Keskustelutilaisuus: Miten Tampere voi siirtyä fossiilittomaan kaukolämpöön? Karoliina Auvinen, Aalto-yliopisto, esitys: Fossiilivapaa kaukolämpö 4.4.2019 Kulttuuritalo Laikku, Tampere

1. Fossiilivapaa
kaukolämpö
Keskustelutilaisuus: Miten Tampere voi siirtyä fossiilittomaan
kaukolämpöön? | 4.4.2019 | Tampere |
Smart Energy Transition -hankkeen vuorovaikutusjohtaja ja tutkija
Karoliina Auvinen, Aalto-yliopisto, karoliina.auvinen@aalto.fi

2. Isot
kaupungit
suuria
hiilen ja
turpeen
polttajia
Kaukolämmön tuottaja Kaupunki Hiili, GWh Turve, GWh
Helen Oy Helsinki 6 895
Turun Seudun
Energiantuotanto Oy Turku 2 808
Fortum Power and Heat Oy Espoo 2 008
Vantaan Energia Oy Vantaa 1 199
Oulun Energia Oy Oulu 1 137
Lahti Energia Oy Lahti 1 090
Kuopion Energia Oy Kuopio 2 649
Jyväskylän Voima Oy Jyväskylä 18 625
Tampereen Sähkölaitos Tampere 628
Lähde: ET,
Kaukolämpötilasto 2017
https://energia.fi/ajankohtaista_ja
_materiaalipankki/materiaalipankk
i/kaukolampotilasto.html

3. Selvitys: Miten lämmitys toimii
fossiilivapaassa Suomessa?
Smart Energy Transition julkaisi 11/2018 keskustelupaperin,
jossa esitettiin:
• 100% fossiilivapaa skenaario Suomelle
• Miten puhdas kaukolämpöverkko toimii
• 100% fossiilivapaa skenaario Helsingin lämmitykselle
Skenaariot laadittiin Energy Plan -mallinnusohjelmalla, jossa tarkastellaan
miten tuotanto ja teho vastaavat kulutukseen vuoden ympäri tuntitasolla
mahdollisimman kustannus- ja resurssitehokkaasti.
http://smartenergytransition.fi/wp-content/uploads/2018/11/Clean-DHC-discussion-paper_SET_2018.pdf

4. Ydin
Aurinko
Teollisuus-CHP
Kaukolämpö- CHP
Vesi
Tuuli
Kulutus
Sähkön kulutus ja tuotanto, fossiilivapaa skenaario
Vuosi tunneittain
MW

5. Sähköistäminen on keino
vähentää fossiilisia
polttoaineita lämpö-, liikenne-
ja teollisuussektoreilla

6. Aurinkolämpö-
keräimiä
Sähkövarasto
Tuulivoimaa
Kaukolämpöverkko
Teollisia
lämpöpumppuja
Vanhoissa rakennuksissa
aurinkosähköä, sähköautoja,
lämpöpumppuja ja lämminvesivaraajia
Uusissa asuintaloissa
aurinkosähköä, sähköautoja ja
lämminvesivaraajia
Toimistotaloissa,
konesaleissa ym.
aurinkosähköä,
sähköautoja,
lämpöpumppuja
ja lämpökaivoja
Joustava bio-CHP
(varavoimana)
Kaukokylmäverkko
Lämpövarastoja
Koulussa
aurinkosähköä
Fossiilivapaa kaukolämpö- ja -kylmäverkko

7. Helsingin kaukolämpö voi toimia
pääasiassa tuulivoimalla ja lämpöpumpuilla
Vuosi tunneittain
Kuinka paljon?
Lämpöpumppuja yhteensä noin 10 kpl Katri Valan laitosta.
Tuulivoimaa noin 170 kpl neljän megawatin turbiinia.
Lisäksi lämpövarastoja, kulutusjoustoa ja joustavaa
bioenergiaa.

8. Helsingin tuotantokapasiteetti ja
energialähteet
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 (+ rakenteilla 14 GWh Mustikkamaan
lämpövarasto)
15-30 GWh (järjestelmä voi toimia jo hyvin, kun
Mustikkamaan lämpövarasto valmistuu)

9. • Hanasaaren ja Salmisaaren hiilivoimaloihin
sijoitettaisiin datakeskukset, joiden tuottama
hukkalämpö toimisi kaukolämmityksen
lämmönlähteenä.
• Noin 30-asteinen hukkalämpö johdettaisiin
voimalan yhteyteen sijoitettaviin isoihin
lämpöpumppuihin, jotka nostaisivat lämmityksen
menoveden lämpötilan tarvittavaan 85-90
asteeseen. Talvipakkasia varten Wärtsilän malliin
kuuluvat myös Wärtsilän markkinoimat
maakaasukäyttöiset moottorivoimalat, joiden avulla
kaukolämmön menoveden lämpötila nousisi talvella
vaadittuun 120 asteeseen.
• Wärtsilä laskee, että sen esittämällä mallilla
kaukolämmön tuotantokustannukset ovat jo nyt
10% pienemmät kuin nykyisten hiilivoimaloiden
tuottama lämpö. Kustannussäästö liittyy mm.
siihen, että lämpöpumppujen tarvitsema sähkö tulisi
tuulivoimasta, joka on nyt sähkömarkkinoiden
halvinta sähköä Suomessa.

10. Käynnissä on globaali energiamurros,
joka vaikuttaa Suomeen väistämättä
• Ilmastonmuutos
• Teknologian kehitys
• Aurinkopaneelien, akkujen, sensorien,
lämpöpumppujen, ledien jne. hinnat halpenevat
• Digitalisaatio

11. Teknologiamurroksissa yrityskenttä ja
liiketoimintamallit uudistuvat
Fossil fueled industry
Clean energy
industry

16. Kaukolämmön lähteet:
hukkalämpö noin 85%
ja maakaasu noin 15%
Lähde: Calefa Oy

17. https://yle.fi/uutiset/3-10133161

18. Aurinkolämpö ja lämmön kausi-
varastointi Kanadan Ototoksissa
52 rakennusta, aurinkoenergian
osuus 85%, pakkasta jopa -33 °C
REFERENCE / SOURCES: http://task45.iea-shc.org/data/sites/1/publications/IEA-SHC-T45.B.3.1-TECH-Seasonal-storages-Borehole-Guidelines.pdf ;
https://www.rehau.com/us-en/mechanical-and-plumbing/geothermal-ground-loop/project-profiles/drakes-landing ; https://www.dlsc.ca/DLSC_Brochure_e.pdf
2 293 m2
144 Boreholes - 33 700 m3
2x120 m3

19. District heating with high temperature
heat pump in Drammen, Norway
• 63 000 inhabitants
• total 45 MW peak district
heating network
• 13 MW heat pump
• 30 MW gas fired boiler
(back-up for the peak duties)
• 8 MW biomass boiler
• heat pump covers 85% of
the district heating
demand
REFERENCE / SOURCE: http://www.ehpa.org/homepage/?eID=dam_frontend_push&docID=3104 ;
http://www.ehpa.org/technology/best-practices/large-heat-pumps/drammen-district-heating-norway/

20. High temperature heat pump in
Drammen, Norway
● System COP 3,05 at 90°C
● Financial savings: 4 000 000 €/year vs.
burning fossil fuels
● Environmental savings:
○ 6 700 000 litres/year less demand of
fossil fuels
■ equivalent of - 101 000 000 km/year
less driving
○ CO2 reduction: - 12 663 tons/year
HEAT PUMP Summer Winter
Heating
Capacity
2 MW 13.2
MW
Heat source Sea water cooling
from 8°C to 4°C
Heat sink-
Water loop
temperature
60 °C to
80°C
60°C to
90°C
COP 2.8 3.05

21. Solar district heating with seasonal
ground storage in Crailsheim, Germany
260 buildings, solar fraction 51%
REFERENCE / SOURCE:
http://www.bine.info/en/publications/publikation/sonnenenergie-in-der-erde-speichern/

22. Solar district heating with seasonal pit
storage in Marstal, Denmark
Winter heat supply for 1 500 households
100% renewable with 35% solar fraction
REFERENCE / SOURCE: http://sunstore4.eu
15 000 m2
75 000 m3

23. sekunteja minuutteja tunteja päiviä viikkoja kuukausia vuosi
Akut sähkön varastointiin
Kulutusjousto teollisuusrakennuksissa ja varastoissa
Varastot eivät tarpeen
Lämpövarastot
Aurinkosähkö ja -lämpö
Tuulivoima
Varastot ja
kulutus-
jousto
Aikajakso:
Kulutusjousto asuin- ja toimistorakennuksissa
Tuuli- ja
aurinko-
energian
tuotanto-
vaihtelu
Miten vaihteleva tuotanto hallitaan?
Tuonti ja vienti

24. “Taloja optimoimalla
voidaan optimoida koko
kaukolämpöverkko.
Taloa voidaan käyttää
lyhytaikaisena
lämpöakkuna. Eli taloon
voi varata lämpöä ja
purkaa sitä tehopiikin
aikana.”
https://www.tekniikkatalous.fi/tekniikka/energia/kerrostaloje
n-lammityksen-perusteet-ovat-vaarat-ulkolampotila-selittaa-
vain-osan-siita-mita-sisalla-tapahtuu-6741929

25. Pullonkauloja
1. Ympäristölämpö + sähkö on kalliimpi lämmönlähde kuin
biomassan polttaminen -> teollisten lämpöpumppujen
hyödyntäminen lämmöntuotannossa ei niin kannattavaa
a. datakeskuksista ja jätevesistä otettu hukkalämpö on kannattavaa
2. Teknologiaan ja osaamiseen liittyvä polkuriippuvuus:
polttamisen jatkaminen on helpompaa kuin koko systeemin
ja liiketoiminnan uudistaminen
3. Kaukolämpöverkkojen lämpömäärät ja lämpötilat suljettua
dataa osana monopolia - “mustaa laatikkoa” on vaikea
kehittää

26. Biomassan polttoa ei
veroteta, mutta:

27. Turpeen
hiilidioksidipäästöt ovat
380, maakaasun 180 ja
tuulivoiman 15 g/MWh.
Päästötonniin
suhteutettuna turpeen
valmistevero on
kahdeksan euroa,
maakaasun 104 euroa
ja tuulivoiman yli 1 500
euroa.

28. Päästöille haittoja vastaava hinta
Pariisin ilmastosopimuksen tavoitteen saavuttamiseksi päästöoikeuksien
hintojen pitäisi olla 42-85 euroa/CO2-tonni vuoteen 2030 mennessä

29. Päästöille lattiahinta
• Päästökaupan päästöoikeuksien hintaan sidottu
dynaaminen hiilivero tai päästömaksu
• Päästökaupan lattiahinnan tulisi olla vähintään 30 euroa/CO2-tonni
• Pariisin ilmastosopimuksen tavoitteen saavuttamiseksi päästöoikeuksien
hintojen pitäisi olla 50-100 $/tCO2 vuoteen 2030 mennessä (Carbon price
leaders coalition, 2017).
• Britanniassa päästöjen lattiahinta on asetettu tasolle 18 puntaa (n. 20
eur)/CO2-tonni. Myös Hollannissa ollaan ottamassa käyttöön vuosittain
nousevaa CO2-päästöjen lattiahintaa vuonna 2020.
• Lattiahinnalla voidaan varmistaa puhtaan energian sekä
kiertotalouden kasvu ja investoinnit

30. Muita taloudellisia ohjauskeinoja
• Jos päästöjen hinnan korjaus ei onnistu, niin sitten tarvitaan
CO2-verotusta ja fossiilisten polttoaineiden valmisteverojen
tuntuvaa korottamista ja/tai investointitukia
• Päästökauppasektorin ulkopuolella muiden ohjauskeinojen tarve korostuu
• Valtion takaus pitkäaikaisille lainoille (15-25 vuotta)
energiatehokkuus- ja tuotantoinvestointeja varten
• alhainen rahoituksen korko voi vaikuttaa investoinnin kannattavuuteen
vastaavasti kuin investointituki
• edistäisi myös puhtaan energian palvelutarjontaa (PPA, HPA, ESCO)
• Sähköveron kehittäminen dynaamisemmaksi

31. Vanhan rakennuskannan
energiatehokkuuden parantaminen
Kaukolämpöverkkojen
kehittämiseen yhdistetty
vanhan rakennuskannan
energiatehokkuusohjelma

32. Kaukolämmön hinnoittelu
Reguloidaan kaukolämpöverkkojen haltijoiden hinnoittelumalli
siten, että kaukolämmön hinnan tulee perustua energian
tuntihintaan (eur/kWh/h) ja huipputehoon (eur/huippu-kW/kk).
Tällöin hinnoittelumalli kannustaa lämpöpumppuja hyödyntäviä
kiinteistöjä toimimaan lämpöverkoissa kulutusjouston tarjoajina
ja ohjaa kulutuksen ajoitusta oikein. Myös sähkön hinnoittelun
tulisi toimia samalla periaatteella.

33. Avoin data
Velvoitetaan
kaukolämpöverkkojen
haltijat julkaisemaan
verkon lämmönkulutus- ja
lämpötilatiedot alueittain
mahdollisimman
reaaliaikaisesti netissä.
Systeemin läpinäkyvyyden
ja ymmärrettävyyden
parantaminen on avain
ratkaisujen kehittämisen.

34. Kaupungeille
geolämpökartat
Julkaistaan kaupunkien toimesta
geolämpökartat, joista näkyy
kuntainfran osalta lämpökaivojen
poraamiseen soveltuvat alueet.
Kaavoituksella tulee mahdollistaa ja
edistää geolämmön hyödyntämistä!

35. Geolämpö-
potentiaali
Suomen maankamaran
ylimmän 300 metrin
yhteenlaskettu teoreettinen
energiapotentiaali on noin
300 000 terawattituntia.
Tämä on noin
tuhatkertaisesti Suomen
vuotuisen
energiantuotannon verran.

36. T&K&I -panostukset
• Suunnataan T&K&I-panostuksia uusien
asiakaspalvelumallien, kaukolämpö- ja
sähkömarkkinamallien sekä hybridienergiaratkaisujen
kokeiluun ja pilotointiin.
• T&K&I-tukia tarvitaan teknologioiden kehittämisen lisäksi
niiden käytettävyyden ja loppukäyttäjälähtöisen
tuotteistuksen parantamiseen, sekä eri teknologioiden
yhteiskäytön optimointiin.
• Pilotointi- ja kokeilutukien ehtona tulee olla onnistumisista ja
epäonnistumisista raportointi julkista viestintää varten
suomalaisen osaamisen edistämiseksi.

37. Suomi voi hyötyä
energiamurroksesta
olemalla aktiivisesti mukana
teknologia- ja
markkinakehityksessä
www.smartenergytransition.fi

38. Kiitos!
Kysymyksiä?
Lisätietoja:
www.smartenergytransition.fi
Karoliina Auvinen
karoliina.auvinen@aalto.fi,
+358 50 4624727
@karoliinauvinen

39. Hanke pähkinänkuoressa
Aikataulu: 2015-2020
Budjetti: 5,5 M€
Rahoitus: Strateginen tutkimusneuvosto
Päämäärä: Viitoittaa tietä, miten Suomi voi
paremmin hyötyä energiamurroksesta
Tutkimuskonsortion vetäjä: Aalto-yliopiston
kauppakorkeakoulu
Tutkimuskonsortio alapalkissa:
www.smartenergytransition.fi