OLEMASSA JA SUUNNITTEILLA OLEVAT BIOMASSOJA HYÖDYNTÄVÄT LAITOKSET JA NIIDEN ENERGIATUOTANTOPOTENTIAALI VARSINAIS-SUOMESSA

Transkriptio

1 Pure Biomass TURUN AMMATTIKORKEAKOULU Olli Neuvonen, Tuomas Liuksiala, Juha-Matti Välimaa, Tomi Lahtinen, Tommi Heinonen, Olli Suominen OLEMASSA JA SUUNNITTEILLA OLEVAT BIOMASSOJA HYÖDYNTÄVÄT LAITOKSET JA NIIDEN ENERGIATUOTANTOPOTENTIAALI VARSINAIS-SUOMESSA Pure Biomass

2 Pure Biomass (AMK) Tiivistelmä TURUN AMMATTIKORKEAKOULU Syksy 2012 Olli Neuvonen, Tuomas Liuksiala, Juha-Matti Välimaa, Tomi Lahtinen, Tommi Heinonen, Olli Suominen OLEMASSA JA SUUNNITTEILLA OLEVAT BIOMASSOJA KÄYTTÄVÄT LAITOKSET JA NIIDEN ENERGIANTUOTANTOPOTENTIAALI VARSINAIS-SUOMESSA PURE BIOMASS TUTKIMUSPAJA Raportti on tehty osana Pure Biomass- hanketta, jonka tarkoitus on luoda yleistä ymmärrystä biomassan käytön taloudellisista ja teknisistä hyödyistä energian tuotannossa, perustuen tutkimuksiin biomassan saatavuudesta, teknis-taloudellisista näkökulmista ja ympäristönsuojelusta. Pure Biomass (Potential and competitiveness of biomass as energy source in Central Baltic Sea Region) on yhteistyöhanke, jossa on yhteistyökumppaneita Suomessa ja Latviassa. Raportin on tehnyt tutkimuspaja, joka koostui kuudesta Turun Ammattikorkeakoulun energia- ja polttomoottoritekniikan opiskelijasta. Pajan päälimmäisenä tarkoituksena on selvittää Varsinais-Suomen alueelta löytyvät biomassaa käyttävät laitokset, yritysten suunnitelmat biomassalaitosten rakentamiseksi sekä biomassojen ja jätteiden energiaksi muuttamiseksi käytettävät teknologiat. Tutkimme myös uusia tapoja muuttaa biomassat energiaksi ja raportissa on esitelty myös merkittäviä laitoksia määritellyn alueen ulkopuolelta. Biomassojen käyttö energian tuotantoon on yleistä Suomessa sen edullisuuden, saatavuuden ja sen tarjoaman omavaraisuuden takia. Varsinais- Suomen alueelta löytyy yhteensä 20 biomassoja polttavaa laitosta, jotka tuottavat lähinnä kaukolämpöä. Laitosten yhteenlaskettu teho on 229,2 MW. Varsinais-Suomeen on suunnitteilla neljä biomassoja polttavaa laitosta, joiden yhteenlaskettu suunniteltu teho on MW, eli nykyinen kapasiteetti yli kaksinkertaistuisi jos suunnitelmat toteutuvat. Turun alue kaipaa uutta ratkaisua kaukolämmön toteutukselle, ja siihen biopolttoaineet tarjoavat hyvän vaihtoehdon. ASIASANAT:

3 Pure Biomass (AMK) Abstract TURUN AMMATTIKORKEAKOULU Fall 2012 Olli Neuvonen, Tuomas Liuksiala, Juha-Matti Välimaa, Tomi Lahtinen, Tommi Heinonen, Olli Suominen PURE BIOMASS WORKSHOP - EXISTING AND PLANNED POWER PLANTS AND THEIR ENERGY PRODUCTION POTENTIAL IN SOUTHERN FINLAND This report has been made as a part of Pure Biomass project, which aims to build the public understanding about the economic and technical benefits on the use of biomass for energy production, based on studies of biomass availability, technical-economic aspects and environmental protection. Pure Biomass (Potential and competitiveness of biomass as energy source in Central Baltic Sea Region) is a collaborated project that has collaborates in Finland and Latvia. The report has been made by a research workshop consisting of six students from Turku University of Applied Sciences studying Energy- and Combustion Motor technology. The main objectives of the research workshop was to investigate power plants using biomass, planned power plants using biomass and screening for technologies used transforming biomass and biowaste to energy under the are of Southern Finland. New ways of transforming biomasses to energy were also researched and a few major power plants are presented as examples outside the defined geographical area. Using biomass in energy production is common in Finland due to its cost-efficiency, availability and by the self-sufficiency it offers. There are several power plants in Southern Finalnd using biomass as their fuel, mainly producing district heat. There are 20 power plants using biomass in Southern Finland that are mainly producing district heat. The combined power of the power plants is 229,2MW. Four power plants are planned in Southern Finland which have combined planned power of MW, meaning that the current capacity would more than double in the future. The area of Turku needs a new solution for district heat and biofuels offer a strong option. KEYWORDS:

4 SISÄLTÖ 1 PROJEKTIN MÄÄRITTELY Tehtävä Tavoitteet Rajaus Varsinais-Suomi Biomassat Laitokset 8 2 BIOENERGIAN NYKYTILANNE SUOMESSA Puupolttoaineet Biokaasu Tulevaisuus Lämpö- ja voimalaitokset Yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto Polttomoottorit ja kaasuturbiinit Höyryvoimalaitokset Välittäjäaineisiin liittyvät tekniikat Polttokennot Pienet lämpökeskukset Energiayrittäjyys Lämpölaitoskohteet ja polttoaineet Polttoaineet Lämpöyrittäjien yritysmuodot Luvat Energiantuotannon tuet Investointituki biokaasulaitoksen rakentamiseen Sähkön tuotantotuki Kotimaan markkinat 25 3 LAITOSTYYPIT Leijupetikattila Kiertoleijupetitekniikka Leijukerrospoltto Arinakattilat 29

5 3.2.1 Ilmajäähdytteinen arinakattila Vesijäähdytteinen arinakattila Pyörivän arinan polttotekniikkaa 31 4 OLEMASSA JA SUUNNITTEILLA OLEVAT LAITOKSET VARSINAIS-SUOMEN ALUEELLA Turku Energia Orikedon biolämpökeskus Orikedon jätteenpolttolaitos Kakolan jätevedenpuhdistamo Pansion satama-alueelle sijoittuva biovoimalaitos Polttotekniikka Käytettävät polttoaineet, niiden hankinta, käsittely ja varastointi Varissuon Lämpö Oy Hesburger, Kaarinan biopolttoainetehdas, varasto ja tuotantolaitos Someron Lämpö Oy Vapo Oy (Salo) Perniön kunta Liedon Lämpö Oy Paimion Lämpökeskus Oy Loimaan Kaukolämpö Oy Pöytyän Lämpökeskus Oy Kosken Aluelämpö Oy Biovakka Oy, Vehmaa Vehmaan Energia Taivassalon Lämpö Oy Tutkimus järviruo on talvilaadun hyödyntämismahdollisuuksista Biolinja Oy (Uusikaupunki) 43 5 MERKITTÄVÄT LAITOKSET SUOMESSA Lahti Energia Oy: Kymijärvi II, Lahti Alholmens Kraft 2, Pietarsaari Vaskiluodon biokaasulaitos, Vaskiluodon Voima 45 LÄHTEET 46

6 1 PROJEKTIN MÄÄRITTELY Pure Biomass (Potential and competitiveness of biomass as energy source in Central Baltic Sea Region) on yhteistyöhanke, jossa on yhteistyökumppaneita Suomessa ja Latviassa. Hankkeen tarkoitus on luoda yleistä ymmärrystä biomassan käytön taloudellisista ja teknisistä hyödyistä energian tuotannossa, perustuen tutkimuksiin biomassan saatavuudesta, teknis-taloudellisista näkökulmista ja ympäristönsuojelusta. 1.1 Tehtävä Tutkimuspajan tarkoituksena on selvittää Varsinais-Suomen alueelta löytyvät biomassaa käyttävät laitokset, yritysten suunnitelmat biomassalaitosten rakentamiseksi sekä biomassojen ja jätteiden energiaksi muuttamiseksi käytettävät teknologiat. Tutkimuspaja tutkii myös uusia tapoja muuttaa biomassat energiaksi ja raportissa on esitelty myös merkittäviä laitoksia määritellyn alueen ulkopuolelta. 1.2 Tavoitteet Selvittää Varsinais-Suomen alueella olevat biomassaa hyödyntävät laitokset mahdollisimman perusteellisesti ja tuottaa materiaalia joka on helposti käytettävissä ja tehtävänannon mukaista. PURE BIOMASS 6

7 1.3 Rajaus Varsinais-Suomi Tutkimusalueena on Varsinais-Suomen maakunta (Kuva 1). Kuva 1. Varsinais-Suomi (Google 2012) Biomassat Projektin määrityksen mukaan käsiteltäviä biomassoja ovat Puubiomassa PURE BIOMASS 7

8 Jätteet Turve Lanta ja lietteet Peltokasvit ja viljelemätön biomassa Järviruoko Teollisuuden sivuvirrat Vähempiarvoinen kala Tulevaisuuden biomassat Laitokset Raportissa esiteltävät laitokset ovat enimmäkseen isoja, peruskuormaa tuottavia laitoksia niiden helpomman löytämisen takia. Pienempien laitosten omistajat eivät välttämättä mainosta laitoksen olemassaoloa muuta kuin paikallisesti, joten niiden löytäminen on haastavaa ottaen huomioon projektin resurssit. PURE BIOMASS 8

9 2 BIOENERGIAN NYKYTILANNE SUOMESSA Bioenergian asema markkinoilla on parantunut merkittävästi viime vuosina. Sen osuus Suomen energiankulutuksesta on runsaat 25 % sisältäen puun, turpeen ja kierrätyspolttoaineet. (Finbioenergy ry 2012) Alla olevassa taulukossa (Taulukko 1.) on kuvailtu Suomen sähköntuotannon rakennetta. Taulukko 1. Suomen sähköntuotannon rakenne. (Energianet 2012) TWh TWh TWh TWh TWh Ei-fossiiliset energialähteet Vesivoima 10,1 10,8 14, ,5 Tuulivoima 0 0 0,1 1 3 Biovoima 2,7 5 9, Ydinvoima 6,6 18,1 21, Yhteensä 19,4 33, ,5 Osuus 50 % 66 % 68 % 73 % 74 % Fossiiliset energialähteet Hiili 11,4 9 8,2 8 8 Turve 2 2,8 3,5 4 5 Kaasu 1,6 4,4 8, Öljy 4,2 1,6 1,3 1,5 1,5 Yhteensä 19,2 17,8 21,4 23,5 27,5 Osuus 50 % 34 % 32 % 27 % 26 % Kokonaistuotanto 38,6 51,7 67,4 85,5 106 Nettotuonti 1,2 10,7 11, Kokonaiskulutus 39,8 62,3 79,3 95,5 110 Voimalaitosteho (MW) PURE BIOMASS 9

10 Osuus (%) Kuvaaja 1. Energian kokonaiskulutus energianlähteittäin (Tilastokeskus 2012) Puun pienpoltto Teollisuuden puutähteet Metsäteollisuuden jäteliemet Puupolttoaineet Turve Vesi- ja tuulivoima Puupolttoaineet Energian kokonaiskulutus Suomessa vuonna 2011 oli tilastokeskuksen ennakkotietojen mukaan 386 TWh (401 TWh vuonna 2010), 5 prosenttia vähemmän kuin vuotta aiemmin. Tämä johtui teollisuustuotannon alenemisesta ja lämpimästä loppuvuodesta Yksittäisistä energialähteistä määrällisesti eniten lisääntyivät sähkön nettotuonti ja ydinenergian kulutus, kun taas fossiilisten polttoaineiden (öljytuotteet, hiili ja maakaasu) sekä turpeen käyttö vähentyi. Puuperäisiä polttoaineita käytettiin vuonna 2011 yhteensä 86 TWh, yli viidennes energian kokonaiskulutuksesta. Puun kulutus väheni edellisvuodesta 3 prosenttia metsäteollisuuden jäteliemien (mustalipeä) ja puun pienkäytön vähenemisestä johtuen. Metsäteollisuuden jäteliemiä käytettiin energiantuotannossa 37 TWh ja kiinteitä puupolttoaineita 49 TWh. Kiinteistä puupolttoaineista kului lämpö- ja voimalaitoksissa 32 TWh (16,8 milj. m³) ja pientaloissa (liike-, kauppa-, toimistoym. rakennukset) 17 TWh (6,7 milj. m³). Puupolttoaineet ovat Suomessa toiseksi merkittävin energialähde öljytuotteiden jälkeen. Metsäteollisuuden tehdaspolttoaineista puu kattaa 75 prosenttia ja teollisuuden kaikkien toimialojen tehdaspolttoaineista yli 40 prosenttia. (TEM 2012) PURE BIOMASS 10

11 Kuva 2. Energian kulutus (TWh) Suomessa energialähteittäin vuonna (TEM 2012) Lämpö- ja voimalaitoksissa käytettiin kiinteitä puupolttoaineita vuonna 2011 ennätykselliset 16,8 miljoonaa kiintokuutiometriä. Käyttö lisääntyi edellisvuodesta 0,8 miljoonaa kuutiometriä eli 5 prosenttia. Kiinteiden puupolttoaineiden energiasisältö oli 32 terawattituntia (TWh), liki 40 prosenttia kaikesta puuenergiasta ja 8 prosenttia kaikkien energialähteiden kokonaiskulutuksesta. Lämpö- ja voimalaitoksissa poltettiin metsähaketta 6,8 miljoonaa kuutiometriä, 10 prosenttia enemmän kuin vuotta aiemmin. Sen sijaan metsäteollisuuden sivutuotepuun käyttö pysyi lähes edellisvuoden tasolla. Eniten poltettiin kuorta, 6,6 miljoonaa kuutiometriä. Saha- ja levyteollisuuden jätepuusta valmistettua puutähdehaketta kului 0,9 miljoonaa kuutiometriä (-6 %), erilaisia puupuruja, - lastuja ja -pölyjä yhteensä 1,9 miljoonaa kuutiometriä (+10 %). (TEM 2012) PURE BIOMASS 11

12 2.2 Biokaasu Biokaasusta tuotettiin vuonna 2011 lämpöä 366 gigawattituntia (GWh) ja sähköä 151 GWh. Biokaasulla tuotettu energiamäärä (517 GWh) on 1 prosentti Suomessa tuotetusta uusiutuvan energian tuotannosta. Biokaasun hyödyntämisessä on parannettavaa, vaikka minimitavoitteeseen, eli 75 prosenttiin tuotetusta biokaasun kokonaisenergiamäärästä, päästiinkin. Vuonna 2011 ylijäämäpoltossa tuhlattiin energiaa 138 GWh. Ylijäämäpoltettu kaasu poltetaan soihdussa, jolloin kaasun energiasisältö hukataan, mutta toisaalta vältetään haitalliset metaanipäästöt. Metaanipitoisuus tarkoittaa metaanin osuutta biokaasun kaasuseoksen sisällöstä. Suurin osa loppupitoisuudesta on hiilidioksidia, josta ei energiaa saada. Vuonna 2011 kaatopaikkalaitoksilla kerättiin biokaasua talteen 102 milj. m³. Biokaasua tuotettiin melkein täsmälleen sama määrä kuin vuonna Kaasun suhteellinen hyötykäyttö kuitenkin lisääntyi merkittävästi, määrän ollessa 32 prosenttia edellisvuotta korkeampi. Pumpatusta biokaasusta 77,2 milj. m³ käytettiin sähkön ja lämmön tuotantoon. Energiaa kaatopaikoilta pumpatusta biokaasusta tuotettiin 314,5 GWh. Reaktorilaitoksia ovat yhdyskuntien ja teollisuuden jätevesilietteitä käsittelevät laitokset, maatilojen laitokset sekä niin sanotut yhteismädätyslaitokset, joissa voidaan käsitellä useita erilaisia raaka-aineita. Vuonna 2011 Suomessa oli tällaisia laitoksia yhteensä 41, joista maatilalla toimivia laitoksia oli 13. Kaatopaikkakaasua kerättiin lisäksi 38 kaatopaikalla, eli kaikkiaan Suomessa on 79 biokaasulaitosta. Suomessa on tällä hetkellä suunnitteilla 33 biokaasulaitoshanketta, joista 15 on yhteismädättämöjäja 17 maatilalaitoksia. Maa- ja metsätalousministeriön toteuttamien tukihakujen (syksy 2008 ja kesä 2010) kautta jätettiin yhteensä 43 biokaasulaitoksen rakentamiseen tähtäävää suunnitelmaa. Vuonna 2009 myönteisiä rahoituspäätöksiä tehtiin 15 kappaletta ja 7 kappaletta vuonna Suomessa on tällä hetkellä aktiivisesti vireillä 39 biokaasulaitoshanketta ja rakenteilla kolme. Maa- ja metsätalousministeriön vuonna 2009 ja 2010 rahoittamista 22 hankkeesta on aktiivisesti vireillä enää 3 hanketta. (TEM 2012) PURE BIOMASS 12

13 2.3 Tulevaisuus Energiasektorin liiketoimintojen integrointi esimerkiksi jäte- tai vedenjakeluliiketoiminnan kanssa käyttäen uusien teknologioiden tarjoamia mahdollisuuksia tarjoaa synergiahyötyjen kautta tavan lisätä kannattavuutta. Tutkimus- ja kehitystyöpanoksilla tähdätään Suomessa myös jätteiden kierrätyksen integrointiin, niin että materiaalien kierrätys maksimoidaan ja kaikki ei-kierrätettävät palavat komponentit käytetään tehokkaasti energian tuotannossa. Tämä on tehokas tapa selvitä tulevista kaatopaikkamääräyksistä. Tärkeimmät energian tuotannon teknologiat, joihin tutkimus- ja kehityspanokset tulisi Suomessa suunnata ovat: Leijukerrosteknologia (poltto ja kaasutus) biomassoille sekä seospolttoaineille (ml. jätepolttoaineet) Kaasutusteknologia mustalipeälle ja biomassoille Biopolttonesteiden valmistus ja käyttö Hajautettu energiantuotanto: pienet CHPlaitokset, tuulivoima, järjestelmäintegrointi Uudet CHP-ratkaisut: korkea rakennusaste, pieni kokoluokka, kaukojäähdytys Integroidut ratkaisut: Urban Mill-konsepti, monituotelaitokset Bioenergia on keskeinen osa Suomen tulevaisuuden energiaratkaisua, joten monet kehitettävistä teknologioista liittyvät bioenergian entistä tehokkaampaan hyödyntämiseen. Bioenergiaosaaminen tarjoaa suomalaisille yrityksille myös hyviä mahdollisuuksia vientimarkkinoilla. Suomen vahva informaatio- ja tietoliikennetekniikan osaaminen auttaa puolestaan kehittämään laitosten käyttöön ja verkkoon liitynnälle ratkaisuja, jotka mahdollistavat hajautetun sähkön ja lämmön yhteistuotannon entistä pienemmässä kokoluokassa. Esimerkkinä integroiduista ratkaisuista on Urban Mill -konsepti, jossa voidaan edullisesti yhdistää yhdyskunnan ja kierrätyspaperitehtaan sähkön ja lämmön tuotanto sekä kiinteiden jätteiden materiaali- ja energiahyötykäyttö. (VTT 2012) PURE BIOMASS 13

14 Kuva 3. Esimerkki pienen kokoluokan paperitehtaan integrointi paikalliseen energian tuotantoon ja jätehuoltoon Urban Mill- konsepti (Metso) PURE BIOMASS 14

15 Kuva 4. Energian tuotantoteknologioiden kehitysnäkymiä Suomessa. 2.4 Lämpö- ja voimalaitokset Öljyn hinnan kallistumisen vuoksi pienten bioenergialla toimivien lämpölaitosten määrä on voimakkaassa kasvussa. Ilmastonmuutoksen hillitsemiseen tähtäävät toimet edellyttävät lähivuosina uusiutuvan energian käytön merkittävää lisäämistä, joten öljyä käyttäviä laitoksia tullaan jatkossakin muuttamaan tai uusimaan bioenergialla toimiviksi. Pienen kokoluokan yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa (pien-chp) sähköntuotantoteho on tyypillisesti 1-2 MW (MWe), jolloin lämpöteho on 3-5 MWh. Tällä hetkellä biokaasun polttaminen kaasuturbiinissa tai polttomoottorissa on toimivin ratkaisu tuottaa sähköä ja lämpöä pien-chp-laitoksessa. Lämpöyrittäjät tuottavat lämpöenergiaa paikallisesti. Lämmön ostajana on useimmiten kunta, joka voi näin hyödyntää omalta alueelta saatavaa uusiutuvaa PURE BIOMASS 15

16 energiaa. Lämpöyrittäjät tuottavat myymänsä energian yleensä pienissä lämpökeskuksissa, joissa käytetään polttoaineena haketta tai pellettiä tai näiden eriasteista seosta. Pääpolttoaineena on usein omista metsistä tai lähiseudulta hankittu puu. Lämpöyrittäjätoiminta on kehittynyt voimakkaasti viime vuosina. Vuoden 2009 alussa lämpöyrittäjien hoitamia lämpöyrityskohteita oli noin 400 kappaletta. Kaikkiaan mahdollisia lämpöyrityskohteita arvioidaan olevan Suomessa noin kpl (Motiva 2012). 2.5 Yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto Pienen kokoluokan sähkön- ja lämmöntuotannolla (Pien-CHP) tarkoitetaan yleensä pienvoimalaa, jonka sähköntuotantoteho on 1-2 MW (MWe). Lämpöteho on tällöin 3-5 MWh. Joskus pien-chp-laitoksen ylimmäksi nimellistehoksi katsotaan 10 MW. Yhdistetyn sähkön- ja lämmöntuotannon etuna on korkea kokonaishyötysuhde, jolloin sähköntuotannon osuus vaihtelee 30 % molemmin puolin käytetystä tekniikasta riippuen. Pien-CHP tuotetaan pääosin neljällä eri perustekniikalla: Polttomoottorit ja kaasuturbiinit Höyryturbiinit ja muut höyryvoimalaitteet Muut välittäjäaineisiin liittyvät tekniikat Polttokennot Näistä tekniikoista yhdessä erilaisten polttoaineiden kanssa syntyy suuri määrä erilaisia ja eri kehitysvaiheessa olevia voimalaitosratkaisuja. Jotkut niistä ovat hyvin toimivia ja toiset pitkän kehitystyön jälkeen juuri kaupallistamisvaiheen saavuttamassa. Lisäksi on lupaavia tekniikoita, jotka tarvitsevat vielä suuria kehityspanoksia ja uusia materiaaliratkaisuja. Seuraavassa esitellään joitakin uusiutuvaan energiaan perustuvia toimivia tai lupaavia pien-chp-ratkaisuja. (Motiva 2012) PURE BIOMASS 16

17 2.5.1 Polttomoottorit ja kaasuturbiinit Sähkön ja lämmön tuottaminen biokaasulla polttomoottorissa tai kaasuturbiinissa on tällä hetkellä toimivin pien-chp-ratkaisu. Anaerobisessa biokaasureaktorissa tuotettu kaasu on helppo puhdistaa polttomoottori- tai kaasuturbiinikelpoiseksi. Näin toimivia erikokoisia biokaasuvoimalaitoksia on kauan ollut käytössä jätevedenpuhdistamojen lietebiokaasureaktorien yhteydessä. Suurimmissa jätevedenpuhdistamoissa ja kaatopaikoilla biokaasun tuotanto on tasaista, joten sähkön ja lämmön kaupallinen, tai oma hyödyntäminen on helppo ratkaista. Maatilojen karjanlannalla ja peltobiomassoilla tuotettu kaasuenergia on melko yksinkertaisilla ratkaisuilla muunnettavissa sähköksi ja lämmöksi. Kaasun käyttö kesäkaudella on ongelma. Maatilan sesonkiluonteinen suuri sähkön ja lämmön kulutuksen vaihtelu vaikeuttaa biokaasulaitoksen järkevää suunnittelua. Maatilan CHP-laitoksen ongelma on lämmön hyödyntäminen. Etäisyys taajaman lämpöverkkoon on liian pitkä ja oma käyttö vähäistä. Yksi mahdollisuus voisi olla kaasun johtaminen lähitaajaman CHP-laitokseen, joka syöttäisi biokaasulla tuotetun sähkön ja lämmön omiin paikallisiin verkkoihinsa. Kaasuturbiinilaitos mikroturbiineilla on uutta Suomessa kehitettyä teknologiaa, joka on tällä hetkellä laajemmassa käytössä Keski-Euroopassa. Vastavirtakaasutukseen, kaasun tehokkaaseen puhdistamiseen ja sen moottorikäyttöön perustuu suuri 2-20 MW polttoainetehon Novel-CHP-laitos Kokemäellä. Uuden laitoksen koeajovaihe on päättymässä vuonna Myötävirtakaasutukseen (häkäpönttö) perustuvia pieniä sähkön ja lämmön tuotantoyksiköitä on Suomessa kehitystyön alla useampia. (Motiva 2012) Höyryvoimalaitokset Höyryvoimalaitokset ovat yleisesti käytössä suuren kokoluokan energiantuotannossa. Pieniä höyryturbiini-, höyrykone- ja -moottorivoimaloita, n. 1 MWe, on otettu käyttöön viime vuosina. Uudenaikaisten höyrymoottorien kanssa on ollut teknisiä ongelmia. Tavallisesti näissä pien-chp-laitoksissa lämpöenergia tuotetaan hakekattilalla. (Motiva 2012) PURE BIOMASS 17

18 2.5.3 Välittäjäaineisiin liittyvät tekniikat Höyryn ohella muita keinoja lämpöenergian muuttamiseksi sähköksi ja lämmöksi välittäjäaineen avulla ovat Stirling-moottori ja orc-teknologia. Stirling-moottori on vanha keksintö, mutta sen käyttöä CHP-laitoksissa tutkitaan ja kokeillaan vasta nyt. Tehdyt laitokset ovat kokoluokaltaan kwe. Lämmittämiseen voidaan käyttää kaikkia tarjolla olevia biopolttoaineita mutta myös auringon lämpöä. ORC-laitoksessa hyödynnetään orgaanisen välitysaineen muutosta nesteolomuodon ja kaasun välillä. Keski- ja Etelä-Euroopassa on rakennettu joitakin kokeilu- ja esimerkkikohteita. Laitoskoko vaihtelee välillä kwe. (Motiva 2012) Polttokennot Polttokennot ovat edelleen intensiivisen tutkimuksen ja kehittämisen kohteena varsinkin autojen energialähteeksi. Paikallisen sähkön ja lämmön tuottamiseen on olemassa laitoksia, joiden käyttöaineena on vety. Maa- ja biokaasun käyttöön kehitetään laitoksia, joilla voidaan päästä jopa kiinteistökohtaisiin energiantuotantoyksiköihin. Polttokennoratkaisujen ongelmana on vielä laitosten korkea hinta. Häkäkaasun pienimuotoiseen (hiilimonoksidi-chp) tuottamiseen perustuvia sähkön ja lämmön tuotantoyksikköjä kehitetään myös. Mallina ovat häkäpönttöautoissa käytettävät myötävirtakaasuttimet. Myötävirtakaasutinta ei voida rakentaa suureksi tuotantoyksiköksi. (Motiva 2012) 2.6 Pienet lämpökeskukset Pienten bioenergialla toimivien lämpölaitosten määrä on voimakkaassa kasvussa. Öljyn hinnan kallistumisen vuoksi öljyä käyttäviä laitoksia muutetaan toimimaan bioenergialla tai vanhat öljykattilat korvataan bioenergiaa käyttävillä kattiloilla. Omakotikokoluokan kattiloita suuremmat biopolttoainekattilat (noin 100 kw-1 MW) ovat pienten lämpökeskusten lämmönlähteitä. Niillä tuotetaan energiaa yksittäiseen suureen rakennukseen tai pienen alueverkon kautta usean rakennuksen tai teollisuushallin lämmittämiseen. PURE BIOMASS 18

19 Tämän kokoluokan biopolttoainekattila on saneerauskohteissa syrjäyttänyt usein öljykattilan, joka yleensä kytketään biopolttoainekattilan rinnalle vara- ja huippuenergiakattilaksi. Pienet lämpökeskukset varustetaan lähes poikkeuksetta riittävän suurella varastosiilolla ja lämmöntuotantoa valvovalla, etäluettavalla automatiikalla, jolloin keskuksen käyttökustannukset pysyvät kohtuullisina. Lämpökeskuksen tärkeimmät elementit ovat: polttoainevarasto siirtojärjestelmineen; kattila ja sen polttoaineen syöttölaitteisto; ohjaus- ja valvontainstrumentointi; ja liitynnät lämpöverkkoon. Lisäksi tarvitaan varajärjestelmän kattila tai sähkövastus lämpökeskuksen koosta riippuen. Lämpöyrittäjien myymä energia keskimäärin vähän yli puoli megawattia per lämpökeskus tuotetaan yleensä pienissä lämpökeskuksissa. Polttoaineena näissä laitoksissa käytetään yleensä haketta tai pellettiä tai näiden eriasteista seosta. Pelletin etuja on matala kosteus sekä helppo varastointi- ja siirtokäsiteltävyys. Haittapuolena on ollut viime aikojen voimakas pelletin hinnan nousu. Hakkeen laatuvaatimus korostuu pienimmissä lämpölaitoskattiloissa, joiden kuljetin- ja syöttöjärjestelmät eivät siedä ylisuuria paloja ja puusäleitä, vaan tasalaatuista haketta ja kattilan mitoituksen mukaista kosteutta. Jälkimmäiset vaatimukset koskevat sinänsä kaikkia hakelaitoksia. Hakkeen ja pelletin sekoittamisella voidaan tehostaa lämmön tuottamista talven huippukuormituksen aikana, tai parantaa (laitokselle satunnaisesti tulleen) huonompilaatuisen hakkeen lämmöntuottokykyä. (Motiva 2012) PURE BIOMASS 19

20 2.7 Energiayrittäjyys Lämpöyrittäjät tuottavat ja myyvät hankkimillaan biopolttoaineilla tuotettua lämpöä. Lämpöyrittäjä on tavallisesti maatalousyrittäjä tai yrittäjien muodostama ryhmä kuten osuuskunta tai osakeyhtiö. Lämpöyrittäminen on yleisintä Länsi- Suomessa (erit. energiaosuuskunnat), mutta uusia laitoksia otetaan käyttöön eniten Etelä-Suomessa, jossa osakeyhtiömuotoiset yritykset ovat yleisimpiä. Lämpöyrittäjä tekee kunnan tai muun asiakkaan kanssa sopimuksen yhden tai useamman kiinteistön lämmittämisestä biopolttoaineilla. Yrittäjä saa korvauksen työstään tuottamansa lämpömäärän perusteella. Vuoden 1993 alussa maassamme oli vain kolme lämpöyrittäjää. Lämpöyrittämisen tutkiminen ja kehittäminen aloitettiin tuolloin osana valtakunnallista Bioenergian tutkimusohjelmaa. Ensimmäinen kysely lämpöyrittämisen laajuuden selvittämiseksi tehtiin vuonna 1996 lähettämällä kyselykaavake kaikkiin kuntiin. Vuoden 1996 lopussa lämpöyrittäjät hoitivat 36 lämpölaitosta. Lämpöyrittämisen kehittämistä jatkettiin vuonna 2001 käynnistyneessä Lämpöyrittäjä Suomi -hankkeessa. Vuodesta 2002 alkaen lämpöyrittämisen laajuutta ja kehitystä on seurattu vuosittain siten, että uusien laitosten tiedot on koottu yhteen pääosin puuenergianeuvojien keräämistä tiedoista. Lämpöyrittäjien määrä on 2000-luvulla edelleen lisääntynyt merkittävästi. Lämpöyrittäjien hoitamien lämpölaitosten lukumäärä on reilussa 15 vuodessa kasvanut muutamasta laitoksesta jo yli neljään sataan. Vuoden 2010 lopussa Suomessa oli toiminnassa ainakin 490 lämpöyrittäjien hoitamaa lämpölaitosta. Laitosten lukumäärä lisääntyi edellisestä vuodesta 35 laitoksella eli kahdeksan prosenttia. Lämpöyrittäjien hoitamien laitosten yhteenlaskettu kattilateho kasvoi 34 megawattia eli 14 prosenttia. Kattilateho oli yhteensä 284 megawattia ja keskimäärin 0,58 megawattia. Lämpölaitosinvestoinnin tai pääosan siitä teki lämpöyrittäjä jo kahdessa kolmesta uudesta laitoksesta. Yrittäjän tehdessä valintaa laitostekniikasta pitäisi pystyä varautumaan alalla tapahtuviin muutoksiin seuraavan 10 tai 15 vuoden aikana. Todennäköisiä muutoksia ovat ainakin varalla käytettävän öljyn ja PURE BIOMASS 20

21 biopolttoaineiden laitoshinnan nousu sekä sähkön kallistuminen. (Bioenergian verkkopalvelu 2012) Lämpölaitoskohteet ja polttoaineet Kunnat ovat lämpöyrittäjien tärkein asiakasryhmä. Yksityisten asiakkaiden määrä ja osuus lisääntyvät kuitenkin jatkuvasti. Vuonna 2009 yksityisten asiakkaiden osuus oli jo viidesosa kaikista lämpöyrittäjien asiakkaista. Vuoden 2010 lopussa lämpöyrityksiä oli vähemmän kuin laitoksia, sillä osa yrityksistä huolehti useammasta laitoksesta. Uusista laitoksista 21 oli aluelämpölaitoksia. Loput 335 laitosta olivat kiinteistökohtaisia laitoksia. Näistä 44 prosenttia lämmitti koulukiinteistöjä ja vajaa kolmannes yksityisiä kiinteistöjä. Kiinteistökohtaiset laitokset ovat yleisimpiä Eteläja Länsi-Suomessa. Lämpöyrittäjien hoitamien laitosten yhteenlaskettu kpa-kattilateho kasvoi edellisestä vuodesta 34 megawattia eli 14 prosenttia. Kiinteistökohtaisten lämpökeskusten kattilateho oli vuoden 2010 lopussa keskimäärin 0,37 megawattia ja aluelämpölaitosten yksi megawatti. (Bioenergian verkkopalvelu 2012) Polttoaineet Lämpöyrittäjät käyttivät vuonna 2010 lämmöntuotannossaan kaikkiaan lähes 1,3 miljoonaa irtokuutiometriä kiinteitä biopolttoaineita. Puupolttoaineiden määrä oli noin irtokuutiometriä. Valtaosassa lämpöyrittäjien hoitamista lämpölaitoksista käytettiin pääpolttoaineena metsähaketta. Sen osuus oli noin 90 prosenttia laitosten kiinteiden polttoaineiden käyttömäärästä. Hake tehtiin yleisimmin markkinakelvottomasta runkopuusta. Metsähakkeen käyttömäärä kasvoi 14 ja sahauspintahakkeen käyttö 55 prosenttia edeltäneestä vuodesta. Haketta kului keskimäärin yli irtokuutiometriä laitosta kohden. Loput olivat lähinnä pala- ja jyrsinturvetta. Lisäksi poltettiin viljan lajittelujätettä ja markkinakelvotonta viljaa sekä ruokohelpeä yhteensä muutamia tuhansia irtokuutiometrejä. Lisä- tai varalämmönlähteenä lämpölaitoksissa oli yleensä polttoöljy. (Bioenergian verkkopalvelu 2012) PURE BIOMASS 21

22 2.7.3 Lämpöyrittäjien yritysmuodot Yksittäiset yrittäjät vastaavat lämmöntuotannosta 170 laitoksessa, joiden kpakattilateho on yhteensä 69 megawattia ja keskimäärin 0,41 megawattia. Useamman yrittäjän muodostamat yrittäjärenkaat vastasivat lämmöntuotannosta 40 lämpölaitoksessa. Osakeyhtiö- tai osuuskuntamuotoiset lämpöyritykset tuottavat noin 55 prosenttia kaikesta lämpöyrittäjien tuottamasta lämmöstä. Niiden hoitamioen lämpölaitosten keskimääräinen kattilateho on lähes kaksinkertainen yksittäisten yrittäjien ja yrittäjärenkaiden hoitamien laitosten kattilatehoon verrattuna. Tyypillisesti ne huolehtivat aluelämpölaitoksista luvulla sekä osakeyhtiöiden että osuuskuntien hoidossa olevien laitosten osuus on noussut ja yrittäjärenkaiden hoitamien laitosten osuus vastaavasti laskenut. Lämpöyrittäminen on yleisintä Länsi-Suomessa, jossa sijaitsee kaksi viidestä lämpölaitoksesta. Pienpuun sekä pienpuuhakkeen hinta nousi rajusti vuoden 2009 lopulla ja alkuvuonna Rraaka-aineen hinta nousi lyhyessä ajassa pahimmillaan prosenttia. Kova pakkastalvi lisäsi kuivan ja laadukkaan hakkeen tarvetta. Lämmöntoimitussopimuksessa lämmön hinta pyritään usein sitomaan hakkeen hinnan sijasta lämpöasiakkaalle paremmin sopivaan indeksiin. Se muodostaa yrittäjälle taloudellisen riskin, jos raaka-aineen saatavuudessa on ongelmia. Yrittäjän tulisi kuitenkin pyrkiä siihen, että puuvarastot riittäisivät koko lämmityskauden ajaksi. (Bioenergian verkkopalvelu 2012) 2.8 Luvat Energian tuotanto, käsittely ja varastointi voivat aiheuttaa vahinkoa ympäristölle. Toiminnan luonne, tuotannon volyymit ja sijainti vaikuttavat merkittävästi sen toteutumistodennäköisyyteen eli vaaran suuruuteen ja vaikutuksiin. Lupamenettelyt pyrkivät varmistamaan, että toiminnan riskit ovat tiedostettuja, niihin on varauduttu ja niiden merkitys on ennakoitu. Lupamenettelyt suojelevat ihmisiä, vesistöä, ilmastoa ja maaperää. PURE BIOMASS 22

23 Biokaasulaitokselta, jossa käsitellään jätettä, edellytetään ympäristölupaa. Yli tonnia vuodessa käsittelevän laitoksen ympäristölupa-asian käsittelee aluehallintovirasto, muutoin kunnan ympäristönsuojeluviranomainen. Ympäristövaikutusten arviointimenettelyä (YVA) edellytetään, jos jätettä käsittelevän biokaasulaitoksen kapasiteetti on vähintään tonnia jätettä vuodessa tai jos elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus (ELY) niin päättää. Ympäristölupaa edellytetään kattila- tai voimalaitokselta, jonka suurin polttoaineteho on yli 5 megawattia. Ympäristövaikutusten arviointimenettelyä edellytetään, jos laitoksen suurin polttoaineteho on vähintään 300 megawattia tai elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskuksen päätöksellä. Yli 50 megawatin laitoksen ympäristölupa-asian ratkaisee aluehallintovirasto ja sitä pienempien laitosten ympäristölupa-asiat käsitellään kunnan ympäristönsuojeluviranomaisessa. (Bioenergian verkkopalvelu 2012) 2.9 Energiantuotannon tuet Investointituki biokaasulaitoksen rakentamiseen Biokaasu- ja muille innovatiivisille kasvihuonekaasuja vähentäville laitoksille voidaan myöntää investointitukea (energiatuki). Bioenergiatuotannon avustukset -momentin investointitukien tavoitteena on edistää biomassan käyttöä energian tuotannossa. Erityisesti halutaan edistää biokaasulaitosten rakentamista alueille, joilla on paljon kotieläimiä ja niistä aiheutuvia ympäristövaikutuksia. Tuen avulla arvioidaan syntyvän 6 10 suurehkoa biokaasulaitosta erityisesti alueilla, joissa on kotieläinkeskittymiä ja niistä aiheutuvia ympäristövaikutuksia. Energia (Investointi) tukea myönnetään vuonna 2010 kaikkiin tukeen oikeutettuihin laitosinvestointeihin noin 110,6 miljoonaa euroa. Vuodelle 2012 tukea on varattu 156,9 miljoonaa euroa. Julkisen avustuksen yhteenlaskettu osuus ei saa ylittää 45 prosenttia hankkeen hyväksyttävistä kustannuksista. PURE BIOMASS 23

24 Syksyllä 2008 järjestettiin tähän momenttiin liittyvä biokaasulaitosten investointitukien haku. Avustusta myönnettäessä etusijalle asetettiin hankkeet, jotka käyttävät raaka-aineena lantaa ja kasviperäistä biomassaa. Eduksi katsottiin myös laitoksen kapasiteetin suuruus, investoinnin toteuttamisen nopea aikataulu, sekä laitoksen sijainti alueilla, joilla on paljon kotielämiä ja jotka ovat äkillisen rakennemuutoksen seutukuntien kunnissa. Myös oppilaitosten yhteydessä sijaitsevia hankkeita rahoitettiin. Rahoitusta myönnettiin yhteensä 16 hankkeelle ja avustusten kokonaissumma oli noin 8,5 miljoonaa euroa. Tukitaso oli lähes kaikissa hankkeissa 35 prosenttia. (Bioenergian verkkopalvelu 2012) Sähkön tuotantotuki Kiinteä sähkön tuotantotuki loppuu vuoden 2012 alussa. Hallitus antoi esityksen lakimuutokseksi, jolla oikeus kiinteään sähkön tuotantotukeen loppuisi vuoden 2012 alussa. Tukea maksetaan vielä vuonna 2011 tuotetusta sähköstä. Tukea on maksettu syöttötariffijärjestelmän ulkopuolella olleesta uusiutuvan sähkön tuotannosta. Laki uusiutuvilla energialähteillä tuotetun sähkön tuotantotuesta (1396/2010) astui voimaan tukien tasoa lukuun ottamatta. Valtioneuvoston asetuksella (258/2011) vahvistettiin tukien tasoa koskevien säädöksien astuminen voimaan Tuki on ollut tuulivoimalla ja metsähakkeella tuotetusta sähköstä 6,9 euroa megawattitunnilta ja biokaasulla ja vesivoimalla tuotetusta sähköstä 4,2 euroa. Tuen lopettaminen tuo valtiolle vuosittain 4,5 miljoonan euron säästöt vuodesta 2013 alkaen. Tämä vähennys on noin 2 prosenttia uusiutuvan energian tuotantoja investointitukien kokonaisuudesta. Tukileikkaus on osa hallitusohjelmassa sovittua 25 miljoonan euron vähennystä uusiutuvan energian tukiin vuoteen 2015 mennessä. Leikkaus päätettiin vuoden 2012 talousarvioesityksen ja valtiontalouden vuosien kehysten valmistelun yhteydessä toteuttaa nopeutetussa aikataulussa. Uusiutuvan energian keskeisimpään tukimekanismiin, syöttötariffiin ei ole tulossa leikkauksia. Arvion mukaan kiinteällä tuella tuettavasta sähköstä vuonna 2011 selvästi yli 90 prosenttia eli 25 terawattituntia olisi metsähakkeella tuotettua PURE BIOMASS 24

25 sähköä. Tästä lähes kaikki tulee jatkossa saamaan syöttötariffin. Vuoden 2009 alun jälkeen käyttöön otetut tuulivoimalat ja biokaasuvoimalat ovat myös voineet hakea syöttötariffijärjestelmään siirtymäkautena, joka päättyi syyskuun lopussa. Nyt annettavan lakiehdotuksen nojalla tämä siirtymäkausi olisi vielä voimassa 2012 maaliskuun loppuun. Syöttötariffijärjestelmään hyväksytyille tuulivoimaloille, biokaasuvoimaloille ja puupolttoainevoimaloille maksetaan tavoitehinnan ja sähkön markkinahinnan erotuksen mukaista tukea. Tavoitehinta tuotannolle on 83,5 euroa/megawattitunti. Tuulivoimarakentamisen nopean liikkeellelähdön takaamiseksi tavoitehinta tuulivoimasähkölle on kolmena ensimmäisenä vuotena 105,3 euroa/mwh. Järjestelmään kuuluvissa metsähakevoimaloissa tuotetusta sähköstä maksetaan päästöoikeuden hinnan mukaan muuttuvaa tukea. Voimalaitos voi saada tukea 12 vuoden ajan. (Bioenergian verkkopalvelu 2012) 2.10 Kotimaan markkinat Maamme pitkän aikavälin ilmasto- ja energiastrategia sekä bioenergian käytön lisääminen tukevat toisiaan. Tavoitteena on fossiilisten polttoaineiden käytön vähentäminen. Metsäteollisuus hyödyntää tehokkaasti biopolttoaineita energiantuotannossaan. Yhdyskuntien biolämmöntuotantoon on kehitetty korkealuokkaista teknologiaa ja osaamista. Myös sahat ovat kiinnostuneita CHPtuotannon (yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto) mahdollisuudesta. Sähköntuotannossa energiayhtiöitä kiinnostavat biopolttoaineiden hyvät seospoltto- ominaisuudet ja vihreä imago. Tulisija- ja pienkattilateknologia on kehittynyt huomattavasti, mikä näkyy lisääntyneenä käyttökiinnostuksena. Myös ilmaston ja ympäristön suojeluvaateet sekä Euroopan unionin RES direktiivin tavoitteet vaativat biopolttoaineiden voimakasta ja nopeaa lisäämistä. Bioenergian käytön myönteiset vaikutukset ympäristö- ja ilmastokysymyksiin ovatkin Suomelle ratkaisevan tärkeitä. Bioenergia ei vielä yllä taloudellisella kilpailukyvyllään perinteisten energiamuotojen tasolle, mutta bioenergian hinta halpenee teknologisen kehityksen myötä. Toisaalta fossiilisten polttoaineiden hinnan kallistuminen ei ole vain hetkellinen trendi, joten bioenergian hintakilpailukyky paranee tulevaisuudessa. Huolestuminen ilmastonmuutoksesta, ympäristönsuojelun voimistuneet vaatimukset, ekologisen valistuneisuuden kasvu, uusien teknologioiden tulo PURE BIOMASS 25

26 markkinoille, bioenergian myönteisyys ja hyvä imago sekä toisaalta sähkömarkkinoiden vapautuminen ja samalla kilpailun laajentuminen koko EU:n sisällä tulevat vaikuttamaan voimakkaasti energiantuotantojärjestelyihin vuoteen 2010 mennessä. EU:n Suomelle asettama 38 prosentin uusiutuvien energialähteiden käyttötavoite vuoteen 2020 mennessä avaa kotimarkkinoilla toimiville yrityksille uusia markkinoita. Edellisenä 12 vuotena uusiutuvien energioiden käyttöä on lisätty yhteensä 30 terawattituntia. Tätä kehitystä auttoi merkittävästi metsäteollisuuden tuotannon nopea kasvu. Nyt seuraavina 9 vuotena uusiutuvan energian lisäystarve on hieman suurempi, mutta lisäys on toteutettava muiden markkinatoimijoiden toimesta, ilman metsäteollisuuden kasvun vetoapua. Suomessa rakennusten öljylämmityksessä on bioenergialla korvattavaa kapasiteettia yli 10 terawattitunnin edestä. Tämän kapasiteetin osittainenkin korvaaminen lisää uusiutuvanenergian osuutta, enimmillään jopa 3 prosenttia kokonaisenergiankulutuksesta. Tämä lisää bioenergiaraaka-aineiden markkinapotentiaalia merkittävästi. Lisäksi julkisilla investointitukijärjestelmillä on edistetty ja nopeutettu merkittävästi bioenergiainvestointeja ja tätä kautta edistetty uusiutuvien energiamuotojen kysyntää. Myös näin laajenee tarvittavien palvelujen ja raaka-aineiden kysyntä markkinoilla tulevina vuosina. Sitovan 10 prosentin käyttövelvoitteen saavuttaminen liikennepolttonesteissä edellyttää alkuvaiheessa myös laajaa tuontia kotimarkkinoiden laajenevan tuotannon ohella. Biomassan laajamittainen energiakäyttö tulee myös aiheuttamaan markkinoilla niukkuutta, jolloin käytettävän bioenergiaraaka- aineen hinta nousee ja tämä luo mahdollisuuksia koko sektorin laajamittaisemmallekin kehittämiselle. Lisäksi bioenergian laajenevien käyttötavoitteiden sitominen elintarvike- ja metsäteollisuuden sivutuotteita ja jätteitä raaka-aineinaan käyttävien toisen sukupolven liikenteen biopolttoaineiden tuotantotekniikoiden laajamittaiseen käyttöönottoon luo merkittäviä mahdollisuuksia kotimarkkinoilla toimiville yrityksille. (TEM 2010) PURE BIOMASS 26

27 3 LAITOSTYYPIT 3.1 Leijupetikattila Leijukerroskattila on biopolttoaineiden polttoon kehitetty lämpökeskusten ja - voimaloiden kattilatyyppi. Leijukerroskattilassa tulipesän alaosasta syötetään ilmavirta, joka saa tulipesässä pidettävän hiekan, tuhkan ja polttoaineen leijumaan. Palaminen tapahtuu näin muodostuvassa pedissä. Polttoaineen jatkuva sekoittuminen tehostaa lämmön ja kaasujen siirtoa. Leijukerrostekniikka ei aseta polttoaineen laadulle mainittavia laatuvaatimuksia. Polttotekniikan etuna on mahdollisuus käyttää myös kosteita ja matalan lämpöarvon omaavia polttoaineita. Biopolttoaineet kuten kuori, hake, sahausjäte ja turve sopivat erityisen hyvin juuri leijukerrospolttoon. Lisäksi seospolttoaineena voidaan käyttää muun muassa kierrätyspolttoainetta, yhdyskuntajätettä tai lietettä. Poltettava materiaali pitää kuitenkin murskata niin pieneksi, että leijutus onnistuu. (Wikipedia, Leijukerroskattila) Kiertoleijupetitekniikka Ominaispiirteet Petimateriaalilla suuri lämpökapasiteetti Tehokas polttoaineen ja ilman sekoittuminen Soveltuu myös kosteille ja suuren tuhkapitoisuuden polttoaineille Teknisiä tietoja Polttolämpötila o C Säätöalue 40 % % Tehoalue MW Käytettävyys tavallisesti yli 98 % Hyvä palamishyötysuhde Pienet päästöt Rikinsidonta helppoa kalkkikivisyötöllä tulipesään PURE BIOMASS 27

28 Vähäinen huollontarve (Finbio ry) Kuva 5. Kiertoleijupetilaitos Leijukerrospoltto Ominaispiirteet Lähes kaikille kiinteille polttoaineille Korkea hyötysuhde, vähäinen huolto Miehittämätön käyttö Teknisiä tietoja Tehoalue 3-50 MW Polttoaineen lämpöarvo > 7 MJ/kg Säätöalue % (Finbio ry) PURE BIOMASS 28

29 3.2 Arinakattilat Kiinteiden jätteiden polton yleisin perustekniikka on ollut pitkään arinapoltto. Arinapoltossa ei tarvita esikäsittelyä. Arinatekniikka kestää jätteen kosteuden, lämpöarvon ja tuhkapitoisuuden vaihtelua. Tulipesässä on myös kostean palamisen alueet. Nämä alueet ovat kuivumis-, palamis- ja polttovyöhyke. Tulipesän rakenne pyritään suunnittelemaan niin, että eri vyöhykkeiden kaasut sekoittuvat ja palavat hyvin arinan yläpuolella yli 800 C lämpötilassa. Kattilasta savukaasut menevät puhdistukseen, mutta ennen sitä tyypillisesti savukaasut johdetaan tulipesästä lämmöntalteenottokattilaan esijäähdytettyinä. Arinat ovat joko ilma- tai vesijäähdytteisiä. Arina on joko lievästi vino tai tasainen pysty- tai vaakasuorassa kattilassa. Arinan liike voidaan tuottaa värinällä, pyörivillä rullilla tai mekaanisilla sekoittimilla. (Joentausta 2011, 12) Ilmajäähdytteinen arinakattila Ilmajäähdytteisen arinan vankka rakenne on osoittautunut luotettavaksi. Riippuen jätteiden ominaisuuksista, se on edullisin ratkaisu pääomaa ja ylläpitokustannuksia vertailtaessa. Perinteisissä ilmajäähdytteisissä järjestelmissä, primääri-ilma käytetään palamiseen ja arinan jäähdyttämiseen. Ilmajäähdytteinen arina on suunniteltu niin, että erityisesti muotoiluilla ilmakanavilla parannetaan arinan jäähdytystä. Primääri-ilma virtaa jätepetiin arina palkeissa olevien aukkojen kautta. Ilmapurkausaukot ovat suunnattu alaspäin, jolloin saadaan minimoitua tukokset ja vähentää lentotuhkan sekoittumista uuniin. (Joentausta 2011, 13) Vesijäähdytteinen arinakattila Korkean lämmön aiheuttama arinapalkkien kuluminen jätteenpolttojärjestelmissä on viime vuosina kasvanut jätteiden lämpöarvon nousun johdosta. Tämä lyhentää palkkien käyttöikää huomattavasti. Näiden ongelmien ratkaisuksi vesijäähdytteinen arina otettiin käyttöön. Se on osoittanut suurta kustannustehokkuutta kestävyydessään yli käyttötunnilla. Vesijäähdytyksen ansiosta terminen kuluminen vähenee. Pidempi käyttöikä, joka vähentää PURE BIOMASS 29

30 huomattavasti kustannuksia huoltotöiden ja huoltojen osalta. Arinan toimii eri jätelajeilla sekä korkean lämpöarvon polttoaineilla hyvin. Korkean lämpökuorman kestävä arina soveltuu varsinkin niille jätteille, joissa on korkeat lämpöarvot. Vesijäähdytteinen arina mahdollistaa optimaalisen polton ja lisää arinapalkkien käyttöikää. Paremman prosessin ohjauksen vuoksi kaikilla vyöhykkeillä voidaan ilmavirtoja säädellä tarkasti täyttäen tarkan palamisen vaatimukset tai tarvittaessa ilmavirran voi säätää hyvin pieneksi. Tämä ei ole mahdollista perinteisillä vesijäähdytteisillä arinoilla, jotka vain jäähdyttävät palamisilman. Primäärisen palamisilman sijaan yksittäiset arinan palkit jäähdytetään vedellä. Lämpöä otetaan palotilassa talteen, saadulla lämmöllä voidaan esilämmittää palamisilmaa tai syöttää sitä kaukolämpöjärjestelmään. Tällä saavutetaan suuri energiatehokkuus sekä kattilan alhaiset käyttö- ja ylläpitokustannukset. Vesi tulee yksittäisistä arinan palkeista alakautta putkistoa läpi. Arinan palkkeihin upotettu jäähdytysjärjestelmä jäähdyttää lämmölle rasittuneen arinan pinnan. Lämmitetty vesi jäähdytetään lämmönvaihtimella. (Joentausta 2011, 18) PURE BIOMASS 30

31 3.3 Pyörivän arinan polttotekniikkaa Ominaispiirteet Patentoitu tekniikka Yksinkertainen, tilaa säästävä ja luja Tehdasvalmisteiset modulit Vähäinen perustustyön tarve Teknisiä tietoja Tehoalue 1-20 MW (polttoaineen lämpöarvo yli 5,5 MJ/kg) Säätöalue 20 % (10%) -> 100 % Korkea hyötysuhde koko säätöalueella Automaattinen, monipuolinen säätöohjelmisto, kaukokäyttöön soveltuva Kuoren, sahapurun, hakkeen kosteus alle 65 % Polttoainetta ei tarvitse esikäsitellä (Finbio ry) PURE BIOMASS 31

32 Kuva 6. Pyörivän arinan polttotekniikka. Kuva 7. MW Powerin valmistama Biopower -kattila PURE BIOMASS 32

33 4 OLEMASSA JA SUUNNITTEILLA OLEVAT LAITOKSET VARSINAIS- SUOMEN ALUEELLA Varsinais-Suomen alueelta löytyi yhteensä 20 biomassoja polttovaa laitosta, joiden yhteenlaskettu teho on 229,2MW (Taulukko 2). Lisäksi neljä laitosta on tällä hetkellä rakenteilla tai suunnitteilla, näiden yhteenlaskettu teho on arviolta MW. Taulukko 2. Olemassa olevat laitokset Olemassa olevat laitokset Teho (MW) Orikedon biolämpökeskus 52,0 Orikedon jätteenpolttolaitos 22,0 Kakolan jätevedenpuhdistamo 21,0 Varissuon Lämpö Oy 12,4 Someron Lämpö Oy 4,8 Vapo Oy 38,0 Vapo Oy 34,0 Vapo Oy 8,0 Perniön Kunta 3,0 Liedon Lämpö Oy 5,5 Paimion Lämpökeskus 9,0 Paimion Lämpökeskus 0,3 Loimaan Kaukolämpö Oy 8,0 Pöytyän Lämpökeskus Oy 2,0 Kosken Aluelämpö Oy 1,85 Biovakka Oy 4,0 Vehmaan Energia 1,0 Vehmaan Energia 0,8 Taivassalon Lämpö Oy 1,2 Biolinja Oy 0,35 Yhteensä 229,2 PURE BIOMASS 33

34 Taulukko 3. Suunnitteilla olevat laitokset Suunnitteilla tai rakenteilla olevat laitokset Teho (MW) Arvioitu valmistuminen Pansion biovoimalaitos 250 tai Orikedon biolämpökeskus 52 Loimaan Kaukolämpö Oy Mynämäen hakevoimalaitos Turku Energia Taulukko 4. Vuonna 2011 käytetyt biopolttoaineet. (Energiateollisuus 2012) Polttoaine Tuotettu energia Palaturve 18,6GWh Metsäpolttoaineet 168,8GWh Teollisuuden polttoaineet 71,4GWh Biokaasu 7,0GWh Lämpöpumpulla talteen otettu energia 180,9GWh Orikedon biolämpökeskus Leijukerro skattila, jonka teho on 40MW. Varustettu savukaasulauhduttimella jonka lämmöntalteenottoteho on enintään 12MW. Polttoaineina hakkuutähteet, sahateollisuuden ja metsänhoidon sivutuotteet. (Kunnossapito 2/2006) Toimitiloissa varaus toiselle vastaavalle laitokselle, jolle on juuri myönnetty ympäristölupa. (Turku Energia 2009) Orikedon jätteenpolttolaitos Kaksi arinapolttoon perustuvaa 11MW kattilaa, yhteisteho 22MW. Käyttää polttoaineenaan asuinkiinteistöjen polttokelpoisia jätteitä. Tuotti vuonna GWh kaukolämpöä. (Turku Energia 2011, 8) PURE BIOMASS 34

35 Kuva 8. Orikedon jätteenpolttolaitoksen prosessit. (Turku Energia 2011, 27) Kakolan jätevedenpuhdistamo Jäteveden hukkalämpöä hyödyntävä Kakolan lämpöpumppulaitos tuottaa sekä kaukolämpöä että kaukojäähdytystä turkulaisille kiinteistöille. Vuosittainen lämpöenergia 160GWh, lämpöpumppulaitoksen teho 21MW kaukolämpöä, 14,5MW kaukojäähdytys. (Turku Energia 2012) Pansion satama-alueelle sijoittuva biovoimalaitos Turku Energia suunnittelee sähköä ja lämpöä tuottavan voimalaitoksen rakentamista Turun Pansion satama-alueelle. Tarkoituksena on selvittää energiantuotantovaihtoehtoja nykyisen Naantalissa tapahtuvan kivihiilipohjaisen tuotannon korvaamiseksi. Turku Energian tavoitteena on kasvattaa sen sähkö- ja lämpöomavaraisuutta kestävällä tavalla uusiutuvia tai vähäpäästöisiä energiamuotoja hyödyntäen. Tällä hetkellä valtaosa Turussa käytettävästä kaukolämmöstä tuotetaan Fortum Power and Heat Oy:n Naantalin kivihiilivoimalaitoksessa. Naantalin voimalaitoksen käyttöikä on päättymässä kuluvan vuosikymmenen lopulla, minkä vuoksi Turku Energia on ryhtynyt kartoittamaan vaihtoehtoisia energiantuotantoratkaisuja. PURE BIOMASS 35

36 Selvitystyö liittyy samaan kokonaisuuteen, johon kuuluvat myös seudulliset maakaasu- ja jätteenpolttolaitosratkaisut. Maakaasuputken tulosta Turun seudulle ei ole tehty päätöksiä ja siksi Turku Energia on ryhtynyt selvittämään monipolttoainevoimalaitoksen rakentamista. Alustavien selvitysten perusteella yksi vaihtoehto on tässä YVA-menettelyssä arvioitava Pansion satama-alueelle sijoitettava biomassapolttoaineisiin perustuva sähköä ja lämpöä tuottava voimalaitos. Suunniteltu voimalaitos korvaisi Naantalin voimalaitoksen kaukolämmön tuotantoa joko osittain tai kokonaan. Lisäksi voimalaitoshanke tukisi Turku Energian tavoitteita tuottaa vähäpäästöistä energiaa. Toteutusvaihtoehtoina on kaksi voimalaitoskokoluokkaa: Vaihtoehto 1: Polttoaineteholtaan 250 MW:n voimalaitos (CFB, leijupeti) Vaihtoehto 2: Polttoaineteholtaan 450 MW:n voimalaitos (CFB, leijupeti) Voimalaitosvaihtoehtojen sijainti ja tekniset ominaisuudet ovat samoja. Voimalaitoksen polttoaineina käytetään pääosin puuta ja turvetta sekä mahdollisesti kivihiiltä. Hankkeen ympäristövaikutusten arviointimenettely on käynnistynyt keväällä 2010 YVA-ohjelman laatimisella. YVA-menettely käynnistyy virallisesti, kun YVAohjelma jätetään yhteysviranomaiselle kesäkuussa Ympäristövaikutusten arviointiselvitykset tehdään vuoden 2010 kesäkuun ja joulukuun välisenä aikana. YVA-selostus on tarkoitus jättää yhteysviranomaiselle alkuvuodesta 2011, jolloin hankkeen YVA-menettely päättyisi yhteysviranomaisen lausuntoon alkukesästä Tavoitteena on, että voimalaitoksen käyttöönotto tapahtuu vuosien aikana. (Turku Energia 2012) PURE BIOMASS 36

37 Taulukko 5. Voimalaitoksen kokoluokkavaihtoehtojen pääarvot. (Turku Energia 2012) Polttotekniikka Voimalaitos perustuu niin sanottuun kiertopetitekniikkaan (kiertoleijutekniikka), jossa polttoaine johdetaan kuplivaan tai kiertävään hiekkakerrokseen, jolloin lämpötila jakaantuu tasaisesti, palaminen on tehokasta ja päästöjen hallinta helpottuu. Kiertopetipolton periaatekaavio on esitetty oheisessa kuvassa (Kuva 8). Polttotekniikasta johtuen polttoaine on ennen polttoa murskattava oikeaan palakokoon. Käsittelyn jälkeen polttoaine syötetään kattilan tulipesän pohjalla olevan hiekkakerroksen päälle. Hiekkakerroksen alta puhalletaan kuumaa ilmaa, joka yhdessä polttoaineen palamisen kanssa saa hiekkapolttoaineseoksen voimakkaaseen liikkeeseen. Tulipesän yläosassa savukaasut ja hiekka erotetaan toisistaan ja hiekka palautetaan tulipesän pohjalle. Kiertopetitekniikan etuja ovat mm. hyvä sieto vaihteleville polttoaineen lämpöarvoille, vähäinen terminen typenoksidien syntyminen ja tehokas polttoprosessin hyödyntämismahdollisuus savukaasujen esikäsittelyssä. (Turku Energia 2012) PURE BIOMASS 37

38 Kuva 8. Kiertopetipolton periaatekaavio. (Turku Energia 2012) Käytettävät polttoaineet, niiden hankinta, käsittely ja varastointi Voimalaitoksen polttoaineina käytetään puuta ja turvetta sekä mahdollisesti kivihiiltä. Kevyttä polttoöljyä käytetään käynnistykseen sekä tukipolttoaineena. Tavoitteena on käyttää enimmäkseen uusiutuvia puupolttoaineita. Polttoainevalikoimassa halutaan kuitenkin pitää muitakin polttoaineita polttoaineen saatavuuden varmistamiseksi sekä teknisten käyttöominaisuuksien vuoksi. Lopullinen polttoainejakauma riippuu polttoaineiden saatavuudesta ja se voi vaihdella vuosittain voimalaitoksen käytön aikana. Polttoainejakaumaa ohjaa myös muun muassa polttoaineiden hintojen vaihtelu sekä päästökauppa ja muut ohjauskeinot, jotka pääsääntöisesti ohjaavat uusiutuvien polttoaineiden osuuden lisäämiseen. Tässä YVA-menettelyssä päästö- ja kuljetuslaskelmien ja muun arvioinnin pohjana käytetään kahta keskimääräistä polttoainejakaumaa (prosenttiosuudet polttoaineenergiasta): a) Puu 70 %, turve 30 % PURE BIOMASS 38