Kaukolämpöverkon kiertovesi on yleensä 65–115-asteista, ja varsinkin pakkaskauden korkeiden huippujen takia energia on viime vuosiin saakka saatu polttamalla öljyä, hiiltä, turvetta tai haketta, usein näitä vuorotellen vuodenajan ja tarvittavan tehon mukaan.

Muutaman viime vuoden ajan on alettu käyttää myös erilaisia hukkalämpöjä, joiden hyödyntämisessä käytetään lämpöpumppuja. Hukkaenergia saadaan yleensä haaleana, vaikkapa parikymmenasteisena, joten se on korotettava verkkoon sopivaksi. Tästä esimerkkinä on vaikkapa Mäntsälä, jossa suuren datakeskuksen jäähdyttämisestä hukkalämpö siirretään asuntojen lämmitykseen.

Suur-Savon Sähkölle valmistui Puumalaan syksyllä 2019 uusi lämpöpumppulaitos, joka tuottaa kaukolämpöä päästöttömästi. Laitos kerää energiaa auringonvalosta ja ulkoilmasta, ja nostaa sen lämpöpumpulla 80-asteiseksi kaukolämmöksi. Lämpimänä vuodenaikana järjestelmä lämpöakkuineen kykenee huolehtimaan yksin verkosta, kylminä kuukausina hakekattila antaa tarvittavan lisäpotkun pakkasen voittamiseksi.

Toimii myös pakkasella

Suurin osa laitoksen energiasta otetaan ulkoilmasta suuritehoisen lämmönvaihtimen avulla. Se toimii kesähelteeltä aina 20 pakkasasteeseen saakka. Keräimen ulkomitat ovat 2,5 kertaa kymmenen metriä, ja korkeutta on noin kaksi ja puoli metriä, joten se mahtuu helposti lämpölaitoksen sivurakennuksen katolle tai lämpöpumppumoduulin katolle.

”Lämmönvaihtimessa on kymmenen suurta, halkaisijaltaan lähes metrin puhallinta, jotka painavat ulkoilmaa auton jäähdyttäjän kennoa muistuttavan lämmönsiirtolamelliston läpi. Energiaa saadaan tässä talteen hyvin tehokkaasti”, kertoo laitoksen suunnitelleen Calefa Oy:n toimitusjohtaja Petri Vuori.

Lämmennyt glykolipohjainen keruuliuos kulkee modernin tekniikan lämpöpumpulle, joka siirtää sen energian kaukolämmön jakelupiiriin. Kyseessä on siis periaatteeltaan tuttu ilmalämpöpumppu, mutta tässä sen mittakaava ja toteutettava lämpötilaero ovat paljon tavanomaista suuremmat; lämpötehoa on 400 kilowattia.

Laitokseen kuuluu myös aurinkolämpökenttä, jossa on Savosolarin kotimaista valmistetta olevat aurinkokeräimet. Niiden yhteenlaskettu keräyspinta-ala on 400 m2, ja keräysliuoksen loppulämpötilaa säädetään tarpeen mukaan. Auringosta saadaan noin neljännes energiasta, ja kolme neljännestä otetaan ulkoilmasta.

Kokonaisuuteen kuuluu myös tehokkaasti eristetty lämpöakku, jonka avulla voidaan puskuroida kulutuksen huippuja. Akku voidaan varata edullisen energian aikana sääennusteen ja kokemuksen tuoman kulutustiedon pohjalta. Vuori huomauttaa, että nykytekniikalla energian varastointi lämpöakkuun on noin sata kertaa edullisempaa kuin sen varastoiminen sähköakkuun.

 

Joustavuus säästää rahaa

Puumalan kaukolämpölaitoksessa on mahdollisuus vuorotella eri lämmönlähteiden välillä niiden kulloistenkin käyttökustannuksen mukaan. Automatiikka seuraa myös sähkön hintaa, ja ohjaa eri osien toimintaa niin, että lopputulos on kuluttajalle edullisinta.

”Laitoksen toimintaa on helppoa optimoida automaattisesti tilanteen mukaan. Sääennusteet kertovat kyllin luotettavasti, missä olosuhteissa kukin osa tulee toimimaan. Mittaamalla ulkolämpötilaa ja ilman kosteutta voidaan esimerkiksi lämmönvaihdinta käyttää niin, että sen sulatus vie niukimmin energiaa”, Vuori kertoo.

Lämpimällä ja lauhalla säällä lämmönvaihtimeen kerääntynyt huurre voidaan sulattaa pelkällä ulkoilman puhalluksella. Pakkassäällä tarvitaan ylimääräistä sulatusenergiaa, mutta se voidaan ottaa edullisesti lämpöakusta. Lämpöpumppua voidaan käyttää myös tehostamaan aurinkokeräinten toimintaa; silloin niihin syötetään kylmempää liuosta päivänpaisteen säteitä keräämään.

Automatiikalla on mahdollista optimoida toimintaa myös sähkön hinnan mukaan. Pörssisähkön tuntikohtaiset hinnat ilmoitetaan aina vuorokautta ennen niiden käyttöä. Siten varsinkin talven kulutushuippujen aikana lämpöpumpulla voidaan ladata lämpöakkua ja minimoida sähkön käyttö varsinkin kalliina aamupäivän tunteina.

Eroon öljystä

Puumalassa kaukolämpö tuotettiin aikaisemmin puuhakkeella toimivalla kattilalla. Hakekattilan yleinen ongelma on, että se toimii moitteettomasti vain suurella teholla. Kesällä, kun lämmityksen ja pesuveden tarve on vähäisempää, kattilaa lämmitettiin kevytöljyllä, koska öljypolttimen säätäminen pienen kuorman mukaan on helpompaa.

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

Hänen mukaansa kaukolämpöala on puun ja kuoren välissä, kun hiilestä luovutaan ja turvetta ajetaan myös alas. Polttoainepula osuu ensiksi rannikolle, ja heijastuu sieltä sisämaahan, kun markkinoilta poistuu noin 36 prosentin osuus kaukolämmön energialähteistä. Samaan aikaan metsäteollisuus käyttää yhä enemmän puuraaka-ainetta, jonka saantia pyritään myös vaikeuttamaan hakkuurajoituksin.

”Hyötysuhteen parantaminen ja tuontipuuhun turvaaminen voisivat olla osaratkaisuja, mutta oman käsitykseni mukaan kannattaa liikkua mega- trendin mukaan. Silloin hyödynnetään uusiutuvia energioita, ja siksi Puumalan laitos on meille mittaluokkaansa suurempi. Tämän avulla saamme kokemusta käytettävyydestä, soveltuvuudesta ja lämpöpumpun ajomalleista.”

Tykkyläinen huomauttaa, ettei kaikilla kunnilla ja kaupungeilla ole teollisuuslaitoksia, joiden hukkalämmöillä asuntoja ja työpaikkoja voitaisi lämmittää. Siksi on tärkeätä kehittää myös sellaisia lämmönkeruutekniikoita, jotka hyödyntävät suoraan auringon ja ympäristön ilmaisenergiaa.

Artikkeli on ilmestynyt TM Rakennusmaailmassa 6/20.

Suomi on täynnä hukkalämpöjä

 

Jämsäläisen sananlaskun mukaan susien kiima-aikana korpi on täynnä hukkalämpöä. Vakavasti puhuen teollisuus ja asuminen tuottavat suuret määrät nyt hukkaan menevää lämpöä, koska haaleita vesi- tai ilmavirtoja ei voi ottaa talteen ilman sopivia lämpöpumppuja. Uudella korkean lämpötilan pumpputekniikalla näistä voidaan tuottaa kuumaa, 80-120-asteista lämpöä, jolle on paljon käyttökohteita.

”Näkemykseni mukaan alkaneella vuosikymmenellä lämmityksessä päästään valtaosin eroon polttamisesta, ja se korvataan jatkuvasti energiaa käyttävien laitosten sivuvirroista saatavilla lämmöillä. Myös puhdistetusta jätevedestä voidaan hyödyntää paljon energiaa. Ainakin kaksi kolmasosaa lämmityksestä voitaisiin toteuttaa uusiutuvilla energialähteillä, ja vain lämmön loppukohotukseen tarvittaisiin polttamista”, Petri Vuori sanoo.

Motiva on arvioinut Suomessa hyödynnettävää säästöpotentiaalia, ja sitä on uusimman arvion mukaan 20 terawattituntia. Kymmenen vuoden takaisessa arviossa sitä oli vain viidesosa tästä. Laajalla lämpötila-alueella toimivat lämpöpumput ovat tämän kehityksen avaintekijöitä.

Kaukolämpöyhtiöt ovat optimoineet verkkojaan, ja nykyään niiden kiertoveden korkein lämpötila on pudonnut sadan asteen tienoille, jolloin lämpöpumpuilla tuotettu energia sopii lähes joka kaupunkiin. Huipputehoja varten tarvitaan yhä kattiloita, mutta niitä voi syöttää esimerkiksi jäte- ja purkupuulla.

Uusilla suomalaistekniikoilla puusta tehdään tekstiilikuitujen ja teollisuuden kemikalien kaltaisia, korkeampia jalosteita. Metsähakkeellekin kannattaisi etsiä polttamista älykkäämpiä ratkaisuja.