Miten kaukolämpö tukee koko energiajärjestelmää?

21.02.2023, kello 10:46

Teksti Mikko Vuorenmaa | Kuva Scanstockphoto

Energia-alan asiantuntijoiden puheissa saattaa esiintyä sanaparsi ”kaukolämmön järjestelmätason edut”. Ne ovat usein käyttäjille näkymättömiä tai hankalasti hahmotettavia, mutta niiden vaikutukset ovat merkittäviä: kaukolämpö mahdollistaa tulevaisuuden vähäpäästöisen, toimitusvarman ja edullisen energiajärjestelmän toiminnan.

Lyhyesti kaukolämmön järjestelmätason eduilla tarkoitetaan kaukolämmön kykyä:

1. Tukea sähköjärjestelmää
2. Mahdollistaa hukkalämpöjen kierrätyksen muun muassa teollisuudesta ja palvelusektorilta

Kaukolämpö tukee sähköjärjestelmän toimintaa. Kaukolämmön suuri osuus lämmitysratkaisuista vähentää tarvetta sähkölämmitykselle. Erityisesti kovimmilla pakkasilla tämä laskee sähkön kulutuspiikkejä merkittävästi. Piikkikulutuksen hetkellä yli 20% sähköntuotannosta pystytään tekemään kaukolämmön tuotannon sivutuotteena (CHP).  Tammikuun puolivälissä 2021 (kuva 1) kaukolämmön kysyntä oli reilut 12 GW sähkön kysynnän ollessa vajaa 15 GW. Kuva kertoo kaukolämmön elintärkeästä roolista sähköjärjestelmän hyvän toiminnan mahdollistajana. Ilman kaukolämpöä sähkön kulutus olisi merkittävästi korkeammalla tasolla, ja päästöt sekä kustannukset samoin.

Kuva 1: Kaukolämmön ja sähkön kysyntä 15.1.2022 klo 9-10. Lähde: Energiateollisuus

Lämmön kysyntä riippuu voimakkaasti ulkolämpötilasta ja vaihteleekin siksi voimakkaasti eri vuodenaikoina. Lämpöä toki kuluu myös lämpimän käyttöveden lämmittämiseen, joten energiaa tarvitaan myös kesäisin. Pääosa kaukolämmön kulutuksesta tapahtuu kuitenkin talvikuukausina. Kuva 2 esittää tunnittaisen kaukolämmön kysynnän eräässä kaukolämpöverkossa vuonna 2021. Huomiota kannattaa erityisesti kiinnittää kysynnän piikkeihin. Kesän keskimääräisen kysynnän ja talven huippukysynnän ero oli 11,5 kertainen. Piikkikysynnän kattaminen on sähköverkoissa selvästi kaukolämpöverkkoja kalliimpaa sekä verkkoinfrastruktuurin että tuotannon osalta. Siksi kaukolämmön voidaan nähdä laskevan meidän kaikkien sähkölaskuja ja kaukolämmön tärkeys onkin erityisesti korostunut vuoden 2022 energiakriisin aikana.

Kuva 2: Tunnittainen kaukolämmön kysyntä eräässä kaukolämpöverkossa 2021

Sähkön kulutuspiikkien laskemisen lisäksi kaukolämpölaitokset tarjoavat merkittävän määrän sähköenergiaa ja kapasiteettia sähkömarkkinoille silloin, kun sähköä tarvitaan eniten. Kuva 3 esittää CHP-laitosten tunnittaisen tuotantoprofiilin vuonna 2021. Teollisuus CHP-laitokset tuottavat sähköä suhteellisen tasaisesti vuoden ympäri, mutta kaukolämpö-CHP:t tuottavat eniten sähköä, kun sekä sähkön- että lämmönkysyntä on suurimmillaan. Esimerkiksi kesäaikaan kaukolämpö-CHP:t eivät juurikaan tuota sähköä, mutta talviaikaan tuotantoteho on suurimmillaan reilu 3,2 GW.

Kuva 3: Sähkön tunnittainen CHP-tuotanto vuonna 2021 kaukolämpö- ja teollisuuslaitoksissa

Kaukolämmön sähköistyminen

Kaukolämpö sähköistyy vauhdilla, mikä nostaa sähkön kysyntää. Kaukolämpöyhtiöt tukevat jatkossakin sähköjärjestelmän toimintaa sähköjärjestelmän tiukkojen tuntien aikana, huolimatta huomattavasta lämpöpumppujen ja sähkökattiloiden määrän kasvusta. Jo vuoden 2022 aikana kaukolämpöyritykset vähensivät tuotantoaan sähköä kuluttavissa lämpöpumppuyksiköissä, kun sähköä oli niukasti tarjolla. Sähköistyvä kaukolämpö tukee myös tuulivoiman määrän kasvua Suomessa mahdollistaessaan energian varastoinnin lämpönä. Joustamattomammat kiinteistökohtaiset ratkaisut voivat sen sijaan olla sähköjärjestelmän kannalta hankalia, kun vaihtelevan tuotannon määrä kasvaa ja joustava CHP-kapasiteetti vähentyy.

Kaukolämmön sähköistyminen helpottaa tuulivoiman kasvua. Erityisesti joustavasti käytettävät sähkökattilat auttavat hyödyntämään tuulivoiman tehohuippuja. Suuriksi vedenkeittimiksikin kutsutut sähkökattilat lämmittävät vettä sähkövastusten avulla. Niiden investointikustannukset ovat noin kymmenesosa hakekattilan investointikustannuksesta, ja ne pystyvät tuottamaan lämpöä joustavasti sähkön hinnan mukaan. Edulliset investointikustannukset mahdollistavat sen, että vaikka sähkökattiloiden kapasiteetti voi olla suuri, niiden käyttötunnit jäävät vähäisiksi suhteessa tehoon kattiloiden ollessa edelleen kannattavia. Esimerkki sähkökattilan ajoprofiilista on esitetty kuvassa 4.

Sähkökattiloiden tuottamaa lämpöä voidaan ladata lämpövarastoon, josta sen voi purkaa verkkoon esimerkiksi aamun käyttöpiikkejä varten. Aamulla lämmönkulutus tyypillisesti kasvaa muutamaksi tunniksi, aamusuihkut ja toimistojen avautuessa lisääntyvä lämmöntarve voidaankin monesti kattaa varastoista puretulla lämmöllä. Vaihtelevan sähkötuotannon varastoiminen lämmöksi on paljon edullisempaa kuin sähkön varastoiminen sähkövarastoihin. Lisäksi oikeissa tilanteissa sähkön käyttäminen lämmön tuotantoon säästää polttoaineita ja vähentää tuotannon kuluja.

Kuva 4: Esimerkki sähkökattilan käytöstä yhdessä sähkön hintaprofiilin kanssa.

#kaukolämpö