kaks iga auto kohta. (Indikatsiooni teiste lennukompaniide kütusekulu kohta võib saada sellest, et enne oma keskkonnasõbralikku investeeringut 2000.a. kulutas Ryanair üle 73kWh 100 reisija-km kohta.) Londonis Rooma on 1430km; Londonist Malagasse on 1735km. Seega kõige rohelisema lennukompanii edasi-tagasi lend Rooma kulutab 1050kWh energiat, edasi-tagasi lend  Malagasse kulutab 1270kWh. Kui satute Roomasse ja Malagasse üks kord aastas, on teie keskmine energia tarbimine kõige rohelisemat lennukompaniid kasutades 6,3kWh/p, vähem rohelistega arvatavasti üle .

Joonis 5.5 Kaks lühilendu kõige rohelisemas lühilennuliinil: 6.3 kWh/p. Lende hõbedase sagedase lendaja staatuse saamiseks: 60 kWh/p.

Kuidas on sagedaste lendajatega? Kontinentide vahelise sagedase lendaja kaardi saamiseks peate lendama umbes 25000 miili aastas. See on umbes 60kWh päevas, kui arvestame, et lennukite täituvus on 80%.

Veel mõned numbrid Valitsustevahelisest kliimamuutuste paneelist [yrnmum]: täis 747-400 energiatarbimine madala istmete tiheduse korral (262 istet) lennul on reisija-km kohta. Suure istmete tiheduse korral (568 istet) on selle lennuki energiatarbimine 4000km lennul reisija-km kohta. Lühilendu tegeva Tupolev-154 energiatarbimine 2235km lennul, kui 70% selle 164 istmest on hõivatud, on reisija-km kohta.

Ükski disainiuuendus ei saa lennukeid radikaalselt tõhusamaks teha. Tegelikult püüab Advisory Council for Aerospace Research in Europe (ACARE) saavutada kütusekulu vähendamist reisija-km kohta 2020. aastaks (võrreldes 2000.a. tasemega), kus 1520% paranemist loodetakse mootori tõhususest. 2006.aastaks on Rolls Royce saavutanud poole sellest mootoritele püstitatud eesmärgist [36w5gz]. Dennis Bushnell, NASA Langley Research Center juhtivteadur, näib nõustuvat minu üldise hinnanguga energiatõhususe parandamise perspektiividele lennunduses. "Lennukitööstus on lõpuni välja arenenud. Seal ei ole enam palju võita, välja arvatud väiksed paranemised, protsent siit ja sealt pika aja jooksul.” (New Scientist, 24 February 2007.)

Radikaalselt ümber kujundatud “Silent Aircraft” [silentaircraft.org/sax40], kui see lõpuks valmis ehitatakse, on ennustuste kohaselt 16% efektiivsem, kui traditsiooniliselt disainitud lennuk (Nickol, 2008).

Kui ACARE sihid saavutatakse, siis tõenäoliselt läbi suurema täituvuse ja parema lennuliikluse juhtimise.

2.6 Päike

Me võrdleme oma energiatarbimist taastuvenergia kujutletaldava tootlusega. Eelmises kolmes peatükis nägime, et üksi autodega sõitmine ja lennukitega lendamine kulutab rohkem energiat, kui on tõenäoline toota tuulegeneraatoritega Ühendkuningriikide rannikualadel. Kas päikeseenergia suudab meie arvestuses tootmise uuesti tarbimisest suuremaks muuta?

Pilvitu taevaga on keskpäeval maale langeva päikesekiirguse võimsus 1000W ruutmeetri kohta. See on 1000W päikese poole suunatud pinna, mitte maapinna ruutmeetri kohta. Suurbritannias maapinna kohta tuleva võimsuse saamiseks peame sisse viima mitmeid parandusi. Me peame arvestame nurgaga päikese ja maapinna vahel, mis vähendab keskpäeval päikesekiirguse intensiivsust umbes 60% võrreldes selle väärtusega ekvaatoril (vt joonis 6.1). Me kaotame võimsust ka sellepärast, et kogu aeg ei ole keskpäev. Septembri või märtsi päeval on päikesekiirguse keskmine intensiivsus võrreldes keskpäevase intensiivsusega umbes 32%. Lõpuks, me kaotame võimsust ka pilvede tõttu. Tüüpiliselt paistab Suurbritannias päike vaid 34% päevast.

Nende faktorite mõju ja ka aastaaegade vaheldumise tulemusena on keskmine päikesekiirguse võimsus ruutmeetri kohta lõunasse suunatud katusel Britannias umbes 110W/m2 ja maapinnal umbes 100W/m2.  

Seda toorenergiat võib kasulikuks energiaks muundada neljal viisil:

  1. Päikesekiirgusest saadav soojusenergia: kui kasutame päiksekiirgust ehitiste või vee soojendamiseks.
  2. Päikesekiirgusest saadav elekter: kui toodame elektrienergiat.
  3. Biomass: kui kasutame puid, baktereid, vetikaid, teravilja, sojaubasid või õliseemneid kütuse, kemikaalide või ehitusmaterjalide tootmiseks.
  4. Toit: sama mis biomass, välja arvatud see, et me vohmime taimin inimestesse või teistesse loomadesse.

(Järgevates peatükkides me käsitleme veel mõnda päikeseenergia kasutamise teholoogiat, mis on sobilikud kasutamiseks kõrbetes.)

Hindame järgnevas ligikaudselt maksimaalse mõeldava võimsuse, mida igal sellisel viisil on võimalik saada. Me ei käsitle majanduslikke kulusid ja energiat, mis kulub jõujaamade tootmiseks ja töös hoidmiseks.

Päikesekiirgusest saadav soojusenergia

Kõige lihtsam päikeseenergiat kasutav tehnoloogia on sooja vett tootev paneel. Kujutame ette, et me katame selliste paneelidega kõik lõuna poole vaatavad katused – see on umbes inimese kohta – ja teeme eelduse, et need paneelid muundavad päikesekiirguse keskmise intensiivsuse soojaks veeks kasuteguriga 50%  (joonis 6.3).

Joonis 6.3: vett soojendava päikesepaneeli toodetud energia (roheline graafik) ja lisaenergia vajadus sooja vee tootmiseks (sinine graafik) ühes Viridian Solar testmajas. (Fotol on maja, mille katusel on sama tüüpi päikesepaneel.) Keskmiselt toodeti päikeseenergiat . Eksperimendis simuleeriti keskmise Euroopa pere sooja vee tarbimist – 100 liitrit kuuma () vett päevas. 1,5–2 kWh/p erinevus toodetud soojuse (ülemine must joon) ja kasutatud sooja vee (punane joon) on põhjustatud soojuse kadudest. Magenta joon näitab elektrienergiat, mis on vajalik selle süsteemi käitamiseks. Selliste päikesepaneelide keskmine võimsus pindalaühiku kohta on .
Joonis 6.4: Päikesekiirgusest toodetud soojusenergia: päiksepaneele annab (keskmiselt) umbes soojusenergiat inimese kohta.

Ma värvisin selle kasti joonisel 6.4 valgeks, sest toodetav energia on madala kvaliteediga – soe vesi ei ole nii väärtuslik (grade), kui näiteks tuulegeneraatorite toodetud elektrienergia. Soojust ei saa üle kanda elektrivõrku. Kui te ei kasuta seda, siis on see raisatud. Me peame arvestama, et suur osa kogutud energiast ei ole õiges kohas. Enamus inimesi elab linnades ja seal on ühe inimese kohta vähem katusepinda, kui kogu riigis keskmiselt. Enamgi veel, seda energiat toodetakse läbi aasta erinevas mahus.

Päikeseelemendid 

Päikeseelemendid (täpsemalt fotogalvaanilise elemendid) muundavad päikesevalgust elektriks. Tüüpilise päikeseelemendi kasutegur on umbes 10%; kallitel 20%. (Fundamentaalsed füüsika seadused piiravad fotogalvaaniliste elementide kasutegurit, see ei saa tõusta üle 60%, kui kasutatakse ideaalseid kiirgust koondavaid peegleid või läätsesid, ja 45% ilma kiirguse kontsentreerimiseta. Oleks väga märkimisväärne, kui masstootimisesse jõuaksid seadmed, mille kasutegud oleks suurem kui 30%.) Keskmine võimsus, mida annab Suurbrtannias lõunapoolsele on 

Joonis 6.5 esitab andmed, mis seda numbrit toetavad. Andkem igale inimesele kalleid (20%-kasuteguriga) päikesepatareisid ja katkem kõik lõunasse vaatavad katused. Selliselt saaksime

Joonis 6.5: Päikeseelemendid: Cambridgeshire's asuva patarei 2006. aasta andmed. Patarei maksimaalne võimsus on umbes . Aasta keskmine on päevas. See on keskmiselt patarei ruutmeetri kohta.

Kuna lõunasse vaatavate katuste pindala on inimese kohta, siis ei ole seal ruumi nii päikeseelementidele kui ka sooja vett tootvatele päikesepaneelidele. Seega peame nende kahe vahel valima. Aga ma ikkagi liidan mõlemad need panused meie tootmise tulbale. Tänasel päeval on päikeseelementide paigaldamine umbes neli korda kallim kui päikesepaneelide paigaldamine, samas annavad nad poole vähem energiat, kuigi, jah, see energia on kõrgemat sorti (elekter). Nii et ma soovitan peredele esimese asjana kaaluda investeeringut soojust tootvatesse päikesepaneelidesse. Kõige nutikam lahendus päikeseküllastes riikides on ehitada kombineeritud süsteem, mis toodab nii elektrit kui ka soojust. Sellise lähenemise võttis esimesena kasutusele Heliodynamics, kes vähendas oma süsteemide hinda sel teel, et ümbritses väikesed kvaliteetsed gallium arseniidi päikeseelemendid aeglaselt liikuvate tasapeeglitega; Peeglid fokusseerivad päikesevalguse päikeseelementidele, mis toodavad nii elektrit kui ka soojust; vee soojendamiseks pumbatakse seda mooda päikeseelementide tagakülgi.

Meie senise jutu kokkuvõte: lõunasse vaatavate katuste päikeseelementidega katmine võimb anda üsna suure osa meie keskmisest personaalest elektritarbimisest, aga katused ei ole piisavalt suured, et kanda arvestatavat osa meie koguenergiatarbimisest. Et päikesepatareidega rohkem saavutada, peaksime tulema maa peale. Joonisel 6.6 kujutatud päikeserüütlid näitavad siin teed.

Aeg fantaasiateks: päikesefarmid

Kui toimub tehnoloogiline läbimurre ja päikeseelementide hind lubab neid paigaldada kõikjale maastikule, milline oleks siis maksimaalne mõeldav tootmine? Kui me kataksime 5% kogu UK territooriumist 10%-efektiivsusega päikesepatareidega, siis saaksime

Muide, ma eeldasin vaid 10%-kasuteguriga päikesepatareisid, sest minu ettekujutuses suudetakse neid nii suurtes kogustes toota vaid juhul, kui nad on väga odavad ja kõigepealt muutuvad odavamaks madala kasuteguriga päikesepaneelid. Selliste päikesefarmide võimsustihedus (võimsus ühikpindala kohta) oleks

See on kaks korda nii suur, kui Bavaria päikesefarmis (joonis 6.7).

Joonis 6.8: Maa pindala Ühendkuningriikides inimese kohta.

Kas selline päikesefarmide üleujutus saab eksisteerida peatükis Tuul kirjeldatud tuulegeneraatorite armeega? Jah, ei ole probleemi: tuulegeneraatorite vari on väike ja maapinnal asuvate päikesefarmide mõju tuulegeneraatoritele võime arvestamata jätta, see on väga väike. Kas see plaan on väga ebaharilik? Ühendkuningriikide iga inimese kohta päevas elektrienergia tootmiseks oleks vaja 100 korda rohkem päikeseelemente, kui täna maailmas olemas. Kas seda arvestades ma ikkagi peaksin päikeseelemendid oma taastuvenergia tootmise tulpa lisama? Olen kahevahel. Selle raamatu alguses ma ütlesin, et tahan uurida, mida ütleb füüsika taastuvenergia tootmise piiride kohta, kui eeldame, et raha ei ole probleemiks. Sellisel eeldusel ma peaksin mõttega edasi minema, industrialiseerima maapiirkonnad ja lisama päikesefarmid tulpa. Samas ma tahaksin anda inimestele ettekujutuse, mida peaks tegema tänasest 2050. aastani. Ja täna oleks päikesefarmidest saadav elektrienergia neli korda kallim, kui on elektrienergia turuväärtus. Nii et ma tunnen end veidi vastutustundetuna, kui lisan selle joonisel 6.9 taastuvenergia tootmise tulpa – 5% Ühendkuningriikide palistamine päikesefarmidega ei tundu enam mõistlikuna väga paljudest aspektidest lähtudes. Kui me tõesti tahaksime midagi sellist teha, võiksime pigem need päikesefarmid paigutada kusagile kaks korda päikeselisemasse riiki ja saata osa toodetud energiast koju mööda elektriliine. Me arutame seda ideed peatükis Elu teiste riikide taastuvenergia arvel?

Joonis 6.9: Päikesepatareid: ehitistele paigaldatud lõunasse vaatavaid 20% kasuteguriga päikesepatared annavad elektrienergiat umbes päevas. Kui kataksime riigist -kasuteguriga päikesepatareidega ( päikesepatareisid inimese kohta) annaksid nad inimese kohta.

Müüdid

Päikesepatareide tootmine tarvitab rohkem energiat, kui sellega on võimalik toota.

Vale. Katusele installeeritud elektrivõrku ühendatud 20 aastase elueaga päikesepatarei energeetiline kasumlikkus (energy yield ratio) (süsteemi eluajal toodetud energia suhe energiasse, mis on vaja selle tootmiseks) Kesk-Põhja-Euroopas  4(Richards ja Watt, 2007); ja rohkem kui 7 päikeselistemas kohtades, näiteks Austraalias. (Energeetiline kasumlikkus üle ühe tähendab, et tegemist on Hea Asjaga, energia seisukohast lähtudes.) 20 aastase elueaga tuulegeneraatorite energeetiline kasumlikkus on 80.

Kas ei ole nii, et päikeseelemendite kasutegur tehnoloogia arenedes järjest suureneb?

Ma olen kindel, et päikesepatareid lähevad järjest odavamaks; Olen ka kindel, et päikesepatareide tootmisel kulutatakse järjest vähem energiat, mis teeb nad energeetiliselt kasumlikumaks. Aga siin peatükis välja toodud hinnangud ei ole piiratud päikeseelementide hinnaga, samuti mitte nende tootmisele kuluva energiaga. Selles peatükis vaatlesime maksimaalset mõeldavat energia tootmise võimsust. 20% kasuteguriga päikesepatareid on üsna lähedal teoreetilisele piirile (vaata selle peatüki lõpumärkusi). Oleksin väga üllatunud, kui neid hinnanguid tuleb kunagi märkimisväärselt ülespoole korrigeerida.

Biomass

Teate, ühel hetkel võime me olla energiaäris kasvatades õues muru! Ja me kogume seda ning muundame energiaks. See võib juhtuda üsna pea..

George W. Bush, Veebruar 2006

Kõik bioenergia lahendused näevad esimese asjana ette millegi rohelise kasvatamist, pärast seda me teeme midagi selle rohelise asjaga. Kui palju on võimalik selle rohelise asjaga energiat koguda? Päikesest energiat saavatest bioloogiliste süsteemidest energia kätte saamiseks on peamiselt neli võimalust:

  1. Me võime kasvata taimi ja põletada neid jõujaamades, mis toodavad elektrit või soojust või mõlemat. Me kutsume seda protsessi “coal substitution.”
  2. Me võime kasvatada spetsiaalseid selleks sobivaid taimi (oil-seed rape, suhkruroog või näiteks mais), teha neist piiritust või biodiislit ning kasutada neid siis autodes, rongides lennukites ja teistes kohtades, kus sellised kemikaalid on kasutatavad. Me võime ka aretada geneelitiliselt muundatud baktereid, cyanobaktereid või vetikad, mis toodavad otse vesinikku, etanooli või butanooli, isegi elektrit. Me nimetame kõiki selliseid lähenemisi "nafta asendamiseks".
  3. Me võime võtta teistest põllumajanduse harudest kõrvalsaaduseid ja põletada neid jõujaamades. Kõrvalsaadusteks võivad olla igasugused asjad alates õlgedest (Weetabixi kõrvalsaadus) kuni kanasitani (McNuggets'i kõrvalsaadus). Selliste kõrvalsaaduste põletamine on jällegi söe asendamine, aga siin kasutatakse tavalisi, mitte spetsiaalseid kõrge energiasisaldusega taimi. Põllumajanduses tekkivaid kõrvalsaaduseid põletavad jõujaamad ei anna nii palju energiat põllumaa pinnaühiku kohta kui optimeeritult biomassi tootvad põllumaad. Eeliseks on see, et me ei monopoliseeri maad. Prügimägedest saadava metaani põletamine on sarnane energia saamise viis. Aga see on taastuvenergia vaid juhul, kui ladestatava prügi või jäätmete allikas on taastuv. (Enamus prügilate metaanist pärinev raisatud toidust; Suurbritannia inimesed viskavad ära umbes 300 g toitu inimese kohta päevas.) Kodumajapidamises tekkivate jäätmete tuhastamine on vahetum võimalus päikeseenergiast tekkivast biomassist energia saamiseks.
  4. Me võime kastavata taimi ja toita nendega inimesi või teisi energiat vajavaid loomi.

Kõikide nende protsesside esimeseks sammuks on mõne keemilise aine, näiteks süsivesiku, molekul rohelises taimes. Järelikult me võime ükskõik millisest neist protsessidest saadavat võimsust hinnata selle järgi, kui palju võimsust neisse molekulidesse pääseb. Kõigis järgnevates traktoreid, loomi, keemiatehaseid, jäätmejaamasid ja jõujaamu sisaldavates sammudes saab energia vaid kaduda. Seega on esimeses sammus sisalduv võimsus maksimaalne, mis on võimalik saada suvalisest taimi kasutavast energiatootmise lahendusest.

Hinnakem selle esimese sammu võimsust. (Peatükis Päike II me läheme detailsemaks ja uurime iga protsessi maksimaalset panust.) Keskmine kogutav päikesekiirguse võimsus Suurbritannias on . Euroopa kõige suurema kasuteguriga taim muundab päikeseenergia süsivesikuteks 2%-kasuteguriga, millest järeldub et me võiksime taimedelt saada ; aga nende kasuteguri langeb suurematel valguse intensiivsustel ja parim, mis Euroopas biomassi tootmisel saadakse on lähemal väärtusele TeX parse error: Extra close brace or missing open brace. Oletame, et katame maapinnast rohelise kraamiga. See annaks bioenergiat tootvat maad inimese kohta. See on sama palju, kui on täna Suurbritannias maad põllumajanduses. Seega on maksimaalne saavutatav võimsus, kui ignoreerime täiendavaid kulutusi kasvatamisele, kogumisele ja töötlemisele

Vau. See ei ole just liiga palju, kui arvestada suurema numbri saamiseks tehtud hullumeelselt suuremeelseid eelduseid. Kui tahaksime saada biomassist biokütust, oleksid kõik järgnevad sammud ahelas paratamatult ebaefektiivsed, alates rohelusest ja lõpetades süüteküünlaga. Ma arvan, et oleks optimistlik loota, et kaod selles tootmisahelas oleksid väikemad kui . Isegi kuiva puu põletamisel heas boileris kaob 20% soojusest korstnasse. Nii et tegelik biomassist saadav potentsiaalne võimsus ei saa olla suurem kui inimese kohta. Ja ärge unustage, et tahaksime kasutada veidi rohelust toidu tootmiseks ja oma pudulojustele.

Kas geneetiliselt muundatud taimed suudaksid päikeseenergiat efektiivsemalt keemiliseks energiaks muundada? See oleks mõeldav. Aga me ma ei ole leidnud ühtki teadusartiklit, mis ennustaks, et taimed suudaksid Euroopas toota rohkem, kui  .

Ma panen rohelisse tulpa inimese kohta rõhutades, et minu arvates on üle hinnatud – ma arvan, et tegelik biomassist saadav maksimaalne võimsus on põlluharimises ja töötluses tekkivate kadude pärast väiksem.

Arvan, et oleme jõudnud selge järelduseni: biokütuste abil ei ole võimalik energia tootmist ja tarbimist klappima saada – vähemasti mitte riikides nagu Suurbritannia ja mitte kogu transpordis kasutatavate kütuse jaoks. Isegi kui jätame kõrvale biokütuste suurima puuduse – nad võistlevad toidu tootmisega ja lisakulutused põlluharimisele ja töötlemisele enamasti nullivad kogu saadava energia (joonis 6.14) – annavad taimedest toodetud biokütused Suurbritanniaga sarnastes Euroopa riikides nii vähe energiat, et sellest on vahevalt mõtet rääkida.

Joonis 6.12: Biomass, kuhu on arvatud kõik biokütuse vormid, jäätmed, tuhastamine ja toit: inimese kohta.

Märkused ja edasine lugemine

Joonis 6.15: Sanyo HIP-210NKHE1 moodulite toodetud energia valguse intensiivsuse funktsioonina (, eeldades, et väljundpinge on ). Allikas: andmetabel, www.sanyo-solar.eu.

Me peame arvestame nurgaga päikese ja maapinna vahel... Cambridge pikkuskraad ; keskpäevane päikesevalguse intensiivsus korrutatakse . Selle kordaja täpne väärtus sõltub aastaajast ja on vahemikus ja .

Tüüpiliselt paistab Suurbritannias päike vaid 34% päevast. Mägismaal on 1100 tundi päikesepaistet aastas – 25%päikeselisus. Parimates Šotimaa paikades on see number 1400 tundi aasta – 32%. Cambridge: tundi aastas – 34%. Inglismaa lõunarannik (Suurbritannia kõige päikeselisem osa): 1700 tundi aasta kohta – 39%. [2rqloc] Andmed Cambridge'i kohta [2szckw]. Vaata ka joonis 6.16.

Joonis 6.16: Keskmine päikesekiirguse võimsus, mis langeb horisontaalsele pinnale erinevates kohtades Euroopas, Põhja-Ameerikas ja Aafrikas.

... keskmine päikesekiirguse võimsus ruutmeetri kohta lõunasse suunatud katusel Britannias umbes 110W/m2 ja maapinnal umbes 100W/m2. Allikas: NASA “Surface meteorology and Solar Energy” [5hrxls]. Olete üllatunud lõunasse vaatava viilkatuse ja lamekatuse vahel on siin nii väike vahe? Mina olin. Erinevus on tõepoolest ainult 10% [6z9epq].

... umbes inimese kohta. Ma hindasin inimese kohta lõunasse vaatava katuse pindala selle järgi, kui suur pindala on iga inimese kohta kaetud ehitistega (Inglismaal on see number – vaata tabel I.6). Lõunasse vaatavate katuste osa saamiseks korrutame seda 1/4 ja suurendame tulemust katuse kalde arvestamiseks 40%. See annab inimese kohta. Päikesepatareisid müüakse tavaliselt ebapraktiliste ristkülikukujuliste tükkidena, nii et osa katusest jääb paistma; seega päikesepatareisid.

Tüüpilise päikeseelemendi kasutegur ... Käib ringi müüt, et päikesepatareide võimsus on pilvise ja päikesepaistelise ilmaga peaaegu ühesugune. See ei ole tõsi. Selge aga pilvise ilmaga päikeseelemendid ja taimed küll toodavad energiat, aga palju vähem vähem: kui päike läheb pilve taha, väheneb päikeseelementide energiatootmine umbes kümme korda (sest neile langeva päikesekiirguse intensiivsus väheneb kümme korda). Joonis 6.15 näitab, et päikeseelemendi võimsus on peaaegu täpselt proportsionaalne päikesekiirguse intensiivsusega – vähemalt juhul, kui paneelide temperatuur on . Tegelikult on asi pisut keerulisem ja päikeseelemendi võimsus sõltub ka temperatuurist – kuuma paneeli võimsus on väiksem (tüüpiliselt väheneb võimsus 0.38% kraadi kohta) – aga kui uurite reaalsete päikesepatareide andmeid, näiteks www.solarwarrior.com, võite leida kinnituse põhilisele: väljundvõimsus on pilvisel päeval palju väiksem kui päikeselisel päeval. See teema on segaseks aetud mõningate päikesepatareide reklaamijate poolt, kes arutlevad, kuidas "efektiivsus" muutub vastavalt päikesevalgusele. Nad ütlevad, et “päikesepatareid on pilvise ilma korral efektiivsemad”; see võib isegi tõsi olla, aga kasutegurit ei maksa segi ajada saadud võimsusega.

Joonis 6.18: Täna turul pakutavate päikeseelementide kasutegurid. Selles raamatus me eeldame, et katusele paigutatud päikeseelementide kasutegur on ja et maapinnale paigutatud päikeseelementide kasutegur on . Kohtades, kus maapinnale langeva päikesekiirguse keskmine võimsustihedus on annavad kasuteguriga päikesepaneelid .

Tüüpiliste päikesepatareide kasutegur on umbes 10%, kallimatel 20%. Vaata joonis 6.18. Allikad: Turkenburg (2000), Sunpower www.sunpowercorp.com, Sanyo www.sanyo-solar.eu, Suntech.

Oleks väga märkimisväärne, kui masstootimisesse jõuaksid seadmed, mille kasutegud oleks suurem kui 30%. See tsitaat pärineb Hopfield ja Gollub artiklist (1978), kes kirjutasid päikesepatareidest ilma valgust kontsentreerivate peeglite ja läätsedeta. Teoreertiline piir ilma kontsentreerijateta "ühe siirdega" päikesepatareidele (Shockley–Queisser piir) ütleb, et selliste päikesepatareidega saab elektrienergiaks muundada kõige rohkem 31% päikeseenergiast (Shockley and Queisser, 1961). (Selle piirangu peamine põhjus seisneb selles, et tavalistel päikeseelementide materjalil (pooljuhid) on omadus, mida nimetatakse keelutsooni laiuseks ja mis määrab footonite energia, mida materjal kõige efektiivsemalt elektrienergiaks muundab. Päikesevalguses on footoneid väga erinevate energiatega; footoneid, mille energia on väiksem kui keelutsooni laius ei kasutata üldse; footoneid, mille energia on keelutsooni laiusest suurem, küll neelatakse, aga see osa nende energiast mis ületab keelutsooni laiust läheb kaotsi.)

Joonis 6.17: Osa Shockley ja Queisser’s selgitusest, miks lihtsate päikesepaneelide kasutegur ei saa olla suurem kui . Vasakul: keskpäevase päikesevalguse spektert. Vertikaalne telg näitab võimsustihedust eV kohta konkreetses spektri vahemikus. Spektri nähtav piirkond on tähistatud värvitud taustaga. Paremal: ühe 1,1 eV laiuse keelutsooniga päikesepaneeli kinni püütud valgus on tähistatud punasega. Keelutsoonist laiusest väiksema energiaga footonid lähevad kaotsi. Osa keelutsooni laiusest suurema energiaga footonite energiast läheb samuti kaotsi; näiteks iga 2,2 eV footoni energiast läheb kaotsi pool. Lisanduvad veel kaod, mille põhjuseks on päikesepaneelis laengute rekombineerumisel tekkiv kiirgus. 

Kontsentreerijad (läätsed või peeglid) saavad vähendada fotoelemendi hinda (vati kohta) ja tõsta nende kasutegurit. Shockley–Queisser piir kontsentraatoritega päikesepatareidele on 41%. Ainus võimalus Shockley–Queisser piiri ületamiseks on ehitada udupeeneid fotoelemente, mis jagavad valguse erinevate lainepikkustega osadeks ja töötlevad iga sellist osa selleks sobiva keelutsooni laiusega päikeseelemendis. Selliseid päikeseelemente nimetatakse mitme keelutsooniga päikeseelementideks. Hiljuti anti teada, et mitme keelutsooniga päikeseelementidega on saadud umbes 40% kasutegur. [2tl7t6], www.spectrolab.com. 2007. a juulis raporteeris Delaware Ülikool 20-kordse kontsentreerimise juures 42.8% kasutegurit [6hobq2], [2lsx6t]. 2008.a. augustis raporteeris NREL 326 kordse kontsentreerimise juures 40.8% kasutegurit [62ccou]. Veidral kombel nimetatakse mõlemaid neid tulemusi efektiivsuse maailmarekorditeks. Milliseid mitme keelutsooniga seadmeid täna turult leiab? Uni-solar müüb õhukest (thin-film) kolme keelutsooniga 58W (maksimum) päikesepatareid. See tähendab, et päikesepaistes on efektiivsus vaid .

Figure Figure 6.5: Solar PV data. Data and photograph kindly provided by Jonathan Kimmitt.

Heliodynamics –www.hdsolar.com. Vt jononis 6.19.

Sarnaseid süsteeme teeb Arontis www.arontis.se.

Päikefarm Muhlhausenis, Bavaria. Oodatakse, et eee 25 hektaril laiuv päikesefarm hakkab andma ( päevas). New York’i Stillwell avenüü metroojaama katusekuplisse on integreeritud amorfne räni thin-film päikeseelement, mis annab (Fies et al., 2007). 140 aakril laiuv Nellise päikeseelektrijaam valmis 2007.a detsembris ja peaks andma aastas. See on [5hzs5y]. Serpa päikesejõujaamas (Serpa Solar Power Plant Portugal, “maailma kõige võimsam päikesejõujaam” [39z5m5] [2uk8q8]) on 60 hektarit ( ehk ) päikest jälgivaid paneele, millest loodetakse aastas, st keskmiselt . St teeb pindala ühiku kohta .

Et saada Suurbritannias inimese kohta oleks meil vaja 100 korda nii palju päikeseelemente, kui neid on kokku kogu maailmas. Et saada Suurbritannias oleks meil vaja keskmist võimsust , mis nõuab maksimaalset võimsust . 2007.a.a lõpus oli kogu maailmas installeeritud päikeseelementide maksimaalne võimsus ; uute võimsuste lisandumise kiirus on umbes aastas ...

... 5% Ühendkuningriikide palistamine päikesefarmidega ei tundu enam mõistlikuna väga paljudest aspektidest lähtudes. Peamine põhjus, miks mulle tundub, et selline palistamine ei tundu mõistlik, on see, et brittidele meeldib kasutada oma maad põllupidamiseks ja puhkuseks, mitte päikesepatareide kasvatamiseks. Teiseks põhjuseks võib olla hind. See raamat ei räägi majandusest, aga annan siin mõned numbrid. Kui vaadata Bavarian päikesefarmi hinnalipikut, siis tootmiseks inimese kohta maksab €91000  inimese kohta; kui see jõujaam töötaks 20 aastat ilma lisakulutusteta, oleks elektri hing €0,25 kWh kohta. Edasine lugemine: David Carlson, BP solar [2ahecp].

Suurbritannia inimesed viskavad ära umbes 300 g toitu inimese kohta päevas. Allikas: Ventour (2008).

Figure 6.10. USA-s annab ilma lämmastikväetisteta kasvatatud Miscanthus kuivatatud massi umbes 24 t/ha/a. Suurbritannias on see number 12–16 t/ha/a. Kuiva Miscanthus kogukütteväärtus on , nii et Suurbritannia toodang vastab võimsustihedusele . Allikas: Heaton et al. (2004) and [6kqq77]. Selline toodang on saavutatav ainult pärast kolme aastat segamatut kasvatamist.

Euroopa kõige suurema kasuteguriga taim muundab päikeseenergia süsivesikuteks 2%-kasuteguriga, millest järeldub et me võiksime taimedelt saada . Madalatel valguse intensiivsustel annavad parimad Suurbritannias taimed hästi niisutatud põldudel (Monteith, 1977), aga kõrgematel valguse intensiivsustel nende kasutegur langeb. Turkenburg (2000) ja Schiermeier et al. (2008) andmetel on päikeseenergia biomassi energiaks muundamise kasutegur vähem kui 1%.

Joonis 6.19: Soojust ja elektrit koos tootev paneel firmalt Heliodynamics. pindalaga reflektor (see on veidi suurem, kui kahekordse bussi külg) annab kuni soojust ja elektrit. Päikeselistes riikides suudab üks selline seade anda umbes soojust ja elektrit. Selline võimsus vastab keskmisele soojusenergia voole ja elektrienergia voole (see on seadme ruutmeetri kohta); need vood on sarnased, kui tavalistel päikesepaneelidel ja päikeseelementidel, aga Heliodynamicsi valgust kontsentreeriv disain on odavam, sest enamus paneelist on lihtsalt klaasplaat. Võrdluseks, keskmise Euroopa inimese energiatarbimine on .

Annan siin mõned allikad, mis toetavad mu hinnangut taimedelt saadava energia kohta. The Royal Commission on Environmental Pollution’s hindab Suurbritannias potentsiaalselt energiataimedelt saadavaks võimsuseks (Royal Commission on Environmental Pollution, 2004). Royal Society’s biofuels dokumendi (Royal Society working group on biofuels, 2008) tipus on Miscanthus, mis annab umbes keemilist võimsust.

UNDP poolt välja antud World Energy Assessment'is kirjutab Rogner (2000): “Oletades 45% efektiivsusega elektrienergiaks muundamist ja 15 kuivatatud massi tonni hektari kohta aastas, vajaksime taimekasvatust, et saada ühe megavati installeeritud võimsuse ekvivalent, mis töötab 4,000 tundi aastas.” See annab pinnaühiku kohta . ( tähendab 1  vatti elektrivõimsus.)

Energy for Sustainable Development Ltd (2003) hinnangul on energiavõsast võimalik saada 10 tonni kuiva puitu hektarilt aasta kohta, mis vastab energiatihedusele . (Kuiva puu kütteväärtus on kilogrammi kohta.)

Archer ja Barber (2004) andmetel on terve lehe otsene kasutegur kuni , aga tänapäevaste energiataimede kauaaegne energia salvestamise efektiivsus on 0.5–1%. Archer ja Barber hinnangul on geneetilise modifitseerimisega võimalik taimede energia salvestamise efektiivsust suurendada. See kehtib eriti C4 taimede kohta, millel on looduslikult välja arenenud efektiivsemad fotosünteesi rajad. C4 taimi leiab peamiselt troopikas ja nad kasvavad hästi kõrgete temperatuuride juures; nad ei kasva madalamal temperatuuril kui . C4 taimed on näiteks suhkruroog, mais, sorgo, sõrmhirss ja switchgrass. Zhu et al. (2008) arvutavad, et päikeseenergia biomassiks muundamise efektiivsuse teoreetiline piir on C3 fotosünteesis ja tänasel 380 ppm kontsentratsioonil atmosfääris. Nad väidavad, et kõrgeim saavutatud päikeseenergia muundamise efektiivsus C3 ja C4 taimedele on vastavalt ja ; ja, Boyer (1982) andmetel, põhiliste taimede keskmine energia muundamise efektiivsus Ameerika Ühendriikides on 3 või 4 korda madalam, kui rekordtase (st umbes efektiivsus). Üks põhjuseid, miks taimed seda maksimaalet efektiivsus ei saavuta on see, et nad ei suuda ära kasutada kogu neile langeva ereda päikesevalguse energiat. Mõlemad need artiklid (Zhu et al., 2008; Boyer, 1982) arutlevad efektiivsemate taimede geneetilise aretamise väljavaateid.

Joonis 6.11. Sellel joonisel esitatud numbrid pärinevad Rogner (2000) (puidu, rapsi, suhkruroo ja troopiliste taimede koguenergia toodang); Bayer Crop Science (2003) (raps biodiisliks); Francis et al. (2005) and Asselbergs et al. (2006) (jatropha); Mabee et al. (2006) (sugarcane, Brazil); Schmer et al. (2008) (switchgrass, marginaalsed cropland USA-s); Shapouri et al. (1995) (vili etanooliks); Royal Commission on Environmental Pollution (2004); Royal Society working group on biofuels (2008); Energy for Sustainable Development Ltd (2003); Archer and Barber (2004); Boyer (1982); Monteith (1977).

Isegi kuiva puu põletamisel heas boileris kaob 20% soojusest korstnasse.  Allikad: Royal Society biokütuste töörühm (2008); Royal Commission on Environmental Pollution (2004).

2.7 Soojendamine ja jahutamine

2.7.1 Soojendamine ja jahutamine

Joonis 7.1: Parv uusi majasid.

Selles peatükis uurime, kui suur võimsus kulub meie ümbruskonna temperatuuri kontrollimiseks  - kodus ja tööl - ja meie toidu, joogi, pesu ja mustade nõude soojendamiseks ja jahutamiseks.

Koduse vee soojendamine

Arvatavasti on suurimad vee tarbijad kodus vannid, duššid ning nõude ja riiete pesemine, sõltuvalt teie elustiilist. Hindame kõigepealt energiat, mis kulub ühele kuumale vannile.

Joonis 7.2: Vanni vesi.

Vannivee ruumala on . Ütleme, et vannivee temperatuur on ja majja tuleva vee temperatuur on . Vee soojendamiseks kulutavat energiat mõõdav vee soojusmahtuvus, mis on liitri ja kohta. Nii et vannivee soojendamiseks võrra kulub

Nii et vanni võtmisele kulub . Võrdluseks, dušši all käimisele ( liitrit) kulub umbes .

Potid ja pliidid

Joonis 7.3: Soojendava ja jahutava seadme võimsus.

Suurbritannia on tsiviliseeritud riik ja selle kodudesse jõuab voldi elektrivarustus. Nii saame me mitu liitrit vett mõne minutiga kannus keema ajada. Selliste kannude võimsus on . Miks  ? Aga sellepärast, et see on maksimaalne võimsus, mis on võimalik saada voldise pingega maksimalse lubatud voolu, ampri juures. Riikides, kus on voldi elektrivarustus, võtab kannu tee keema ajamine kaks korda rohkem aega.

Kui majapidamises on kann sisse lülitatud minutiks päevas, annab see keskmiseks energia tarbimiseks päevas. (Järgnevas paaris näites arvestan kahe inimesega, kui ütlen "majapidamise kohta".)

Ühe väikse elektripliidi plaadi võimsus on samasugune kui röstril: . Suure võimsusega plaadid annavad . Kui te kasutate kahte elektripliidi plaati täisvõimsusel pool tundi päevas, vastab sellele päevas.

Mikrolaineahjude võimsus on tavaliselt kirjutatud selle esiküljele: minu oma kohta on näiteks kirjas , aga tegelikult tarbib see umbes . Kui te kasutate mikrolaineahju 20 minutit päevas, siis annab see päevas.

Tüüpiline ahi neelab rohkem: umbes , kui see on täis. Kui te kasutate ahju üks tund päevas ja pool sellest ajast täisvõimsusel, siis annab see päevas.

Kuumad riided ja kuumad nõud

Nii pesumasin, nõudepesumasin kui ka pesukuivati kasutavad täisvõimsusel töötades umbes .

Joonis 7.5: Kodus ja tööl kasutatavale kuumale veele kuluv võimsus – sisaldab vanne, duši all käimist, riiete pesemist, ahjusid, veekeetjaid, mikrolaineahjusid ja nõudepesumasinaid – on umbes päevas inimese kohta. Värvisin selle kasti heledaks, sest siin saaksime kasutada madala klassiga soojusenergiat.

Pesumain kasutab umbes liitrit vett pesukorra kohta, selleks kulub umbes energiat, kui temperatuur on seatud  . Kui me kasutame pesukuivati asemel pesukuivatuskappi, on vee aurustamiseks ikkagi vaja energiat  – asemel ligikaudu ühe pesukorra kohta.

Võttes kokku kõik need sooja vett puudutavad hinnangud tundub mulle, et on üsna lihtne ära kasutada umbes päevas inimese kohta.

Kuum õhk kodus ja tööl

Joonis 7.6: Suur elektriradiaator: .

Aga millele kulub rohkem võimsust, kas soojale veele ja toidule või hoonetes radiaatoritega õhu soojendamine? 

Soojale õhule kuluva kuluva energia hindamiseks võime ette kujutada, et hooneid soojendatakse elektriradiaatoritega, kuna nende võimsused on meile harjumuspärasemad. Väikese elektriradiaatori võimsus on ( ööpäevas). Talvel võite te vajada ühte sellist inimese kohta. Talvel ei ühtegi. Seega võime hinnata, et keskmine inimene vajab sooja õhu tootmiseks päevas. Aga enamus inimesi tarbivad rohkem kui nad vajavad, hoides soojana samaaegselt mitut ruumi (näiteks kööki, elutuba, koridori ja vannituba). Seega peaksime usutava numbri saamiseks korrutama selle numbri kahega: inimese kohta päevas.

Joonis 7.7: Kokku soe õhk – nii kodus kui töö juures – umbes inimese kohta päevas.

Selle peatüki lisapeatükk Soojendamine II sisaldab rohkem infot selle kohta, kuhu soojus ehitistes läheb: see mudel lubab ennustada kokkuhoidu, mille saame termostaati külmemaks reguleerides, akendele topelt aknaid paigutades jne.

Välisõhu soojendamine ja teised luksused

Järjest kasvab trend kasutada infrapunasoojendeid välisõhu kütmiseks. Tüüpilise infrapunasoojendi võimsus on . Nii et kui te kasutada iga päev ühte sellist mõneks tunniks, kulutate te lisaks päevas.

Tagasihoidlikum luksus on elektritekk. Kahekohalise voodi elektriteki võimsus on ; selle üheks tunniks sisse lülitamine kulutab .

Jahutamine

Külmik ja külmuti

Lisaks vee ja õhu soojendamisele kontrollime me ka oma muidu soojadesse ruumidesse pressitud külmade kappide temperatuuri. Minu joonisel 7.3 kujutatud külmutiga külmkapp kasutab keskmiselt – see teeb umbes .

Õhu konditsioneerimine

Õhu konditsioneerimist loetakse hädavajalikuks kõigis riikides, kus temperatuur tõuseb üle ja selline temperatuuri kontrollimin võib olla väga energiakulukas. Aga see raamatu osa räägib Suurbritannia energiatarbimisest ja siinsed õhutemperatuurid ei nõua just tihti õhu konditsioneerimist (joonis 7.8).

Joonis 7.8: Päevased (punane joon) ja öised (sinine joon) õhutemperatuurid Cambridge's 2006.a.
Joonis 7.9: Jahutamine kokku – koos külmkapi (külmik/külmuti) ja mõningase suvise õhu konditsioneerimisega – .

Ökonoomne viis õhu konditsioneerimiseks on kasutada õhk-õhk soojuspumpa. Ühele ruumile arvestatud aknale paigaldatav konditsioneeri kasutab elektrienegiat ja annab (läbi soojusvaheti) jahutust. Et hinnata, kui palju energiat võidakse Ühendkuningriikides seleks kasutada, eeldasin, et inimesed kasutavad sellist õhu konditsioneerimist tundi päevas päeval aastas. Sellistel päevadel kasutab konditsioneer elektrienergiat. Keskmine tarbimine terve aasta kohta on siis .

Selles peatükis kasutan jahutamisele kuluva energia hinnangut inimese kohta, kuhu on sisse arvatud õhu konditsioneerimine ja kodune külmkapp. Me jahutame toitu ka selle teekonnal põllult ostukorvi. Sellele kuluvat energiat hindan ma hiljem, peatükis "Asjad".

Soojendamine ja jahutamine kokku

Meie ligikaudne hinnang selle kohta, kui palju üks inimene võiks kasutada energiat soojendamisele ja jahutamisele, on inimese kohta ja see sisaldab kodu, töökohta ja toidu valmistamist (12 soojale veele, 24 soojale õhule ja 1 jahutamisele).

Tõestus sellele, et niisugune hinnang on enam-vähem õige ja on pigem alla hinnatud, tuleb mu oma kodusest gaasi kasutamisest, mille keskmine üle 12 aasta on  päevas (joonis 7.10). Omal ajal ma arvasi, et olen üsna säästlik tarbija, aga ma ei jälginud oma energia tarbimist. Peatükis Nutikam kütmine ma räägin, kui palju ma suutsin säästa, kui hakkasin oma energia tarbimist jälgima.

Joonis 7.10: Mu kodune kumulatiivne gaasi tarbimine kilovatttundides aastatel 1993 – 2005. Iga aasta graafiku kohal on number, mis näitab keskmist energia tarbimist kWh päevas.

Kuna soojendamine on meie tarbimise tulbas suur komponent, siis võrdleme oma hinnanguid kontrolliks statistikaga. Üle riigi oli kodune keskmine energiakulu küttele, veele ja toidu valmistamisele 2000. aastal päevas inimese kohta ja teenuste sektoris kulutati küttele, jahutamisele, toitlustamisel ja soojale veele . Töökoha küttele kuluva energia hinnanguks võtame Cambridge'i ülikoolis 2006-2007 gaasi tarbimise: töötaja kohta.

Liites need kolm numbrit kokku saame teise arvamuse riigis soojusele kuluvale energiale: inimese kohta, eeldades, et Cambridge'i ülikool on tavaline töökeskkond. Tore, see on kindlustunnet sisendavalt lähedal meie esialgsele hinnangule .

Joonis 7.11: Kütmine ja jahutamine – umbes 37 ühikut päevas inimese kohta. Ma ei varjutanud seda kasti, kuna see esindab energiat, mida on võimalik saada madala klassi soojusenergiast.

Märkused ja edasine lugemine 

Tüüpiline ahi neelab rohkem: umbes . ILoomulikult eksisteerib ahjude võimsuste vahemik. Paljudee ahjude keskmine võimsus on või . Tippklassi ahjud võivad kasutada ka tervelt . Näiteks Whirlpool AGB 487/WP 4 Hotplate Electric Oven Range on  ahi ja neli pliidiplaati.

www.kcmltd.com/electric oven ranges.shtml

www.1stforkitchens.co.uk/kitchenovens.html

Pesu kuivatamiseks on vaja ligikaudu ühe pesukorra kohta. Ma arvutasin selle välja oma pesu kaaludes: üks masinatäis pesu kaalub kuivana , pärast pesu mu Bosch pesumasinas rohkem (isegi pärast head Saksa tsentrifuugimist). Vee aurustumissoojus juures on umbes . Keskmise väärtuse saamiseks eeldasin, et üks inimene peseb ühe masinatäie pesu iga kolme päeva järel ja et see neelab aasta külmal poolel väärtuslikku toasooja. (Suvel on kuivatuskapi kasutamine samaväärne pisukese õhu konditsioneerimisega, sest vee aurustamine jahutab toas õhku.)

Üle riigi oli kodune keskmine energiakulu päevas inimese kohta; teenuste sektoris kulutati . Allikas: Dept. of Trade and Industry (2002a).

Cambridge'i ülikoolis oli 2006-2007 gaasi tarbimine  töötaja kohta. Gaasi ja kütteõli tarbimine Cambridge Ülikoolis (ca kolledž) oli 2006–2007.a. . Tegin ülikooli kohaks, kus töötab 13 300 inimest (8602 töölist ja 4667 kraadiõppurit). Muuseas , selle elektritarbimine oli . Allikas: University utilities report.

2.8 Hüdroelekter

Joonis 8.1: Nant-y-Moch tamm, mis on osa Walesis asuvast hüdroelektrilisest taristust. Foto: Dave Newbould, www.origins-photography.co.uk.

Hüdroelektri tegemiseks on vaja kõrgusi ja vihma. Hinnakem vihma koguenergiat kuni selle langemisel meretasemeni.

Jagagem Suurbritannia kaheks: madalamad ja kuivemad osad, mida ma nimetan "madalmaadeks" ning kõrgemad ja niiskemad osad, mida ma nimetan "kõrgmaadeks". Valin Bedfordi ja Kinlochewe nende kahe piirkonna esindajateks.

Võtame kõigepealt ette madalmaad. Vihma gravitatsioonijõust põhjustatud võimsuse hindamiseks korrutame sademete hulga Bedfordis ( aastas) vee tiheduse (), gravitatsioonikiirenduse () ja madalmaade tüüpilise kõrgusega merepinna suhtes (umbes ). Ühikpindala kohta tuleb võimsuseks . See on võimsus maapinna ühiku kohta, kus see vihm sajab.

Kui korrutame selle numbri inimese kohta tulevate ruutmeetrite arvuga (, eeldades et madalmaad on ühtlaselt jaotatud kõigi miljoni briti vahel), saame keskmiseks ühe inimese kohta tulevaks võimsuseks päevas. See on absoluutne võimalik hüdroelektri võimsuse maksimum, mis eeldab, et kõik jõed ehitatakse tamme täis ja iga veetilk kasutatakse perfektselt ära. Reaalsuses me ehitame tammi vaid juhul, kui see võimaldab vee langemist arvestatavalt kõrguselt ja tammi ees vett koguv pindala peaks olema väiksem kui terve riik. Suurem osa veest aurustub enne, kui jõuab turbiini lähedusse ja ükski hüdroelektriline süsteem ei kasuta ära kogu vee potentsiaalset energiat. Jõuame seega madalmaade hüdroenergia suhtes kindlale järeldusele. Inimestele võib meeldida ehitada väikseid jõeäärseid hüdroelektrilisi süsteeme, aga madalmaades ei saa sellised süsteemid anda rohkem, kui päevas inimese kohta.

Joonis 8.3: Hüdroelekter

Vaatame nüüd kõrgmaid. Kinlochewe on vihmasem kohta: seal sajab sademeid aastas, neli korda rohkem kui Bedfordis. Kõrguste vahed on samuti suuremad – suured alad on kõrgemal kui merepinnast. Nii et mägistes piirkondades võime arvestada 12 korda suurema võimsusega ruutmeetri kohta. Algne (raw) võimsus ühikpindala kohta on umbes . Kui kõrgmaad jagavad suuremeelselt oma hüdroelektrit ülejäänud Suurbritanniaga (mis teeks inimese kohta), saaksime võimsuse ülemiseks piiriks umbes päevas inimese kohta. Sarnaselt madalmaadega oleme siin saanud ülemise piiri, mis kehtiks, kui aurustumine oleks keelatud iga tilk oleks perfektselt kasutatud.

Milline võiks olla meie hinnang mõistlikule, praktiliselt saavutatavale võimsusele? Olgu selleks algsest võimsusest – päevas ja ümmardagem seda üles, et arvestada ka madalmaade toodangut: päevas.

Tegelik hüdroelektri tootmise võimsus Ühendkuningriikides on täna inimese kohta, st nõuaks hüdroelekti tootmise seitsmekordset kasvu.

Märkused ja edasine lugemine

Sademete statistika pärineb BBC weather centre.

Joonis 8.4: vesiratas.

Algne (raw) võimsus ühikpindala kohta on umbes . Me võime seda hinnangut kontrolliks võrrelda tegeliku võimsustihedusega Loch Sloy hüdroelektri taristus, mis valmis 1950. aastal (Ross, 2008). Loch Sloy kogumispiirkond on umbes ; sademete hulk on ligikaudu aastas (seda on pisut rohkem, kui Kinlochewe ); elektri tootmine oli 2006. aastal aasta kohta, mis vastab võimsustihedusele kogumisala ruutmeetri kohta. Loch Sloy’s pindala on ligikaudu , nii et hüdroelektrijaama enda pindala kohta saame . Nii et Loch Sloy'sse vett toovad mäed, akveduktid ja tunnelid toimivad kui  55 kordsed võimsuse kontsentraatorid.

Tegelik hüdroelektri tootmise võimsus Ühendkuningriikides on täna inimese kohta. Allikas: MacLeay et al. (2007). 2006.a. tootsid suured hüdroelektrijaamad (jaama maksimaalne võimsus on ); väiksed hüdroelektrijaamad tootsid () (võimsus ).

1943. aastal, kui hüdroelektri tootmine kiiresti kasvas, hindasid North of Scotland Hydroelectricity Board’s insenerid Šotimaa Highlands võimalikuks tootmiseks 102 elektrijaamas aastas – see vastaks inimese kohta (Ross, 2008).

Glendoe, esimene uus suur hüdroelektri projekt Suurbritannias alates 1957. aastast, lisab ja sellelt oodatakse aastas. Glendoe kogumispiirkond on , nii et selle võimsustihedus on kogumispiirkonna ruutmeetri kohta. Glendoed reklaamitakse, kui “piisavalt suur Glasgow varustamiseks.” Aga kui me jagame need aastas kõigi Glasgow elanike vahel ( inimest), siis mee saame ainult inimese kohta. See on vaid inimeste keskmisest elektri tarbimisest, mis oli inimese kohta. 20 kordne liialdamine tuleneb Glendoe maksimaalse, mitte keskmise võimsusega arvestamisest, mis on 5 korda väiksem; ja arvestades vaid kodusid, mitte Glasgow kogu elektritarbimist.

2.9 Valgus

2.9.1 Valgus

Valgus kodus ja tööl

Heledaimad kodus kasutatavad elektripirnid tarbivad ja öökapilambid . Vanamoodsates hõõglampides muundub enamus võimsusest valguse asemel soojuseks. Päevavalguslambid on suuteline vaid veerandiga sellest võimsusest tootma hõõglampidega sama palju valgust.

Kui palju tarbib valgust mõõdukalt pillav inimene? Minu umbkaudne, kaheliikmelise kodu kogemusel põhinev hinnang, kus kasutatakse segamini madala ja kõrge energiatarbimisega elektripirne, on päevas ja päevas inimese kohta. Ma eeIdan, et iga inimene käib ka tööl, kus ta jagab kolleegidega sarnast valgust ning võiks minu arvamuse järgi kasutada inimese kohta. Nii saame ümmardatud numbri inimese kohta.

Tänavavalgustus ja valgusfoorid

Kas peaksime korrektse valguse kasutamise hinnangu saamiseks arvestama ka avalikku valgustust? Tänavavalgustus kasutab ligikaudu inimese kohta päevas ja valgusfoorid ainult inimese kohta – mõlemad need numbrid võib kodus ja töökohas kasutatava valguse kõrval oma väiksuse pärast arvestamata jätta. Aga teised avaliku valgustuse vormid, nagu valgustatud tähistused ja reklaamtahvlid? Neid on vähem kui tänavavalgusteid ja kuna juba tänavavalgustus ei pääsenud pildile, siis me oma koguhinnangut inimese kohta ei muuda.

Joonis 9.1: Valgustus – päevas inimese kohta.

Tabel 2.6 Koduses majapidamises valgustuseks kuluv elektrienergia

Seadevõimsusaeg päevasEnergia päevas kodu kohta
10 hõõglampi
10 säästulampi


Tuled liikluses

Mõnedes riikides peavad juhid autodel tuled põlema alati, kui auto liigub. Kuidas näeb see lisavõimsus välja võrdluses võimsusega, mis kulub autode ringi veeratamisele? Ütleme, et autol on neli hõõglampi, koguvõimsusega . Elektri nende lampide jaoks toodab efektiivsusega töötava mootori külge ühendatud efektiivsusega töötav elektrigeneraator, nii et vajalik võimsus on . Võrdluseks ütleme, et tavaline auto, mis liigub keskmise kiirusega ja kulutab kilomeetri läbimiseks ühe liitri bensiini arendab keskmist võimsust . Seega tähendab tulede põlemas hoidmine täiendavat energiakulu.

Kuidas elektriautodega? Tüüpilise elektriauto võimsus on ligikaudu . Nii et lisandumine suurendab selle tarvitatavat võimsust . Lisanduv võimsus oleks väiksem, kui kasutaksime autodes valgusdioode, aga kui jätkaksime veel selle teema arutamist, siis jõuaksime raskekujulise "iga natukene loeb" juhuni.

Säästulampide majandus

Üldiselt ma hoidun majandusest rääkimast, aga seoses elektrilampidega tahaksin teha ühe erandi. Osram’i võimsusega säästulamp väidetakse andvat samasuguse valgusjõu, kui hõõglamp. Enamgi veel, selle eluiga väidetakse olevat tundi (või “ aastat,” iga päev tundi). Teiselt poolt, tavaline hõõglamp kestab tundi. Nii et aastast perioodi silmas pidades on meil järgnevad valikud (joonis 9.3): osta hõõglampi ja  elektrienergiat (mis maksab ligikaudu £); või osta üks säästupirn ja elektrienergiat (mis maksab ligikaudu £).

Joonis 9.2: Kulud hõõglambile, kui kasutame seda kolm tundi päevas, võrrelduna sellega, kui asendaksime selle kohe Osram Dulux Longlife Energy Saver säästulambiga (pildikastis). Eeldused: elektrienergia maksab kilvatt-tunni kohta; hõõglambi vahetamine uue vastu maksab kord; säästulamp maksab £. (Jah, poest leiab ka odavamaid, aga joonis näitab, et asi tasub end ära ka £ hinna korral.)

Kas enne vanade pirnide uute vastu vahetamist tasub oodata, kuni nad läbi põlevad?

Tundub raiskamisena, kas pole? Keegi on kulutanud nende hõõglampide tootmiseks ressursse; kas ei oleks mõistlik see hõõglamp lõpuni kulutada ja nii see investeering rahaks teha? Majanduslik vastus on siin selge: vana hõõglambi kasutamine on raha raiskamine. Kui teil on võimalik leida sobilik asendus, siis tehke seda kohe.

Kuidas suhtuda säästulampides sisalduvasse elavhõbedasse? Kas LED lambid on paremad kui päevavalguslambid?

Joonis 9.3: Philipsi ja Omicron LED lamp.

Teadlased ütlevad, et LED lambid saavad varsti säästulampidest efektiivsemateks. Valgusallikate efektiivsust mõõdetakse luumenites vati kohta. Ma uurisin oma viimatise ostu numbreid: Philips Genie säästulambi (joonis 9.4) kiiratav valgusvoog on luumenit, mis annab efektiivsuseks luumenit vati kohta; tavaline hõõglamp annab luumenit vati kohta; Omicroni  lamp, mille sees on valget LEDi, annab valgusvoo luumenit, efektiivsuseks saame siis luumenit vati kohta. Nii et see LED pirn on peaaegu sama efektiivne, kui päevavalguslamp. LEDide tööstusel on vaja veel veidi areneda. LEDide plusspoolele tuleb kanda tunnine eluiga, kaheksa korda pikem kui säästulampidel. Selle peatükikirjutamise ajal panen ma tähele, et www.cree.com müüb LEDe, mis annavad luumenit vati kohta. Ennustatakse, et tulevikus annavad LEDid üle luumeni vati kohta [ynjzej]. Arvan, et järgmise mõna aasta möödudes on nii efektiivsuse kui ka elavhõbeda reostuse vaatekohalt parim nõuanne kasutada LED pirne.

Müütarvamused

“Säästulampide kasutamisel ei ole mingit mõtet.  “Raisatud” energia soojendab mu kodu ja ei ole raisatud.”

Sellest müüdist räägime peatükis "Vidinad".

Märkused ja edasine lugemine 

Tänavavalgustus kasutab ligikaudu inimese kohta päevas... 10 inimese kohta tuleb ligikaudu üks naatriumlamp; iga sellise lambi võimsus on ja see põleb tundi päevas. See teeb inimese kohta.

... ja valgusfoorid ainult inimese kohta. Suurbritannias on autodele ja jalakäijatele signaale andvat lampi, mis kulutavad aastas miljonit kilovatttundi elektrienergiat aastas. Kui jagame miljonit miljoni inimese vahel, siis saame inimese kohta.

Valgustatud tähistuseid ja reklaamtahvleid on vähem kui tänavavalgusteid

[www.highwayelectrical.org.uk]. Suurbritannias on miljonit valgustusühikut (tänavalambid, valgustatud tähised ja reklaamtahvlid). Kõigist neist ligikaudu miljonit on tänavavalgustid ja miljon on valgustatud teetähised. Valgusfoore on .

DUKES 2005 andmetel on avaliku valgustus koguenergiakulu 2095GWh/a,misteeb0,1\, \mathrm{kWh/p}$ inimese kohta.

$55\%$ efektiivsusega töötav elektrigeneraator –allikas: en.wikipedia.org/wiki/Alternator. Elektrijaamades kasutatavad generaatorid muundavad mehaanilist energiat elektrienergiaks palju suurema kasuteguriga. 

Tabel 2.7 Erinevate elektripirnide efektiivsused. Oodatakse, et LED lampide efektiivsus võiks tõusta luumenini vati kohta.

Elektripirni tüüpefektiivsus (luumen/W)
hõõglamp10
halogeen16-24
valge LED35
väike päevavalguslamp55
suur päevavalguslamp94
naatriumlamp (tänavavalgustu)150


2.10 Tuul avamerel

2.10.1 Tuul avamerel

London Array tuulefarm annab kriitilise panuse UK taastuvenergeetika eesmärkide saavutamiseks.
James Smith, chairman of Shell UK

Elektrienergia on liiga elutähtis kaup, et seda võiks kasutada tuulikute tööstuses töökohtade loomise programmis.
David J. White

Joonis 10.1: Kentish Flats – madalas avameres painev tuulefarm. Iga tiiviku diameeter on ja need on installeeritud kõrguse masti otsa. Iga “” tuulik kaalub tonni ja pool sellest massist on vundamendis. Foto: Elsam (elsam.com).

Merel on tuul tugevam ja ühtlasem kui maal, nii et võrreldes maapealsete tuulefarmidega annavad avamere tuulefarmid ühikpindala kohta rohkem elektrivõimsust. Thames suudmes asuv Kentish Flats tuulefarm on ligikaudu kaugusel Whitstable'st ja Herne Bay'st, see alustas tööd 2005.aasta lõpus ja selle võimsuseks ruutmeetri kohta kavandati . 2006. aastal oli selle keskmine võimsus pindalaühiku kohta .

Eeldan järgnevas, et avamere tuuleparkide pindalaühiku kohta tuleva võimsuse mõistlik hinnang Ühendkuningriikides on ( suurem, kui maapealste tuuleparkide ).

Peaksime nüüd hindama pindala, mille tuuleparkidega katmine on mõeldav. Tavapäraselt tehakse vahet madala avamere tuule ja sügava avamere tuule vahel, nagu seda on illustreeritud joonisel 10.2. Tavatarkus justkui ütleb, et ehkki madala avamere tuulepargid (sügavus väiksem kui ) on ligikaudu kaks korda kallimad maale ehitatavatest tuuleparkidest, võiksid nad olla mõistliku subsideerimise korral majanduslikult tasuvad ja sügava avamere tuulepargid ei tasu ennast ära. 2008. aastal oli Ühendkuningriikides vaid üks eksperimentaalne sügava avamere tuulepark, mis saatis kogu oma toodetud elektrienergia Beatrice'i nime kandvale naftaplatvormile.

Madal avameri

Briti territoriaalvetes on ligikaudu madalat avamerd, enamus sellest Inglismaa ja Walesi rannikul. See on umbes kahe Walesi pindala.

Joonis 10.2: Ühendkuningriikide alla sügavusega (kollane) ja kuni sügavusega (lilla) territoriaalveed. Andmed: DTI Atlas of Renewable Marine Resources. © Crown copyright.

Keskmine võimsus, mida on võimalik saada madalat avamerelt, kui see hõivaks kogu kõnealuse territooriumi, oleks või inimese kohta. Aga see oleks vaevalt vastuvõetav laevandusele ja kalandusele ning suur osa neist vetest jääb ilmselt tuuleparkidele kättesaamatuks. Pakun, et me arvestame ühe kolmandikuga sellest territooriumis (aga palun lugege ka märksa pessimistlikumat vaadet peatüki lõpus olevate märkuste all!). See teeb maksimaalseks mõistlikel tingimusel madalalt avamerelt saadavaks võimsuseks inimese kohta.

Tahaksin siinkohal rõhutada meie hinnangus esineva pindala suurust  – kaks kolmandikku Walesi – et saada inimese kohta inimese kohta. Kui võtame kogu Suurbritannia rannajoone (pikkus: ) ja ääristaksime selle laiuse tuulikute ribaga, oleks selle riba pindalat . See on pindala, mille peaksime inimese kohta saamiseks tuulikutega täitma. Veel teisiti sõnastades, inimese kohta saamiseks vajaksime ” tuulikut, see teeb üle  kilomeetri ühtlaselt jaotatuna tuulikut kilomeetri kohta.

Avamere on tuuleenergiat keeruline kätte saada, sest merevesi paneb asjad roostetama. Suures Horns Reef tuulepargis Taanis tuli juba pärast kuud merevees olekut kõik tuulikut lahti võtta ja remontida. Kentish Flats tuulepargi tuulikutel tekkisid probleemid käigukastidega ja kolmandik nendest tuli vahetada esimese kuu jooksul.

Sügav avameri

kuni sügavusega merd on meil ligikaudu – see on sama suur pind kui Šotimaa. Eeldades jälle pindalaühiku kohta võimsuseks , saame “sügava” avamere tuuleparkide teoreetiliseks võimsuseks ehk inimese kohta, kui täidaksime kogu selle territooriumi tuuleparkidega. Aga jällegi, meil on vaja laevanduskoridore. Eeldame ka siin, et me saame tuulikutega katta kolmandikku sellest territooriumist; see ala oleks siis suurem kui Wales ja enamus sellest oleks rannikust kaugemal kui . Järeldus: kui kataksime tuuleparkidega alad, mille pindala oleks sama suur, kui laiune riba mööda kogu rannikut, saaksime sügava avamere tuuleparkidest inimese kohta. Jah, see on tohutu võimsus; aga see ei ole ikkaga sama tohutu, kui on tarbimine. Ja me ei ole veel rääkinud tuule vahelduvusest. Pöördume selle küsimuse juurde tagasi peatükis Fluktuatsioonid ja salvestamine.

Ma lisan selle põhimõtteliselt võimaliku panuse tootmise tulpa klausliga, et ekspertide arvates on sügava avamere tuul liiga kallis.

Joonis 10.3: Avamere tuuleenergia

Mõned võrdlused ja hinnad 

Kuidas edeneb meie võidujooks tarbimise ja tootmise vahel? Pärast madala ja sügava avamere tuule lisamist on rohelisel tulbal edumaa. Tahaksin siiski, et paneksite tähele erinevust, kui lihtne on lisada hagu tarbimise tulle ja kui keeruline on kasvatada tootmise tulpa. Praegu kirjutades ma tunnen pisut jahedust, nii et ma lähen termostaadi juurde ja keeran sooja juurde. Minu jaoks on väga lihtne tarbida päevas rohkem. Aga taastuenergia allikatest inimese kohta päevas välja pigistamiseks on vaja keskkonna industrialiseerimist mahus, mida on raske ette kujutada.

Vajaksime Suurbritannias inimese kohta päevas tootmiseks miljonit tonni betooni ja terast – ühe tonni iga inimese kohta. Maailma aastane terase toodang on ligikaudu miljonit tonni, mis teeb inimese kohta maailmas. Teise maailmasõja käigus ehitasid Ameerika laevatehased Liberty laeva, igaüheks kulus 7000 tonni terast – see teeb kokku miljonit tonni, tonni inimese kohta Ameerikas. Nii et miljoni tuulikute ehitamine ei ole võimatu; aga ärge kujutage ette et see on lihtne. Sellise hulga tuulikute ehitamine oleks samasugune saavutus, kui Liberty leavade ehitamine.

Võrdluseks, Ühendkuningriikides inimese kohta päevas tuumaenergia tootmiseks on vaja  miljonit tonni terast ja miljonit tonni betooni. Võime seda miljonit tonni võrrelda täna juba eksisteeriva fossilkütuste taristuga Põhjameres (joonis 10.4).

Joonis 10.4: Põhjapoolses Põhjamere Ühendkuningriikide sektoris asuv Magnus platvorm sisaldab tonni terast. 2000. aastal andis see platvorm miljonit tonni gaasi ja naftat – võimsusega . Platvorm maksab £ miljardit. Fotod Terry Cavner.

1997.aastal sisaldasid rajatist ja torusid Põhjameres Ühendkuningriikide vetes miljonit tonni terast ja betooni. Äsja ehitatud Langeled gaasitoru Norrast Suurbritanniasse, milles transporditava gaasi energiavõimsus on (), vajas veel miljoni tonni terast ja miljoni tonni betooni (joonis 10.5).

Joonis 10.5: Torud Langeledi gaasijuhtme ehitamiseks. Foto Bredero–Shaw [brederoshaw.com].
 

Ühendkuningriikide valitsus kuulutas 10. detsembril 2007. aastal, et lubab ehitada  avamere tuulevõimsust (mis toodaks Ühendkuningriikidele keskmiselt , so inimese kohta päevas), seda plaani reklaamiti mõnede tuulikute tööstusega seotud isikute poolt kui “paradiisiaeda”. Läheme edasi ümmarguse numbriga inimese kohta päevas. See on üks neljandik minu madala avamere tuuleenergia tootmise hinnangust inimese kohta päevas. Sellise keskmise võimsuse saavutamiseks vajaksime umbes ” joonisel 10.1 kujutatud tuulikut (nende tootlikkus on “” aga keskmiselt nad annavad . Ma panen jutumärgid ümber “” näitamaks, et see on maksimaalne võimsus.)

Kui palju see “” võimsuse saavutamine maksaks? “” Kentish Flats tuulepark maksis £ miljonit, nii et “” maksaks umbes £ miljardit. Üks võimalus selle £ miljardilise maksumuse mõistmiseks, mis annaks inimese kohta, on jagada see Ühendkuningriikide elanike vahel; see teeks £ inimese kohta. Muuseas, see on palju parema tehing kui mikrotuulikud. Üks katusele paigutatav mikrotuulik maksab tänasel päeval umbes £ ja toodab sealjuures isegi väga optimistliku tuule kiiruse juures ainult . Tegelikkuses toodab selline mikroturbiin Inglismaa linnalises asukohas päevas.

Veel üks pudelikael tuulikute püstitamisel on vajadus spetsiaalsete laevad järele. tuuliku (“”) püstitamiseks kümne aasta jooksul vajaksime ligikaudu kraanadega pargast. Sellised maksavad £ miljonit tükk, nii et vajalik on £ lisakapitalikulutus. See ei ole arvatavasti määrav takistus juba seatud £ miljardilise hinnalipiku kõrval, aga vajadus pargaste järele on kindlasit detail, mis tahab ette planeerimist. 

Kulutused lindudele 

Kas tuulikud tapavad “tohutu hulga” line? Tuulefarmid said hiljuti vaenuliku tähelepanu osaliseks, kui Norra kirderanniku saartel Smolas asuvad tuulikud tapsid 9 valgesaba kotkast 10 kuu jooksul. Ma jagan BirdLife International muret lindude heaolu pärast. Aga ma arvan, et ka siin on oluline numbreid vaadata. Hinnangute kohaselt tapavad tuulikud Taanis, kus elektrienergiast toodetakse tuulest, aastas  lindu. Õudus! Keelake tuulikud! Aga me teame ka, et liiklus tapab Taanis aastas miljon lindu. Kolmekümnekordne õudus! Kolmekümnekordne ajend autode keelustamiseks! Ja Suurbritannias tapetakse miljonit lindu kasside poolt (joonis 10.6).

Joonis 10.6: Aktsioonis kaotatud linnud. Taanis tuulikute ja autode poolt aastas surmatud lindude arv ja Suurbritannias kasside poolt tapetud lindude arv. Numbrid pärinevad Lomborg (2001). Akendesse lendamine tapab sarnase hulga linde, kui seda teevad kassid.

Kui lähtuksime vaid emotsioonidest, peaksime me tahtma elada riigis, kus ei oleks peaaegu üldse autosid ja tuulikuid, aga kus oleks palju kasse ja linde (kus linde jahtivad kassid on võib-olla jahitud Norra valgesabakotkaste poolt, et asjad oleks tasakaalus.) Mida ma tegelikult loodan on see, et tuulikuid puudutavad otsused tehakse ratsionaalselt kaalutledes, mitte ainult emotsioonidel põhinevalt. Võib-olla on meil tuulikuid ikkagi vaja!

Märkused ja edasine lugemine 

Thames suudmes asuv Kentish Flats tuulefarm ... , Vt www.kentishflats.co.uk. Selles on Vesta V90 tuulikut maksimaalse võimsusega ning selle keskmiseks võimsuseks arvestati (koormustegur (load factor) ). Keskmine tuule tugevus rummu kõrguses on . Tuulikud seisavad sügavuses vees, nende omavaheline kaugus on ja nad võtavad enda alla suuruse ala. Selle avamere tuulepardi keskmiseks võimsuseks arvestati seega . Tegelik keskmine võimsus oli , nii et keskmine koormustegur 2006. aastal oli [wbd8o]. Keskmiseks võimsustiheduseks annab see . North Hoyle tuulefarmil Prestatyn'is, Põhja-Walesis, oli 2006.a. suurem koormustegur, . Selle kolmkümmend turbiini võtavad enda alla . Keskmiseks võimsustiheduseks saame seega .

...madala avamere tuulepargid võiksid olla mõistliku subsideerimise korral majanduslikult tasuvad. Allikas: Danish wind association windpower.org.

...sügava avamere tuulepargid ei tasu ennast ära.

Allikas: BritishWind Energy Association infotunni materjalid, 2005.a. september, www.bwea.com. Siiski, sügava avamere näidisprojekti raames paigaldati 2007.aastal kaks tuulikut Beatrice naftavälja naabrusesse, kagusele Šotimaa rannikust (joonis 10.8). Mõlema tuuliku võimsus on ja nad on paigaldatud sügavusse. Rummu kõrgus: ; diameeter: . Kogu toodetud elekter tarbitakse ära naftaplatvormide poolt. Kas pole vahva! projekt maksis £ miljonit – sellist £ vati kohta (tipp) hinda saab võrrelda Kentish Flats'i £ vati kohta (£ miljonit ). www.beatricewind.co.uk

Joonis 10.8: Beatrice avamere tuulepargi ehitamine. Fotod Talisman Energy (UK) Limited.

Võimalik, et ujuvad tuulikud muudavad sellist majanduslikku pilti.

Tuuleparkide ehitamiseks kasutatavad alad.

Department of Trade and Industry (2002) dokument “Future Offshore” annab tuuleparkide ehitamiseks sobilikest aladest detailse ülevaate. Tabelis on näidatu madala ja sügava veega alasid. DTI hinnangul annaksid need piirkonnad inimese kohta, kui nad oleksid täielikult tuulikutega täidetud (sealhulgas madalatest ja