Kaukolämmön tuottaminen aurinkolämmöllä

Aurinkolämpöjärjestelmä voidaan liittää osaksi kaukolämpöjärjestelmää joko rakennuskohtaisena tai keskitettynä ratkaisuna, jolloin keräimet on keskitetty yhteen tai muutamaan paikkaan osana muuta energiantuotantoa.

Kaukojäähdytysjärjestelmällä voidaan kerätä myös rakennusten passiivisesti keräämä aurinkolämpö talteen.

Aurinkolämpö energialähteenä

Kaukolämmöllä on Suomessa erittäin vahva asema, sillä noin puolet palvelu-, liike- ja asuinrakennusten lämmöntarpeesta tuotetaan kaukolämmöllä. Kaukolämpöverkot ovatkin keskeisessä roolissa, mikäli aurinkolämpöä halutaan hyödyntää laajassa mittakaavassa. Isommat aurinkolämpöjärjestelmät liitettynä kaukolämpöverkkoon ovat huomattavasti kiinteistökohtaisia ratkaisuja kustannustehokkaampia.

Koska kaukolämpöverkot ovat erilaisia, on aurinkolämmön soveltuvuus kuitenkin aina arvioitava tapauskohtaisesti. Liittämiseen ei ole sinällään teknisiä esteitä. Toistaiseksi kaukolämpöä tuotetaan auringosta suhteellisen vähän, ja toiminta on vielä kokeilu- ja selvittelyasteella.

Aurinkolämmön tuotanto keskittyy kesäkuukausille ja kiinteistöjen lämmöntarve painottuu talvikuukausille. Aurinkolämpö ei siten vähennä lämmityksen muuta kapasiteettitarvetta. Se on kannattavaa osana kaukolämpöjärjestelmää silloin, kun sillä voidaan alentaa loppuasiakkaan maksamaa kaukolämmön hintaa ja parantaa kaukolämpöyrityksen katetta. Käytännössä niin tapahtuu, kun aurinkolämmön tuotantokustannukset ovat muun lämmön tuotantotavan kustannuksia pienemmät aurinkoisena ajankohtana.

Aurinkolämmön kannattavuus

Keskitetyn aurinkolämmön kannattavuus perustuu kaukolämmön muuttuvien kustannusten laskuun. Kustannuksiksi on laskettu investoinnin takaisinmaksu sekä yhteistuotannossa sähköntuotannon vähenemisestä johtuva myyntitulon lasku. Lisäksi on huomioitu muut kiinteät ja muuttuvat kustannukset, joiden osuus aurinkolämmön tuotantokustannuksista on vähäinen.

Keskitetyn järjestelmän kannattavuus riippuu siitä, mitä polttoainetta aurinkolämmöllä korvataan. Kiinteitä polttoaineita korvattaessa kannattavuus on yleensä heikko, mutta esimerkiksi korvattaessa kesäaikaista fossiilisen polttoaineen käyttöä voi aurinkolämpö olla kannattavaa. Huonoimmillaan aurinkolämpö voi kuitenkin jopa lisätä öljyn käyttöä, mikäli aurinkolämmön tuotannon johdosta peruskuormalaitoksen minimikuorma tulee vastaan, ja peruskuormalaitos joudutaan ajamaan alas.

Aurinkolämpöliiketoiminnan roolit ovat vielä kehitysvaiheessa, mikä avaa mahdollisuuksia myös uusille toimijoille. Kaukolämpöyrityksillä on luontainen rooli paikallisena energiatoimijana myös aurinkolämmön kehittämisessä.

Pitkällä aikavälillä aurinkolämpö voi lisääntyä merkittävästikin, mikäli uusiutuvan energian tavoitteet ja rakennusmääräykset kiristyvät selkeästi tai kilpailukyky kasvaa muun muassa kohteissa, joissa voidaan korvata öljyn polttoa erillisessä tuotannossa. Sellaisia kohteita on Suomessa vähän, ja on arvioitu, että potentiaali olisi maksimissaan noin 20 GWh vuodessa.

Aurinkolämpö ja kaukojäähdytys, SunZED-konsepti

Aurinkoenergiaa voidaan kerätä myös ilman keräimiä. Auringonsäteily lämmittää rakennuksen rakenteita ja suoraan sisätilojakin ikkunoiden kautta. SunZED-konseptin tavoitteena on hyödyntää auringon energia mahdollisimman tehokkaasti. Yhden rakennustason energiatarkastelulla auringon lämpökuormista on yleensä hyötyä vain lämmityskauden aikana.

Järjestelmätason tarkastelut osoittavat, että sisätiloista jäähdyttämällä poistettu lämpö voidaan käyttää hyödyksi toisaalla. Kaupunkirakenteessa toimiva yhdistettyä kaukolämpö- ja jäähdytysjärjestelmää – alueellinen SunZED-konsepti mahdollistaa energiavirtojen kierrätyksen. Konseptin nimi tulee sanoista Sun = Aurinko ja ZED = Zero Energy District eli nollaenergia-alue.

Kuva. SunZED-konseptin mukainen yhdistetty kaukolämpö- ja jäähdytysjärjestelmä.

Kesäajan jäähdytystarpeesta valtaosa muodostuu auringonlämmöstä. Kaukojäähdytysjärjestelmän avulla rakennuksiin kerääntynyt lämpö ohjataan alueelliselle lämpöpumppulaitokselle, josta pääosin auringonlämmöstä peräisin oleva energia palautuu rakennuksille lämpimän käyttöveden valmistukseen.

SunZED-konseptissa järjestelmän pääkomponentit ovat alueelliset lämmitys- ja jäähdytysverkostot, lämpöpumppulaitos ja tärkeimpänä itse rakennukset ja niiden normaalia hieman edistyksellisemmät talotekniset järjestelmät.

SunZED-kokonaisuuteen ei tarvita lämmön varastointia niin kauan kuin lämmölle on kysyntää lämpimän käyttöveden valmistuksessa. Kun lämmön tarjonta ylittää kysynnän, on järjestettävä mahdollisuus lämmön ”yön yli” -kestävään varastointiin. Jäähdytyskauden ulkopuolella SunZED-alue parhaimmillaan tukeutuu olemassa olevaan kaukolämpöjärjestelmään, jossa yhteistuotantolämpö tyydyttää alueen lämmitystarpeen.

SunZEB – Plusenergiaa kaupungissa SunZED-ajatuksia soveltaen VTT-hankkeessa "SunZEB – Plusenergiaa kaupungissa" on tutkittu miten tehokkaasti rakennusten sisätilojen ylilämpöä voi hyödyntää kaukolämmön lämmöntuotannossa tiiviin kaupunkirakenteen alueella. Kesähelteilläkin kaukolämpöä tarvitaan erityisesti käyttöveden lämmitykseen ja pesutilojen lattialämmityksiin. Katso raportti: Sheimeikka, J. et.al 2015. SunZEB – Plusenergiaa kaupungissa, VTT Technology 219, 100 s. SunZEB – Plusenergiaa kaupungissa (pdf) (4.9 MB)