PoWeria Auringosta - hanke

Transkriptio

1 PoWeria Auringosta - hanke PoWeria Auringosta - hanke / Anja Uhlgren SEDU AIKUISKOULUTUS / YHYRES RY ANJA UHLGREN

2 Energiasta muutamia tunnuslukuja: Suomessa käytettävästä energiasta tuodaan 55%. Joka on fossiilisia polttoaineita 41 %. Uusiutuvan tai bioenergian osuus on vain 9,6 %.

3 Mitä eroa energiapolitiikassa? Peter Lund 2014 Kyllä, mutta... - linja Suorat ja epäsuorat energiaperustaiset yritystuet 2,5 mrd (2012), pääosin fossiilisiin polttoaineisiin ja tehottomaan energiankäyttöön Energiatuonnin nettoarvo 8,5 mrd /v Energiateknologian tuonnin arvo (3 suurvoimalaa) mrd Entä, jos... - linja Energiatuonnin arvo -20% 2020, -50% 2035, -100% 2050 Uusia työpaikkoja v 2020, v 2030, v Energiatukien uudelleen suuntaaminen ja vähentäminen Aalto Yliopisto: prof. Lund: Suomena Akatemian kestävä energia tutkimusohjelma

4 Sähköntuotannon vaihtoehtoja Suomessa v PoWeria Auringosta - hanke / Anja Uhlgren Peter Lund Aalto yliopisto Professorien energiapoliittinen kannanotto 2014.

5 Suomen energiastrategiaohjelman mukainen tavoite Auringosta - hanke / Anja Uhlgren

6 Uusiutuvat raaka-aineet: Aurinko Lämpö sähkö Ilma Lämpö sähkö Vesi Lämpö sähkö PoWeria Auringosta - hanke / Anja Uhlgren

7 Kasvua ja työllisyyttä uudella energiapolitiikalla Peter Lund 2014 Lähde : IEA, 2012 Suomessa harjoitettava energia- ja ilmastopolitiikka ei palvele täysimääräisesti kansakunnan etua. Vanha energiapolitiikka on tulossa tiensä päähän. Uusi energiapolitiikka kasvattaa taloutta oikeaan suuntaan, lisäten työpaikkoja, kasvattaen vientiä, vähentäen tuontia ja näin parantaen maamme kilpailukykyä. Se nojaa energia- ja resurssitehokkaisiin ratkaisuihin, Suomen vahvuuksia hyödyntäviin uusiutuviin energialähteisiin sekä älykkäisiin energiajärjestelmiin. Uudella energiapolitiikalla hoituvat myös Suomen tulevat ilmaistovelvoitteet. Uuden energiapolitiikan kriteerit Peter Lund 2014 Vanha kriteeristö: energian hinta ja sen saatavuus, CO2 Uusi kriteeristö: kasvu ja työllisyys 1. Suomelle ominaisten resurssien hyödyntäminen ts. energiaratkaisujen kotimaisuus 2. Energian saatavuus ja varmuus 3. Energiantuotannon päästöt 4. Energiakustannukset PoWeria Auringosta - hanke / Anja Uhlgren

8 Enegriatuotanto- ja kulutuslukuja

9 Energian käytöstä lämmityksen osuus on 25 % noin GWh.

10 Soiden jakautuminen eri käyttötarkoitusten mukaisesti

11 Aurinko on kaasupallo, jonka pintakerroksissa on vetyä (71 %), heliumia (27 %) ja muita aineita (2 %). Auringon energia tulee fuusiosta eli lämpöydinreaktiosta, kun neljästä vetyatomista muodostuu yksi heliumatomi. Fuusioista yli jäänyt massa muuttuu osittain energiaksi. 10 miljoonan asteen lämpötilassa tapahtuvat fuusiot tuottavat auringolle 3,846 x kw ominaistehon. Tästä säteilee maapallolle 1,7 x kw, joka on kertaa enemmän kuin ihmiskunnan tämänhetkinen energiankulutus

12 Aurinkoenergia on mahdollisuus!! Aurinkoenergiaa tuotetaan Suomessa on m2 Vastaavasti Saksassa m2 Suomessa ollaan auringon saannossa Saksan tasolla Lämmin lämminvesi voitaisiin meillä tuottaa aurinkokeräimillä puolenvuoden ajan Kuva Markku Tahkokorven aineisto

13 Yllättävä tieto: Pakkanen hyväksi aurinkoenergialle PoWeria Auringosta - hanke / Anja Uhlgren Aurinkoenergian tuotannossa kuumuus ei ole hyväksi. Parempi sää on aurinkoinen pakkaspäivä. Suomi onkin yllättävän hyvä paikka aurinkoenergian tuotantoon sanoo Lappeenrannan teknillisen yliopiston professori Jero Ahola.

14 Aurinkolämpöjärjestelmät Aurinkolämpöjärjestelmien tarkoitus on kerätä auringonvaloa, muuttaa se lämmöksi ja siirtää lämpö lämpövarastoon hajasätelyä ja suoraa auringonsäteilyä hyödyntävät ns. tasokeräimet. Metallista tai muovista valmistetun keräinelementin pinta on musta, jolloin se mahdollisimman tehokkaasti absorboi tulevaa säteilyä. usein käytetään ns. selektiivistä pinnoitetta, joka absorboi tehokkaasti lyhytaallonpituuksista valoa (0,3-2,0 μm)(mikronimetri) ja säteilee huonosti ulos pitkäaaltoista lämpösäteilyä (4,0-25 μm). Tämä kasvattaa hyötysuhdetta. (Selektiivilasi on siis suunniteltu päästämään ulkoa tuleva auringonpaiste sisään, ja samalla minimoimaan lämmön karkaamisen sisätiloista) tällaisia pintoja saadaan elektrolyyttisesti pinnoittamalla mustakromilla tai mustanikkelillä

15 PoWeria Auringosta - hanke / Anja Uhlgren

17 MIKSI AURINKOA? Aurinkoenergia on uusiutuvaa energiaa, eikä sitä rasita polttoainekustannukset. Sen käytöstä ei myöskään synny hiilidioksidia eikä jätteitä lukuun ottamatta käyttöön tarvittavien laitteiden valmistusta ja kierrätystä Aurinkolämmön saralla on niin ikään viime vuosina nähty useita uusia innovaatioita. Mm. aurinkoseinä -teknologian, jossa metallinen lämpöä keräävä levy asennetaan rakennuksen ulkoseinän päälle. Levyn lämmittämä ilma jää levyn ja seinän väliin, josta se puhalletaan normaaliin tuuletusjärjestelmän kautta sisälle rakennukseen. Aurinkolämpöjärjestelmän voi myös yhdistää kalliolämpöjärjestelmään: Aurinkokeräimet lämmittävät vettä, joka johdetaan kalliossa kiertävään putkistoon. Kallio pitää veden lämpimänä ympäri vuoden ja vettä voi käyttää talon lämmitykseen talvellakin. Maalämpökaivot vastaavasti toimivat kuin kalliolämpö. Mm. Ruukin halli HML, jossa 64 lämpökaivoa 11 m joihin johdetaan keräinlämpö, josta talviaikana käytetään lämpöpumppujen avulla lämmityksessä. Matalalämpötilaerot parantavat pumppujen tehoa. Käytössä ns. geo-energia. Ruukin halli on lähes omavarainen energian käytössään. Skaala on integroinut ikkunarakenteeseen ilmanvaihto- ja lämmöntalteenottojärjestelmä. Saneerauskohteissa on järkevä käyttää, varsinkin jos rakennuksessa ei ole koneellista ilmanvaihtoa. Skaala aloittaa tuotannon aurinkoa hyödynnettävien ikkunoiden tuotannossa.

18 Aurinkolämmön taloudesta Mitoittamalla aurinkolämpökenttä kesän kulutuksen mukaisesti voidaan % vuotuisesta lämmön tarpeesta tuottaa auringolla Järjestelmäkustannus on /keräinneliömetri (rakennettavan keräimen tarvikekulu noin 400 ) Tuotto kwh/keräinneliö tehdasvalmisteisten ilmoittama (rakennettavan keräimen tuotto noin 750 kwh/keräinneliö) Säteilymäärä Suomessa on noin 1 MWh/keräin-m2/vuodessa Saatavuus vaihtelee eri vuorenaikana maalista lokakuulle ok. PoWeria Auringosta - hanke / Anja Uhlgren Järjestelmän käyttö-kustannus on lähellä nollaa Aurinkolämpökeräimen hyötysuhde riippuu lämpötilatasoista Asiatieto Markku Tahkokorpi

19 Aurinkolämmön mitoitus Tavanomaisissa asuinkiinteistöjen järjestelmissä pyritään tuottamaan lämpimän käyttöveden tarpeesta noin 50 % Rajoittavana tekijänä on yleensä kesänaikainen kulutus, minkä pitää likimain vastata maksimituottoa Tästä seuraa että aurinkolämmöllä voidaan tuottaa % vuotuisesta lämmöntarpeesta Aurinkolämmön lisääminen olemassa olevaan järjestelmään: esim. vesikiertoisessa puulämmityksessä on jo luonnoistaan suuret varaajat. Lisättäessä öljylämmitykseen aurinkolämpö, joudutaan usein lisäämään varaajakapasiteettia Lähde Markku Tahkokorpi

20 Matalaenergiaverkot ja lämpöpumput Maaperän ja vesistöjen lämpövarastot Sedimenttilämpö, kalliolämpö, maalämpö, asfalttilämpö Geoterminen lämpö Hukkalämpö > lämmityksessä Ilmastointi, jätevedet, kasvihuoneet Anturit ja hajautetun energiatuotannon langattomat ohjausjärjestelmät Esim. valvonta ja ohjaus eri energiavaihtoehtojen välillä. Maa/aurinko/varastosta/verkosta Maalämmön ja aurinkolämmön tai aurinkosähkön yhdistelmä voi olla hyvin kannattava, erityisesti suuremmissa järjestelmissä ja käytettäessä viilennystä Hyvä tuotto hyvä esilämmitettäessä pienitehoisella aurinkolämpöjärjestelmällä kylmää käyttövettä > esim. karjataloudessa, tai kasvitarhoissa PoWeria Auringosta - hanke / Anja Uhlgren Yhdistämällä aurinkolämpö sopivasti uusiutuvaa polttoainetta polttaviin järjestelmiin säästytään polttamiselta kesäkaudella

21 Aurinkolämmön ja maalämmön yhdistäminen Yhteisiä ominaisuuksia Molemmat pitävät alhaisesta kulutuslämpötilasta Molemman hyödyntävät aurinkoenergiaa Eroavaisuuksia Maalämpö tuottaa parhaiten syksyllä Aurinkolämpö tuottaa parhaiten keväällä ja kesällä Yhdistelmän etuja Aurinkolämmöllä tuotetaan kesän aikainen lämmöntarve Lämmitetään ylijäämälämmöllä maapiiriä = kausivarastointi Saadaan aurinkolämmön osuus suuremmaksi ja maalämmön sähköntarve pienemmäksi (Käyttöaika, parempi COP) Jos kytketään lisäksi sähköpaneeli Sähkö valvoo sekä pyörittää tarvittavia laitteistoja, kuten kiertovesipumppua.

22 Tyhjöputkikeräin? vai tasokeräin? Tyhjöputkikeräimen hyötysuhde on parempi kuin tasokeräimellä suurilla lämpötilaeroilla (Tuotettu lämpötila >> 50 Celsiusastetta)=> Soveltuu korkealämpöisiin sovelluksiin paremmin Mekaaninen kestävyys saattaa olla huonompi, meillä jää ja pakkanen haitallisia Hinta laskenut suurten valmistusmäärien ansiosta käytännössä samalle tasolle tasokeräinten kanssa Tasokeräimistä on helpompi rakentaa suurkeräimiä, joilla saadaan yksikkökustannusta alas Esimerkiksi Savo-Solarilla on 15 m2:n suurkeräin Lähde Markku Tahkokorpi 2015

23

25 Maalämpö ja aurinkolämpö samaan varaajaan Hyödynnetään varaajan kerrostuneisuutta Aurinkolämmöllä lämmitetään lämmintä käyttövettä Tarvittava lisälämpö maalämmöllä tai muulla lämpölähteellä Kustannustehokkain tapa pienissä uudisrakennuksissa Lähde Markku Tahkokorpi

26 Hybridivaraaja

28 Aurinkopaneeleista sähköä Kokonaissäteilyn määrä Suomessa on kwh/vuosi/m2 optimiasennossa olevalle neliömetrille Pohjanmaalla noin 1100 kwh/m2 Aurinkosähköjärjestelmissä huomioitavaa Piipohjaisten paneelien hyötysuhde laskee lämpötilan noustessa => paras tuotto Suomessa kevättalvella kun ilma on kirkas ja ulkolämpötila alhainen, (ja heijastukset lumesta) Aurinkosähköpaneelin hyötysuhde on 20 % säteilytehosta tasavirtaan Aurinkosähkö > invertterin kautta muunto 230 voltin vaihtovirraksi Mökki olosuhteissa > varaus akkuihin, sähkö 12 voltin virraksi Aurinkosähkö- ja lämpöasentajille tullut sertifiointijärjestelmä alkaen, samoin muille uusiutuvan energian asennuksille Kehitetty jo hiilinanorakenteita > kennossa ei tarvetta jalometalleille

29 Aurinkosähkötaloudesta Suomessa 10 kw:n järjestelmä maksaa tällä hetkellä noin asennettuna veroineen Yritykset ja kunnat voivat saada tähän investointitukea (ja vähentää alv n ) Hintojen lasku jatkuu edelleen Tällä hetkellä ym. kokoluokassa aurinkosähkö on Suomessa kannattavaa (eli halvempaa kuin verkosta ostettu) kun sen kuluttaa itse Mahdolliset tulevat tukimekanismit voivat parantaa tilannetta myös verkkoon syötetyn sähkön suhteen Demeca Oy sekä 2 30 kw laitteistovalinnat Laitteistojen koot n m2 Lähde Markku Tahkokorpi

30 Aurinkosähkötekniikasta Paneeleja voidaan valmistaa eri materiaaleista Yksikiteinen pii ja Monikiteinen pii Paneelit hinnoitellaan nimellistehon mukaisesti (Mitattuna säteilyteholla 1000 W/ m2, 25 asteen lämpötilassa) Skaalattavuus parempi kuin useimpien muiden sähköntuotantotapojen, erityisesti pieneen mittaluokkaan Case koy Aurinkopaja, Pori Aurinkosähkö-(49,5 kw) ja maalämpöjärjestelmä (60 kw) SIPO 9% Takaisinmaksuaika11 vuotta, käyttöikä 30 vuotta Sähkönkiinteä hinta 6 senttiä/kwh 25 vuoden aikana

31 Sähköverkkoon kytkeminen PoWeria Auringosta - hanke / Anja Uhlgren

32 Aurinkolämmön kustannustaso Suomessa 2014 Järjestelmän koko keräin-m2 Laitteiston ja asennuksen hankintahinta /keräin-m2 Ylläpitokulut % alkuinvestoinnista / keräin m2 Aurinkolämmön tuotantohinta /MWh, kun tuotto on 0,4 MWh/2 Aurinkolämmön tuotantohinta /MWh, kun tuotto 0,5 MWh/m2 Pienet järjetelmät 4-20 keräinneliötä / keräinneliö Keskikokoiset järjestelmät / 100 keräinneliö keräinneliötä Suuret järjestelmät / keräinneliö keräinneliötä 10% / keräinneliö 8%, / keräinneliö 5 %, noin / keräinneliö / MWh / MWh / MWh / MWh / MWh / MWh

33 Case Erämiehentie, Kangasala 25 asunnon rivitaloyhtiö 27,5 kw:n aurinkolämpövoimala ja 90 kw:n maalämpöpumppu Muutos öljystä maa-ja aurinkolämpöön Aurinkolämmön SIPO 1,7 % jos korvataan maalämpöä ja 11 % jos verrataan alkuperäiseen öljylämmitykseen Aurinkolämmöllä 47 % lämpimästä käyttövedestä Lähde Markku Tahkokorpi. Kuva Jarno Kuokkanen

34 Yhteenvetoa ajatuksia aurinkoenergiasta Aurinkoenergia on puhdasta, lähes ilmaista energiaa Ajallinen saatavuusvaihtelu vaatii yleensä erilaisia varastointiratkaisuja tai kulutuksen ohjausta Itse tuotettu aurinkosähkö on halvempaa kuin verkkosähkö Maailmalta esimerkki keskittävässä aurinkovoimalasta. Tuhannet peilit heijastavat auringon säteilyn voimalan keskellä oleviin grafiittijärkäleisiin. Niiden läpi pumpataan vettä, joka höyrystyy kovassa kuumuudessa. Höyry ohjataan turbiineihin, jotka tuottavat sähköä. Lämpöä varastoituu grafiittiin pitkäksi aikaa, joten voimalalla voidaan tuottaa sähköä myös öisin ja pilvisellä säällä Materiaali: Markku Tahkokorpi PoWeria Auringosta - hanke / Anja Uhlgren

35 Maatila uusiutuvan energian käyttäjänä Yleensä melko suuria energian käyttäjiä Paljon käytettävissä olevaa kattopinta-alaa tai muuta soveltuvaa tilaa Erityisesti lypsykarjatilat kuluttavat paljon lämpöä, pääosin alhaisessa lämpötilassa (Juomavesi) Mm. sika-ja kanatiloilla ilmastointi vaatii paljon sähköä erityisesti kesällä => Aurinkosähkö erityisen kannattavaa Sähkön saannin varmistamiseksi kannattaa maatiloilla harkita aurinkosähkö + akusto kokoonpanoa Lähde Markku Tahkokorpi

37 Biokaasu - myös maaseudun mahdollisuus 2013 Suomessa tuotettiin biokaasua noin 154 milj.m3 404,4 GWh lämpöä 151,3 GWh sähköä Kaasua tuotettiin noin 40 erilaisesta laitoksesta ja järjestelmästä. Liikennepolttoaineena kaasua käytetii vain 2 % kaasun kokonaiskäytöstä Maatilakokoluokan laitoksia oli 12 kpl. Jepuan Biokaasu Oy nostaa alueen energiaomavaraisuuden peräti 170 %. Laitoksen läpi ajetaan m3/v anaerobisesti käsiteltävää massaa Useita maatiloja yhteistyössä Stormossenin laitos valmistuttuaan tuottaa biokaasua mikä vastaa noin 1,5 milj.l dieseliä. Saksassa oli 2013 jo 3500 maatilamittakaavan laitosta jotka tuottivat 650 MW 1 % saksan sähköntuotannosta.

38 Biokaasun tuottomääriä eri aineista Kaasun lisäksi jäännösjae on hajuton ja voidaan käyttää lannoitteena, mikä on kasvien käytössä 1,5 vk aiemmin kuin kemiallinen vastine Sian ja naudan lanta alle 100 m3

39 Aurinkolämpö/energia linkkejä: meiltä ja muualta Suomen Lähienergialiitto ry Utuapu Oy (European SolarThermalIndustry SolarPower Europe (Entinen EPIA) Federation) IEA:nSolarHeatingand Coolingprojekti EU RenewableHeatingand CoolingPlatformhttp:// DrakeLandingSolarCommunityhttp:// www:demeca.fi

40 Kiitos, mukanaolosta Ota yhteyttä, jos jokin asian jäi askarruttamaan.