Energiakalkulaator
Energia ei tule seina seest
Taastuvenergia allikad
Taastuvenergia allikad
Energia ei tule "seina seest". Et midagi liiguks või soojeneks, peab selleks vajamineva energia kusagilt võtma.
Järgnevad rehkendused ilmestavad asjaolu, et taastuvenergia allikad on väga hajusad ja meie tänane energiatarbimine võrreldes reaalselt kasutatava taastuvenergia võimsusega väga suur.
Kõik siin kasutatud andmed on reaalsed. Kõige suurem tänu David J. C. MacKay'le, kes oma raamatus "Taastuvenergiast ilma udujututa" kogus kokku väga suure ja väärtusliku info, sealt pärineb ka siinse käsitluse loogika. Vajadusel viitame allikatele ka allpool. Eesti kohta käivate andmete otsimisel ja ülesannete koostamisel oli suureks abiks Sven-Erik Mändmaa.
Taastuvenergia allikate võimsus vee- või maismaa ruutmeetri kohta
Võimsus maismaa või veepinna pindala kohta | |
Tuul | 2,5W/m2 |
Tuul merel | |
Tõusud ja mõõnad | |
Vee voolamine tõusudel ja mõõnadel | 6W/m2 |
Päikesepaneelid | 5−20W/m2 |
Taimed | |
Vihmavesi (mägistes piirkondades) | |
Hüdroelekter | |
Geotermiline soojus | 0,017W/m2 |
Päikeseahjud | 0,1W/m2 |
Ookeani soojus | 5W/m2 |
Päikeseenergia koondamine (kõrbetes) | 15−20W/m2 |
Näidisülesanne
Kui suur on 1km2 tuulepargi keskmine võimsus, kui selle keskmine võimsus ruutmeetri kohta on ?Lahendus
Kui 1m2-lt saadav võimsus on , siis 1km2-lt saadav võimsus on suurem nii palju kordi, kui palju on 1km2 suurem 1m2-st:
Ehk siis ruutkilomeeter on miljon ruutmeetrit. Järelikult ühelt ruutkilomeetrilt saaksime:
kus MW on "megavatt", st miljon vatti.
Energia tootmine ja tarbimine Eestis: üldised arvud
Energia tootmine ja tarbimine Eestis: üldised arvud
Maailmapanga andmetel oli Eesti kogu energiatarbimine 2015.aastal 132 kWh/p/i
Näidatud on primaarenergia tarbimist, st arvesse ei ole võetud nende muundamist teisteks lõppkasutusse minevateks kütusteks, mis võrdub kohalik toodang pluss börsitehingud miinus eksport ja kütusekulu rahvusvahelises transpordis lennukites ja laevades.Näidisülesanne
Maailmapank annab oma statistika ühikutes "õli ekvivalenti inimese kohta" (oil equivalent per capita). Kui palju on 4173kg õli ekvivalenti inimese kohta (2015. aasta) kilovattundides aastas inimese kohta?
Lahendus
Selliste probleemide puhul tasub pöörduda veebis leiduvate kalkulaatorite poole, mis ütlevad, et 4173kg õli ekvivalenti inimese kohta on 48532kWh inimese kohta. Kes võtab täpsemalt uurida, see saab teada, et õli ekvivalendi väärtus on 41868kJ/kg (viide, eurostat).
See on hinnang aasta kohta. Jagame 365ga, saame 132kWh/p/i.
Kogu energiatarbimise võimsus
Kui kogu energiatarbimine Eestis on 132 kilovatttundi päevas inimese kohta, siis kui suur on vastav keskmine energia tarbimise koguvõimsus Eestis?Lahendus
Võtame rahvaarvuks Eestis miljonit inimest. Siis kokku tarbitakse aastas energiat
Kilovatttund on energia ühikuna üsna keeruline kasutada. Teeme seda siin nii, saame esmalt lahti eesliitest "kilo"
ja jagame siis tulemuse tundide arvuga aastas (8760), saame
kus eesliide G tähendab giga- ja GW on gigavatt ehk 109=1000000000W.
Kogu energiatarbimine (132kWh/p/i) tähendab seega keskmist võimsust 7,14GW.
Elektrienergia tootmine eestis - 2018. aastal 26 kWh/i/p, 2019. aastal 16 kWh/i/p
Elektrienergia tootmine, kuu. Statistikaameti andmed.Näidisülesanne
Kui palju energiat annab Eestis elektrienergia tootmine? Kui suure osa see moodustab Eesti koguenergiatarbimisest?Lahendus
Statistikaamet annab 2018. aasta elektrienergia tootmise kohta arvu 12327GWh ja 2019. aasta kohta 7529GWh.
See teeb vastavalt 12327000000kWh ja 7529000000kWh - gigavatt-tund on kilovatt-tunnist suurem miljon korda. Inimese kohta vastavalt
ja
Ühes päevas vastavalt
ja
See on 2019. aastal ligikaudu 12% kogu Eesti energiatarbimisest.
Tuuleenergia tootmine Eestis 2019.a. - 1,44 kWh/p/i
Elektrienergia tootmine, import, eksport ja müük (kuud). Statistikaameti andmed, tabel KE21.Näidisülesanne
Kui palju toodeti 2019. aastal elektrinergiat tuulest? Kui suure osa see moodustab Eesti koguenergiatarbimisest?Lahendus
Statistikaamet annab 2019. aasta tuuleenergia tootmise kohta arvu 688GWh.
See teeb vastavalt 688000000kWh - gigavatt-tund on kilovatt-tunnist suurem miljon korda.
Inimese kohta
Ühes päevas
Energia ja võimsus
Näidisülesanne
Mitu vatti keskmist võimsust on energia 132kWh/p/i?Lahendus
Teame, et töö avaldub võimsuse kaudu kujul
Me otsime võimsust , avaldades
Tehtud töö on A=132kWh/p/i. Terve aasta ja kõikide inimeste peale kokku teeb see
On teada, et 1J=2,78×10−7kWh, nii et
Jagades selle tulemuse sekundite arvuga aastas (t=31536000s) saame
Kasulikud pidepunktid peast arvutamiseks:
- tootmisvõimsust tähendab Eestis 0,018kWh/p/i.
- tootmisvõimsust tähendab Eestis 5,54kWh/p/i.
- 1GW tähendab Eestis 18kWh/p/i.
Kuidas me kulutame
Transport
Näidisülesanne
Kui lai siis peaks olema biomassi istandus tee kõrval, et varustada see tee kütusega ära? Olgu meil hüpoteetiline juht, kui autode kiirus teel on , autode kütusekulu on 6l/100km=16,67km/l, kahe auto vahe teel on ( autot kilomeetris). Võtame ka eelduseks, et biomassist saab aastas hektari kohta toota 1200l/ha/aasta (reaalsed andmed).Lahendus
Auto kütuse kulu tunnis on nende andmete põhjal 6l/h. Kui võtame, et autode vahemaa on ( autot kilomeetris), siis igas kilomeetris sõidab igal ajahetkel autot ja tunnis kulutavad need autod
Kui biomassist toodetav kütus aastas hektari kohta on 1200l/ha/aasta, siis biomassist toodetav kütus tunnis hektari kohta on
Üks hektar on 100m×100m=10000m. Kui mõtleme, et kui lai oleks 1ha riba teelõigu kõrval, siis võime kirjutada
st sellise riba laius 10m.
Et toota keskmiselt 60l/ha/km, st sama palju, kui kulutavad meie autot kilomeetri kohta, kulub selliseid 10m ribasid
See teeb biomassi istanduse laiuseks 4280m
Reaalsed andmed liiklussageduse kohta
Ööpäevane autode arv Tallinn-Tartu maanteel on ∼8000
Liiklussagedus Eestis põhi- ja tugimaanteedel 2018. aastalKütuse tarbimine Eestis
Kogu kütusekulu (autobensiin, diisel, lennukikütus) 2018. aastal oli kokku 2008,4 tuhat tonni
Kütuse tarbimine tegevusala ja kütuse liigi järgi Eestis. Statistikaameti andmed, tabel KE062.Näidisülesanne
Kui suur peaks olema põld, millel kasvatatud energiataimedest toodetud biokütus suudaks asendada kogu Eestis kasutatava mootorikütuse, kui võtta aastas tarbitavaks kütuse koguseks 2008,4 tuhat tonni ja ühelt hektarilt põllult saab aastas liitrit biokütust?Lahendus
Teame, et
Kui kütuse tihedus on 0,84kg/L, siis on see
Kui tahta kõik see asendada biomassist toodetava kütusega ja arvestada, et hektari kohta saame aastas 1200L kütust, siis on vaja biomassi alla panna
See on 44% Eesti pindalast.
Kütmine
Suurtes katlamajades toodetud soojus 2019.a. - 19,4 kWh/p/i
Elektrienergia ja soojuse tootmine ning toodanguindeks (kuud). Statistikaameti andmed, tabel KE20.Näidisülesanne
Kui palju toodeti Eestis soojusenergiat kütmiseks ühikutes kilovatt-tundi päevas inimese kohta 2019. aastal?Lahendus
Statistikaameti andmetest (tabel KE20) on lihtne leida katlamajades (toodang >10GWh) toodetud soojusenergia kogust 2019. aastal, see on 9400GWh.
See teeb vastavalt 9400000000kWh - gigavatt-tund on kilovatt-tunnist suurem miljon korda.
Inimese kohta
Ühes päevas
Tuleb tähele panna, et primaarenergiat kulub sellise koguse soojuseenergia tootmiseks rohkem, kuna katlamajade kasutegur ei ole 100%. Rehkenduses ei kajastu ka väikemajapidamistes kütmiseks kulunud energia.
Soojusenergia tabeli juures on metoodika kirjelduses öeldud "Kuuvaatlusega hõlmatud soojust tootvate ettevõtete toodang oli 2017. aasta täpsustatud andmetel 85% kogu Eesti soojustoodangust". Sellest võib ilmselt tuletada, et 2018. aastal toodeti tegelikult soojusenergiat
mis on ka küllaltki lähedane tulemus Kredexi 12TWh (12000GWh) hinnangule.
Eesti taastuvenergia varud
Biomass Eestis: mets
Mõned arvutused
2020. aasta jaanuari andmete kohaselt on RMK hallatavat metsamaad 1 029 902 hektarit, millest range kaitse all on 29,2% (300 220 ha), majanduspiirangutega 7,1% (73 419) ja majandatavat metsa 63,7% (656 263 ha).
rmk.ee: Riigimetsas kasvas rangelt kaitstava metsa pindala 300 000 hektarini 16.01Näidisülesanne
Kui suur saaks maksimaalselt olla Eestis RMK majandatavate metsade energiatootmine? Kui suure osa see moodustaks Eesti kogu energiatarbimisest?Lahendus
Niisiis, RMK majandatava metsa pindala on 656263ha=6562,63km2. Ruutmeetrilt saadav energia .
RMK metsa maksimaalne võimsus on seega 1,64GW. Teades, et Eestis tarbitakse energiat keskmise võimsusega 7,14GW, saame, et niisugune metsa laastamine annaks sellest vajadusest
RMK juhatuse liikme Kristjan Tõnissoni sõnul on aastate jooksul kasvanud nii RMK hallatava metsamaa pindala kui ka rangelt kaitstava metsa osakaal kogu metsamaast.
„2007. aastaga võrreldes on rangelt kaitstava metsa pindala riigimetsas kasvanud korda. RMK andis sellesse oma panuse, tehes 2017. aastal ettepaneku uute metsakaitsealade moodustamiseks ja olemasolevatel kaitsealadel kaitserežiimi karmistamiseks kokku enam kui 30000 hektaril. Möödunud 14 aastaga on range kaitsega metsade pindala igal aastal suurenenud keskmiselt 12500ha võrra,“ rääkis Tõnisson.
Näidisülesanne
Kui suur peaks olema energiataimede põld, et see kataks ära kogu Eesti energiavajaduse? Mitu Muhumaad see oleks?Lahendus
Kui 1m2-lt saadav võimsus on 0,4W/m2, siis 1km2-lt saadav võimsus on suurem nii palju kordi, kui palju on 1km2 suurem 1m2-st:
Ehk siis ruutkilomeeter on miljon ruutmeetrit. Järelikult ühelt ruutkilomeetrilt saaksime:
kus MW on "megavatt", st miljon vatti.
Keskmine energia tarbimise võimsus Eestis on 7,14GW. Selliseid 0,5MW tootvaid põlde läheks niisiis tarvis
Seega, kogu Eesti energiavajaduse kataks ära energiataimede põld suurusega 14300km2, mis on ca kolmandik Eesti kogupindalast. Muhumaa pindala on 198m2. Nii et Muhumaades on selle põllu pindala 72muhumaad––––––––––––––––––––––––––––––.
Tuuleenergia
Mõned arvutused
Näidisülesanne
Kui suur on London Array elektrienergia tootmise võimsus ühe ruutmeetri kohtaLahendus
London Array kohta saab andmeid Wikipediast: https://en.wikipedia.org/wiki/London_Array Sealt saame teada, et
Pindala: | 122km2 |
Aastane toodang (2015): | 2,500GWh |
Projekteeritud maksimaalne võimsus: | 630MW |
Neist andmetest saame arvutada aastase reaalse võimsuse. Selleks tuleb aastane energiatoodang jagada ajaga, mille jooksul see energia toodeti
Pange tähele, et oleme siis energia ühikus GWh asendanud tunni sekundite arvuga tunnis ning ühikuks on siis . Ruutmeetri kohta teeb see
Seega, London Array reaalne keskmine võimsus 2015. aastal oli 285MW ja võimsus pindalaühiku kohta 2,33W/m2.
Loode-Eesti meretuulepark
Hiiumaa lähistele planeeritav meretuulepark, maksimaalse koguvõimsusega 700 - 1100 MW.Näidisülesanne
Milline on Eesti tuuleparkide keskmine võimsus ühe ruutmeetri kohta?Lahendus
Ruutmeetri kohta tuleva keskmise võimsuse arvutamiseks peaksime teadma Eesti tuuleparkide kogupindala ja kogutoodangut. Kasutame avalikke allikaid.
Tuulepargid tootsid Eestis 2018. aastal kokku 590GWh elektrienergiat (allikas) (Võrdle Statistikaameti andmetega!). Tootmisvõimsus oli seega
Eestis on 139 tuulikut. (allikas). Kahe tuuliku vahekaugus peaks olema 5−7 rootori diameetrit (allikas). Kui rootori diameeter on näiteks 80m, siis lihtsustatult on ühele tuulikule on vaja maapinda
Võimsus pindalaühiku kohta tuleb
Selge see, et niisugune arvutus on ligikaudne. Aga suurusjärguga me väga mööda ei pannud - kui London Array avameretuulepargina annab 2,3W/m2, siis Eestis maismaal 1,5W/m2 tundub päris realistlik.
Näidisülesanne
Milline peaks olema tuuleparkide kogupindala, et nende toodetud elektrienergiaga oleks võimalik katta kogu meie energiavajadus? Mitu Muhumaad see oleks?Lahendus
Kui 1m2-lt saadav võimsus on , siis 1km2-lt saadav võimsus on suurem nii palju kordi, kui palju on 1km2 suurem 1m2-st:
Ehk siis ruutkilomeeter on miljon ruutmeetrit. Järelikult ühelt ruutkilomeetrilt saaksime:
kus MW on "megavatt", st miljon vatti.
Keskmine energia tarbimise võimsus Eestis on 7,14GW. Selliseid tootvaid tuuleparke oleks meil niisiis vaja
Seega, kogu Eesti energiavajaduse kataks ära tuulepark suurusega 3570km2, mis on ca Eesti kogupindalast. Muhumaa pindala on 198m2. Nii et Muhumaades on selle põllu pindala 18muhumaad––––––––––––––––––––––––––––––.
Päike Eestis
Mõned arvutused
Näidisülesanne
energiatalgud.ee ütleb, et ühe ruutmeetri kohta jõuab Eestis keskmiselt maapinnale () päikeseenergiat, mis vastab (näiteks kui PV elemendi kasutegur on , siis aastane energiahulk on ). Kui suur on sellisele aastasele energiahulgale vastav keskmine võimsus ühe ruutmeetri kohta?Lahendus
Meil on antud aastane energiatootmine ühe ruutmeetri kohta. Sellele vastava keskmise võimsuse saamiseks tuleb aastane energiatoodang jagada ajaga, mille jooksul see energia toodeti
Seega, nendele andmetele vastava päikesejaama reaalne keskmine võimsus pindalaühiku kohta on .
Näidisülesanne
Milline peaks olema kogu Eesti energiavajadust katva päikesefarmi pindala? Mitu Muhumaad see oleks?Lahendus
Kui 1m2-lt saadav võimsus on 5W/m2 (maapinnale paigaldatavad päikesepatareid), siis 1km2-lt saadav võimsus on
Keskmine energia tarbimise võimsus Eestis on 7,14GW. Selliseid tootvaid tuuleparke oleks meil niisiis vaja
Seega, kogu Eesti energiavajaduse kataks ära tuulepark suurusega 1430km2, mis on ca Eesti kogupindalast. Muhumaa pindala on 198m2. Nii et Muhumaades on selle põllu pindala 7muhumaad––––––––––––––––––––––––––––. Või ca Võrtsjärve.
Hüdroelekter Eestis
Hüdroelekter Eestis
Bilanss
Kuidas on võimalik teha nii, et Eesti saaks kogu oma vajamineva energia taastuvenergiaallikatest, st et meie energiatarbe rahuldamiseks ei põletataks üldse fossiilkütuseid?