YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy Projekti numero 860308 Työ- ja elinkeinoministeriö Teollisuuden ylijäämälämmön hyödyntäminen kaukolämmityksessä
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 2 (59) TIIVISTELMÄ Tässä työssä on selvitetty Energiateollisuus ry:n ja työ- ja elinkeinoministeriön toimeksiannosta teollisuuden ylijäämälämmön hyödyntämismahdollisuuksia kaukolämpöverkoissa. Taustalla on mm. huoli teollisuuden ja energiayhtiöiden yhteistyön hiipumisesta, sillä lähes 10 vuoteen olemassa olevia teollisuuslaitosten ylijäämälämpöjä ei ole liitetty kaukolämpöön. Selvityksen tuloksena on pyritty antamaan realistinen kuva teollisuuden ylijäämälämpöjen hyödyntämismahdollisuuksista. Samalla on selvitetty matalalämpöisen energian hyödyntämismahdollisuudet, sillä myös kaukolämpökohteissa osa uudisrakennuksista on ns. matalalämpörakennuksia ja toisaalta suurin osa teollisuuden ylijäämälämpövirroista on matalissa lämpötiloissa. Teollisuus pyrkii tehostamaan energian käyttöään parantamalla laitteiden ja prosessien ominaiskulutusta sekä hyödyntämällä sekundäärienergioita itse esim. lämmön talteenottoratkaisuin. Tästä huolimatta prosesseista vapautuu energiavirtoja, joita tuotantolaitokset eivät pysty tai ei ole taloudellisesti kannattavaa itse hyödyntää. Projektin yhteydessä on myös haastateltu energiayhtiöitä ja teollisuusyrityksiä, joilla on ollut entuudestaan energiayhteistyötä. Haastatteluin on selvitetty sopimuskäytäntöä sekä oleellisia sopimukseen ja niiden syntyyn liittyviä tekijöitä. Tarkoituksena on, että loppuraportti palvelee sekä teollisuus- että lämpöyrityksiä siten, että mahdolliset ylijäämälämpöön liittyvät kumppanuushankkeet jälleen yleistyisivät ja käyttämätön energiapotentiaali saadaan hyödynnettyä. Teollisuusyritysten ylijäämälämmön myynti parantaa niiden energian käytön tehokkuutta entisestään ja tuo myös lisätuloja. Energiayhtiöiden kannalta ylijäämälämmön käyttö lämmön tuotannossa vähentää polttoaineiden käyttöä ja syntyviä kasvihuonekaasupäästöjä.
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 3 (59) ABSTRACT This report has been made on assignment from the Finnish Energy Industries and the Ministry of Employment and the Economy in Finland. The report is a study of possibilities for industrial waste heat utilization in district heating networks. A concern about fading co-operation between industry and energy producing companies is a primary motivation for this study. New agreements for waste heat utilization between industrial companies and district-heating companies have not been signed for almost a decade. The aim of this report is to give a realistic view of what the possibilities for utilization of industrial waste heat are. Low temperature waste heat has been studied as an alternative heat source for new construction because part of the new construction, connected to the existing district-heating networks, can utilize this heat. A major share of waste heat from the industries is low temperature. Energy efficiency in industrial facilities is generally enhanced by improvement in equipment- and process-specific consumption and secondary energy flows inhouse through energy recovery solutions. Regardless the effective use of energy in processes, waste heat is left over in industrial processes. This waste heat can not be utilized fully or it is not economically viable to use it. In this study a number of energy producing companies and industrial enterprises were interviewed concerning existing energy cooperation. The interviews establish contractual practice and essential factors which have led to cooperation in utilization of waste heat. The intention of this report is to serve both the industry and energy producing companies so that cooperation in use of waste heat would become more common and unused heat would be utilized fully. Sales of waste heat improves energy efficiency as well as generates income for the producer. For energy producing utilities use of waste heat decreases both fuel consumption in energy production and greenhouse gas emissions.
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 4 (59) ESIPUHE Tässä työssä on selvitetty Energiateollisuus ry:n ja työ- ja elinkeinoministeriön toimeksiannosta teollisuuden ylijäämälämmön hyödyntämismahdollisuuksia kaukolämpöverkoissa. Selvityksen on tehnyt YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy ja siitä on vastannut hankejohtaja Eero Siitonen. Työhön ovat osallistuneet asiantuntijoina myös Mike Laukkanen, Janne Kala, Niklas Ståhl ja Simo Siitonen. Massa- ja paperiteollisuuden ylijäämälämpöjen arviointiin on osallistunut myös Pöyry Finland Oy. Työtä on ohjannut ohjausryhmä, johon ovat kuuluneet Matti Nuutila (pj.) Energiateollisuus ry:stä, Hille Hyytiä Motiva Oy:sta, Mikko Onkalo Varkauden Aluelämpö Oy:sta, Kati Ruohomäki EK:sta ja Heikki Väisänen työ- ja elinkeinoministeriöstä. Helsingissä YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy Eero Siitonen Yhteystiedot PL12 (Panuntie 11) 00621 Helsinki Puh. 0400 423 504 Fax 09 870 2328 http://www.yit.fi
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 5 (59) SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ...2 ABSTRACT...3 ESIPUHE...4 1 YLIJÄÄMÄLÄMPÖ...7 1.1 Ylijäämälämmön määritelmä... 7 1.2 Teollisuuden ylijäämälämmön lähteet... 8 1.3 Ylijäämälämmön talteenotto... 8 1.4 Ylijäämälämmön käyttö... 8 1.5 Edellytykset ylijäämälämmön käytölle kaukolämpöverkossa... 9 2 TEOLLISUUDEN ENERGIAN KÄYTTÖ...11 2.1 Teollisuuden käyttämä energia... 11 2.2 Teollisuuden myymä ylijäämälämpö... 13 3 TEOLLISUUDEN YLIJÄÄMÄLÄMPÖMÄÄRÄT...15 3.1 Elintarvikkeiden valmistus (10)... 15 3.1.1 Toimialaan kuuluvat tuotantolaitokset... 15 3.1.2 Energian käyttö... 15 3.1.3 Merkittävimmät energian käyttäjät... 15 3.2 Sahatavaran sekä puu- ja korkkituotteiden valmistus (16)... 18 3.2.1 Toimialaan kuuluvat tuotantolaitokset... 18 3.2.2 Energian käyttö... 18 3.2.3 Merkittävimmät energian käyttäjät... 18 3.3 Paperin, paperi- ja kartonkituotteiden valmistus (17)... 20 3.3.1 Tuotantoyksiköt... 20 3.3.2 Nykyinen energiankulutus ja kaukolämmöntuotanto... 22 3.3.3 Ylijäämälämmön lähteet... 22 3.3.4 Lasketut tuotantoyksiköt ja niiden jako... 24 3.3.5 Tulokset... 27 3.3.6 Kokonaispotentiaali... 31 3.3.7 Esimerkkejä periaatekytkennöistä... 33 3.4 Koksin ja jalostettujen öljytuotteiden valmistus (19)... 36 3.4.1 Toimialaan kuuluvat tuotantolaitokset... 36 3.4.2 Energian käyttö... 37 3.4.3 Merkittävimmät energian käyttäjät... 37 3.5 Kemikaalien ja kemiallisten tuotteiden valmistus (20)... 38
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 6 (59) 3.5.1 Toimialaan kuuluvat tuotantolaitokset... 38 3.5.2 Energian käyttö... 38 3.5.3 Merkittävimmät energian käyttäjät... 38 3.6 Muiden ei-metallisten mineraalituotteiden valmistus (23)... 40 3.6.1 Toimialaan kuuluvat tuotantolaitokset... 40 3.6.2 Energian käyttö... 40 3.6.3 Merkittävimmät energian käyttäjät... 40 3.6.4 Ylijäämälämpöpotentiaali... 42 3.7 Metallien jalostus (24)... 42 3.7.1 Toimialaan kuuluvat tuotantolaitokset... 42 3.7.2 Energian käyttö... 42 3.7.3 Merkittävimmät energian käyttäjät... 42 3.7.4 Ylijäämälämpöpotentiaali... 45 3.8 Yhteenveto ylijäämälämpöpotentiaalista... 46 3.8.1 Yhteenveto teollisuuden ylijäämälämpöpotentiaalista... 46 4 KOKEMUKSET NYKYISISTÄ YLIJÄÄMÄLÄMMÖN MYYNTISOPIMUKSISTA...47 4.1 Selvityksen taustaa... 47 4.2 Yrityskohtaiset haastattelut... 47 4.3 Yhteenveto haastattelun tuloksista... 48 5 MATALALÄMPÖISEN YLIJÄÄMÄLÄMMÖN KÄYTTÖMAHDOLLISUUDET...49 5.1 Ylijäämälämmön hyödyntäminen kaukolämpöverkossa... 49 5.1.1 Kaukolämpöverkon paluujohdon käyttö ylijäämälämmön hyödyntämisessä... 50 5.1.2 Paluuveden lämmitys ylijäämälämmöllä... 51 5.1.3 Ylijäämälämmön lisälämmitys lämpöpumpulla... 51 5.2 Ylijäämälämmön hyödyntäminen erillisessä matalalämpöisessä aluelämpöverkossa... 52 5.2.1 Ylijäämälämmön kuluttajat... 52 5.2.2 Matalalämpötilaisen aluelämpöverkon käyttö ylijäämälämmön siirrossa... 53 5.2.3 Käyttöveden lämmitys matalalämpötilaisissa järjestelmissä... 54 5.3 Potentiaali... 55 6 KAUKOLÄMPÖVERKKO TEOLLISUUDEN LÄMPÖAKKUNA...56 6.1 Taustaa... 56 6.2 Kokemuksia käytännön kohteista... 56 7 YHTEENVETO...57 LÄHDEVIITTEET...59
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 7 (59) 1 YLIJÄÄMÄLÄMPÖ 1.1 Ylijäämälämmön määritelmä Teollisuuden käyttämä energia voidaan jaotella primääri- ja sekundäärienergiaan. Primäärienergia on ulkopuolelta hankittua tai itse tuotettua tuotantolaitoksen käyttämää polttoainetta tai sähköä. Suurin osa prosesseihin viedystä primäärienergiasta käytetään edelleen lämpöenergiana muissa prosesseissa. Tätä lämpöenergiaa kutsutaan tässä selvityksessä sekundäärilämmöksi. Kun lämpöenergia poistuu esim. jäähdytysvesien tai poistoilmojen mukana tuotantolaitoksen ulkopuolelle, kutsutaan tätä osaa tässä selvityksessä ylijäämälämmöksi. Ylijäämälämpöä on kutsuttu yleisesti myös hukka-, tai jätelämmöksi. Jos ylijäämälämpöä myydään esim. energiayhtiölle kaukolämmitykseen, on tämä osa myös tuotantolaitoksen kannalta myytyä sekundäärilämpöä. Määritelmiä on selvennetty kuvassa 1.1. ylijäämälämpö primäärienergia sekundäärilämpö Prosessi 1 Prosessi 2 Prosessi 3 KL-verkko sekundäärilämpö Kuva 1.1. Ylijäämälämmön määritelmä ylijäämälämpö
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 8 (59) 1.2 Teollisuuden ylijäämälämmön lähteet Ylijäämälämpö on yleisimmin sitoutuneena poistohöyryissä, savukaasuissa, jätevesissä, jäähdytysvesissä, kuivainten poistokaasuissa, koneellisen jäähdytyksen lauhdelämmöissä, prosessikaasuissa tai tuotantotilojen yleispoistoissa. 1.3 Ylijäämälämmön talteenotto Jotta ylijäämälämpö saadaan siirrettyä erilliseen vesilämmitysverkostoon, tarvitaan epäsuoraa lämmönsiirtoa esim. lämmönsiirtimillä tai lauhduttimilla. Talteenotto voidaan toteuttaa esim. seuraavilla tekniikoilla riippuen ylijäämälämmön lähteestä: Savukaasupesuri Jätelämpökattila Vesi / vesi lämmönsiirrin Ilma / vesi lämmönsiirrin Lämpöpumppu lämpötilatason nostamiseksi Joitakin käytännön esimerkkejä ja periaatekytkentöjä on esitetty raportin kohdissa 4 ja 5. 1.4 Ylijäämälämmön käyttö Tuotantolaitoksen kannalta järkevintä on tehostaa omaa energian käyttöään. Sekundäärilämpöjen hyödyntäminen tuotantolaitoksen omissa prosesseissa on ensisijainen tapa parantaa energiatehokkuutta. Sekundäärilämpö on taloudellisinta hyödyntää samassa prosessissa, jossa se syntyy. Tallöin lämmön syntyminen ja käyttö ovat samanaikaisia ja lähellä toisiaan, jolloin hyödyntämisaste on korkea ja investoinnit ovat mahdollisimman pienet. Jos lämpöä ei voida hyödyntää samassa prosessissa tai osaprosessissa, seuraavaksi tulee selvittää sen käyttö saman tuotantolinjan muussa osassa. Mitä kauemmaksi lämpöä siirretään sekundäärilämmön syntykohdasta, yleensä sitä alhaisempi on hyödyntämisaste ja sitä korkeammat ovat investointikustannukset. Sekundäärilämpöjen hyödyntämisen ohella energian käytön tehokkuuteen voidaan vaikuttaa mm. energiatehokkaammilla laitteilla ja järjestelmillä, ajotavoilla ja huollolla ja kunnossapidolla sekä järkevällä energian käytön ja tuotannon integroinnilla. Energian käytön tehostaminen paitsi pienentää primäärienergian tarvetta niin luonnollisesti vähentää syntyvää ylijäämälämmön määrää ja voi alentaa myös ylijäämälämmön lämpötilatasoa. Energian käyttö myös tehostuu, jos samalla energiapanoksella saadaan aikaiseksi enemmän tuotteita. Mikäli ei ole mahdollista eikä taloudellisesti kannattavaa hyödyntää sekundäärilämpöjä tuotantolaitoksen omissa prosesseissa tulee seuraavaksi selvittää syntyvien ylijäämälämpövirtojen hyödyntämistä tehtaan ulkopuolella. Yksi mahdollisuus on hyödyntää ylijäämälämpövirtoja paikkakunnan kaukolämpöverkkoon.
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 9 (59) 1.5 Edellytykset ylijäämälämmön käytölle kaukolämpöverkossa Tuotantolaitokselta saatavan ylijäämälämmön lämpötilataso vaikuttaa siihen kuinka paljon lämpöä kaukolämpöverkkoon voidaan lämpöteknisesti siirtää ja millä tekniikalla. Ylijäämälämmön lämpötilan ollessa 55 o C tai yli sitä voidaan siirtää lämmönsiirtimellä suoraan kaukolämpöverkon paluuveden lämmittämiseen. Lämpötilan ollessa alle 55 o C tarvitaan lämpöpumppua ylijäämälämmön hyödyntämiseen. Kuvassa 1.2 on esitetty hyödynnettävän lämmön osuus kaukolämmöstä siirrettävän ylijäämälämmön lämpötilan funktiona. Esimerkiksi, jos tuotantolaitokselta saadaan siirrettyä ympäri vuoden lämpöverkkoon 70 o C:a kaukolämpöä, niin tällöin ylijäämälämmöllä voidaan korvata verkon energiasta noin 60 %. Edellisessä esimerkissä ja kuvassa 1.2 esitetty osuus on teoreettinen ja voi todellisuudessa olla huomattavasti pienempi. Hyödynnettävää vuotuista lämpömäärää arvioitaessa tulee ottaa huomioon tehtaan käyttöaste, lämpötilan vaihtelu vuodenaikojen mukaan ja häviöt. Jos ylijäämälämmön osuus koko verkon energiamäärästä on melko pieni, niin se on hyödynnettävissä kokonaisuudessaan. Käytännön maksimi ylijäämälämmön hyödyntämisessä on luokkaa 80..90 %, kun ylijäämälämmön määrä on huomattavasti suurempi kuin kaukolämpöverkon kulutus. 100 % 90 % 80 % Talteenotettavan lämmön määrä, % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 40 50 60 70 80 90 100 110 Kaukolämpöverkkoon siirrettävän ylijäämälämmön lämpötila, C Kuva 1.2. Hyödynnettävän ylijäämälämmön osuus kaukolämmöstä tuotetun ylijäämälämmön-lämpötilan funktiona. Kuvassa 1.3 ja 1.4 on esitetty todelliset keskimääräiset kaukolämmön meno- ja paluulämpötilat koottuna eri lähteistä saaduista tiedoista. Lämpötilat vaihtelevat paikkakuntakohtaisesti. Syitä vaihteluun ovat mm. lämpöverkon koko ja rakenne, sijainti, tuotanto-/kuluttajarakenne, yö-/päivävaihtelut ja paikkakunnan tuulisuus ja sademäärät.
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 10 (59) 120 110 100 Lämpötila, C 90 80 70 60-35 -25-15 -5 5 15 25 35 Ulkolämpötila, C Kuva 1.3. Kaukolämmön keskimääräinen menoveden lämpötila ulkolämpötilan funktiona. 65 60 Lämpötila, C 55 50 45 40-35 -25-15 -5 5 15 25 35 Ulkolämpötila, C Kuva 1.4. Kaukolämmön keskimääräinen paluuveden lämpötila ulkolämpötilan funktiona.
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 11 (59) 2 TEOLLISUUDEN ENERGIAN KÄYTTÖ 2.1 Teollisuuden käyttämä energia Suomen teollisuuden energiankäyttö toimialoittain suuruusjärjestyksessä vuosilta 2007 ja 2008 on esitetty kuvassa 2.1. Kolme suurinta energian käyttäjää on metsäteollisuus (16-17), kemianteollisuus (19-22) ja metallien jalostus (24). Kuvasta näkyy myös taantuman vaikutus energian käytössä vuosien 2007 ja 2008 välillä. Kuva 2.1. Teollisuuden energiankäyttö toimialoittain (Tilastokeskus 2010) Teollisuuden energiankäyttö oli Tilastokeskuksen tietojen mukaan reilu 570 petajoulea (PJ) vuonna 2008 (luottamusväli ± 0,8 prosenttia). Tämä oli n. 41 % kaikesta Suomen energiankulutuksesta. Verrattuna vuoteen 2007 teollisuuden energiankäyttö väheni 7 prosenttia. Laskuun vaikutti eniten metsäteollisuuden energiankäytön väheneminen 9 prosentilla. Eniten teollisuudessa käytettiin energialähteenä puuperäisiä polttoaineita. Toimialoista suurin energiankäyttäjä oli metsäteollisuus, joka käytti noin 56 prosenttia koko teollisuuden käyttämästä energiasta ja 23 % Suomen energiankulutuksesta. Maakunnittain teollisuus käytti eniten energiaa Pohjois-Pohjanmaalla, Etelä-Karjalassa ja Itä-Uudellamaalla. Taulukossa 2.1 on esitetty kaikkien toimialojen energian käyttö vuodelta 2008. Taulukossa on eritelty myös eri energialähteet eli polttoaine, sähkö ja lämpö.
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 12 (59) Taulukko 2.1. Suomen teollisuuden energiankäyttötilasto vuodelta 2008 (Tilastokeskus 2010) Toimiala Polttoaineet Sähkö Lämpö Yhteensä TJ GWh TJ 1) GWh TJ 1) GWh TJ GWh 05 Kivihiilen ja ruskohiilen kaivu.... 06 Raakaöljyn ja maakaasun tuotanto.... 07 Metallimalmien louhinta 521,7 144,9 1051,8 292,2 48,9 13,6 1622,4 450,7 08 Muu kaivostoiminta ja louhinta 3064,7 851,3 831 230,8 226,1 62,8 4121,8 1144,9 09 Kaivostoimintaa palveleva toiminta. 0,1*. 0,1* 10 Elintarvikkeiden valmistus 3454,8 959,7 4395,4 1220,9 4186,4 1162,9 12036,6 3343,5 11 Juomien valmistus 675,5 187,6 618,8 171,9 876,1 243,4 2170,3 602,9 12 Tupakkatuotteiden valmistus.... 13 Tekstiilien valmistus 619 171,9 573,3 159,3 367,6 102,1 1559,8 433,3 14 Vaatteiden valmistus 36,6 10,2 119,5 33,2 66,8 18,6 222,9 61,9 15 Nahan ja nahkatuotteiden valmistus 33,8 9,4 59,4 16,5 34,8 9,7 128 35,6 16 Sahatavaran sekä puu- ja korkkituotteiden valmistus (pl. huonekalut); olki- ja punontatuotteiden valmistus 8524,6 2367,9 5977,5 1660,4 11607,6 3224,3 26109,7 7252,7 17 Paperin, paperi- ja kartonkituotteiden valmistus 216163,3 60045,4 57654,8 16015,2 18995 5276,4 292813,1 81337,0 18 Painaminen ja tallenteiden jäljentäminen 197,8 54,9 862,5 239,6 278,8 77,4 1339,1 372,0 19 Koksin ja jalostettujen öljytuotteiden valmistus 45582,5 12661,8 4556,1 1265,6 1234,4 342,9 51373 14270,3 20 Kemikaalien ja kemiallisten tuotteiden valmistus 20290,8 5636,3 15573,9 4326,1 11209,6 3113,8 47074,3 13076,2 21 Lääkeaineiden ja lääkkeiden valmistus 71 19,7 271,1 75,3 354,2 98,4 696,3 193,4 22 Kumi- ja muovituotteiden valmistus 851,3 236,5 2566,9 713,0 1829,6 508,2 5247,8 1457,7 23 Muiden ei-metallisten mineraalituotteiden valmistus 13257,6 3682,7 3739,1 1038,6 661,1 183,6 17657,7 4904,9 24 Metallien jalostus 68054,4 18904,0 17061,6 4739,3 2632,5 731,3 87748,5 24374,6 25 Metallituotteiden valmistus (pl. koneet ja laitteet) 1286,2 357,3 3754,2 1042,8 1214,2 337,3 6254,6 1737,4 26 Tietokoneiden sekä elektronisten ja optisten tuotteiden valmistus 25,3 7,0 2025 562,5 733,7 203,8 2784 773,3 27 Sähkölaitteiden valmistus 86,3 24,0 814,5 226,3 333,9 92,8 1234,7 343,0 28 Muiden koneiden ja laitteiden valmistus 849,4 235,9 3062 850,6 1454,9 404,1 5366,3 1490,6 29 Moottoriajoneuvojen, perävaunujen ja puoliperävaunujen valmistus 328 91,1 501,5 139,3 262,8 73,0 1092,4 303,4 30 Muiden kulkuneuvojen valmistus 454,8 126,3 862,6 239,6 579 160,8 1896,5 526,8 31 Huonekalujen valmistus 496,2 137,8 928,9 258,0 282,7 78,5 1707,7 474,4 32 Muu valmistus 70,1* 19,5 147,6* 19,5 22,5* 19,5 240,2 19,5 33 Koneiden ja laitteiden korjaus, huolto ja asennus 114 31,7 565,3 157,0 156,5 43,5 835,9 232,2 Yhteensä 385 186,4 106 974,9 128 708,6 35 693,6 59746,3 16 582,6 573641,3 159 212,1 * Taulukkosolun tieto on epäluotettava, sillä luvun variaatiokerroin ylittää arvon 40. Tietoa ei ole (otokseen ei ole valikoitunut yhtään toimipaikkaa) Sisältää toimialat (TOL 2008) B Kaivostoiminta ja louhinta sekä C teollisuus (ml. teollisuuden omat voimalaitokset).ei sisällä toimialan D Sähkö-, kaasu- ja lämpöhuolto energiankäyttöä.sisältää teollisuustoimipaikkojen (ml. teollisuuden omat voimalaitokset) polttoaineiden kulutukset sekä sähkön ja lämmön ulkopuolisen nettohankinnan. Näistä yhteenlaskettuna saadaan toimialan energian kokonaiskulutus. 1) Nettohankinta
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 13 (59) 2.2 Teollisuuden myymä ylijäämälämpö Taulukossa 2.2 on esitetty yhteenveto teollisuuden myymästä ylijäämälämmöstä vuodelta 2008. Systemaattisesti kerättyä valmista ja luotettavaa tilastotietoa ylijäämälämmön myynnistä ei ollut käytettävissä. Taulukon tiedot on koottu Energiateollisuus ry:n kaukolämpötilastoista sekä yrityskohtaisista haastatteluista ja asiantuntija-arvioista (Energiateollisuus ry 2009). Taulukko 2.2. Teollisuuden myymä ylijäämälämpö vuonna 2008. Toimiala ja yritys Energian käyttö Myyty ylijäämälämpö GWh/a GWh/a % 11 Juomien valmistus 603 2,5 0,4 % - Lahti Aqua Oy 2,5 16 Sahatavaran sekä puu- ja korkkituotteiden valmistus (pl. huonekalut); olki- ja punontatuotteiden valmistus 7253 12,5 0,2 % - UPM-kymmene Wood Oy, Jyväskylän vaneritehdas 9,0 - UPM-kymmene Wood Oy, Parkano 3,5 17 Paperin, paperi- ja kartonkituotteiden valmistus 81337 317,9 0,4 % - Mreal Oyj, Kyro Hämeenkyrö ( 23,04 ) * - Myllykoski Oyj, Myllykoski Paper Oy ( 11,28 ) * - Stora-Enso Oyj, Anjalankoski (9,78 ) * - Stora Enso Oyj, Heinola ( 74,88 ) * - Stora-Enso Oyj, Varkaus ( 128,04 ) * - UPM-Kymmene Oyj, Jämsänkoski ( 49,44 ) * - Metsä-Botnia Oy, Kemi 21,4 18 Painaminen ja tallenteiden jäljentäminen 372 10,0 2,7 % - Hansaprint Oy / TS-Yhtymä Oy, Turku 10,0 20 Kemikaalien ja kemiallisten tuotteiden valmistus 13076 158,1 1,2 % - Kemira Chemicals Oy, Kokkola 63,6 - Kemira Pigments Oy, Pori 20,2 - Finnish Chemicals Oy, Äetsä 7,1 - Yara Suomi Oy, Uudenkaupungin tehtaat 67,2 23 Muiden ei-metallisten mineraalituotteiden valmistus 4905 101,7 2,1 % - Nordkalk Oyj, Lappeenranta 7,9 - Nordkalk Oyj, Parainen 18,6 - Nordkalk Oyj, Lohja 20,8 - Finnsementti Oy, Parainen 6,0 - Finnsementti Oy, Lappeenranta 15,0 - Maxit Oy, Kuusankoski 17,5 - Pilkington, Lahden Lasitehdas Oy 15,9 24 Metallien jalostus 24375 167,0 0,7 % - Boliden Harjavalta Oy 37,0 - Rautaruukki Oyj,Ruukki Product 130,0 25 Metallituotteiden valmistus (pl. koneet ja laitteet) 1737 1,9 0,1 % - Wärtsilä Finland Oy, Vaasa 1,9 * = arvio, 60 % myydystä kaukolämmöstä YHTEENSÄ 772
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 14 (59) Metsäteollisuuden toimialan (17) yritysten myymästä kaukolämmöstä vain osa on ylijäämälämpöä. Tähdellä merkityt luvut on arvioitu tehtaan kaukolämmön myynnistä prosessitietoja hyödyntäen, koska erikseen ylijäämälämmön osuutta ei ole tilastoitu. Teollisuuden myymä ylijäämälämpömäärä kaukolämpöön vuonna 2008 oli n. 770 GWh, joka on n. 0,5 % koko teollisuuden käyttämästä energiamäärästä. Kaukolämmön käytöstä ko. ylijäämälämpömäärä oli n. 2,5%. Vuoden 2008 jälkeen joitakin ylijäämälämpöä toimittaneita teollisuuslaitoksia on lopettanut toimintansa tai tuotanto on supistunut, joten tällä hetkellä ylijäämälämmön myynti on todennäköisesti em. määrää pienempi. Rakennusten lämmitykseen käytettiin vuonna 2008 energiaa n. 66 000 GWh, josta kaukolämmityksen osuus oli n. 29 000 GWh. Kuvassa 2.2 on havainnollistettu teollisuuden ja rakennusten energian käyttöä sekä kaukolämmityksen ja ylijäämälämmön osuutta rakennusten lämmityksessä. Kuva 2.2 Teollisuuden ja rakennusten energian käyttö sekä kaukolämmön ja ylijäämälämmön käyttö vuonna 2008.
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 15 (59) 3 TEOLLISUUDEN YLIJÄÄMÄLÄMPÖMÄÄRÄT Systemaattisesti kerättyä tietoa ylijäämälämpövirroista koko teollisuutta koskien ei ollut käytettävissä tätä selvitystä varten. Lähtötietoja on saatu yksittäisistä selvityksistä, YIT:n omista tietokannoista, energia-analyysi- ja katselmusraporteista ja yrityskohtaisista haastatteluista. Tässä kohdassa on tarkasteltu eri teollisuusalojen energian käyttöä, energiaintensiivisiä prosesseja ja arvioitu ylijäämälämpöpotentiaaleja. Tarkasteluun on otettu elintarvikkeiden valmistus (10), sahatavaran sekä puu- ja korkkituotteiden valmistus (16), paperin, paperi- ja kartonkituotteiden valmistus (17), koksin ja jalostettujen öljytuotteiden valmistus (19), kemikaalien ja kemiallisten tuotteiden valmistus (20), muiden ei-metallisten mineraalituotteiden valmistus (23) ja metallien jalostus (24). Seikkaperäisimmin tässä on tarkasteltu metsäteollisuuteen liittyvää toimialaa (17), koska tämä vastaa yksinään 56 %:a koko teollisuuden energian käytöstä. 3.1 Elintarvikkeiden valmistus (10) 3.1.1 Toimialaan kuuluvat tuotantolaitokset Tähän toimialaan kuuluvat seuraavat tuotantolaitokset: Teurastus, lihan säilyvyyskäsittely ja lihatuotteiden valmistus Kalan, äyriäisten ja nilviäisten jalostus ja säilöntä Hedelmien ja kasvisten jalostus ja säilöntä Kasvi- ja eläinöljyjen ja -rasvojen valmistus Maitotaloustuotteiden valmistus Mylly- ja tärkkelystuotteiden valmistus Leipomotuotteiden, makaronien yms. valmistus Muiden elintarvikkeiden valmistus Eläinten ruokien valmistus 3.1.2 Energian käyttö Toimialan energian käyttö Tilastokeskuksen tilastojen mukaan vuonna 2008 oli 12 037 TJ eli 3 344 GWh. Teollisuuden energiankulutuksesta toimialan osuus oli 2,1 %. Toimialan ei tiedetä myyneen ylijäämälämpöä kaukolämpöön. 3.1.3 Merkittävimmät energian käyttäjät Elintarviketeollisuuden BREF-dokumentin mukaan EU:n alueella toimivan elintarviketeollisuuden energiankulutuksesta noin kolmannes kuluu kuumennusprosesseihin (29 %). Jäähdytys- ja pakastusprosessien osuus kokonaisenergiankulutuksesta on noin 16 %. Tuotantolaitoksissa lämpöenergiaa käytetään tuotteiden kypsentämisen ja kuumennuskäsittelyjen ohella mm. kuivausprosesseihin sekä rakennusten ja pesuvesien lämmitykseen. Lämpöenergian lähteinä käytetään höyryä, kuumaa vettä tai suoraan prosessissa käytettyä polttoainetta. Omien kattilalaitosten höyry tai kuuma vesi tuotetaan mm. polttoöljyllä tai maakaasulla. Osa tuotantolaitoksista kuuluu kunnalliseen kaukolämpöverkkoon (Elintarviketeollisuusliitto ry 2010).
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 16 (59) 3.1.3.1 Ylijäämälämmön hyödyntämismahdollisuudet Selvitystyössä käytiin läpi kahdeksan eri elintarvikkeita valmistavan tuotantolaitoksen energiankäyttö ja merkittävimmät ylijäämälämpövirrat. Kohteet olivat margariinitehdas, kasviöljytehtaita, esteröinti- ja raffinointilaitos, näkkileipätehdas ja mallastamo. Kohteiden yhteenlaskettu energian käyttö oli: Lämpöenergia 353 GWh/a Sähköenergia 105 GWh/a Kokonaisenergiankäyttö 458 GWh/a Vesi 2 255 km 3 /a Toimialan energian kokonaiskäyttöön verrattuna tarkasteltuna on vajaat 14 %. Läpikäytyjen kohteiden osalta havaittiin, että merkittävimpien hyödyntämättömien ylijäämälämpövirtojen bruttolämpömäärä on 174 GWh/a eli 38 % kyseisten kohteiden kokonaisenergiankäytöstä. Tämän arvon perusteella suhteutettuna koko toimialan hyödyntämätön ylijäämälämpömäärä on 1 267 GWh/a. Ylijäämälämmön lähteet Tarkasteltujen elintarviketeollisuuskohteiden merkittävimmät ylijäämälämmön lähteet ovat: Jätevedet Jäähdytysilmat ja -vedet Koneellisen jäähdytyksen lauhdelämpö Poistoilmat ja -kaasut Muut. Jätevesien lämpötilataso on yleensä 30 45 o C:n tasolla. Lämmön hyödyntämistä saattaa rajoittaa jätevedenpuhdistamon toiminta tai esimerkiksi rasvapitoisen jäteveden jähmettyminen viemäriin. Lämpöä voidaan hyödyntää tuotantolaitoksessa esimerkiksi veden tai tuloilman esilämmittämiseen. Lämpöpumppuratkaisuilla avautuu enemmän hyödyntämiskohteita mukaan lukien kaukolämpöverkon paluuveden esilämmittäminen. Jäähdytysilmoilla tarkoitetaan ensisijaisesti jäähdytystornien poistoilmaa ja sen mukana poistuvaa lämpömäärää. Tarkasteltujen kohteiden osalta poistuva jäähdytysilma on noin 25-30 o C:n tasolla, eikä hyödyntämismahdollisuuksia yleisesti ottaen ole ilman lämpöpumppuratkaisuja. Samat lämpötilatasot ja johtopäätökset koskevat tarkasteltujen kohteiden (meri) vesijäähdytyksiä. Koneellisen jäähdytyksen lauhdelämpö vapautuu noin 30 o C:n lämpötilassa. Kuuman kaasun tulistus voidaan hyödyntää esimerkiksi käyttöveden lämmitykseen, mutta yleisesti ottaen huomattavalle määrälle 30 o C lämpöä ei ole kohteessa riittävästi hyödyntämiskohteita. Koneellisen jäähdytyksen lauhdelämmön hyödyntämisessä lämpöpumpulla esimerkiksi kaukolämmön paluuveden esilämmittämiseen on huomattava säästöpotentiaali. Elintarviketeollisuudessa käytetään huomattava määrä lämpö- ja sähköenergiaa kuumennusprosesseihin. Sterilointiprosesseissa on yleisesti regenerointi-osat, jolloin ylijäämälämpöä ei vapaudu. Kuivausprosesseiden poistoilmojen mukana vapautuu ympäristöön huomattavia lämpömääriä karkeasti noin 30 70 o C tasolla. Yleisesti ottaen kyseisissä prosesseissa lämpöä otetaan jo talteen tulevan ilman esilämmittämiseen, mikäli tämä on teknisesti ja taloudellisesti havaittu mahdolliseksi. Poistoilmassa olevat epäpuhtaudet ovat pääasiallinen syy, mikäli lämmön talteenottoa ei ole. Lämmön talteenottopotentiaalia on, jos siirtimen toimivuus epäpuhtaassa ilmassa ratkaistaan. Lämpötilatasojen puolesta kaukolämpöverkon paluuveden esilämmitys vaatii lämpöpumpun. Paistoprosessien poistoilmojen lämpötilat ovat pääasiassa 150-300 o C:een tasolla. Lämpöä ei yleisesti oteta talteen poistoilman rasvapitoisuuden sekä kiinteiden partikkeleiden vuoksi. Ensisijaiset lämmön hyödyntämiskohteet olisivat vastaavan prosessin tuloilman esilämmitys,
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 17 (59) matalapaineisen höyryn tuottaminen nostatusprosessiin, sisäisen lämmitysverkon tai kaukolämpöverkon paluuveden esilämmittäminen. Satunnaisesti lauhteita johdetaan suoraan viemäriin, aikaisempien lauhteiden epäpuhtauskokemusten perusteella. Lämpömäärä on kokonaisuuden kannalta pieni ja ratkaisumahdollisuudet tulee tarkastella tapauskohtaisesti. Hyödyntämätön ylijäämälämpö Taulukossa 3.1 on esitetty tarkasteltujen kohteiden perusteella tehty arvio elintarviketeollisuuden ylijäämälämpövirroista sekä keskimääräisistä lämpötilatasoista. Taulukko 3.1. Elintarviketeollisuuden ylijäämälämpövirrat A Tarkastellut kohteet Toimiala yhteensä GWh/a o C GWh/a Jätevesi 8 45 58 Jäähdytysilma ja -vesi 38 22 277 Lauhdelämpö 10 30 72 Poistoilmat ja -kaasut 115 71 838 Muut 3 98 20 Ylijäämälämpö yhteensä 174 1 267 Energian kulutus yhteensä 458 3 344 Lauhdelämmön osalta on huomattava, ettei tarkasteltuihin kohteisiin sisältynyt kohdetta, jossa koneellinen jäähdytys olisi merkittävässä osassa. Elintarviketeollisuuden omassa selvityksessä (Elintarviketeollisuusliitto ry 2010) on esitetty jäähdytysprosessien osuudeksi kokonaisenergiankäytöstä 16 % eli 535 GWh/a. Mikäli tästä 500 GWh/a on yksinomaan jäähdytyskompressorien sähkönkäyttöä, muodostuu lauhdelämpöä arviolta 1500 GWh/a noin 30 o C lämpötilatasolla. Tämän perusteella esitetään ylijäämälämpövirrat taulukon 3.2 mukaisesti. Taulukko 3.2. Elintarviketeollisuuden ylijäämälämpövirrat B Tarkastellut kohteet Toimiala yhteensä GWh/a o C GWh/a Jätevesi 8 45 58 Jäähdytysilma ja -vesi 38 22 277 Lauhdelämpö 10 30 1 500 Poistoilmat ja -kaasut 115 71 838 Muut 3 98 20 Ylijäämälämpö yhteensä 174 2 693 Energian kulutus yhteensä 458 3 344 Ylijäämälämpövirtojen kautta poistuva lämpömäärä voi olla suurempi, kuin yhteenlaskettu lämmön ja sähkön kulutus. Yksinkertaisena esimerkkinä on pakastamo. Taulukoissa 3.1 ja 3.2 esitetyt ylijäämälämpövirrat ovat bruttomääriä, eivätkä ne ole kokonaisuudessaan hyödynnettävissä. Taulukkoon 3.3 on laskettu lähempänä todellisuutta oleva säästöpotentiaali siten, että ylijäämälämpö jäähtyy esitettyyn lämpötilaan (poistokaasuissa ei erikseen huomioida kondensoitumista). Lisäksi on esitetty lämmön talteenoton mahdollinen toteutustapa otettaessa lämpöä talteen kaukolämpöverkoston paluuveteen.
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 18 (59) Taulukko 3.3. Elintarviketeollisuuden ylijäämälämpövirrat C Yhteensä Toteutus t ( o C) GWh/a Jätevesi 45-25 26 Vain lämpöpumppu Jäähdytysilma ja -vesi 22-10 151 Vain lämpöpumppu Lauhdelämpö -- 1 500 Vain lämpöpumppu Poistoilmat ja -kaasut 71-30 484 Lämmönsiirrin+lämpöpumppu Muut 98-55 9 Lämmönsiirrin Yhteensä 2 170 Ylijäämälämmön käytännön hyödyntämismahdollisuudet (ensisijaisesti sijainnit kaukolämpöverkkoihin nähden) vaativat kohdekohtaisesti jatkoselvityksiä. 3.2 Sahatavaran sekä puu- ja korkkituotteiden valmistus (16) 3.2.1 Toimialaan kuuluvat tuotantolaitokset Tähän toimialaan kuuluvat seuraavat tuotantolaitokset: Puun sahaus, höyläys ja kyllästys Vanerin ja vaneriviilun valmistus Lastulevyn valmistus Kuitulevyn valmistus Asennettavien parkettilevyjen valmistus Muiden rakennuspuusepäntuotteiden valmistus Puupakkausten valmistus Muiden puutuotteiden valmistus; korkki-, olki- ja punontatuotteiden valmistus. 3.2.2 Energian käyttö Toimialan energian käyttö Tilastokeskuksen tilastojen (Tilastokeskus 2010) mukaan vuonna 2008 oli 26 110 TJ eli 7 253 GWh. Teollisuuden energiankulutuksesta toimialan osuus oli noin 4,5 %. Toimiala myi ylijäämälämpöä kaukolämpöön n. 12,5 GWh, joka on 0,2% toimialan käyttämästä energiasta ja 16 % kaikesta teollisuuden myymästä ylijäämälämmöstä. 3.2.3 Merkittävimmät energian käyttäjät Sahatavaran sekä puu- ja korkkituotteiden valmistuksen merkittävimmät energiankäyttäjät ovat sahauksen sähkömoottorit sekä erityyppiset kuivausprosessit.
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 19 (59) 3.2.3.1 Ylijäämälämmön hyödyntämismahdollisuudet Selvitystyössä käytiin läpi kuuden eri tuotantolaitoksen energiankäyttö ja merkittävimmät ylijäämälämpövirrat. Kohteet olivat kuitulevytehtaita, sahoja, vaneritehdas sekä lastulevytehdas. Kohteiden yhteenlaskettu energian käyttö oli: Lämpöenergia 433 GWh/a Sähköenergia 127 GWh/a Kokonaisenergiankäyttö 560 GWh/a Vesi 743 km 3 /a Toimialan kokonaiskulutukseen verrattuna tarkasteltuna on vajaat 8 % toimialan kokonaiskulutuksesta. Tarkasteltujen kohteiden osalta havaittiin, että merkittävimpien hyödyntämättömien ylijäämälämpövirtojen bruttolämpömäärä on 352 GWh/a eli 63 % kyseisten kohteiden kokonaisenergiankäytöstä. Tämän arvon perusteella suhteutettuna koko toimialan hyödyntämätön ylijäämälämpömäärä on noin 4 500 GWh/a. Ylijäämälämmön lähteet Tarkasteltujen kohteiden merkittävimmät ylijäämälämmön lähteet ovat: Jauhinkoneiden, puristimien ja karkaisimien poistokaasut Eri kuivausprosessien poistokaasut. Kuitulevytuotannossa karkaisusta, puristimelta, jauhinkoneilta sekä kuivurilta poistuu varsin korkeassa lämpötilassa olevaa poistoilmaa. Sahateollisuuden lämmönkulutus kohdistuu lähes täysin sahatavaran kuivaukseen. Lämpö poistuu pääosin kuivauksen poistoilman mukana. Poistoilman lämpötila vaihtelee, mutta keskimääräinen arvo on noin 50 o C tasolla. Vaneritehtaiden merkittävin lämmönkuluttaja on viilunkuivaus. Viilukuivureiden poistoilmoista otetaan usein lämpöä talteen pesuri-lämmönsiirtimellä hauduttamoon sekä esimerkiksi ilmanvaihdon esilämmitykseen. Viilukuivureiden poistoilman lämpötilataso ennen pesuria on noin 140-180 o C ja lämmöntalteenottojen jälkeen noin 65 o C. Ylijäämälämpöä poistuu myös haihtumalla hauduttamoaltaista, noin 50 o C lämpötilassa. Hyödyntämätön ylijäämälämpö Taulukossa 3.4 on esitetty tarkasteltujen kohteiden perusteella tehty arvio toimialan ylijäämälämpövirroista sekä keskimääräisistä lämpötilatasoista. Taulukko 3.4. Ylijäämälämpövirrat A Tarkastellut kohteet Toimiala yhteensä GWh/a o C GWh/a Poistokaasut (120-155 o C) 150 135 1 938 Poistokaasut (65-25 o C) 203 55 2 626 Ylijäämälämpö yhteensä 352 4 564 Energian kulutus yhteensä 560 7 253
YIT Teollisuus- ja verkkopalvelut Oy 20 (59) Taulukossa 3.5 esitetyt ylijäämälämpövirrat ovat bruttomääriä, eivätkä ne ole kokonaisuudessaan hyödynnettävissä. Taulukkoon 3.5 on laskettu lähempänä todellisuutta oleva säästöpotentiaali siten, että ylijäämälämpö jäähtyy esitettyyn lämpötilaan (poistokaasuissa ei erikseen huomioida kondensoitumista). Lisäksi on esitetty lämmön talteenoton mahdollinen toteutustapa otettaessa lämpöä talteen kaukolämpöverkoston paluuveteen. Taulukko 3.5. Ylijäämälämpövirrat B Yhteensä Toteutus t ( o C) GWh/a Poistokaasut (120-155 o C) 135-55 698 Lämmönsiirrin Poistokaasut (65-25 o C) 55-25 875 Vain lämpöpumppu Yhteensä 1 573 Ylijäämälämmön käytännön hyödyntämismahdollisuudet (ensisijaisesti sijainnit kaukolämpöverkkoihin nähden) vaativat kohdekohtaisesti jatkoselvityksiä. 3.3 Paperin, paperi- ja kartonkituotteiden valmistus (17) 3.3.1 Tuotantoyksiköt Metsäteollisuus ry:n tilastojen mukaan vuonna 2008 Suomessa tuotettiin 11,0 miljoonaa tonnia massaa ja 12,4 miljoonaa tonnia paperi- ja kartonkituotteita. Tuotantoyksiköitä on noin 50. Taulukossa 3.6 on esitetty tuotantoyksiköt. Tuotantoyksiköt sijaitsevat noin 30 eri paikkakunnalla tai toisistaan selvästi erillisissä taajamissa. Näiden yhteenlaskettu asukasmäärä on noin 1,2 miljoonaa. Taulukko 3.6. Paperi-, kartonki- ja sellutehtaat 2008 (Metsäteollisuus ry 2009). Yhtiö Tehdas Massan tuotanto tn/a Pap/Kart. tuotanto Delfortgroup Tervakoski Oy 98 000 Georgia-Pacific Corporation Georgia-Pacific Nordic Oy Nokia Jujo Thermal Oy / Kauttua Paper Mill Oy tn/a 38 000 70 000 Kauttuan paperitehdas 72 000 M-real Oyj Joutseno BCTMP 224 000 M-real Oyj Kaskinen BCTMP 227 000 M-real Oyj Kemiart Liners Kemi 332 000 M-real Oyj (Sappi Ltd. 2009) Kirkniemi Lohja 203 000 669 000 M-real Oyj Kyro Hämeenkyrö 84 000 216 000 M-real Oyj Simpele 85 000 240 000 M-real Oyj Tako Board Tampere 200 000