Dmitri Vinnikov, Indrek Roasto ⟩ Tagasi tulevikku: alalisvoolu tagasitulek energiapöörde ajastul

Laadimisseadme turvalisuse tagamiseks on kõikidel laadijatel sisseehitatud alalisvoolu lekkevoolu tuvastamise süsteem. Samuti on kõigis laadijates rikkevoolukaitse koos kaitseautomaadiga. Foto: AS Ensto Ensek

• Alalisvoolu kasutamine suureneb.
• Paljudel on juhtudel on praktilisem kasutada alalisvoolu.
• Holland juhib ELis alalisvoolu kasutuselevõttu.

Inimkond on viimased 130 aastat kasutanud vahelduvvoolu, mida looduses ei esine. Kunstlikult loodud energiakandjal on palju probleeme, mida on tänapäeval tegelikult võimalik vältida, kirjutavad akadeemik ja TTÜ juhtivteadur Dmitri Vinnikov ning TTÜ vanemlektor Indrek Roasto.

Ajalooliselt võttis inimkond esmalt kasutusele alalisvoolu ja liikus alles seejärel üle vahelduvvoolule. Seda sündmust tuntakse ka «voolude sõjana», mis algas hilistel 1880. aastatel. Thomas Edison arendas tollal praktilist alalisvoolupõhist energiasüsteemi kodudele, ärihoonetele ja tervetele linnaosadele. Nende laialdasemat kasutuselevõttu takistas asjaolu, et alalispinget ei osatud tõsta ega langetada. Pinget tõstmata on elektrienergia edastusvahemaa väga piiratud – nt Edisoni alalisvoolusüsteemi piir oli umbes 1,6 km. Seega pidid elektrijaamad paiknema tarbijate läheduses, mis oli linnades kohati väga keerukas ja kulukas.

Edisoni konkurent Nikola Tesla tuli aga välja ideega kasutada vahelduvvoolu, mille pinget oli trafo abil lihtne nii tõsta kui ka langetada. Nii sai vahelduvvoolu edastada väga väikeste kadudega kümnete kilomeetrite taha. Tänu sellele võisid elektrijaamad olla suuremad, neid oli vähem ja nende kasutamine oli kokkuvõttes odavam. Kõrgem pinge võimaldas kasutada peenemaid ja vähem kulukaid juhtmeid. Selliste majanduslike argumentide najal tuli «voolude sõjast» võitjana välja vahelduvvool, mida kasutame valdavalt ka tänapäeval ligi 130 aastat hiljem.

Ometi pole ka alalisvool kuhugi kadunud ja seda on meie ümber üha rohkem. Mida see tähendab? Energiapöörde ajastul, kus fookus on suunatud taastuvenergiale ja energiatõhususe tõstmisele, kasutame iga päev mobiiltelefone, sülearvuteid ja nutitelereid ning paigaldame katustele päikesepaneele ja keldritesse akusalvesteid, hoomamata, et tegu on alalisvooluseadmetega. Veelgi enam, ka enamik mootoritega varustatud seadmeid – külmikud, pesumasinad, soojuspumbad, elektriautod jne – töötaksid paremini otse alalisvoolult. Kuna aga «stepslist» tuleb endiselt vahelduvvool, on kõigis neis seadmetes alaldi, mis muundab vahelduvvoolu neile sobivaks alaliseks.

Paraku toob alaldamine kaasa energiakaod. Siit tekib huvitav mõte: mis oleks, kui kasutaksime hoonetes ainult alalisvoolu? Tänapäeval on see võimalik, sest sajandi jooksul oleme õppinud alalispinget efektiivselt tõstma ja langetama. Alalisvoolusüsteemid on muutnud lihtsamaks, töökindlamaks ja oluliselt tõhusamaks kui traditsioonilised vahelduvvoolulahendused. Seega on üleminek alalisvoolule nüüd mitte ainult võimalik, vaid ka praktiline. Sel on mitmeid eeliseid, nagu loomulik sobivus taastuvenergia ja akutehnoloogiaga, säästlikum materjalide kasutus, sageduse ja tootjate sünkroniseerimisvajaduse puudumine jm. Alalisvool vajab kuni 55 protsenti vähem vaske või alumiiniumi, sest sama võimsuse edastamiseks on vool väiksem ning kaablid õhemad ja kergemad. Tänu väiksemale pingemuundusastmete arvule väheneb ka kogu süsteemi energiakadu kuni 35 protsenti – see tähendab väiksemaid elektriarveid ja väiksemat keskkonnajalajälge.

Paraku toob alaldamine kaasa energiakaod. Siit tekib huvitav mõte: mis oleks, kui kasutaksime hoonetes ainult alalisvoolu? Tänapäeval on see võimalik, sest sajandi jooksul oleme õppinud alalispinget efektiivselt tõstma ja langetama.

Alalisvoolul toimiv hoone on justkui nutikas iseseisev energiasüsteem ehk mikrovõrk, mis toodab (päikesepaneelidest), salvestab (akudes) ja jaotab elektrit maksimaalse tõhususega. Mikrovõrk võib katta oma elektrivajaduse kallitel tiputundidel kohalikust salvestist ja säästa nõnda raha kõrgetelt võrgutariifidelt. Tänu akusalvestitele väheneb alalisvoolu hoonete liitumispunkti võimsus kuni 85 protsenti ja tagatud on ka energiajulgeolek, sest rikete või elektrikatkestuste korral on võimalik n-ö saartalitlus.

Viimastel aastatel on alalisvoolutehnoloogiate innovatsioon maailmas märgatavalt kiirenenud. Holland on võtnud Euroopa Liidus juhtrolli, edendades alalisvoolulahenduste kasutuselevõttu erinevates valdkondades – alates tänavavalgustusest ja elektrisõidukite laadijatest kuni põllumajanduse ja ärihooneteni. Ka Eesti pole sellest kõrvale jäänud. Alates 2021. aastast on Tallinna Tehnikaülikooli jõuelektroonika uurimisrühm arendanud elamute alalisvoolu mikrovõrkude tehnoloogiat ja 2022. aastal asutas ka esimese majapidamiste alalisvoolu kogemuskeskuse Põhja-Euroopas (TalTech Residential DC Innovation Hub). Keskuse eesmärk on luua side teadlaste ja roheenergia ettevõtete vahel, et hoogustada valdkonna innovatsiooni ning kiirendada turuküpsete tehnoloogiate kasutuselevõttu Eestis ja Euroopa Liidus.

Alalisvool ei ole enam pelgalt nišivalik – see on tänapäevane, kestlik ja tulevikukindel lahendus, mis sobitub hästi meie energiasüsteemide arengusuundadega. Kuna kasvab vajadus kestlikkuse, energiasõltumatuse ja varustuskindluse järele, võib eeldada, et lähiaastatel võtab üha enam hooneid, taristuid ja tööstust kasutusele alalisvoolu – mitte nostalgilistel põhjustel, vaid seetõttu, et see on julge ning arukas samm puhtama, nutikama ja energiatõhusama tuleviku suunas.