Juris Ekmanis

Valsts pētījumu programmas enerģētikā izstrādes rezultāti

Īsumā pastāstīšu, kas aktuāls Valsts pētījumu programmā “Enerģētika”. Programma ir liela, tai ir vairāki uzdevumi. Viens no tiem ir inovatīvas tehnoloģijas – ko darīt, lai diversificētu enerģijas resursus, neaizmirstot CO₂ ierobežošanu un līdz ar to klimata taupīšanu. Es neapstāšos pie visiem programmas mērķiem, gribu uzsvērt to, kas raksturīgs visām mūsu valsts programmām – tās ir lielas daudznozaru pētniecību un praktiskos pielietojumus aptverošas programmas, kuras atļauj iesaistīt lielu skaitu zinātnieku. Agrāk uzskatīja, ka enerģētika ir inženierzinātne, kas šobrīd nebūt vairs tā nav, un to mēs jūtam valsts programmā – tur bez inženieriem – enerģētiķiem, elektrotehniķiem – strādā arī fiziķi, ķīmiķi, pēdējā laikā arī ekonomisti un sociologi. Sabiedrības uztverei ir liela inerce attiecībā uz jaunām tehnoloģijām, un, ja gribam ko jaunu piedāvāt, sabiedrība tam jāsagatavo. Socioloģiskie un ekonomiskie pētījumi parāda, cik sabiedrība ir gatava pieņemt kaut vai zaļo enerģiju, kas bieži prasa papildus izdevumus.

Līdz ar to šī programma aptver lielu daļu Latvijas universitāšu un institūtu, un tas ir viens no programmas lielākajiem sasniegumiem. Mēs esam apzinājuši aktīvos zinātniekus, kuri ir gatavi iesaistīties šādu valstiski svarīgu programmu risināšanā. Programma sastāv no 8 atsevišķiem projektiem, kuri ir cieši sais­tīti. Tā arī ir viena no mācībām, ko esam ieguvuši – kā varam savstarpēji koordinēt šos projektus, kurā brīdī kurš kuram nodod gatavos rezultātus, kuri tiek tālāk izvērsti, un kā tas kopsummā noved pie gala rezultāta.

Konkrētāk par dažiem interesantākajiem projektiem: integrēšanas un patēriņa plānošanas sistēma ir diezgan sarežģīta. Pirmo reizi ir izdevies novest līdz galam matemātisku modeli, kurš it kā ir pietiekami vienkāršs, bet kurš atļauj ļoti daudz ko iepriekš prognozēt. Modelis ir matemātisks un tā matemātiskajā daļā nekā sevišķi oriģināla nav, bet svarīgi, kā mēs šo modeli lietojam. Ideja ir sekojoša: no vienas puses, ir zināmi resursi, ir zināms, kā mēs tos realizējam, ko mēs iepērkam: vai tā ir fosilā vai zaļā enerģija, no otras puses – ir skaidrs, ka visam tam caur sarežģītu komunikāciju un tirdzniecības sistēmu ir jānonāk pie sabiedrības. Šajā ceļā no viena pie otra (piegādei un patēriņam) ir vesela rinda faktoru, kas šo procesu sarežģī. Resursu ir tik, cik ir, ir ekonomiski apsvērumi, tehniski apsvērumi, ir dažādi vides nosacījumi un dokumenti, tai skaitā ES regulas, kas tos regulē. Un arī tie nosacījumi, ko uzliek politiķi – bieži neloģiski. Modelis šobrīd ir novests tik tālu (darbs vēl turpinās), ka varam izdarīt pietiekami interesantus secinājumus. Kas attiecas uz politisko pusi – pirms dažiem gadiem bija politisks uzstādījums daudzveidot energoresursus – būvēsim Liepājā ogļu termoelektrocentrāli. Ielikām to modelī, izrēķinājām, kā tas ietekmēs cenas, kā ietekmēs vidi. Pagāja daži gadi, politiķi lēma – necelsim. Latvijā pieaug zaļās enerģijas – biomasas izmantošana. Tas ir labi, bet kopējo bilanci tas ietekmē maz, jo mēs jau neslēdzam nevienu termoelektrocentrāli vai staciju, kas strādā ar gāzi vai fosilo kurināmo. Jautājums, kā kopējā enerģijas sistēmā iekļaut šo jauno enerģiju – gan piegādi, gan drošību, gan cenu. Ministrijas ļoti uzmanīgi vēro šo modeli un ne sevišķi grib to izmantot. Mūsu uzdevums vēl būs šo pielietojumu izvērst, bet fakts ir tas, ka šāda virtuāla izvērtēšana ir pamats, kā enerģētiku attīstām, ko mēs varam un kas to ietekmē. Jo viss, ko darām, ietekmē enerģijas gala tarifu un mūsu maciņa biezumu.

Mēs nepietiekami domājam arī par energotaupību. Siltinot mājas, siltumenerģiju var regulēt un taupīt, bet Latvijas specifika ir tā, ka mēs dzīvojam pie vidējās gadā temperatūras ~ 0^°C, pie milzīga mitruma. Izejot no šiem apstākļiem ir jāmodelē, kā notiek ēku apsildīšana, ventilācija, kā šis būvniecības process notiek, kādiem jābūt būvnormatīviem, ko ir vērts siltināt un ko nav vērts. Ja mēs ēku ietinam tikai vatē, tas nedod reālu ietaupījumu. Ja necīnīsieties ar mitrumu un neregulēsiet apsildi, siltināšana vien neko nedos.

Nedaudz par alternatīvajiem enerģijas ražošanas veidiem. Visvilinošākie ir saules paneļi, Mums Teikā, Fizikālās enerģētikas institūtā, ir izveidots liels poligons, kur izmēģinām dažādu firmu paneļus, cik tie ir efektīvi. Latvijā daudzas firmas ražo kolektorus, un katra ir pārliecināta, ka tās ražojums ir pats labākais. Kad skatās reālos apstākļos, tas ne vienmēr tā ir. Saules ūdens kolektori, kur siltuma nesējs ir ūdens, ir samērā efektīvi, un apmēram 7–8 mēnešus gadā var strādāt. Ir vairāki projekti, kur šādi kolektori ir uzstādīti uz skolām, internātskolām un pieslēgti apkurei, bet, diemžēl, saule visefektīvāk ūdeni uzsilda vasarā, kad tas ir daudz mazāk vajadzīgs. Latvijā top lieli projekti ar sau­les fotoelektriskiem paneļiem.

Nākošais, ko esam izstrādājuši, attiecas uz vēja ģeneratoriem. Kurzemes piekrastē paredzēts parks, 30 ģeneratori, jautājums ir, kā tos izvietot apvidū, ņemot vērā reljefu, t.sk. mežus. Tie ir augsti masti, ~100 m augsti, kā tos izvietot, lai troksnis, ko tie rada, būtu minimāls apkārtējiem iedzīvotājiem. Par troksni uztraucas gan iedzīvotāji, gan pašvaldības. Šādi iepriekšēji aprēķini parasti ir pašvaldību pasūtījums, kuras vēlas no šādiem agregātiem gūt arī sev kādu labumu, kaut vai zemi izīrējot. Mēs šo trokšņu līmeni varam noteikt un līdz ar to optimizēt ģeneratoru izvietošanu.

Pilnīgi jauns virziens, ļoti perspektīvs un zinātniski interesants, – kā izmantot ūdeņradi. Vilinājums ir milzīgs, jo sadedzinot ūdeņradi, rodas ūdens tvaiks, nav jāuztraucas par izmešiem. Jautājums, kā ūdeņradi iegūt un uzglabāt. Kopā ar LU Cietvielu fizikas institūtu izvērsti pētījumi par ūdeņraža iegūšanu. Vistriviālākā ir elektrolīze, bet šis process ir stipri neefektīvs un dārgs. Katrs uzlabojums, kas šajā procesā tiek panākts, vai tie ir katalizatori vai dažādas impulsu ierīces, ir daudzsološs, tiek nostiprināts ar patentiem, un varam teikt, ka Latvija šajā tēmā ir pirmajās rindās pasaulē.

Otra metode, kas Latvijā ir uzsākta kopā LU CFI un biologiem, ir pētījumi ar fermentējošiem elementiem ūdeņraža iegūšanai bioloģiskā ceļā. Procesa optimizācija ļauj to darīt ļoti efektīvi, jo vairāk tādēļ, ka runa ir arī par notekūdeņu attīrīšanu un papildus vēl ūdeņraža iegūšanu no tiem.

Varam palepoties arī ar biomasas gazifikāciju. Biomasa ir koksne, visvienkāršākais veids ir to sadedzināt, iegūstot siltumu, bet tiešā sadedzināšana ir process ar zemu lietderības koeficientu (~30%). Biomasas gazifikācijas gadījumā, iegūstot deggāzi, procesa efektivitāte ir ~ 70%. Gāze ir transportējama pa gāzes vadu sistēmu un to var pievadīt, kur vajag. Iekārtas ir pietiekami sarežģītas, deggāzes iegūšanai var izmantot tīru koksni, dažādus lauksaimniecības produktu atkritumus, katram ir savas priekšrocības. Cits dod vairāk ūdeņradi, cits dod vairāk pelnu, bet visas tās ir vietējās izejvielas, un tas ir būtiski Latvijai.

Tālāk par dažādu energotaupīšanas metožu ieviešanu Latvijā. Viena no visvilinošākajām (prioritāte RTU) ir apgaismes sistēmu modifikācija. Proti, pāreja uz t.s. LED gaismekļiem, jo to lietderības koeficients ir tuvu 100%. 100 W lampu aizvieto 6–7 W lampa. RTU strādā ne pie pašu gaismas avotu, bet pie to barošanas avotu izstrādes. Ja Rīgā izdotos kaut vai daļu no ielu apgaismojuma nomainīt ar šiem gaismas avotiem, tas būtu nopietns energoietaupījums Latvijai.

Mēs strādājam arī pie jautājuma, kādā veidā jaunos elektroenerģijas avotus – degvielas šūnas – ieslēgt kopējā tīklā. Vēja ģeneratori ir dažādas jaudas, tie ir atkarīgi no tā, kā pūš vējš. Degvielas elementi ir stabili, bet tie savukārt ir zema sprieguma avoti, kas jāpieslēdz kopējā tīklā. Šajā valsts pētījumu programmā nodarbojamies arī ar šo energoelektroniku. Ja ir daudz šādi ģenerējoši avoti, kā piemēram, patlaban notiek sarunas par vēja ģeneratoru izvietošanu jūrā Kurzemes krastā, tad, lai tos ieslēgtu kopējā tīklā, ir vajadzīgas pietiekami jaudīgas elektrolīnijas, kādu tur šobrīd nav. Mūsu zinātniski tehniskais uzdevums ir pateikt, kādas jaudas pārvades līnijas vajag, kā mēs prognozējam vēja staciju attīstību un kā saražoto enerģiju ievadīt kopējā tīklā. T.s. Kurzemes loks ir Eiropas projekts. Šī piekraste ir samērā maz apdzīvota un lielu piegādes līniju līdz šim tur nebija. Ja projekts izdosies un mūsu aprēķini būs pareizi, tad visa šī sistēma tiks pieslēgta centralizētajiem Latvijas tīkliem, kas nav vienkāršs uzdevums. Jo, kā jau teicu, vēja ģeneratori ir nestabils avots. Atkarīgs no laika apstākļiem, no vēja ātruma. Tie var strādāt samērā šaurā vēja diapazonā. Ja vējš par mazu – nevar iekustināt, par lielu – var salauzt spārnus. Bet tas ir viens no zaļās enerģijas avotiem, kas attīstīsies visā pasaulē, arī Latvijā.

Pasaulē attiecībā uz elektroenergo apgādi ir ļoti nopietna ar drošību saistīta problēma. Lielās apvienotās energosistēmas (Latvija caur Lietuvu ir saslēgta ar Zviedriju, caur Igauniju ar Somiju) pārvades līnijās pārvadītās elektroenerģijas daudzums tiek regulēts centralizēti ar ļoti sarežģītiem datortīkliem. Šie datortīkli var kļūt par potenciāliem terora objektiem. Šos vadības tīklus cenšas absolūti droši izolēt no sabiedriskiem tīkliem. Šobrīd tā vēl ir pati vājākā vieta. Tā ir viena no tēmām, kas jārisina. Savulaik mēs priecājāmies, ka optiskie kabeļi tika uzkarināti uz “Latvenergo” augstsprieguma līnijām. Šīs optiskās līnijas tiek lietotas gan sabiedriskiem tīkliem, gan operatoru darbam. Tas viss ar laiku arvien vairāk jānodala, lai nodrošinātu drošību, lai gan par to atkal mums visiem būs jāmaksā.