Lämmön ja sähkön sektori-integraatiolla voidaan saavuttaa merkittäviä kustannushyötyjä, kirjoittaa Calefa Oy:n osakas Antti Porkka.
Mikä on sektorikytkentä ja miksi sillä on merkitystä?
Sektori-integraatiolla tarkoitetaan eri energiasektoreiden – kuten sähkön, lämmön ja liikenteen – yhdistämistä siten, että ne toimivat yhtenäisesti edistäen tehokasta ja kestävää energian käyttöä. Sen ytimessä on yksinkertainen periaate: energiaa tuotetaan edullisimpaan aikaan ja edullisimmalla tavalla.
Lämmön ja sähkön osalta tämä tarkoittaa, että teollisen mittaluokan lämpövarastot ladataan energiaylijäämän aikana, jolloin sähkö on edullista. Tämä ylijäämäenergia on peräisin esimerkiksi tuuli- tai aurinkovoimasta ja se muutetaan lämmöksi esimerkiksi lämpöpumppujen avulla. Kun sähkön kysyntä puolestaan nousee ja hinnat kallistuvat, varastoitua energiaa sekä kotimaisia polttoaineita otetaan käyttöön joustavasti lämmöntarpeen mukaan.
Lämmön ja sähkön sektorikytkennässä yhdistyy kahden, aikaisemmin erillisen tuotantojärjestelmän parhaat puolet. Lämmön sähköistäminen tuo järjestelmään kaivattua joustavuutta ja usein myös säästöjä kustannuksiin ja hiilidioksidipäästöihin. Samanaikaisesti vanhat, polttamiseen perustuvat lämmitysjärjestelmät tarjoavat varatuotantoa ja turvaa huippukuormituksen aikana tai silloin, kun sähköä ei ole riittävästi saatavilla.
Tämä hybridimalli mahdollistaa koko Suomen energiajärjestelmälle tärkeän sähköistetyn lämmöntuotannon jouston: sähkökattilat ja lämpöpumput voivat vähentää kulutusta sähkön hinnan ollessa korkealla ja tasapainottaa näin sähköverkkoa ja -markkinaa. Vanhoilla vara- ja huippukattiloilla voidaan lisäksi vapauttaa tarvittaessa kapasiteettia takaisin sähköntuotantoon.
Millaiset vaikutukset sektorikytkennällä on käytännössä?
Otetaan esimerkiksi tehdas, jonka energiankulutuksesta suurin osa menee kuivaukseen. Kuivausprosessi toteutetaan tällä hetkellä polttamalla energiaa, ja sen teho on 10 MW.
Tehdas päättää sähköistää lämmöntuotannon lämpöpumpuilla, jotka hyödyntävät kuivauksen hukkalämpöä tehokkaasti:
⦁ Lämpöpumput ottavat talteen 6,5 MW hukkalämpöä.
⦁ Sähköä käytetään 3,5 MW:n edestä.
Primäärienergian kulutus pienenee siis 10 MW:sta 3,5 MW:iin. Kun vanha kattilalaitos jätetään varalle, saadaan sähköjärjestelmään 3,5 MW:n joustoa, mikä vastaa vastaavan suuruisen sähköntuotannon kapasiteettia.
Mikä on kaukolämmön ja uusiutuvan sähkön rooli sektorikytkennässä?
Uusituvan energian investointeja ja käyttöä rajoittaa usein niin sanottu muna/kana-ilmiö, jossa energian kysyntä ja tarjonta ovat epätasapainossa. Uusiutuvan energian osalta kyseessä on tilanne, jossa energian tuottajat eivät investoi uusituvan energian voimaloihin, mikäli uusituvalla sähköllä ei ole riittävästi kysyntää. Yritykset eivät puolestaan investoi uusiutuvaan sähkön käyttöön, jos tuotanto ei ole riittävää tai luotettavaa.
Kaukolämpömarkkinan vuotuinen kulutus Suomessa on noin 37 TWh, kun taas sähkömarkkinan kulutus on 78 TWh. Kaukolämpöverkoilla onkin merkittävä rooli Suomessa uusiutuvan sähkön käytön ja investointien mahdollistajina. Uusiutuvalla energialla tuotettu sähkö voidaan muuntaa lämpöpumpuilla lämpöenergiaksi ja hyödyntää ja varastoida kaukolämpöverkossa. Näin kaukolämpöverkot tarjoavat vakaan kysyntäpohjan uusiutuvalle sähkölle ja edistävät sen tuotantoinvestointeja.
Energiajärjestelmän joustojen kannalta kaukolämpöverkot ovat myös edullinen vaihtoehto: lämpövarastot ovat huomattavasti kustannustehokkaampia kuin sähkön varastointi. Esimerkiksi lämpimän veden varastoiminen on sata kertaa halvempaa kuin sähköenergiavarastointi akkujen avulla. Tämä kustannusetu voi kuroa umpeen eroa kaukolämmön ja sähkömarkkinan kapasiteetin välillä. Suomessa onkin jo Olkiluoto 3:n verran teollisen kokoluokan sähkökattiloita ja lisää rakennetaan.
Sektorikytkentä hyödyttää jokaista energiajärjestelmän toimijaa
Sektorikytkentä on tehokas ja joustava tapa yhdistää eri energiasektoreita.
Sähkön ja lämmön yhdistäminen kaukolämpöverkkojen lämpövarastojen ja hybridimallien avulla tuo joustoa sekä sähkö- että kaukolämpöverkkoihin. Tämä jousto tukee uusiutuvan energian käyttöä ja auttaa tasapainottamaan energiantuotannon ja -kulutuksen vaihteluita.
Murroksessa olevalle energiajärjestelmälle sähkön ja lämmön sektori-integraation tehostaminen onkin lähes välttämätöntä. Lämmön ja sähkön sektori-integraatio tukee niin tulevaisuuden kuin jo nykyhetken kestävää ja energiatehokasta yhteiskuntaa.
Antti Porkka on energiatekniikan diplomi-insinööri, jota kiinnostavat uusien trendien rinnalla myös historialliset kehityskulut ja niiden muovautuminen osaksi tulevaisuutta. Hän on panelistina Verkostomessuilla Palveleva Kaukolämpö FinDHC ry:n järjestämässä seminaarissa, jossa käsitellään ajankohtaisia näkökulmia kaukolämpöverkkojen roolista osana energiaverkkoja.
