Roheenergia juhuslikkusest aitab kasu lõigata nutikas ventilatsioonisüsteem
Elektrisüsteemi tasakaalustamiseks ventilatsioonisüsteeme nutikamalt käitades saavad omanikud vähendada oma ventilatsiooniarveid kuni 40 protsenti, selgus Tallinna Tehnikaülikoolis kaitstud doktoritööst.
Kui viimase kümne aastaga on kasvanud toodetava taastuvenergia osakaal ligikaudu poolteist korda, siis prognoosivad eksperdid järgmise kümnendi lõpuks selle kolmekordistumist. Kõnealused muutused esitavad elektrisüsteemile tõsise väljakutse. Suureneb tootmise ja tarbimise juhuslikkus, mis vajab pidevat tasakaalustamist, kirjutavad Tallinna Tehnikaülikooli elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi teadlased Vahur Maask ja Argo Rosin.
Tallinna Tehnikaülikooli elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi teadur Vahur Maask arendas oma doktoritöös esmakordselt välja hoonete ventilatsioonisüsteemide juhtimismeetodid, mis arvestavad ühtaegu siseõhu kvaliteedi, ventilatsioonisüsteemi töörežiimide, ruumide erineva kasutuse ja hoone kasutajate seadistustega.
Uudsed juhtimismeetodid arvestavad elektrivõrgu vajadustega, võimaldades ventilatsioonisüsteemide integreerimist virtuaalsete elektrijaamadega. Teisisõnu saab liita need sama tarkvarasüsteemiga, millesse võivad olla liidetud ka kasutaja päikesepaneelid, akud ja rohkem energiat tarbivad nutikad koduseadmed. Sama süsteem analüüsib reaalajas ka energia nõudlust ja pakkumist võrgus. Teadustöö tulemusel saavad hoonete omanikud parandada seeläbi majade energia- ja kulutõhusust sisekliimat kahjustamata, säästes samas raha.
Ventilatsiooni lugu
Lihtsustatult võib elektrisüsteemi vaadelda kui veetrassi. Ühest otsast pumbatakse vett sisse ja teises otsas tarbitakse. Kui trassi pumbata rohkem vett kui ära tarbitakse, siis rõhk tõuseb. Tagajärjeks on veelekked või katkised torud. Kui vett tarbitakse aga rohkem, kui seda trassi pumbatakse, tuleb tarbijal leppida vaid niriseva kraaniga või sellega, et ülemistel korrustel vett polegi.
Selleks, et kõik toimiks probleemideta, peab trassis tarbijate ja tootjate vahel olema tasakaal. Kui tasakaalu pole võimalik tekitada, puudub süsteemis paindlikkus. Veetrassis aitab paindlikkust tagada kas reservpump, salvesti või teadlik tarbimine.
Näiteks, kui veevajadus on suurem, pumbatakse veetrassi rohkem vett või tarbitakse seda salvestist. Kui veevajadus langeb, lülitatakse osa pumpi välja või suunatakse liigne vesi salvestisse. Sel puhul on oluline suunata tarbijaid liigset vett ära tarbima.
Nii nagu veetrassis, peab ka elektrisüsteem olema paindlik. Seda aitavad tagada juhitavad elektrijaamad, energiasalvestid või tarbijate teadlik käitumine. Kui veetrassides tuleb rinda pista vaid rõhuprobleemidega, siis elektrisüsteemis toob paindlikkuse puudumine kaasa hinna, pinge ja sageduse kõikumise.
Kui elektrihind riivab otseselt meie rahakotti, mõjutavad pinge ja sageduse kõikumised kodudes, büroohoonetes ja tööstuses seadmete tööd ning tootmise ja teenuste kvaliteeti. Kokkuvõttes muudab see elu kallimaks – kodudes või büroodes lähevad rikki seadmed ja tööstuses langeb toodete kvaliteet.
Mida rohkem juhitamatut taastuvenergiat elektrivõrku lisandub, seda enam on vaja toodetava energiahulga kõikumisi tasakaalustada. Seetõttu muutub tehnosüsteemide kaasamine järjest olulisemaks. Need hõlmavad nii energiasalvesteid kui ka hoonete kütte-, jahutus- või ventilatsioonisüsteeme. Samas ei saa tehnosüsteeme sisse ja välja lülitada ainult võrgu pinge või sageduse alusel. Hoonetes tuleb tagada inimestele ka sobivad sisekliima ja keskkonnaolud. Eriti oluline oli see näiteks COVID-i ajal.
Erinevalt kütte- ja jahutussüsteemidest on ventilatsioonisüsteemide puhul oluline tagada ruumide õhuvahetus aastaringselt. Kui senised uuringud on keskendunud eestkätt kütte- ja jahutussüsteemidele, siis ventilatsioonisüsteemide potentsiaal on jäänud tahaplaanile.
Ventilatsioonisüsteemiga paindlikkuse pakkumiseks vajalikud investeeringud sõltuvad hoone valmidusest. Õhukvaliteeti jälgivate andurite paigaldamise ja ventilatsioonisüsteemi liidestamise kulud võivad ulatuda kuni 1000 eurot kilovati kohta. Samas küündivad juhitava gaasielektrijaama ehitamise investeeringud sõltuvalt tehnoloogiast kuni 2000 euroni.1 Sellele lisanduvad jaama hooldus- ja käidukulud.
Suuremahuliste salvestite ehituse hind jääb sõltuvalt mastaabist ja tehnoloogiast vahemikku 900–2400 eurot kilovati kohta.2 Ventilatsioonisüsteemi elektrivõrguga ühildamise kulud vähenevad oluliselt, kui seda toetab ventilatsioonisüsteemi automaatika koos anduritega. Kulusid saab väljatöötatud meetodi abil oluliselt vähendada, paigaldades vajalikud andurid suurima kasutusega ruumidesse.
Vahur Maaski doktoritööst selgus, et ventilatsioonisüsteemidega elektrisüsteemi tasakaalustades saab omanik kulutusi vähendada kuni 40 protsenti. Kulude kokkuhoid sõltuvad ventilatsioonisüsteemi energiatõhususest ja töörežiimidest ning hoone kasutajate seatud piirangutest.
Kui hoone kasutajate eesmärk on tagada siseruumides parim sisekliima – näiteks sama värske õhk kui ka õues – võib kulude kokkuhoid olla ka ainult kaks protsenti. Ventilatsioonisüsteemiga paindlikkuse pakkumise eelis on see, et erinevalt gaasielektrijaamast pole tarvis osta kütust. Seega kui ventilatsioonisüsteemi paindlikkus sõltub õhuvooluhulga muutmisest, tuleb gaasielektrijaamas kohandada põletatava kütuse kogust.
Näiteks on Eesti keskmises büroohoones kasutatava 15-kilovatise võimsusega ventilatsiooniseadmega paindlikkusteenuse pakkumisel oodatav aastane rahaline sääst ligikaudu 10 protsenti. Möödunud 2023. aasta elektrihindade juures teeb see ligikaudu 700 eurot aastas.
Võttes aluseks selle, kui palju on viimase 10 aasta jooksul lisandunud Eesti elektrisüsteemi ventilatsioonisüsteeme, saame aastaseks kokkuhoiuks üle 750 000 euro. Erinevaid paindlikkusteenuseid pakkudes on kokkuhoid veelgi suurem.
Tuleviku vaates on oluline teada, et kuni 15 protsenti hoonete elektritarbest moodustab ventilaatorite käitamine. Sõltuvalt aastaajast võib see osakaal kasvada kuni 30 protsenti.3 Vastavalt hoone energiatõhususe miinimumnõuetele tagatakse kõigis uutes ja oluliselt rekonstrueeritud hoonetes siseõhu kvaliteet soojustagastusega sissepuhke- ja väljatõmbeventilatsiooniga.4 Kõigi taoliste majadega saab tulevikus pakkuda elektrisüsteemile lühiajalist tasakaalustamist odavamalt kui tavalise elektrijaamaga.
Elektritarbimise, sh ventilatsioonisüsteemide juhtimine on kriitilise tähtsusega just taastuvenergiale üleminekul. See aitab lahendada elektrisüsteemi tasakaalustamisega seotud probleeme kiiremini ja soodsamalt kui juhitavad elektrijaamad või energiasalvestid. Lisaks võimaldab sedalaadi paindlikkus integreerida elektrivõrku rohkem taastuvenergiat.
Vahur Maask kaitses doktoritöö "Research and Development of Explicit Demand Flexibility Management Methods for Ventilation Systems" ("Ventilatsioonisüsteemidele otsese energiapaindlikkuse juhtimismeetodite uurimine ja arendamine") 18. detsembril Tallinna Tehnikaülikoolis. Tööd juhendasid kaasprofessor tenuuris Argo Rosin ja vanemteadur Tarmo Korõtko. Tööd oponeerisid Professor Rui Miguel Amaral Lopes Portugalist ja juhtivteadur Ansis Avotiņš Lätist.
1 Danish Energy Agency, Technology Data for Generation of Electricity and District Heating, 2024.
2 W. Cole, A. Karmakar, Cost Projections for Utility-Scale Battery Storage: 2023 Update, 2023.
3 I. Drovtar, J. Niitsoo, A. Rosin, J. Kilter, and I. Palu, "Electricity consumption analysis and power quality monitoring in commercial buildings," PQ 2012: 8th International Conference - 2012 Electric Power Quality and Supply Reliability, Conference Proceedings, pp. 107–112, 2012.
4 Riigi Teataja, Hoone energiatõhususe miinimumnõuded.
Toimetaja: Andres Reimann
