Fossiiliton kaukolämpö
Vaikka kaukolämmön tuotannon päästöt ovat vähentyneet nopeasti viime vuosina, fossiilisia polttoaineita käytetään vieläkin merkittäviä määriä tuotannossa. Erityisesti lämmityskauden huipputehon tuotannon korvaaminen uusiutuvilla lämmönlähteillä on vaikeaa. Kivihiilen poltto lämmön ja sähkön tuotannossa lopetetaan tämän vuosikymmenen aikana, minkä seurauksena useita lämpölaitoksia on suljettu ja tullaan sulkemaan. Polttoaineiden korkeat hinnat, Venäjän vastaiset pakotteet, sekä jaettavien päästöoikeuksien vähentäminen ovat myös osaltaan vähentäneet fossiilisten polttoaineiden käyttöä kaukolämmön tuotannossa.
Suurelta osin fossiilisia polttoaineita on korvattu lisääntyneellä biomassan käytöllä suomalaisissa lämpö- ja yhteistuotantolaitoksissa. Huoli biomassan riittävyydestä ja luonnollisten hiilinielujen hupenemisesta on lisännyt tarvetta keksiä uusia polttoon perustumattomia lämmönlähteitä. Lisäksi energian tuontikielto Venäjältä on nostanut myös biomassan hintaa Suomessa.
REPower-CEST -projektissa tutkitaan eri keinoja siirtymään fossiilivapaisiin kaukolämpöjärjestelmiin, niiden taloudellista kannattavuutta, ympäristöllisiä vaikutuksia, ja kykyä vähentää sekä fossiilisten polttoaineiden että biomassan käyttöä, ja vaikutuksia sähköjärjestelmään. Tutkimuksessa käsitellään niin tuotannon, varastoinnin kuin jakelunkin merkitystä fossiilivapaissa kaukolämpöjärjestelmissä. Tutkimus keskittyy erityisesti biomassan polttoon perustumattomiin tuotantokeinoihin.
Kaukolämmön tuotannon sähköistäminen
Kaukolämmön tuotannon sähköistämistä tukee erityisesti tuuli- ja aurinkovoiman lisääntyminen sähkömarkkinoilla, mikä mahdollistaa päästöttömän kaukolämmön tuotannon lämpöpumpuissa ja sähkökattiloissa. Lämpöpumpuilla ja sähkökattiloilla voidaan myös tasapainottaa sähköjärjestelmää kuluttamalla sähköä, kun se on halpaa, ja uusiutuvan sähkön tuotanto suurta. Lämpöpumput voivat käyttää lämmönlähteinä erilaisia hukkalämpöjä ja ympäristön lämpöjä. Suurimmat lämpöpumput hyödyntävät esimerkiksi jätevesien hukkalämpöä, ja datakeskuksien yleistyessä, myös niiden hukkalämpöä käytetään kaukolämmön tuotannossa enenevissä määrin.
Myös esimerkiksi ulkoilman ja maaperän lämpöä voidaan käyttää kaukolämmön tuotannossa. Sähkökattilat ovat olleet harvinaisia suomalaisissa kaukolämpöjärjestelmissä, mutta ihan viime vuosina energiayhtiöt ovat alkaneet investoimaan niihin, ja niitä on tulossa valtava määrä Suomeen lähivuosina. Kaukolämmön tuotannon sähköistämistä on pidetty yhtenä merkittävimpinä ratkaisuina fossiilisista polttoaineista luopumiseen ja biomassan polton vähentämiseen. Sähköistämisen vaikutuksien, hyötyjen, ja haittojen tutkimuksella onkin suuri painoarvo tässä osatehtävässä. Sähköistämisen vaikutuksia sähköjärjestelmään tutkitaan mallintamalla Pohjois-Eurooppalaista energiajärjestelmää, ja eri teknologioita tutkitaan kaupunkitason malleilla.
Lämmön varastointi
Lämmön varastoinnilla voidaan tasoittaa kulutuspiikkejä, mikä vähentää kalliiden ja usein fossiilisia polttoaineita käyttävien huippukuormalaitosten käyttöä. Hukka- ja ympäristölämpöjä on usein tarjolla enemmän kesällä kuin talvella. Suurilla lämmön kausivarastoilla voidaan tätä tuotannon ja kulutuksen epäsuhtaa tasoittaa siirtämällä kesällä tuotettua edullista lämpöä talvikuukausille. Lämpövarastot nousevat entistä merkittävämpää asemaan kaukolämmön tuotannon sähköistyessä mahdollistaen tuotannon joustavamman ajoittamisen sähkön hinnan vaihtelujen mukaan. Tästä syystä suurin osa uusista sähkökattilainvestoinneista rakennetaankin lämpövarastojen yhteyteen. Lämpövarastojen kannattavuutta ja vaikutuksia energiajärjestelmiin tutkitaan sekä Pohjois-Eurooppalaisen energiajärjestelmän että kaupunkitason malleissa.
Geoterminen energia kaukolämmön tuotannossa
Vaikka maalämpöpumput ovat yleinen lämmitysmuoto taloyhtiöissä ja omakotitaloissa, maalämmön käyttö kaukolämmön tuotannossa on harvinaisempaa. Tässä osatehtävässä tutkitaan keskisyvien maalämpökaivojen (~2000 m) soveltuvuutta kaukolämmön tuotannossa. Geologian tutkimuskeskus (GTK) osallistuu tutkimukseen kartoittamalla maalämmön saatavuutta Suomessa, ja näiden tulosten perusteella tutkitaan teknologian kannattavuutta kaukolämmöntuotannossa mallintamalla kaukolämpöjärjestelmää kaupunkitasolla.
Matalalämpötilaiset kaukolämpöverkot
Tässä hankkeessa tutkitaan myös matalalämpötilaisten kaukolämpöverkkojen mahdollisuuksia tukea siirtymää fossiilittomaan tuotantoon. Siirtolämpötiloja alentamalla voidaan parantaa erityisesti lämpöpumppujen hyötysuhdetta: lämpöpumput kuluttavat vähemmän sähköä, jos hukka- ja ympäristölämpöjen lämpötilaa ei tarvitse nostaa niin korkeaan siirtolämpötilaan. Matalammat siirtolämpötilat vähentävät myös jakelun ja varastoinnin lämpöhäviöitä, lisäävät biomassan poltosta syntyvistä savukaasuista saatavan lauhdelämmön määrää, ja parantavat yhteistuotantolaitosten sähkön tuotannon hyötysuhdetta.
Asiaa tarkastellaan kokonaisen kaupungin kaukolämpöverkon mittakaavassa, mutta koska siirtymä matalampiin lämpötiloihin tulee todennäköisesti ottamaan kestämään pitkään ja tapahtumaan pala kerrallaan, myös mahdollisuutta eriyttää yksittäinen kaupunginosa matalalämpötilaiseksi alueverkoksi pohditaan.
Ydinkaukolämpö
Viime vuosina useat energiayhtiöt ovat kiinnostuneet ydinenergian mahdollisuuksista kaukolämmön tuotannossa. Kaukolämmön tuotantoon on suunniteltu pienreaktoreita (englanniksi small modular reactor, SMR). Reaktorin pieni koko voisi mahdollistaa niiden sarjatuotannon, minkä on ajateltu vähentävän investointikustannuksia. Reaktoreiden rakenne myös yksinkertaistuu, jos reaktoria käytetään vain lämmön tuotantoon, koska niiden lämpötila- ja painetasojen ei tarvitse olla läheskään yhtä korkealla.
Toisaalta pienreaktoreiden kehitys kaupalliseen tuotantoon on vasta käynnissä, ja ensimmäiset demonstraatiot tulevat tarvitsemaan tukea. Ydinenergialainsäädännön kokonaisuudistus on myös käynnissä, jotta pienreaktoreita olisi mahdollista sijoittaa lähelle asutuskeskuksien kaukolämpöverkkoja. Tässä projektissa syvennytään myös ydinkaukolämmön mahdollisuuksiin ja kestävyyteen.
Lisätietoa
KL-asiakkaiden mitoituslämpötilan laskeminen(avautuu uuteen ikkunaan, siirryt toiseen palveluun)
