Tuuleenergia

Allikas: Vikipeedia
Taastuvad energiaressursid
Tuulegeneraator
Biokütus
Biomassienergia
Geotermaalenergia
Hüdroenergia
Päikeseenergia
Loodete energia
Laineteenergia
Tuuleenergia
Aseriaru tuulepark Aseri vallas
Tuulegeneraator

Tuuleenergia on taastuvenergia liik, kusjuures tuule kineetiline energia muundatakse mehaaniliseks energiaks või elektrienergiaks. Tuuleenergia muundavad mehaaniliseks näiteks tuuleveskid ehk tuulikud ja elektrienergiaks tuulegeneraatorid ehk elektrituulikud.

Tuul ei ole püsiv, seetõttu tuleb teda kas kasutada kombineeritult teiste energiaallikatega või salvestada energiat näiteks keemiliseks energiaks akupankadesse või mehaaniliseks energiaks, pumbates vett kõrgemal asuvatesse hoidlatesse. Energia muundamisel läheb aga alati teatud osa soojuseks kaduma.

Suured tuulepargid võivad koosneda sadadest individuaalsetest elektrituulikutest, mis on ühendatud elektrivõrguga. Avamere elektrituulikud on võimelised ära kasutama seal tihedamini esinevaid tugevamaid tuuli kui maismaa omad ja nii muudavad need maastiku ilmet vähem, kuid ehituskulud on sellevõrra tunduvalt kõrgemad.[1]

Tuuleenergia kui fossiilkütuste alternatiiv on taastuv, laialdaselt levinud ja puhas. Tuuleenergia ei tooda kasvuhoonegaase. [2] Koormab keskkonda vähem kui teised energiaallikad.[viide?] 2011. aasta seisuga kasutavad 83 riiki üle maailma tuuleenergiat ärilistel alustel[3]. 2011. aasta seisuga moodustas tuuleenergia 2,5% ülemaailmsest energiatarbest, kasvades enam kui 25% aastas. Hind ühe toodetud energiaühiku kohta on sarnane uue söe ja naturaalgaasi installatsioonide maksumusega [4].

Ajalugu[muuda | muuda lähteteksti]

14. sajandi illustratsioon tuulikust.

Mehaaniline energia[muuda | muuda lähteteksti]

Purjepaadid ja -laevad on kasutanud tuuleenergiat tuhandeid aastaid ja arhitektid on sama kaua tuult majades loomuliku ventilatsioonina kasutanud. Kreeka insener Heroni tuulikut 1. sajandist kasutati esimesena teadaolevalt selleks, et masinat tööle panna[5] [6]. Veel 20. sajandi alguses olid Eestis tuuleveskid väga levinud.

James Blythi "tuulik" 1891. aastal suvemajas Marykirkis.

Elektrienergia[muuda | muuda lähteteksti]

1887 juulis ehitas Šoti akadeemik James Blyth oma suvemaja tagahoovi riidest tuuleturbiini ja kasutas sellest saadavat elektrit, et laadida akusid, mida oli vaja maja valgustamiseks[7]. 1887.–1888. aasta talvel tootis USA leiutaja Charles Bush elektrit, ehitades tuulegeneraatori, mis varustas energiaga tema kodu ja laboratooriumi kuni 1900. aastani. 1890. ehitas Taani teadlane ja leiutaja Poul la Cour elektri tootmiseks tuuleturbiine, mida ta kasutas, et toota elektrolüüsi teel vesinikku ja hapnikku[8]. La Cour oli esimene, kes avastas, et kiiresti pöörlevad ja vähemate rootoritega tuuleturbiinid olid kõige efektiivsemad tootmaks elektrit ning 1904 asutas ta Tuuleelektrikute Seltsi[9]. 1920. aastate keskel hakkasid firmad nagu Parris-Dunn ja Jacobs Wind tootma ühe- kuni kolmekilovatiseid tuulegeneraatoreid, mis leidsid laialdast kasutust USA Suure tasandiku maapiirkondades. 1940. aastateks oli nõudlus elektri järele suurenenud ning elektrivõrkude ülesseadmine nendel aladel kaotas käibelt väikesed generaatorid[10].

1920. aastate keskel ehitas prantslane Georges Darrieus esimese vertikaalteljega tuuleturbiini ja 1931. aastal kasutati Nõukogude Liidu Jaltas tänapäeva horisontaaltuulegeneraatori 100 kW eelkäijat. 1956. aastal ehitas la Couri õpilane Johannes Juul Taanis Gedseris 200 kW kolme labaga turbiini, mis mõjutas paljude tulevaste turbiinide projekteerimist. [9]

Tuulegeneraatoreid hakati suuremas mahus tootma 1970. aastatel, kui oli naftakriis. 1975. aastal rahastas USA energeetikaministeerium projekti arendamaks kasuliku ulatusega tuuleturbiine. NASA tuuleturbiinide projektiga ehitati 13 eksperimentaalset turbiini, mis rajasid teed tänapäeval kasutatavale tehnoloogiale. Sellest ajast on turbiinid kõvasti suurenenud (nt Enercon E-126) ja on suutelised tootma kuni 7 MW. Tuuleturbiinide tootmine on jõudnud mitmetesse riikidesse ja eeldatakse, et tuuleenergia kasutamine kasvab 21. sajandil üle maailma [11]. Praeguse tehnoloogia baasil ei ole otstarbekas rajada tuulegeneraatoreid piirkondadesse, kus tuule keskmine kiirus on alla 6 meetri sekundis.

Tuuleenergia Eestis[muuda | muuda lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Tuuleenergia Eestis.

Aastatel 1997–2001 töötas Eestis üks tuulegeneraator. Eesti esimene tuulegeneraator hakkas tööle 1997. aastal Hiiumaal. Praeguseks on Eesti esimene tuulegeneraator seisatud. Tahkuna tuulegeneraator jäeti seisma, kuna polnud raha seda käigus hoida. Aastas vajanuks tuulik 30 000–40 000 krooni (1917–2556 eurot). Kokku töötas Hiiumaa tuulegeneraator seitse aastat, neli kuud ja 20 päeva. Selle aja jooksul tootis Hiiumaa kaitsealade administratsioonile (HKA) kuuluv tuulegeneraator umbes 2,1 GWh elektrienergiat ning tõestas, et Eestis on mõtet tuulest elektrit toota. [12] Paraku ei ole tuuleenergia ilma dotatsioonideta või muude abimeetmeteta (nt kohustuslik toodetud energia kokkuost erihinnaga, samuti tuulevaikuse puhuks alternatiivse reservvõimsuse pakkumise nõude puudumine) konkurentsivõimeline. Selliste energiatootmise viiside toetamiseks kehtestati Eestis taastuvenergia tasu, mida arvestatakse igalt tarbitud kilovatt-tunnilt, sõltumata selle tootmisviisist.

Tuuleenergia maailmas[muuda | muuda lähteteksti]

Vaade õhust Rootsi Lillgrundi tuulepargile.

Maailmas kasutatakse põhiliselt meres paiknevaid avamere tuuleparke, kuna mandri tuulisemad piirkonnad, kuhu oleks mõttekas suuremaid tuuleparke ehitada, on enamasti muude objektide all kinni. Kui leidukski ruumi, siis ainult väiksematele parkidele. Tuulikute üldvõimsus on tõusnud 3–5 MWni. Hoogsalt on edenenud ka väikeste 5–20 kW tuulikute arendamine ja kasutamine majapidamistes. [13]

Globaalne tuuleenergia tootmismaht (GW)

GWECi (Global Wind Energy Council) aprillis avaldatud seitsmenda aastaaruande andmeil oli maailma tuuleelektrijaamade koguvõimsus 2011. aasta lõpus 238 GW. Möödunud aastal mõjutas tuuleenergiasektorit jätkuvalt ülemaailmne finants- ja majanduskriis. Kui 2010. aastal käiku antud elektrituulikute koguvõimsus esimest korda viimase kahekümne aasta jooksul vähenes, siis 2011. aastal suurenes see 2010. aastaga võrreldes 6%: 38,32 GW-lt 40,5 GW-ni ning 2011. aastal paigaldatud seadmete koguväärtus oli üle 50 miljardi euro. Eelmise aasta lõpuks oli elektrituulikute koguvõimsus kõige suurem Hiinas (62,36 GW), järgnesid USA (46,92 GW), Saksamaa (29,06 GW), Hispaania (21,67 GW) ja India (16,08 GW). Kõigi tuuleelektrijaamade koguvõimsusest moodustasid esikümneriigid 86,5%. Kõige rohkem tuli neid 2011. aastal juurde Hiinas (17,63 GW), USA-s (6,81 GW) ja Indias (3,02 GW). Aasias kasvas elektrituulikute koguvõimsus 20,93 GW, Euroopas 10,28 GW ja Põhja-Ameerika 8,13 GW. GWECi prognoosi kohaselt kasvab tuuleenergia rakendamine maailmas aastail 2012–2016 keskmiselt 8% aastas. Tõenäoliselt antakse maailmas elektrituulikuid käiku koguvõimsusega 255 GW ning 2016. aastaks suureneb nende koguvõimsus 500 GW-ni (2011. aasta seisuga 238 GW). 2012. aastal ennustatakse tugevat tõusu, 2013. aastal aga märkimisväärset langust. Elektrituulikute käikuandmise tempo peaks praegusele tasemele jääma Hiinas ning suurenema peamiselt Indias, Brasiilias ja Mehhikos[14].

Mõju keskkonnale[muuda | muuda lähteteksti]

Lehmade elu tuulegeneraatorid ei mõjuta. [15]

Tuuleenergia mõju keskkonnale on suhteliselt väike võrreldes traditsiooniliste energiatootmisallikatega. Olulisemateks mõjudeks on visuaalne ja mürareostus, samuti ulatuslike alade (sh loodusmaastike) hõivamine tehnorajatistega ning suhteliselt suur materjali ja energiakulu tuulikute rajamiseks ja hooldamiseks. Räägitud on ka negatiivsest mõjust lindudele, ainuüksi USA-s hukkub aastas tuuleparkide tõttu 20 000–37 000 lindu.[16]. Suurtel maismaa tuuleparkidel on täheldatud ka öist maapinna temperatuuri tõstev ja õhuniiskust muutev mõju. Tuuleenergia ei kasuta kütust ega erita õhureostust erinevalt fossiilkütustest. Energia, mis pannakse uue tuuleelektrijaama tootmisesse ja transporti, on võrdne energiaga, mida jaam toodab mõne kuuga[17] [18]. Nagu teistelgi tehisehitistel, nii on ka tuuleturbiinide puhul teatatud lindude ja nahkhiirte surmadest. Ökoloogilise mõju ulatus võib olla oluline[15] ja võib ka mitte olla[19], olenevalt konkreetsest olukorrast. Tuuleturbiine paigaldades ja kasutades püütakse ennetada metsaelustiku hukkumist ja kaitsta turbarabasid. Tuuleturbiinidele väga lähedal elavatelt inimestelt on kaebusi müra negatiivsuse kohta. Tuuleturbiide rajamise plaanid on mitmel pool tekitanud tõsist vastuseisu nii kohalike elanike, kui ka kaugemal elavate kodanike seas, mistõttu on venima jäänud või suisa peatatud mitmed tuuleparkide rajamise plaanid.

Ehitus[muuda | muuda lähteteksti]

Tänapäeval ehitatakse tuuleenergia kasutuselevõtuks seadmeid, mida nimetatakse tuuleturbiinideks. Moodsad tuuleturbiinid jaotatakse rõhtsa võlliga (horisontaalseteks) ja püstvõlliga (vertikaalseteks) turbiinideks. Püstvõlliga turbiini labad pöörlevad ümber vertikaalse telje, sarnaselt näiteks köögist tuntud käsimikseriga. Horisontaalne ehk propellerturbiin sarnaneb hiigelsuure lennukimootori tiivikuga. Pea kõik tänapäeval kasutusel olevad tuuleturbiinid (üle 99%) on horisontaalse teljega. Tüüpiline horisontaalvõlliga turbiin koosneb kahe või enama labaga tiivikust (rootorist), mis on ühendatud masinagondliga. Gondel on reeglina paigutatud posti otsa, mis on kinnitatud vundamendiplokile. Rootori labad pöörlevad vertikaalsel tasandil, gondel aga on võimeline pöörlema horisontaalsel tasandil. Turbiinigeneraatori pöörlemist horisontaalsel tasandil nimetatakse lengerdamiseks (inglise k yaw). Rootoritiiva ja rootori pöörlemistasandi vahelist nurka nimetatakse rootori sammunurgaks (inglise k pitch angle). Rootoritiiviku sammunurga muutmise abil on võimalik kontrollida rootoritiiviku pöörlemise kiirust.

Tuulegeneraatori teoreetilise maksimaalse võimsuse koefitsienti nimetatakse Saksa füüsiku Albert Betzi järgi (Göttingeni Aerodünaamika Instituut), kes selle 1919. aastal esimesena tuletas, Betzi limiidiks. Betzi limiidi järgi on tuuleturbiini maksimaalne kasutegur u 59,3%. See saavutatakse, kui tuulekiirus pärast rootorit on 1/3 tuulekiirusest enne rootorit. Vastavalt on tuulegeneraator kõige efektiivsem siis, kui omastab u 2/3 tuule kineetilisest energiast. [20]

Vaata ka[muuda | muuda lähteteksti]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Gipe, Paul. "The Wind Industry's Experience with Aesthetic Criticism". Leonardo.
  2. Fthenakis, V.; Kim, H. C. (2009). "Land use and electricity generation: A life-cycle analysis".Renewable and Sustainable Energy Reviews 13(6–7)
  3. REN21 (2011). "Renewables 2011: Global Status Report". p. 11
  4. "International Energy Outlook". Energy Information Administration. 2006. p. 66.
  5. Dietrich Lohrmann, "Von der östlichen zur westlichen Windmühle", Archiv für Kulturgeschichte, Vol. 77, Issue 1 (1995), pp.1–30 (10f.)
  6. A.G. Drachmann, "Heron's Windmill", Centaurus, 7 (1961), pp. 145–151
  7. Hardy, Chris (6 July 2010). "Renewable energy and role of Marykirk's James Blyth". The Courier. D. C. Thomson & Co. Ltd..
  8. Price, Trevor J (3 May 2005). "James Blyth – Britain's first modern wind power engineer". Wind Engineering 29 (3): 191–200.
  9. 9,0 9,1 NIxon, Niki (17 October 2008). "Timeline: The history of wind power". The Guardian. Guardian News and Media Limited.
  10. Dodge, Darrell M.. "Part 2 – 20th Century Developments". Illustrated history of wind power development. TelosNet Web Development.
  11. "The Quest: Energy, Security, and the Remaking of the Modern World". us.Penguingroup.com. 20 September 2011.
  12. Hiiumaa Maakonnaleht 15.02.2005
  13. http://et.scribd.com/doc/84932784/Tuuleenergia
  14. http://www.tuuleenergia.ee/2012/09/tuuleenergeetika-areng-maailmas-2011-aastal-ning-prognoos-aastani-2016/
  15. 15,0 15,1 Buller, Erin (11 July 2008). "Capturing the wind". Uinta County Herald. Retrieved 4 December 2008."The animals don’t care at all. We find cows and antelope napping in the shade of the turbines." – Mike Cadieux, site manager, Wyoming Wind Farm
  16. Mike Williams, Demand MediaNational Geographic: "Positive & Negative Facts About Wind Energy"
  17. "Why Australia needs wind power" (PDF). Retrieved 7 January 2012.
  18. Green-e.org Retrieved on 20 May 2009
  19. "Wind energy Frequently Asked Questions". British Wind Energy Association. Retrieved 21 April 2006.
  20. http://il.ee/web/index.php/Tuul

Välislingid[muuda | muuda lähteteksti]