Avalikkuses on palju juttu nn suurest elektrivõimsusest, mis liigub Eleringi võrkudes ja mida peetakse justkui prioriteetseks. Vähem on juttu jaotusvõrkudest, mis sellesama elektri kodudesse toob. Samas sõltub just viimasest igapäevase elektrivarustuse kvaliteet.

Ajalooliselt on Eesti jaotusvõrk üles ehitatud viisil, et elekter saab selles hästi liikuda küll suunal tootjalt tarbijale. Vastupidi tekivad pudelikaelad. Seda vastupidist suunda on aga järjest rohkem vaja. Tänapäeval võib saada sisuliselt igast majapidamisest, mis seni oli klassikalises mõttes ainult elektri tarbija rollis, ka energia tootja, kes soovib oma toodetud ning enda tarbest üle jäävat elektrit tagasi üldisesse võrku suunata.

Probleemi lahendamise muudab veelgi keerukamaks see, et valdavalt tegelevad need väiketootjad päikeseenergiaga. Selle tootmise kõrgpunkt langeb suvel üsna lühikesele ajavahemikule. Nii võib juhtuda, et ühtäkki lisandunud suur kogus elektrit ei pruugi jaotusvõrku ära mahtuda. Seda põhjusel, et võimalusega pole lihtsalt võrgu väljaehitamisel arvestatud.

Jaotusvõrk ei arvesta kohalike tootjatega

Tallinna Tehnikaülikoolis läinud aastal kaitstud Noman Shabbir doktoritöö keskenduski taastuvenergiaallikate kasutustihedust toetava energiahaldussüsteemi olemusele ja selle väljatöötamise võimalustele. Praegu töötab Noman Shabbir Tallinna Tehnikaülikooli targa linna tippkeskuses teadurina ning tegeleb muu hulgas ka jaotusvõrkude senisest parema haldamise süsteemi väljatöötamise ja argiellu viimisega.

Shabbiri doktoritöö juhendaja, tehnikaülikooli elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi vanemlektor Lauri Kütt ütles, et uurimistöö ettevõtmist ajendaski tõdemus, et Eesti jaotusvõrk pole kuigi taastuvenergia-sõbralik. Üha suureneva päikeseelektri mahuga toimet tulemiseks tuleb midagi ette võtta.

Muidu seisaks rahvas peagi lõhkise küna ees. Vajaduste katmiseks on vaja ohkem taastuvenergiat, selle tootmise võimekus on ka justkui olemas, aga kasutada seda ikkagi ei saa. Pelgalt sel tobedal põhjusel, et võrk ei suuda seda vastu võtta.

"Meie jaotusvõrk arvestab praegu, et elekter liigub seda mööda tarbijani, kes ei ole energia tootja. Lisaks eeldatakse, et elektri tarbimine on juhuslik ja mitte samaaegne," kirjeldas Kütt. "Kui päike paistab, toodavad kõik päikesejaamad korraga energiat. Kui aga võrk on üles ehitatud nii, et seda mööda mahub mingi samaaegne koormus läbi tarbija suunas, siis tekib kohe probleem, kui tarbija üritab samaaegselt sama suurt võimsust sisestada võrku tootjana," lisas vanemlektor.

Sellisel juhul ongi põhjust öelda, et võrk on täis. Probleemil on erinevaid sümptomeid. Neist kõige tõenäolisemalt saab tegelikkuseks see, et sinna täiendava energia suunamisel läheb võrgu pinge liialt kõrgeks. Pinge kõikumisele on antud lubatud piirid, tavapärane on 230V (lubatud kõikumine +/– 10%). Kui see peaks kerkima liialt kõrgele, lähevad katki või tekitavad tule- ja terviseohu elektriseadmed, mis pole ette nähtud nii kõrge pingega töötama.

Päikeseenergiat tuleb üha rohkem

Teisisõnu on "täis võrgu" korral täitmata tehnilised tingimused, mis võimaldaksid lisada kohalikel tootjatel sinna veel täiendavat elektrivõimsust. "Tehnilisi tingimusi on mitmeid. Olulisemad kriteeriumid on pingetase ja sellele lähedane parameeter ülekoormus. Erinevate võrgukomponentide ülekoormus tähendab paljudel juhtudel liinide ülekuumenemist," rääkis Lauri Kütt. See toob välja vajaduse tugeva võrgu järele.

Küti sõnul on päikeseenergia lisandumine viimastel aastatel kujunenud üle ootuste kiireks ja olukorda ei osanud keegi ette näha. Nii tekivadki võrgus pudelikaelad, mis takistavad uusi liitumisi. See omakorda tingib selle, et nõrgema võrguga piirkondades saavad esimesed liituda soovijad Elektrilevilt miljonite eurodeni ulatuvaid hinnapakkumisi. Viimane sünnitab omakorda ebavõrdsust. Kui keegi võrgu tugevamaks muutmiseks tarviliku investeeringu kinni maksab, saavad edaspidised liitujad saavad seda teha juba 1000–2000 euro eest.

Nende pudelikaelade probleemi püüdiski Noman Shabbir oma doktoritöös lahendada ehk, nagu juhendaja ütles – mõned ideed paneb see töö kindlasti kasvama.

Üks idee seisneb selles, et jaotusvõrgu seisundi eest ei peaks vastutama ainult võrguettevõtja, vaid ka klient, kellel on arvestatavalt suur sisseandmisvõimsus. Praegu aga päikesejaamade liitujatele erilisi lisanõudmisi ei esitata. Shabbir üritas oma töös leida lahendust, kuidas hakata planeerima elektritootjate omavastutust, eelkõige just tehnilist vastutust. Nõnda saaks tekitada uutele liitujatele tingimuste paketi.

Näiteks vastavalt sellele, kui suure võimsusega päikeseelektrijaama soovitakse võrku ühendada. Kui liitumine on suuremahuline, tuleb liitujal rohkem panustada uute seadmete paigaldamiseks. Kui ettevõte investeerib palju tootmisseadmetesse, peab olema suur ka tema investeering salvestusseadmetesse. Nii tagataks kõikidele väiketootjatele võrdne juurdepääs võrgule vastavalt tema tootmisvõimsusele. Seejuures leidis Shabbir, et kokkuvõtlikult võiks selline süsteem asjaosalistele praegusest korraldusest isegi odavam tulla.

"Meil on võimalik teha nii, et suurte tootjate lülitumine võrku ei sega võrgu tööd ja võib-olla ei oleks ka võrgu ülevalpidamiseks vaja maksumaksja raha eest teha nii palju investeeringuid. Pääseksime kõrgest võrgutasust," arutles Lauri Kütt.

"Tootja salvestusvõimsus tagab, et ajal, kui võrk on niigi koormatud, suunab tootja oma energia akupanka. Kui võrgus tekib jälle ruumi, läheb sinna akudesse salvestatud energia. Salvestusseadmed võiksid olla sellise mahuga, et tootmine toimub päeval ja võrku suunatakse elekter õhtuti, kui päike ei paista ja võrgus just elektrit vaja on," lisas vanemlektor

Praegu tahavad päikesepargid vaid toota

Nii tegi Noman Shabbir oma töös ettepaneku, et elektritootjatel peaks olema olemas vähemalt enda tarbimisega võrdne salvestusvõimekus. Lisaks peaks akupanga juhtimine olema seadistatud selliselt, et see ei teeniks vaid tema enda huve, vaid oleks võimeline salvestama energia kogu selle tootmistipu perioodi vältel ja ajastama energia kasutamist ajale, kui see on vajalik ka mujal võrgus. Sellisel moel saaks salvestatud energiat kasutada ka kogu võrgu stabiliseerimiseks.

Shabbir selgitas oma töös, et sellist lahendust ei olekski reaalsuses ülemäära keeruline rakendada. Põhiline, mida on vaja teha, on panna süsteemis paika kellaaja piirid akuseadme laadimiseks või tühjendamiseks. Juba ainuüksi see aitab probleemist suures osas jagu saada, vähendades oluliselt tundide arvu, kui lokaalses võrgus võiks tekkida ülepinge või ülekoormus.

Paraku on nii, et viimasel ajal loodud päikeseparkide äriidee seisneb peaasjalikult elektri müümisel võrku. Kohapealne tarbimine puudub aga seejuures üldse või on see väga väike. Sellisel juhul tähendaks piisava salvestusvõimekuse loomine üpris suurt (lisa)investeeringut, mida pole tahtnud nende parkide arendajad vähemalt siiani teha.

Shabbir tõi doktoritöös välja, et varasemate, kuni 2021. aasta sügiseni valitsenud energiahindade arvestuses jääks vajaliku salvestusvõimekusega pargi tasuvusaeg tosinkonna aasta piiresse. Nüüd, kui elektrienergia toonasega võrreldes üksjagu kallim, peaks projekt ka lühema aja jooksul ära tasuma.

"Seda saaks vähendada, kui kasutada näiteks elektriautot, sest elektriauto on tarbija, mis võtab kogu akusüsteemist täiendava võidu. Seda sellepärast, et seda on iga päev vaja laadida ja selleks saaks kasutada akudesse talletatud energiat," selgitab Lauri Kütt. Kui seda teha enda toodetud elektrist oma mugavust kaotamata, on tema sõnul kasud sees.

"Kuna aga töö lähtub eelkõige kodutarbijast, pole seatud sihiks süsteemi väga suur kasumlikkus. Üks kriteerium, mida arvestasime, on see, et kui seadmed üles panna, peaks nende oodatav eluiga lisakulutusi tegemata olema vähemalt kümme aastat," lisas vanemlektor.

Pidev võrgu tugevdamine pole lahendus

Siinkohal tasub veelkord märkida, et kõnealune doktoritöö käsitles n-ö kodutarbija päikesejaama ja tema vajadusi, ega tee kaugeleulatuvaid järeldusi suuremate, otseselt ärilistel eesmärkidel rajatud päikesejaamade kohta.

Mitmed energeetikaasjatundjad on juba välja käinud soovituse, et lisaks päikesejaamade rajamisele võiks riik toetada ka akupankade soetamist. Samas peaks ise energia tootmist ja selle salvestamist motiveerima ka viimase aasta jooksul kiires tempos kerkinud võrguelektri hind.

Nii lisandub muudkui tootjaid, mis Lauri Küti hinnangul võib juba mõne aasta pärast viia olukorrani, kus suvel, päikeseelektri tootmise tippajal, ei leidu enam piisavalt tarbijaid, kes päevasel ajal seda elektrit osta sooviks. Sellisel juhul tuleb niikuinii hakata piirama päikeseenergia võrkulaskmist. Sellisel juhul on tootja juba vägagi konkreetse valiku ees – kas lasta osa toodetud energiast tuulde või panustada selle salvestamisse.

Kui arvestada kõiki planeeritud (broneeritud, aga mitte veel toimivaid nn fantoomliitumisi) päikeseenergia tootmisvõimsusi, siis erinevatel hinnangutel ootab tootmise kõrgajal võrkulaskmist 600–650 MW päikeseenergiat. Kõik oleks suurepärane, kui meil oleks väga tugev võrk. Teine küsimus on aga see, kas see tugev võrk, mis leiaks otstarbekat kasutamist vaid suvekuudel, on otstarbekas.

Selle loomiseks on vajalik teha suuri investeeringuid. Asjade praeguse seisu juures on Elektrilevi hinnangul kohe vaja 300 miljonit eurot, mis omakorda tähendaks üha kerkivat võrgutasu. Seda annaks Lauri Küti sõnul ja Noman Shabbiri doktoritöö järeldustele tuginedes vältida päikeseenergia salvestamisega tootmiskohas. Lahenduse juurutamiseks tuleks selline kohustus ka seadusandlikult sätestada.

Teadustöö, mille autor on Noman Shabbir ja juhendaja Lauri Kütt, pälvis 2022. aasta üliõpilaste teadustööde riiklikul konkursil tehnika ja tehnoloogia valdkonnas doktoriõppe astmes 2. koha preemia. Tutvu Shabbiri doktoritööga Tallinna Tehnikaülikooli digikogus