Ajan, paikan ja laadun merkitys ylijäämäenergioiden hyödyntämisessä Samuli Rinne
Jätettä on materiaali, joka on joko - väärässä paikassa -väärään aikaan tai - väärää laatua.
Ylijäämäenergiaa on energia, joka on joko - väärässä paikassa -väärään aikaan tai - väärää laatua. Näiden korjaamista tarvetta vastaavaksi voidaan kutsua esim. priimaukseksi.
Lähteet Lämpövoima, höyry turbiinin jälkeen (=CHP) Lauhdelämpö jäähdytyslaitteista Yhdyskuntien jätevesien lämpö Ylijäämäenergioita Suomessa Priimauksen kannalta huomioitavaa, koskien ylijäämän laatua ajoitusta sijaintia Teollisuuden jätevesien lämpö Poistoilma rakennusten ilmanvaihdosta Savukaasut Voimalaitosten säätönopeusrajoituksista johtuvat yli- tai alituotantotilanteet Jäykkä tuotanto kalliin investoinnin vuoksi (ydinvoima, CCS)
Primäärienergiakerroin CHP-lämmölle, kun CHP korvaa lauhdevoimaa 1,0 MWh polttoainetta/mwh lämpöä 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 20 40 60 80 100 120 Turbiinista otettavan lämmön lämpötila o C 60 46 37 Lauhdevoiman hyötysuhde, %
7 Lämpöpumpun COP lämmönlähteen ja lämmönluovutuksen lämpötilaeron mukaan 6 5 COP 4 3 y = 10,4e-0,0235x 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Lämpötilaero o C Lähde: Energimyndigheten
30 Lämminilmapuhaltimien valmistuksen ja puhallinsähkön energiankulutus eri kiertoveden lämpötiloilla. Kaikissa tapauksissa sama lämmitysteho. 10 5 4 3 2 1 x % lämmitysenergiankulutuksesta 25 20 15 10 5 Puhallinsähkö 0 27/23 35/25 44/34 52/42 60/52 68/60 Valmistus Lähde: Eveco
Ilmanvaihdon lämmöntalteenotto omakotitalossa. Lisäsähkönkulutus noin 2 kwh/m 2 /a, lämmönsäästö 60 kwh/m 2 /a
Koko voimalaitoskannan toteutuneita tehonsäätönopeuksia Suomessa vuoden aikana. 95% muutoksista alle tämän nopeuden. 16 säätönopeus, % täydestä tehosta tunnissa 14 12 10 8 6 4 2 0
Sähköntuotantomuotojen kustannukset vuotuisen käyttöajan mukaan, euroa/kw/vuosi. Päästöoikeus 10 e/t ja korko 10%. e/kw/a 700 600 500 400 300 Diesel Kaasuturbiini Hiili, CCS Ydin Hiili Kaasukombi CHP 200 100 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Huipunkäyttöaika, h/a
8000 MW tuulivoimaa. Joustamaton ja joustava sähköntuotanto Suomessa vuoden aikana, MW. Lämpövoiman tuotantotarve muuttuu huomattavasti epätasaisemmaksi. 14000 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0-1000 -2000-3000 -4000-5000 Lämpövoima Säädettävä vesivoima Tuuli Säätämätön vesivoima Teollisuus-CHP Ydinvoima Ylijäämä
Lämpövoimalla tehtävän sähkön tuotantotarve Suomessa maaliskuun ensimmäisen viikon aikana, jos verkossa olisi 4 TWh/a (5000 MWp) aurinkosähköä ja 18 TWh/a (8000 MWp) tuulisähköä. Ei tuontia/vientiä. MW. Kaukolämpövoimalaitoksilla voidaan tästä kattaa maks. 3500 MW. 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
Joustavia lämmönkäyttökohteita, jotka helpottavat ylijäämäenergioiden hyödyntämistä Laite tai menetelmä Lämpövarastot (vesivaraajat ok-taloissa, suuret kaukolämpövarastot). Joustava elementti Veden lämpötila Rakennusten terminen massa Sisäilman ja rakenteiden lämpötila Biomassakuivuri CHP-lämmöllä, ääritilanteissa sähköllä Lumensulatus Kostean ja kuivan hakkeen varastojen koko Lumikasojen koko, lumipeitteen paksuus kaduilla ja katoilla Lämpöpumput korvaamassa polttoaineiden polttamista suoraan lämmöksi Kattiloiden käyttöaika ja polttoainevarastot. Lämpöpumpun käyttöaika.
Esimerkki joustavasta CHP-kaukolämmönkulutuksesta. Koko Suomi, 2 viikkoa. Lämpö-MW. Tässä esimerkissä lämpövoimasähköntarve on ollut suuri lähes koko ajan, CHP ensimmäiset 12 pv täysteholla. 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Snow Lumensulatus melting Fuel Polttoaineenkuivaus drying To Varastoon storage DH Lämmitys From Varastosta storage -1000-2000
Ylijäämälämpö sähköntuotannosta Suomessa (ydinvoima poislukien) vuoden aikana 8000 MW:n tuuliskenaariossa kun kaukolämpöön käytetään mitä voidaan. MW. 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
Ylijäämäsähkö Suomessa 8000 MW:n tuulivoimaskenaariossa vuoden aikana, kun kulutuksessa ja tuotannossa on hiukan joustoja. Ylijäämä yhteensä 6 TWh. Vrt. sähkölämmityksen kulutus noin 14 TWh. 5000 MW 4000 3000 2000 1000 0
Kaukolämpöputkien toteutuneita rakentamiskustannuksia tehon mukaan 3,0 2,5 euroa/siirretty MWh/100 m 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Lämmönsiirtokapasiteetti, MW
Lähteet Lämpövoima, höyry turbiinin jälkeen (=CHP) Lauhdelämpö jäähdytyslaitteista Yhdyskuntien jätevesien lämpö Ylijäämäenergioita Suomessa Priimauksen kannalta huomioitavaa, koskien ylijäämän laatua ajoitusta sijaintia Teollisuuden jätevesien lämpö Poistoilma rakennusten ilmanvaihdosta Savukaasut Voimalaitosten säätönopeusrajoituksista johtuvat yli- tai alituotantotilanteet Jäykkä tuotanto kalliin investoinnin vuoksi (ydinvoima, CCS)
Ylijäämäenergioiden hyödyntämistä edistäviä järjestelmän ominaisuuksia 1. Kulutusta voidaan siirtää hetkiin, joilla on ylituotantoa (parhaassa tapauksessa) 2. Lämmityksessä ja jäähdytyksessä kiertoveden lämpötila on lähellä huonelämpötilaa 3. Edelliseen liittyen, lisälämmönsiirtopinta-ala tai pumppujen ja puhaltimien vaatima lisäenergia ei kumoa hyötyä 4. Liityntä riittävän laajaan lämpö- tai sähköverkkoon, joka tasaa tuotannon ja kulutuksen vaihteluja. Lämmön tapauksessa verkko lisäksi mahdollistaa kustannustehokkaan varastoinnin ja hukkalämpöjen käytön.