Ekologista energiantuotantoa haja-asutusalueille. Puupolttoaineiden käyttö haja-asutusalueella

Haja-asutusalueilla käytetään nykyisin vielä runsaasti öljylämmitteisiä kattiloita ja harvalla on aurinkopaneelit katoilla korvaamassa sähköntuotantoa. Hiilijalanjäljen pienentämiseen pyrkiviä energiantuotantomuotoja on tärkeää tuoda myös haja-asutusalueiden käyttöön (kuva 1). Puupolttoaineita käytetään runsaasti suurissa lämpö- ja voimalaitoksissa. Lisälämmönlähteenä polttopuuta, halkoja ja pilkettä käytetään maaseuduilla varsin runsaasti sähkö- tai öljylämmityksen yhteydessä. [1]

KUVA 1. Haja-asutusalueilla voi tuottaa puista polttoainetta esimerkiksi sähköntuottamiseen (kuva: Maaninen Anssi)

Pienen kokoluokan eli 10kW–1MW:n tehoiset lämpö- ja voimalaitokset, joissa on puuperäinen polttoaine, eivät ole yleistyneet haja-asutusalueilla. Näiden kannattavuutta tulisi saada parannettua tulevaisuuden hiilineutraalia yhteiskuntaa ajatellen. Tulevaisuudessa voitaisiin luoda pieniä aluetuotantolaitoksia Suomen ja muiden harvaanasuttujen kylmien maiden sähkön- ja lämmöntuotantoon erilaisille haja-asutusalueille, kuten maaseuduille ja kaupunkien ulkopuolisiin asutuskeskuksiin.

Lämmönjakoverkosto maaseudulla

Maaseuduilla on usein pitkät välimatkat asuinrakennusten välillä, ja siksi lämmöntuotannon yhtenäistäminen on haastavaa. Kaukolämpöverkostoja on suhteellisen kallista rakentaa pienille alueille, joissa etäisyydet kuluttajien välillä ovat suuret (kuva 2). Maaseudulle sijoitettavaan kaukolämpöverkostoon, jossa on noin 4 kilometriä kaukolämpöjohtoa ja tuotantolaitos keskivälillä, saadaan investointikustannuksiksi noin 470 000 euroa. Pitkistä etäisyyksistä aiheutuu kaukolämpöverkostoon myös paine- ja lämpöhäviöitä. [2]

KUVA 2. Kaukolämpöverkostojen rakentaminen on kallista haja-asutusalueilla pitkien etäisyyksien vuoksi (kuva: Mäkelä Veli-Matti)

Toisaalta kaukolämpöjohtojen rakentaminen on halvempaa kuin kaupungeissa ja tiheämmissä asutuskeskuksissa. Lämmöntuotannon yhtenäistäminen vähentää myös yksittäisten talouksien työtä rakennuksien lämmittämiseen, kun esimerkiksi polttopuita tai öljyä ei tarvitse itse tuottaa tai hankkia. Liittymiskustannukset omakotitaloilla pieneen kaukolämpöverkostoon ovat noin 8 000 euroa. Tämä sisältää lämmönjakokeskuksen ja 10 metriä talojohtoa, joka yhdistää rakennuksen kaukolämpöverkostoon. Jos talo on syrjempänä, tulee talojohdosta lisäkustannuksia. Kaukolämpöverkostoon liittymiskustannukset maksavat itsensä takaisin neljässä vuodessa verrattaessa sitä siihen, että ostettaisiin sähköä sähkölämmitykseen. Tämä kannustaisi paikallisia asukkaita liittymään hankkeeseen. [1]

Sähkön- ja lämmöntuotanto pienellä tuotantolaitoksella

Raahen kunnan alueella sijaitsevaan maaseutukylään suunniteltiin opinnäytetyönä [3] uusiutuvalla energialla toimiva sähkön- ja lämmönyhteistuotantolaitos ja kaukolämpöverkosto. Kohdealueella on 68 omakotitaloa, koulu ja päiväkoti. Alue rajattiin kaukolämpöverkoston alueella oleviin rakennuksiin ja kaukolämpöverkoston ulkopuolelle jääviin rakennuksiin. Nämä ulkopuolelle jääneet rakennukset laskettiin sähkölämmitteisiksi. Tällöin alueen kokonaislämmitysenergian tarve on noin 1 181 MWh vuodessa ja maksimilämmitystehontarve noin 320 kW. Vastaavasti sähköenergian tarve vuodessa on noin 1 176 MWh vuodessa. [4]

Tuotantolaitokseksi valittiin 70 kW:n ja 110 kW:n tehoiset puukaasukäyttöiset CHP-polttomoottorit, koska niillä on hyvä hyötysuhde, suhteessa muihin CHP-tekniikoihin halvat investointikustannukset ja helppo huollettavuus. Lisäksi laitokselle tulee kolme 60–100kW:n tehoista lämpökattilaa. Yhteisenä polttoaineena molemmissa järjestelmissä on hake. Laitosta ajetaan lämmöntarpeiden mukaan, mutta sähköntuotanto pyritään maksimoimaan polttomoottoreilla. Laitoksella saadaankin tuotettua tällaisella ajotavalla 415 MWh vuodessa sähköä asiakkaille. Näin saadaan alueen sähköntarpeista katettua 35 %:n osuus. [5]

Tulevaisuuden suunnannäyttäjä

Suunnitellun järjestelmän toteutuminen vaatii kuitenkin kaikkine kustannuksineen noin 1 miljoonan euron investointikustannukset. Järjestelmän tuotannossa kuluu vuosittain haketta noin 44 000 euron edestä ja lisäksi muihin huolto- ja ylläpitokustannuksiin täytyy varata ainakin 20 000 euroa vuodessa. Mikäli sähkön- ja lämmönhinta kasvaa noin 2 % vuodessa, maksaa koko järjestelmä investoinnit 2,5 %:n laskentakorolla takaisin noin 13 vuodessa. Tämä on verrattain pitkä aika, koska CHP-polttomoottorien arvioitu vähimmäiskäyttöikä on 15 vuotta. [5]

Tällaiset laitteistot kuitenkin kehittyvät ja investointikustannukset pienenevät sitä mukaa, kun järjestelmät yleistyvät. Tulevaisuudessa pienet uusiutuvaa energiaa käyttävät aluetuotantolaitokset ovat mahdollisesti paljon kannattavampia ja niiden yleistymisen myötä ympäristöpäästöjä saataisiin leikattua merkittävästi.

Maaninen Anssi, opiskelija, Energiatekniikan tutkinto-ohjelma
Partanen Pirjo, lehtori, Energia ja talotekniikka

Lähteet

1. Selvitys hajautetusta ja paikallisesta energiantuotannosta erilaisilla asuinalueilla. 2010. Motiva. Loppuraportti 12. Helsinki.
2. Maanalaisten kiinnivaahdotettujen kaukolämpöjohtojen rakentamiskustannukset 2017. 2018. Energiateollisuus ry.
3. Maaninen, A. 2019. Sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitos maaseudulle. Opinnäytetyö. Oulun ammattikorkeakoulu.
4. Lämmitystapojen vertailulaskuri. 2019. Motiva.
5. Takalo, H. & Saksio, A. 2013. Mikro- ja pien-CHP: Teknologia- ja laitekantaselvitys sekä kannattavuuden tarkastelu tapausesimerkin avulla. Iin Micropolis Oy. Elinkeino-, liikenne-, ja ympäristökeskus.

Pysyvä osoite: http://urn.fi/urn:nbn:fi-fe2019061320289