Skip to main content

Energiakalkulaator

Public materials
Energiakalkulaator

Energiakalkulaator

1
Energia ei tule seina seest

1.1
Taastuvenergia allikad

1.1.1
Taastuvenergia allikad

Click to play video

Hea koht mõttekäigu kinni püüdmiseks. David MacKay räägib, kuidas füüsika seadused piiravad meie valikuid taastuvenergia kasutamisel.

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.

No data

Taastuvenergia allikate võimsus vee- või maismaa ruutmeetri kohta

Näidisülesanne

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

Solution

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

1km2=11000m1000m=1000000m2

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

3W/m21000000m2=3000000W=3MW

kus on "megavatt", st miljon vatti.

1.2
Energia tootmine ja tarbimine Eestis: üldised arvud

1.2.1
Energia tootmine ja tarbimine Eestis: üldised arvud

Näidisülesanne

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

Solution

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

See on hinnang aasta kohta. Jagame ga, saame .

Kogu energiatarbimise võimsus

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

Solution

Võtame rahvaarvuks Eestis miljonit inimest. Siis kokku tarbitakse aastas energiat

1323651300000=6,26×1010kWh

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

6,26×1010kWh=6,26×1013Wh
 

ja jagame siis tulemuse tundide arvuga aastas (), saame

8769h6,26×1013Wh=7,14×109W=7,14GW

kus eesliide tähendab giga- ja on gigavatt ehk .

Kogu energiatarbimine () tähendab seega keskmist võimsust 

Näidisülesanne

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

Solution

Statistikaamet annab 2018. aasta elektrienergia tootmise kohta arvu ja 2019. aasta kohta .

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

130000012327000000kWh=9482kWh/i

ja

13000007529000000kWh=5791kWh/i

Ühes päevas vastavalt

3659482kWh/i=26kWh/i/p

ja

3655791kWh/i=16kWh/i/p

See on 2019. aastal ligikaudu kogu Eesti energiatarbimisest. 

Näidisülesanne

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

Solution

Statistikaamet annab 2019. aasta tuuleenergia tootmise kohta arvu .

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

Inimese kohta

1300000688000000kWh=529kWh/i

Ühes päevas

365529kWh/i=1,44kWh/i/p

See on umbes kogu Eesti energiatarbimisest.

1.2.2
Energia ja võimsus

Näidisülesanne

Mitu vatti keskmist võimsust on energia ?

Solution

Teame, et töö avaldub võimsuse kaudu kujul

A=Nt

Me otsime võimsust , avaldades

N=tA

Tehtud töö on . Terve aasta ja kõikide inimeste peale kokku teeb see

Akogu=1321,3×106365=6,3×1010kWh

On teada, et , nii et 

Akogu=2,78×10−76,3×1010=2,25×1017J

Jagades selle tulemuse sekundite arvuga aastas () saame

N=31536000s2,25×1017J=7,14GWh

Kasulikud pidepunktid peast arvutamiseks:

  • tootmisvõimsust tähendab Eestis .
  • tootmisvõimsust tähendab Eestis .
  • tähendab Eestis .

1.3
Kuidas me kulutame

1.3.1
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 , kahe auto vahe teel on ( autot kilomeetris). Võtame ka eelduseks, et biomassist saab aastas hektari kohta toota (reaalsed andmed).

Solution

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

6l/ha×10=60l/ha/km

Kui biomassist toodetav kütus aastas hektari kohta on , siis biomassist toodetav kütus tunnis hektari kohta on

365241200=0,14l/ha/h

Üks hektar on . Kui mõtleme, et kui lai oleks riba  teelõigu kõrval, siis võime kirjutada

10m×1000m=10000m

st sellise riba laius .

Et toota keskmiselt , st sama palju, kui kulutavad meie autot kilomeetri kohta, kulub selliseid ribasid

 

0,1460=428

See teeb biomassi istanduse laiuseks

Reaalsed andmed liiklussageduse kohta

Näidisülesanne

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

Solution

Reaalsete andmetega arvutates saab maanteeäärse riba laiuseks , kokku .  Proovi ise järele!

Kütuse tarbimine Eestis

Näidisülesanne

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

Solution

Teame, et

2008,4tuhat tonni=2008400000kg=2008,4106kg

Kui kütuse tihedus on , siis on see

0,84kg/L2008,4106kg=2390106L=2,39GL

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

1200L/ha/aasta2,39109L=2106ha=20000km2

See on Eesti pindalast.

1.3.2
Kütmine

Näidisülesanne

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

Solution

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

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

Inimese kohta

13000009400000000kWh=8171kWh/i

Ühes päevas

365529kWh/i=22,4kWh/i/p

Tuleb tähele panna, et primaarenergiat kulub sellise koguse soojuseenergia tootmiseks rohkem, kuna katlamajade kasutegur ei ole . 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 kogu Eesti soojustoodangust". Sellest võib ilmselt tuletada, et 2018. aastal toodeti tegelikult soojusenergiat

0,859400GWh=11058GWh

mis on ka küllaltki lähedane tulemus Kredexi () hinnangule.

2
Eesti taastuvenergia varud

2.1
Biomass Eestis: mets

2.1.1
Mõned arvutused

Näidisülesanne

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

Solution

Niisiis, RMK majandatava metsa pindala on . Ruutmeetrilt saadav energia

6562,63106m20,5W/m2=1,64GW

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

7,14GW1,64GW=22%

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 hektaril. Möödunud aastaga on range kaitsega metsade pindala igal aastal suurenenud keskmiselt võrra,“ rääkis Tõnisson.

Näidisülesanne

Kui suur peaks olema energiataimede põld, et see kataks ära kogu Eesti energiavajaduse, kui on teada, et energiataimedest saadav keskmine aastane võimsus kohta on ? Mitu Muhumaad see oleks?

Solution

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

1km2=11000m1000m=1000000m2

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

0,5W/m21000000m2=500000W=0,5MW

kus on "megavatt", st miljon vatti.

Keskmine energia tarbimise võimsus Eestis on . Selliseid tootvaid põlde läheks niisiis tarvis

0,5106W7,14109W=14280

Seega, kogu Eesti energiavajaduse kataks ära energiataimede põld suurusega , mis on ca kolmandik Eesti kogupindalast. Muhumaa pindala on . Nii et Muhumaades on selle põllu pindala .

2.2
Tuuleenergia

2.2.1
Mõned arvutused

Näidisülesanne

Kui suur on London Array elektrienergia tootmise võimsus ühe ruutmeetri kohta

Solution

London Array

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

Pindala:
Aastane toodang (2015):
Projekteeritud maksimaalne võimsus:

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

3600243652500GW3600s=285MW

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

122106m2285MW=2,33W/m2

Seega, London Array reaalne keskmine võimsus 2015. aastal oli ja võimsus pindalaühiku kohta .

Näidisülesanne

Milline on Eesti tuuleparkide keskmine võimsus ühe ruutmeetri kohta?

Solution

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

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

360024365590GW3600s=67,3MW

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

(780m)2=313600m2

Võimsus pindalaühiku kohta tuleb

139313600m267,3MW=1,54W/m2

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

Näidisülesanne

Milline peaks olema tuuleparkide kogupindala, et nende toodetud elektrienergiaga oleks võimalik katta kogu meie energiavajadus, kui on teada, et maismaa tuuleparkidest saadav aastane keskmine võimsus kohta on ? Mitu Muhumaad see oleks?

Solution

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

1km2=11000m1000m=1000000m2

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

2W/m21000000m2=2000000W=2MW

kus on "megavatt", st miljon vatti.

Keskmine energia tarbimise võimsus Eestis on . Selliseid tootvaid tuuleparke oleks meil niisiis vaja

2106W7,14109W=3570

Seega, kogu Eesti energiavajaduse kataks ära tuulepark suurusega , mis on ca Eesti kogupindalast. Muhumaa pindala on . Nii et Muhumaades on selle põllu pindala .

2.3
Päike Eestis

2.3.1
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?

Solution

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

360024365145,5kW3600s=0,0166kW17W

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? 

Solution

Kui -lt saadav võimsus on (maapinnale paigaldatavad päikesepatareid), siis -lt saadav võimsus on

2W/m21000000m2=2000000W=5MW

Keskmine energia tarbimise võimsus Eestis on . Selliseid tootvaid tuuleparke oleks meil niisiis vaja

2106W7,14109W=1430

Seega, kogu Eesti energiavajaduse kataks ära tuulepark suurusega , mis on ca Eesti kogupindalast. Muhumaa pindala on . Nii et Muhumaades on selle põllu pindala . Või ca Võrtsjärve.

2.4
Hüdroelekter Eestis

2.4.1
Hüdroelekter Eestis

Näidisülesanne

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

Solution

Kes võtaks hinnata?

3
Bilanss

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

4
Taust