Sähkön ja lämmön yhteistuotanto biomassasta VTT Seminaari: Puuhakkeesta sähköä ja lämpöä pienen kokoluokan kaasutustekniikan kehitys ja tulevaisuus 13.06.2013 Itämerenkatu 11-13, Auditorio Leonardo Da Vinci, Helsinki Martti Flyktman, VTT
2 Sisältö Yhdistetty lämmön ja sähkön tuotanto Sähkön ja lämmön yhteistuotanto Suomessa Historia Kaukolämpö ja teollisuus Käytetyt polttoaineet Vertailu muihin maihin EU Sähkön tuotannon tuki Suomessa Syöttötariffi (ja kaasutinpreemio) biokaasu, tuulivoima ja puupolttoaine Muuttuva sähkön tuotannon tuki Vertailu muiden maiden tukiin Päästökauppa ja lämmöntuotannon verotus Pienimuotoinen lämmön ja sähkön tuotanto Potentiaali Laitostekniikat
3
4 90 000 Sähkön tuotanto tuotantomuodoittain vuosina 1972-2011 80 000 70 000 60 000 GWh 50 000 40 000 30 000 Tuulivoima Tavallinen lauhdevoima Ydinvoima Yhdyskunta CHP Teollisuuden CHP Vesivoima 20 000 10 000 0 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
5 Kaukolämmön ja siihen liittyvän sähkön tuotantoon käytetyt polttoaineet Lähde : Energiateollisuus Kaukolämpövuosi 2012
6 140 Polttoaineiden käyttö yhdistetyssä lämmön ja sähkön tuotannossa vuosina 2000-2011 120 TWh 100 80 60 40 Muut energialähteet Muut fossiiliset Muut uusiutuvat Puupolttoaineet Turve Maakaasu Öljy Kivihiili 20 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
7 100 % Polttoaineiden osuudet yhdistetyn sähkön ja lämmön tuotannossa vuosina 2000-201 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % Muut energialähteet Muut fossiiliset Muut uusiutuvat Puupolttoaineet Turve Maakaasu Öljy Kivihiili 20 % 10 % 0 % 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
8 60 Yhdistetyn lämmön ja sähkön tuotannon polttoaineet kaukolämpövoimaloissa vuosina 2000-2011 TWh 50 40 30 20 Muut energialähteet Muut fossiiliset Muut uusiutuvat Puupolttoaineet Turve Maakaasu Öljy Kivihiili 10 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
9 Yhdistetyn lämmön ja sähkön tuotannon polttoaineet teollisuuden voimaloissa 90 TWh 80 70 60 50 40 30 Muut energialähteet Muut fossiiliset Muut uusiutuvat Puupolttoaineet Turve Maakaasu Öljy Kivihiili 20 10 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
10 30 000 Sähkön tuotannon kehitys yhdistetyssä lämmön ja sähkön tuotannossa vuosina 1972-2011 GWh 25 000 20 000 15 000 Yhdyskunta CHP Teollisuuden CHP 10 000 5 000 0 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
11 60 Yhdistetyn lämmön ja sähkön tuotannon osuus sähkön tuotannosta Euroopassa vuonna 2010 % 50 40 30 20 10 0 Lähde: Eurostat
12 9 000 Lämpö- ja voimalaitosten metsähakkeen käytön kehitys vuosina 2000-2012 8 000 1000 m 3 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 Järeä runkopuu Kannot ja juurakot Hakkuutähteet Pienpuu 2 000 1 000 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Vuosi
13 Metsähakkeen kokonaiskäyttö käyttökohteittain 2000-2012 9 000 8 000 7 000 6 000 1000 m 3 5 000 4 000 3 000 Pientalot Lämmöntuotanto Sähkön ja lämmön tuotanto 2 000 1 000 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Vuosi Vuonna 2012 metsähakkeesta noin 68 % käytettiin sähkön ja lämmön yhteistuotannossa
14 Osuus, % 60 Uusiutuvan energian osuus loppuenergian kulutuksesta Eu-maissa vuonna 2011 50 40 30 20 2011 TARGET 10 0 Vuoden 2020 Eu tavoite on 20 %, vuonna 2011 toteuma oli 13 %
15 Tukimuodot Syöttötariffi Taataan kiinteä hinta tuotetulle sähkölle Sähkön markkinahinnan vaihtelulla ei merkitystä Syöttöpreemio Lisätuki sähkön markkinahinnan päälle Sertifikaatit Erilliset sertifikaattimarkkinat, velvoite tuottaa tai hankkia sertifikaatteja Investointituki, lainat ja verohelpotukset
16 Käytetyt tukimuodot EU:ssa vuonna 2012 Alankomaat Belgia Bulgaria Espanja Irlanti Italia Itävalta Syöttötariffi x x x x x Syöttöpreemio x x x Sertifikaatit x x Kreikka Kypros Latvia Liettua Luxemburg Malta Portugali Syöttötariffi x x x x x x x Syöttöpreemio Sertifikaatit Puola Ranska Romania Ruotsi Saksa Slovakia Slovenia Syöttötariffi x x x x Syöttöpreemio x x Sertifikaatit x x x Suomi Tanska Tsekki Unkari Viro Yhd. Kuningask. Syöttötariffi x x x Syöttöpreemio x x x x Sertifikaatit x Lähde: Energiamarkkinavirasto
17 Syöttötariffi Tuulivoimalarakentaminen Syöttötariffi Tavoitehinta sähkön 3 kk markkinahinta Tavoitehinta 83,5 /MWh Vuoden 2015 loppuun saakka tavoitehinta on 105,3 /MWh; maksimissaan 3 vuotta Voimalakohtainen sitoumus ja tukea maksetaan 12 vuotta
18 Syöttötariffi (jatkoa) Biokaasu- ja puupolttoainevoimaloiden rakentaminen Syöttötariffi Tavoitehinta sähkön 3 kk markkinahinta + lämpöpreemio Tavoitehinta 83,5 /MWh Lämpöpreemio, biokaasuvoimalalle 50 /MWh ja puupolttoainevoimalalle 20 /MWh Voimalakohtainen sitoumus ja tukea maksetaan 12 vuotta Puuvoimalan nimellisteho vähintään 100 kilovolttiampeeria maksimissaan 8 Megavolttiampeeria Kokonaishyötysuhde vähintään 50 %, tai nimellisteho ylittää 1 Megavolttiampeerin 75 % Puupolttoainevoimalan tuki neljän perättäisen tariffijakson aikana enintään 750 000 euroa Rajoitus laitosten lukumäärä alle 50 kappaletta ja niiden puupolttoainevoimaloiden teho maksimissaan 150 MVA
19 Esimerkkejä biomassalla tuotetun sähkön tukitasoista eräissä EU-maissa vuonna 2012 /MWh Kommentti Saksa 60-143 Lisäbonus 25 80 /MWh tietyin ehdoin Itävalta 110-200 Laitoksen tehon mukaan, yli 100 MW :n laitos saa 89-114 /MWh Viro 53,7 Alle 10 MW:n laitoksille bonus 32 /MWh Tanska n. 60 110 Ranska 43,4 Lisäksi preemio vähintään 77,1 /MWh energiahyötysuhteen mukaan Alankomaat 70 147 Laitoksen koon ja käytetyn tekniikan mukaan (kuusi porrasta) Italia 180-257 Laitoksen koon ja biomassan mukaan Lähde: http://www.res-legal.eu/home/
20 Metsähakkeen muuttuva tuotannon tuki päästöoikeuden ja turpeen valmisteveron mukaan 20 /MWh 18 16 14 12 10 8 6 2012 2013 2015 4 2 0 0 5 10 15 20 25 Päästöoikeus, /t Turpeen vero lämmön tuotannossa muuttuu vuosina seuraavasti vuonna 2013 se on 4,9 /MWh, ja vuonna 2015 turpeen vero on 5,9 / MWh Lisäksi kaasutinpreemio kivihiilivoimaloiden metsähakkeelle
21 Lämmön tuotannon verot vuodesta 2013 eteenpäin Polttoaine Ominaispäästö (g/mj) POK 72,6 9,15 6,65 15,80 11,22 POR 78,8 9,93 6,65 16,58 11,61 Hiilidioksidivero 2013-2014; /MWh 2013-2014; /MWh 2015; /MWh 2015; /MWh Lämmöntuotanto Hiilidioksidi- Energia- Lämmöntuotanto Energiavero CHP-tuotanto vero vero CHPtuotanto Maakaasu 55,04 6,94 4,45 11,39 7,92 6,94 6,65 13,59 10,12 Kivihiili 94,6 11,92 6,65 18,57 12,61 Turve 105,9 4,9 4,9 4,9 5,9 5,9 5,9 Lämmön tuotannon vero = 35 /t*ominaispäästö (t/mwh) + Energiavero ( /MWh) Maakaasulla energiavero on porrastettu siten, että vuosina 2013 2014 se on 4,45 /MWh ja vuonna 2015 se on 6,65 /MWh, turpeen vero nousee 5,9 /MWh vuoden 2015 alussa Yhdistetyssä lämmön ja sähkön tuotannossa hiilidioksidivero on puolet pelkän lämmön tuotannon hiilidioksidiverosta Yhdistetyssä lämmön ja sähkön tuotannossa veroa maksetaan lämpömäärästä, joka saadaan kertomalla tuotettu lämpö luvulla 0,9.
22 Pienimuotoiseen CHP-tuotantoon soveltuvista tekniikoista Mikroturbiinit Polttokennot Höyrykone ja höyryturbiini Polttomoottorit Stirlingmoottorit ORCprosessi Tyypillinen sähköteho, kw 1-1000 25-250 10-150 1-50 000 Höyrykone> 100 Höyryturbiini> 500 150-1000 Sähköhyötysuhde 25-40 % 25-30 % 8-22 % Lämpöhyötysuhde 45-50 % 50-60 % 50-60 % Tyypilinen käyttöaika 15 vuotta 15 vuotta 15 vuotta 1-15 vuotta 15 vuotta > 20 vuotta Kehitysaste Laajasti käytössä Varhaiskaupallisessa vaiheessa Pilot - vaiheessa Kehitysvaihe Laajasti käytössä Varhaiskaupallisessa vaiheessa Lähde: Timo Karjalainen. Pienimuotoisen lämmön ja sähkön tuotannon Tilannekatsaus laitteet ja niiden käyttöönotto. Oulun yliopisto. 2012
23 Potentiaalisia pien CHP-kohteita Suomessa Aluelämmityksen lämpökeskukset Energiateollisuuden tilaston mukaan 152 kohdetta, joissa ei ole sähkön ja lämmön yhteistuotantoa Maatilat ja puutarhat Suomessa on noin 850 maitotilaa, joissa lypsylehmiä on 50 tai enemmän Yli 1000 m 2 lämmityspinta-alaltaan olevien kauppapuutarhoja noin 900 Kylpylät, uimahallit ja jäähallit 183 kylpylää tai uimahallia 188 jäähallia Lähde: Timo Karjalainen. Pienimuotoisen lämmön ja sähkön tuotannon Tilannekatsaus laitteet ja niiden käyttöönotto. Oulun yliopisto. 2012
24 Potentiaalisia pien CHP-kohteita Suomessa Kaukolämpöverkon ulkopuoliset suurkiinteistöt, joissa on vesikiertoinen lämmönjakotapa Hoitoalan rakennukset Rivi- ja ketjutalot Asuinkerrostalot Liikerakennukset Opetusrakennukset Sähkö 1358 258 415 123 71 Öljy ja kaasu 16974 9305 7010 2200 3152 Puu 245 176 507 118 516 Lähde: Timo Karjalainen. Pienimuotoisen lämmön ja sähkön tuotannon Tilannekatsaus laitteet ja niiden käyttöönotto. Oulun yliopisto. 2012
25 Pienten CHP-voimaloiden lukumäärä lämpötehon mukaan kaukolämpöverkoissa Lukumäärä 30 27 Laitoksia = 51, huipunkäyttöaika = 6000 ha/a 25 20 alle 1 1-5 MW 15 5-10 MW 10-20 MW 10 8 11 20-40 MW 40-80 MW yli 80 MW 5 5 0 0 0 0 Kattilan lämpöteho, MWth Lähde: Vtt Research Notes 2301 : Small- Scale Biomass CHP plant and district heating
26 Pienten CHP-voimaloiden sähkö- ja lämpöteho voimalan lämpötehon mukaan kaukolämpöverkoissa Kapasiteetti, MW 80 70 73 74 Lämpöä 214 MW ja sähköä 80 MW 60 50 61 Huipun käyttöaika 6000 40 Lämpöteho 30 26 28 24 Sähköteho 20 10 0 6 1 0 0 0 0 0 0 alle 1 1-5 MW 5-10 MW 10-20 MW 20-40 MW 40-80 MW yli 80 MW Lämpöteho Lähde: Vtt Research Notes 2301 : Small- Scale Biomass CHP plant and district heating
27 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa