Aurinkolämpö maalämpöpumpun rinnalla on kannattava ja ekologinen hybridiratkaisu
Paikallisesti eri lämmitysmuotoja yhdistelemällä edistetään rakennusten ja alueen energia- ja kustannustehokkuutta. DESY -hankkeessa tehostettiin rakennusten sähkön- ja lämmöntuotantoa hybridiratkaisuilla ekologisesti. Kustannustehokkaat energiainvestoinnit syntyvät lämmityksestä ja lämmön talteenotosta. Tehokkaimmaksi hyötysuhteeltaan ja elinkaarikustannuksiltaan osoittautui hybridiratkaisu, jossa yhdistyy maalämpöpumppu ja aurinkolämpö.
Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n johtamassa CLEEN Oy:n DESY (Distributed Energy Systems) -projektissa tutkittiin paikallisesti hajautettua energiantuotantoa ja investointeja. Tavoitteena oli tuottaa energia lähellä kulutuskohdetta käyttäen hybridiratkaisuja, joilla tuotettiin sähköä ja/tai lämpöä rakennukseen. Hybridituotantoa kehitettiin olemassa olevaa tekniikkaa yhdistelemällä: käytössä olevan pääenergialähteen, esimerkiksi sähkön, kaukolämmön tai öljyn, rinnalle lisättiin paikallisia ja ympäristöystävällisiä energialähteitä kuten aurinkoa, tuulta, paikallisia biopolttoaineita tai lämpöpumppuja.
DESY-hankkeen tulokset osoittavat, että maalämpöpumpun ostosähkön tarvetta on kannattavaa pienentää aurinkoenergialla, jota hyödynnetään joko lämpönä tai sähkönä. Erityisesti aurinkolämpö osoittautui kannattavaksi maalämmön rinnalla arvioitaessa investointien kannattavuutta. Investoinnin takaisinmaksuaika on 5 – 6 vuotta verrattuna esimerkiksi öljy- ja sähkölämmityskustannuksiin. Aurinkosähkön tuottamiseen tarvitaan aurinkokennot, joiden hinnat ovat laskeneet viime vuosina merkittävästi. Jos aurinkosähköllä leikataan lämpöpumpun ostosähkön tarvetta, investoinnin takaisinmaksuaika on noin 9 vuotta. Aurinkoenergian etuina ovat lisäksi ympäristöystävällisyys, helppous, äänettömyys ja yhdistettävyys kaikkiin päälämmitysmuotoihin. Aurinkoenergian hyödyntämislaitteisiin ei tarvita suojaetäisyyksiä äänen tai valoilmiön takia kuten tuulivoimaloissa.
Aurinkolämmön hyödyntäminen kaukolämmön rinnalla on myös kannattavaa, jos aurinkolämpö korvaa keväästä syksyyn tuotantokustannuksiltaan kalliimpaa lämpökattilakapasiteettia. Paikallista kaukolämpöverkkoa voidaan käyttää myös talojen tuottaman ylijäämälämmön lyhytaikaisvarastointiin.
Lähes nollaenergiatalossa tarvitaan lisäksi aurinkoenergiaa lisälämmön ja sähkön lähteenä, jolloin ympäristöpäästöt ovat noin 50 % pienemmät kaukolämpöön ja sähkölämmitykseen verrattuna.
Aurinkopaneeleiden valmistuksessa käytetään fosforia, joka aiheuttaa vesistöjen rehevöitymistä. Kun materiaalikulut ja käyttö huomioidaan, on aurinkoenergian päästövaikutus kuitenkin huomattavasti pienempi verrattuna perinteisiin energiamuotoihin.
Tutkimuksessa havaittiin myös, että passiivienergiatalon kulutusvaatimuksia (15 kWh/m2,v) on vaikea saavuttaa lisäämällä ainoastaan eristeitä. Rinnalle tarvitaan tehokas ilmastointijärjestelmä sekä lämmön talteenotto poistoilmasta ja lämpimästä käyttövedestä. Tämä ei kuitenkaan välttämättä lyhennä investoinnin takaisinmaksuaikaa. Lähes nollaenergiataloon tarvitaan näiden lisäksi lämmön kausivarasto, jotta primäärienergian tarve saadaan nollattua vuositasolla.
Hankkeessa havaittiin, että useamman kuin yhden paikallisen hybridiratkaisun lisääminen rakennukseen ei ole toistaiseksi kannattava investointi.
Tutkimus toteutettiin tekemällä simuloitavia malleja, joita sovellettiin case -kohteissa, seurantamittauksin sekä käyttämällä asiantuntijapaneeleita.
Toteutetut ja laskennalliset hybridituotantokohteet:
Alun 64:stä case-kohteesta loppuvaiheen demonstrointiin osallistui yhdeksän, joista projektin aikana vietiin käytäntöön neljä hybridiratkaisua:
Eco Energy Centre, Karjalohja: tuuli-, aurinko- ja maalämpöratkaisut (kts.kuvat verkossa),
Block 0-energiatalo, Hyvinkään asuntomessualue: lämpöpumppu ja aurinkoenergia,
Sakarinmäen koulu, Helsinki: öljylämmityksen rinnalle aurinkolämmitys, jolla toteutetaan peruslämmitys ja huiput leikataan bioöljylle muutetulla kattilalla ja
Eko-CHP pilottilaitos, Lappeenranta: kuumailmaturbiini.
Laskennallisesti kohteet:
Biojalostamo, Forssa: energiatase ja päästövaikutukset,
Energiaomavarainen kyläsuunnitelma, Närväjoki: paikallisten energialähteiden hyödyntäminen ja päätöksentekoprosessi ja
Kaksi viljatilaa ja yksi karjatila Keski-Suomessa: suunnitelmat maatilan energiaomavaraisuuden nostamiseksi.
DESY-projektin asiantuntijapaneeleiden mukaan hybridituotannon tulevaisuuden mahdollisuuksiin ja kysyntään vaikuttavat merkittävästi energiapolitiikka, kuluttajien tietoisuus asiasta ja valmiiden lähienergiaratkaisujen tarjonta.
VTT:n koordinoimaan 2,5 vuotta kestäneeseen hankkeeseen osallistui 6 tutkimusorganisaatiota (VTT, TUT, LUT, Jyväskylä yo, Vaasa yo ja LUKE) sekä 12 yritystä (ABB, Fortum, Valmet, Wärtsilä, Helen, Vantaan energia, EnvorGroup, ST1, Savosolar, Ekogen, Gasek ja HT-Enerco). Tutkimus on yksi CLEEN Oy:n tutkimushakkeista. Hanketta rahoittivat Tekes, yritykset, tutkimuskumppanit ja VTT.
Jatkohankkeena on käynnistynyt VTT:n johdolla aurinkojäähdytysprojekti, jossa aurinkolämmöllä jäähdytetään toimistokiinteistöä. Tuloksia on odotettavissa syksyllä 2016.
Julkaisu:”Distributed Energy Systems – DESY”, sähköisesti: http://www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2015/T224.pdf
Mediamateriaali verkossa: http://bit.ly/1GXZIC6
Kalvot: DESY-hanke, tulokset ja caset
Kuvia: Eco Energy Centre, Karjalohja
Termit: aurinkolämpö, aurinkosähkö, lähes nollaenergiatalo, passiivitalo
Lisätietoja:
VTT
Kari Sipilä, johtava tutkija
puh. 040 044 8713, kari.sipila@vtt.fi
Lisätietoja VTT:stä:
Olli Ernvall
Viestintäjohtaja
puh. 040 840 0288
olli.ernvall@vtt.fi
www.vtt.fi
Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy on Pohjoismaiden johtava tutkimus- ja teknologiayhtiö. Tuotamme tutkimuksen ja tiedon kautta asiantuntijapalveluja kotimaisille ja kansainvälisille asiakkaillemme ja kumppaneillemme, liike-elämälle ja julkiselle sektorille. Käytämme 4 miljoonaa tuntia vuodessa aivovoimaa teknologisten edistysaskelien kehittämiseen.
Avainsanat: