Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
Puhdas kaukolämpö:
visio Suomelle ja
Helsingille
28.11.2018 | 100% puhdasta kaukolämpöä -aamiainen | Helsinki
Samuli Rinne...
Teknologiamurros vaikuttaa kaukolämpöön väistämättä
2025
Kaksisuuntaiset verkot
Hajautettu ja keskitetty uusiutuva
energia...
Energianlähteet nyt ja tulevaisuuden skenaariossa
Sähkönkulutus 2017 ja tulevaisuuden
skenaariossa, 85 -> 125 TWh/a
Kulutus 2017
Uudet lämpöpumput kaukolämpöverkoissa
Hiile...
Ydin Vesi
Sähköntuotanto 2017 ja skenaariossamme, 85 -> 125 TWh/a
Tulevaisuuden
skenaario
Tuuli
Aurinko
Teoll.
CHP
Kaukolä...
Kapasiteetti 2017 Kapasiteetti 100% fossiilivapaassa skenaariossa
Sähkö Lämpö Sähkö Lämpö
Tuulivoima 2 000 MW 19 000 MW
Au...
Skenaariossamme oletamme, että sähkönkulutus kasvaa 50% nykyisestä. Kasvu tulee liikenteestä, lämpöpumpuista ja teollisuud...
Aurinkosähkön
tuotanto
Tuulivoiman tuotanto
Sähkönkulutus
Yksi vuosi
Sähkönkulutus ja tuuli- ja aurinkosähkön kulutus
tule...
Tuulivoimatuotanto vuoden aikana tunnittain Itämeren alueella 2017
Ydin
Aurinko
Teollisuus-CHP
Kaukolämpö- CHP
Vesi
Tuuli
Kulutus
Sähkönkulutus ja -tuotanto tulevaisuuden skenaariossa
sekunteja minuutteja tunteja päiviä viikkoja kuukausia vuosi
Akut sähkön varastointiin
Kysyntäjousto teollisuusrakennuksis...
Aurinko
Ydin
Teollisuus-CHP
KL-CHP
Vesi
Ylijäämäsähköä varastoidaan pääosin
lämpönä. Kysyntäjousto, sähkökattilat
ja vient...
Noin 10% kulutuksesta on oletettu olevan
ajoitukseltaan joustavaa (sähköautojen lataus,
lämmitys). Lisäpotentiaalia voi lö...
Ylijäämäsähköä voi käyttää lisäjäähdytykseen
rakennuksissa, lämminvesivaraajien ja
sähköautojen lataukseen, teollisuuspros...
Solar
Nuclear
Industrial CHP
District CHP
Hydro
Wind
Tuotannon ja kulutuksen yhteensovittaminen: syksy
Kuvan viikolla on h...
Helsingin kaukolämmöntuotanto tunneittain
skenaariossamme
Helen Oy lämmöntuotannon
kapasiteetti vuonna 2017
Helsingin lämmöntuotannon kapasiteetti 100%
fossiilivapaassa skenaarioss...
Tarvittavat investoinnit Kapasiteetti, MW tai MWh Hinta, €/MW tai €/MWh Investointi, M€ Vuosikustannus, M€
Tuulivoima 3200...
Kaukolämmön laskennallisia menolämpötiloja
Jyväskylän ulkolämpötiloilla 2011-2018
Kaukolämmön tulevan veden lämpötiloja omakotitaloon
lämmönjakokeskuksella Jyväskylässä vuosina 2011-2018
Kaukolämmön menoveden lämpötilan pysyvyyskäyrät,
laskennallinen (ylempi) ja kuluttajalla mitattu.
Jyväskylä 2011-2018.
Miten saadaan energiajärjestelmä rakentumaan ja toimimaan siten että järjestelmän
kokonaiskustannukset ovat mahdollisimman...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Samuli Rinne - Puhdas kaukolampo - visio Suomelle ja Helsingille - 28.11.2018 - Smart Energy Transition - Mediatilaisuus - Aalto-yliopisto - Kauppakorkeakoulu

104 views

Published on

Samuli Rinne - Puhdas kaukolampo - visio Suomelle ja Helsingille - 28.11.2018 - Smart Energy Transition - Mediatilaisuus - Aalto-yliopisto - Kauppakorkeakoulu - Insinööritieteiden korkeakoulu - Aalto BIZ - Aalto ENG

Published in: Environment
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Samuli Rinne - Puhdas kaukolampo - visio Suomelle ja Helsingille - 28.11.2018 - Smart Energy Transition - Mediatilaisuus - Aalto-yliopisto - Kauppakorkeakoulu

  1. 1. Puhdas kaukolämpö: visio Suomelle ja Helsingille 28.11.2018 | 100% puhdasta kaukolämpöä -aamiainen | Helsinki Samuli Rinne, Aalto-yliopisto samuli.rinne@aalto.fi, puh. 0400 543 835
  2. 2. Teknologiamurros vaikuttaa kaukolämpöön väistämättä 2025 Kaksisuuntaiset verkot Hajautettu ja keskitetty uusiutuva energia, hukkalämpö, varastot sekä rakennukset täydentävät toisiaan digitalisaation avulla 2050 Hiilivapaa energiajärjestelmä 1995 Yksisuuntaiset verkot Fossiilinen tuotanto 2010 Yksisuuntaiset verkot Uusiutuva energia keskitetyissä yksiköissä
  3. 3. Energianlähteet nyt ja tulevaisuuden skenaariossa
  4. 4. Sähkönkulutus 2017 ja tulevaisuuden skenaariossa, 85 -> 125 TWh/a Kulutus 2017 Uudet lämpöpumput kaukolämpöverkoissa Hiilen korvaus terästeollisuudessa 50% vain lämpöä tuottavien kattiloiden polttoaineesta korvataan sähköllä Liikenne, 80% polttoaineista korvataan sähköllä
  5. 5. Ydin Vesi Sähköntuotanto 2017 ja skenaariossamme, 85 -> 125 TWh/a Tulevaisuuden skenaario Tuuli Aurinko Teoll. CHP Kaukolämpö- CHP Lauhde Ydin Vesi Tuuli Teoll. CHP Kaukolämpö- CHP Lauhde Tuonti Vienti
  6. 6. Kapasiteetti 2017 Kapasiteetti 100% fossiilivapaassa skenaariossa Sähkö Lämpö Sähkö Lämpö Tuulivoima 2 000 MW 19 000 MW Aurinkovoima 70 MW 4 000 MW Yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto (CHP), kaukolämpö 3 200 MW 4 600 MW 1 500 MW 2 300 MW Ydinvoima 2 700 MW 4 300 MW Lämpöpumput kaukolämpöverkoissa 250 MW 6 000 MW Pelkkää lämpöä tuottavat kattilat 12 000 MW 4 000 MW - 12 000 MW Lauhdevoima 2 000 MW 1 600 MW Sähkökattilat kaukolämpöverkoissa 1 000 MW Sähköntuotantokapasiteetit 2017 ja skenaariossamme. Teollisuus-CHP- ja vesivoimakapasiteetit säilyvät samana (n. 2000 + 2700 MW).
  7. 7. Skenaariossamme oletamme, että sähkönkulutus kasvaa 50% nykyisestä. Kasvu tulee liikenteestä, lämpöpumpuista ja teollisuuden prosesseista. Kaikissa näissä polttoaineita korvataan sähköllä, lämpöpumppujen, akkujen ja sähkövastusten avulla.Koko Suomea ajatellen tämä tarkoittaa noin 4000 uutta tuulivoimalaa. Sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset (CHP, combined heat and power production) voivat suurelta osin olla nykyisiä, teollisuudessa ja kaukolämmön tuotannossa. Uutta kapasiteettia tarvittaneen vain vähän. Vanhoja laitoksia on tosin päivitettävä polttamaan 100% biomassaa. Poistuvat laitokset skenaariossa ovat hiili- tai kaasukäyttöisiä. Jäljelle jääviksi ajatelluissa poltetaan jo nyt biomassaa suurehkoinakin osuuksina. Vesivoiman ja teollisuuden yhdistetyn CHP-kapasiteetin ja vuosienergian on oletettu säilyvän samana kuin nykyään. Vesivoiman tuotannon ajoitusta on kuitenkin muutettu. Lauhdevoimaa skenaariossamme tuottavat pääosin CHP-laitokset ns. lauhdehännillä ja apulauhduttimilla. Varavoimana voivat olla nykyiset kaasuturbiinit, joiden käyttö on nyt ja skenaariossamme kuitenkin varsin vähäistä. Skenaarion ydinvoimakapasiteettiin on luettu Olkiluoto 3, mutta ei muita laitoksia. Toisaalta nykyisiä laitoksia poistuu käytöstä siten, että ydinvoimakapasiteetti ei juurikaan muutu, vaikka Fennovoiman voimala rakennettaisiinkin. Lämmönvarastointikapasiteetin kaukolämpöverkoissa on oletettu kasvavan noin viisinkertaiseksi. Tosin pienempikin lisäys riittää melko hyvin. Esim. Helsingissä Mustikkamaan luolavaraston rakentamisen jälkeen kapasiteettia lienee riittävästi, vaikka periaatteessa vielä suuremmasta kapasiteetista olisi etua. Luvut eivät ole ehdottomia eli toisin sanoen niissä on runsaastikin joustonvaraa. Kokonaisuutena tulee toki huolehtia esim. kapasiteetin riittävyydestä. Jos kapasiteeti ja tekniset ominaisuudet ym. muuttuvat, esitetystä, myös tuotantomäärät luonnollisesti muuttuvat hiukan. Myös markkinajärjestelyt ym. vaikuttavat siihen, mitä todelliset tuotannon ovat.
  8. 8. Aurinkosähkön tuotanto Tuulivoiman tuotanto Sähkönkulutus Yksi vuosi Sähkönkulutus ja tuuli- ja aurinkosähkön kulutus tulevaisuuden skenaariossa tunnittain
  9. 9. Tuulivoimatuotanto vuoden aikana tunnittain Itämeren alueella 2017
  10. 10. Ydin Aurinko Teollisuus-CHP Kaukolämpö- CHP Vesi Tuuli Kulutus Sähkönkulutus ja -tuotanto tulevaisuuden skenaariossa
  11. 11. sekunteja minuutteja tunteja päiviä viikkoja kuukausia vuosi Akut sähkön varastointiin Kysyntäjousto teollisuusrakennuksissa ja varastoissa Varastot eivät tarpeen Lämpövarastot Aurinkosähkö ja -lämpö Tuulivoima Varastot ja kysyntä- jousto Aikajakso: Kysyntäjousto asuin- ja toimistorakennuksissa Tuuli- ja aurinko- energian tuotanto- vaihtelu Sähkön ja lämmön varastointitarve tuuli- ja aurinkoenergian tuotantovaihtelun myötä
  12. 12. Aurinko Ydin Teollisuus-CHP KL-CHP Vesi Ylijäämäsähköä varastoidaan pääosin lämpönä. Kysyntäjousto, sähkökattilat ja vienti ovat myös mahdollisuuksia käyttää ylituotantoa. Tuuli Kun tuuli- ja muu tuotanto ei riitä, kulutusta vähennetään lämmityksessä, sähköautojen latauksessa ja teollisuudessa. Kaukolämpö-CHP ja vesivoima tuottavat täydellä teholla. Biolauhdevoima Sähkönkulutus Viikko tammikuussa Tuotannon ja kulutuksen yhteensovittaminen: talvi
  13. 13. Noin 10% kulutuksesta on oletettu olevan ajoitukseltaan joustavaa (sähköautojen lataus, lämmitys). Lisäpotentiaalia voi löytyä esim. teollisuudesta Aurinko Ydin Teollisuus-CHP KL-CHP Vesi Tuuli Tuotannon ja kulutuksen yhteensovittaminen: kevät
  14. 14. Ylijäämäsähköä voi käyttää lisäjäähdytykseen rakennuksissa, lämminvesivaraajien ja sähköautojen lataukseen, teollisuusprosessien tehostamiseen tai vientiin. Ydin Teollisuus-CHP Kaukolämpö-CHPVesi Tuuli Aurinko Lauhde Tuotannon ja kulutuksen yhteensovittaminen: kesä
  15. 15. Solar Nuclear Industrial CHP District CHP Hydro Wind Tuotannon ja kulutuksen yhteensovittaminen: syksy Kuvan viikolla on hyvin runsaasti tuulivoimaa tarjolla. Näin suuria ylijäämiä voi käyttää esim. kuivausprosesseihin. Tuulisuuden vuoksi kaukolämpö-CHP:tä ei tällä esimerkkiviikolla tarvita lainkaan ja vesivoimakin on enimmäkseen minimiteholla.
  16. 16. Helsingin kaukolämmöntuotanto tunneittain skenaariossamme
  17. 17. Helen Oy lämmöntuotannon kapasiteetti vuonna 2017 Helsingin lämmöntuotannon kapasiteetti 100% fossiilivapaassa skenaariossa Lämpöpumput 100 MW (+ rakenteilla Katri Valan laajennus ja Esplanadin lämpöpumppulaitos yht. noin 50 MW) 1 100 MW, joissa energialähteenä hukka- ja ympäristölämpö sekä lähinnä tuuli- ja aurinkovoima, ja varavoimana biosähkö (CHP) Sähkön ja lämmön yhteistuotanto CHP 1 300 MW, jossa polttoaineina hiili, kaasu, öljy ja biomassa 300 MW (+ 200 MW sähköä), jossa polttoaineena biomassa Lämpökattilat 2 000 MW, jossa polttoaineina lähinnä kaasu, öljy ja biomassa 1 100 - 2000 MW, jossa polttoaineina biomassa sekä esim. tuuli- ja aurinkovoimasta valmistetut synteettiset neste- ja kaasupolttoaineet Sähkökattilat 200 MW, jossa energialähteenä lähinnä tuulivoima Lämpövarastot 2 GWh 15-30 GWh (järjestelmä voi toimia jo hyvin, kun nykyisen 2 GWh:n lisäksi valmistuu rakenteilla oleva 14 GWh:n Mustikkamaan lämpövarasto) Helsingin lämmöntuotanto tulevaisuudessa?
  18. 18. Tarvittavat investoinnit Kapasiteetti, MW tai MWh Hinta, €/MW tai €/MWh Investointi, M€ Vuosikustannus, M€ Tuulivoima 3200 sähköä 1 300 000 4 200 298 Bio-CHP, uusi 250 sähköä 2 000 000 500 36 Bio-CHP, päivitys 100% puulle 1250 sähköä 400 000 500 36 Lämpöpumput 6000 lämpöä 2 400 000 7 200 512 Vain lämpöä tuottavat kattilat, uudet 500 lämpöä 400 000 200 14 Lämpövarastot 100 000 MWh lämpöä 4 000 €/MWh 400 28 + Muuttuvat kulut : Muuttuvat kustannukset Vuosimäärä, MWh Käyttö- ja kunnossapito- kustannus, €/MWh Muuttuvat kustannukset yhteensä vuodessa, M€ Lämpöpumpun muuttuvat 30 000 000 1 30 Puu ja muu biomassa + muuttuvat käyttökulut 10 000 000 30 300 Tuulivoimaloiden huolto 10 000 000 7 70 Sähkön siirto 10 000 000 10 100 Vuosikustannukset yhteensä, arviolta = 1 417 M€ Kokonaisuutena, 1400 M€ / 45 TWh lämpöä/vuosi = 31 eur/MWh
  19. 19. Kaukolämmön laskennallisia menolämpötiloja Jyväskylän ulkolämpötiloilla 2011-2018
  20. 20. Kaukolämmön tulevan veden lämpötiloja omakotitaloon lämmönjakokeskuksella Jyväskylässä vuosina 2011-2018
  21. 21. Kaukolämmön menoveden lämpötilan pysyvyyskäyrät, laskennallinen (ylempi) ja kuluttajalla mitattu. Jyväskylä 2011-2018.
  22. 22. Miten saadaan energiajärjestelmä rakentumaan ja toimimaan siten että järjestelmän kokonaiskustannukset ovat mahdollisimman pienet, päästöt lähes nolla, viitseliäisyydestä palkitaan ja innovaatioille on tilaa? Investoinnit 1. Hahmotellaan avoimella prosessilla, paljonko millaistakin kapasiteettia tulisi olla. Tähän voivat osallistua kaikki. 2. Parhaassa tapauksessa em. kapasiteetti syntyy markkinaehtoisesti siten, että mahdolliset investoijat seuraavat toistensa tekemisiä ja tekevät päätöksiä sen perusteella. Ts. investointeja kannattaa tehdä tiettyyn rajaan saakka, jonka jälkeen investoinnit “kannibalisoivat” toistensa kannattavuutta. Tätä rajaa kannattaa hakea ja pohtia yhdessä (kohta 1). 3. Sähkön hinnoittelurakennetta muutetaan siten, että kuluttajalle tulee tehomaksu, esim. 1000 e/sähkö-kW ja 300 e/lämpö-kW. Tämä on ikäänkuin läpilaskutus investoinnista kuluttajalle (voitto ja riski lisättynä). Hinta määräytyy esim. koko verkon kulutushuipun aikaisen kulutuksen mukaan. 4. Sähkön ja lämmön toimittaja rahoittaa omia investointejaan em. tulolla tai ostaa markkinoilta kapasiteettia. 5. Koska investoinnit ovat pitkäikäisiä, järjestelmässä on pakko olla pelivaraa jos halutaan antaa tilaa nopeasti myös uusille tulokkaille. Tätä voivat tuoda etenkin (vanhat) bio-CHP-laitokset ja aivan huipputehon osalta kaasuturbiinit ja lämmön puolella myös esim. pellettikattilat ja ilma-vesilmpöpumput, mielellään siirrettävinä yksiköinä. Ellei pelivaraa ole, vaan kaikki kapasiteetti on tarkasti käytössä, innovaatiot eivät pääse nopeasti markkinoille (koska ne joutuisivat syrjäyttämään käyttökustannuksiltaan edullisia laitoksia) ja toisaalta tehopulan riski kasvaa. 6. Tarvittaessa Fingrid tai valtion muuten rahoittaa em. “pelivaralaitosten” ylläpitoa ja perii maksun kuluttajilta. Käyttö 1. Sähkön tai lämmön hinta muodostuu kuten sähkömarkkinoilla nykyään eli kulloinkin käynnissä olevien laitosten kallein marginaalikustannus on tuntihinta. Se on kuitenkin pienempi kuin nykyään, minkä vuoksi tarvitaan em. tehomaksu. Kuluttajan sähkö- ja lämpölaskut voivat pysyä melko samoina kuin nykyään, mutta niihin voi vaikuttaa omilla toimillaan enemmän. 2. Kuluttajan kannalta suureksi avuksi on automaatio, joka ottaa vaihtelevan hinnan huomioon etenkin lämmityksessä. Samalla tietty järjestelmän toiminta optimoituu. 3. Sähköveron tulisi olla esim. prosentuaalinen, sekä tehomaksusta että energiamaksusta. 4. Energiayhtiöt voivat halutessaan myydä “tasaavia tuotteita” (kuten nykyään), joilla kuluttajan hintariski pienenee.

×