Tulevaisuuden kaukolämpö -blogisarja, Osa 3: Uusi sukupolvi

Kaukolämpö on tänä päivänä Suomen suosituin lämmitysmuoto: yli puolet suomalaisista asuu kaukolämmitetyssä talossa. Kaukolämpö on myös maailmalla yleinen tapa lämmittää asuntoja erityisesti kaupungeissa, joissa kaukolämpöjärjestelmä on kaikista tehokkain. Vaikka erilaisia kaukolämpöjärjestelmiä on ollut käytössä jo kohta 200 vuotta, on kaukolämmityksen periaate säilynyt pitkälti samana: kaukolämpölaitoksessa kootusti tuotettu lämpöenergia siirretään putkiverkostoa pitkin lämpöä tarvitseville kiinteistöille.

Blogisarjan kahdessa ensimmäisessä osassa kaukolämmön kehitysaskeleet aina 1800-luvulta nykypäivään saakka tulivat tutuiksi. Kuten aiemmin on käynyt ilmi, kaukolämmön kehitys voidaan jakaa sukupolviin. Tällä hetkellä elämme murrosta, jossa kolmannen sukupolven kaukolämpö on väistymässä neljännen sukupolven tieltä. Sukupolvenvaihdokseen johtavia asioita on käsitelty edellisessä kirjoituksessamme.

4GDH – avoimempi, puhtaampi ja kehittyvämpi kaukolämpö

Ensimmäisen sukupolven kaukolämpö mullisti olemassaolollaan kaupunkien lämmittämisen, toisen sukupolven aikana lämmönsiirtoaine taas vaihtui höyrystä veteen. Kolmannen sukupolven aikana kaukolämpöjärjestelmien rakentaminen mullistui tehdasvalmistuksen myötä. Neljännen sukupolven kaukolämpö eli 4th Generation District Heating tai 4GDH, tulee muuttamaan kaukolämpöä vielä dramaattisemmin. Muutoksen keskiössä ovat muun muassa energianlähteet sekä tapa, jolla verkoston potentiaalia hyödynnetään.

Viimeisen sysäyksen sukupolvenvaihdokselle on antanut taistelu ilmastonmuutosta vastaan. Kivihiilen ja muiden fossiilisten polttoaineiden käyttö on muuttunut ajan myötä kannattamattomaksi ja niiden käyttöä on rajoitettu kovalla kädellä. Esimerkiksi Suomi kieltää kivihiilen käytön energiantuotannossa vuodesta 2029 alkaen, joten energia-alan on siis pakko luoda nahkansa. Neljännen sukupolven kaukolämpöön siirtyminen on yksi osa tätä prosessia.

Kaukolämpöverkko on tulevaisuuden energiaväylä

Neljännen sukupolven kaukolämpö on edeltäjiään avoimempi, vähäpäästöisempi ja kehittyvämpi.

– Voidaan jopa sanoa, että kaukolämmön käsite on muuttumassa. Tulevaisuuden kaukolämpöverkot ovat ennemminkin energiaväyliä, joihin voidaan yhdistää useita eri energiantuottajia, pohtii energia-alan asiantuntija Åke Vikstedt.

– Juuri näin. Kaukolämmöstä puhuminen hiilenmustana lämmitysmuotona kertoo ehkä enemmän puhujasta, kuin kaukolämmöstä. Kaukolämpöverkosta saatava lämpö voidaan tuottaa nykyään lukemattomilla eri tavoilla, joista kivihiili on vähemmistössä ja tulee Suomessa poistumaan kokonaan käytöstä lähitulevaisuudessa, toteaa HögforsGST:n toimitusjohtaja Antti Hartman.

Mitä tämä kaikki sitten pitää sisällään? Kaukolämmön kehitystä tutkineet tiedemiehet ovat listanneet viisi neljännen sukupolven kaukolämpöä kuvaavaa ominaisuutta, jotka vapaasti käännettynä kuuluvat seuraavasti:

Mahdollisuus kaukolämmittää uusia ja olemassa olevia rakennuksia matalampia verkostolämpötiloja käyttäen
Mahdollisuus pienempiin verkostohäviöihin matalampien lämpötilojen ansiosta
Mahdollisuus hyödyntää matala-arvoisia hukkalämpöjä ja uusiutuvia energianlähteitä, kuten aurinko- ja tuulienergiaa kaukolämmön tuotannossa
Neljännen sukupolven kaukolämmöllä ja kaukokylmällä on mahdollisuus olla osa suurempaa älykkäiden energiaverkkojen kokonaisuutta (esim. sähkö- ja kaasuverkot)
Kyky varmistaa toiminnan kannalta sopivat suunnittelu-, kustannus- ja motivaatiorakenteet sekä strategiset investoinnit, jotka liittyvät muutokseen tuleviin kestäviin energiajärjestelmiin

Mitä nämä kohdat sitten käytännössä tarkoittavat? Yritetään hieman konkretisoida!

Matalammat lämpötilat kaiken perustana

Kaukolämpöverkossa kiertävä vesi on tällä hetkellä noin 90-asteista. Lämpötila riippuu paljolti lämmitysenergian tarpeesta, eli talvipakkasilla kaukolämpöveden on oltava kuumempaa ja lämpimämmillä keleillä pärjätään hieman matalammilla lämpötiloilla. Kaukolämpölaitokselta kiinteistöille menevän veden lämpötila vaihtelee 65 ja 115 asteen välillä, kun taas paluuverkon lämpötilat ovat useimmiten 40-60 asteen välillä.

Neljännen sukupolven kaukolämmön tavoitteena on alentaa näitä verkostolämpötiloja niin, että menolämpötilan keskilämpötilaa saataisiin laskettua lähemmäs 65 astetta ja paluulämpötilaa jopa noin 25 asteeseen. Sekä meno- että tulolämpötilojen laskemisella on suuri merkitys koko kaukolämpöjärjestelmän energiatehokkuuteen ja samalla myös kustannuksiin sekä päästöihin.

– Nykyaikaisen lämmönsiirtoteknologian ansiosta verkostolämpötilojen alentamista voidaan alkaa toteuttaa asteittain ilman suuria lisäinvestointeja. Nykyiset kolmannen sukupolven kaukolämpöverkot ikään kuin päivitetään vastaamaan neljännen sukupolven vaatimuksia, Hartman valaisee.

Sama suomeksi kuuluu näin: tehokkaampien lämmönsiirtimien ansiosta menovettä ei tarvitse enää turhan päiten lämmittää kiehuvaksi saakka, jotta kiinteistöt saadaan pidettyä lämpimänä. Vähempikin riittää. Mitä enemmän lämpötiloja lasketaan, sitä enemmän säästetään myös rahaa energialaitoksen päässä.

Havainnekuva neljännen sukupolven kaukolämpöjärjestelmän toiminnasta. Kuva on osa 4GDH:sta kertovaa videota, jonka pääset katsomaan kokonaisuudessaan täällä

Lämpötiloja laskemalla saavutetaan muun muassa seuraavia etuja:

Virtaama verkostossa vähenee, mikä pienentää pumppauskustannuksia
Verkoston siirtokapasiteetti kasvaa
Verkoston lämpöhäviöt pienenevät
Sähkön ja lämmön yhteistuotannon (CHP) hyötysuhde paranee
Teollisten lämpöpumppujen ja savukaasupesurien hyötysuhde paranee

Lämpötilojen madaltaminen parantaa siis kaukolämpöverkon tehokkuutta monessa pisteessä. Lämpötilojen madaltaminen on itse asiassa niin merkittävä osa toimivaa neljännen sukupolven kaukolämpöjärjestelmää, että se ansaitsee tulevaisuudessa oman blogikirjoituksensa!

Hukkalämpöjen käyttö on energian kierrättämistä

Maallikon näkökulmasta neljännen sukupolven kaukolämmön huomattavin muutos on energianlähteiden monipuolistuminen. Itse asiassa kaukolämmön toimintaperiaate keikahtaa lähes päälaelleen neljännen sukupolven myötä: asiakkaista nimittäin tulee kaukolämmön tuottajia!

– Neljännen sukupolven kaukolämpöjärjestelmässä asiakkaan rooli voi olla muutakin, kuin pelkkä lämmön loppukuluttaja. Tulevaisuudessa esimerkiksi teollisuuslaitokset tai vaikkapa lähikaupat voivat toimia kaukolämmön pientuottajina myymällä omaa hukkalämpöään kaukolämpöverkkoon, kertoo Vikstedt.

Esimerkiksi Oulussa Kaukovainion alueella paikallisen lähikaupan jäähdytyslaitteistojen lauhdelämpö siirretään kaukolämpöverkkoon lämmittämään lähialueen rakennuksia.

– Entisajan kaukolämpö oli yksisuuntaista: energiaa siirrettiin ”suoralla putkella” energialaitoksesta asiakkaiden käyttöön. Nyt asiakkaiden ja energialaitosten välinen suhde syvenee, kun joistain asiakkaista tuleekin yhtäkkiä lämmöntuottajia! Jos jokin, niin tämä on malliesimerkki kiertotaloudesta, Vikstedt jatkaa.

Pois polttamisesta

Kaukolämpöä ja myös sähköä on kautta aikojen tuotettu polttamalla kivihiiltä, öljyä, jätteitä, puuhaketta tai muuta palavaa materiaalia. Polttaminen on tehokas tapa tuottaa energiaa, mutta sen ongelmana on polttamisesta syntyvät päästöt, kuten hiilidioksidi ja erilaiset pienhiukkaset. Erityisesti fossiilisten polttoaineiden käyttö on sekä kustannus- että energiatehokas tapa tuottaa lämpöä ja sähköä, joten kynnys niistä luopumiseen on ollut korkea. Nyt tilanne on kuitenkin muuttumassa.

– Kivihiilen käyttö on tähän asti ollut kannattavaa, joten siitä ei ole haluttu luopua. Tilanne on kuitenkin muuttumassa muun muassa ympäristötietoisuuden lisääntyessä. Nyt tilalle etsitään kuumeisesti vaihtoehtoisia energianlähteitä, Hartman analysoi.

Kivihiilen korvaajia ei ole varsinaisesti jonoksi asti, mutta tässäkin tapauksessa pienistä puroista muodostuu isompi joki. Vähäpäästöisemmät polttoaineet, kuten biohake ja biokaasu, ovat kohtuullisia vaihtoehtoja. Muita tarjokkaita ovat esimerkiksi edellä mainittu hukkalämpöjen talteenotto, geoenergia ja lämpöpumppulaitokset. Polttamisen rooli lienee tulevaisuudessa olla luotettavana energianlähteenä huippukysynnän aikaan, kun peruskysyntä saadaan katettua muilla energianlähteillä.

Älykkäät energiaverkot ulottuvat halki kaupungin

Monimutkaisempi kaukolämpöverkko ei toimi ilman älykästä valvonta- ja ohjausjärjestelmää. Älyteknologia parantaa verkostojen energiatehokkuutta, toimintavarmuutta ja säästää rahaa.

– Älykäs kaukolämpö on monella tapaa edeltäjiään fiksumpi kokonaisuus. Esimerkiksi yksittäisiin kiinteistöihin asennettavat älykkäät lämmönjakokeskukset hyödyttävät molempia osapuolia: asukkaat saavat tarkkaa tietoa energiankulutuksestaan ja järjestelmän toiminnasta sekä voivat hallita lämmitystä etänä. Energialaitos saa samalla valtavan määrän dataa verkoston toiminnasta, luettelee Hartman.

Myös Vikstedt uskoo älykkäiden ratkaisujen yleistyvän tulevaisuudessa.

– Kaukolämpöverkko on muuttumassa avoimeksi energiaväyläksi, jota esimerkiksi energialaitos ylläpitää ja kontrolloi. Eri kosketuspisteiden lisääntyessä ja verkoston laajentuessa tarvitaan myös kehittyneempää teknologiaa, jotta verkoston toiminnasta saadaan ajantasaista tietoa. Nykyaikainen lämmönjakokeskus on myös datanjakokeskus!

Kohti puhtaampaa tulevaisuutta

Äly, energiatehokkuus, uudet energianlähteet ja yhteisöllisyys. Näihin asioihin tiivistyy neljännen sukupolven kaukolämmön syvä ydin. Nämä ominaisuudet yhdistettynä kasvavaan ympäristötietoisuuteen luovat yhdessä voimakkaan aseen ilmastonmuutosta vastaan. Hartmanin mielestä kaukolämmön sukupolvenvaihdos ei tule hetkeäkään liian aikaisin.

– Asuinrakennusten lämmitys tuottaa noin neljäsosan Suomen hiilidioksidipäästöistä. Päästöt ovat olleet laskussa jo pidemmän aikaa, mutta lisää toimia tarvitaan edelleen. Neljännen sukupolven kaukolämpöratkaisut tulevat siis tarpeeseen.

– Usein taloudellinen hyöty ja ympäristön hyvinvointi ovat ristiriidassa toistensa kanssa, mutta kaukolämmön kehityksessä tilanne on päinvastainen. Energiatehokkuuden parantaminen säästää valtavia summia rahaa ja vähentää samalla päästöjä. Olisi hulluutta jättää energiatehokkuustoimet tekemättä, Hartman jyrähtää.

Energiaa säästävillä teknologioilla on kysyntää myös kansainvälisesti. HögforsGST:n liikevaihdosta noin puolet tulee viennistä ja kysyntä kasvaa entisestään.

– Suomella ja suomalaisilla lämmitysteknologiayrityksillä on maailmalla hyvä maine. Energiatehokkaiden teknologioiden myynnistä kertyy vuosittain satojen miljoonien eurojen vientituotot ja ala työllistää tuhansia suomalaisia. Tässä on siis malliesimerkki siitä, miten ”ilmastohumpalla” on mahdollisuus saada Suomi nousuun, Hartman iloitsee.

HögforsGST:n 4GDH-ratkaisut

HögforsGST tarjoaa jo nyt täysverisiä neljännen sukupolven kaukolämpöratkaisuja, joista hyötyvät sekä yksittäiset kiinteistöt että kaukolämpöverkkoa ylläpitävät energialaitokset. HybridHEAT on poikkeuksellisen energiatehokas lämmitysratkaisu, joka nimensä mukaisesti kykenee hyödyntämään useita eri lämmönlähteitä vaikkapa asuinkerrostalon lämmityksessä. HybridHEAT voi käyttää lämmönlähteenä yhtä aikaa vaikkapa kaukolämpöä, maalämpöä ja poistoilman lämmön talteenottoa. Hybridilämmityksen toiminta on verrattavissa hybridiautoon, joka vuorottelee sähkön ja bensiinin välillä. HybridHEAT vuorottelee samalla tavalla eri lämmönlähteiden välillä.

HybridHEATin toimintaa ohjaa Fiksu-ohjausjärjestelmä. Fiksun rooli erilaisten 4GDH-ratkaisujen hyödyntämisessä on tärkeä, sillä sen avulla lämmitysjärjestelmää voidaan etähallita sekä kerätä tietoa sen toiminnasta. Fiksu parantaa yksittäisen kiinteistön energiatehokkuutta ja tarjoaa samalla energialaitokselle tietoa, jonka perusteella he voivat optimoida toimintaansa ja säästää kustannuksissa.

Työmme ei kuitenkaan vielä ole ohi, vaan tulemme julkaisemaan seuraavien kuukausien aikana useita 4GDH-ratkaisuja, joilla kaukolämpöjärjestelmien energiatehokkuutta voidaan parantaa ja kaukolämmittäjän lämmityslaskua pienentää.

Vaikka blogisarja saatiin päätökseen, 4GDH-matkamme on vasta alussa. Tulevaisuuden blogiartikkeleissa tulemme käsittelemään muun muassa lämmön talteenottoa, energiaremontteja sekä tietenkin neljännen sukupolven kaukolämpöasioita. Seuraa meitä sosiaalisen median kanavissamme, niin pysyt ajan tasalla!