Eesti teadlased pakuvad, kuidas rohepöördega tekkivaid elektri kvaliteedikõikumisi lahendada

Vana elektrivõrk ei suuda toime tulla suurte tootmis- ja tarbimiskõikumistega. Sobivaid lahendusi uuris rühm Tallinna tehnikaülikooli teadlasi. Foto: Arvo Meeks

• Taastuvenergialahendused põhjustavad Saksamaal ülepinge probleeme
• Nutikates elektrivõrkudes aitavad häireid vähendada digitaliseerimine ja energiasalvestid
• Mõnikord on mõistlikum kohapeal võrguühenduseta elektrit toota

Kuidas rohepöördega koos paratamatult tekkivate elektri kvaliteedikõikumistega tarbijale parim varustatus tagada ja mismoodi teha seda võimalikult väikeste lisakuludega? Rahvusvahelises ajakirjas Energies ilmunud artiklis annavad Tallinna Tehnikaülikooli teadlased Argo Rosina eestvedamisel nendele küsimustele vastuse.

Rohe- ja digipöördest suurenenud taastuvenergia ja ka elektriautode osakaalu kasv ning uued teenused tarbijatele tähendavad väljakutseid kogu elektrivõrgule. Nii elektri tootmise kui tarbimise maht kõigub rohkem ning üheks suurimaks probleemiks on taastuvenergia allikate energiatootmise juhuslikkus ning juhitamatus, mis mõjutab kõige enam just kohalikke madalpingevõrke, kuna need pole planeeritud nii töötama.

Teiseks väljakutseks on suured hinnakõikumised elektriturul, mis hakkab mõjutama inimeste tarbimiskäitumist ning loob eeldused tarbimise nihutamiseks teenuste laialdasele kasutusele teatud aegadel. Koordineerimata tarbimise nihutamine võib aga madalpingevõrgud üle koormata.

Kolmandaks väljakutseks on elektrivõrgu amortiseerumine ja uuendamine, mille edasilükkamine võimendab elektri kvaliteediprobleeme, sealhulgas ka pingeprobleeme. Viimased põhjustavad katkestusi seadmete töös või nende eluea vähenemist, mis ei meeldi tarbijale.

Mis mõjutab elektritarbija rahulolu?

Tallinna Tehnikaülikooli teadlased viisid läbi uuringu Eesti tööstusettevõtete ja ärikinnisvara omanike seas, uurides nende hoiakuid ja kogemusi seoses elektrivarustusega.

Peamisteks rahulolematuse põhjusteks osutusid kõrged elektrikulud, asjaajamise keerukus võrguettevõtjatega ning elektri kvaliteedi probleemid.

Suurimateks elektri kvaliteedi probleemideks peetakse lühiajalisi katkestusi, toitepinge muutusi ja rikkeid elektrivõrgus, mis seiskavad tootmist. Nende probleemide põhjusteks on tavaliselt ilmaoludest (tuul, äike) tekitatud häired, kuid ka elektrivõrgu ja alajaamade halb seisukord: loomulik vananemine, hooldamine või rekonstrueerimine.

Elektrikatkestuste hind on tundlikele klientidele väga kõrge. Foto: Kristjan Teedema

Toiteprobleemide tegelik hind on üllatavalt kõrge

Tehnikaülikooli teadlase Imre Drovtari sõnul tekitavad eluea vähenemine ja katkestused tööstusele ja ettevõtetele suuri kulusid. Euroopa Liidus on elektri kvaliteedi probleemidest põhjustatud hinnanguline kahju üle 150 miljardi euro aastas, Ameerika Ühendriikides hinnanguliselt 80 miljardit dollarit aastas. Erinevates tööstussektorites hindavad Aalto ülikooli teadlased, et näiteks metallitööstus kannab iga tipuvõimsuse kW kohta ühesekundilise katkestuse korral kahju 1,91 €/kW ning kui katkestuse kestus on 15 minutit, on kahju suurus juba 12,68 €/kW. Sama uuringu põhjal on näiteks puidutööstuse majanduslik kahju vastavalt 1,49 €/kW ning 6,67 €/kW.

Tallinna Tehnikaülikooli tehtud uuringus hindasid lühiajalistele, alla kolme minuti kestvatele katkestustele tundlikud kliendid keskmiseks kuluks ca 40 000 eurot. «Täiendavalt hinnati katkestustega kaasnevate seadmete rikkekuludeks keskmiselt 6000 eurot,» märgib Drovtar.

Uus metoodika kaitseb lõpptarbijat

Kui klassikaline viis elektri kvaliteediga seonduvate probleemide lahendamiseks on elektriliinide rekonstrueerimine, siis teatud piirkondades paigalduse eripära tõttu või negatiivse demograafilise prognoosi korral pole tehnikaülikooli teadlase Tarmo Korõtko sõnul rekonstrueerimine majanduslikult mõistlik ning võib oluliselt kasvatada võrguteenuse hinda.

Majanduslik otstarbekus on küsitav näiteks seal, kus tarbijate arv on väike, see väheneb pikemas perspektiivis või olemasolev lahendus on algselt ebasobivalt projekteeritud. Klassikalise elektrivõrgu rekonstrueerimise puhul, kui amortiseerunud madalpingeliin asendatakse uue madal- või keskpingeliiniga, on puuduseks see, et rekonstrueerimise ulatus ei arvesta elektri kvaliteedi probleemide eripäraga, nagu pingekõikumiste kestused, sügavused ja sagedused. Seda lahendatakse siis stiilis «kui auto rehv on katki, siis osta uus auto».

Tehnikaülikooli teadlase Argo Rosina sõnul tuli selleks, et leida piisavalt lihtsat metoodikat elektri kvaliteedi probleemide lahendamiseks madalpinge võrgus, teha järgmist:

• uurida lõpptarbijate probleeme ja elektri kvaliteedi majanduslikku mõju neile;
• leida uus meetod võrgutopoloogiate liigitamiseks;
• viia erineva topoloogiaga võrkudes läbi mõõtmised;
• uurida traditsiooniliste ja alternatiivsete lahenduste tehnoloogilisi ja majanduslikke eripärasid;
• modelleerida ja analüüsida erinevate võrgutopoloogiate ning elektri kvaliteedi probleemide puhul tehnoloogiliste lahenduste sobivust;
• koostada tehnilis-majanduslikke aspekte arvestav juhis probleemide lahendamiseks.

Tarmo Korõtko hinnangul on uue metoodika oluline eelis selle robustsus elektrikvaliteedi probleemidele lahenduse valimiseks. Nimelt aitab uus metoodika säästa kuludelt nii lahenduse planeerimise kui ka väljaehitamise etapis.

Mõnikord on mõistlikum rajada hoopis kohapealne elektritootmine ilma võrguühenduseta. Foto: Urmas Luik

Näiteks on võimalik hinnata, millal on otstarbekam investeerida elektrivõrgu rekonstrueerimisse, elektri kvaliteeti parandavasse energiasalvestisse või rajada hoopis võrguühenduseta elektritootmise lahendus.

Metoodika lubab anda suhteliselt lühikese menetlusprotsessiga esialgse hinnangu projekti majandusliku mõttekuse kohta. Kokkuvõtteks – kuna elektrivõrgu täiustamiseks sooritatud kulutused kajastuvad võrgutasudes, siis võimaldab metoodika rakendamine vähendada ka lõpptarbija kulusid.

Lahendust juba rakendatakse

Uut metoodikat rakendatakse ja katsetatakse praegu Tarmo Korõtko juhitavas Targa Linna Tippkeskuse pilootprojektis, mille käigus demonstreeritakse energiasalvestite ning digitaalsete lahenduste kasutamist elektri jaotusvõrkudes.

Metoodika aitab ennetada elektri kvaliteediprobleeme, mis tulevad kaasa taastuvenergia lokaalse tootmise osakaalu kasvuga, ühtlasi saab niimoodi vähendada sõltuvust tsentraliseeritud elektrivõrkudest.

Päikesepaneelid aitavad toota rohelist energiat, kuid võrk peab selle tootmisega paremini arvestama. Pildil päikesepaneelid Klaabu lasteaia katusel. Foto: Sille Annuk

Taastuvenergialahenduste põhjustatud ülepinge probleemid on Saksamaal praegu reaalsus ning üha suurenev mikrotootmise populaarsus Eesti elektritarbijate seas on selge indikaator, et ka meil avalduvad sarnased probleemid üsna pea.

Mikrovõrkude pilootprojekti rahastavad Euroopa Regionaalarengu Fond ja Eesti Haridus- ja Teadusministeerium.

Projekti kohta leiab rohkem infot siit.