Lämmitys, jäähdytys ja sektori-integraatio

Blogit
Miika Rämä

Euroopan energiasektori on murroksessa. Meneillään oleva energiakriisi tekee tästä siirtymästä näkyvämpää kuin koskaan ennen energiajärjestelmien päivittäisessä toiminnassa, ja se muokkaa voimakkaasti myös koko sektorin näkymiä lähitulevaisuudessa. Vaikka päästövähennystavoitteet ovat jo pitkään ohjanneet energiasektorin kehitystä samaan suuntaan, kriisi on vauhdittanut siirtymää edelleen korostaen sen kiireellistä tarvetta. Muutos kohti vähähiilistä Eurooppaa on aina nähty merkittävänä ponnistuksena, mutta tämänhetkinen nopeus tekee muutoksesta dramaattisemman.

Uusiutuvia energialähteitä ja päästötöntä energiantuotantoa tarvitaan sekä sähkön että lämmityksen ja jäähdytyksen osalta. Käynnissä olevan siirtymän seurauksena nämä energiankantajat kytkeytyvät toisiinsa entistä tiiviimmin. Suorien päästövähennysvaikutusten lisäksi lämmitys- ja jäähdytyssektorista voi tulla sektori-integraation kautta olennainen osa yleistä hiilestä irtautumisprosessia.

Esimerkiksi Suomessa tämä kytkeytyminen on jo pitkällä. Suuret kaukolämpöjärjestelmät, sähkön ja lämmön yhteistuotanto sekä lämpöpumppujen käytön lisääntyminen osana lämmöntuotantoa yhdessä kehittyneen Nord Pool -sähköpörssin kanssa merkitsevät, että yhteys lämmitys- ja sähköjärjestelmän välillä on jo merkittävä. Sen merkitys ja mahdollisuudet alkavat kuitenkin nyt vahvistua entisestään. Kansallisten kaukolämpöjärjestelmien yhteenlaskettu koko tekee tilanteesta mielenkiintoisen. Kuva 1 näyttää Suomen yhteenlasketun kaukolämmön kysynnän (arvioitu) ja sähkön kysynnän[1] vuonna 2019. Sähkön kysynnän kausivaihtelu johtuu pääosin sähkö- ja lämpöpumppupohjaisesta lämmityksestä, joten koko lämmityssektorin huippukysyntä on itse asiassa suurempi kuin muu sähkön kysyntä. Tässä kuvassa ei oteta huomioon öljyä, puuta ja muuta biomassapohjaista rakennuskohtaista lämmitystä (kuten pellettejä).

Kaukolämmön ja sähkön kokonaiskysyntä Suomessa vuonna 2019

Kuva 1. Kaukolämmön ja sähkön kokonaiskysyntä Suomessa vuonna 2019.

Hiilestä irtautumisen saavuttamisen kannalta keskeiset teknologiat

Lämmitys- ja jäähdytyssektorin hiilestä irtautuminen on jo itsessään haastava hanke. Euroopan tasolla on vielä paljon tehtävää. Uusiutuvien energialähteiden osuus lämmityksestä ja jäähdytyksestä on vain 23 prosenttia[2]. Lämmityksen ja jäähdytyksen osuus koko energiankulutuksesta on noin puolet.

Kaksi keskeistä teknologiaa, joilla pyritään vastaamaan tähän haasteeseen, ovat kaukolämmitys ja -jäähdytys sekä lämpöpumput. Ensin mainitussa on kyse lämmityksen tai jäähdytyksen jakelun teknologiasta, jossa energia tuotetaan ihannetapauksessa mahdollisimman tehokkaasti paikallisia resursseja hyödyntäen. Jakeluverkko on usein varsin laaja, ja se voi ulottua kokonaisten kaupunkien alueelle. Tämä merkitsee valtavaa, yhteen liitettyä kysyntää. Toisessa teknologiassa eli lämpöpumpuissa on kyse lämmön ja/tai jäähdytyksen tuotantoteknologiasta, jossa sähköenergian avulla lämpöä siirretään alemmalta lämpötilatasolta korkeammalle tasolle erittäin tehokkaasti. Lämpöpumpuilla on useita sovelluskohteita, ja ne ovat olennainen osa tulevaisuuden tuotantorakennetta. Lämpöpumput edustavat vähähiilisiä lämmitys- ja jäähdytysratkaisuja pyrittäessä etenemään sähköntuotannon hiilestä irtautumisessa.

Energiantuotanto on sähköistymässä niin kaukolämpöön ja -jäähdytykseen liitetyissä suuremmissa yksiköissä kuin rakennuskohtaisessa lämmityksessä tai jäähdytyksessä. Vaikka uusiutuvilla polttoaineilla on edelleen tärkeä merkitys, perinteinen polttotekniikkaan perustuva lämmöntuotanto on muuttumassa.

Sektori-integraatio tarjoaa joustavuutta

Yksi sektorikytkentää hyödyntävän energiajärjestelmän tärkeimmistä ominaisuuksista on sen joustavuus. Lämpöenergian varastointiratkaisut ovat tässä oleellinen komponentti. Ne tarjoavat taloudellisen ratkaisun energian suuren mittakaavan varastointiin. Yhdessä sähköistetyn lämmöntuotannon sekä suuren ja yhteenliitetyn lämmönkysynnän (eli kaukolämpöjärjestelmän) kanssa ne tarjoavat merkittävän mahdollisuuden tasapainottaa uusiutuvan sähkön vaihtelevaa tuotantoa. Tämä edustaa vielä osin hyödyntämätöntä potentiaalia koko kaupungin kattavissa kaukolämpö- ja jäähdytysjärjestelmissä, ja tulee kasvattamaan tämän olemassa olevan infrastruktuurin arvoa ja voi myös kannustaa investointeihin uusilla alueilla, kaupungeissa tai maissa.

Toinen esimerkki sektori-integraatiosta on teollisuuden hukkalämmön ja muiden mahdollisten kaupunkiympäristön lämmönlähteiden, kuten datakeskusten, hyödyntäminen. Hukkalämmön laajamittainen hyödyntäminen edellyttää olemassaolevaa kaukolämpöjärjestelmää. Yksi erityinen tulevaisuuden hukkalämmönlähde saattaa olla vedyn tuotanto. Vetytalous toisi toteutuessaan mukanaan valtavan hukkalämpöpotentiaalin ja voisi tarjota merkittävän taloudellisen mahdollisuuden suurten kaukolämpöjärjestelmien lämmöntuotannolle – ja päinvastoin.

Tässä esitetyt esimerkit sektori-integraation mahdollisuuksista lämmitys- ja jäähdytyssektorilla perustuvat enimmäkseen sähköistymiseen ja tiiviimpään kytkentään sähköjärjestelmän kanssa. Joustavuuden tarve, uusien uusiutuvien lähteiden tai hukkalämmönlähteiden hyödyntäminen ja entistä suurempi varastointikapasiteetti voivat kuitenkin vaikuttaa myös itse lämmitysmarkkinoihin. Erityisesti kaukolämmön markkinarakenteesta voi tulla sähkömarkkinoiden kaltainen siten että dynaaminen hinnoittelu heijastaa kulloistakin markkinatilannetta tarkemmin, esimerkiksi tuntiperusteisesti. Tämä voisi kannustaa hajautettuun lämmöntuotantoon (hybridijärjestelmät), joissa mukaudutaan tehokkaasti lämmöntuotantokustannusten muutoksiin. Se voisi myös tarjota sopusointuisen ratkaisun rakennuskohtaisten ja keskitetyn lämmöntuotannon rinnakkaiselolle.

EU on tunnistanut lämmitys- ja jäähdytyssektorin merkityksen lämmitys- ja jäähdytysstrategiassaan[3] jo kuusi vuotta sitten. Tunnistettujen ratkaisujen käyttöönotto on kuitenkin toistaiseksi ollut hidasta. Nykyinen kriisi ja sen myötä toteutuneet riskit muuttavat tilannetta tulevina vuosina.

Kaikkien Euroopan maiden toivomuslistalla tulisi olla leuto talvi sekä päättäväiset ja konkreettiset toimet lämmitys- ja jäähdytyssektoria koskevassa tutkimuksessa, kehittämisessä ja ratkaisuiden toteuttamisessa.

Lähteet:

[1] Fingrid avoin data https://data.fingrid.fi/fi/

[2] Euroopan komissio: Lämmitys ja jäähdytys: https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-efficiency/heating-and-cooling_en

[3] Lämmitystä ja jäähdytystä koskeva EU:n strategia: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/FI/TXT/PDF/?uri=CELEX:52016DC0051&from=EN

Jaa
Miika Rämä
Miika Rämä
Research Team Leader

Uusiutuvan ja hiilineutraalin energian tehokas hyödyntäminen teollisuudessa, liikenteessä ja rakennuksissa on avainasemassa, kun ratkomme ilmastokysymyksiä. Tulevaisuuden puhtaaseen energiajärjestelmään voivat kuitenkin osallistua kaikki – myös me tavalliset ihmiset. Pienilläkin yksilön valinnoilla on suuri vaikutus.

Aiheet
Toimialat
Tutkimusosaaminen