Energiainfra ja uudet energiateknologiat (Kaukolämpö, kaukojäähdytys, Rakennusten energiatehokkuus)

Kaukolämpöverkko muuttuu alustaksi

Verkko välittää hukkalämpöjä

Ei mahdu omakotitalon seinälle – kolmen megawatin tehoon tarvitaan iso ilmalämpöpumppuyhdistelmä.

Kaupunkien kaukolämpöverkot ovat arvokas infrastruktuuri, ja niiden käyttöön kannattaa kehittää nykyistä laajempi työkaluvalikoima. Esimerkiksi teollisuuden hukkalämpöjä ja ulkoilman sisältämää energiaa voidaan hyödyntää lämpöpumpuin; kaukolämpöverkko sopii hyvin tällaisten energioiden jakeluun.

VIIME VUOSINA kaukolämpöyhtiöt ovat keränneet vaihtelevaa huomiota. Joissakin kaupungeissa ne käyttävät häikäilemättä monopoliasemaansa ja ovat korottaneet hintojaan tasaiseen tahtiin, joka on heijastunut taloyhtiöiden irrottautumisena kaukolämmöstä ja siirtymisenä yleensä maalämpöön.

Toisaalta joissakin kunnissa kaukolämpöyhtiöitä ei ole myyty yksityissektorille eikä niitä ole valjastettu piiloveroksi kompensoimaan veroäyriä, vaan kunnallinen verkko tarjoaa asukkailleen edullista asumismukavuutta. Molemmissa tapauksissa putkistoa voi käyttää uusin tavoin, ja keskitetyn kattilan lisäksi kiertovettä voi kuumentaa hajautetuilla lämpöpumpuilla.

”Suurissa kaupungeissa erilaiset hukkalämmöt muodostavat pieniä puroja, joita voi hyödyntää kaukolämmön osana. Näyttää vahvasti siltä, että tulevaisuudessa monimuotoiset hybridiratkaisut tuovat hajautettua tuotantoa keskitettyjen kattilalaitosten rinnalle”, sanoo tutkimustiimin päällikkö Miika Rämä VTT:ltä.

Verkossa virtaavan veden lämpötilaa pyritään pudottamaan hyötysuhteen nostamiseksi. Rämä kertoo, että paluuveden jäähdyttäminen lämpöpumpulla on eräs kiinnostava konsepti, joka on erityisen sopiva silloin, kun kattilassa käytetään savukaasupesuria.

Suuri ilmalämpöpumppu

Puumalaan rakennettiin jo 2020 laitos, jossa ulkoilma on pääasiallinen energianlähde. Siinä sovellettiin myös aurinkolämpöä ja suurehkoa lämpöakkua.

Puumalan laitos toteutettiin hakekattilan rinnalle, sillä jo tuolloin oli nähtävissä biopolttoaineiden kysynnän raju kasvu. Tuon jälkeen Venäjän käynnistämä hyökkäyssota on pahentanut tilannetta hakemarkkinoilla entisestään.

KUVA: DARIA TITOVA

”Tässä yhteydessä pääsimme eroon myös tukipolttoaineena käytetystä öljystä. Laitoksen joustavuus auttaa kaikin puolin tehostamaan toimintaamme, ja viemään sen tekniikan alkaneelle vuosikymmenelle”, sanoo toimitusjohtaja Markus Tykkyläinen Suur-Savon Sähkö Oy:stä.

Turun Runosmäessä kaukolämpöä päätettiin tuottaa ulkoilmasta. Nykytekniikalla myös pakkasilmasta saa kaukolämmön vaatimaa, lämmintä kiertovettä.

Turussa tontin ahtaus esti maalämmön käytön, sillä porareikiä olisi tarvittu paljon – yli kolmesataa. Niiden hinta olisi myös ollut tuntuvan korkea, eikä toisaalta hakekattilallekaan saatu rakennuslupaa.

Viimeinen mohikaani

Turun alueella on ollut useita itsenäisiä aluelämpöverkkoja. Niillä on ollut omat raskasöljykattilansa, joiden ikääntyessä yhtiöt ovat siirtyneet fuusiolla Turku Energian osaksi.

Runosmäen aluelämpöverkko on ollut viimeinen itsenäinen, asunto-osakeyhtiöiden omistama toimija, johon on kuulunut lähes 50 asunto-osakeyhtiötä. Yhtiöllä on ollut kolme öljykattilaa, joita ei ole kuitenkaan käytetty vuosikymmeneen; tarvittava energia on hankittu Turun suuremmasta kaukolämpöverkosta.

Valinnassa runosmäkeläiset päätyivät hollolalaisen Calefa Oy:n kehittämään, modulaariseen AmbiHeat -suuren mittakaavan ilmalämpöpumppuun. Konseptissa laitteisto koostuu rinnakkaisista osista, jolloin lämmön tuotto on helppoa muokata yksittäisen kerrostalon tarpeesta aina aluelämpölaitoksen vaatimaan tehoon saakka.

”Uutta lämpölaitosta suunniteltiin alun perin vuosikymmenen verran. Kun hakekattilaa ei voitu toteuttaa, ulkoilmaan perustuvien lämpöpumppujen loppulämpö olikin saatu uudella tekniikalla kaukolämmön kannalta järkevälle tasolle”, kertoo toimitusjohtaja Kimmo Lönnmark Runosmäen Lämpö Oy:stä.

Hänen mukaansa kuluva talvi on osoittautunut paljon paremmaksi kuin miltä tilanne loppusyksystä näytti. Sää on pysytellyt lauhana ja sähkön hinta on jäänyt oleellisesti alemmaksi siitä, miltä ennusteet vielä talven alussa näyttivät.

Runosmäen lämpöpumppu on mitoitettu 3MW teholle ja sen tuotoksi on laskettu noin 20 gigawattituntia vuodessa. Sen odotetaan antavan olosuhteista riippuen noin 70 prosenttia aluelämpöverkon tarpeesta. Lisäksi Runosmäessä on megawatin sähkökattila ja loppu ostetaan kuten aiemminkin Turku Energian verkosta.

Ostoenergian hintaan verrattuna pumpun antaman lämmön hinta on karkeasti ottaen kolmanneksen halvempi. Hyöty tulee laitoksen omistaville taloyhtiöille.

Runosmäen taloyhtiöt ovat suuria, mukana on kuusija yhdeksänkerroksisia taloja. Yhtiöitä on yli 40, ja kussakin on tyypillisesti sata asuntoa. Kun laitos käynnistyi marraskuun lopussa, siitä tuli Suomen suurin ulkoilmasta energiansa ottava aluelämpölaitos. Samalla se on esimerkki tulevaisuuden suunnasta – kiinteistöjen lämmittämisestä polttamattomaan teknologiaan perustuen.

Jotta ilmasta saadaan lämpöä, lämmönvaihtimia pitää olla riittävästi./

Lämpöpumppujen suurvalta

Suomi on kehittynyt alkaneella vuosituhannella eturivin soveltajaksi lämpöpumppujen alueella, josta kertovat lukuisat kansainväliset palkinnot. Maallamme oli hyvä aloitus jo 1980- luvun alussa, mutta se, mikä tekniikassa silloin osattiin, hukattiin joksikin aikaa huonoon yritystalouteen. Kylmä ilmasto yhdistettynä kalliiseen energiaan on kuitenkin ruokkinut osaamista sieltä nykytasolle.

Tekninen kehitys on tuonut hedelmää lämpötilaerojen alueella. Fysiikan ja termodynamiikan peruslait rajoittavat teoreettista hyötysuhdetta sen mukaan, kuinka kylmästä energia koetetaan pumpata hyvin kuumaksi. Tekninen osaaminen on kehittynyt ja pienentänyt rakoa teoreettisen ja käytännössä saavutetun hyötysuhteen välillä.

Nykyisin hukkalämpöjä kerätään datakeskuksista, jätevedestä, sahojen kuivaamoista ja monista teollisuuden virroista. Ilman lämpöpumppuja nämä energiat olisivat olleet liian haaleita hyödynnettäviksi. Nykyisin monissa kohteissa suurin hyöty ei tulekaan lämmön siirtämisestä muihin käyttöihin, vaan energiatehokkuuden tuotantolaitokselle antamasta kapasiteetin kasvusta ja prosessien joustavuudesta.

Teksti: Lauri Lehtinen

Kaukolämpöönkin kysyntäjoustoa

Kaukolämmön tuotannossa saavutetaan suuria säästöjä, kun tehopiikkien tuottamiseksi ei tarvitse turvautua kalliisiin lisäpolttoaineisiin, kuten öljyyn tai kaasuun. Asiakkaina olevat kiinteistöt voivat vähentää lämmitystä, mutta sen tulee tapahtua niin, etteivät asukkaat huomaa sitä luissaan.

Jotta asumismukavuus pysyisi vakiona tehotarvetta kuristettaessa, automaation on toimittava sekä kaukolämpölaitoksen että asiakaskiinteistöjen suuntaan. Tehopiikit ajoittuvat sään vaihteluiden lisäksi asumisen vuorokausirytmin mukaan, kun esimerkiksi lämpimän käyttöveden kulutus on suurinta.

”Me käytämme koneoppimista ja sen laskennassa mallipohjaista ennustetta, jonka algoritmi on kehitetty Suomessa. Yleensä tekoälysovelluksissa käytetään datapohjaista lähestymistä. Silloin suuren datamäärän pohjalta aletaan hakea eri tekijöiden vaikutusta kiinteistön käyttäytymiseen.

Kuitenkin kiinteistöjen kanssa toimittaessa ei oikein voi lähteä siitä, että tekoäly kyllä oppii kokeilujen ja erehdysten kautta. Siksi käytämme mallia, joka on perusalgoritmiltään vaikeampi, mutta sovelias sekä kiinteistön että voimalan puolelta tulevaan ohjaukseen”, kertoo Enermix Oy:n toimitusjohtaja Sami Vatanen.

Hänen mukaansa kysyntäjoustolla on selkeästi osoitettavissa oleva säästöpotentiaali. Tarvitaan sekä energian tuottajien että ostajien lähteminen kunnolla mukaan; ohjauksen työkalut ovat jo olemassa.

Teksti: Lauri Lehtinen