Älykäs kaupunkienergia Mirja Tiitinen, Energiateollisuus ry Energiateollisuuden tutkimusseminaari 30.1.2019, Helsinki
Tausta Työ- ja elinkeinoministeriö asetti syyskuussa 2016 älyverkkotyöryhmän, jonka tehtävänä oli luoda yhteinen näkemys sähkön älyverkoista; selvittää ja esittää konkreettisia toimia, joilla sähkön älyverkot voivat palvella asiakkaiden mahdollisuuksia osallistua aktiivisesti sähkömarkkinoille; edistää toimitusvarmuuden ylläpitoa. Työryhmän loppuraportti julkaistiin lokakuussa 2018 TEM:n työ keskittyi sähköverkkoihin ja sähköjärjestelmiin Energiateollisuus ry käynnisti hankkeen Älykäs kaupunkienergia sähkö-, kaukolämpö-, kaukojäähdytys- ja kaasujärjestelmien älykäs integrointi luo kustannustehokkaan välineen ilmastoon ja ympäristöön liittyvien tavoitteiden saavuttamiseksi. rahoittajat: sähkötutkimuspooli, ympäristöpooli, kaukolämmön tutkimusrahoitus 2 Lähde: Älykäs kaupunkienergia (2018) Pöyry
Älykäs kaupunkienergia -hankkeen tavoitteet Muodostaa visio älykkäästä kaupunkien energiajärjestelmästä, jonka osia ovat kaukolämpö- ja jäähdytysjärjestelmät, kaasujärjestelmä sekä älykäs sähköverkko. Kuvata miltä osin nykyistä älykkäämmät kaukolämpö- ja kaukojäähdytysjärjestelmät voivat toimia resurssina älykkäälle sähköjärjestelmälle ja sen tarpeille sekä toisin päin. Muodostaa kuva siitä, miten älykäs energiajärjestelmä kokonaisuutena parhaiten palvelee ilmastoon ja ympäristöön liittyvien tavoitteiden saavuttamista. Koostaa keskeiset viestit energiapoliittisille päättäjille ja keskustelijoille siitä, mikä on kaukolämpöja jäähdytysjärjestelmien rooli kaupunkien älykkäässä energiajärjestelmässä. Kertoa poliittiseen ohjaukseen tarvittavat muutokset, joissa otetaan huomioon järjestelmien välinen integraatio sekä energiaan liittyvien ratkaisuiden välinen kilpailu. 3 Lähde: Älykäs kaupunkienergia (2018) Pöyry
Älykkään kaupunkienergian keskiössä on asiakas Tarjoaa asiakkaalle mahdollisuuden valita vaivattomasti tarpeita ja arvoja vastaavat energia- ja palveluratkaisut. Tukee kaupungin tavoitteita vetovoimaisena ja ilmastotavoitteet saavuttavana alueena. Järjestelmien välinen tiivis vuorovaikutus ja digitalisaation älykäs hyödyntäminen mahdollistavat energia- ja ilmastopoliittisten tavoitteiden saavuttamisen kustannustehokkaasti. Luo uutta liiketoimintaa. 4 Lähde: Älykäs kaupunkienergia (2018) Pöyry
Älykäs kaupunkienergiajärjestelmä Energiajärjestelmien vuorovaikutus Monipuolinen palveluntarjonta Markkinaehtoisuus Muutosvoimat ilmastonmuutos teknologiakehitys digitalisaatio Tarve vahvistaa sähkö- ja lämpöjärjestelmien välistä integraatiota lisääntyvä energian varastoinnin tarve mahdollisuus hyödyntää halpaa sähköä lämmitykseen Asiakkaiden omat valinnat oma tuotanto olosuhdepalvelut kysyntäjousto, optimointi 5 Lähde: Älykäs kaupunkienergia (2018) Pöyry
Älykäs kaupunkienergia: resurssit tehokkaampaan käyttöön Kaukolämpöjärjestelmät tarjoavat ratkaisuja sähköjärjestelmän tarpeeseen joustaa: Kaukolämpöä tuotetaan kaukolämmön ja sähkön yhteistuotantolaitoksissa, kun sähkön hinta on korkeammalla. Kaukolämpöä voidaan tuottaa lämmön erillistuotantolaitoksissa tai lämpöpumpuilla, kun sähkön hinta on matalammalla. Kaukolämpöjärjestelmissä sijaitsevat kaukolämpöakut lisäävät joustomahdollisuutta. Kaukolämpöjärjestelmät mahdollistavat tarvittaessa sähkökattiloiden nopean käyttöönoton ja joustavan käytön, jos pohjoismaisille markkinoille syntyy runsaasti tunteja, jolloin sähkön hinta on lähellä nollaa. Kaukolämmön ja sähkön yhteistuotantolaitokset tarjoavat lisäkapasiteettia sähkömarkkinoille erityisesti huipputarpeen aikana: yhteistuotannolla on merkittävä vaikutus sähkötuotantokapasiteetin riittävyyteen. Yhteistuotantolaitokset voivat osallistua säätösähkömarkkinoilla tunnin sisäisen tehotasapainon hallintaan. 6 Lähde: Älykäs kaupunkienergia (2018) Pöyry
Case-esimerkki: Sähkökattilainvestoinnin kannattavuus ja käyttöaste Nykyisellään sähkökattilainvestointi ei ole kannattava. Pääosin fossiilisiin polttoaineisiin perustuvassa kaukolämpöjärjestelmässä sähkökattilainvestointi olisi kannattava, jos veroa lasketaan tai se poistetaan. Biopolttoaineita hyödyntävässä kaukolämpöverkossa sähkökattilainvestointi ei olisi kannattava. Lämpövarasto laskee kannattavuutta ja käyttöastetta. 7 Lähde: Älykäs kaupunkienergia (2018) Pöyry
Kysymys: esiintyykö 2020-luvulla Suomessa tilanteita, joissa sähkön hinta on lähellä nollaa? Sähkön hinta on melko pitkiä aikoja lähellä nollaa. Sähkönkulutusta lisäämällä vältytään uusiutuvan tuotannon (tuuli, vesivoima) rajoittamiselta. Lämmön tuottaminen sähköllä olisi sekä ympäristöllisesti että kustannustehokkaasti mielekästä. Pöyryn näkemyksen mukaan tällaista tilannetta ei normaaleina vesivuosina ole Pohjoismaissa nähtävissä 2020-luvulla. Jos sähkömarkkinalla toteutuukin erilainen skenaario, kaukolämpöjärjestelmä mahdollistaa esim. sähkökattiloiden lisäämisen tarvittaessa tai hintasignaalien ohjaamana nopealla aikataululla. 8 Lähde: Älykäs kaupunkienergia (2018) Pöyry
Lämmitysmarkkinoiden markkinaehtoisuus Lämmitysmarkkinat ovat vapaat ja sääntelemättömät Kaukolämpötoiminnan sääntely ja viranomaisvalvonta on hyvin kevyttä kaukolämpö on määräävässä markkina-asemassa olemassa oleviin asiakkaisiinsa nähden Sähkön (ja polttoaineiden) hinnalla on merkittävä vaikutus CHP-tuotantoon CHP-tuotantoa ajetaan tunneittain vaihtuvaa sähkön hintaa vastaan jos sähkön hinta on korkea, voidaan CHP-laitoksen lämpöä varastoida kaukolämpöakkuun jos sähkön hinta on alhainen, lämpöä tuotetaan lämpökattiloilla (mahdollisesti myös sähkökattilalla) CHP:n sijaan sähkön hinta vaikuttaa kaukolämmön hintaan, mutta ei juurikaan toisinpäin Kaukolämmön tuotanto perustuu hintasignaaleihin sekä polttoaine- että sähkömarkkinoilla hintasignaalit eivät useinkaan välity lämpöasiakkaalle tuntitasolla, vaan esim. kausihinnoitteluna kaukolämpöjärjestelmässä asiakkaan kysyntäjousto voidaan jossain määrin korvata kaukolämpöakulla 9 Lähde: Älykäs kaupunkienergia (2018) Pöyry
Kaukolämpöverkon ominaispiirteitä hintasignaalin kannalta Kaukolämpöverkossa kulutus ja tuotanto eivät ole koko ajan yhtä suuria kaukolämpöverkossa on luontainen jousto-ominaisuus, jossa verkon veteen sitoutunut energiamäärä riippuu kaukolämpöveden lämpötilasta verkon eri osissa olevat asiakkaat käyttävät tietyllä ajanhetkellä tuotetun energian eri aikaan jos haluttaisiin tarkka, tuotantokustannuksia vastaava hintasignaali asiakkaan lämmön käytön ohjaamiseksi, hinnan pitäisi samalla ajanhetkellä olla eri riippuen asiakkaan sijainnista suhteessa tuotantolaitokseen kaukolämpöveden virtausnopeus putkessa on normaalitilanteessa n. 0,5 m/s 2,0 m/s. Tuotetun energian siirtäminen tuotantolaitokselta asiakkaalle voi kestää, asiakkaan sijainnista ja kaukolämpöjärjestelmän rakenteesta riippuen kaukolämpöverkossa kulkeva vesi luo myös järjestelmään hitautta asiakkaan jonain ajanhetkenä tarvitsema suurempi lämpöenergian määrä (esim. ulkolämpötilan laskusta johtuen) ennakoidaan siten, että tuotantolaitoksella nostetaan lähtevän menevän lämpötilaa useita tunteja aiemmin järjestelmän hitaus myös mahdollistaa sen jousto-ominaisuuksien hyödyntämisen vaihtoehtona asiakkaan kysyntäjoustolle. 10 Lähde: Älykäs kaupunkienergia (2018) Pöyry
Digitaaliset palvelualustat ja tiedonvaihto perustana uusille palveluille Asiakkaiden omien energian käyttöön ja tuotantoon liittyvien ohjausjärjestelmien tulee mahdollistaa etäohjaus, jotta lämmön kysyntäjousto ja asiakkaan oma energiantuotanto voidaan integroida osaksi älykästä kaupunkienergiajärjestelmää Tiedonvaihtoa voidaan edistää toteuttamalla erillisiä pilottihankkeita tai yhteishankkeita kaukolämpöyhtiöiden digitaalisen palvelualustan määrittelemiseksi. Palvelualustalla tarkoitetaan tietoteknistä ratkaisua yhteisten palvelujen tarjoamiseksi datan jakamiseen perustuen. Kaukolämpöyhtiöiden tulee miettiä roolinsa ja toimintamallinsa, kun digitaalisia lämmön palvelualustoja luodaan. Palvelualusta antaa paremman näkyvyyden asiakkaiden rakennuksiin liittyvään teknologiaan ja heidän omaan tuotantoonsa. Palvelualusta mahdollistaa kaukolämpöyhtiölle hallinnoida yhteistyötä ja liiketoimintaa eri teknologia- ja energiapalveluyritysten kanssa. 11 Lähde: Älykäs kaupunkienergia (2018) Pöyry
Kiitos! Mirja Tiitinen mirja.tiitinen@energia.fi 050 434 6994 @MirjaTiitinen1 Hankkeen loppuraportti https://energia.fi/ajankohtaista_ja_materiaalipankki/materiaalipankki/alykas_kaupunkienergia.html#material-view 12 Lähde: Älykäs kaupunkienergia (2018) Pöyry