Kohti vähäpäästöistä, neljännen sukupolven kaukolämpöä

Artikkelit
Miika Rämä
Miika Rämä

Kaukolämpö on energiansiirron teknologia, joka mahdollistaa paikallisen lämmöntuotannon hyödyntämisen tehokkaasti, taloudellisesti sekä tuoreiden tutkimustulosten mukaan tulevaisuudessa myös entistä vähäpäästöisemmin.

Lämmitysmuotona kaukolämmöllä on keskeinen rooli Suomessa: jo nyt suurempien kaupunkien asukkaista yli 90 prosenttia asuu kaukolämmitetyissä rakennuksissa. Energiatekniikan alalta tänä vuonna väitelleen tekniikan tohtori Miika Rämän mukaan kaukolämmön edut tulevatkin parhaiten esiin tiheästi asutuilla kaupunkialueilla, joissa kaukolämpöverkon suhteelliset lämpöhäviöt jäävät pieniksi. 

– Yksinkertaistettuna: mitä vähemmän putkimetrejä tarvitaan kulutettua lämpöenergiaa kohden, sitä tehokkaampi siirtoverkko on sekä taloudellisesti että teknisesti, korostaa VTT:llä tutkimustiimin päällikkönä työskentelevä Rämä.

Rämän mukaan nykyistä matalampi lämpötilataso siirtoverkossa voisi edistää uusiutuvien lämmönlähteiden ja hukkalämmön hyödyntämistä. Samalla se laskisi entisestään siirron lämpöhäviöitä ja parantaisi järjestelmään kytkettyjen lämmönlähteiden tehokkuutta. 

– Sekä lämpöpumput että aurinkokeräimet hyötyvät matalasta siirtolämpötilasta, ja myös lämmön talteenotto voimalaitosprosesseista sekä hukkalämmön hyödyntäminen tehostuu, hän lisää.

Energiamurroksen avaintekijä

Rämä arvioi, että kaukolämpö tulee todennäköisesti olemaan tulevaisuudessa hyvinkin merkittävässä roolissa myös kaupunkialueiden energiamurroksessa sekä ilmastonmuutoksen torjunnassa.

Kaukolämpö tullaan näkemään nykyistäkin tärkeämpänä osana kaupunkien infrastruktuuria, sillä se mahdollistaa paikallisten lämmönlähteiden laajemman hyödyntämisen ja hukkalämmön talteenoton tulevaisuudessa.

– Lämmitys- ja jäähdytysratkaisut ovat luonnollinen osa myös Smart City -konseptin mukaista älykästä energiajärjestelmää, ja kaupunkialueella kaukolämpö on osa tätä ratkaisua. Kaukolämmön avulla sähkön ja lämmön sektori-integraatio voidaan toteuttaa laajassa mittakaavassa ja kustannustehokkaasti. Kiertotalousajattelun mukainen lämmön kierrätys on myös järkevämpää kaupunkitasolla kaukolämpöverkon mahdollistamana.

Selkein kehityskohde kaukolämpöjärjestelmille on siirtymä kohti niin sanottuja neljännen sukupolven kaukolämpöjärjestelmiä.

– Tämä tarkoittaa joustavaa, vähähiilisiin ratkaisuihin perustuvaa lämmöntuotantoa, tätä edistävää matalan lämpötilatason siirtoverkkoa sekä yhteistoimintaa sähköjärjestelmän kanssa. Samalla se merkitsee roolia osana muita pitkän aikavälin suunnitteluprosesseja kuten kaupunkisuunnittelua, sanoo Rämä.

Siirtoverkon lämpötilatason laskeminen on Rämän mukaan näistä tärkein yksittäinen tavoite.

– Kaukolämmön osalta tämä vaatii toimia rakennusten lämmönjakelujärjestelmiin, eli kaukolämpöyhtiöiden perinteisen vastuurajapinnan laajentamista. Siirtymän kustannukset kohdistuvat pääosin rakennuksiin, ja hyödyt saadaan enimmäkseen lämmöntuotannolle. Koska näitä edustavat eri tahot (asiakkaat, kaukolämpöyhtiö), tätä epätasapainoa korjaamaan tarvitaan uusia, läpinäkyviä liiketoimintamalleja, joissa hyödyt ja kustannukset jaetaan eri osapuolten välillä reilusti.

Trendinä vähähiilisyys

Tulevaisuuden trendinä on myös vähähiilisten lämmönlähteiden lisääntyvä käyttö kaukolämmön tuotannossa. Vähähiilinen lämmöntuotanto voisi perustua biomassaan, aurinkolämpöön ja muiden luonnon lämmönlähteiden hyödyntämiseen. Myös teollisuuslaitoksista peräisin olevan hukkalämmön kasvava hyödyntäminen ja ydinkaukolämmön käyttöönotto ovat vaihtoehtoja.

– Yleisesti trendinä on lämmöntuotannon sähköistyminen ja polttamisen vähentyminen.

Biomassan alle lukeutuvat puuhakkeen lisäksi myös biokaasu, biopolttoaineet ja -nesteet. Näiden osalta saatavuus on avaintekijä, sillä raaka-aineesta kilpailevat muutkin sektorit kuin lämmitys.

Rämän mukaan lämmönlähteiden hyödyntämisessä lämpöpumput ovat selkeä avainteknologia. Niiden hyödyntäminen pitää sisällään huomattavan määrän erilaisia toteutustapoja varsinaisen lämmönlähteen, kuten esimerkiksi geotermisen energian, ominaisuuksista riippuen. Yksi kiinnostava mahdollisuus lämpöpumppujen osalta on lämmityksen ja jäähdytyksen tuotannon yhdistäminen. Tätä on jo pitkään sovellettu myös Suomessa, esimerkiksi Helsingissä ja Turussa.

Hukkalämpöjen hyödyntäminen on etenkin kaupunkialueilla kiinnostava vaihtoehto, ja erityisesti teollisuuden hukkalämmönlähteiden osalta lämpötilataso voi olla niin korkea, ettei edes lämpöpumppua tarvita.

Ydinkaukolämpö on puolestaan kiinnostava ennemminkin pienten modulaaristen reaktorien (SMR) kuin suurten ydinvoimalaitosten muodossa. Ydinvoimaan perustuvien kaukolämpöratkaisuiden suurimmat haasteet liittyvät regulaation kehittämisen, turvallisuuden varmistamisen ja sosiaalisen hyväksyttävyyden kysymyksiin.

– Vaihtoehtona ydinkaukolämpö on teknisesti toteutettavissa, vaikka kaupalliset SMR-konseptit ovat vielä kehittymässä. Teknologian päästövähennyspotentiaali on näissä kuitenkin kiistaton ja siksi erittäin oleellinen tulevaisuuden vaihtoehto.

Kaukolämmön kehittämisessä monia vaihtoehtoja

Teknologioiden lisäksi vähintään yhtä tärkeää on löytää sopiva yhdistelmä erilaisista vähähiilisistä lämmöntuotantomuodoista ja päästövähennyskeinoista. Erityisesti suuremmissa kaupunkitason kaukolämpöjärjestelmissä mikään yksittäinen tuotantomuoto ei voi olla Rämän mielestä ainoa ratkaisu.

Tuotantomuotojen lisäksi tulisikin pohtia myös rakennusten energiatehokkuutta ja lämmönjakelujärjestelmiä, lämmön kysyntäjoustoa, energian varastointiratkaisuita ja kaukolämpöverkon eli siirron tehostamista sekä paikallisia resursseja yleisesti, olivat ne sitten lämmönlähteitä tai polttoaineita.

Lisäksi teollisuuden ja esimerkiksi datakeskuksien hukkalämpöä voidaan mahdollisesti hyödyntää aiempaa enemmän.

– Samaan aikaan järjestelmän tulisi olla joustava ja toimia vaihtelevaan, uusiutuvaan energiaan perustuvan sähköntuotannon kumppanina tasaamassa sähkön kysyntää ja tarjontaa.

Kaukolämmön kehittämisen pelikenttä tulee todennäköisimmin laajenemaan, eikä se tule rajoittumaan pelkkien tuotantoteknologioiden vertailuun.

– Teknologiat kehittyvät varmasti edelleen, mutta uskon tämän tyyppisen järjestelmäajattelun nousevat vielä aiempaa voimakkaammin esille.

Tiesitkö, että...

Kaukolämmön markkinaosuus Suomessa on 46 prosenttia (2019), ja varsinkin suuremmissa kaupungeissa yli 90 prosenttia asukkaista asuu kaukolämmitetyissä rakennuksissa. Suurin kaukolämpömaa energiassa mitattuna on Kiina, ja yleisintä kaukolämpö on Pohjoismaissa, Venäjällä sekä Itä-Euroopan maissa.

Kaukolämmön tuotantomuodoilla on ratkaiseva rooli sen kokonaispäästöjen kannalta, mutta rakennusten energiatehokkuudella, niiden lämmönjakeluratkaisuilla ja kaukolämpöjärjestelmän siirtoverkon lämpötilatasolla on myös keskeinen asema.

Hyötyjen ja kustannusten reilu ja läpinäkyvä kohdistaminen on esivaatimus siirtymälle matalampiin siirtolämpötiloihin. Hyödyt näkyvät lämmön tuotannossa ja siirrossa (kaukolämpöyhtiö), mutta kustannukset ovat pääosin seurausta vaadittavista rakennustason muutoksista (asiakkaat).

– Tulevaisuudessa matalammat siirtolämpötilat edellyttävät tarkempaa lämpötilojen hallintaa siirtoverkossa, mikä puolestaan korostaa simulointityökalujen merkitystä sekä suunnittelussa että operatiivisessa toiminnassa, VTT:n Miika Rämä sanoo.
 

Teksti:  Nina Garlo-Melkas

 

Jaa