Aurinkoenergia Lämpövoimalaitoksissa ja maatiloilla. Kuva: Tähti Koti Oy

Transkriptio

1

2 2 Aurinkoenergia Lämpövoimalaitoksissa ja maatiloilla Kuva: Tähti Koti Oy

3 3 - Aurinkokeräin: kerää ja vastaanottaa auringon suoraa säteilyä tai hajasäteilyä ja muuttaa nämä lämmöksi. Lämpö kuljetetaan lämmönsiirtonesteen avulla lämpövarastoon tai suoraan käyttöön. - Nestekeräimet: tyhjiöputkikeräin ja tasokeräin - Tyhjiöputket suorituskykyisempiä korkeissa lämpötiloissa Capito peilityhjiöputkikeräin Savo-Solar tasokeräin

4 - Pienlämpöjärjestelmät 2 50 m2 - Teolliset järjestelmät m2 - Aurinkokaukolämpöjärjestelmät 500 m2 - - Teoreettiset vuosituotannot kwh/m2 riippuen keräinmallista, kytkennästä, sijainnista, käytöstä yms. - Kesäaikainen huipputuotanto voi olla 0,6 0,7 kwh/m2 laadukkailla keräimillä - Suomessa ei ole vielä isoja kohteita aurinkolämmön suhteen 4

5 - Mitä polttoainetta korvataan? - Miten aurinkolämpöjärjestelmä toteutetaan: kytketäänkö paluu/menolinjaan, käytetäänkö lämpövaraajia/varastoja? - Asennetaanko kenttäasennuksena vai katolle? Ilmansuunnat? - Järjestelmän energian tuotto? - Haettava tuottovaade investoinnille? - Järjestelmän kokonaiskustannus, elinkaari ja takuut? - Kannattavuuden mittareita: takaisinmaksuaika, nettonykyarvo, sisäinen korko - LCOE-hinta - Energiatuki aurinkolämpöhankkeille on tyypillisesti 20 % (2017), maatiloilla % - Selvityksissä investointien korkotaso esim. hakkeella toimivissa lämpölaitoksissa on vaihdellut 2 4 %. - Korvattaessa öljyä, maakaasua tai sähköä, kannattavuus on selkeästi korkeampi. - Takaisinmaksuajat eivät kaikin osin ole vertailukelpoisia lämmön suhteen, koska eri valmistajat lupaavat aurinkokeräinkeräinjärjestelmille erilaisia teknisiä elinkaaria (20 30 vuotta) 5

6 - Metsähakkeen käytön ollessa koko vuoden mittaista, tulisi aurinkojärjestelmä mitoittaa siten, että sillä voidaan maksimoida tuotanto koko vuoden ajalta. Paras kulma on silloin astetta etelään päin suunnattuna. - Mikäli korvattaisiin kesäaikaista öljyn käyttöä niin paras kulma olisi 30 astetta, jolloin huipputuotantokuukausina saataisiin n % enemmän säteilyä. - Aurinkolämmön tuotanto ei saa kaataa peruskuormalaitoksen tuotantoa ja aiheuttaa kalliimman varapolttoaineen käyttöä. - Asennusalue tulisi olla mielellään varjoton ja esteetön sekä mahdollisimman lähellä itse lämpölaitosta putkistohäviöiden välttämiseksi. 6

7 - Teknisesti aurinkolämpö voidaan kytkeä sekä kaukolämmön menoettä paluulinjaan. (yksinkertaisin vaihtoehto on paluulinja, sopii vähäiseen tuotantoon pienemmillä järjestelmillä) - Käytetään erillisiä varaajia tai lämpövarastoa (lämpöpumppuavusteiset) - Hajautettu toimintamalli (pienempiä järjestelmiä verkoston hyviin kohteisiin sijoitettuina) - Eri kytkentämallien kannattavuus riippuu verkoston tilavuudesta sekä lämmitettävän veden lämpötilaeroista, korkeat kytkentälämpötilat heikentävät aurinkokeräinjärjestelmän hyötysuhdetta. - Varaaja/lämpövarasto kasvattaa investointikustannusta. Varaajia käytettäessä keräinten hyötysuhde kuitenkin nousee, joka osaltaan leikkaa varaajaan tehtyjä investointikustannuksia. Isojen lämpövarastojen käyttö aurinkoenergian hyödyntämisessä Suomessa on vielä selvitysasteella - Paras tulos saadaan, kun aurinkolämpö otetaan huomioon ja mitoitetaan jo laitoksen suunnitteluvaiheessa eli milloin hybridienergialaitoksessa kannattaa käyttää mitäkin energiaa ja millä tavalla (laitoksen optimointi). 7

8 8 - Kytkentä paluu/menolinjaan: Lämpötila ( o C) Tasokeräintuotto paluuvesi (kwh/m2/a) Tyhjiöputkikeräintuotto menovesi (kwh/m2/a) asteen nousu tarkoittaa keskimäärin 15 %:n tuoton alenemista keräimissä. Korkeimmissa lämpötiloissa toimivat tyhjiöputkikeräimien tuoton aleneminen on vähäisempää, mutta kokonaistuotanto jää alle 350 kwh:n vuositasoon m2:a kohti. Tuotot aina tapauskohtaisia, isoja varaajaratkaisuja tutkittu vielä melko vähän Suomessa * Simulaatio tehty Helsingin säteilytiedoilla, 1000 m2:n keräinkenttä (Gaia consulting)

9 9 - Vesivaraajien käyttö lämmön puskurivarastona lämpövoimalaitoksissa Itävallassa yleistä. - Varaajan etuja ovat mm. suurten ja äkillisten lämpötarpeiden turvaaminen ja mahdollisuus tulla toimeen pienemmällä ja hankintahinnaltaan edullisemmalla kattilalla. - Isot lämpövarastot mm. Saksassa 6000 m3, kausilämpövarasto

10 10 - Tanskan kaukolämpöverkkoihin on nyt asennettu aurinkolämpökeräimiä yli miljoona neliömetriä. Silkeborgiin rakennetaan maailman suurinta 110 MW:n aurinkeräinkenttää, jonka koko on yli neliömetriä eli noin 23 jalkapallokenttää m2 aurinkokeräinkenttä, Jelling Tanska

11 11 - Markkinat ovat kehittyneet jo useita vuosia, joka näkyy järjestelmien alhaisina hintoina teknologiaosaamisena. - Yleinen ilmapiiri on myönteinen aurinkoenergiainvestoinneille - Biomassa on osittain kalliimpaa ja saatavuus ei ole samalla tasolla kuin Suomessa - Energiapolitiikka: poliittiset ohjauskeinot ovat aurinkoenergiaa tukevaa - Osittain myös ilmastotieteelliset syyt Paikka Säteily vuodessa vaakataso Ero - % Suomi, Joensuu 855 kwh/m2 0 % Suomi, Helsinki 963 kwh/m % Tanska, Marstall 1005 kwh/m % Saksa, Berlin 1030 kwh/m % Itävalta, Wien 1200 kwh/m % Lähde: MeteoSyn ilmastotieteelliset tiedot

12 - Markkinat kehittyvät Suomessa nopeasti tällä hetkellä, joka vaikuttaa hintoihin sekä alan toimijoiden lisääntymiseen - Öljyn, sähkön ja maakaasun korvaaminen on jo kannattavaa - Järjestelmät ja teknologia kehittyvät nopeasti maailmanlaajuisesti - Tarve löytää myös uusia liiketoimintamalleja aurinkoenergiasta - Suomalaisilla on hallussaan jo yksi aurinkolämmön kehittyneimmistä teknologiasta: Mikkeliläisen SavoSolarin keräimet ovat suorituskyvyltään ja laadultaan eri riippumattomien testien mukaan markkinoiden parhaimmistoa. 12

13 13 Kuva: SavoSolar Oy Sakarinmäen aluelämpölaitos, Sipoo (maalämpö + aurinkolämpö + bioöljy) Maalämpökaivoja on 21 kappaletta, ja lämpöpumppujen mitoitusteho on 275 kw. Aurinkokeräinkenttä 160 m2, tuotantoteho 150 kw.

14 14 Pienet järjestelmät 4 20 m2: /m2 Keskikokoiset järjestelmät m2: /m2 Suuret järjestelmät m2: /m2 Teolliset järjestelmät m2: /m2 Hinnat eivät sisällä lämpövarastoa Lähde: Finsolar.net

15 - Piikidepaneelit (yksikiteinen ja monikiteinen, 1. sukupolvi) - Perustuvat valosähköiseen ilmiöön - Hyötysuhteet %, paneelien nimellistehot verkkoon kytketyissä järjestelmissä yleensä W. - Yleisin massatuotantopaneeli on juotostekniikkaan perustuva pintavirtajohdettu monikidepaneeli - Yksikide on laadukkaampi sekä tehokkaampi, mutta yleensä kalliimpi valmistaa ja hankkia - Aurinkosähköjärjestelmät ovat huoltovarmoja ja pitkäikäisiä (toimintaikä yleensä yli 30 vuotta) - Viimeisimpien tutkimusten mukaan kidepaneelien tehon heikkeneminen ikääntymisen myötä on hyvin vähäistä aikaisempiin tutkimustietoihin verrattuna 15

16 16 - Varjoton ja esteetön asennusalue - Eteläinen suuntaus tuottaa parhaiten (maaliskuu-syyskuu) - Lounas ja Kaakko 5 7 % kokonaistuotannosta (vuosi), kesäkuukausina ero voi olla vielä pienempää - Itä-Länsi % kokonaistuotannosta (huipputuotannot aamu ja ilta) - Muut ilmansuunnat käytännössä kannattamattomia Pohjoinen Vapaa paistekulma Länsi Itä Etelä

17 Esimerkkikohde 15 kw (kiinteistö Kiteellä): Vasemman kuvan rakennuksen suunta on kaakkoon päin. Viereinen rakennus vaikuttaa varjostuksineen aamulla 6 9 välillä auringon noustessa idästä. Oikealla kuvassa on simuloitu varjostuksen prosentuaalinen vaikutus vuositasolla paneeleihin. Kuvassa olevassa kohteessa varjostusten vaikutus on 6 % vuositasolla kokonaistuotannosta 17

18 Tehostajat/mikroinvertterit yksinkertaistettu toimintaperiaate 50 % 50 % 50 % 100 % 100 % 100 % 50 % 100 % 100 % Invertteri + Optimoi tuotannon = järjestelmä tuottaa paremmin (osavarjostukset ja osittainen lumipeite/lika) + Yksittäisten paneelien tuoton seuranta (heikosti tuottavan paneelin havaitseminen/optimointi) + mahdollistavat monien eri ilmansuuntien käyttämisen + Paneelimäärät voivat olla hyvinkin erilaisia + Älyohjauksen kautta voidaan tiettyä paneeleita kytkeä Päälle/pois + säästää isoissa järjestelmissä asennuskustannuksia - Nostaa investointikustannuksia - Vähentää järjestelmän huoltovarmuutta Sähkökeskus V e r k k o Mikroinvertterit suoraan keskukselle, tehostimet erillisen invertterin kautta

19 19 - Pääsääntöisesti asennetaan kattokulman mukaisesti (väh. 15 astetta) - Tasakatoilla telineet halutussa kulmassa (15-35 astetta) - Seinäasennus (seinän mukaisesti tai kulmassa) - Maa-asennus telineillä haluttuun kulmaan - Optimaalinen kulma yleensä on astetta. (vuositasolla) Kulma Tuotto verrattuna optimiin *(esim. 43 astetta) 35-1 % 30-2 % 25-4 % 20-6% 15-9 % % 5-15 %

20 - Yleisin asennustapa on hyvin tuulettuva kattoasennus (5-15 cm katosta) 2 % tehohäviötä - Integroitu asennus, huonosti tuulettuva 5 % tehohäviötä - Maa-asennus on täysin tuulettuva, altis kuitenkin varjostumille 20

21 - Lämpölaitoksissa on yleensä melko tasainen sähkönkulutusprofiili ja isommissa laitoksissa on hyvin kattopinta-alaa - Investointien tukiprosentti on 25 %, minimi-investoinnin määrä on euroa = väh. 6 7 kw:n perusjärjestelmä - Investointien sisäiset korot 2 %:n sähkön hinnan nousulla 4 % - 6 % ja takaisinmaksuajat vuotta - Kannattavuus riippuu sähkön kulutusprofiilista, ilmansuunnista, asennuspaikasta, maksetusta sähkön hinnasta ja järjestelmän kokoluokasta 21

22 22

23 23

24 24 - Aurinkosähkön LCOE (levelized cost of energy) -tuotantohinta muodostuu alkuinvestoinnista sekä käyttöiän aikaisesta tuotosta ja ylläpitokuluista. - Toteutuneita LCOE tuotantohintoja: Pientalot ja omakotitalot 7,3 11,6 snt/kwh Yritykset, Yhteisöt ja Maatilat 3,3 5,3 snt/kwh

25 - Maatiloilla aurinkosähkö on tällä hetkellä kaikista kannattavinta suuren tukiprosentin myötä - Maatiloilla on myös suuri sähkönkulutus riippuen kulutusprofiilista. - Yleensä paljon kattopinta-alaa hyödynnettävänä - Hintatason alennettua, myös eri ilmansuunnat voivat kannattaa maatiloilla johtuen yleisesti aamu- ja iltapainotteisesta kulutusprofiilista - Alentuneen hintatason sekä korkean tuen myötä myös ylimitoitettukin järjestelmä voi kannattaa, mikäli päivällä tuotettua sähköä voitaisiin hyödyntää esim. lämpimän veden varaamiseen, sähkövarastoon tai johonkin muuhun tarvittavaan kulutuspisteeseen 25

26 - Tukiprosentti on 40 %, minimäärä tuettavasta investoinnista on 7000 = väh = n kw:n järjestelmä - Investointien sisäiset korot 2 %:n sähkön hinnan nousulla ja 2 %:n laskentakorkokannalla keskimäärin: 7 % - 10 % ja takaisinmaksuajat 8 13 vuotta - Kannattavuus riippuu sähkön kulutusprofiilista, ilmansuunnista, asennuspaikasta, maksetusta sähkön hinnasta ja järjestelmän kokoluokasta 26

27 27 25 Kulutus Etelä Lounas Kaakko Itä-Länsi kw voimala, suuntaus kaakko, kulma 30 astetta, profiili heinäkuisena päivänä

28 16 Kulutus Tuotto Kulutus Tuotto

29 29

30 Kulutus Tuotto Kulutus Tuotto lataus

31 Kuvassa Tesla Powerwall (mm. Ruotsissa sähkövarastohankkeita tuetaan jopa 60 %) 31

32 32 Verkkoon kytketyt yli kw (1 MW) järjestelmät, maa-asennus Teollisen mittakaavan aurinkovoimalat, joista tuotanto myydään sähköpörssiin. Voimalaitoksia ei vielä ole Suomessa /kwp Verkkoon kytketyt yli 250 kw järjestelmät, kattoasennus Aurinkosähköä tuotetaan teollisuus- tai isoissa kaupan alan kiinteistössä omaan kulutukseen /kwp Verkkoon kytketyt kw järjestelmät, kattoasennus Aurinkosähköä tuotetaan toimisto- ja kaupparakennuksissa ja kuntakiinteistöissä omaan kulutukseen /kwp Verkkoon kytketyt alle 10 kw järjestelmät Aurinkosähköä tuotetaan omakotitaloissa ja muissa pienissä rakennuksissa omaan kulutukseen /kwp Lähde: Finsolar.net 2016

33 33 Pienempi riski Isompi riski

34 Mentorointia uusiutuvan energian yrityksille Lasse Okkonen, Karelia-amk

35 Mentorointi, syksy 2017 GREBE -hanke hakee uusiutuvan energian alalla toimivia yrittäjiä mukaan Irlannissa kehitetyn mentorointiohjelman kokeiluun Pohjois-Karjalassa. Mukaan valitaan 3-5 yritystä, jotka ovat valmiita sitoutumaan ohjelmaan ja joilla on jo tiedossa toiminnan kehittämistavoitteita. Yrityksen liikevaihdon tulee olla vähintään /a. Ohjelma koskee uusiutuvaan energiaan liittyviä yrityksiä (energiantuotanto, teknologiavalmistus, palvelujen tarjonta, asennus jne.) Mentoroinnin arvo on n /yritys. Kyseessä on yrityksen saama palvelu de-minimis -tukena. Mentorit ovat kokeneita yritystoiminnan asiantuntijoita. Mentorit kilpailutetaan mukaan ohjelmaan yritysten tavoitteiden perusteella. Mentorointi on yrityksille maksutonta, mutta edellyttää sitoutumista yhteisiin tapaamisiin ja tiedonvaihtoon (n. 10 tapaamista/kontaktia mentorin kanssa, sekä alku- ja loppuhaastattelut) Mentoroinnin tuloksista julkaistaan yritysten nimet, mentoroinnin aiheet, teemojen kuvauksia ja kokemuksia prosessista, mutta ei liiketoimintaan liittyviä yksityiskohtia. Ohjelmaan haku on avoinna saakka! Lisätietoja mentorointiohjelmasta ja hakuohjeet: Lasse Okkonen, Karelia-amk ) 4/20/2017 This project has received funding from the European Union s Northern Periphery & Arctic 35 Programme

36 36