KAUKOLÄMMITYSJÄRJESTELMIEN KEVENTÄMISMAHDOLLISUUDET MATALAN ENERGIAN KULUTUKSEN ALUEILLA TUTKIMUS ESITTELY JA ALUSTAVIA TULOKSIA 16ENN0271-W0001 Harri Muukkonen
TAUSTAA Uusiutuvan energian hyödyntämiseen tähtäävät tuotantotekniikat ovat kehittyneet ja yhdessä energiapoliittisten ohjauskeinojen kanssa ne ovat luoneet uusia mahdollisuuksia pientaloalueiden lämmittämiseen. Energiateollisuus ry:n strategiana on suunnata kaukolämmitystoimintaa myös pientaloalueiden suuntaan Kaukolämmityksen kilpailukyky ei ole paras mahdollinen matalan tehotiheyden omaaville pientaloalueilla, joilla kiinteistöjen lämmöntarve on entistä paremman eristystason myötä pienentynyt. Energiateollisuus ry:n toimeksiannosta Pöyry selvittää kuinka uusien pientaloalueiden kaukolämmitys olisi kustannustehokkainta toteuttaa ns. kevennetysti nykyisten tehontarpeiden, lämpötilatasojen, johtorakenteiden, kytkentätapojen, rakentamis- ja käyttökustannusten ym. kannalta. Vastaava selvitys on tehty 1980-luvulla, mutta olosuhteet kaukolämpöalalla ovat sen jälkeen muuttuneet merkittävästi.
TARKASTELUALUE
TARKASTELTAVAT KYTKENNÄT 1. Alueellinen sekoitusjärjestelmä Kaukolämmöllä tuotetaan sekä lämmitys että lämmin käyttövesi Alueverkon kytkentä suora, alueellinen menoveden lämpötilan säätöpiiri (Tm=70 C) Talon lämmitysjärjestelmän kytkentä epäsuora Talon käyttöveden lämmityksen kytkentä epäsuora Alueverkon mitoitus: 1,6 MPa, 120 C Talon lämmitysjärjestelmän (toisiopiiri) mitoituslämpötilat: 45/35 C Asuntojen märkätilat lämmitetään, myös kesällä, kaukolämmöllä (max ~30 C) Kytkentä 1 shunttipiirillä: Kytkentä 2 lämmönsiirtimellä:
TARKASTELTAVAT KYTKENNÄT 2. Kaukolämpö/sähkö-järjestelmä Kaukolämmöllä tuotetaan lämmitys Alueverkon kytkentä epäsuora, alueellinen lämmönsiirrinasema Talon lämmitysjärjestelmän kytkentä epäsuora Talon käyttöveden lämmitys: sähköllä (lämminvesivaraaja) Alueverkon mitoitus: 0,6 MPa, 90 C Talon lämmitysjärjestelmän (toisiopiiri) mitoituslämpötilat: 45/35 C Asuntojen märkätilat lämmitetään, myös kesällä, kaukolämmöllä (max. ~30 C)
TARKASTELTAVAT KYTKENNÄT 3. Lämmin käyttövesi -järjestelmä Kaukolämmöllä tuotetaan lämmin käyttövesi Alueverkon kytkentä suora Talon lämmitys esim. sähköllä Talon käyttöveden lämmityksen kytkentä epäsuora Alueverkon mitoitus: 1,6 MPa, 120 C Talon lämmitysjärjestelmän mitoituslämpötilat: 45/35 C
TARKASTELTAVAT KYTKENNÄT 4. Alueellinen paluuvesijärjestelmä Kaukolämmöllä tuotetaan sekä lämmitys että lämmin käyttövesi Alueverkon kytkentä suora, alueellinen menoveden lämpötilan säätöpiiri (Tm=65-70 C) Talon lämmitysjärjestelmän kytkentä epäsuora Talon käyttöveden lämmityksen kytkentä epäsuora Hyödynnetään kaukolämpöverkon paluuvettä, joka priimataan menovedellä Tarvitsee alueellisen priimaussäätöpiirin, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi alueen nurkan kaukolämpökaivossa tai lähimmän kiinteistön lämmönjakokeskuksessa Alueverkon mitoitus: 1,6 MPa, 90 C Talon lämmitysjärjestelmän (toisiopiiri) mitoituslämpötilat: 45/35 C Asuntojen märkätilat lämmitetään, myös kesällä, kaukolämmöllä (max ~30 C)
TARKASTELTAVAT KYTKENNÄT 5. Vertailujärjestelmä Perinteinen kaukolämpöjärjestelmä Kaukolämmöllä tuotetaan sekä lämmitys että lämmin käyttövesi Alueverkon kytkentä suora (Tm=110 C, max.) Talon lämmitysjärjestelmän kytkentä epäsuora Talon käyttöveden lämmityksen kytkentä epäsuora Alueverkon mitoitus: 1,6 MPa, 120 C Talon lämmitysjärjestelmän (toisiopiiri) mitoituslämpötilat: 45/35 C Asuntojen märkätilat lämmitetään, myös kesällä, kaukolämmöllä (max ~30 C)
TARKASTELTAVAT JOHTORAKENTEET 1. Fe Mpuk Teräksisellä virtausputkella varustettu kaksiputkielementti 2. Katujohdot: Fe Mpuk + talojohdot: Fe Mpuk (rivi- ja kerrostalot) / talojohdot: taipuisa Fe 2Mpuk (OKT) Taipuisa Fe 2Mpuk: taipuisalla teräksisellä virtausputkella varustettu yksiputkinen KL-johto 3. Katujohdot: taipuisa Rst 2Mpuk + Rst Mpuk (katujohdot/talojohdot) Ruostumattomalla teräksisellä virtausputkella varustettu taipuisa yksi- tai kaksiputkinen KL-johto 4. Katujohdot: taipuisa muoviputki Pe 2Mpuk + Pe Mpuk (katujohdot/talojohdot) Muovisella virtausputkella (PEX) varustettu taipuisa yksi- tai kaksiputkinen KLjohto 9
TARKASTELTAVAT KAUKOLÄMPÖJÄRJESTELMÄT Oikealla on esitetty yhteenveto lämmityksen ja käyttöveden tuotantotavasta tarkasteluvaihtoehdoissa. Alla on esitetty eri järjestelmissä käytetyt johtorakenteet. Lämmin käyttövesi (=LKV) Lämmitys Kytkentä 1. Alueellinen sekoitusjärjestelmä Pientalo kaukolämpö kaukolämpö Rivitalo kaukolämpö kaukolämpö Kerrostalo kaukolämpö kaukolämpö Kytkentä 2. Kaukolämpö/sähkö-järjestelmä Pientalo sähkö kaukolämpö Rivitalo sähkö kaukolämpö Kerrostalo sähkö kaukolämpö Kytkentä 3. Lämmin käyttövesi -järjestelmä Pientalo kaukolämpö sähkö Rivitalo kaukolämpö sähkö Kerrostalo kaukolämpö sähkö Kytkentä 4. Alueellinen paluuvesijärjestelmä Pientalo kaukolämpö kaukolämpö Rivitalo kaukolämpö kaukolämpö Kerrostalo kaukolämpö kaukolämpö Kytkentä 5. Vertailujärjestelmä Pientalo kaukolämpö kaukolämpö Rivitalo kaukolämpö kaukolämpö Kerrostalo kaukolämpö kaukolämpö Järjestelmä no Johtorakenne 1 2 3 4 5 Fe Mpuk x x x x x Katujohdot Fe Mpuk + talojohdot Fe Mpuk (KT/RT) / taipuisa Fe 2Mpuk (OKT) x x x x x Katujohdot taipuisa Rst 2Mpuk + Rst Mpuk (katujohdot/talojohdot) x x x x x Katujohdot taipuisa muoviputki Pe 2Mpuk + Pe Mpuk (katujohdot/talojohdot) x 1) x - - - 1) Ns. sekoituskytkennän tilalla alueverkon pääverkosta erottava lämmönsiirrin-yksikkö
LÄMMÖN JA TEHON TARPEET Oikealla on esitetty yhteenveto lämmityksen ja lämpimän käyttöveden vuosittaisista lämmönkulutuksista järjestelmittäin Alla on esitetty eri kiinteistötyyppien vuosittaiset lämmöntarpeet sekä mitoitustehot Talotyyppi Kaukolämmön kulutus vuodessa Vuotuinen lämmönkulutus Talotyypit yhteensä Lämmitys LKV Yhteensä Kytkentä 1. Alueellinen sekoitusjärjestelmä MWh/a MWh/a MWh/a Pientalo 17 kpl 136 119 Rivitalo 2 kpl 160 140 Kerrostalo 3 kpl 345 345 641 604 1245 Kytkentä 2. Kaukolämpö/sähkö-järjestelmä Pientalo 17 kpl 136 0 Rivitalo 2 kpl 160 0 Kerrostalo 3 kpl 345 0 641 0 641 Kytkentä 3. Lämmin käyttövesi -järjestelmä Pientalo 17 kpl 0 119 Rivitalo 2 kpl 0 140 Kerrostalo 3 kpl 0 345 0 604 604 Kytkentä 4. Alueellinen paluuvesijärjestelmä Pientalo 17 kpl 136 119 Rivitalo 2 kpl 160 140 Kerrostalo 3 kpl 345 345 641 604 1245 Kytkentä 5. Vertailujärjestelmä Pientalo 17 kpl 136 119 Rivitalo 2 kpl 160 140 Kerrostalo 3 kpl 345 345 641 604 1245 Mitoitustehot Lämmitys Lämmin käyttövesi Yhteensä Lämmitys (2 LKV (3 MWh/a MWh/a MWh/a kw kw Pientalo 8 7 15 3,6 60 Rivitalo 80 70 150 36,4 250 Kerrostalo 115 115 230 52,3 314
TARKASTELUALUE, ESIMERKKI
KOKONAISKUSTANNUSTEN MÄÄRÄYTYMINEN Kaukolämpöyhtiön investoinneissa on huomioitu alla olevat komponentit. Komponenttien yksikköhinnat on saatu lämpöyhtiöiden toteutuneista projekteista. Putkielementit ja niiden asennukset sekä virtausputkien liitokset / saumojen hitsaukset T-haarat, kulmaelementit (vaaka ja nousu), supistukset, Mpuk/2Mpuk muunnokset ja sovitteet Venttiilit (yhdistelmä, kertasulku) sekä maaventtiilikaivon asennus kansineen Jatkokset, liitostyöt peltimuotilla Valmisosien asennukset Mittauskeskukset asennuksineen Lämmönsiirrinasema Maakanavat ja päällysteet Pumppaussähkön käyttö on laskettu pumppaussähkön tarpeen (MWh/a) ja sähkön hinnan kaukolämpöyhtiölle (80 /MWh) tulona Tuotantokustannukset myynnille on laskettu lämmön myynnin (MWh/a) ja keskimääräisen tuotantokustannuksen (30 /MWh) tulona Lämpöhäviökustannukset on laskettu lämpöhäviöiden (MWh/a) ja keskimääräisen tuotantokustannuksen (30 /MWh) tulona Sähkön käyttö kuluttajalla on laskettu pumppaussähkön tarpeen (MWh/a) ja sähkön hinnan kuluttajalle (100 /MWh) tulona
DISKONTATUT KOKONAISKUSTANNUKSET Kuvissa on esitetty eri vaihtoehtojen diskontatut kustannukset (5 % korko) sekä 15 että 50 vuoden tarkastelujaksolla Vaihtoehtojen lyhenteissä K tarkoittaa kytkentää ja J johtorakennetta
ALUSTAVA KANNATTAVUUS Taulukossa on esitetty alustavat lämmön tuotantokustannukset kullekin tarkasteluvaihtoehdolle. Alustavan laskennan mukaan: Sähköä käyttävät kytkennät (2 ja 3) ovat selkeästi muita kalliimpia. Kytkennät 1, 4 ja 5 ovat kannattavuudeltaan hyvin lähellä toisiaan. Johtorakenne 3 (taipuisat ruostumattomat putket) on tarkasteltavista rakenteista kallein. Normaali Fe Mpuk rakenne (1) on edullisin putkirakenne. Alustavat tulokset eivät huomioi vielä mm. kytkentöjen mahdollista lämmön tuotannon polttoainekustannuksia alentavaa vaikutusta. KOKONAISKUSTANNUKSET (Keskimääräinen tuotantokustannus) Kyt. 1 Kyt. 1 Kyt. 1 Kyt. 1 Kyt. 2 Kyt. 2 Kyt. 2 Kyt. 2 Kyt. 3 Kyt. 3 Kyt. 3 Kyt. 4 Kyt. 4 Kyt. 4 Kyt. 5 Kyt. 5 Kyt. 5 johtor. 1 johtor. 2 johtor. 3 johtor. 4 johtor. 1 johtor. 2 johtor. 3 johtor. 4 johtor. 1 johtor. 2 johtor. 3 johtor. 1 johtor. 2 johtor. 3 johtor. 1 johtor. 2 johtor. 3 Tarkasteluaika 15 vuotta Investointi (15 a, 5 %) /a 20 299 20 694 27 959 20 868 19 914 20 126 24 943 19 962 20 531 20 935 29 461 20 299 21 783 29 230 10 665 11 079 18 324 Pumppaussähkön käyttö /a 27 26 26 67 230 230 227 185 10 10 10 52 52 51 27 27 27 Tuotantokustannukset myynnille /a 37 350 37 350 37 350 37 350 19 230 19 230 19 230 19 230 18 120 18 120 18 120 37 350 37 350 37 350 37 350 37 350 37 350 Lämpöhäviökustannukset /a 2 262 2 526 4 278 3 339 1 971 1 890 2 475 2 082 2 178 2 433 4 122 2 262 2 526 4 278 2 337 2 610 4 365 Sähkön käyttö kuluttajalla /a 0 0 0 0 66 440 66 440 66 440 66 440 70 510 70 510 70 510 0 0 0 0 0 0 Vuotuiset kustannukset yhteensä /a 59 938 60 596 69 612 61 624 107 785 107 916 113 315 107 899 111 348 112 008 122 223 59 963 61 711 70 909 50 379 51 066 60 066 Keskim. Lämmön tuotantokustannus /MWh 48,1 48,7 55,9 49,5 86,6 86,7 91,0 86,7 89,4 90,0 98,2 48,2 49,6 57,0 40,5 41,0 48,2 Tarkasteluaika 50 vuotta Investointi (50 a, 5 %) /a 11 541 11 766 15 896 11 865 11 322 11 443 14 182 11 350 11 673 11 903 16 751 11 541 12 385 16 619 6 064 6 299 10 419 Pumppaussähkön käyttö /a 27 26 26 67 230 230 227 185 10 10 10 52 52 51 27 27 27 Tuotantokustannukset myynnille /a 37 350 37 350 37 350 37 350 19 230 19 230 19 230 19 230 18 120 18 120 18 120 37 350 37 350 37 350 37 350 37 350 37 350 Lämpöhäviökustannukset /a 2 262 2 526 4 278 3 339 1 971 1 890 2 475 2 082 2 178 2 433 4 122 2 262 2 526 4 278 2 337 2 610 4 365 Sähkön käyttö kuluttajalla /a 0 0 0 0 66 440 66 440 66 440 66 440 70 510 70 510 70 510 0 0 0 0 0 0 Vuotuiset kustannukset yhteensä /a 51 180 51 668 57 550 52 621 99 194 99 233 102 554 99 287 102 491 102 976 109 512 51 205 52 313 58 298 45 778 46 286 52 160 Keskim. Lämmön tuotantokustannus /MWh 41,1 41,5 46,2 42,3 79,7 79,7 82,4 79,7 82,3 82,7 88,0 41,1 42,0 46,8 36,8 37,2 41,9
YHTEYSTIEDOT: HARRI MUUKKONEN JOHTAVA KONSULTTI, KAUKOLÄMPÖ JA KAUKOKYLMÄ harri.muukkonen@poyry.com Puh. 040 509 2036