Tuomo Tiainen: Sähkö mukaan kaukolämpölaitoksen polttoainevalikoimaan

Tampereen Energia lisää sähkön osuutta kaukolämmön tuotannossa

Tampereen Energia aloitti sähkön käytön kaukolämmön tuotannossa ottamalla käyttöön ensimmäisen 45 MW sähkökattilan Lielahdessa jo joulukuussa 2022. Kattilasta saatujen hyvien kokemusten perusteella samalle alueelle ollaan nyt rakentamassa uutta yksikköä, jonka kahden sähkökattilan yhteisteho on 100 MW. Yksikköön tulee myös 800 MWh:n ja 15 000 kuutiometrin suuruinen lämpövarasto. Tuomo Tiainen kävi haastattelemassa Tampereen Energian energiamarkkinoiden johtajaa Jukka Jorosta asian tiimoilta.

Miksi sähköä kaukolämmön tuotantoon?

Tampereen Energian päätuote on kaukolämpö, ja sen tuottamiseen on useita eri tapoja. Edullisimpia tapoja lämmön tuottamiseksi kartoitetaan jatkuvasti, ja vuosina 2021 ja 2023 julkaistiin selvitykset aiheesta. Näissä selvityksissä tuulivoima ja sähkö nousivat vahvasti esille mm. uusiutuvan energian tuotantoa suosivan valtion veropolitiikan vuoksi. Samaan aikaan sattunut fossiilista energiaa koskeva kriisi joudutti päätöstä sähkön ja tuulivoiman puolesta.

Tampereen Energian tavoitteena on fossiiliton kaukolämmön tuotanto. Tulevaisuudessa kaukolämpöenergian tuotannossa on kolme tukijalkaa. Tuulivoima ja sähkö muodostavat niistä ensimmäisen. Nopeasti muuttuvien tuotanto-olosuhteiden ja sähkön hinnan vaihteluiden vuoksi tämän komponentin optimointi jopa tuntitasolla on tärkeää.

Toisena tukijalkana on vakaata sähkön ja lämmön tuotantoa edustava biomassan (esim. metsähake ja sahalaitosten sivuvirrat) poltto. Jatkossa siihen tultaneen liittämään syntyvän biogeenisen hiilidioksidin talteenotto ja hyödyntäminen vetytaloudessa.

Havainnekuva Tampereen Energian uudesta Lielahden 100 MW sähkökattilalaitoksesta ja kahdesta lämpöakusta

Kolmannen tukijalan muodostavat erilaiset hukkalämmöt, joiden osuus tulevaisuudessa voi olla kymmeniä prosentteja. Hukkalämmön lähteitä ovat mm. datasalit ja tulevaisuudessa yhä enemmän vedyn tuotantoon ja jatkojalostukseen liittyvät prosessit.

Sähkökattilan hyödyllisyyden kannalta olennaista on sähkön hinnan vaihtelu, ja lämpövaraston avulla hyötyvaikutusta voidaan vielä korostaa. Kattilaa käytetään ja varastoa ladataan halvan sähkön aikaan (esim. yöllä tai edullisten tuuliolosuhteiden aikaan) ja varastoa puretaan verkkoon, kun sähkön hinta on korkealla. Siten tuulivoima ja sähkökattilat lämpövarastoineen tukevat toisiaan.

Sähkökattilat auttavat vähentämään fossiilisten energialähteiden käyttöä kaukolämmön tuotannossa ja lisäävät tuotannon ympäristöystävällisyyttä. Verrattuna polttopohjaisiin energian tuotantomenetelmiin sähkökattilalaitoksen kunnossapitokustannukset ovat myös varsin maltillisella tasolla.

Kokemukset sähkökattilasta hyviä

Ensimmäisen vuoden aikana 45 MW kattila on ollut käytössä aina, kun saatavissa on ollut edullista pörssisähköä. Se valmistui vuoden puolivälissä eli ajallisesti se on ollut käytössä noin puolet vuodesta. Tästä huolimatta se on vuositasolla tuottanut noin 4,5 % kaupungin tarvitsemasta lämmöstä. Määrä vastaa n. 300-600 kerrostalon vuotuista lämmöntarvetta. Suuri merkitys kattilalla on ollut toiminnan tasapainottajana jo nyt, vaikka sen yhteydessä ei ole lämpövarastoa.

Sähkön osuus tuotannosta lisääntyy

Uusinvestoinnin toteuduttua Tampereen Energian sähkökattiloiden yhteenlaskettu tehokapasiteetti on 145 MW. Kun se on käytössä, sähkön osuus kaukolämmön tuotannosta nousee noin 20 prosenttiin sähkön hinnasta ja talven kylmyydestä riippuen. Muita lämmön tuotantomenetelmiä ja varakattiloita kannattaa käyttää, kun sähkön hinta on korkea. Vetytalouden esiinmarssi lisää edelleen sähkön osuutta kaukolämmön tuotannossa, sillä vedyn tuotannossa syntyvä hukkalämpö voidaan käyttää hyväksi kaukolämpönä. Vetytalous ei siten kilpaile kaukolämmön kanssa, vaan järjestelmät tuottavat synergiaetuja toisilleen. Kaukolämpöjärjestelmä syntyi aikanaan sähkön tuotannon sivutuotteena; nyt sähköä itseään käytetään enenevässä määrin kaukolämmön tuotantoon, ja lämmitys tapahtuu vedyn tuotannon sivutuotteena.

Tampereen Energian energiamarkkinoiden johtaja Jukka Joronen

Pörssisähkön hinta merkitsevä

Sähkömarkkinoiden vapautuminen 2000-luvun alkuvuosina toi mukanaan pörssisähkön ja sen myötä sähkön hintavaihtelun. Tuulivoiman ja aurinkoenergian lisääntyminen sähkön tuotannossa on voimistanut tätä vaihtelua. Kaukolämmön tuotantoon käytettävä sähkö ostetaan pörssistä normaalin tarjousmenettelyn perusteella. Muiden tuotantomenetelmien kustannustaso määrittelee sähkön hinnalle ylärajan, jota halvempaa sähköä kaukolämpölaitos tarjoutuu ostamaan sillä hetkellä tarvitsemansa määrän. Sähkön käytön suuri volyymi kaukolämmön tuotannossa mahdollistaa käytön suunnittelun tuntipohjalta, ja jatkossa yhä lyhyempien jaksojen puitteissa. Lämmöntuotannon ympäristöystävällisyys rakentuu pitkälti tämän hintaoptimoinnin varaan. Oman lisänsä tähän optimointitehtävään tuovat järjestelmään kuuluvat lämpövarastot, niiden ominaispiirteet ja ajotaktiikat.

Lämpövarastot lisäävät joustavuutta ja lämmön hintavakautta

Kullakin lämpövarastotyypillä on omat ominaispiirteensä, ja varastoinnin hyötysuhteeseen voidaan vaikuttaa myös sen ajotaktiikalla. Vesivarastoista suurella teräksisellä vesisäiliöllä on yleensä hyvä hyötysuhde kallioon louhittuun vesivarastoon verrattuna, mutta kalliovaraston kokoa voidaan kasvattaa merkittävästi suuremmaksi. Siten myös lämpövaraston suunnittelusta ja käytöstä tulee lämpölaitoskohtainen optimointitehtävä. Hiekka-akkuun voidaan lämpöä varastoida korkeammassa lämpötilassa kuin vesiakkuun, jopa 600 C-asteen lämpötiloihin saakka. Siten hiekka-akut soveltuvat hyvin korkeita lämpötiloja vaativien teollisuusprosessien lämpövarastoiksi. Hiekka-akkua voidaan ladata vain sähköllä, kun taas vesiakun lataamiseen voidaan käyttää myös muilla menetelmillä tuotettua kaukolämpöä.

Taustalla kaukolämmön kilpailukyky

Kaukolämmön keskeisin kilpailija on maalämpö. Kaikki kaukolämpöjärjestelmien kehittämiseksi tehtävä työ, myös sähkön käytön lisääminen lämmön tuotannossa tähtää kaukolämmön pitämiseen kilpailukykyisenä maalämpöön nähden. Hyvät investointituotot ja lyhyet takaisinmaksuajat ovat tässä selvä lisäetu.

Sähkön käyttö kaukolämmön tuotantoon on Suomessa yleistymässä. Tampereen investoinnin lisäksi mm. Espoossa on jo otettu käyttöön Fortumin 100 MW:n sähkökattilalaitos kesällä 2023. Useita muitakin hankkeita on vireillä. Osaltaan tähän on johtanut metsäenergian niukkuus, joka johtuu mm. Venäjältä tapahtuneen puun tuonnin loppumisesta. Se rajoittaa metsäenergian käytön kasvumahdollisuuksia.

Energiantuotannon kulmakivet vahvistuvat

Kaiken energiatuotannon, myös kaukolämmön kulmakivinä ovat kustannustehokkuus. ympäristöystävällisyys ja toimintavarmuus. Tampereen Energian sähkökattilainvestointi vahvistaa kaikkia näitä kulmakiviä ja lisää toiminnan joustavuutta. Omalta osaltaan se takaa vakaan ja kilpailukykyisen vaihtoehdon kaupunkialueen asuntojen sekä toimi- ja tuotantotilojen lämmitykseen. ▲

TEKSTI: TUOMO TIAINEN