Kukonkangas ja Kukonkoivu ENERGIANHANKINTASELVITYS

Transkriptio

1 Kukonkangas ja Kukonkoivu ENERGIANHANKINTASELVITYS

2 Kukonkangas ja Kukonkoivu Hollola ENERGIANHANKINTASELVITYS Työ nro H07852.P000 Viimeisin muutos Laadittu Laatija LLo Tark. / Hyv. HST/VRE GRANLUND OY Lassi Loisa Hanna Stammeier Ville Reinikainen

3 3 SISÄLLYSLUETTELO 1. YHTEENVETO JOHDANTO TUTKIMUSMENETELMÄKUVAUS KUKONKANKAAN JA KUKONKOIVUN ENERGIANKULUTUS JA TEHONTARVE Energiankulutus nykyään Kukonkoivun kyselytutkimuksen perusteella Kukonkankaan energiankulutusskenaariot Tulevaisuuden energiankulutusten simuloinnit Rakennusten energiankulutus Teollisuus- ja liikealueen energiankulutus ja tehontarve ALUEEN ENERGIANKULUTUS JA TEHONTARVE ERI SKENAARIOISSA ALUEELLISEN LÄMPÖVERKOSTON MITOITUS Mitoituksen yleisperiaate Asuinalueen kaukolämpöverkon mitoitus Teollisuusalueen kaukolämpöverkon mitoitus Rakennetun teollisuusalueen kaukolämpöverkon mitoitus Rakentamattoman teollisuusalueen kaukolämpöverkon mitoitus Liikealueen kaukolämpöverkon mitoitus ALUEELLISET ENERGIANTUOTANTOLAITTEET Yleistä Energiainvestointituet, syöttötariffit ja pientuotannon sähköverovelvollisuus Hakelämpökeskus Kattilalaitoksen mitoitus Yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto Aurinkolämpöjärjestelmä Aurinkolämpöjärjestelmän energiavarasto Kukonkoivun teollisuusalueen rakennusten aurinkoenergiapotentiaali Keskitetty aurinkolämpöjärjestelmä Aurinkolämpöjärjestelmän mitoitustulokset Kesä- ja talviajan lämmöntuotanto Kaukokylmän tarve alueella Muut tutkitut energiantuotantovaihtoehdot Aurinkosähkö Tuulienergia Polttokennovoimalaitos Hake-energiaa sähköksi ja lämmöksi muuntavat järjestelmät ENERGIANTUOTANTOJÄRJESTELMIEN TALOUDELLINEN KANNATTAVUUS Tarkastelukohteet Kannattavuuslaskelmien perusteet Aluelämpöverkostojen investointikustannusten määrittelyperusteet Energiajärjestelmien investointikustannukset Aluelämpöverkon kannattavuus teollisuusalueen rakennetulla osalla Energiajärjestelmien kannattavuus ja elinkaarikustannukset Energian omakustannushinnat SUOSITUS ALUEELLISEN ENERGIAJÄRJESTELMÄN TOTEUTTAMISEKSI LIIKETOIMINTAMALLIT ALUE-ENERGIAJÄRJESTELMÄSSÄ... 46

4 4 10. SUOSITUKSET KAAVOITUKSELLE ALUEELLISTA ENERGIAJÄRJESTELMÄÄ VARTEN. 48 LÄHTEET 49 LIITTEET Kukonkoivun yrityskyselyn raportti

5 5 1. YHTEENVETO Tämän selvitystyön tarkoituksena oli tuottaa ehdotus toteuttamiskelpoisesta ja mahdollisimman paljon kotimaisiin energialähteisiin perustuvasta energiajärjestelmästä Kukonkankaan alueella. Selvitykseen sisältyvät Kukonkankaan tuleva asuinalue sekä Kukonkoivun teollisuusalue ja sen yhteyteen kaavoitettava liikerakentamisen alue. Teollisuusalueella tehtiin kyselytutkimus alueelliseen energiajärjestelmän tarpeesta tämän työn pohjaksi. Energiajärjestelmäehdotuksen toteuttamisen tueksi tuotettiin myös suosituksia kaavoittajalle. Suositusten avulla voidaan varautua energiajärjestelmän toteuttamiseen jo kaavoitusvaiheessa. Selvitystyössä tutkittiin mahdollisina energiajärjestelminä lämmön- ja sähköntuotantoon liittyviä laitteistoja. Pääasiallisena tarkoituksena oli selvittää, millä tavalla kannattaisi toteuttaa alueellinen kaukolämpöjärjestelmä, joka käyttäisi energialähteenään Hollolassa helposti saatavilla olevaa puuhaketta. Selvitystyössä energiantuotantovaihtoehtoina olivat: pääasiassa metsähaketta polttoaineena käyttävä kaukolämpölaitos, jonka tukipolttoainevaihtoehdot ovat puupelletti ja maakaasu kaukolämpöverkkoon lämpöpumpulla energiansa syöttävä aurinkolämpövoimalaitos joko kaukolämpölaitostontin läheisyyteen keskitettynä tai hajautettuna eri paikkoihin pienen mittakaavan yhdistetty lämmön ja sähkön yhteistuotanto kuorma-autolla siirrettävän laitteiston mittakaavassa. Aurinkosähkön käyttämistä ei tässä selvityksessä tutkittu erikseen, vaikka se olisi ollut aurinkolämmön sijaan olemassa oleva vaihtoehto. Tämä johtuu siitä, että aurinkosähkön taloudellinen kilpailukyky sähköverkon sähköä vastaan on vielä toistaiseksi heikko. Selvitystyö toteutettiin: toteuttamalla energiankäytön kyselytutkimus nykyisille kiinteistönomistajille ja kyselytutkimukseen sekä skenaariotyöskentelyyn perustuva energiankulutusennuste koko alueelle tulevaisuutta varten tekemällä tekninen vaihtoehtotarkastelu eri energiajärjestelmille ja sen perusteella toteuttamiskelpoisuustarkastelu tekemällä taloudellinen kannattavuustarkastelu teknisen selvityksen perustella, jossa tuloksena oli energian omakustannushinta tekemällä lopulta suositus toteuttamiskelpoisesta energiajärjestelmästä taloudellisen tarkastelun perusteella. Selvitystyön perusteella suositeltavalle energiajärjestelmälle tehtiin mahdollisia liiketoimintamallivaihtoehtoja ja suositus kaavoitusta varten, jolla järjestelmän voidaan ottaa huomioon kaavoitustyössä. Selvitystyön tuloksena laskettu eri energiantuotantovaihtoehtojen omakustannushinta on esitetty kuvassa seuraavalla sivulla. Omakustannushinta asuinalueen hakelämpölaitokselle pelletti lisäpolttoaineena ei mahtunut kuvaan. Pelletti lisäpolttoaineena -vaihtoehdon omakustannushinta on 70,9 /MWh.

6 Omakustannushinta /MWh Asuinalue, hakemaakaasu Asuinalue, teollisuusalueen, tukipolttoaine hake Asuinalueen, teollisuusalueen, tukipolttoaine kaasu Koko Kukonkoivu, Kukonkangas, tukipolttoaine hake Koko Kukonkoivu, Kukonkangas, tukipolttoaine maakaasu Aurinkolämpö keskitetysti maavallissa Aurinkolämpö tontilla ilman rahoituskuluja Pien-CHP hakelämpömmön kanssa yhdessä Kannattavimmiksi ja suositeltaviksi vaihtoehdoiksi osoittautuivat: asuinalueella hakekäyttöisen ja maakaasua tukipolttoaineena käyttävän lämpölaitoksen hankkiminen erityisesti sellaisella nykyaikaisella hakekattilalla, jota voidaan käyttää hyvin pienilläkin osatehoilla teollisuusalueella ja liikealueella kannattavimmaksi osoittautui hakelämpölaitos ja pelletti sen tukipolttoaineena pienen mittakaavan yhdistetyn lämmön- ja sähköntuotannon parhaaksi vaihtoehdoksi osoittautui puukaasutinlaitteisto yhdistettynä polttomoottoriin, mutta tämä vaihtoehto on taloudellisesti täysin riippuvainen hakelämpölaitoksesta. Teollisuusalueella ei ollut erityistä kiinnostusta aluelämpöä kohtaan tehdyssä kyselytutkimuksessa ja Hollolan kunnan tietojen mukaan alue on rakentunut varsin hitaasti. Liikealue on vasta kaavoitustyön alussa. Teollisuus- ja liikealueen hitaan ja tulevaisuuteen ajoittuvan rakentumisen johdosta myös alueiden aluelämpöjärjestelmiä on syytä tarkastella uudestaan tarkemmin sitten kun aluelämpöjärjestelmän rakentamisen taloudellinen kannattavuus on jollain tapaa nähtävissä vuosien kuluttua. Tällöin esimerkiksi kannattavat polttoainevaihtoehdot voivat olla hyvinkin erilaiset kuin nyt, mutta toisaalta kehitys kohti kotimaisia uusiutuvia polttoaineita tuskin heikkenee fossiilisten tuontipolttoaineiden vähentyessä maailmassa.

7 7 2. JOHDANTO Tutkimustyön tavoitteena on löytää mahdollisimman paljon kotimaisia polttoaineita käyttävä energiantuotantovaihtoehto, joka on tutkimuksen vertailujoukossa edullinen ja kilpailukykyinen myös muihin lähialueen kaukolämpötoimittajiin verrattuna. Toisena tavoitteena on suunnitella sellainen järjestelmä, joka on kaikin puolin mahdollisimman omavarainen ja tukeutuu lähialueen energiavarantoihin sekä kotimaisiin laitetoimittajiin ja Suomessa toimiviin ylläpito-organisaatioihin. Selvityksessä esitetään taloudellisiin kannattavuuslaskelmiin perustuva suositus Hollolan Kukonkankaan asuinalueen ja Kukonkoivun teollisuus- ja liikealueen alueelliselle energiajärjestelmälle. Alueellinen energiajärjestelmä käsittää tässä yhteydessä: pääosin biomassalla toimivan kaukolämpölaitoksen, keskitetyn aurinkolämpöjärjestelmän sekä yhdistettyä pienen mittakaavan lämmön ja sähkön tuotantoa. Selvityksessä tutkitaan useita erilaisia vaihtoehtoja alueellisen energiajärjestelmän toteuttamiseksi ja niistä tehdään taloudellinen kannattavuusvertailu. Alueen energiantuotannon pienimuotoisuudesta johtuen myös valtion tarjoamilla investointituilla voi olla merkitystä energiantuotannon kannattavuuteen, joten asiaa käsitellään selvityksessä. Alueelle suositeltavaa energiajärjestelmävaihtoehtoa varten tehdään kaavoitussuosituksia, jotta alueen kaavoituksen avulla voidaan edistää alueellisen energiajärjestelmän toteuttamista. 3. TUTKIMUSMENETELMÄKUVAUS Tutkimuksen tavoitteena oli löytää Kukonkoivun ja Kukonkankaan alueelle parhaiten sopiva kotimaisiin energialähteisiin ja mahdollisimman hyvään omavaraisuuteen tukeutuva energiajärjestelmä. Tavoitteen perusteella tehtiin seuraavat tutkimusmenetelmiä ohjaavat perusvalinnat. Suurin energiajärjestelmä eli alueellinen lämpöverkosto perustuu metsähakkeen käyttöön lämmönlähteenä, koska haketta on saatavissa ja sitä on käytetty pitkään Hollolassa. Alueella voidaan tuottaa itse lämpöä, sähköä ja jäähdytystä. Tutkimus etenee seuraavalla tavalla: Kukonkoivussa olemassa olevien kiinteistöjen energiankulutusta selvitettiin kyselytutkimuksen avulla tulevaisuuden energiankulutusta selvitettiin osittain kyselytutkimuksen avulla ja osittain skenaariotyöskentelyn avulla yhdessä Hollolan kunnan kanssa alueen (Kukonkoivu ja Kukonkangas) energiankulutuksesta ja sen kehityksestä tehtiin pitkälle tulevaisuuteen ulottuva ennuste energiankulutusennusteen perustella tutkittiin erilaisia teknisiä vaihtoehtoja energian tuottamiseksi alueella parhaiden energiantuotantovaihtoehtojen välillä tehtiin taloudellinen kannattavuustarkastelu, jossa laskettiin vertailulukuna energian omakustannushinta energian tuottajalle muutamassa eri tilanteessa. Lopuksi esitetään suositus kustannuksiltaan edullisimmasta energiajärjestelmästä ja siihen liittyviä erilaisia liiketoimintamalleja sekä suositus kaavoitustyölle energiajärjestelmän huomioimiseksi. 4. KUKONKANKAAN JA KUKONKOIVUN ENERGIANKULUTUS JA TEHONTARVE 4.1. Energiankulutus nykyään Kukonkoivun kyselytutkimuksen perusteella Kukonkoivun teollisuusalueen yrityksille ja kiinteistönomistajille tehtiin haastattelu- ja kyselytutkimus alueen yritysten ja kiinteistöjen nykyisestä ja tulevaisuuden energiankulutuksesta syys-lokakuussa

8 Tutkimuksessa haastateltiin kiinteistönsä omistavien viiden suurimman yrityksen edustajia tarkemman tiedon saamiseksi ja pienempien kiinteistöjen omistajia lähestyttiin internet-pohjaisen kyselyn avulla. Kyselytutkimuksessa kysyttiin kiinteistöjen ja yritysten nykyistä ja arvioitua tulevaisuuden energiankäyttöä sekä halukkuutta liittyä alueelliseen kaukolämpöjärjestelmään. Tutkimuksessa kysyttiin myös muutamia muita energiankäyttöön ja energiatehokkuuteen liittyviä kysymyksiä. Kyselytutkimuksen raportointi on tämän selvitystyön liitteenä 1. Kukonkoivun teollisuusalueen neljä suurinta yritystä muodostavat kiinteistöillään alueen suurimman kiinteistömassan, yhteensä yli 70 % alueen rakennustilavuudesta kirjoitushetkellä. Rakennukset on lämmitetty pääasiassa polttoöljyllä tai maakaasulla. Kuvassa 1 on esitetty alueen lämmitysenergianlähteet Hollolan kiinteistörekisterin tietojen perusteella. Kiinteistönomistajille tehdyn kysely- ja haastattelututkimuksen mukaan jotkin yritykset ovat vaihtaneet lämmitysenergialähdettään maakaasuun ja todellinen jakauma on hieman erilainen kuin kuvassa 1. Kaukolämpö kaasusta 5 % sähkö 9 % puu 5 % kaasu 26 % öljy 55 % Kuva 1. Kukonkoivun teollisuusalueen lämmitysenergianlähteet Hollolan kiinteistörekisterin tietojen mukaan rakennustilavuuksista laskettuna. Kyselytutkimuksen yhteenveto Yhteensä neljällä yrityksellä, joista kaksi edustaa alueen suurimpia energian käyttäjiä, on kiinnostusta liittyä uusiutuvan energian lämpöverkostoon. Suurimmista toimijoista kahdella on kiinnostusta liittyä alueelliseen uusiutuvan energian lämpöverkostoon, jos ylläpito- ja liittymismaksut pysyvät kohtuullisina. Vaikka useimmilla toimijoilla on tavoitteita energiatehokkuudelle, lämmitysmenetelmän valinnassa kustannukset olivat ratkaisevin tekijä. Kiinnostusta alueelliseen kaukojäähdytysverkostoon ei ollut, sillä olemassa olevat jäähdytysjärjestelmät koettiin riittäviksi Kukonkankaan energiankulutusskenaariot Kukonkankaan asuinalueelle ja Kukonkoivun teollisuus- sekä liikealueelle tehtiin vaihtoehtoisia tulevaisuuksia kuvaavia skenaarioita, joiden avulla ennustetaan tulevaisuuden energiankulutusta alueella. Energiankulutusskenaariot perustuvat rakentamisen tulevaisuuden energiamääräyksiin, Hollolan kunnan tietoihin alueiden rakentumisnopeuksista sekä Granlundin tietoihin ja arvioihin rakennusten energiankulutuksesta. Lisäksi on käytetty hyväksi Kukonkoivun teollisuusalueen yrityksille tehdyn haastattelu- ja kyselytutkimuksen tuloksia määritettäessä teollisuusalueen energiankäytön tulevaisuutta.

9 9 Energiankulutuksen tulevaisuutta kuvaavia vaihtoehtoisia skenaarioita, tulevaisuuden kuvauksia, tehtiin neljä kappaletta. Skenaario 1A: tasainen kasvu, keskimääräiset suomalaiset pientalot Pientaloalue alkaa rakentua vuonna 2016, 60 tonttia rakentuu ennen vuotta 2020 ja 90 tonttia 2020 alkaen vuoteen 2026 mennessä. Vuoden 2020 jälkeen tehtävät talot ovat lähes nollaenergiataloja. Pientalojen koko on keskimääräisen suomalaisen talon koko 144 m 2 ja taloja rakentuu yksi pientalo yhdelle tontille. Rivitaloja rakentuu yksi tontti kerrallaan niin, että yhdellä rivitalotontilla on yhteensä 1500 m 2 asuinrakennuksia. Puolet rivitalotonteista rakentuu ennen vuotta 2020 ja puolet sen jälkeen lähes nollaenergiataloina. Teollisuus- ja liikealueen tyhjät tontit rakentuvat tasaisesti täyteen kaikella rakennusoikeudella vuodesta 2016 vuoteen 2040 mennessä. Alueella on kaikissa skenaarioissa neljä 1500 m 2 rakennusoikeuden rivitalotonttia, joissa on yhteensä 60 asuntoa. Skenaario 1B: tasainen kasvu, keskimääräistä suuremmat pientalot Pientaloalueen talot ovat kooltaan keskimäärin 180 m m 2 :n sijaan. Muuten skenaario on sama kuin skenaario 1A. Skenaario 2A: hidas kasvu, keskimääräiset suomalaiset pientalot Pientaloalue alkaa rakentua vuonna 2016 ja taloja rakentuu hitaasti 10 tonttia/vuosi. Vuoden 2020 alkuun mennessä on rakentunut 40 tonttia ja loput lähes nollaenergiataloina tehtävät 110 tontin talot rakentuvat vuoden 2030 loppuun mennessä. Pientalojen koko on keskimääräisen suomalaisen talon koko 144 m 2. Rivitaloja rakentuu yksi tontti kerrallaan niin, että yhdellä rivitalotontilla on yhteensä 1500 m 2 asuinrakennuksia ja tontteja on alueella neljä, sisältäen yhteensä 60 asuntoa. Puolet rivitalotonteista rakentuu ennen vuotta 2020 ja puolet sen jälkeen lähes nollaenergiataloina. Teollisuus- ja liikealue rakentuu tasaisesti täyteen kaikella rakennusoikeudella vuodesta 2016 vuoteen 2060 mennessä. Skenaario 2B: hidas kasvu, keskimääräistä suuremmat pientalot Pientaloalueen talot ovat kooltaan keskimäärin 180 m m 2 sijaan, muuten skenaario on sama kuin skenaario 2B Tulevaisuuden energiankulutusten simuloinnit Rakennusten energiankulutus Yksittäisten rakennusten energiankulutukset ja lämmitystehontarpeet määritettiin energiasimulointimallien perusteella keskimääräisinä energiankulutuksina. Energiankulutus määritettiin pientalolle ja rivitalolle. Pientalo Pientalon pinta-ala on 144 m 2 ja tilavuus 378 m 3. Talo on rakennettu suunnilleen rakentamismääräysten sallimien rajoitusten mukaan. Rakennuksen energiankulutus on ilmanvaihdon lämmöntalteenotosta riippuen keskimäärin (kwh/m 3 )/a. Alempi raja-arvo toteutuu silloin, kun ilmanvaihdon lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde on erittäin hyvä 74 %, ja ylempi raja-arvo toteutuu enemmän keskimääräistä pientalon lukuarvoa vastaavalla arvolla 55 %. Tähän selvitykseen on valittu pientalon ominaisenergiankulutukseksi ylempi raja-arvo 28 (kwh/m 3 )/a, jotta pientalojen ammattimaisesti hoidettuja kiinteistöjä vähäisempi huolto ja ylläpito ilmanvaihtojärjes-

10 10 telmissä tulisi otettua huomioon. Lähes nollaenergiatalossa on erilaisten energiankulutussimulointien perusteella valittu lämmitysenergiankulutukseksi 13 (kwh/m 3 )/a, jonka lähtöoletuksena on, että nykyisen energiatodistuksen A-luokan rajan täyttäminen riittää täyttämään lähes nollaenergiatalon energiankulutusvaatimuksen. Pientalossa energiankulutusta vastaava lämmitysteho on 14 W/m 3 ja lähes nollaenergiatalossa 7 W/m 3. Rivitalo Rivitalotontilla olevien asuinrakennusten pinta-ala on m 2 ja tilavuus m 3. Rivitalojen keskimääräiset energiantarpeet ja lämmitystehontarpeet ovat samat kuin pientaloissa lukuun ottamatta nykyhetken rakentamisen lämmitystehontarvetta, joka on hieman pienempi kuin pientaloissa. Simulointimallien perusteella rivitalon lämmitystehontarpeeksi nykyisillä rakentamisen määräyksillä toteutettuna arvioitiin 12 W/m 3. Rivitalojen todellinen lämmitysenergiantarve on todennäköisesti hieman valittua lukuarvoa pienempi, mutta alueen energiantarpeen kannalta pieni ylimitoitus ei ole merkittävä. Kaukolämpöjärjestelmän energiansiirtokyvyn ja laitteiston mitoituksen kannalta aivan pieni yliarviointi on kuitenkin parempi tilanne kuin aliarvioitu energiantarve ja teho. Lämmin käyttövesi Lämpimän käyttöveden energiankulutus alueella arvioitiin henkilöperusteisen vedenkäytön kautta seuraavilla tiedoilla: yksi henkilö kuluttaa lämmintä vettä keskimäärin 43 dm 3 /vuorokausi keskiarvona Motivan tilastotiedon dm 3 /vuorokausi vaihteluvälistä (Pientalon lämmitysjärjestelmät, 2012). yhdessä asunnossa asuu keskimäärin 4 henkilöä, yhteensä alueella asuu 824 henkilöä kun pientaloja on 146 kappaletta ja yhdellä rivitalotontilla asuu 60 henkilöä. Lämmintä käyttövettä kuluu arvion perusteella vuoden aikana yhteensä m 3, joka vastaa lämmitysenergiankulutusta 826 MWh/a. Lämpimän käyttöveden lämmitystehontarve määritettiin Energiateollisuus Ry:n asuinalueita varten määrittelemillä laskentakaavoilla (Energiateollisuus, 2006), joissa huomioidaan tilastollinen eri aikaan tapahtuva vedenkäyttö kaukolämpöverkossa. Alueella tarvittava lämpimän käyttöveden mitoitusteho on arviolta 900 kw Teollisuus- ja liikealueen energiankulutus ja tehontarve Teollisuusalueen joskus tulevaisuudessa rakennettavien uusien rakennusten lämmitystehontarve ja lämmitysenergiankulutus arvioitiin vastaavien rakennusten energiasimulointimallien perusteella seuraavasti: nyt tyhjien tonttien rakennusoikeus oletettiin kokonaan käytetyksi silloin kun alue on rakennet- tu täyteen rakennusten lämmitystehoksi arvioitiin 8 W/m 3, rakennukset ovat lähes nollaenergiarakennuksia rakennusten lämmitysenergiantarve on 15 kwh/m 3 rakennusten kerroskorkeudeksi arvioitiin tyypillisen pienteollisuusrakentamisen perusteella 5 m ja sen perusteella laskettiin alueen uusien rakennusten rakennustilavuudet tonttien rakennusoikeuksien avulla. Teollisuusalueen uusien tonttien arvioitu suurin lämmitystehontarve on kw ja lämmitysenergiantarve MWh/a.

11 Lämmitysenergiantarve GWh 11 Liikealueen joskus tulevaisuudessa rakennettavien uusien rakennusten lämmitystehontarve ja lämmitysenergiankulutus arvioitiin vastaavien rakennusten energiasimulointimallien perusteella seuraavasti: nyt tyhjien tonttien rakennusoikeus oletettiin kokonaan käytetyksi silloin kun alue on rakennettu täyteen rakennusten lämmitystehoksi arvioitiin 10 W/m 3, rakennukset ovat lähes nollaenergiarakennuksia rakennusten lämmitysenergiantarve on 17 kwh/m 3 rakennusten kerroskorkeudeksi arvioitiin 4 m ja sen perusteella laskettiin alueen uusien rakennusten rakennustilavuudet tonttien rakennusoikeuksien avulla. Liikealueen uusien tonttien arvioitu suurin lämmitystehontarve on kw ja lämmitysenergiantarve MWh/a ALUEEN ENERGIANKULUTUS JA TEHONTARVE ERI SKENAARIOISSA Energiankulutusskenaarioiden, rakennusten energiankulutuksien ja Kukonkoivun energiankulutustutkimuksen perusteella määritetty Kukonkoivun ja Kukonkankaan yhteinen lämmitysenergiantarve ja lämmitystehontarve on esitetty kuvaajissa 2 ja 3. Kuvissa 4 ja 5 on esitetty lämmitysenergiantarpeiden ja lämmitystehojen jakautuminen eri rakennustyypeille alueiden rakennuttua täyteen Vuosi 1A Tasainen kasvu, keskimääräiset pientalokoot 1B Tasainen kasvu, 180 m² rakennusoikeus käytössä 2A Hidas kasvu, keskimääräiset pientalokoot 2B hidas kasvu, 180 m² rakennusoikeus käytössä Kuva 2. Lämmitysenergiantarve eri skenaarioissa.

12 Lämmitystehontarve MW A Tasainen kasvu, keskimääräiset pientalokoot 1B Tasainen kasvu, 180 m² rakennusoikeus käytössä 2A Hidas kasvu, keskimääräiset pientalokoot Vuosi Kuva 3. Lämmitystehontarve eri skenaarioissa. 2B hidas kasvu, 180 m² rakennusoikeus käytössä Lämmitysenergiantarve MWh/a skenaariossa 1A, 144 m² pientalot Lämmitysenergiantarve MWh/a skenaariossa 1B, 180 m 2 pientalot Asuin; 2204; 10 % Liike; 3410; 15 % Asuin; 2466; 11 % Liike; 3410; 15 % Teollisuus ; 17202; 75 % Teollisuus ; 17202; 74 % Kuva 4. Lämmitysenergiankulutuksen jakautuminen eri rakennustyypeille alueiden rakennuttua täyteen.

13 13 lämmitystehontarve kw skenaariossa 1A, 144 m² pientalot Lämmitystehontarve kw skenaariossa 1B, 180 m 2 pientalot Asuin; 1588; 13 % Liike; 2006; 16 % Asuin; 1723; 14 % Liike; 2006; 16 % Teollisuus ; 8893; 71 % Teollisuus ; 8893; 70 % Kuva 5. Lämmitystehontarpeen jakautuminen eri rakennustyypeille alueiden rakennuttua täyteen. 5. ALUEELLISEN LÄMPÖVERKOSTON MITOITUS 5.1. Mitoituksen yleisperiaate Alueellisen kaukolämpöverkon mitoitus perustuu pääosin aikaisempaan Hämeen ammattikorkeakoulun opiskelijoiden tekemään kaukolämpöverkon mitoitukseen (Salmela et al.) Kukonkankaan asuinalueelle. Kaukolämpöverkon mitoitusta on tarkennettu edelleen pääasiassa kustannusten osalta, kun kokonaan uuteen mitoitukseen ei vielä ollut olemassa perusteita kaavoitustyön ollessa kesken. Teollisuusalueelle tehtiin putkistomitoitus kiinteistönomistajien kyselytutkimuksessa osoittaman kiinnostuksen perusteella aluelämpöverkkoa kohtaan jo rakennetuille osille ja arvioidun lämmitystarpeen perusteella rakentamattomille osille. Hollolan kunnalta saadun tiedon mukaan teollisuusalueella on pohjavesisuojaus teiden pientareilla, mikä lisää hieman kaukolämpöverkon rakentamiskustannuksia alueella. Liikekiinteistöjen alueelle tehtiin koko aluetta koskeva kaukolämpöverkoston putkimitoitus. Liikealuetta käsitellään putkimitoituksessa yhtenä kokonaisuutena, sillä alueen rakennuskannan tai lämmitystehon maantieteellisestä jakaantumisesta ei vielä ole olemassa tietoa Asuinalueen kaukolämpöverkon mitoitus Asuinalueen kaukolämpöverkon varsinaista mitoitusta ei muutettu aikaisemmasta Hämeen ammattikorkeakoulussa tehdystä mitoituksesta, koska skenaarioiden perusteella tehdyssä alueen lämpötehontarpeessa ei ollut merkittäviä muutoksia putkimitoituksen kannalta. Lämpökeskuksen paikkakaan ei poikkea aikaisemmasta putkien pituuksien kannalta merkittävästi nyt hahmotellussa sijainnissa, vaikka lämpökeskustonttia on suunniteltu muutama sata metriä etelämpänä olevalle tontille Hämeen ammattikorkeakoulun mitoitukseen verrattuna. Kaavoituksen valmistuttua on kuitenkin suositeltavaa tehdä kaukolämpöverkolle vielä tarkempi mitoitus ja kustannustarkastelu ennen mahdollista verkoston rakentamista.

14 14 Taulukko 1. Hämeen Ammattikorkeakoulussa tehty putkimitoitus Kukonkankaan asuinalueelle. Tämä mitoitus toimii tarkempien kustannuslaskelmien perustana putkipituuksien osalta. putkihalkaisija, mm putkipituus, m DN DN DN Asuinalueelle oli tehty kaksi eri kaavaluonnosta ja tämän selvityksen yhteydessä tutkittiin miten kaavaluonnos numero 2 eroaa putkipituuksiensa osalta luonnos numero yhdestä. Putkipituudet ja mitat jaoteltiin samalla periaatteella kuin Hämeen ammattikorkeakoulussa tehdyssä mitoituksessa (Salmela et. al.) ja käytettiin myös samoja hintoja vertailukelpoisuuden säilyttämiseksi suhteellisissa kustannuseroissa. Karkean tason laskelman perusteella kaavavaihtoehdon 2 kaukolämpöputkitus tulisi noin % edullisemmaksi kuin vaihtoehto Teollisuusalueen kaukolämpöverkon mitoitus Teollisuusalueen kaukolämpöverkko jaettiin mitoitusta varten kahteen osaan: rakennetun alueen kaukolämpöverkkoon ja rakentamattoman alueen kaukolämpöverkkoon. Rakennetun alueen verkko mitoitettiin pääosin kyselytutkimuksessa saadun energiankäyttötiedon perusteella ja rakentamattoman alueen verkko mitoitettiin tonttien rakennusoikeuksien mukaan. Lämpöverkolle tehtiin kaksi rakentamisvaihtoehtoa kustannusselvityksen perustaksi. Toisessa aluelämpöverkkoa rakennetaan sen verran kuin sitä tarvitaan kyselytutkimuksen perusteella verkostoon liittyville rakennuksille. Samalla verkon runko-osa rakennetaan sen verran suureksi, että se pystyy siirtämään lämpöä kaikille verkon varrella oleville tonteille. Toisessa vaihtoehdossa kaukolämpöverkko rakennetaan koko alueelle ja tutkitaan, miten kannattavaa on tehdä kaukolämpöä kaikille uusille nyt rakentamattomille tonteille ja niille vanhoille, jo rakennetuille tonteille, jotka haluavat liittyä kaukolämpöverkkoon Rakennetun teollisuusalueen kaukolämpöverkon mitoitus Rakennetulle teollisuusalueelle tehtiin kaukolämpöverkon putkistomitoitus kuvan 6 esittämällä tavalla. Mitoituksen teknisenä perustana ovat: rakennusten tehontarpeet kyselytutkimuksen perusteella tai arvioidun rakentamisajankohdan mitoitustehon avulla aikaisemmin esitettyjen periaatteiden mukaisesti putkiston 100 Pa/m painehäviö ja kaukolämpöveden 30 C jäähtyminen rakennuksissa.

15 15 Kuva 6. Olemassa olevan teollisuusalueen kaukolämpöputkiston mitoitus. Pohjakartta Hollolan kunnan ajantasakaava-aineisto. Kartasta mitattu verkostopituus on 1240 m Rakentamattoman teollisuusalueen kaukolämpöverkon mitoitus Rakentamattoman teollisuusalueen kaukolämpöverkon mitoitus tehtiin samalla periaatteella kuin jo rakennetun alueen. Rakentamattomalla alueella ei ole vielä rakennuksia, joten kaikki tehontarpeet perustuvat arvioidun rakentamisajankohdan mukaan määritettyihin tehoarvioihin. Kuvassa 7 on esitetty rakentamattoman alueen putkistomitoitus sisältäen ne rakentamattoman alueen putket, joita ei ole esitetty kuvassa 6 osana rakennetun alueen runkoputkistoa.

16 16 Kuva 7. Rakentamattoman teollisuusalueen kaukolämpöputkiston mitoitus. Pohjakartta Hollolan kunnan ajantasakaava-aineisto. Kartasta mitattu verkostopituus on 3000 m Liikealueen kaukolämpöverkon mitoitus Liikealueen kaukolämpöverkko mitoitettiin tonttien rakennusoikeuksien mukaan kuten rakentamaton teollisuusalue. Lämmitystehon mitoitusperiaatteet on selostettu tarkemmin luvussa 3.2. Kuvassa 8 on esitetty liikealueen kaukolämpöputkiston mitoitus. Liikealuetta ei ole vielä ollenkaan rakennettu.

17 17 Kuva 8. Liikealueen kaukolämpöputkiston mitoitus nykyisessä kaavakartassa. Pohjakartta Hollolan kunnan ajantasakaava-aineisto. Kartasta mitattu verkostopituus on m. 6. ALUEELLISET ENERGIANTUOTANTOLAITTEET 6.1. Yleistä Alueellisessa lämpöverkossa tuotetaan energiaa pääasiassa rakennusten lämmittämiseen. Myös pienimuotoinen sähköenergiantuotanto voi olla kannattavaa tietyissä olosuhteissa. Koska kaikki alueen energiantuotanto on varsin pienimuotoista ja sen ei ole tarkoitus kilpailla, eikä se pysty kilpailemaan taloudellisesti teollisen energiantuotannon kanssa, erilaisilla valtion tarjoamilla investointi- ja tuotantotuilla on vaikutusta energiajärjestelmien kannattavuuteen. Lämmön tuotannossa alueellinen energiajärjestelmä on vaihtoehtoinen järjestelmä rakennusten omille lämmöntuotantolaitteille, jotka tyypillisesti tulevat käyttämään energiana sähköä, maakaasua tai puupohjaisia polttoaineita. Sähkön tuotannossa alueellisen energiajärjestelmän ei kannata kilpailla teollisen sähköntuotannon kanssa lukuun ottamatta ehkä talven kalliita pörssisähkön hintoja. Sähkön tuotanto osana alueen energiajärjestelmää on kannattavaa pääasiassa silloin, kun sitä voidaan tuottaa lämmöntuotannon osana silloin, kun lämmölle on käyttötarvetta. Kukonkankaan alueella alueellisina energiantuotantolaitteina on käsitelty haketta käyttäviä lämpökeskuksia, keskitettyä aurinkolämpölaitteistoa ja pienessä mittakaavassa hake-energiaa sähköksi ja lämmöksi muuttavaa puukaasutinlaitteistoa. Kaikki nämä laitteistot ovat sellaisia, joiden käytöstä ei aiheudu mahdollisiin suurempiin laitoksiin liittyviä maksu- tai verovelvollisuuksia ja laitteistojen tuottama energia on mahdollista käyttää alueella kokonaisuudessaan.

18 Energiainvestointituet, syöttötariffit ja pientuotannon sähköverovelvollisuus Valtio pyrkii edistämään uusiutuvan energian käyttöä tarjoamalla investointitukea pienimuotoiselle uusiutuvan energian tuotannolle. Investointitukihakemuksia käsittelevät ja tukia myöntävät paikalliset ELY-keskukset sekä Työ- ja elinkeinoministeriö. Tuettavia investointeja ovat mm. pienet lämpökeskukset ja pienet sähköntuotantohankkeet. Tukia myönnetään yrityksille, kunnille ja erilaisille yhteisöille. Vuonna 2013 tuettavia hankkeita ja niille myönnettäviä tyypillisiä tukiprosentteja hyväksyttävistä kustannuksista ovat olleet (Motiva, 2013): aurinkosähköhankkeet 30 % pientuulivoima % biomassalla toimivat lämpökeskukset % lämpöpumppuhankkeet lämmöntuotannossa 20 % aurinkolämpöhankkeet 20 %. Syöttötariffijärjestelmä on vuonna 2011 käyttöön otettu tukijärjestelmä uusiutuvan energian tuotannon taloudelliseksi tukemiseksi. Syöttötariffitukea maksetaan sähköä tuottaville voimalaitoksille, jotka voivat tuottaa myös lämpöä. Voimalaitosten sähkötehon on oltava pääsääntöisesti 100 kilowattia, mutta tuulisähkövoimaloissa yli 500 kilowattia (Motiva 2013). Syöttötariffitukea maksetaan hyväksytyille tuulivoimalaitoksille, biokaasuvoimalaitoksille sekä erilaisia puupolttoaineita käyttäville voimalaitoksille. Tavoitehinta energian tuotannolle on 83,5 /MWh, ja uusille tuulivoimalaitoksille 105,3 /MWh enintään kolmen ensimmäisen käyttövuoden ajan ja enintään vuoden 2015 loppuun. Tukea maksetaan sähköenergian markkinahinnan eli pohjoismaisen sähköpörssin hinnan ja tavoitehinnan erotuksena. Tavoitehinta määrittää tällöin energian tuotantohinnan, jolla energiaa kannattaa tuottaa. Energian tuotantotukea maksetaan metsähaketta käyttäville voimalaitoksille kuitenkin päästöoikeuden hinnan mukaan määräytyvänä. Tuotantotukea voi saada enintään 12 vuoden ajan. (Motiva 2013) Sähkön kuluttamisesta ja tuottamisesta pitää pääsääntöisesti maksaa sähköveroa ja huoltovarmuusmaksua. Sähkön tuottajan ei kuitenkaan tarvitse maksaa veroa ja maksua kaikissa tilanteissa. Sähköveroa ja huoltovarmuusmaksua ei ole velvollinen suorittamaan se, joka tuottaa sähköä enintään 50 kva:n tehoisella generaattorilla tai useiden sähköntuotantolaitteistojen muodostamalla kokonaisuudella. sähköä yli 50 kva:n mutta alle kva:n tehoisessa generaattorissa siirtämättä sitä sähköverkkoon. sähköä aluksessa, autossa, junassa tai muussa kuljetusvälineessä kulkuneuvon omiin tarpeisiin. (Tulli, 2013) Sähköverovelvollisuuden voi siis välttää, jos sähköntuotanto on riittävän pienimuotoista tai suuremmassa laitteistossa ei siirretä sähköä ollenkaan yleiseen sähköverkkoon myytäväksi. Sähköverovelvollisuuden johdosta pienen mittakaavan sähköntuotannossa on kannattavaa pitäytyä niin pienessä teholuokassa, että sähköä ei tarvitse siirtää yleiseen sähköverkkoon ja siten sähköverovelvollisuutta ei synny. Kaikkein kannattamattomin on teholuokka kva, jolla ei ole mahdollista saada syöttötariffitukea, mutta sähköveroa ja huoltovarmuusmaksua on kuitenkin suoritettava yleiseen sähköverkkoon syötetystä sähköstä. Pientuotannon varsinainen ongelma on, että pienille sähkömäärille on varsin vaikea löytää ostajaa. Jos yleiseen sähköverkkoon tuotetulle sähkölle ei löydy maksavaa asiakasta, sähkövero ja huoltovarmuusmaksu jäävät sähköntuottajan tai sähkön ilmaiseksi vastaanottavan verkonhaltijan maksettavaksi.

19 Hakelämpökeskus Kukonkankaan alueelle suunniteltiin rakennettavaksi haketta käyttävä aluelämpökeskus, koska alueella on saatavissa haketta helposti paikallisen osuuskunnan kautta. Hollolan kunta on myös käyttänyt pitkän ajan paikallisen energiaosuuskunnan palveluita useissa hakelämpökeskuksissa. Hake on myös kirjoitushetkellä eräs edullisimmista saatavilla olevista polttoaineista pienimuotoiseen lämmöntuotantoon (Tilastokeskus, 2013). Aluetasolla hakelämpölaitokselle voi aiheutua muutamia velvoitteita, jotka eivät yleensä koske pienempiä laitoksia: yli 15 GWh/a lämpöenergiaa tuottavat laitokset tarvitsevat ympäristöluvan toiminnalleen yli 5 MW polttoaineteholtaan olevat laitokset tarvitsevat ympäristöluvan yli 1 MW kattilat pitää rekisteröidä laitos saattaa tarvita ympäristöluvan, jos se sijaitsee tärkeällä tai muulla vedenhankintakäyttöön soveltuvalla pohjavesialueella. Kukonkankaan asuinalueen energiantuotannossa ei ole myöhemmin esitettävän mitoituksen mukaan tarpeen käyttää yli 1 MW kiinteän polttoaineen kattiloita, mutta huipputeho- ja varakattilan teho tulisi olemaan kuitenkin yli 1 MW. Kattilalaitosmäärittelyjen mukaan yhteiseen savupiippuun savukaasunsa syöttävät kattilat lasketaan yhdeksi laitoskokonaisuudeksi, jolle sovelletaan ympäristönsuojelulain- ja asetuksen määräyksiä Kattilalaitoksen mitoitus Kukonkankaan asuinalueen lämpötehontarve mitoitettiin aikaisemmin esitettyjen energiankulutusskenaarioiden perusteella. Lämpötehontarpeen mitoituksessa käytettiin asuinalueelle tehdyn tunnittaisen tehontarvemallin tietoja, joiden perusteella pystyttiin määrittämään tarvittavan kattilalaitoksen: peruslämmityskattilan teho ja energiantuotanto-osuus koko vuoden ja lämmityskauden energiantarpeista huipputehokattilan energiantuotanto vuoden aikana kesäajan kattilatehontarve ja energiaosuus kesäajan energiantarpeesta kattilalaitoksen lämminvesivaraajan eli kaukolämpöakun koko. Lämmitysverkostossa syntyy lyhytaikaisia tehohuippuja tyypillisesti asuinrakennusten lämpimän käyttöveden kulutuksesta sekä muiden kuin asuinrakennusten ilmanvaihdon käynnistymisestä aamulla. Tästä syystä kattilalaitokseen mitoitettiin lämminvesivaraaja, jolla tarvittavaa huipputehoa voidaan pienentää ja vähennetään erityisesti kalliin huipputehopolttoaineen käyttöä. Jos alueellisen energiajärjestelmän osaksi tehdään aurinkolämpöjärjestelmä, sen lämminvesivaraajasäiliö voidaan liittää talvella osaksi aluelämpöverkoston energiavarastointia ja siten voidaan edelleen pienentää huipputehokattilan käyttötarvetta. Asuinalueen lämmitystehon mitoitusarvoksi määritettiin kw, joka toteutuu suunnilleen samansuuruisena kummassakin alueen talokokovaihtoehdossa. Tarvittavalle teholle tehtiin muutamaan eri polttoainevaihtoehtoon perustuva mitoitus energiantuotanto-osuuksineen. Mitoitus perustuu kattilalaitosten ja muiden vastaavien eri energialähteitä käyttävien laitosten yleisiin mitoitusperusteisiin, joita on esitetty muun muassa Energiateollisuus ry:n ohjeissa (Energiateollisuus, 2006). Kattilamitoitus on esitetty taulukossa 2. Kattilalaitos on mitoitettu kahdella eri kattilalla, joista hakekattilaa pystytään käyttämään valmistajan mukaan pienimmillään 15 % teholla, jolloin sitä voidaan käyttää myös kesäaikana. Varakattilana ja huipputeholähteenä toimiva maakaasukattila on mitoitettu täydelle teholle. Toisena varaenergiavaihtoehtona on pellettikattila.

20 20 Kattilalaitoksen teholle ei tehty erillistä optimointia, sillä alueen todellinen tehontarve ei ole tarkasti tiedossa ja siten ei ole myöskään mahdollista löytää todellista optimaalista tehoa. Lisäksi optimaalisen ja lähes optimaalisen tehon alue on tällaisissa mitoituksissa niin laaja, että pienellä poikkeamalla teho-optimista ei ole merkittävää vaikutusta lopputulokseen. Taulukko 2. Kukonkankaan asuinalueen kattilalaitoksen mitoitus eri polttoainevaihtoehdoille Kukonkankaan asuinalueen energiamallin perusteella. Kattilatyyppi Perusteho Kesän teho Huipputeho / varateho Polttoaine Hake Hake / kaasu / pelletti Maakaasu / pelletti Teho-osuus tarpeesta 60 % % Kattilatehon tarve kw kw Energiaosuus vuositarpeesta 84 % 14 % 2 % Kesäajan tehontuotannon onnistumiseksi hakekattila tarvitsee riittävän suuren energiavaraajan, jotta kattila ei sammu erityisesti yöaikana tai tiettyjen juhlapyhien aikaan, jolloin tilastollista lämpimän veden käyttöä on hyvin vähän eivätkä erilaiset lattialämmitykset käytä paljon tehoa. Hakekattilan sammuminen on ongelma lähinnä siksi, että suomalaiset valmistajat tarjoavat kattiloihin hyvin heikosti automatiikkaa ja siksi sytytys pitää pääsääntöisesti tehdä käsin. Sinänsä kattilan sammuminen ei aiheuta suoria lämmöntoimitusongelmia, koska kattila täyttää kaikki mahdolliset energiavarastot ennen sammumistaan. Eräs vaihtoehto on poistaa ylimääräinen lämpö ulos lauhduttimien avulla erikoistilanteissa, jolloin kattila pysyy käynnissä, mutta hukkaa hieman kuitenkin varsin edullista hake-energiaa. Kesäajan energiavaihtoehdoiksi valittiin hakkeen lisäksi maakaasu ja pelletti, joita kumpiakin voidaan polttaa automatisoidusti. Tällöin suurtakin kattilaa voidaan tarvittaessa käynnistää kohtalaisen pienelle teholle jaksottaisesti ja voidaan ladata lämpökeskuksen energiavaraajaa kattilan riittävän pitkän käyttöajan takaamiseksi. Pellettikattila saattaa vielä käytännössä tulla hankittavaksi kahtena pienempänä yksikkönä, jolloin tehonsäätö on helpompaa. Kukonkankaan teollisuusalueella oli riittävästi kiinnostusta aluelämpöverkon käyttämiseksi, jotta verkon rakentamisen kannattavuutta kannattaisi tutkia. Kannattavuus on kuitenkin epävarmaa suhteellisen vähäisen kiinnostuksen vuoksi ja siksi teollisuusalueen ja asuinalueen yhteisen lämpökeskuksen kannattavuutta tutkittiin erikseen tehdyn mitoituksen perusteella. Alueelliselle lämpöjärjestelmälle tehtiin laitosmitoitus sellaisessa tilanteessa, jossa: asuinalueen kiinteistöt liittyvät alueverkostoon aiemman mitoituksen mukaisesti liikealueen kiinteistöt liittyvät kokonaisuutena aluelämpöverkkoon ja teollisuusalueella kaikki uudet kiinteistöt liittyvät aluelämpöverkkoon ja olemassa olevat liittyvät kyselytutkimuksessa osoittamansa kiinnostuksen mukaisesti. Mitoitukset on esitetty taulukoissa 3 ja 4. Tehontarpeessa on mukana koko asuinalue, teollisuusalueen kaikki rakentamattomat tontit koko rakennusoikeudellaan ja teollisuusalueen aluelämmöstä kiinnostuneet kiinteistöt. Taulukko 3. Kukonkankaan asuinalueen ja Kukonkoivun teollisuusalueen yhteinen kattilamitoitus. Kattilatyyppi Perusteho Kesän teho Huipputeho / varateho Polttoaine Hake Hake Maakaasu Teho-osuus tarpeesta 50 % 30 % 70 % Kattilateho kw kw kw Energiaosuus vuositarpeesta 85 % 9 % 6 %