Väiketuulikud


Foto: tuuleenergia.ee


Väiketuulikud on üks vähestest tarbijale kättesaadavatest viisidest koduseks elektritootmiseks. Elektri genereerimisel tarbimise läheduses on mitmeid eeliseid. Hajatootmine vähendab investeeringuvajadust elektri ülekandevõrkudesse ning liinikadusid. Elektritootmise kohalikku omandisse minek soosib regionaalset arengut, andes tuulises piirkonnas elavatele inimestele ja ettevõtetele soodsa hinnaga tootmissisendi. Kui elektrit toodetakse taastuvast allikast, vähendab see fossiilsete kütuste põletamisest tulenevat lokaalselt saastet ning globaalseid kliimasüsteemi kahjustusi.

Kuigi väiketuulikuid on kasutatud terve eelmise sajandi kestel, algas nende intensiivsem kasutuselevõtt alles viimase 25 aasta jooksul. Enamik väiketuulikute tootjaid on turule tulnud viimasel viiel aastal ja seega on see tehnoloogia ka dünaamilises arengus.

Selgitused:
Mis on väiketuulik?

  • Väiketuulikud on seadmed, mis muundavad tuuleenergia elektrienergiaks tarbijate vahetus läheduses. Tihti mõeldakse tuulikute all suuri tuuleelektrijaamu, väiketuulikud on aga tihti paigaldatud asukohtadesse, kuhu suurte tuulikute püstitamine ei ole erinevate piirangute tõttu võimalik. Samuti on need tuulikud oma mõõtmetelt väga erinevad.
  • Väiketuulikuid klassifitseeritakse erinevates riikides erinevalt. Alljärgnev tabel annab ülevaate erinevatest klassifikatsioonidest. Tähtsaim definitsioon tuleneb siiski Rahvusvahelise Elektrotehnika Komitee standardist, kus antakse väiketuuliku piiriks rootori pindala 200 m2.

Rahvusvahelise Elektrotehnika Komitee standard
IEC 61400-2

Rootori pindala < 200 m2 (ehk horisontaalse tuuliku puhul D < 16 m), generaatori pinge väiksem 1000 Va.c. või 1500 Vd.c.

Briti Tuuleenergia Assotsiatsioon

Mikrotuulik 0 – 1,5 kW
Väiketuulik 1,5 – 15 kW
Väike-keskmine tuulik 15 – 100 kW

Saksamaa Tuuleenergia Assotsiatsioon

Mikrotuulik 0 -5 kW
Minituulik 5 – 30 kW
Keskmine tuulik 30 -100 kW (äriettevõtted ja maamajandus)

Taani Tuulikuomanike Assotsiatsioon

Kodumajapidamise tuulik:
maksimaalne kogukõrgus < 25 m
rootoridiameeter < 13 m
maksimaalne nominaalvõimsus < 25 kW

  • Eesti Tuuleenergia Assotsiatsiooni korraldatud väiketuulikute ümarlaual 2012. a. jaanuaris otsustati Eesti väiketuulik defineerida tuuliku kogukõrgusega kuni 30 m. Tuuliku kõrgus ja rootori pindala omavad tuuliku suuruse määratlemiseks visuaalselt suuremat mõju kui tuuliku nominaalvõimsus.
  • Väiketuulikuid klassifitseeritakse üldjuhul tehniliste parameetrite järgi, kuid neid saab eristada ka:

    ■ kasutusotstarbe järgi (nt võrguga ühendamata Off-Grid, võrguga ühendatud On-Grid, soojusenergia tootmiseks, vee pumpamiseks jne);
    ■ tuuliku mehhaanilise konstruktsiooni järgi (nt pöörlemistelje asendi järgi horisontaalse rootoriga ja vertikaalse rootoriga, kusjuures horisontaalse rootoriga tuulikud jagunevad omakorda rootori asendit masti suhtes arvestades alla- ja ülestuult rootoriga tuulikuteks);
    ■ paigaldamise mooduse järgi (nt eraldi masti otsa paigaldatud, hoonega integreerituna paigaldatud).


Võrguga ühendamine

Võrgu olemasolul on väiketuulikut võimalik sellega ühendada (nn grid-tie), võrgu puudumisel või kui sinna liitumine ei ole otstarbekas, saab luua ka autonoomse energiasüsteemi (nn off-grid). Enamasti on autonoomsetes süsteemides mõistlik kombineerida päikese- ja tuuleenergia muundamise seadmeid. Ainult suvilates (eriti sisemaal) võib mõistlikum olla üksnes päikesepaneelide paigaldamine, väikesaartel võib piisata ainult tuulikust. Tuuliku kasutamise eelis PV-seadme ees on asjaolu, et energia muundamine toimub ööpäevaringselt ja ka talvekuudel.


Foto: tuuleenergia.ee


Foto: tuuleenergia.ee


Elektrivõrguga liitumine
Üle 10 MW tuulepargid liidetakse Eleringi võrguga, väiketuulikud aga jaotusvõrguga. Selleks tasub ühendust võtta kohaliku jaotusvõrgu ettevõttega.


Lihtsustatud kord alla 11 kW-stele tuulikutele
Lihtsustatud korras on jaotusvõrguga võimalik liituda alla 11 kW-ste väiketuulikutega. Liitumiseks on jaotusvõrgu-poolne nõue, et ühendamiseks kasutatav inverter peab olema sertifitseeritud vastavalt standardile EVS-EN 50438:2008 ja Eestis kehtestatud lisatingimustele. Väiketuuliku ühendamiseks tuleb pöörduda kohaliku jaotusvõrgu ettevõtte poole, kes antud piirkonda teenindab. Jaotusvõrgule tuleb esitada mikrogeneraatori liitumistaotlus, mille leiab ettevõtte kodulehelt.
Jaotusvõrgu ettevõtja kontrollib liitumisvõimalust antud asukohas – kui tegu on pikkade madalpingeliinidega, kus tarbimiskoormused on väikesed või on juba mitmeid mikrogeneraatoreid selliste liinidega liidetud, ei pruugi jaotusvõrk sinna uut tootmisvõimsust lubada või tuleb võrgu tugevdustööde kulud kliendil endal kanda. Lisaks kontrollitakse inverterseadme kohta esitatud andmeid ja selle vastavust Eestis kehtivatele nõuetele.


Üle 11 kW-ste väiketuulikute liitumine
Suurematele väiketuulikutele kui 11 kW-ne nimivõimsus kehtib jaotusvõrguga liitumisel võrgueeskiri, mille järgi elektrituulikutel tuleb esitada lisaandmed tuuliku ja selle lühise läbimise tüübikatsetuse kohta. Kui sellise suurusega tuulikuga on plaanis liituda, tuleb juba varajases faasis konsulteerida kohaliku võrguettevõttega, et veenduda tuuliku sobivuses võrguga liitumiseks.


Asukoha valik
Väiketuuliku soetaja esimesed küsimused peaksid olema: “Kas planeeritud asukohas on tuult?” “Mis objektid võivad energia tootmist segada?” ja “Kui kõrge mast tuleb paigaldada?”


Ilma tuuleta ei saa

Väiketuuliku planeerimise kõige esmane ja tähtsaim küsimus on, kas vajalik tuuleressurss on olemas? Ühtset reeglit vajaliku minimaalse aasta keskmise tuulekiiruse kohta on raske anda, kuna see sõltub konkreetsest rakendusest. Nimelt võib autonoomse süsteemiga tuuliku paigaldamiseks aktsepteerida väiksemat tuuleressurssi, sest alternatiivsed energiaallikad on kallimad ja tihti suuremate keskkonnamõjudega. Autonoomse süsteemi puhul võiks tuuliku paigaldamisele mõelda alates tuulekiirusest 3,5 m/s ja võrguühendusega kohas alates 4,5 m/s. Tuulekiirus 5-6 m/s on juba väga hea. Madalatel kõrgustel on sellised kohad Eestis ainult rannikul ja saartel.


Tuulik vajab enda ümber ruumi
Lisaks asukohas valitsevale tavapärastele tuuleoludele on väga oluline tuuliku paigutamine eemale läheduses olevatest objektidest. Tuule sujuvat voolamist takistavad kõik looduslikud ja tehisobjektid, vähendades tuule kiirust ja tekitades õhukeeriseid ehk turbulentse. Sellistes oludes väheneb tuuliku toodang oluliselt ja turbulentsi poolt põhjustatud vahelduva mehhaanilise koormuse tõttu ka tuuliku komponentide eluiga. Seetõttu tuleb tuulik paigutada eemale nii puudest, majadest kui ka muudest tuult segavatest objektidest. Joonisel on näidatud turbulentseid piirkondi, millest tuuliku peaks paigutama väljapoole vähemalt valdavate tuulesuundade poolt vaadates.



Foto: tuuleenergia.ee

Tuuliku paigutamise erijuht on asukohas olev kõrge küngas või laugjas mägi, kus oskusliku paigutamisega võib mäe otsas saavutada suurema keskmise tuulekiiruse kui samas piirkonnas laugel maal.


Kui kõrge masti jaksan soetada?
Kuna tuulekiirus ja kvaliteet paranevad kõrgemale tõustes oluliselt, tuleb väiketuulikule alati valida maksimaalselt kõrge mast. Oluline on panna tuulik kõrgemale läheduses olevatest takistustest. Kui tuulikut tahetakse püstitada metsasele alale, võib minimaalselt vajalik mast kujuneda kõrgeks, sest peab ulatuma ka puulatvadest kõrgemale. Ümbruse maapinna iseloomustamiseks kasutatakse kareduse tegurit, mille abil saab eeldada tuule erinevust vertikaalses tasapinnas. Kõrguse, kareduse ja tuulekiiruse vahelist seost arvutav abivahend on saadaval näiteks veebilehel www.wind-data.ch/tools/profile.php.

Arvestama peab ka sellega, et tuuliku hooldamiseks on tuuliku mehhanismide juurde vaja ohutult pääseda, mis võib piirata planeeritava masti kõrgust. Masti maksumuse suurenemine on otseselt masti kõrgusega seotud.


Planeerimine ja load
Väiketuulikute püstitamine ei ole määratletud ühegi riikliku seaduse või määrusega ja seetõttu jääb see ehitusseaduse kaudu kohaliku omavalitsuse vastutusalasse. Viimasel 10 – 15 aastal, kui Eestis on jälle aktiivsemalt väiketuulikuid püstitatud, on omavalitsustel olnud raskusi nende lubamise protseduuridega. Ühelt poolt ei ole teema olnud üheski riiklikus dokumendis juhendatud ja teiselt poolt on see tehnoloogia olnud omavalitsustöötajaile võõras ja selle mõjud teadmata. Ka on väiketuulikute püstitamist takistanud elanike vähene informeeritus, kes tihti arvavad väiketuulikul olevat samasugune mõju nagu suurtel tuulikutel. Olukorra parandamiseks tellis tuuleenergia klaster 2011. aasta kevadel konsultatsioonifirmalt AF-Estivo uuringu, selgitamaks väiketuulikutele soovitatava sujuva püstitamise lubade protseduuri. Selles uuringus toodi välja soovitused väiketuulikute püstitamise lubade kohta. Kaasamaks kõiki huvigruppe, korraldas tuuleenergia klaster järgnevas faasis 9. jaanuaril 2012. a väiketuulikute ümarlaua, kuhu oli kaasatud ligi 30 väiketuulikutega seotud või planeerimisest huvitatud inimest. Ümarlaua järgselt täiendati esialgset soovituste paketti ja otsustati see võtta ETEA soovituste aluseks omavalitsustele.


Fotod, joonised ja tabel on võetud Eesti Tuuleenergia Assotsiatsioon kodulehelt nende loaga, lisa saab lugeda raamatust Väiketuulikute ABC.



Raamat on müügil Apollo ja Rahva Raamatu kauplustes.

Lisalugemist:

Tehnilised artiklid

Väiketuulikute võimsuskõvera arvutamisest IEC 61400-12 järgi



Eestikeelsed artiklid

Tehnikamaailm Kodu&Ehitus 03/2012 Elektrituulikute uus tulek


Keskkonnatehnika 04/2011 Väikeste tuulegeneraatorite kasutusvõimalustest Eestis


Väiketuulikute alased raamatud

Wind Energy Basics Revised: A Guide to Home- and Community-scale Wind Energy Systems.
Paul Gipe. 2009 Chelsea Green Publishing Company

Wind Power For Dummies.
Ian Woofenden 2009 Wiley


Väiketuulikute raportid ja juhendmaterjalid

World Wind Energy Association – 2012 Small Wind World Report

IEA WIND 2009 SMALL WIND ANNUAL REPORT

RenewableUK Small Wind Systems UK Market Report 04/2010

American Wind Energy Association. Distributed & Community Wind

Government of the Netherlands Ministry of Economic Affairs, Agriculture and Innovation. Praktische toepassing van mini-windturbines Handleiding voor gemeenten. (Practical application of mini-wind turbines. Guide for municipalities)

Husstandsmøller. Faktablad P10. Danish Wind Turbine Owners’ Association

Carbon Trust. Small-scale wind energy Policy insights and practical guidance

Bunderverband Kleinwindanlagen. Kleinwindanlagen

A buyer’s guide to wind power


Vertikaalsete ja katusetuulikute kohta

URBAN WIND TURBINES – GUIDELINES FOR SMALL WIND TURBINES IN THE BUILT ENVIRONMENT
IEA Task 27 raames on järgmisena uurimise alla võetud väiketuulikute toimimine hoonestatud keskkonnas (Recommended Practice for Design of Small Wind Turbines in the Built Environment). Selle töörühma tulemitest võib oodata uut infot ja arvutusmudeleid linnakeskkonnas valitsevate tuuleolude ja sinna sobiva tuulikute tehnoloogia kohta. Lisainfo: http://www.ieawind.org/task_27/work_plan.html


Väiketuulikute mudelite kataloogid

BWE-Marktübersicht spezial – Kleinwindanlagen

Nordic Folkecenter – Catalogue with data sheets for more than 300 small wind turbines

Wind Energy Market

Catalogue of European Urban Wind Turbine Manufacturers


Väiketuulikute alase info kogumid

Austria

Taani Nordic Folkecenter

Danish Household Wind Turbines Association

Saksamaa Bunderverband Kleinwindanlagen

Saksamaa Bundesverband WindEnergie

Suurbritannia

Ameerika Ühendriigid


Väiketuulikute alased regulaarsed konverentsid ja messid


new energy Husum

Renewable UK International Small Wind Conference and Exhibition




Aare Kittask  - EKKÜ eestseisuse liige
15.10.2012.a.