2. Neljanda põlvkonna kaugkütte kontseptsioon

Neljanda põlvkonna kaugkütte idee pärineb Taani ja Rootsi teadlastelt, kes pakkusid vastava kontseptsiooni välja 2014. aastal. Selle järgi võib kaugkütte arengu jagada neljaks põlvkonnaks. Lihtsustatult saab iga põlvkonda kirjeldada torusüsteemi paigutuse, soojuskandja tüübi ja temperatuuri abil (tabel 2.1). Kaasajal võib enamikku võrke kirjeldada kui teise ja kolmanda põlvkonna segu.

Tänapäeval jagatakse võrke kõige sagedamini temperatuuri järgi; rühmi on kolm:

  • kõrgetemperatuurilised võrgud, milles soojuskandja temperatuur on üle 80 °C;
  • madalatemperatuurilised võrgud, milles soojuskandja temperatuur on vahemikus 55 kuni 80 °C;
  • väga madala temperatuuriga võrgud, milles soojuskandja temperatuur ei ületa 55 °C kogu aasta vältel.

Lisaks võrgu omadustele soovitati kaugkütte põlvkondade määratlemisel kasutada ka muid kriteeriume: soojusallika tüüp ja mitmekesisus, võrgu suurus, elektri- ja kaugjahutusvõrkude sidusus, soojuse ja elektri koostootmisjaamade ning soojuse salvestamise võimaluse olemasolu jne. Tabelis 2.1 on toodud kaugkütte põlvkondadeks jagamise kriteeriumid. Kaugkütte põlvkondade kontseptsiooni on graafiliselt kujutatud joonisel 2.1.

Tabel 2.1. Kaugkütte põlvkondadeks jagunemine (lihtsustatult)

PõlvkondSoojuskandjaTemperatuuri taseTorustik
1. PõlvkondAur140–180 °CBetoonkanal, mineraalvill
2. PõlvkondVesi100–130 °CBetoonkanal, mineraalvill
3. PõlvkondVesi70–100 °CMaa-alune, eelisoleeritud
4. PõlvkondVesiKuni 60 (70) °CMaa-alune, eelisoleeritud
Joonis 2.1. Kaugkütte põlvkonnad. (allikas: Thorsen, J. E., Lund, H., & Mathiesen, B. V. (2018). “Progression of District Heating – 1st to 4th generation“)

2.1 Kaugkütte põlvkonnad

2.1.1 Esimene põlvkond

Kaugkütte esimese põlvkonna peamiseks eripäraks oli see, et soojuskandjana kasutati auru, sest pumbad ei olnud sellel ajal suutelised transportima kuuma vett piisavalt kaugele. Tarbijagrupid võisid ulatuda mõnest väiksemast tööstusest, mis kasutas auru oma tootmisprotsessides, kuni suurte soojustarbijateni nagu haiglad ja suured elumajade kompleksid. Lisaks peeti auru heaks soojuskandjaks selle suure soojusmahtuvuse tõttu. Auru tootmiseks olid katlad; tolleaegsed elektrijaamad ei töötanud kondensatsioonirežiimis, seega oli kuum aur kättesaadav. Sellised küttesüsteemid tekkisid esimesena USAs 1880. aastatel. Peaaegu kõik kaugküttesüsteemid nii USAs kui ka Euroopas, mis rajati kuni 1930. aastani, kasutasid sellist tehnoloogiat.

Joonis 2.2. Kaugkütterajatised New Yorgis (allikas: Unsplash, foto: E. Hoover)

Veel tänapäevalgi on töös mõned aurul põhinevad kaugküttesüsteemid, näiteks New Yorgis Manhattanil ja Pariisis (joonis 2.2). Mõlema linna soojusvajaduse tihedus on tohutu, mis vähendab aurul põhineva vana tehnoloogia kasutamise kulusid. Teised linnad nagu Salzburg, Hamburg, München ja Kopenhaagen, mille kaugküttesüsteem põhines pikka aega samuti aurul, on tänaseks viinud oma kaugküttesüsteemid üle kuumale veele. Aurutorustik paiknes tavaliselt betoonkünades ja see soojustati torustiku ehitamise käigus esialgu puiduga ning hilisemal ajal mineraalvillaga. Kaugkütte laiem levik, eriti just 1930. ja 1950. aastatel, tõi välja aurul põhineva kaugküttesüsteemi kitsaskohad: suured rajamise ja töös hoidmise kulud, vajadus keeruka kondensatsioonisüsteemi järele, suured soojuskaod kõrgete töötemperatuuride tõttu ja süsteemi laiendamise keerukus, juhul kui tekib vajadus liita süsteemi uusi tarbijaid. Lisaks väheneb kõrgete temperatuuride kasutamisel elektrijaama kasutegur ja madala temperatuuriga soojusallikate kasutamise võimalus.

2.1.2 Teine põlvkond

Teise põlvkonna kaugkütte peamiseks eripäraks on ülekuumendatud vee (üle 100 °C) kasutamine soojuskandjana. See on märkimisväärne erinevus, võrreldes esimese põlvkonna kaugküttesüsteemiga, kus kasutati soojuskandjana auru. Üleminek aurult ülekuumendatud veele tõi kaasa mitmeid eeliseid:

  • kondensatsioonielektrijaamade kõrgem kasutegur;
  • tagasivooluvee kogumine oli lihtsam ja madala “kvaliteediga” energia tagasivooluvees leidis edasist kasutust;
  • kasulik mehaaniline töö on maksimaalne;
  • süsteemi rajamine ja töös hoidmine on lihtsam, ja seda ka muutuva koormuse korral;
  • tarbimise mõõtmine on lihtsam;
  • üleminek aurult ülekuumendatud veele võimaldas rajada suuremaid soojusvõrke, mis vähendas nõudmisi katlamaja või jõujaama asukohale;
  • vähenes lekkerisk ja võimalikud tagajärjed;
  • suurem varustuskindlus (näiteks tugevast vihmasajust tingitud üleujutuse korral).

Teise põlvkonna kaugküte domineeris kaugküttesüsteemides 1930. kuni 1980. aastateni. Jaotusvõrk koosnes tavaliselt kahest torust: pealevoolu- ja tagasivoolutoru. Nõukogude Liidus rakendati kaugküttes mingil määral avatud süsteeme, mis tähendab seda, et hoone küttevesi ja ka soe tarbevesi tulid otse kaugküttetorustikust. Hoone küttesüsteemi ja üldise kaugküttesüsteemi vahel ei olnud soojusvahetit. Tallinnas ja Maardus leidub veel tänapäevalgi hooneid, kus avatud süsteem on kasutuses.

Ülekuumendatud vee kasutamine kaugküttes võimaldas suurte elektrijaamade heitsoojust kasutada palju efektiivsemalt, mõnest neist oli võimalik üsna lihtsalt konstrueerida koostootmisjaam.

Peale- ja tagasivoolutorud paigaldati endiselt betoonkünadesse nagu ka esimese põlvkonna kaugküttesüsteemide puhul. Teise põlvkonna algusaastatel oli kaugküttetorude diameeter nii suur, et seal sees mahtus inimene kõndima. Hiljem, kui kaugküttealased teadmised arenesid, muutus torude läbimõõt väiksemaks.

Kiirendamaks torustike rajamist ja vähendamaks kulusid, töötati välja eelvalmistatud toruelemendid. Sellegipoolest oli vaja kohapeal rajada torustiku mitmed elemendid, näiteks ventiilikohad, laiendused, ankruelemendid, äravooluseadmed jne, mis muutis torustiku ehitamise aeganõudvaks ja kulukaks. Teise põlvkonna kaugküttetorustikud rajati enamasti pikisuunalise kaldega, juhtides sissetuleva vee äravoolukanalisse, mis asus kanalisüsteemi madalamas osas. Pikisuunaline kalle andis võimaluse ventileerida torustikke kõrgemas osas ja kuivendada madalamates osades.

Torude soojustamiseks kasutati mineraalvilla, mis mähiti tekstiili abil toru ümber. Soojustamine tehti tavaliselt ehitusplatsil. Kuniks soojustus püsis kuiv, oli selle termiline takistus kõrge, aga kui mineraalvill sai märjaks, näiteks üleujutuse korral, langes termiline takistus märgatavalt. Kuigi teise põlvkonna kaugküttetorustiku projekteeritud soojuskadu oli üsna väike, siis harilikult osutus see suuremaks isolatsiooni kahjustumise tõttu.

Joonis 2.3. Laagna soojusmagistraal enne renoveerimist (allikas: Utilitase arhiiv)

Teise põlvkonna kaugküttesüsteemide tüüpiliste osadena võib välja tuua ka suured manteltoru-tüüpi soojusvahetid ja materjalimahukad, suured ning rasked ventiilid. Suured kaugküttevõrgud kasutasid neid tehnoloogiaid, kuid teenuse kvaliteet oli madal ja puudus kontroll soojuse nõudluse üle. Sellist tehnoloogiat leidub siiani näiteks Venemaal ja Serbias ning mõnedes veepõhiste kaugküttevõrkude vanemates osades.

2.1.3 Kolmas põlvkond

Kolmas põlvkond kaugküttes tõi endaga kaasa väiksema materjali- ja tööjõukuluga võrguelemendid ning madalama temperatuuritaseme võrgus. Peamisteks võrguelementideks said eelisoleeritud torud, mis paigaldati maa alla ilma laienemissilmusteta, tehases toodetud kompaktsed soojussõlmed, kõvajoodistega roostevabast terasest kompaktsed plaatsoojusvahetid ja vähese materjalikuluga komponendid (nt kombineeritud ventiilid).

Kolmanda põlvkonna kaugkütte kohta on kasutatud ka terminit Skandinaavia kaugküte, kuna peamise arendus- ja turundustöö tegid Skandinaavia ettevõtted. Kaugkütte kolmanda põlvkonna algusajaks võib pidada 1980. aastat ja praeguseks oleme jõudnud kolmanda põlvkonna kuldsete aastate lõpuperioodi. Soojuskandjana kasutatakse tänini kõrge rõhu all olevat vett, mille temperatuur on alla 100 °C.

Kolmanda põlvkonna kaugkütet esitleti esmakordselt 1970. aastatel ja seda on kasutatud peaaegu kõikides uutes ja renoveeritavates projektides alates aastast 1980.

Võrreldes teise põlvkonna kaugküttega, tõi kolmas põlvkond endaga kaasa järgmised hüved:

• vähenesid töös hoidmise kulud;
• temperatuuri alanemine tõi kaasa võrgukadude vähenemise ja katlamajade suurema efektiivsuse;
• madalam temperatuuritase võimaldas kasutada madalama kulukusega või taastuvaid energiaallikaid;
• tänu torustiku isolatsiooni termilise takistuse suurenemisele vähenesid võrgukaod;
• eelisoleeritud torude paigaldamine on kiirem ja nende eluiga pikem;
• hakati kasutama torude lekketuvastussüsteeme;
• võeti kasutusele soojusmõõdikud, et esitada arved tegeliku tarbimise järgi;
• süsteemi elementide kvaliteet ja efektiivsus tõusid;
• kontrolli- ja seiresüsteemid võimaldasid suurtel süsteemidel optimaalsemalt töötada ja soojuskoormust jagada.

kontrolli- ja seiresüsteemid võimaldasid suurtel süsteemidel optimaalsemalt töötada ja soojuskoormust jagada.

Vähenesid investeerimiskulud:

• eelisoleeritud torud paigaldati otse maasse ilma laienevate ühenduskohtadeta;
• kasutusele võeti väiksema materjalikuluga tööstuslikult toodetud soojussõlmed;
• täiustati kaugküttetorustiku ehitustehnoloogiat, mille eeskujuks oli gaasitorude tehnoloogia;
• torustike rajamisel hakati kasutama kaevamisvabu meetodeid;
• kasutusele tulid kurvilised torud ja eeltoodetud ühenduskohad;
• töötati välja kulutõhusamad ja suuremad normaalrõhul soojussalvestid.

Joonis 2.4. Eelisoleeritud kaugküttetorud (allikas: HeatConsulti arhiiv)

Kolmanda põlvkonna kaugkütte peamised komponendid on eelisoleeritud torud, tööstuslikult toodetud soojussõlmed, mille puhul on keskendutud soojusvahetile, ning seirekomponendid, isolatsioon ja mõõteseadmed kulude jaotamiseks.

Kolmanda põlvkonna kaugkütte peamine eelis teise põlvkonna ees on madalamate töötemperatuuride tõttu suurenenud energiatõhusus ja vähenenud investeeringute ning töös hoidmise kulude maht tänu tööstuslikult eelmonteeritud ja -isoleeritud võrguelementidele. Peale selle on ka tarvitatavate kütuste koosseis mitmekesistunud, kuna kasutusele on võetud mitmeid taastuvaid energiaallikaid, mille tulemusena on vähenenud kasvuhoonegaaside emissioon. Läbi kolme kaugküttepõlvkonna on olnud trend soojuskandja madalama temperatuuri, väiksema materjalikuluga komponentide, eeltoodetud võrguelementide ja vähendatud tööjõukuluga paigalduse poole.

Järgides eelpoolmainitud suundi, peaks tuleviku neljanda põlvkonna kaugkütte tehnoloogia rajanema eelmonteeritud komponentidel ja paindlikumatel torumaterjalidel ning kasutama soojuskandja madalamaid temperatuure. Enamgi veel, kaugkütte infrastruktuuri ja tehnoloogia edasiarendamise vajaduse oluline raamtingimus on peamise motivatsiooni muutus ühiskonnas, nimelt muutumine säästvaks energiasüsteemiks, nagu sissejuhatuses mainitud. See eeldab üleüldist taristu planeerimise raamistikku, kus on määratletud olemasolev kaugküttesüsteem ja kohad, kus on mõistlik kasutada kaugkütet ja kus mitte. Lisaks on oluline järgida toimivaid kulupõhimõtteid ja stiimuleid eesmärgiga saavutada optimaalne tasakaal säästuinvesteeringute ja tootmise vahel, samuti taastuvenergia kõikuva tootmise optimaalne integreerimine ühtsesse energiasüsteemi.

2.1.4 Neljas põlvkond

Neljanda põlvkonna kaugküte on määratletud kui tehnoloogiliselt sidus ja riiklikult heaks kiidetud kontseptsioon, mis nutikate soojusvõrkude abil aitab kaasa jätkusuutlike energiasüsteemide arendamisele. Neljanda põlvkonna kaugküttesüsteemis varustatakse madalate kadudega võrkude abil soojusega madalenergiahooneid erinevatest energiaallikatest, mis on ühendatud tarka energiavõrku. Neljanda põlvkonna kaugkütte üldine idee hõlmab riigi ja ettevõtete koostööd, et luua sobiv raamistik kulude ja motivatsiooni struktuurile.

Et täita oma rolli tuleviku jätkusuutliku energiasüsteemina, peab kaugküte võimaldama järgimist:

  1. varustada soojusega olemasolevaid, renoveeritud ja uusi hooneid madalatemperatuurilise soojuskandjaga ruumide kütmiseks ja sooja tarbevee saamiseks;
  2. edastada soojust väikeste võrgukadudega;
  3. kasutada madalatemperatuurilisi soojusallikaid ja ühendada süsteemi taastuvaid energiaallikaid nagu päikeseenergia ja maasoojus;
  4. olla osa targast energiasüsteemist ja seeläbi aidata lahendada muutlike taastuvenergiaallikate energiavõrku ühendamisega kaasnevaid probleeme, näiteks tarbimise ühtlustamise ja salvestamise abil;
  5. tagada sobivad planeerimis-, kulu- ja motivatsioonistruktuurid seonduvalt nii süsteemi toimimisega kui ka strateegiliste investeeringutega, mida on vaja teha süsteemi kaasajastamise jaoks.
Joonis 2.5. Neljanda põlvkonna kaugkütte kontseptsioon (allikas: H. Lund et al., “4th Generation District Heating (4GDH): Integrating smart thermal grids into future sustainable energy systems” Energy, vol. 68, pp. 1–11, 2014)

Mõned neljanda põlvkonna kaugküttesüsteemid on juba olemas uute või renoveeritud võrkudena ja tarbijad on nendega rahul. Kõik need asuvad põhjamaades, kus on kasutusel kaugkütte arenenud infrastruktuur, näiteks Taanis ja Rootsis. Lystrupi (Taani) võrgus on sõltuvalt välistemperatuurist soojuskandja temperatuur 60 kuni 80 °C; kuid testandmed on näidanud, et tarbijate vajaduste rahuldamiseks piisab, kui soojuskandja temperatuur on 50 °C. Sønderbys (Taani), kus kõigil majadel on põrandaküte, on soojuskandja aasta keskmine temperatuur 55 °C. Siiski ei ole seni ühtegi olemasolevat suuremastaabilist võrku määratletud madalatemperatuurilise võrguna või neljanda põlvkonna kaugküttesüsteemina.  

Asjaolu, et energiavajadus majapidamises väheneb, eriti uute hoonete puhul, muudab kaugküttevõrgu arendamise väga jäigaks: iga võrguelement peab olema nõuetekohaselt arvutatud, võrgu tõhususe seisukohast peavad edaspidise arengu ohutustegurid olema realistlikud ja minimaalsed. Lisaks sellele võib hoonete energiavajadus olla negatiivne: mõned hooned toodavad rohkem energiat, kui nad vajavad. Seega võib tarbija mõnel juhul tootjaks osutuda. Selliseid tarbijaid nimetatakse tootvateks tarbijateks (prosumer) – definitsioon on tulnud elektrivõrkudest, aga need on tekkimas ka kaugküttesüsteemides. Selliste kaugküttevõrkude haldamine võib olla väga keeruline rahuldamaks iga võrku kuuluva tarbija vajadusi.

Neljanda põlvkonna kaugkütte peamine mõte on kõrge energiatõhusus ning taastuv- ja jääkenergia kasutamise suur osakaal. Süsteemi tõhusus saavutatakse peamiselt temperatuuri langetamise ja võrgugeomeetria optimeerimise abil. Taastuv- ja jääkenergia kasutamise võimalikkus tuleneb temperatuuri langusest ja tehnoloogia arengust sellistes valdkondades nagu soojuspumbad ja päikesekollektorid.

Paljud uuringud näitavad, et peale- ja tagasivoolu temperatuur on kõigi kaugküttevõrkude jaoks oluline, olenemata sellest, millise põlvkonna süsteemiga tegu on. Madalam temperatuuritase annab võimaluse kasutada madala temperatuuriga energiaallikaid, soojuspumbatehnoloogiat, soojuse tootmisprotsessis suitsugaaside kondensaatorit, ja vähendab soojuskadusid kaugküttevõrgus. Madalatemperatuuriliste tehnoloogiate kombinatsioon võimaldab kasutada peaaegu igat liiki taastuvenergia ressursse, näiteks päikese- või geotermaalenergiat.

Päikeseenergia osakaal kaugküttes on viimastel aastatel kiiresti kasvanud – primaarenergia on väga madala hinnaga, kuna kogumise, salvestamise ja energia muundamise tehnoloogiad on muutunud majanduslikult tõhusamaks, et konkureerida traditsiooniliste kütuste põletamisega. See kehtib ka teiste jääksoojuse allikate kohta, näiteks maasoojusenergia, jahutus- ja tootmisprotsesside jääksoojus jne.

Kaugküte kui targa energiasüsteemi osa

Tarkades energiasüsteemides peaks 4.põlvkonna kaugküttesüsteem olema integreeritud elektri-, jahutus-, kütuse- ja transpordisektoriga. See on võimalik ainult siis, kui nõudlus on paindlik ning erinevates sektorites on kasutusele võetud mitmesugused lühi- ja pikaajalised energia salvestuse võimalused.

Joonis 2.6 näitab tulevikus võimalikku tarka energiasüsteemi, arvestades Eesti olusid.

Joonis 2.6. Tark energiasüsteem 

Arvestades päikese- (fotogalvaanilise), tuule-, laine- ja loodete energia olemust, saab taastuva energiaallika enda reguleerimisega vähe saavutada. Kuid üldiselt leiduvad integreerimiseks sobivad võimalused ümbritsevas energiasüsteemis, st elektri- ja koostootmisjaamades. Varustuse reguleerimist võivad hõlbustada paindlikud tehnoloogiad, näiteks soojuspumbad ja elektrikatlad. Teiseks integreerumist soodustavaks võimaluseks on energia salvestamise erinevad tehnoloogiad.

Taastuvenergia ulatuslik integreerimine olemasolevatesse süsteemidesse peab arvesse võtma taastuvenergia allikate muutlikku olemust.

Süsteemid peavad olema projekteeritud nii, et need oleksid võimelised toime tulema taastuvate energiaallikate kõikuva ja vahelduva olemusega, eriti seoses elektrivarustusega. Sellist tulevaste elektrivarustussüsteemide ümberkujundamist on hiljuti määratletud kui tarka elektrivõrku.

Kaugküttesüsteemide edasised arengud mängivad olulist rolli tarkade energiasüsteemide töös, kui targad elektri-, gaasi ja soojusvõrgud ühendatakse, et saavutada kogu süsteemi optimaalne toimimine nii konkreetsete sektorite kui ka kogu energiasüsteemi jaoks.

Ideaalseid neljanda põlvkonna kaugküttesüsteemikomponente võib iseloomustada järgmiselt:

  • Tootmine – eelisjärjekorras kasutatakse süsinikuheitme- ja kütusevaba energiat alternatiivsetest allikatest nagu päikeseenergia ja geotermaalenergia. Järgmiseks valikuks võiks olla jäätmete põletamine koostootmisjaamas ning seejärel biomassil töötav koostootmisjaam ning viimase võimalusena fossiilkütus.
  • Võrk – minimaalne soojuskadu. Selle saavutamiseks tuleb kasutada torude isolatsiooniks parimat olemasolevat tehnoloogiat, arvutada torude mõõtmed korrektselt ning need optimeeritult paigutada. Soojuskandja pealevoolu temperatuur peab olema vahemikus 55–60 °C ning tagasivoolu temperatuur umbes 20–25 °C tagamaks väikseid kadusid.
  • Tarbijal on võimalik kasutada madala temperatuuriga soojusallikat; kasutab ära maksimaalse soojuspotentsiaali; on kindlalt määratlenud koormusgraafiku (ei kasuta kaugkütet kui reservi või tippkoormuse soojusallikat).
  • Ühildub tarka energiasüsteemi, sealjuures elektri-, gaasi- ja transpordisüsteemi.

2.1.5 Keskkonnatemperatuuriline (viienda põlvkonna) kaugküte

Erinevalt neljanda põlvkonna kaugküttetehnoloogiast, mis keskendub ainult küttele, on viienda põlvkonna tehnoloogia keskendunud rohkem tarbijale. Selle põlvkonna kaugkütte kontseptsioonis on ühel torustikul mitu eesmärki – lisaks tarbijatele varustatakse nii kütte kui jahutusega ka soojussalvesteid ja külmahoidlaid. Seeläbi pakub viienda põlvkonna kaugkütte kontseptsioon paindlikke võimalusi kohalike taastuvenergiaallikate ja jääksoojuse kasutusele võtmisel.

Viienda põlvkonna kaugküttevõrku võib pidada maasoojuspumbasüsteemi linnale laiendatud lahenduseks. Vastavalt soojuse allikast eraldumise meetodile võib need klassifitseerida avatud ja suletud ahelaga süsteemideks. Avatud ahelaga süsteemides eraldatakse soojusallika keskkond hüdrauliliste pumpade abil ja tühjendatakse pärast energia kasutamist. Energiakaevude süsteemides pumbatakse vesi maa seest ja süstitakse tagasi samasse kaevu.

Suletud ahelaga süsteemides vahetab soojuskandja soojusallikaga vaid energiat – küttesüsteemi ja soojusallika kontuurid on eraldatud. Tavaliselt rakendatakse seda vertikaalsete või horisontaalsete soojusvahetitega geotermilistes süsteemides. Vastavalt kontuuride arvule erinevatel temperatuuritasemetel võib viienda põlvkonna kaugküttevõrgud liigitada ühe-, kahe-, kolme- ja neljatorusüsteemideks. Ühetorusüsteemid on avatud kontuuriga süsteemid, mis kasutavad pinna- või põhjavett, kus soojuskandja lastakse pärast soojuspumpade või jahutite soojusenergiaga varustamist ümbritsevasse keskkonda. Kahetorusüsteemis on veekontuur, millega ühendatakse soojuspumbad või jahutid. Temperatuur toitetorus on kõrgem kui tagasivoolu temperatuur, kui süsteemis domineerib küttevajadus, ning madalam tagasivoolu temperatuurist, kui domineerib jahutusvajadus.

Kolmetorusüsteemidele on paigaldatud täiendav toitetoru, mille abil edasi antavat soojust saab kasutada soojusvahetite abil nii kütmiseks kui ka jahutamiseks. Tagasivooluhulka reguleerib soojuspumpade ja jahutite kõrge või madala temperatuuriga kontuur.

Neljatorusüsteemidel on kaks eraldi toitetoru, mis on määratud töötama vastavalt otseseks kütmiseks ja otseseks jahutamiseks sobival temperatuuril ning mis võimaldab kasutada energiakaskaadi. Samal ajal võib energiavoo suuna ja keskmise voolusuuna järgi klassifitseerida viienda põlvkonna kaugküttevõrgu kahesuunaliseks energiavooluks – ühesuunaline keskvool ja kahesuunaline energiavoog või ilma suunata keskvool. Esimene tüüp on iseloomulik sellistele viienda põlvkonna kaugküttevõrkudele, millel on tsentraliseeritud pumbajaam, kus mõned kasutajad võivad olla kütte- ja teised jahutusrežiimis; teine tüüp on iseloomulik nendele viienda põlvkonna kaugküttevõrkudele, millel on detsentraliseeritud pumbajaamad (üks alajaama jaoks), kus samal ajal võib mõni kasutaja olla kütte- ja teine jahutusrežiimis. Sel juhul võib kaaluda mitut tüüpi hüdraulilisi konfiguratsioone.

Joonisel 2.7 on esitatud viienda põlvkonna kaugkütte põhimõiste madala temperatuuriga, kahesuunalise ja detsentraliseeritud võrgu jaoks.

Joonis 2.7. Viienda põlvkonna kaugkütte kontseptsioon

Tuleb mainida, et viienda põlvkonna kaugkütte ideed saab käsitleda ainult kaugküttevõrkude puhul,  mis on ühendatud neljanda põlvkonna kaugküttega.

2.2 Praegune olukord ja väljakutsed

Taastuv ja kütusevaba energia on neljanda põlvkonna kaugkütte peamised soojusallikad ja selle põlvkonna kaugküttevõrkude peamine eesmärk on kasutada taastuvat ja taastoodetud madalatemperatuurilist soojust. Soojus, mis pärineb biomassi või jäätmepõletuse koostootmisjaamast, on väga kasulik kaugküttevõrkudele, kuna on kättesaadav aasta ringi. Koostootmisjaama üleüldist efektiivsust on võimalik tõsta soojussalvesti abil. Madalatemperatuurilistel kaugküttevõrkudel on suur potentsiaal kasutada tööstuslike protsesside ja ärihoonete (näiteks supermarketid) jahutussüsteemide heitsoojust. Isegi kui heitsoojus ei ole saadaval aasta ringi ja see ei ole kooskõlas süsteemi soojusvajadusega, on tegemist siiski kohaliku energiaga. Seega kaugküttesüsteem, mis kasutab ära ka ärihoonete heitsoojuse, on palju keerukam kaugküttesüsteem. Samas on koos soojuse salvestamisega võimalik rohkem heitsoojust ära kasutada. Enamikus Euroopa piirkondades on kasutuskõlblik soe vesi maapinnas olemas. Temperatuuri tase ja veerikkad kihid määravad geotermaalenergia kasutusulatuse, kuid kaugkütte madalamate pealevoolutemperatuuride korral muudab geotermaalenergia soojusjaamade rajamise kaugküttesüsteemide jaoks palju lihtsamaks. Üks hästi teada näide on Island, kus 100% kaugkütte soojusest on geotermaalne. Samas tuleb täheldada, et geotermaalenergia kasutamine kaugküttes algas Islandil alles 1930. aastal, enne seda oli seal soojuse tootmine äärmiselt kallis, kuna peamise kütusena kasutati eksporditud kivisütt.

Päiksega köetavaid süsteeme võib kasutada, et täiendada kaugküttesüsteemi soojusvarustust. Maapealsed suured päikesejaamad võivad asuda pisut linnast eemal ja olla ühendatud kaugküttesüsteemi peamiste jaotusliinidega. Päikeseenergia tipuhooaja ja kütteperioodi suure erinevuse tõttu on hooajaline soojusenergia salvestamine vajalik, et tõsta kaugküttevõrgus kasutatava päikeseenergia osakaalu. Vajaliku temperatuuri hoidmiseks võrgu välimises osas võib kasutada väiksemaid, lühiajalise salvestamisega päikeseküttesüsteeme.

2.2.1 Näited heast praktikast: 100% taastuvenergial põhinevad kaugküttevõrgud

Järgnevalt on esitatud mõned näited 100% taastuvenergial põhinevatest kaugküttevõrkudest.

Miskolc (Ungari)

Joonis 2.8. Geotermaalrajatis Miskolcis (allikas: http://pannergy.com/)

Pannergy Plc. koos Miskolci linnavalitsusega on arendanud välja Ungari suurima geotermaalenergial põhineva kaugküttevõrgu. Projekt valmis 2013. aastal. Kütterajatised asuvad Miskolci linna Avasi linnaosa lähedal, kust varustatakse soojusega kohalikke hooneid. Kütterajatistes on kaks termaalvee puurkaevu, millest ammutatakse sooja vett. Avas on vulkaanilist päritolu kõrgendik, mis seletab termaalvee head kättesaadavust.

Soojus transporditakse tarbijateni torude ja soojusvahetite abil. Soojuse ära andnud ja jahtunud termaalvesi süstitakse tagasi kolme tagastuskaevu. Kasutatav tehnoloogia kindlustab Kesk-Euroopa suurima geotermaalenergial töötava kütterajatise toimimise. Tänu geotermaalenergia kasutamisele on linnas vähenenud maagaasi tarbimine ja ohtlike heitgaaside emissioon, mis on muutnud Miskolci linna puhtamaks ja paremaks elukeskkonnaks.

Móstoles (Hispaania)

Joonis 2.9. Móstolesi katlamaja (allikas: https://www.veolia.com/ )

Móstoles on 200 000 elanikuga linn, mis asub Hispaanias, Madridist edelas. Móstolesi linna kaugküttesüsteem on Hispaania kõige suurem ja ambitsioonikam biomassil põhinev kaugkütteprojekt, mis esmajärgus pidi varustama soojusega 3000 majapidamist ning mida hiljem laiendati 7000 majapidamiseni. Lisaks soojusele varustatakse tarbijaid ka sooja tarbeveega.

Büsingen (Saksamaa)

Joonis 2.10. Päiksekollektorid ja biomassi katlamaja Büsingenis (allikas: https://www.solarcomplex.de/ )

Büsingeni küla asub Saksamaal, kuid piirneb igast küljest Šveitsiga. Külas elab ligikaudu 1400 inimest ja seal on umbes 200 hoonet. Sealne kaugküttevõrk on jaotatud kaheks piirkonnaks. Kuna Büsingeni puhul on tegemist eksklaaviga, siis puudub seal Saksamaa elektrivõrk ja kohalik taastuvenergia ei saa Taastuvenergia Akti (Renewable Energy Act ehk EEG) kohast riiklikku taastuvenergia toetust. Seetõttu on Büsingen muutunud omalaadseks taastuvenergia saareks, mis toodab endale vajamineva energia taastuvatest energiaallikatest. Kohalikku kaugküttesüsteemi on ühendatud 110 hoonet ja suurem osa vajaminevast soojusest toodetakse päikeseenergiast. Büsingeni päikesejaama pindala on 1000 m2 ja see suudab aastat toota ligikaudu 500–600 MWh soojust, mis katab majapidamiste soojusvajaduse. Selline päikeseenergial töötav süsteem on Saksamaal ainulaadne. Lisaks on külas kaks puiduhakkel töötavat katelt võimsusega 450 ja 900 kW, ning rapsiõlikatel, et katta tipukoormusi. Veel kuulub süsteemi 100 m3 soojussalvesti. Päikesejaam katab kogu suvise soojusvajaduse, puiduhakke katlad annavad lisa talvisel perioodil. Kombinatsioon päikeseenergiast, puiduhakkekateldest ja suurest soojussalvestist on ülimalt efektiivne, kuna puiduhakkekatel ei pea kunagi töötama osakoormusel. Külla on paigaldatud ka mõned pelletikatlad, et varustada soojusega kaugküttepiirkonnast välja jäävaid tarbijaid.

Türi (Eesti)

Joonis 2.11. Türi katlamaja

Eesti puhul võib lugeda ligikaudu 100% taastuvenergial põhinevaks Türi linna kaugküttevõrku, kus toodetakse soojust põhiliselt biomassist. Türile sarnaseid asulaid, kus peamine osa soojusest toodetakse biomassist, on Eestis rohkelt, kuid Türi kaugküttevõrk on nendest suurim. Türi linna pindala on veidi alla 10 km2 ja seal elab ligikaudu 5000 inimest. Türi kaugkütteoperaator on SW Energia.

Tehnilisest aspektist on Türil kaks eraldi kaugküttevõrku, Tehnika ja Vabriku, mille omavaheline ühendamine on plaanis. Tehnika katlamajas on 4 MW ja Vabriku katlamajas 4,5 MW puiduhakkekatel. Tehnika katlamajas on alles ka 3 MW põlevkiviõlikatel, kuid seda käitatakse vaid avariiolukorras. Sama kehtib ka Vabriku katlamajas asuva 5,6 MW põlevkiviõli kasutava katla kohta. Keskmiselt toodetakse aasta jooksul Türil 5% vajaminevast soojusest põlevkiviõlist. Türi soojusmajanduse arengukava kohaselt võiks Türi kaugküte olla 100% biomassipõhine, kui ühendada kaugküttevõrgud ja paigaldada lisaks 1 MW puiduhakkekatel; selline lahendus aitaks tõsta sooja tarbevee tootmise efektiivsust suvel.

Türi kaugküttevõrku on ühendatud 100 hoonet ning kahe võrgu, Tehnika ja Vabriku summaarne aastane soojustarbimine on 18,7 GWh. Mõlemas võrgus varustatakse tarbijaid ka sooja tarbeveega. Kuna hetkeseisuga on paljud hooned nii Tehnika kui ka Vabriku kaugküttevõrgus renoveerimata, siis positiivse stsenaariumi kohaselt võiks tarbimine võrgus kahaneda ja tipukatelde kasutamise vajadus kaoks.

2.2.2 Näited heast pratikast: madalatemperatuurilised kaugküttevõrgud

Viimase kümne aasta jooksul on ellu viidud erinevaid madalatemperatuuriliste kaugküttevõrkude projekte, enamasti näidisprojektidena ning ELi ja riiklike sihtasutuste täiendava toetusega. Teoks saanud projektide loetelu on toodud tabelis 2.2.

Peamiste andmetena on esitatud pealevoolu ja tagasivoolu temperatuurid (projekteeritud temperatuurid) ning nende tasemete saavutamiseks kasutatud tehnoloogia.

Tabel 2.2. Madalatemperatuurilise kaugkütte näidisprojektid Euroopa Liidus

LinnRiikPealevoolu temperatuur °CTagasivoolu temperatuur °CRajamise aasta
AlbertslundTaani55–60 2015
Aarhus (Lystrup)Taani55302010
Høje Taastrup (Sønderby)Taani55352012
SloughÜhendkuningriik5525    2011
StavangerNorra55352014
Belava (Gulbene)Läti65352018

Albertslund (Taani)

Kopenhaageni lähedal Albertslundis renoveeriti aastatel 2011–2015 umbes 2200 1960. aastatest pärit elamut. Ligi 25% renoveeritud pindalast koosneb kahekorruselistest ridaelamutest, ülejäänud osa moodustavad ühekorruselised ühepereelamud. Majad on renoveeritud vastavalt madala energiatarbe standarditele, päikesekollektorid ja PV-paneelid tagavad taastuvenergial põhineva soojuse ja elektri. Ruumide kütteks ja sooja tarbevee vajaduse katmiseks asendati olemasolevad kaugküttetorud madalatemperatuurilise kaugküttesüsteemiga. Sooja tarbevee jaoks on igas kodus individuaalsed soojaveemahutid. Kuna pealevoolu temperatuur on umbes 35–40 °C, tõstetakse vee temperatuur enne sooja tarbevee paaki sisestamist soojuspumba abil 55–60 °C-ni. Soojuspump võtab soojust kaugkütte tagasivoolust, jahutades selle temperatuurini 10–15 °C. Mahutiga on ühendatud ka kohalikud päikeseküttesüsteemid, mis katavad küttevajaduse kuuel kuul aastast. Hoonetes kasutatakse põrandaküttesüsteeme, mis on ette nähtud pealevoolu temperatuurile 35–40 °C ja tagasivoolu temperatuuri 20 °C jaoks.

Århus (Lystrup, Taani)

Alates 2010. aastast töötab madalatemperatuuriline kaugküttesüsteem Taanis Århus eeslinnas Lystrupis. Kohalik võrk varustab 40 madala energiatarbega ridaelamut ja ühte ühiskondlikku hoonet kütte ja sooja tarbeveega. Kasutatakse šuntühendust kõrgetemperatuurilise kaugküttesüsteemiga, mille toitetemperatuur on talvel 80 °C ja suvel 60 °C. Kõik torud on väikese läbimõõduga kaksiktorud. 82% on plasttorud (AluFlex) ja ülejäänud terastorud. Maksimaalne rõhutase on 10 baari, minimaalne rõhu erinevus alajaamades 0,3 baari. Selles projektis kasutatakse kahte tüüpi pumbajaamu: 120-liitriste kaugküttemahutitega pumbajaamad ja kiirsoojusvahetitega alajaamad. Mõlemal juhul on süsteemid ette nähtud 45-kraadisele kütteveetemperatuurile. Legionella riski maandab väikese koguse kasutamine – sooja tarbevee mahtu vähendatakse kolme liitrini. Hoidlatega pumbajaamades saavutatakse see kaugküttevee, mitte sooja tarbevee hoidmisega. Küttesüsteemides kasutatakse otsest ühendust, radiaatorid on ette nähtud temperatuurigraafikule 55/25/20 °C (pealevool/tagasivool/toatemperatuur) ja vannitubades kasutatakse põrandakütet. Iga eluruum on ühendatud otse kaugküttesüsteemiga (ridaelamutes pole sisemisi süsteeme). Projekti on palju uuritud ja seda kasutatakse madalatemperatuurilise kaugkütte ühe esimese näitena.

Slough (Ühendkuningriik)

Londonist läänes asuvas Slough’s on alates 2010. aastast töötanud väike eksperimentaalne madala temperatuuriga kaugküttesüsteem. See koosneb energiakeskusest, mis varustab soojusega lähedal asuvaid eluruume (kokku 10 elamut 25 elanikuga), ja teabekeskusest. Süsteemi eesmärk on demonstreerida erinevaid taastuvenergia tehnoloogiaid koos madala energiatarbega majadega. Soojusallikana kasutatakse biomassikatlamaja koos päikesepaneelidega ning maa- ja õhksoojuspumpasid. Võrk on ühetemperatuuriline ja selle peatorud on terasest ning harutorud AluFlexist. Tarbevee temperatuurid on 10/43 °C ja kaugkütte temperatuurigraafik on 55/20 °C. Iga elamu on ühendatud otse kaugküttesüsteemiga (ridaelamutes pole sisemisi süsteeme).

Høje Taastrup (Sønderby, Taani)

Taanis Høje Taastrupis on Sønderby-nimelises umbes 75 üksikelamuga piirkonnas vana kaugküttesüsteem asendatud uue, madalatemperatuurilisega. Senine süsteem oli ainult umbes 15 aastat vana, kuid selle soojuskaod olid 38–44%. Uus süsteem ühendati šuntühenduse abil põhivõrguga, mille pealevoolu temperatuur on ligikaudu 80 °C ja tagasivoolu temperatuur ligikaudu 50 °C.

Ühendus suure kaugküttevõrguga on kolmetorulise ühendusšundi kaudu, võimaldades kasutada põhivõrgu tagasivooluvett primaarveena madalatemperatuurilises võrgus; suure kaugküttevõrgu pealevooluvett saab kasutada vajadusel väikese kaugküttevõrgu temperatuuri tõstmiseks. Põhivõrgu tagasivoolu temperatuur oli aastatel 2012–2013 vahemikus 30–67 °C (keskmiselt 47 °C), samas kui põhivõrgu pealevoolu temperatuur oli vahemikus 65–107 °C (keskmiselt 80 °C). Uues süsteemis kasutati põhivõrgu tagasivoolu vett kuni 81% ajast.

Võrgu magistraaltorud on terasest kaksiktorud ja harutorudeks on elastsed Alupexi kaksiktorud. Maksimaalne rõhutase on 10 baari ja suurim kiirus 2 m/s, et hoida torude mõõtmed väiksed. Minimaalne rõhu erinevus pumbajaamades on 0,3 baari. Kõigi majade soojussõlmed asendati uutega (Danfoss Redan Akvalux II VX). Hoonetes on põrandaküttesüsteem, mis on ühendatud kaugküttevõrguga kaudse ühenduse kaudu. Sooja tarbevee valmistamiseks kasutatakse nn väikese mahu meetodit, kus maksimaalne lubatud sooja tarbevee maht on sooja tarbevee torudes kolm liitrit. Mõnes majas on kasutusel sooja tarbevee ringlus.

Sonnenbergi piirkond (Ludwigsburg, Saksamaa)

Sonnenbergis on uus kaugküttevõrk, mida varustab soojusega gaasil töötav koostootmisjaam koos geotermilise soojuspumbaga. Mõlemad asuvad vanas katlamajas, mis on nüüd renoveeritud ja taasavatud. Gaasil koostootmisjaama võimsus on 350 kWth ja maasoojuspumba võimsus 200 kWth. Hooned on varustatud soojussõlmedega ja detsentraliseeritud akupaakidega. Samuti on hoonetesse paigaldatud tsentraliseeritud kauglugemissüsteem. Uus jaotussüsteem on projekteeritud nii, et on võimalik kasutada madala eksergiaga temperatuuritasemeid (40/25 °C). Põhivõrgu projekteeritud temperatuurid on 70/40 °C ja seega oluliselt kõrgemad. 30% uuest Sonnenbergi linnaosast, mida varustab soojusega LowExi alamvõrk, on kavandatud madala energiaga või passiivmaja standardi järgi. Seetõttu saab kavandatavat võrgulaiendust toita olemasoleva võrgu tagasivoolust.

Stavanger (Østre Hageby, Norra)

2015. aastal projekteeriti ja juurutati Stavangeris Norra esimene neljanda põlvkonna kaugküttesüsteem, mis varustas kütte ja jahutusega 66 elamut kogupindalaga 6800 m2. See põhineb madalakvaliteedilisel maasoojusel, päikeseenergial ja heitsoojusel ning suudab katta ka tarbimistippe. Legionella probleem lahendati vee ringlusega temperatuuril 55 °C ja vähem kui kolmeliitrise mahuga soojusvahetiga enne tarbijapoolset kraani. Trondheimis kasutati suures hoones (62 000 m2) Legionella ennetamiseks uudset lahendust – vase- ja hõbedaioone. See võimaldas temperatuuri taset vähendada 70-lt 50 °C-le. Kuna temperatuuri alandamine viis suure energiasäästuni, võimaldas see ka elekterküttesüsteemi asendada superarvuti heitsoojusel töötava soojuspumbaga.

Hyvinkää (Soome)

Kaugküttesüsteem Hyvinkää piirkonnas (2013) on hea näide madalatemperatuurilise kaugkütte uurimiseks. Piirkond koosneb 40 tarbijast 17 ha suurusel alal. Vaadeldavas süsteemis on umbes pooled tarbijatest ühendatud kaugküttesüsteemiga, ülejäänud hoonespetsiifilise küttesüsteemiga, näiteks päikeseenergia ja kollektorite kombinatsioon või soojuspump. Hoone soojuse jaotussüsteemiks võib olla põrandaküte, radiaatorid ja ventilatsioonipõhine küte. Analüüsiti eramute kaugküttesüsteemiga ühendamise erinevaid võimalusi. Uuriti ka päikesekollektorite ja kaugkütteühendusega maju. Simulatsioonide tulemused näitasid, et suurem osa päikeseenergiast kasutatakse sooja tarbevee kütmiseks, kattes umbes poole sooja tarbevee aastasest küttevajadusest. Ruumi kütmiseks kasutatava päikeseenergia osa on tühine. Erinevate kaugküttevõrkude konfiguratsioonide simulatsioonid näitasid ka ühendatuse määra mõju. 100%-lise hoonete ühendatuse ja piisava võrgustruktuuri korral olid aastased suhtelised soojuskaod mõistlikul 10% tasemel. Madala (47%) ühendatuse määra korral olid süsteemis soojuskaod 20%. Väikese soojusvajadusega kaugküttesüsteemi eripärana täheldati temperatuuri kõikumist ja langust võrgus, eriti väljaspool kütteperioodi. Vooluhulga ja temperatuuri stabiliseerimiseks kasutati möödaviike, tõstes sellega küll soojuskadusid, kuid hooldustorudel täheldati siiski märkimisväärset temperatuuri langust. Madalate temperatuuride korral olid võrgus soojuskaod küll väiksemad, kuid samas oli ligikaudu kaks korda suurem elektrienergia kulu vee pumpamisel.

Middelfart (Taani)

Middelfarti kaugkütteettevõttel õnnestus 2015. aastal alandada oma süsteemi peale- ja tagasivoolu temperatuuri keskmiselt 80,6/47,6 °C-lt 64,6/40,0 °C-ni. Kõnealuse kaugküttevõrgu torude pikkus on 139 km ja see teenindab umbes 5000 klienti. Kasutatav soojus pärineb nafta rafineerimistehase, koostootmisjaama ja jäätmepõletustehase heitsoojusest. Aastane soojustarbimine on umbes 480 TJ. Kaugkütteettevõte on osalenud tarkvaralahenduste väljatöötamisel ja testimisel, mis on aidanud vähendada ka kaugküttevõrgu tagasivoolu temperatuuri. Lisaks on ettevõte demonstreerinud kuidas kaugkütteettevõtted saavad kasutada hea näitena üleminekul madalatemperatuurilisele kaugküttele. Võrgu soojuskaod Middelfartis vähenenud 25% ja majanduslik kasu olnud hinnanguliselt umbes 5,5 miljonit Taani krooni (0,7 miljonit eurot). Temperatuuri alandamisest saadav majanduslik kokkuhoid koosneb säästudest, mis tulenevad madalamast soojuskaost, ja tagasivoolu temperatuuri tariifi kokkuhoiust, mida makstakse kohalikule soojatootjale. Hinnanguliselt on kokkuhoid soojuskao vähendamise tõttu aastas 110 000 DKK/°C (14 650 €/°C) ja soojatootjale makstav tulu aastas 380 000 DKK/°C (50 650 €/°C). Projekt on edukalt näidanud, kuidas olemasolevates kaugküttesüsteemides temperatuure optimeerida ja et see võib viia energiatõhususe märkimisväärse paranemiseni. Projekt demonstreerib võimalust lisada kliendi seadmeid kaugküttesüsteemi optimeerimisse, jälgides klientide soojussõlmede tööd, pakkudes klientide rajatistele teeninduskontrolli ja rakendades tagasivoolu temperatuuri tariifi, mis motiveerib tarbijaid oma sisemisi soojuse jaotussüsteeme täiustama.

Belava (Gulbene, Läti)

Pilootprojektis on kolmes munitsipaalhoones ette nähtud madalatemperatuuriline küttesüsteem. Süsteem koosneb biomassi katlamajast ja eelisoleeritud kaugküttetorudest. Kütteandmete mõõtmiseks ja analüüsimiseks on paigaldatud kauglugemissüsteem. Soojust toodetakse 199 kW tippvõimsusega pelletikatlaga HERZ. Katlal on kaks väljavoolu – esimene on mõeldud madalatemperatuurilisele kaugküttevõrgule, mille peale- ja tagasivoolu temperatuur on enne soojusvahetit 65/35 °C, teine on kõigi muude hoonete jaoks, mille temperatuurigraafik on 80/60 °C.

2.3 Peamised takistused jätkusuutliku kaugküttesüsteemi rajamisel

Madalatemperatuurilise kaugkütte kasutamise takistused kütmisel ja sooja tarbevee tootmisel on hoonetega seonduvalt erinevaid takistusi.

Neljanda põlvkonna kaugkütte peamiseks iseloomustajaks on madal pealevoolu temperatuur vahemikus 50–60 °C. Tegelikkuses ei ole tootmise poolel mingeid takistusi, kuna alati on võimalik veevoogusid omavahel pärast soojendamist segada ja saavutada soovitud temperatuur. Võrgu esimest barjääri võib kirjeldada järgmiselt: pealevoolu temperatuur väheneb, kuid tagasivoolu temperatuur jääb samale tasemele või väheneb vähesel määral ja võrgu hüdraulilise omapära tõttu ei jõua soojus kõigi tarbijateni. Seda on võimalik kompenseerida, lisades võimsamad pumbad, mis nõuab aga rohkem investeeringuid ja pumpamiseks kasutatud elektrienergia hulk suureneb.

Hoone renoveerimisprotsessi ajal võib soojuse tarbimine väheneda ja pealevoolu temperatuuri saab vähendada 5–10 °C võrra ilma täiendavate investeeringuteta hüdraulikasüsteemis, kuna veevool jääb samaks. Kuid temperatuuri edasine langus võib olla väljakutse. Sellegipoolest on siin kõige olulisemaks takistuseks tarbija. Kütteseadmed on sageli kavandatud töötama kõrgel temperatuuril, sageli kuni 80 °C, selleks et soojusvahetuspind väheneks, alandades nii investeeringute maksumust. Väikesed soojusvahetuspinnad on üks peamisi kõrgemate tagasivoolu temperatuuride põhjuseid. Üks võimalikest lahendustest temperatuuride suurema vahe säilitamiseks on küttesüsteemis suuremate radiaatorite kasutamine. Teise lahendusena on analüüsitud olemasolevates radiaatorisüsteemides temperatuuri alandamist.

Peamine kõrge temperatuuriga tagasivool pärineb kodusest sooja vee ringlussüsteemist mitmepereelamutes, kus on tavaline, et keskmine temperatuuritase on vahemikus 40–50 °C. Probleemse olukorra vältimiseks on lahendusena välja pakutud järgmine võimalus: igal korteril on oma täielikult eraldatud tarbevee soojendamise süsteem (kiirsoojusvahetiga ja veemahuga torustikus alla kolme liitri).

Viimastel aastatel on tagasivoolu kõrgemate temperatuuride põhjustajana esile tulnud soojusallikate paralleeltarbimine, näiteks soojuspumpasid kasutatakse koos soojustagastusega ventilatsiooniseadmetega baaskoormuse katmiseks. Eesti teadlased võrdlesid kahe soojustagastusega ventilatsioonitüübi mõju tagasivooluvee temperatuurile: ventilatsiooni soojustagastusega süsteem soojuspumbaga ja ilma. Tüüpilise renoveeritud viiekorruselise kortermaja energiatarbimise modelleerimisel saadud tulemused näitasid, et soojuspumbaga ventilatsiooni puhul oli temperatuur vahemikus 32 °C kuni 37 °C, samal ajal kui teise lahenduse puhul oli temperatuur 22 °C.

Temperatuuri alla 50 °C peetakse üheks teguriks, mis mõjutab Legionella bakterite kasvu. Detsentraliseeritud soojussõlmed võivad olla efektiivseks lahenduseks mitte ainult tagasivoolu temperatuuride alandamiseks, vaid ka vähendamaks Legionella levikut. Teiseks lahenduseks on tarbevee temperatuuri suurendamiseks täiendava elektrilise soojenduse kasutamine kaugküttesüsteemi ja kuumaveepaagi vahel. Selle meetodi peamiseks miinuseks on elekterkütte ebatõhusus nii majanduslikust kui keskkonnahoiu aspektist.

Kaugkütte madal temperatuur ei ole takistuseks jätkusuutliku kaugküttesüsteemi arengule, kuigi see sõltub üldjuhul olulisel määral tarbijast. Võimalikuks lahenduseks on suurendada tarbijate teadlikkust küttesüsteemide valdkonnas ja korralike madalatemperatuuriliste seadmete paigaldamise motiveerimine, kasutades mitmekomponendilisi soojustariife koos motiveeriva tariifidega, mis põhinevad tagasivoolu temperatuuril, nagu näiteks Kopenhaagenis ja Stockholmis. Kohalikud seadused ja küttesüsteemide projekteerimist reguleerivad normid motiveerivad samuti kasutajaid oma käitumisharjumusi muutma.

2.3.1 Takistused kütusevaba taastuvenergia kasutamiseks

Kaugkütte globaalne idee on energia ringmajandus – sellist energiat võib pidada kütusevabaks taastuvenergiaks. Kõige märkimisväärsemaks takistuseks on siinkohal asukoht: tuule-, geotermaal- ja päikeseenergia ning jääksoojuse olemasolu sõltub kohast ja/või ajast. Looduslike soojusallikate kasutamisel pole reserve, juhuks kui need allikad pole kättesaadavad. Riigiasutused ja kohalikud omavalitsused võivad kavandada jääksoojuse allikate kasutamist, aga see nõuab täpset ning pikaajalist arengukava.

Peamised takistused taastuvenergia kasutamisel on järgmised: fossiilsete kütuste suhteliselt madal hind, hiljuti paigaldatud fossiilsetel kütustel põhinevad soojusallikad ja kütusevabade energiaallikate kasutamiseks vajalike seadmete paigaldamise kõrge hind.

2.3.2 Võrkude madala soojuskao saavutamise takistused

Soojuskadude põhjused võrkudes võib jagada kahte kategooriasse: torude ja keskkonna omadused. Eelisoleeritud torud tagavad väikese soojuskao, kuid torustike renoveerimine ei ole alati majanduslikult mõttekas, kuna jaotusvõrgu eluiga on suhteliselt lühike ja selle investeeringu tasuvusaeg suhteliselt pikk. Torusid ümbritseva keskkonnaga seotud probleeme ei ole võimalik mõjutada ja seetõttu tuleks maapealseid torustikke vältida, kuna maa sees on sama torustiku soojuskadu 20–30% väiksem kui õhus.

Toru läbimõõt on üks soojuskadu mõjutav tegur. Torude läbimõõtu on võimalik küllaltki täpselt arvutada, aga siinkohal on peamiseks probleemiks olemasolevate tarbijate pikaajalise energiatarbimise ennustamise keerukus. Lisaks sellele muutub tarbimine öösel, mis toob kaasa kõrgemaid tarbimise haripunkte, mis omakorda nõuavad suuremat torustiku läbimõõtu, kui tegelikult vajalik oleks. Seejuures on vajalik mainida, et öine temperatuuri alandamine sobib ja on tasuv ainult hoonetes, mis on spetsiifiliste nõudmistega ning madala energiatõhususega. Oluline on arvestada kütte nõudluse perspektiivide puhul suurimat võimalikku soojuskoormuse vähenemist olemasolevate tarbijate jaoks ja samas ka uute tarbijate võimalikku ühendamist. Kaugküttevõrgu pikaajaline planeerimine on võimalik ainult kaugkütteettevõtete ja kohalike omavalitsuste koostöös.

2.3.3 Takistused soojust ja elektrit tootvate tehaste kombineerimiseks

Neljanda põlvkonna kaugküttega seoses mainisime eespool, et soojuse ja elektri koostootmine on paindlik võimalus kaugküttesüsteemide jaoks. Soojuse ja elektri koostootmise peamine mõte on selles, et kasutatakse energiat, mis muidu kasutust ei leiaks. Koostootmine on energiakasutuse vaatepunktist kaugküttesüsteemi soojusega varustamise jaoks parim võimalus, kuid selle võimsust piiravad kaugküte soojuskoormuse parameetrid. Kui soojuse ja elektri koostootmisjaama kasutatakse baaskoormuse katmiseks, siis võib see aasta läbi töötada. Juhul kui koostootmisjaama võimsus on suurem kui baaskoormus, siis on järgmised võimalused:

  • koostootmisjaam töötab ainult külmal ajal, kui soojuskoormus on piisavalt suur;
  • koostootmisjaam töötab osakoormusega;
  • kasutatakse pikaajalist soojussalvestust;Oluline on valida uutele koostootmisjaamadele optimaalne võimsus ja olemasolevates koostootmisjaamades optimaalne töörežiim. Üheks soojuse ja elektri koostootmise takistuseks on selle majanduslik teostatavus, mis sõltub elektri ja kütuse hindadest. Soojuse ja elektri koostootmist on võimalik saavutada mitmete poliitikameetmete (näiteks maksueelised, soodustariifid, sertifikaadid, toetused jne) kaudu.
  • koostootmisjaam töötab kondensatsioonirežiimil (sel juhul ei ole see efektiivne).

Oluline on valida uutele koostootmisjaamadele optimaalne võimsus ja olemasolevates koostootmisjaamades optimaalne töörežiim. Üheks soojuse ja elektri koostootmise takistuseks on selle majanduslik teostatavus, mis sõltub elektri ja kütuse hindadest. Soojuse ja elektri koostootmist on võimalik saavutada mitmete poliitikameetmete (näiteks maksueelised, soodustariifid, sertifikaadid, toetused jne) kaudu.

2.3.4 Takistused soojuse salvestamise tehnoloogiate integreerimisel kaugküttesüsteemi

Soojuse salvestamise tehnoloogiad võimaldavad kaugküttesüsteemidel saada nutikate energiasüsteemide osaks. Lühiajalisi soojuse salvestamise süsteeme kasutatakse päevaste tipukoormuste kompenseerimiseks, et rakendada koostootmisjaamu ühtlasel koormusel päevasel ajal vältimaks tipukoormuse katelde kasutamist.

Lühiajalisi soojuse salvestamise süsteeme kasutatakse koos soojuse ja elektri koostootmisega paljudes kaugküttesüsteemides. Soojuse salvestamise seadmeid on rakendatud edukalt ja laialdaselt Austrias ja Saksamaal. Veel üheks näiteks on Taani, kus peaaegu kõikidesse suurematesse koostootmisjaamadesse on paigaldatud soojuse salvestamise süsteemid. Kolmanda põlvkonna kaugküttesüsteemides ei kasutata üldiselt soojuse ja elektri koostootmisega soojuse salvestamise süsteeme. Näiteks Eestis ja Lätis neid veel ei rakendata, kuna uued koostootmisjaamad rajatakse baaskoormuse aastaringseks tagamiseks ning sel juhul ei ole soojuse salvestamise süsteemide paigaldamine kiire tasuvusega. Tänu kaugküttesüsteemide täiustumisele on huvi soojuse salvestussüsteemidega kombineerimise vastu viimastel aastatel kasvanud. 

2.3.5 Takistused nutikaks mõõtmiseks

Neljanda põlvkonna kontseptsiooni kohaselt on selle oluliseks osaks arvestite kauglugemine. See annab tarbija käitumise kohta lisainformatsiooni ja võimaldab ühest küljest kaugkütet pakkuval ettevõttel võrku efektiivselt hallata täpseid hüdraulilisi kalkulatsioone tehes, tootmist ja soojuse salvestamist optimeerides ning kiirelt rikkeid soojussõlmedes avastades. Teisest küljest on tarbijal võimalik saada rohkem informatsiooni oma tarbimise kohta ja selle kaudu olla motiveeritud tarbimist vähendama. Kuna kauglugemise tehnoloogiad on hästi välja töötatud ja andmeedastuse lahendused on kiired ning odavad, siis ei ole tarbijapoolseid takistusi kaugloetava intelligentse mõõteseadme paigaldamiseks.

2.3.6 Muud takistused kaugküttesüsteemides

Tuginedes kaugküttesüsteemide üleminekule neljanda põlvkonna suunas, on võimalik määratleda järgnevad takistused suurte võrkude puhul:

  • Suure ulatuse tõttu ei ole võimalik võrgus muudatusi teha lühikese aja jooksul, sest see võib aega võtta aastaid ja isegi aastakümneid (nt torustiku vahetamine parema isolatsiooni tagamiseks või läbimõõdu korrigeerimiseks). Lisaks on sageli torustiku vahetamise tasuvusaeg pikem või see on soojuskadude vähendamiseks ebamõistlik viis.
  • Tunnipõhine temperatuuri optimeerimine ei ole mõistlik, kuna aeg, mis kulub soojusel katlamajast tarbijani jõudmiseks, on pikk. Väikese ja keskmise suurusega kaugküttesüsteemides võib pealevoolu temperatuuri tunnipõhiselt muuta, et kompenseerida tipukoormust ja hoida võrgu torude läbimõõt väiksem. Suurte võrkude puhul võib soojus tarbijani jõuda alles kaheksa tunni pärast, olenevalt torustiku läbimõõdust ja pikkusest. Tipukoormuse ajad kompenseeritakse suurema küttevee kogusega ja torustiku läbimõõt on optimaalsest suurem.

Mõnel juhul on takistuseks ka seadusandlus ja suhtumine:

  • Kaugkütte suurettevõtete ja tarbijate vahelise usalduse puudumine võib olla takistuseks soojussõlmede kauglugemisel ja -juhtimisel.
  • Soojuse tootmise ja varustuse ettevõtete ebapiisav koostöö ei võimalda soojuse tootmist ja tarnimist kõige tõhusamal viisil. Mõnikord on mõttekas soojust toota ühest allikast, lähtudes hüdraulilisest või keskkonnakaitse aspektist, kuid sellega kannatab majanduslik külg. Kasumi jagamise kokkulepped on vajalikud.
  • Õigusaktid, mille eesmärk on tarbijate kaitse, võivad mõnikord negatiivselt mõjutada süsteemi efektiivsust. Näiteks tehnilisest küljest lähtudes on mõistlik, kui soojust tootev ettevõte tarnib ja lisaks pakub ka soojussõlme hooldamist, kuid sel juhul tekib monopoolne olukord. Tarbijate kaitsmiseks on vaja täiendavaid regulatsioonimeetmeid.

Iga võrgu puhul on võimalik leida mittetehnilisi takistusi, mis on keerulised või mida pole võimalik ületada. Geotermaal-, päikese- ja tuuleenergia pole igas kohas saadaval või seda ei ole mõistlik kasutada. Samuti võivad tekkida seadusandlikud küsimused, näiteks kuidas mõista soojuse salvestamise soojuskadusid: kas need on võrgukaod või tootmiskaod ning kas soojust ja elektrit koostootev jaam peaks saama toetusi elektritootmisel, kui soojus kaotsi läheb? Kuidas panna tootjad ja võrguomanikud tarbijatega koostööd tegema?

2.4 Kontrollküsimused

  1. Mille põhjal eristatakse kaugkütte erinevaid põlvkondi?
  2. Kus kasutatakse tänapäevalgi esimese põlvkonna kaugkütet ja miks?
  3. Peamine erinevus esimese ja teise põlvkonna kaugkütte vahel on see, et ülekuumendatud auru asemel kasutati teise põlvkonna kaugküttes kuuma vett. Mis eeliseid selline muutus endaga kaasa tõi?
  4. Mis tingis väiksemad investeerimiskulud kolmanda põlvkonna kaugkütte puhul, võrreldes teise põlvkonna kaugküttega?
0
Created on By siimpoom

4. põlvkonna kaugküte

1 / 4

Kus kasutatakse tänapäevalgi esimese põlvkonna kaugkütet ja miks?

2 / 4

Peamine erinevus esimese ja teise põlvkonna kaugkütte vahel on see, et ülekuumendatud auru asemel kasutati teise põlvkonna kaugküttes kuuma vett. Mis eeliseid selline muutus endaga kaasa tõi?

NB! Mitu õiget vastust.

3 / 4

Mis tingis väiksemad investeerimiskulud kolmanda põlvkonna kaugkütte puhul võrreldes teise põlvkonna kaugküttega?

NB! Mitu õiget vastust.

4 / 4

Mille põhjal jaguneb kaugkütte areng põlvkondadeks?

Your score is

The average score is 0%

0%