4. Soojuse tootmine kaugkütte jaoks

4.1 Kütusepõhised soojusallikad

4.1.1 Kütused

Biomass

Biomass on Eestis hästi kättesaadav kütus. Biomass on oma lähtetoorainest tulenevalt mitmekesine. Vastavalt Euroopa Liidu standardile CEN/TS 1496:2005 klassifitseeritakse tahke biokütus päritolu järgi – puitne biomass ehk puitbiomass ja rohtne biomass. On kindlaks tehtud, et saadaolevaid põllumajandusjääke tekib Eestis 1,1 miljonit tonni aastas, metsandusjääke 0,99 miljonit tonni aastas ja biojäätmeid 0,11 miljonit tonni aastas. Vastavalt metsadest pärineva puitbiomassi, sealhulgas tüvepuidu, raiejääkide ja kändude potentsiaalile on Eesti ELi kõige suurema biomassi kättesaadavusega piirkondade seas, kus hektari kohta saada olev biomass jääb vahemikku 0,51–0,75 miljonit tonni aastas. Eesti Statistikaameti andmetel on metsade osakaal kogu Eesti maa-alast 51,4%, millest 74% on tulundusmetsad ja 26% looduskaitsealad.

Joonisel 4.1 on esitatud puidupõhiste kütuste kasutamise kogused Eesti kaugküttevõrkudes.

Küttepuit (ka halupuud) leiab harva kasutamist suurtes katlamajades. 2020. aastal kasutati seda ainult väiksetes katlamajades (näiteks Kolga-Jaani, Kääpa). Enamik küttepuude raiest talumetsades tehakse seniajani käsitsi mootorkettsaagidega, metsalangetusmasinaid (harvestere) on hakatud kasutama uuendusraiel, kui küttepuit raiutakse koos likviidse puiduga.

Pelleteid kasutatakse väikeste katlamajade kütmiseks, pakkudes soojust väikestele kaugküttevõrkudele. Eestis kasutatakse pelletikatlamaju näiteks Kose ja Pajusti kaugküttevõrkudes.

Peamine kaugküttes kasutatav kütus on puiduhake. Puiduhakke tootmistehnoloogia on viimastel aastatel kiiresti arenenud. Hakkpuit ehk puiduhake on võsast, tarbepuiduks sobimatutest tüvedest, tüvede laasimisjäätmetest ja raie- või puidutöötlemisjäätmetest saadud küttematerjal, mis on peenestatud spetsiaalse hakkuri abil. Puiduhakke tüki keskmine suurus on 25–40 mm.

Puiduhakke toormaterjalina kasutatakse ka kraavipervedel kasvavat võsa, raiejääke, puidust ehitusjäätmeid, kände ja muid puidupõhiseid materjale. Võsalõikus, kraavide ja teeäärte puhastamine, raiejäätmete kogumine ning metsa hooldamine muudab looduse üldist ilmet ja teeb metsa majandamise lihtsamaks ning odavamaks.

Hakkuri abil on võimalik toota kuni 200 m3 puiduhaket tunnis. Puiduhaket tuleb hoiustada kõva pinnasega laoplatsil, mille juurde viivad raskeveokitele sobivad teed. Teede puhul on oluline ka see, et hakkuril ja hakkeveokil oleks piisav manööverdamise võimalus ning raskeveokite ligipääs oleks piiranguteta.

Eestis tegutseb üle 50 puiduhakke tootja, kelle hulgast suuremad on näiteks Riigimetsa Majandamise Keskus (RMK), Lumbar OÜ ja Timberston OÜ. Puiduhaket tootvate ettevõtete seas on nii metsaomanikke kui ka ettevõtteid, mis ostavad toormaterjali väiksematelt metsaomanikelt.

Ka rohtse biomassi kasutamine kütusena kaugküttes on keskkonnasõbralik. Üks selline hea näide on Lihula Soojuse katlamaja, mis kasutab kütusena luhaheina. Kütteks kasutatav luhahein pärineb lähedal asuva Matsalu rahvuspargi territooriumilt Kasari jõe luhalt, kus luhaheina niitmine on vajalik, et säilitada märgaladele omaseid looduslikke maastikke. Luhahein on loomasöödaks sobimatu, kuna see on toiteainesisalduse poolest väheväärtuslik. Siiani ei ole luhaheinale paremat kasutust leitud. Teise näitena võib tuua põhukatlamaja Tamsalus, mis katab linna soojuskoormuse osaliselt.

Maagaas

Maagaas on puhtaim fossiilne kütus ja selle põletamisel ei teki tahkeid jäätmeid. Puhtalt gaasi- ja gaasikondensaadimaardlate gaaside keemiline koostis on püsiv, metaani (CH4) sisaldus gaasis on harilikult vahemikus 75–98% ning raskete süsivesinike (etaan, propaan jne) sisaldus on väike. Maagaas sisaldab vähesel määral ka süsinikmonooksiidi (CO), lämmastikku ning mõnede leiukohtade puhul võib gaasi koostises leiduda ka vesinikku.

Eesti gaasisüsteem kuulub regionaalsesse gaasisüsteemi ja meie gaasiturg on osa regionaalsest gaasiturust. Eesti gaasisüsteem ühendab Balticconnectori kaudu omavahel gaasitarneid Venemaalt, Lätist Inčukalnsi maagaasihoidlast ja Leedust Klaipeda LNG terminalist Soome gaasisüsteemiga, moodustades ühe regionaalse gaasisüsteemi – Balti riigid ja Soome. Peatselt on valmimas ka Leedu ja Poola vaheline ühendus, mis tänu täiendavatele tarneallikatele tõstab varustuskindlust. 1. jaanuarist 2020 liitusid Eesti, Läti ja Soome ühtsesse gaasituru piirkonda, Leedu puhul läbirääkimised liitumise teemadel veel käivad.

Eesti maagaasi ülekandevõrk (joonis 4.2) koosneb 977,4 km pikkusest gaasitorustikust, mille juurde kuulub neli gaasimõõtejaama, 36 gaasijaotusjaama (GJJ) ja üks gaasireguleerimisjaam (GRJ). Gaasimõõtejaamades mõõdetakse ülekantavaid gaasikoguseid ja gaasi kvaliteeti. Gaasijaotusjaamades redutseeritakse ülekandevõrgust väljuva gaasi rõhku, mõõdetakse koguseid, lisatakse gaasile lõhnaaineid ning tagatakse kokkulepitud tarbimisrežiim. Gaasireguleerimisjaamast, mis asub Kiilis, on võimalik juhtida ülekandevõrgu erinevaid osasid erinevatel töörõhkudel. Lisaks toimub Kiili gaasireguleerimisjaamas Balticconnectori süsteemi torustikust väljuva gaasikoguse mõõtmine. Paldiski gaasimõõtejaam valmis 2020. aasta lõpus ja ka seal mõõdetakse kahepoolselt Balticconnectorit läbivat gaasikogust.

Biogaas

Biogaas on anaeroobse kääritamise teel saadud gaasiline kütus, mis koosneb 50–70% metaanist (CH4), 30–40% süsinikdioksiidist (CO2) ja teistest komponentidest nagu N2, O2, NH4 ja H2S. Loodusliku protsessi käigus on võimalik biogaasi saada soodest, rabadest ja prügilatest. Kasutades spetsiaalseid kääriteid, on võimalik saada biogaasi ka sõnnikust, reoveest ja rohtsest biomassist ning teistest biolagunevatest jäätmetest. Enamasti jääb biogaasi kütteväärtus vahemikku 5–7 kWh/m3. Biogaasi kütteväärtus sõltub metaanisisaldusest, mis omakorda sõltub biogaasi tootmiseks kasutatud kääritatava materjali toitainete sisaldusest, niiskusest ja jäätme tüübist. Eestis kasutatakse biogaasi soojuse ja elektrienergia tootmiseks.

Biometaan ehk rohegaas on puhastatud biogaas, mille metaanisisaldus on 96–99% ja mille kütteväärtus on võrreldav maagaasiga. Biometaani saab kasutada samades tarvitites, mis kasutavad maagaasi. Eesti jaoks on hinnatud kohaliku biometaani potentsiaaliks 450 miljonit normaalkuupmeetrit, mis on veidi üle poole viimaste aastate keskmisest maagaasi tarbimisest Eestis.

Biogaasi tootmisel kasutatakse biolagunevaid tooraineid, millest peamised on:

• loomne sõnnik;
• reovee sete;
• erinevad söödakultuurid;
• märgaladel kasvavad taimed;
• taimekasvatusest üle jäävad varred, lehed jms;
• toiduainetetööstuste jäätmed (sh piima- ja lihatööstustest, tapamajadest).

Erinevate toorainete täpne energiasisaldus ning kooskääritamise võimalused sõltuvad paljudest teguritest, näiteks kuivainest ja toitainete sisaldusest. Iga konkreetse projekti elluviimist tuleks alustada tooraine täpse analüüsiga. Tabelis 4.1 on toodud loetelu Eeati biogaasi tootmisüksustest.

Tabel 4.1. Eestis biogaasi tootmisüksused (bm – biometaani tootja)

Põllumajanduslikel sisenditel töötavad biogaasijaamad	Reoveepuhastus	Tööstusreovee käitlusjaamad	Prügilagaasi tootmine
Aravete Biogaas OÜ Oisu Biogaas OÜ Biometaan OÜ (bm) Vinni Biogaas OÜ (bm) Tartu Biogaas OÜ (bm)	Tallinna Vesi AS Kuressaare Veevärk AS (Kullimäe) Narva Vesi AS Tartu Vesi AS	Eastman Specialties OÜ Salutaguse Pärmitehas Estonian Cell AS (bm)	Paikre OÜ e. Rääma prügila (Pärnu, Raba prügila) Tallinna Prügilagaas OÜ (Jõelähtme prügila) Uikala Prügila AS (Uikala prügila) Aardlapalu prügila Väätsa prügila Kiviõli

Kaart

2020. aastast on Eestis võimalik sertifitseerida biolagunevatest jäätmetest biogaasi tegemisel tekkiva kääritusjäägi tootmist. Esimene kääritusjäägi tootmise sertifikaat väljastati Lääne-Virumaal biogaasi valmistamisega tegelevale ettevõttele Vinni Biogaas OÜ.

Biogaasi kasutatakse kütusena Aravete ja Oisu kaugküttevõrkudes. 2012. aastal ehitas Aravete Biogaasi OÜ Mägise suurfarmi juurde biogaasijaama koos biogaasil töötava soojuse ja elektri koostootmisjaamaga, millest alustati 2012. aasta sügisel Aravete kaugküttevõrgu soojusega varustamist. Koostootmisjaam, mille nii elektriliseks kui ka soojuslikuks võimsuseks on 2,0 MW, kasutab kohalikest põllumajanduse ja loomakasvatuse kõrvalsaadustest anaeroobse lagundamise protsessis saadavat biogaasi. Lisaks biogaasist toodetud soojusele töötab Aravetel ka põlevkiviõli kasutav katlamaja. Aravete kaugküttevõrgu tarbijateks on koolimaja, spordihoone, lasteaed, kultuurikeskus ja üheksa kortermaja.

Biogaasi kasutatakse ka Oisu kaugküttevõrgus. 2013. aastal valmis Oisu aleviku külje all Estonia põllumajandusühistu lautade juures biogaasijaam, mille nii elektriline kui ka soojuslik võimsus on 1,2 MW. Biogaasijaamast juhitakse soojus magistraaltorustiku kaudu Oisu aleviku kaugküttevõrgu katlamajja. Lisaks biogaasijaamast saadavale soojusele on Oisu kaugküttevõrgus ka õlikatlad. Võrgus on kokku kaheksa tarbijat, neist pooled valla objektid.

Põlevkiviõli

Põlevkiviõli on kodumaine kütus, mida toodetakse põlevkivi utmisel Eestis kolmes põlevkiviõli tootmisettevõttes. Eestis toodavad põlevkiviõli Enefit Power õlitööstus, Kohtla-Järvel Viru Keemia Grupi tütarettevõte VKG Oil AS Õlitööstus ning Kiviõlis Kiviõli Keemiatööstus. Kuigi veel aastakümneid tagasi töötas põlevkiviõlil 400 katelt, mis andsid keskmiselt 14% Eestis tegutsevate katlamajade soojusest, on põlevkiviõli oma tähtsuse katlakütusena minetanud. Põkevkiviõli leiab kasutamist laevakütuse lisandina ja pea kogu toodetud põlevkiviõli eksporditakse. Vähesel määral võib leiduda veel vanu põlevkiviõlikatlaid, mida kasutatakse varu- ja tipukateldena.

Jäätmed

Jäätmepõletuses on äärmiselt oluline üksikasjalik teave põletatavate jäätmete koostise ja omaduste kohta. Vaja on teada jäätmete kütteväärtust, niiskuse- ja tuhasisaldust, tuha karakteristikuid (sulamistemperatuur), happeliste ühendite (väävel, kloor) sisaldust, kütuse fraktsiooni suurust, lendosiste sisaldust ning elementaarkoostist. Elementaarkoostist on vaja teada kütust iseloomustavate karakteristikute väljaarvutamiseks. Kõiki neid suurusi on vaja harilikult teada ka tavakütuste korral.

Et jäätmed on erinevate materjalide segu, siis on nende koostis vägagi muutlik ja sõltub suuresti sellest, millistest komponentidest segu koosneb. Esindusliku proovi saamiseks tuleb uuritavat materjali võtta suures koguses, mis teeb nende analüüsimise kulukaks. Jäätmekütuse laborianalüüside läbiviimine on suhteliselt keerukas toiming, sest keskmise koostisega jahvatatud proovikoguse (1 g) saamine on üsna raske.

Eestis kasutatakse jäätmeid energia tootmiseks alates 2013. aastast, kui alustas tegevust Iru elektrijaama jäätmekütusel töötav elektri ja soojuse koostootmisplokk. Iru jäätmeplokk on võimeline põletama 250 000 tonni jäätmeid aastas, mis on üle poole kogu Eesti aastasest segaolmeprügi kogusest. Iru jäätmeploki soojuslik võimsus on 50 MW ja elektriline 17 MW. Toodetud soojusenergia suunatakse kaugküttevõrgu kaudu Tallinna ja Maardu elanikele.

4.1.2 Katlad

Kõige traditsioonilisem ja levinum viis kaugküttesoojuse tootmiseks Eestis on katlamaja.

Kaugkütte katelseade ehk katel on kompleksne seadmestik veeauru või kuuma vedeliku tootmiseks ja tarbijale edastamiseks. Katlas toimub kütuse keemilise energia muundamine soojuseks ning vee kuumutamine ja aurustamine selle soojuse arvel.

Katla põhiosad on kolle ja erinevat liiki küttepinnad, mis võivad olla paigutatud erineval viisil ja paikneda nii ühes kui ka mitmes korpuses. Kütus põleb koldes ja soojuse ülekandmine põlemisproduktidelt soojuskandjale toimub küttepindade kaudu. Soojuskandjaks võib olla vedelik (nt vesi), aur või põlemisõhk.

Katlaid võib liigitada erinevate tunnuste alusel, enamasti tehakse seda kasutatava kütuse, kolde ehituse ja soojuspindade põhjal. Kütuse järgi võib eristada gaasikatlaid, vedelkütuse katlaid ja tahkekütuse katlaid. Gaaskütusest on levinuim maagaas, vedelkütusena on Eestis kasutatud tavaliselt põlevkiviõli, kerget või rasket kütteõli, aga tänapäeval on vedelkütuse katlad kasutusel vaid reservkateldena või tipukoormuste katmiseks. Tahkekütusena on Eesti kaugküttekatlamajades kõige levinum puiduhake, vähemal määral ka turvas. Kuna kasutatava kütuse omadused (kütuse põlemist iseloomustavad põlemisprotsessid, leegi temperatuur, tuhasus, tuha sulamistemperatuur jne) määravad katla konstruktsioonis palju, siis on katla parima töö huvides oluline kasutada katlas vaid ettenähtud kütust.

Katla osa, kus toimub kütuse põlemine, nimetatakse koldeks. Läbi kolde seinte antakse soojus kollet ümbritsevale veesärgile, kus ringleb küttevesi. Kõige suurem soojuseraldus toimub koldes – tavaliselt ligi 50%. Ülejäänud soojuseraldus toimub üldjuhul suitsugaaside käikudes ehk konvektiivsete küttepindade kaudu.

Kolde ehituse järgi jaotatakse kolded kamberkolleteks ja kiht- ehk restkolleteks. Kihtkolletest võib lisaks eraldi välja tuua keevkihtkolded. Kamberkolletes põletatakse gaas- ja vedelkütuseid. Eramutele mõeldud kateldest on kamberkoldega ka pelletikatlad. Tahkekütuse katlad on harilikult kiht- ehk restkoldega. Kihtkollet iseloomustab kütusekihi olemasolu, millesse puhutakse põlemisõhku. Kütusekiht paikneb restil, millest tuhk ja räbu läbi sadenevad.

Tahkekütuse keevkihtkolded jagunevad statsionaarseks ja tsirkuleerivaks keevkihtkoldeks. Tahkekütuse keevkihtpõletustehnoloogia on leidnud laia kasutust. Tänu keevkihtpõletustehnoloogia arengule on suurenenud võimalused madalakvaliteetsete kütuste põletamiseks ning vähenevad põletamisega kaasnevad emissioonid (SOx, NOx). Keevkiht on hõljuvatest tahketest osakestest ja seda läbivast gaasivoolusest koosnev aerodünaamiline süsteem. Keevkihi puhul tekib sisemist liikumist omav keha, mida tuntakse ka pseudovedelikuna. Pseudovedelik käitub samalaadselt vedelikuga ning sellel on vedelikuga sarnased omadused.

Suure võimsusega energiaplokkides on tänapäeval kasutusel tsirkuleeriva keevkihiga katlad. Tsirkuleeriva keevkihi korral rebitakse suurema pindkiiruse tõttu koldes osakesed keevkihist lahti ning suunatakse separaatorisse. Viimases eraldunud jämedamad osakesed lähevad tagasi koldesse.
Tsirkuleeriva keevkihiga kolde omapäraks on väike põlevaine kontsentratsioon ringlevas vooluses ning soojusvahetuspinna puudumine kihis.

Tsirkuleeriva keevkihttehnoloogia kasutamisel suure lämmastikusisaldusega kütuste põletamisel võib kujuneda probleemiks lämmastikdioksiidi kui kasvuhoonegaasi suur kontsentratsioon põlemisgaasis.
Tsirkuleeriva keevkihiga katlad on täna Eestis kasutusel põlevkivi põletamisel elekterienergia tootmisel Balti elektrijaamas, milles tekkivat üleliigset soojust kasutatakse Narva linna kaugküttes.
Eesti keskmise ja väikese võimsusega kaugküttevõrkudes kasutatakse soojuse tootmiseks tihti leektoru ehk leek-suitsutorukatlaid. Leektorukatlad on enimlevinud soojusgeneraatorid kuuma vee ja auru tootmiseks kuni võimsuseni 25 MW ja rõhuni 25 bar.

Leektorukatlaid on mitut tüüpi: kahekäiguline tagasipöörduva suitsugaasiga, kolmekäiguline, neljakäiguline, tagumise veesärgiga ja ilma tagumise veesärgita katel. Üldiselt on kõige levinum kolmekäiguline leektorukatel. Kõik need katlatüübid sarnanevad üksteisega oma ümara põlemiskambri ehk leektoru ja väiksemate leek- või suitsutorude poolest. Katla kollet ja suitsutorusid ümbritseb vesi, millele kantakse üle kütuse põletamisel eralduv soojus

Joonisel 4.3 on esitatud Buderuse tootjafirma S825L seeria leektorukatla skemaatiline konstruktsioon:

Katla osad:

1. Teenindusluuk;
2. kaitseklapi äärik;
3. veetorud katla kesta sees;
4. küttevee tagasivool katlasse;
5. küttevee pealevool kaugküttesüsteemi;
6. gaasikäikude algus katla sees;
7. alumiiniumkorpus;
8. soojusisolatsioon;
9. põlemisgaaside gaasikäigud, I aste;
10. põlemisgaaside gaasikäigud, II aste;
11. kolle;
12. põleti

Biokütuste puhul asub adabaatiline põlemiskamber katlast väljaspool. Sel juhul on katla kolle (leektoru) sisuliselt soojusvaheti, kus leektorus toimub puidu lendosiste (gaasilise osa) järelpõlemine ja suitsutorude kaudu antakse põlemisgaaside soojus üle kütteveele.

Eesti Statistikaameti andmeil on Eestis ligikaudu 4000 katelt, millest 785 on biomassikatlad (puiduhake). Biomassikateldest kolmandik on võimsamad kui 100 kW. Statistikaameti andmebaasis on vaid registreeritud katlad. Väikekatlad, mida kasutatakse kodumajapidamiste kütmiseks (10–55 kW), Statistikaameti andmebaasis ei kajastu ja nende üle puudub nii kontroll kui ka ülevaade.

Tabel 4.2. Paigaldatud katelde summaarne võimsus kasutatavate kütuste järgi

Kasutatav kütus	Katelde summaarne võimsus, MW
Kivisüsi	20
Põlevkivi	43
Turvas	89
Puit	1161
Raske kütteõli	10
Põlevkiviõli	393
Kerge kütteõli	347
Maagaas	2952
Elekter	20
Põlevkivi- ja biogaas	6
Rohtne biomass	4

Tavaliselt on kaugküttekatlamajas järgmised komponendid:

• katel/katlad;
• kütus(t)e kinnine ladu (vajaduse korral);
• kütuse etteandesüsteem;
• kütuse ettevalmistussüsteem;
• suitsugaaside puhastusseadmed;
• korsten;
• elektrijaotusseadmed;
• abiruumid;
• automaatika- ja mõõteseadmed;
• katla ja soojusvõrgu lisavee ettevalmistussüsteem;
• torustikud koos sulgemis- ja reguleerimisseadmetega;
• kontrollmõõteriistad;
• kaugküttevõrgu soojusvaheti;
• lisapõleti koos lisakütuse etteandesüsteemiga.

Katelde võimsuse valikul lähtutakse soojuse koormusgraafikust, mis koostatakse aasta iga tunni soojusvõimsuse alusel.

Enamasti on katlamajas üks katel baaskoormuse jaoks ja teised kas reserv- või tipukoormuse katmiseks. Baaskoormuse jaoks kasutatakse Eestis enamasti puiduhakkekatlaid. Tippude ja madalate koormuste jaoks on katlamajades harilikult gaasi- või õlikatel, mille käivitamine on kiire ning töö paindlik.

Suurema paindlikkuse saavutamiseks on soovitatav katta baaskoormus mitmest katlast, mille soojuslikud võimsused kokku suudavad katta pisut üle baaskoormuse. Selline lahendus nõuab küll suuremat alginvesteeringut, kuid suurendab varustuskindlust, paindlikkust ja vähendab tipukatelde kasutamise vajadust.

4.1.3 Soojuse ja elektri koostootmine, koostootmisjaamad

Soojuse ja elektri koostootmine on energia kahe vormi, soojuse ja elektri üheaegne tootmine tekkiva heitsoojuse ärakasutamisega. Inglise keeles tähistab seda tähekombinatsioon CHP (Combined Heat and Power). Nagu on kirjeldatud jaotises 1.1.2, sai kaugküte Eestis alguse just sellest, kui elektrijaamad ehitati ümber soojuse ja elektri koostootmisjaamadeks.

Soojuse ja elektri koostootmisel kulub sama koguse lõpptoodete (soojuse ja elektri) tootmiseks oluliselt vähem kütuse primaarenergiat, kui kuluks soojuse ja elektri eraldi tootmisel. Lisaks mõjub efektiivne energiakasutus soojus- ja elektrienergia koostootmisel soodsalt energiavarustuse kindlusele.

Koostootmine on kogu maailmas kasutatav tehnoloogia ja joonisel 4.4 on näidatud koostootmise osakaal elektri tootmises Euroopa Liidu riikides

Suurim elektri ja soojuse koostootmise osakaal on Lätis, kus Riia linna varustatakse soojusega gaasiküttel töötavatest suure võimsusega koostootmisjaamadest.

Koostootmise peamised eelised soojuse ja elektri eraldi tootmise ees on järgmised:

• väiksem primaarenergia kulu – koostootmise kaudu on elektri ja kasuliku soojuse tootmine tõhusam, võrreldes eraldi elektri ja soojuse tootmisega, kuna koostootmise puhul on kütusekulu väiksem kui eraldi tootes;
• keskkonnasäästlikkus – koostootmise puhul on  heitgaaside kogus väiksem, võrreldes eraldi toomisega, kuna tarbitava energia kulu on väiksem ja harilikult on kasutusel kaasaegsem tehnoloogia, näiteks suitsugaaside puhastusseadmed (pesurid). Täiustatud on ka keskkonnakontrolli ja -seireseadmeid;
• tõhustatud majandus – paljudel juhtudel on elektri ja kasuliku soojuse tootmine koostootmise kaudu olelusringi mõistes efektiivsem kui eraldi protsesside kasutamine elektri ja soojuse tootmiseks.

Et otsustada soojuse ja elektri koostootmisjaama rajamise otstarbekuse üle, tuleb välja selgitada järgmised põhilised tingimused:

• koostootmisjaama optimaalne  konfiguratsioon;
• sobilik koht  koostootmisjaamale;
• koostootmisjaama ühendamise võimalused olemasoleva soojus- ja elektrivõrguga;
• planeeritava asukoha tarbijate soojuskoormused aasta ja ööpäeva lõikes, et tagada maksimaalne soojuse ja elektri koostootmisjaama  kasutus koos kõrge kasuteguriga.

Vastavalt Euroopa Liiduga kokkulepitud kohustustele pidas Eesti 2020. aastal koostootmisrežiimis tootma vähemalt 20% elektrist. Eesti vastav näitaja oli 2020. aastal 27,7%.

Koostootmise potentsiaal Eestis on piisav, sest:

• linnades ja suuremates asulates on toimiv kohalik kaugküttevõrk;
• kohalik tööstus on suhteliselt energiamahukas;
• biokütuste kasutamise potentsiaal on kõrge;
• vaja on renoveerida olemasolevaid soojusseadmeid;
• rangemad keskkonnanõuded.

Koostootmisseadmete poolt Eestis aastas toodetud elektri- ja soojusenergia (GWh aastate lõikes) on esitatud joonisel 4.5.

Kuna koostootmisjaama töö käib üldjuhul soojuskoormuse järgi, siis on selle rajamise tingimuseks piisava soojuskoormuse olemasolu. Seetõttu on Eestis koostootmisjaamad vaid suuremates linnades, kus kaugkütte soojuskoormus on piisav, et koostootmisjaama rajamine oleks kasumlik.

Tabelis 4.3 on toodud soojuse ja elektri koostootmisjaamade loetelu koos kasutatava kütuse väljundvõimsusega.

Eestis makstakse koostootmisseadmega elektri tootmise eest toetusi vastavalt elektrituruseadusele. Toetuse saamiseks peab elektritootja esitama põhivõrguettevõttele Elering vastava taotluse.

Kui elektrit toodetakse taastuvast energiaallikast toomisseadmega, mille netovõimsus ei ületa 100 MW, siis on makstava toetuse suurus 53,7 EUR/MWh. Sama kehtib ka biomassist koostootmisrežiimil toodetud elektrile, juhul kui elektrit ei toodeta kondensatsioonirežiimil. Toetuse maksmise periood on 12 aastat. See tähendab, et biomassi koostootmisjaamad, mis on juba 12 aastat toetust saanud, seda edaspidi enam ei saa.

Kui elektrit toodetakse tõhusa koostootmise režiimil jäätmetest jäätmeseaduse tähenduses, turbast või põlevkivitöötlemise uttegaasist või lihtsalt seadmega, mille elektriline netovõimsus ei ületa 10 MW, siis on makstav toetuse määr 32 EUR/MWh.

Tabel 4.3. Eesti  koostootmisjaamad

Koostootmisjaama nimi	Kasutatav kütus	Elektriline võimsus (MW)	Soojuslik võimsus (MW)
Balti Elektrijaam	põlevkivi	215	160
Iru Elektrijaam	maagaas	95	200
Iru Elektrijaama jäätmeplokk	prügi	17	50
VKG Energia Põhja SEJ	põlevkiviõli tootmise kõrvalsaadus uttegaas	87	379
Sillamäe  SEJ	biomass	7	18
Tallinna SEJ1 (Väo 1)	biomass	25	67
Tallinna SEJ2 (Väo 2)	biomass	21	76
Mustamäe KTJ	biomass	10	47
Tartu Elektrijaam	biomass	25	50
Pärnu KTJ	biomass	24	48
Aravete biogaasijaam	biogaas	1,7	2
Ilmatsalu biogaasijaam	biogaas	1,5	1,5
Imavere KTJ	biomass	10	27
Jämejala KTJ	maagaas	1,8	1,7
Kuressaare KTJ	biomass	2,3	9,6
Kiviõli Keemiatööstuse SEJ	uttegaas	1,3	6,5
Oisu biogaasijaam	biogaas	1,2	1,2
Paide KTJ	biomass	1,7	8,0
Rakvere KTJ	biomass	1,0	5,3
Vinni biogaasijaam	biogaas	1,4	1,4

Koostootmise uueks erivormiks on kolmiktootmine, mis tähendab, et jaamas toodetakse lisaks soojusele ja elektrile veel ka jahutust. Kolmiktootmise korral võib jahutuse tootmiseks olla kasutusel erinevaid seadmeid, näiteks sobivad koostootmisjaama paindlikkuse suurendamiseks hästi jahutusseadmed, mis kasutavad elektritootmise heitsoojust (näiteks absorptsioonjahutid).

Koostootmisjaamu võib klassifitseerida kasutatavate jõumasinate tüübi järgi, tüüpilisemad tehnoloogiad on:

• vasturõhu auruturbiin;
• vaheltvõttudega auruturbiin;
• gaasiturbiin;
• gaasimootor.

Kõige levinumad on auruturbiinidega koostootmisjaamad, mille töö rajaneb Rankine’i ringprotsessil.

Nimetatud tehnoloogia põhineb aurukatlas genereeritud auru paisumisel elektrigeneraatoriga ühendatud auruturbiinis soojustarbijale vajaliku auru rõhuni. Sellisel süsteemil on küll palju eeliseid, näiteks võimalus kasutada erinevaid kütuseid, pikk kasutusiga, suhteliselt madalad tootmiskulud, kuid ta sobib kasutamiseks pigem suurematel võimsustel. Auruturbiinid saab jagada kaheks: vasturõhuauruturbiinid ja vaheltvõtuga auruturbiinid.

Vasturõhuga auruturbiiniga koostootmisjaam

Vasturõhuga auruturbiinide turbiinil puudub kondensaator ning madalrõhuline aur suundub turbiinist otse kaugkütte soojusvahetisse. Vasturõhuturbiinide töövõimsuse määrab soojustarbija koormus. Ilma soojuskoormuseta on vasturõhuturbiinidega elektri tootmiseks vajalik kasutada jahuteid, et vasturõhuline aur heita läbi jahtuse atmosfääri. Sellist režiimi aga ei saa lugeda koostoomiseks. Mida kõrgem on soojusvõrku antava vee temperatuur, seda kõrgem peab olema turbiini vasturõhk ja seda väiksem on toodetud elektrienergia kogus.

Vasturõhuauruturbiiniga koostoomisseadme tööpõhimõtte skeem on toodud joonisel 4.6

Vaheltvõtuga auruturbiini koostootmisjaam

Vaheltvõtuga auruturbiinides juhitakse osa auru turbiinist välja enne lõpprõhuni paisumist. Reguleeritava vaheltvõtuga turbiinides on võimalik kaugkütte koormust reguleerida auru kogusega – kaugkütte suurema koormuse korral juhitakse rohkem auru kaugkütte soojusvahetisse ja vähem turbiini. Eristatavad on tööstusliku auru vaheltvõtud ja kaugkütte vaheltvõtud – tööstusliku vaheltvõtu korral on vaheltvõetava auru rõhk kõrgem (üle 0,6 MPa), kaugkütte vaheltvõtt tehakse madalama rõhu juures (0,07–0,25 MPa). Turbiini läbinud aur kondenseeritakse, soojuskoormuse puudumisel töötab turbiin täielikult kondensatsioonirežiimis. Eestis on vaheltvõtuga auruturbiin näiteks Balti Elektrijaamas.

Vaheltvõtuga auruturbiiniga koostoomisseadme tööpõhimõtte skeem on toodud joonisel 4.7

Gaasiturbiiniga koostootmisjaamad

Gaasiturbiinjõuseade, mille töö põhineb Braytoni ringprotsessil, on suhteliselt uus tehnoloogia, mis võeti kasutusele 1980ndatel. Gaasiturbiinseadmele on iseloomulik madal kapitali- ja hooldekulu ning lühike ehitusaeg. Nende elektriline kasutegur on ligikaudu 30%. Gaasiturbiinjõuseadmega koostootmine eeldab konstantse parameetriga suure võimsusega soojustarbijat. Eestis gaasiturbiinide kasutamise kogemus puudub.

Gaasiturbiini tööpõhimõte on esitatud joonisel 4.8. Gaasiturbiini käivitamiseks on elektriline käivitusmootor (8). Kompressorisse (2) läbi sissevooluava (6) imetav õhk surutakse kokku ülerõhuni 0,2–2 MPa ning suunatakse välimisest (4) ja sisemisest kestast (5) koosnevasse põlemiskambrisse. Kütuse põlemine toimub põlemiskambris rõhu all, kuhu suunatakse kütus pihusti (3) abil. Osa kokkusurutud õhust liigub läbi põlemiskambri sisemise ja välimise kesta vaheruumi, jahutades põlemiskambrit ja segunedes seejärel kuumade põlemisgaasidega. Põlemiskambrist väljuvad põlemisgaasid temperatuuriga kuni 850 °C (kui ei kasutata düüside ja töölabade jahutust) või kuni 1200 °C (düüside ja töölabade jahutuse kasutamisel) juhitakse turbiini (1). Põlemisgaaside paisumisel saadud kineetiline energia turbiini düüsvõres muundub rootori töölabadel mehaaniliseks tööks. Turbiinist väljuvad gaasid suunatakse väljavooluavaga (7) ühendatud torustiku kaudu atmosfääri. Suurem osa (u 70%) saadud mehaanilisest tööst kulub turbiini (1) rootoriga ühele võllile rakendatud kompressori (2) käitamiseks, ülejäänud (vaid u 30%) realiseeritakse kasulikuks tööks võlli (9) abil elektrigeneraatori käitamisel.

Gaasimootoriga koostootmisjaamad

Gaasimootoriga koostootmisjaam põhineb sisepõlemismootoriga jõuseadmel, mille töö rajaneb kas Dieseli või Otto ringprotsessil. Otto ringprotsessil töötavad seadmed kasutavad üldjuhul kütusena maagaasi või biogaasi. Soojusenergiat toodetakse nii heitgaaside soojusest kui ka mootori jahutussüsteemist. Jõuseade koosneb tavaliselt mootorist, elektrigeneraatorist ja soojusenergia tootmiseks vajalikest soojusvahetitest, mis on seotud mootori veesärkjahutuse ja õlitussüsteemiga ning heitgaasi ärajuhtimissüsteemiga. Energiabilansiliselt kujuneb siin välja vahekord, kus kütusega protsessi viidud energiast (100%) toodetakse elektrienergiat 40% ja soojusenergiat 50% ning kaod moodustavad ligikaudu 10%.

Tüüpilise jõujaama elektriline võimsus on piirides 100 kW–5 MW, kuid toodetakse ka seadmeid elektrilise võimsusega 9–20 kW.

Orgaanilise Rankine’i ringprotsessiga tehnoloogia ehk ORC koostootmisjaamad’

Viimase aja uuemaid elektritootmise tehnoloogiaid on ORC ehk orgaanilise Rankine’i ringprotsessi tehnoloogia, kus erinevalt tavalisest auruturbiinist, mis töötab Rankine’i ringprotsessi põhimõttel, kasutatakse veeauru asemel turbiinis termodünaamilise kehana termaalõli. Orgaanilise vedeliku valikul on olulisteks kriteeriumideks termodünaamilised omadused (madal üleküllastumise temperatuur), kõrge keemiline stabiilsus, väiksem oht keskkonnale (paljud ORC vedelikud on keelatud Montreali protokolliga, kuna hävitavad osoonikihti), kerge kättesaadavus ja mõistlik hind. Orgaanilise vedeliku eelis veeauru ees on madalamate temperatuuride kasutamine elektritootmises. Seetõttu saab ORC abil rakendada koostootmist ka geotermaalenergia ja tööstuse heitsoojuse kasutamise korral, samuti väiksemates biomassijaamades. Eestis on ORC tehnoloogial põhinevad koostootmisjaamad Rakveres ja Kuressaares.

4.1.4 Koostootmise parameetrid

Soojuse ja elektri koostootmise iseloomustamiseks kasutatakse mõistet kogukasutegur (või üldkasutegur), mis avaldub summana elektrilisest kasutegurist ja soojuslikust kasutegurist ja mida saab analüütiliselt väljendada nii (valemitega 4.1 kuni 4.3):

kus:

• P_CHP on toodetud elektrienergia, MWh;
• Q_CHP on toodetud soojusenergia, MWh;
• B_CHP on süsteemi sisseviidud kütuse energia, MWh;
• n_el^CHP on elektriline kasutegur;
• n_th^CHP on soojuslik kasutegur;
• n^CHP on kogukasutegur.

Võrdleme koostootmist soojuse ja elektri eraldi toomisega. Olgu kondensatsioonelektrijaama termiline kasutegur 35% ja katlamaja kasutegur 85%. Koostootmise puhul on kogukasuteguriks arvestatud 90%.

Kirjeldatud süsteemid ja neist tulenevad energiavood on esitatud joonisel 4.9:

Näeme, et soojuse ja elektri koostootmisel kulus sama koguse lõpptoodete (soojuse ja elektri) tootmiseks 4,33 / 2,5 = 1,7 korda vähem kütust, kui oleks kulunud soojuse ja elektri eraldi tootmisel.

Kui realiseeritud soojuslik kasutegur (ja seega ka kogukasutegur) sõltuvad rohkem koostootmisjaama ja tarbija omavahelisest sobivusest, siis elektriline kasutegur on absoluutne – ta on teoreetiliselt piiratud agregaadis realiseeritud ringprotsessi termodünaamiliste omadustega.

Koostootmise üks oluline parameeter on elektri ja soojuse toodangu suhe, mis määrab ühes koostootmissüsteemis toodetava elektrienergia ja soojuse osakaalu. Elektri ja soojuse kõrgema suhtega uute tehnoloogiate hulka kuuluvad kombineeritud tsükliga (gaas ja aur) koostootmisjaamad, ploki-tüüpi soojuselektrijaamad või kütuseelemendid. Nendel võib elektri ja soojuse suhe olla ka kõrgem kui 1,0, mis on küllaltki kõrge, võrreldes klassikaliste auruturbiinidega koostootmisjaamadega, mille vastav suhe on vahemikus 0,3 kuni 0,7.

Soojuse ja elektri koostootmise tõhususe ja primaarenergia kokkuhoiu arvutamine

Eesti majandus- ja taristuministri määrus nr 71 „Soojus- ja elektrienergia tõhusa koostootmise nõuded“ (vastu võetud 13.12.2016) sätestab soojus- ja elektrienergia tõhusa koostootmise nõuded, primaarenergia säästu arvestamise põhimõtted ning elektri- ja soojusenergia eraldi tootmise viiteväärtused tõhusa koostootmise määramiseks, lähtudes Euroopa Parlamendi ja nõukogu direktiivis 2012/27/EL esitatud metoodikast.

Kokkuvõtlikult loetakse koostootmine Eestis hetkel tõhusaks, kui protsessi kogukasutegur ületab (tehnoloogiast sõltuvalt) 75–80% ning määruses esitatud valemi alusel leitav primaarenergia sääst (PES) ületab 0–10% (olenevalt tehnoloogiast ja tootmisseadme võimsusest). Kui biomassi kasutava koostootmisseadme neto-üldkasutegur kalendriaasta arvestuses on üle 40%, loetakse, et elektrienergia on toodetud koostootmisrežiimil.

Koostootmisel tekkiva primaarenergia sääst (PES) arvutatakse valemiga 4.4 (määruse § 6):

kus:

• n_th^CHP on kasuliku soojuse kasutegur – viimase 12 kuu kasuliku soojuse toodang jagatud kütuseenergiaga, mis kulus kasuliku soojuse ja elektri koostootmiseks;
• n_th^REF on soojuse eraldi tootmise viiteväärtus;
• n_el^CHP on koostoodetud elektrienergia kasutegur – koostoodetud elektrienergia viimase 12 kuu kogus jagatud kütuseenergiaga, mis kulus kasuliku soojuse ja elektri koostootmiseks;
• n_el^REF on elektrienergia eraldi tootmise viiteväärtus.

Määrus kehtestab, et erinevate kütuste segu korral tuleb koostootmisseadme tõhususe määramiseks kasutada kaalutud keskmisi viiteväärtusi, mis on arvutatud energia tootmiseks tarbitud kütuste energiasisalduste suhte alusel.

Viiteväärtused (REFHn REFEn) kütuste kasutamisel ning vajalikud parandustegurid sõltuvalt välisõhutemperatuurist ja elektriühenduse pingeklassist on toodud määruse lisades 1 ja 2. Et määruses toodud elektrienergia eraldi tootmise viiteväärtus on arvestatud välisõhu aasta keskmisele temperatuurile +15 °C, siis tuleb viiteväärtust korrigeerida sõltuvalt välisõhu aasta keskmisest temperatuurist järgmiselt:

• 0,1 protsendipunkti võrra tõhususe suurenemise suunas iga kraadi kohta, mis on madalam kui +15 °C.

Varem esitatud ELi direktiivides oli kirjas, et kõikide kliimavööndite piirid kulgevad mööda ümbritseva õhu aasta keskmise temperatuuri isoterme (täiskraadides Celsiuse järgi), mille erinevus on vähemalt 4 °C. Külgnevate kliimavööndite aasta keskmiste õhutemperatuuride erinevus peab olema vähemalt 4 °C.

Et Eesti territooriumil ei erine aasta keskmine temperatuur piirkondade vahel üle 4 °C, saab Eesti kasutada üle riigi ühtset aasta keskmist temperatuuri. Eesti aasta keskmine temperatuur, mida arvutuse aluseks võtta, on seadusandlikes dokumentides määratlemata, kuid on teada, et see on 7…8 °C.

Suitsugaaside kondensaatorid

Kuna katlast väljuvad gaasid on küllaltki soojad ja niiskete kütuste põletamisel on suitsugaasides küllaldaselt veeauru, siis on suitsugaasid arvestatav jääksoojuse allikas, mida on suitsugaaside kondensaatori abil võimalik ära kasutada. Suitsugaaside kondensaator on seade, mille ülesandeks on puhastada suitsugaasid peenosakestest, neutraliseerida happeoksiide ning tagastada suitsugaasides sisalduv soojus.

Suitsugaaside kondensaator on ehituselt kui soojusvaheti, kus üheks soojuskandjaks on kuum suitsugaas ja teiseks kaugküttevesi. Suitsugaasid voolavad läbi soojusvaheti torukimpude, kus voolab kaugkütte tagasivoolu vesi. Tagasivoolu jahutava mõju tõttu suitsugaasides sisalduv veeaur kondenseerub ja läbi torupinna antakse suitsugaaside soojus kaugküttevee eelsoojenduseks. Suitsugaaside täiendavaks jahutamiseks ja puhastamiseks pihustatakse suitsugaasidesse neutraliseerivat lahust, mis vähendab happeoksiidide sisaldust väljuvates suitsugaasides. Harilikult kasutatakse neutraliseerijana NaOH-d.

Suitsugaaside kondensaatori soojustagastus sõltub otseselt kaugkütte tagasivoolu temperatuurist – mida madalam on tagasivoolu temperatuur, seda rohkem veeauru on võimalik kondenseerida ja seda rohkem soojust on võimalik tagastada.

Suitsugaasidega lahkuv soojus on tavaliselt katelde jaoks suurim soojuskadu. Juhul kui katlamajas või koostootmisjaamas kasutatakse suure niiskusesisaldusega kütust (nt puiduhake), võib suitsugaaside kondensaatori soojustagastus olla kuni 20% jaama soojusvõimsusest. Paljudes Eesti puiduhakkekatlamajades ja koostootmisjaamades on suitsugaaside kondensaatorid kasutusel. Lisaks puiduhakkel töötavatele soojusallikatele kasutatakse suitsugaaside kondensaatorit tihti ka maagaasikatlamajades, näiteks on see paigaldatud maagaasil töötavasse Tallinna Kristiine katlamajja.

Märgade suitsugaaside pesuri ehk suitsugaaside kondensaatori skeem on esitatud joonisel 4.10.

4.2 Kütusevabad taastuvad kaugkütte soojusallikad ja tehnoloogiad

4.2.1 Suured soojuspumbad

Soojuspump on seade, mille eesmärk on soojuse ülekanne madalama temperatuuriga keskkonnalt kõrgema temperatuuriga keskkonnale. Soojus levib üldiselt kõrgema temperatuuriga kehalt madalama temperatuuriga kehale, kuid soojuspumbad võimaldavad muuta soojuse liikumise suuna vastupidiseks, kasutades seejuures küllaltki väikest energiakogust. Soojuspumpasid kasutatakse küttesüsteemides ja ka jahutussüsteemides, lisaks veel tehnoloogilistes protsessides. Soojuspumba jaoks on madalama temperatuuriga keskkonnaks näiteks maapind, veekogu või välisõhk.

Soojustegur on mõiste, mis on kasutusele võetud iseloomustamaks soojuspumba efektiivsust (ingl k COP – coefficent of performance). See tegur näitab suhet soojuspumba poolt toodetud energia ning selle energia tootmiseks kulutatud energia vahel. Kui soojustegur COP = 4, siis tarvitab soojuspump 4 MWh soojusenergia tootmiseks 1 MWh elektrienergiat.
Suuremahulised soojuspumbad võivad anda võimaluse kasutada kaugküttesüsteemides tõhusalt ära madalakvaliteedilist soojust. Soojuspumbad on võimelised energiasüsteeme tasakaalustama ja aitavad integreerida süsteemi erinevaid mitmekülgseid energiaallikaid. Nad pakuvad klientidele hõlpsasti kütet kohalikest soojusallikatest, näiteks põhja-, järve-, jõe- ja mereveest või heitsoojusest. Elektrilise soojuspumba abil saab kaugküttesüsteem oma energiatarbimist oluliselt vähendada. See on ka tõhus tehnoloogia energiahindade stabiliseerimiseks.

Suuremahulisi tsentraliseeritud soojuspumpasid võib pidada üheks parimaks võimaluseks elektri- ja soojusvõrkude ühendamiseks. Suuremahuline elektriajamiga soojuspump on üks tõhusamaid lahendusi madalatemperatuuriliste kaugküttevõrkude korral. Power-to-heat tehnoloogiad koos soojusenergia salvestamisega võimaldavad energiasüsteemi integreerida rohkem juhitamatuid taastuvenergiaallikaid. Ühelt poolt võimaldavad suuremahulised soojuspumbad integreerida energiasüsteemi elektrienergiat, mis on saadud taastuvatest allikatest (tuul, veevool). Teisest küljest võimaldavad suuremahulised soojuspumbad kasutada kaugküttes pinnavee, kanalisatsioonivee ja tööstusliku heitsoojuse madala kvaliteediga soojust, vähendades seeläbi fossiilkütusel põhineva soojuse osakaalu. Euroopas on umbes 150 suuremahulist soojuspumpa, mille soojusvõimsus on üle 1 MW ja mis toodavad soojust kaugküttesse. 2017. aastal oli kaugkütte soojuspumpade koguvõimsus 1580 MW. Need soojuspumbad erinesid suuruse, soojusallika, pealevoolu temperatuuri, külmutusagensi, töörežiimi ja soojusteguri (COP) poolest. Suuremahulisi soojuspumpasid on rajatud Taanis, Soomes, Prantsusmaal, Norras, Itaalias, Šveitsis ja Rootsis. Paljud äsja paigaldatud soojuspumbad kasutavad külmutusagensina R134a, millel on suhteliselt kõrge globaalse soojenemise potentsiaal (GWP). Madala GWP-ga soojuspumpasid, mis kasutavad külmutusagensina looduslikke külmutusagenseid (ammoniaak, CO2), on Taanis kümme, Šveitsis viis, Norras kaks ja Rootsis üks. Lisaks puudub mainitud külmutusagensitel osoonikihi kahandamise potentsiaal.

Kaugküttes on võimalik kasutada soojuspumpasid kahel viisil. Esimene võimalus on rakendada neid kaugküttesüsteemi veetemperatuuri hoidmiseks etteantud tasemel. Teine võimalus on kasutada väikesemahulisi ehk individuaalseid soojuspumpasid lõpptarbijate küttesüsteemides.

Kaugküttes kasutakse tavaliselt vesi-vesi soojuspumpa. Vesi-vesi soojuspump on populaarne, sest suudab madalatemperatuurilisest soojusest toota kõrgemal temperatuuril sooja vett ja kasutada seda kütteks. Kui jahutusvajadus on samaaegne küttevajadusega, suurendab soojuspumpade süsteem jahutus- ja küttesüsteemi tõhusust märkimisväärselt.

4.2.2 Madalatemperatuurilised soojuse allikad

On mitmeid madala temperatuuriga soojusallikaid, mida saab kasutada kaugkütteks. Tavaliselt kasutatakse suuri soojuspumpasid küttekandja temperatuuri tõstmiseks, aga 4. ja 5. põlvkonna kaugkütte korral saab soojust allikatest otse kasutada.

Maasoojus

Maasoojust on võimalik kaugküttes kasutada mitmel moel. Kasutusviis sõltub olulisel määral kättesaadavast temperatuurist, pinnase geoloogilistest omadustest ja soojuse kasutamise eesmärkidest. Maasoojusel on kaks peamist allikat: maapõue kivimites sisalduvate radioaktiivsete elementide lagunemisel eralduv soojus ja kivimitesse salvestunud päikeseenergia. Pinnapealsetes kihtides pärineb soojus päikeselt, kuid sügavuse kasvades suureneb radioaktiivsel lagunemisel eraldunud soojuse osakaal. Maasoojuse kasutamisel on kõige olulisem maapinna parameeter geotermiline gradient, mis näitab temperatuuri muutust sügavuse kasvades. Suurema geotermilise gradiendiga alad on harilikult piirkondades, kus maakoores esineb murranguid ja lõhesid, näiteks laamade piiralad, vulkaanilised piirkonnad ning geoloogilised murranguvööndid.

Geotermaalenergia kasutamiseks on vajalik ka termaalvee olemasolu; loodusliku termaalvee puudumisel on vaja vesi eelnevalt kivimitesse süstida. Eristatakse kinniseid ja lahtiseid geotermilisi süsteeme. Lahtiste süsteemide puhul tekitatakse kivimitesse lõhed, kuhu süstitakse vesi. Kuum vesi pumbatakse tagasi tootmispuuraugust. Kinniste süsteemide puhul maapinda ei lõhestata ja vesi ringleb kinnistes puuraukudes kuivades kuumades kivimites. Mõlemal juhul ulatuvad puuraugud mõnesaja meetri sügavusele maapinna sisse (v.a Island, kus geotermiline gradient on oluliselt suurem ja vajalik temperatuur pinnale lähemal). Harilikult on sellistes süsteemides termaalvee temperatuur ligikaudu 200 °C. Euroopas on geotermaalenergia kasutamises esirinnas Ungari, ka Saksamaal kasutatakse looduslikku termaalvett spaade kütteks.
Maasoojuse kasutamine soojuspumpade abil on samuti väga levinud. Selle eeliseks on hea kättesaadavus, ka on maasoojuspumba efektiivsustegur (COP) parem, võrreldes õhksoojuspumbaga. Maasoojuspumba puhul kasutatakse maapinda salvestunud päikeseenergiat, kuna kontuurid paigaldatakse harilikult üsna maapinna lähedale, vaid allapoole külmumispiiri.

Soojuspumpadel töötavaid kaugküttevõrke on Eestis kolm: Palamuse (aastane soojustarbimine 2300 MWh), Kiikla (aastane soojustarbimine 530 MWh) ja Kaarepere (aastane soojustarbimine 730 MWh).

Palamusel on kaks eraldi kaugküttevõrku, kus soojavajadus on kaetud soojuspumpadega. Soojusallikana kasutatakse põhjavett. Ühes kaugküttevõrgus on Palamuse kool ja selle lisahooned ning teises on tarbijateks elamud (seitse hoonet). Soojuspumbad paigaldati 2013. aastal. Palamuse kooli soojaveevõrgu aastane tarbimine on 830 MWh ja elamute võrgus on aastane tarbimine 750 MWh. Soojuspumpade keskmine aastane soojustegur COP on 2,6.

Palamuse lähedal, Kaarepere külas kasutatakse kaugküttevõrgus soojuse tootmiseks samuti soojuspumpasid. Sarnaselt Palamusega kasutatakse ka Kaareperes soojusallikana põhjavett. Võrgu tarbijateks on kuus elamut ja lasteaed. Võrgu aastane soojustarve on 730 MWh. Pumpade aastane keskmine COP on 2,3. Soojuspumbad paigaldati 2013. aastal nagu Palamuselgi.

Kiikla külas on kaugküttevõrgu soojusvajadus kaetud 400 kW soojuspumbaga, mis kasutab soojaallikana lähedal asuva kaevanduse vett. Soojuspump paigaldati 2012. aastal ja tootja hinnangul peaks keskmine COP olema 4,1. Aastane Kiikla soojaveevõrgu soojustarve on 530 MWh.

Merevesi, jõed ja järved

Soojuspumpade abil saab merevett kasutada kaugkütte soojusallikana. Merevett mõjutavad mitmed muutuvad keskkonnatingimused, eriti pinnavesi. Mida sügavamal on merevee väljatõmbepunkt, seda väiksem on ümbritseva keskkonna mõju merevee temperatuurile.

Kütte jaoks on kriitiline periood talvel, kui merevee temperatuur on kõige madalam ja soojusvajadus sageli kõige suurem. Pinnavesi võib olla külmumispunkti lähedal. Järelikult on väga raske ammutada merest soojust ilma külmumisprobleemideta. Soojuspumbad võivad olla kavandatud suurema mahuga vooluhulkade jaoks, et soojuspumba aurustisse sisse ja sealt välja voolava merevee temperatuuride erinevus oleks väiksem. See nõuab suuremat soojusülekande pinda ja tehniline lahendus muutub kallimaks. Seetõttu oleks kasulikum vett võtta sügavamalt. Nii tehakse suuremahuliste soojuspumpade korral Norras Oslos ja Rootsis Stockholmis. Oslos ammutatakse vett sügavatest fjordidest 800 m kaugusel kaldast, kus veetemperatuur on aasta ringi püsivalt umbes 8–9 °C ja tagasilastava vee temperatuur on 4 °C. Stockholmis võetakse vett 15 m sügavuselt, kus veetemperatuur on talvel 3 °C.

Taanis ei ole tavaliselt lubatud vett tagasi keskkonda viia, kui seda on jahutatud rohkem kui 5 °C võrra. Lisaks ei tohi vett jahutada temperatuurini alla 2 °C, kuid on võimalik teha erandeid. Merevee soojuspumpade puhul tuleb arvestada ka seda, et soolase vee, mineraalide ja merevetikatega kokku puutuvad materjalid vajavad spetsiaalset kaitset (kattematerjalid, lisahooldus, regulaarne puhastamine).

Kaugkütte soojusallikana võib kasutada ka jõe- ja järvevett. Neil on mereveega sarnased temperatuuriomadused. Jõgesid ja järvi võib leida ka sisemaal ning sageli asuvad küttevajadusega linnad suuremate järvede või jõgede lähedal. Samas on jõgede ja järvede soojuslik potentsiaal tavaliselt väiksem kui mereveel; seda piirab kas järve veemaht või jõe veevool. Lisaks võib vee sügavus olla madalam kui meres. Ka võivad veekogu taimed mõjutada soojuspumba jõudlust, mistõttu võivad need vajada regulaarset puhastamist.

Soojusallika võimsust võib hinnata järve veemahu ja jõe vooluhulga järgi. Nende teadmiste ühendamine tagasivoolu temperatuuri kohta kehtivate eeskirjadega võib paika panna võimsuse piirangud.

Reovesi

Reovett võib pidada perspektiivseks soojuspumba soojusallikaks, mida saab kasutada kaugküttes, kuna selle temperatuur on sageli ümbritseva keskkonna temperatuurist kõrgem ja voolu maht on suur.

Tavaliselt kasutatakse puhastusprotsessijärgset reovett, sest reovee bioloogiline puhastamine on tundlik temperatuurimuutuste suhtes ja seda ei tohi häirida. Lisaks võib puhastamata vee kasutamine tekitada puhastusvahendite lisakulu ja nõuda täiendusi soojusvaheti konstruktsiooni osas. Lisaks on kogemus näidanud, et isegi puhastatud reovesi sisaldab rohkelt toitaineid, mis võimaldavad bakterite kasvu. Sellepärast võib sujuva töö tagamiseks vaja minna filtreid ja kohapeal puhastatavaid seadmeid.

Rootsis on paigaldatud palju suuremahulisi soojuspumpasid, mis kasutavad reoveevett soojusallikana, näiteks on Malmös reovee soojuspump, mille soojusvõimsus on 40 MW. Taanis asub suurim reovett kasutav soojuspump Kalundborgis, selle võimsus on 10 MW.

Ülevaate Eesti erinevate soojusallikate veetemperatuuridest leiate jooniselt 4.10. Sealt on hästi näha, milliste allikate temperatuurid on kogu aasta vältel kõige kõrgemad.

Nagu näha, on reovee temperatuur külmade perioodide vältel, kui soojusvajadus on tavaliselt suurim, võrdlemisi kõrge. Järvede, jõgede ja merevee temperatuur on jaanuaris ja veebruaris külmumispunkti lähedal. Seetõttu võib nendest allikatest lisakütte eraldamine kõrge soojusvajaduse perioodidel olla väga keeruline. Soojusvaheti temperatuurierinevus tuleks sellisel juhul üsna väike, mis tingib aga vee suure vooluhulga soojusvahetis, mõjutades seadmele kuluvaid investeeringuid ja seadme suurust. Väga madalate veetemperatuuride ja külmumise vältimiseks tuleks järve-, jõe- ja merevett võtta sügavamalt kui 10 m. Selles sügavuses olevat vett mõjutavad keskkonnatingimused vähem kui pinnal olevat vett ja temperatuur püsib vahemikus 2–4 °C. Seda võib näha järve veetemperatuurist (joonis 4.11), kus on toodud järvevee temperatuurid mõõdetuna järve põhjas nelja meetri sügavusel. Soojusallika temperatuur pole siiski ainus valikukriteerium. Muud olulised parameetrid on näiteks olemasolev soojuslik potentsiaal, kaugus tarbijatest, erivarustus või investeeringud, mis võivad varieeruda sõltuvalt soojusallikast.

Heitsoojus

Tööstuslik üleliigne soojus on soojusallikas, mille temperatuur on tavaliselt kõrgem kui muude siin käsitletud looduslike või mittelooduslike soojusallikate omad. Mitmetes uuringutes on kindlaks tehtud erinevate tööstussektorite liigse soojuse potentsiaal ja võimalik üleliigse soojuse kogus ning vastavad temperatuurid. Tulemused näitasid, et 5% olemasolevast soojusvajadusest oleks võimalik katta tööstuslike termiliste protsesside käigus eralduva üleliigse soojusega. Tööstusliku heitsoojuse kasutamise potentsiaal on suurem tööstuspiirkondades, kus see võib olla integreeritud kohalikesse kaugküttevõrkudesse.

Investeeringute võimaldamiseks ja pikaajalise stabiilsuse tagamiseks on vaja tööstuspartneri ja kaugkütteettevõtte vahelist kokkulepet.

Eestis on juhtivateks tööstusharudeks keemia-, tsemendi- ja puidutööstus ning rafineerimistehased. Nende aastane primaarenergia tarbimine on u 16 000 GWh. Asfaldi- ja toiduainetööstuse aastane primaarenergia tarbimine on 1449 GWh. Asfalditehaseid on Eestis 63 ja tööstusliku heitsoojuse kasutamise mõttes sobivaid toiduainetööstuseid kümme.

4.2.3 Päikesesoojus

Suuri päikesekollektoreid saab kasutada ka kaugküttesüsteemide soojuse tootmiseks. Päikeseküttesüsteemid kasutavad päikesekollektoreid ja vedeliku käitlusseadet soojuskoormuse katmiseks, tavaliselt on süsteemides vaja ka soojussalvestit. Päikesekollektoritena kasutatakse tavaliselt ülitõhusaid kollektoreid, mille hulgas on enim levinud lamekollektorid. Kogu süsteem vajab täiendavat soojuse tootmise võimsust, et tagada tarbijate küttevajaduste rahuldamine vähese päikesepaiste korral või talveperioodil. Seda täiendavat soojust on võimalik toota katlamajade või koostootmisjaamade abil. Neid süsteeme võib kombineerida soojusenergia salvestamisega. Süsteemi eeliseks on, et see kasutab keskkonnasõbralikku CO2-vaba energiaallikat. Aasta jooksul toimuvate temperatuurimuutuste tõttu on küttevajaduse 100%-line katmine vähem kulutõhus kui osalise koormusega katvus. Näiteks Taanis võib päiksekollektorite süsteem katta 10–25% aastasest küttevajadusest. Peamine puudus on suur investeerimiskulu. Teine probleem on kaugküttesüsteemi madal pealevoolu temperatuuri tase, mistõttu saab seda tüüpi lahendust kasutada vaid madalatemperatuurilistes kaugküttevõrkudes. Hooajalise salvestusvõimaluseta tehnoloogia vajab lisaks ka varuenergiaallikat, mis võib põhineda looduslikel biokütustel, jäätmetel, fossiilkütustel, gaasil või soojuspumpadel.

Taanis Silkeborgi linnas asub maailma suurim päikeseküttesüsteem. 156 694 m² (110 MWth) päikeseenergia kaugkütteseade lisati võrku 2016. aastal pärast kõigest seitse kuud kestnud ehitustöid. Munitsipaalettevõte Silkeborg Forsyning kavatseb kasutada päikeseenergiat, et rahuldada 20% küttevajadusest võrgus, kuhu on ühendatud 21 000 tarbijat. Päikeseväli on jagatud neljaks alaväljaks, et sellele ebakorrapärase kujuga maatükile oleks võimalik rajada paigaldus- ja hüdraulikasüsteemid.

4.2.4 Elektriboilerid

Elektriboilerid muundavad elektrienergia soojuseks. Nende peamisteks eelisteks on töörežiimi paindlikkus, head automatiseerimise võimalused, lihtne kasutatavus ja hinnast sõltuv temperatuurirežiim. Peamine puudus on see, et kvaliteetset energiat (elektrit) kasutatakse madalama kvaliteediga energia (soojuse) tootmiseks, vähendades seeläbi protsessi eksergia efektiivsust.

Mis puutub elektriboilerite kasutamisse säästvas kaugküttes, siis lühiajaliselt saab taastuvatest energiaallikatest nagu tuul või päike toodetud elektrienergiat kasutada soojusvajaduse katmiseks või selle salvestamiseks. Teine võimalus on kasutada elektrit soojuse tootmiseks hetkel, kui elektri hind on väga madal.

Seega võib elektriboilerit pidada paindlikuks elektrikoormuseks võrgu abiteenuste toetamisel.

4.3 Soojusenergia salvestamine

Kaugküttesüsteemides ei kattu soojuse tootmine ja tarbimine alati ideaalselt ning ajaliselt tekivad tootmise ja tarbimise vahele tühimikud. Esimest liiki tühimik on tingitud sellest, et tarbimise ja tootmise vahel esineb ajaline vahe. See ajaline vahe võib olla tingitud füüsikalistest põhjustest (päikseenergia katkendlikkus) või tarbimise päevastest muutustest. Teist liiki tühimikud tekivad kaugusest soojusallikate ja tarbijate vahel.

Kui tekib vahe tootmise ja tarbimise vahel, võib juhtuda, et kasutamata soojusenergia läheb raisku. Veelgi enam, kuna soojuse tootmine peab järgima soojuskoormust, võib efektiivsus seetõttu kergesti väheneda. Soojusenergia salvestamise süsteemid on kaasatud kaugkütte ja -jahutuse süsteemidesse eesmärgiga arukalt hallata tarbimise ja tootmise vahelist lõhet. Need toimivad puhvrina tarbimise ja tootmise vahel, võimaldades maksimeerida nii soojuse tootmise ja soojussüsteemide paindlikkust kui ka jõudlust ning tõhustades taastuvate energiaallikate tarka integreerimist soojusvõrkudesse.

Soojusenergia salvestid koosneb soojuskandjast – salvestuskeskkonnast, mida kasutatakse teatud aja jooksul saada oleva soojuse salvestamiseks, et seda hiljem kasutada. Soojussalvestite rakendamine tööstus- ja ehitussektoris võib anda Euroopa Liidus 7,8% energiasäästu aastas.

Soojussalvesti on lihtne ja töökindel tehnoloogia, mis kombineerituna soojusvõrkudesse suurendab nende efektiivsust, paindlikkust ja annab võimaluse lõimida energiatootmisse taastuvenergiaallikaid. Lisaks annab see võimaluse ühendada kaugküttesüsteemi rohkem hooneid, vaatamata füüsilistele piirangutele.

Kaugküttes kasutatakse tavaliselt faasimuutuseta soojusenergia salvestamist, mille puhul saab eristada lühiajalist ja pikaajalist salvestamist. Peamised erinevused soojusenergia pika- ja lühiajaliste salvestite parameetrite vahel on esitatud tabelis 4.4.

Tabel 4.4. Pika- ja lühiajaliste soojussalvestite iseloomulikud parameetrid 

	Lühiajaline salvestamine		Pikaajaline salvestamine
	Kõrgerõhuline salvestamine	Atmosfäärirõhul salvestamine	Süvend-salvesti	Süvend-salvesti
Tmin °C	60–70	60–70	10–12	15
Tmax °C	140–180	98	80–90	90
Maht m3	1000–6000	1000–50 000	60 000–200 000	6000
Salvestusvõime, MWh	Kuni 850 MWh	Kuni 2 GWh	5–15 GWh	Ligikaudu 500 MWh
Maksumus, euro/kWh	20–25	6–20	Madalam kui 0,4	1,8
Salvestustsükli pikkus	1 päev kuni 1 nädal	1 päev kuni 1 nädal	1–2 aastat	1-2 aastat
Efektiivsus	99%	99%	< 81%	81%

4.3.1 Soojusenergia lühiajaline salvestamine

Koostootmisjaamade tööd saab muuta paindlikumaks soojusenergia lühiajalise salvestamise abil. Nende käitamisel tuleks tootmist vähendada hetkedel, kui taastuvenergia (tuul, päike) abil toodetud elekter on kättesaadavam, ja toota rohkem, kui taastuvelektrit on saadaval vähem. Soojussalvesti abil on võimalik katta taastuvenergia ülejäägist 20–25% soojusenergia nõudlusest. Et soojusenergia salvestamine on palju odavam kui elektrienergia salvestamine, võib elektrit kasutada elektriboilerite abil soojuse tootmiseks, mida saab lühiajalise soojussalvesti abil salvestada.

Valdavalt on lühiajalise soojussalvestina kasutusel akumulatsioonipaagid ehk akupaagid.

Akumulatsioonipaagid võivad olla paigaldatud vertikaalselt või horisontaalselt. Nad erinevad konstruktsiooni ja kasuteguri poolest. Vertikaalsete paakide kasutegur on üldiselt suurem kui horisontaalsetel. Akupaakide kasutamine kaugküttes võimaldab suurendada energiasüsteemi efektiivsust.

Olulisemad akupaakide kasud on järgmised:

• toodetud soojuse täielik taastamine; 
• süsteemi efektiivsuse suurendamine; 
• tarbimistippude katmine vajab vähem tootmisvõimsust; 
• koostootmise paindlikkuse suurenemine ning elektri ja soojuse tootmise harmoneerimine; 
• maagaasikatelde väiksem kasutamine tipuhetkedel;
• lühiajaline soojuse taastamine;
• kiire käitamine; 
• töökindluse suurendamine; 
• madalad töös hoidmise kulud. 

Lühiajalisi akupaake on kahte tüüpi: kõrge rõhuga ja atmosfäärirõhul töötavad. Nende peamised erinevused on välja toodud tabelis 4.5. 

Tabel 4.5. Kõrge rõhuga ja atmosfäärirõhul töötavad akupaagid 

Kõrge rõhuga akupaagid

Atmosfäärirõhul töötavad akupaagid

1. Kõrge temperatuuriga kaugküttele (vesi üle 100 °C) 2. Tavaliselt ühendatud otse kaugküttevõrku, kuna salvesti ja torustik töötavad samal rõhutasemel 3.Otsese ühenduse korral võivad toimida ka rõhu reservuaarina Atmosfäärirõhul töötavate akupaakidega võrreldes on tehnoloogia lihtsam, eriti kontrollmehhanismide poolest. Paagis esinevate soojuslike pingete tõttu on võimalik temperatuurivahemik (maks – min) ligikaudu 50–55 °C

1. Madalatemperatuurilisele kaugküttele (< 100 °C) 2. On ühendatud kaugküttevõrku kaudselt,  kuna salvestusmahuti ja kaugküttetorustik töötavad erinevatel rõhutasemetel 3. Kasutatakse mitmeid pumpasid ja ventiile, et hoida õiget rõhuvahet

Kõrge rõhuga akupaagiga kaugküttesüsteemi skeem on esitatud joonisel 4.13. ning atmosfäärirõhule lähedasel rõhul töötava akupaagiga kaugküttesüsteemi skeem joonisel 4.14.

Baltimaade suurim soojussalvesti (joonis 4.15) asub Lätis ja kuulub ettevõttele Latvenergo. Akupaak rajati 2020. aastal Euroopa Liidu Ühtekuuluvusfondi abiga. Soojussalvesti maht on 18 000 m3 ning vastavalt peale- ja tagasivoolu temperatuuridele suudab see salvestada üle 65 000 MWh soojusenergiat aastas. Akupaak on rajatud koostootmisjaama kõrvale. Tänu soojussalvestile on aastane primaarenergia sääst ligikaudu 2500 MWh ning CO2 aastane emissioonide kogus väheneb üle 9000 tonni.

Eesti soojussalvestistest võib välja tuua Saaremaal asuva akupaagi, mis võeti kasutusele aastal 2012, kui Kuressaare Soojus rekonstrueeris vana 400 m3 masuudimahuti. Enne kasutuselevõttu mahuti puhastati ja isoleeriti. Soojussalvesti eesmärk on hommikuse ja õhtuse ning nädalavahetuse soojuse tipukoormuste kompenseerimine kütteperioodi jahedamal ajal. Tänu sellele ei ole vaja lisanduvalt tipukatlaid käivitada ning kogu soojus on võimalik toota Kuressaare koostootmisjaamas. Samuti on soojuse salvestamine hea selleks, et ühtlustada elektri tootmist ööpäeva lõikes. Kuressaare soojussalvesti töötsükkel on enamjaolt üks ööpäev, kuid vajadusel võib salvesti anda soojust ka kogu nädalavahetuse.
Paindlikkuse suurendamiseks tuleks tarka energiasüsteemi lisada elektri ja soojuse sektoreid ühendavad tehnoloogiad, näiteks elektriboilerid ja suuremahulised soojuspumbad.

Elektriboilereid saab kasutada väga madala elektrihinna juures nii soojusenergia tootmiseks kui ka elektrivõrgu stabiliseerimiseks hetkedel, kui võrku on vaja lülitada täiendav suure koormusega tarbija. Toodetud soojust saab kasutada kaugküttevõrgus või säilitada hilisemaks tarbimiseks. Joonisel 4.16 on kujutatud kaugkütte koormuse katmine akupaagiga ja ilma.

4.3.2 Soojusenergia pikaajaline salvestamine

Hooajalisi ehk pikaajalisi salvesteid kasutatakse üldiselt päikeseenergia või elektrijaamade suvise jääksoojuse salvestamiseks, et seda kasutada talvisel perioodil. Seega on laadimise ja tühjendamise tsükleid aasta jooksul vähe ning salvestatava energia kogus väike. Majanduslikult peab hooajaliste salvestite tööshoidmine olema soodne. Seetõttu on hooajalised salvestid võimalikult lihtsa tehnoloogiaga: suuremahulised ja mitte rõhu all olevad süsteemid. 

Pikaajaliste salvestite tüübid on (joonis 4.17):

• soojusenergia paaksalvesti (TTES – tank thermal energy storage);  
• soojusenergia süvendsalvesti (PTES– pit thermal energy storage); 
• soojusenergia puurauksalvesti (BTES – borehole thermal energy storage);  
• soojusenergia põhjaveesalvesti (ATES – aquifer thermal energy storage). 

Paak-soojussalvesti

Paak-soojussalvesti (joonis 4.18 ja 4.19) konstruktsioon on üldiselt tehtud betoonist, terasest või tugevdatud plastikust (kihtelemendid). Betoonist mahutid ehitatakse kohapeal valmistatud betoonist või eeltoodetud betoonelementidest. Lisavooder (polümeer, roostevaba teras) on tavaliselt kinnitatud paagi pinna sisse, et veeauru hajumist takistada ja konstruktsiooni tihendada. Isolatsioon on paigutatud paagi välisele pinnale. Tavaliselt on sellist tüüpi salvestil suured soojuskaod. Üldiselt on maa peale paigutatud suuremahulised teraspaagid (nii soojustatud kui ka soojustamata) tehnika tipptase.

Paak-soojussalvesti eelised on suur soojusmahtuvus, head tööparameetrid (kõrge laadimis- ja tühjendamisvõimsus), vähe piiranguid projekteerimisel, soojuslik kihistumine, hoolduse ja paranduse võimalused.

Puudused on piiratud suurus (< 100 000 m³), suurem primaarenergia vajadus võrreldes teiste salvestitega ja suured paigalduskulud. 

Süvend-soojussalvesti

Süvend-soojussalvestid ehitatakse harilikult endistesse avamaa kruusakaevandustesse ja oma kujult meenutavad nad tagurpidi püramiidi. Süvendsalvestid ehitatakse ilma jäikade konstruktsioonideta, paigaldades voodri (kas soojustusega või ilma) kaevanduse süvendisse. Kui salvestava keskkonnana kasutatakse lisaks veele ka kruusa, mulda või liiva, siis projekteeritakse lisaks voodrile ka mahuti kaas samamoodi nagu mahuti seinad. Veega täidetud süvend-soojussalvesti kaane konstruktsioon on tehniliselt keerukas ja see on kõige kulukam osa energiasalvestist. Tavaliselt ei toeta alumine konstruktsioon kaant ja see ujub vee peal. Temperatuurid mahutis on tavaliselt piiratud voodrimaterjalide omadustega ja jäävad vahemikku 80–90 °C. Süvend-soojussalvestid on üldiselt täielikult pinnasega kaetud. Suurte soojussalvestite korral kasutatakse väljakaevatud mulda, et tekitada kõrgemaid kaldaid salvesti ümber ja tuua salvesti pealmine pind maapinnast veidi kõrgemale.

Süvend-soojussalvesti eelisteks on mõistlikud paigalduskulud, keskmine kuni kõrge vee soojuslik mahtuvus, peaaegu piiramatu maht ja keskmine laadimisvõimsus vee-kruusa segu puhul.

Puudusteks on keeruline ja kulukas kaas, piiratud disain ning keerukas või peaaegu võimatu hooldus ja parandus.

Näited:

• Vojensi süvend-salvesti, 200 000 m³; Lisainfo 
• Marstali süvend-salvesti, 75 000 m³; Lisainfo 
• Dronninglundi süvend-salvesti, 60 000 m³; Lisainfo 
• Grami süvend-salvesti, 122 000 m³. Lisainfo 

Puurauk-soojussalvesti

Puurauk-soojussalvestis kasutatakse maa sisemust salvestuskeskkonnana. Puurauk-soojussalvesti puhul ei ole salvestusmaht selgelt eraldatud ülejäänud keskkonnast. Sobilikud geoloogilised vormid on kivimid või veega küllastunud muld, kus põhjavee vool on tühine. Soojust laetakse või tühjendatakse vertikaalses puuraugus olevate soojusvahetite abil, mis on paigaldatud umbes 30 kuni 100 m sügavusele (mitte sügavamale kui 250 m). Üks selle kontseptsiooni eelis on laiendatavus. Töödeldud maapinna mahu suurendamine on lihtne, tuleb vaid lisada puurauk-soojusvaheteid. Soojusvahetite ühendamisel tuleb arvestada eespool kirjeldatud horisontaalse kihistumisega. Eeliseks on ka madalad paigalduskulud. Puuduseks on madal soojuslik mahtuvus ning laadimis- ja tühjendamisvõimsus. Tavaliselt on soovitatav salvestile lisada soojuspump. Lisaks on puurauk-salvesti puhul asukoha valik üsna piiratud ning külgedel ja põhjal puudub soojustamise võimalus. Sellist liiki salvestis on peaaegu võimatu teha hooldus- ja parandustöid.

Põhjavee soojussalvesti

Põhjaveekihid on veega täidetud maa-alused kivimikihid, mis koosnevad vett läbi laskvatest liiva-, kruusa-, liivakivi- või paekivikihtidest, millel on hea veejuhtivus. Põhjaveekihid sobivad soojusenergia salvestamiseks, kui need on ümbritsetud vett mitte läbi laskvate kihtidega ja põhjavee vool on tühine. Sellisel juhul puuritakse kaks kaevu (või kaevude grupp) põhjavee kihti, mille kaudu sisestatakse vesi põhjavette ja eraldatakse. Soojuse laadimise korral eemaldatakse külm põhjavesi külmast kaevust, kuumutatakse soojusallika või jahutussüsteemi poolt ja sisestatakse sooja kaevu. Tühjendamise korral on voolu suund vastupidine: soe vesi pumbatakse soojast kaevust välja, jahutatakse tarbimise poolt ja süstitakse tagasi külma kaevu. Kahe erineva voolusuuna tõttu on mõlemad kaevud varustatud pumpade ning tühjendus- ja sisestustorudega. Salvestusmahtu ei ole võimalik ümbrusest soojuslikult isoleerida. Vajalikud on väga spetsiifilised geoloogilised ja hüdrogeoloogilised maapinnatingimused, mis tuleb kindlaks teha testpuurimiste ja hüdrogeoloogiliste uurimuste käigus projekti varases staadiumis.

Eelisteks on väga madalad paigalduskulud ja keskmine soojusmahtuvus.

Puudusteks on madal või keskmine laadimis- ja tühjendamisvõimsus, väga piiratud asukohavalik ja suured soojuskaod, kuna seest soojuslik isoleerimine pole võimalik. Tavaliselt on soovitatav lisada süsteemi ka puhver ja soojuspump.

4.4 Kontrollküsimused

1. Milliseid kütuseid kasutatakse kaugküttes Eestis? Milliseid kütuseid kasutatakse kõige rohkem?
2. Mille põhjal valitakse kaugkütte katlamaja katel?
3. Mille poolest erinevad vasturõhuauruturbiin ja vaheltvõttudega auruturbiin?
4. Nimeta kütusevabasid soojusallikaid.
5. Milliseid kütusevabasid soojusallikaid saab kasutada vaid soojuspumba abil, milliseid ilma?
6. Kuidas erineb pika- ja lühiajalise soojussalvesti kasutamine?
7. Kus kasutatakse peamiselt pikaajalist soojussalvestit ja kus lühiajalist?
8. Mille poolest erinevad atmosfäärirõhul töötavad akupaagid ja kõrgsurve akupaagid? Too välja mõlema eelised ja puudused.