Teknologiakeskus Merinova PL 810 65101 Vaasa VAASAN LOGISTIIKKA-ALUEEN ENERGIASELVITYS Projekti nro H07694.P000 Viimeisin muutos Laadittu Laatija AIn Tark. / Hyv. TLS / PrS GRANLUND OY Antti Inermo Tom L. Sundman
2 (28) YHTEENVETO Tässä selvityksessä vertaillaan Vaasan logistiikka-alueen eri energian tuotantomuotojen teknistaloudellisia tekijöitä, ympäristövaikutuksia ja energiaomavaraisuutta kahdella eri rakentamistiheydellä (e=0,15 ja e=0,30). Vertailtavat energiamuodot ovat seuraavat: - suora sähkölämmitys - biolämpökeskus - keskitetty maalämpöjärjestelmä - hajautettu maalämpöjärjestelmä - sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitos - suora sähkölämmitys ja aurinkosähköpaneelit - keskitetty maalämpö ja aurinkokeräimet - hajautettu maalämpö ja aurinkokeräimet Elinkaarikustannuksiltaan edullisin vaihtoehto on sähköä ja lämpöä tuottava yhteistuotantolaitos (CHP). Pelkkään lämmön tuotantoon pienin elinkaarikustannus on pääpolttoaineenaan haketta käyttävällä lämpökeskuksella. Elinkaarikustannuksiltaan kallein järjestelmä on suora sähkölämmitys, jonka rinnalla on aurinkosähkön tuotantoa. Maalämpöjärjestelmien elinkaarikustannukset asettuvat edellä mainittujen vaihtoehtojen väliin. CHP-laitoksen ja lämpökeskuksen kannattavuus paranee edelleen rakentamistiheyden kasvaessa. Ympäristön kannalta myönteisin vaihtoehto on biopolttoainetta käyttävä CHP-laitos. Pelkkään lämmön tuotantoon ympäristöä vähiten kuormittava vaihtoehto on biolämpökeskus. Ympäristöä eniten kuormittava vaihtoehto on suora sähkölämmitys. Järjestys on vastaava vertailtaessa energian tuotannon ja pelkän lämmön tuotannon omavaraisuusastetta. Maalämpövaihtoehtojen ympäristövaikutukset ja energian tuotannon omavaraisuusaste sijoittuvat edellä mainittujen tuotantomuotojen väliin. Taulukossa 1 on esitetty vertailtavien järjestelmien 15 vuoden pituisen elinkaaren aikaiset kustannukset. Taulukko 1. Energiamuotojen elinkaarikustannukset (15 vuotta). Energiamuoto Elinkaarikustannus ( ) e=0,15 e=0,30 suora sähkö 31 654 155 63 231 975 biolämpökeskus 29 242 135 55 274 756 keskitetty maalämpö 31 094 030 61 008 840 hajautettu maalämpö 29 317 227 58 115 486 CHP-laitos 26 855 314 51 805 176 suora sähkö + aurinkosähkö 44 419 265 88 763 867 keskitetty maalämpö + aurinkolämpö 31 027 537 60 849 436 hajautettu maalämpö + aurinkolämpö 29 250 734 57 944 729 Vertailtaessa eri energian tuotantomuotojen teknisiä ja taloudellisia ominaisuuksia, ympäristövaikutuksia sekä omavaraisuusastetta, kannattavimmaksi vaihtoehdoksi nousi alueellinen yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto. CHP-tuotannolla on mahdollista kattaa sekä koko alueen lämpöenergian
3 (28) tarve, myös merkittävä osuus sähköenergian tarpeesta uusiutuvalla polttoaineella. Eri yhteistuotantotekniikoiden kannattavuuslaskelmat vaativat tarkempaa tarkastelua, jos kyseiseen vaihtoehtoon energian tuotannossa päädytään. Pelkän lämmöntuotannon kannalta kannattavin vaihtoehto on alueellinen biolämpökeskus. Alueellinen energian tuotantolaitos tulisi sijoittaa keskeiselle paikalle, jotta alueellisen kaukolämpöverkon rakennus- ja pumppauskustannukset pysyisivät mahdollisimman alhaisina. Keskeinen sijoituspaikka mahdollistaisi myös uusien rakennusten vaivattoman liittymisen kaukolämpöverkkoon alueen laajetessa tulevaisuudessa. Polttotekniikkaan perustuvaa lisätuotantokapasiteettia on myös helppo kasvattaa tulevaisuudessa. Energian tuotantolaitoksen optimaalisin sijoituspaikka olisi ensimmäisen vaiheen rakentamisalueen kaakkoisosassa. Tällöin se sijaitsisi mahdollisimman lähelle alueen laajennusosia.
4 (28) SISÄLLYSLUETTELO 1. SELVITYKSEN TARKOITUS... 5 2. KÄYTETYT TYÖKALUOHJELMISTOT... 6 3. LÄHTÖTIEDOT... 6 4. VERTAILTAVAT ENERGIAMUODOT... 8 4.1. Suora sähkölämmitys... 8 4.2. Biolämpökeskus puupolttoaineella... 8 4.3. Keskitetty maalämpöjärjestelmä... 9 4.4. Hajautettu maalämpöjärjestelmä... 9 4.5. Yhteistuotantolaitos... 10 4.6. Suora sähkö ja aurinkosähköpaneelit... 10 4.7. Keskitetty maalämpö ja aurinkokeräimet... 10 4.8. Hajautettu maalämpö ja aurinkokeräimet... 10 5. JÄRJESTELMIEN TEKNINEN VERTAILU... 11 5.1. Keskitetyt järjestelmät... 11 5.2. Hajautetut järjestelmät... 11 5.3. Järjestelmien joustavuus ja huoltotarve... 12 6. JÄRJESTELMIEN TALOUDELLINEN VERTAILU... 13 6.1. Investointikustannukset... 13 6.2. Käyttö- ja ylläpitokustannukset... 14 6.3. Elinkaarikustannukset... 17 7. YMPÄRISTÖVAIKUTUKSET... 22 8. ENERGIAN TUOTANNON OMAVARAISUUSASTE... 24 9. JOHTOPÄÄTÖKSET... 26 9.1. Kustannukset... 26 9.2. Ympäristövaikutukset... 26 9.3. Omavaraisuus... 26 9.4. Järjestelmien vertailu... 27 9.5. Mahdollinen jatkoselvitys... 28 LIITTEET Liite 1. Elinkaarikustannukset Rakennustiheys 0,15 Liite 2. Elinkaarikustannukset - Rakennustiheys 0,30 Liite 3. Elinkaarikustannukset Aurinkoenergian hyödyntäminen (e=0,15) Liite 4. Elinkaarikustannukset Aurinkoenergian hyödyntäminen (e=0,30)
5 (28) 1. SELVITYKSEN TARKOITUS Vaasan seudun logistiikka-alueen ensimmäinen rakennusvaihe muodostuu yhdestätoista tontista, joiden yhteispinta-ala on noin 55 hehtaaria. Tämän selvityksen tarkoituksena on vertailla eri energian tuotantomuotoja alueella rakennustiheyksillä 0,15 ja 0,30. Tarkastelussa on keskitytty seuraaviin energiamuotoihin: - suora sähkölämmitys - biolämpökeskus - keskitetty maalämpöjärjestelmä - hajautettu maalämpöjärjestelmä - sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitos - suora sähkölämmitys ja aurinkosähköpaneelit - keskitetty maalämpö ja aurinkokeräimet - hajautettu maalämpö ja aurinkokeräimet Kuvassa 1 on esitetty havainnekuva koko logistiikka-alueesta. Tässä tarkastelussa on keskitytty alueen ensimmäisen rakennusvaiheen energiantuotantoon. Tämän alueen tontit on merkattu kuvaan vaaleanpunaisella värillä.
6 (28) Kuva 1. Logistiikka-alueen havainnekuva. Selvityksessä on tarkasteltu eri energiamuotojen elinkaarikustannuksia, ympäristövaikutuksia, omavaraisuusastetta ja teknisiä ominaisuuksia. Tarkastelussa on otettu huomioon myös ratkaisujen joustavuus alueen laajentuessa tulevaisuudessa. 2. KÄYTETYT TYÖKALUOHJELMISTOT Laskenta suoritettiin Insinööritoimisto Olof Granlund Oy:n kehittämällä tietokantapohjaisella talotekniikan elinkaarikustannusten laskentaohjelmistolla, BSLCC. 3. LÄHTÖTIEDOT Selvitys perustuu tilaajalta saatuihin rakennusalueen lähtötietoihin sekä arvioituihin investointi-, energia-, huolto- ja kunnossapitokustannuksiin. Taulukossa 2 on esitetty logistiikka-alueen lähtötiedot.
7 (28) Taulukko 2. Alueen laajuus- ja kulutustiedot Rakennustiheys 0,15 0,3 Tontti (m²) 548 248 548 248 Rak. pa (m²) 82 237 164 474 Tilavuus (m³) 657 898 1 315 795 Lämpö (MWh/a) 5 593 11 187 Sähkö (MWh/a) 13 158 26 316 Lämmitysteho (kw) 3 281 6 566 Kylmä vesi (m³) 5 921 11 842 Lämmin vesi (m³) 1 480 2 961 Lämmin vesi energia (MWh/a) 83 166 LV osuus energiasta 1,5 % 1,5 % Sähköliittymän hintana on käytetty Vaasan Sähkö Oy:n kapasiteettivarausmaksua 23,31 /kva. Sähköliittymien hinnat eivät sisällä liittymän rakennuskustannuksia, jotka on arvioitu olevan yhtä suuret kaikissa tarkasteltavissa vaihtoehdoissa. Energian hintatietoina on käytetty Työ- ja elinkeinoministeriön vuoden 2011 viimeisen neljänneksen toteutuneita hintoja. Hakkeen ja pelletin osalta on käytetty Pohjois-Euroopan pörssihintaa (lähde: www.foex.fi). Nesteytetyn maakaasun (LNG) hintaa on arvioitu toteutuneen maakaasun hinnan ja eri lähteistä löydettyjen LNG:n hintatietojen perusteella. Sähkön hinta on arvioitu olevan suuren teollisuuskäyttäjän ostohinta sisältäen energia- ja siirtomaksun sekä valmisteveron. Hinnat eivät sisällä arvonlisäveroa. Energian hinnan nousuna on käytetty arvoa 5 % vuodessa. Energian ostohinnat on esitetty taulukossa 3. Taulukko 3. Energian ostohinnat Energian hinnat sähkö 100,00 /MWh hake 17,50 /MWh pelletti 30,30 /MWh öljy (POR) 60,00 /MWh LNG 50,00 /MWh turve 16,90 /MWh Taulukossa 3 on otettu myös turpeen hinta mukaan, koska se on polttoaineista halvin ja sitä on helposti saatavilla Länsi-Suomessa. Turve on kuitenkin fossiilinen polttoaine, joten sitä ei ole käytetty tarkasteltavissa vaihtoehdoissa aiheuttamiensa ympäristövaikutusten takia.
8 (28) 4. VERTAILTAVAT ENERGIAMUODOT Kaikkien energiamuotojen tarkasteluissa lasketaan elinkaarikustannukset ja ympäristövaikutukset rakennustiheyksille 0,15 ja 0,30. Taulukossa 4 on esitetty lämmitystehojen jakauma tuotantomuodoittain pää- ja huipputehojärjestelmien välillä. Taulukko 4. Lämmitystehojen jakauma järjestelmittäin (P=pääjärjestelmä, H=huippujärjestelmä). Energiamuoto Lämmitysteho (e=0,15) Lämmitysteho (e=0,30) P (kw) H (kw) P (kw) H (kw) suora sähkö 3 281-6 566 - biolämpökeskus 1 641 1 641 3 283 3 283 keskitetty maalämpö 2 000 3 300 4 000 6 600 hajautettu maalämpö (rakennuskohtainen) 180 120 360 240 yhteistuotantolaitos 1 641 1 641 3 283 3 283 suora sähkö + aurinkosähkö 3 281-6 566 - keskitetty maalämpö + aurinkolämpö 2 000 3 300 4 000 6 600 hajautettu maalämpö + aurinkolämpö (rak. koht.) 180 120 360 240 Keskitetyssä maalämpöjärjestelmässä huipputehokattila pitää mitoittaa laitetoimittajan tiedon mukaan täydelle lämmitysteholle lämpöpumppujen vikatilanteiden varalta. Lämpökeskus- ja yhteistuotantojärjestelmissä huippukattila mitoitetaan sillä tavalla, että sen teho riittää yksinään pitämään rakennuksien sisälämpötila yli 0 C:ssa. 4.1. Suora sähkölämmitys Suorassa sähkölämmityksessä logistiikka-alueen rakennukset lämmitetään sähköpattereilla. Käyttövesi lämmitetään 300 dm³ sähkövaraajin kiinteistökohtaisesti. Laskennassa on oletettu, että n. 40 % rakennustilavuudesta lämmitetään seinäpattereilla ja loput 60 % ilmanvaihdon avulla. 4.2. Biolämpökeskus puupolttoaineella Biolämpökeskustarkastelussa lämpö tuotetaan keskitetysti lämpökeskuksessa ja siirretään kaukolämpöverkon välityksellä rakennuksiin. Lämpökeskuksen pääpolttoaine on puuhake ja huippu/varapolttoaine nesteytetty maakaasu (LNG). Tarkastelussa on oletettu, että Vaasan seudulla haketta on helposti saatavilla ja LNG-polttoainetta voidaan toimittaa esim. sataman kautta. Lisäksi LNG soveltuu hyvin varapolttoaineeksi ja sen hinta on alhaisempi kuin raskaan polttoöljyn. Lämpökeskuslaskelmaan on huomioitu seuraavat komponentit: - lämpökeskus ja rakennus - huipputehokattila - kaukolämpöverkko - rakennusten lämmönjakokeskukset ja toisioverkostot Biolämpökeskuksen hakekattilan teho-osuus on 50 % huipputehosta ja energiaosuus 85 % tarvittavasta lämpöenergiasta alueella. Huippukattilan teho-osuus on vastaavasti 50 % huipputehosta ja
9 (28) 15 % lämpöenergiasta. Huippukattilan teho-osuudessa on huomioitu, että kattila toimii myös varakattilana, jolloin sen tehon on riitettävä pitämään rakennusten lämpötila yli 0 C:ssa yksinään. Laskennassa on käytetty kattiloiden hyötysuhteena arvoa 90 %, joka on totuudenmukainen tämän kokoluokan kattilalaitoksissa. Kaukolämpöverkon mitoituksessa ja pumppauskustannuksissa on huomioitu menoveden lämpötila noin 100 C huipputehotilanteessa. Toisioverkostot ja laitteet toimivat n. 30 C lämpötilaerolla (40-70 C). 4.3. Keskitetty maalämpöjärjestelmä Keskitetyssä maalämpöjärjestelmässä lämpöä tuotetaan keskitetysti lämpöpumpuilla kaukolämpöverkkoon. Käyttöveden lämmitys hoidetaan rakennuskohtaisesti käyttövesivaraajilla. Lämpöpumppujärjestelmä on mitoitettu osateholle, jolloin sen osuus huipputehosta on n. 60 % ja energiasta n. 88,5 %. Koko maalämpöpumppujärjestelmän vuosituottokertoimena (SPF-luku) on käytetty arvoa 3. Huipputeho tuotetaan pellettikattilalla. Kattilan hyötysuhteena on käytetty arvoa 90 %. Keskitetyssä lämpöpumppujärjestelmässä on huomioitu seuraavat komponentit: - lämpöpumput - reikien poraus maahan - tekninen rakennus - huipputehokattila - kaukolämpöverkko - rakennusten lämmönjakokeskukset ja toisioverkostot - lämminvesivaraajat Laskelmassa on oletettu, että yhdestä poratusta n. 200 m syvästä reiästä saadaan tehoa 7,5 kw. Osa lämpöpumppuvalmistajista käyttää suurempaa arvoa (esim. 10 kw/kaivo), jolloin porauskustannus on pienempi. Vertailussa on otettu huomioon eri valmistajien arvioimia porauskustannuksia sekä mahdollisia määräalennuksia ja käytetty niistä keskiarvoa. Kaukolämpöverkon mitoituksessa ja pumppauskustannuksissa on huomioitu menoveden lämpötila noin 55 C huipputehotilanteessa. Toisioverkostot ja laitteet toimivat lämpötilatasolla 50/30 C. 4.4. Hajautettu maalämpöjärjestelmä Hajautetussa maalämpöjärjestelmässä lämpöenergia tuotetaan rakennuskohtaisesti maalämpöpumpuin. Käyttövesi lämmitetään sähkövaraajassa. Laskennassa lämpöpumput on mitoitettu osateholle, jolloin niiden teho kattaa n. 60 % tarvittavasta huipputehosta. Huipputehosta 40 % toteutetaan suoralla sähkölämmityksellä. Maalämpöpumput tuottavat tarvittavasta energiasta 88,5 %. Lämpöpumppujen SPF-lukuna on käytetty arvoa 3. Hajautetussa lämpöpumppujärjestelmässä on huomioitu seuraavat komponentit: - lämpöpumput - reikien poraus maahan - toisioverkostot - lämminvesivaraajat Lisäksi on oletettu, että hajautetussa järjestelmässä rakennusten toimistotilojen jäähdytys voidaan toteuttaa maalämpöpumpuilla, eikä erillistä jäähdytysjärjestelmää tarvita. Maalämpökaivojen mitoitus on tehty vastaavalla tavalla kuin keskitetyssä järjestelmässä. Jäähdytystehon laskennassa on oletet-
10 (28) tu, että 2 % rakennusten pinta-alasta on jäähdytettävää toimistotilaa ja jäähdytyksen ominaisteho on 0,04 W/m². Toisioverkostot ja laitteet toimivat lämpötilatasolla 50/30 C. 4.5. Yhteistuotantolaitos Sähkön ja lämmön yhteistuotantotarkastelussa (CHP) alueen lämpöenergia ja osa sähköenergiasta tuotetaan voimalaitoksessa. Lämpöenergia toimitetaan rakennuksiin alueellisen kaukolämpöverkon välityksellä. Sähköenergiaa voidaan tuottaa eri tekniikoilla. Tarkastelussa investoinnin suuruus on laskettu höyryturbiinivoimalaitokselle. Voimalaitoslaskelmaan on huomioitu seuraavat komponentit: - voimalaitos ja rakennus - huipputehokattila - kaukolämpöverkko - rakennusten lämmönjakokeskukset ja toisioverkostot Voimalaitoksen pääpolttoaine on hake, jonka osuus on 50 % huipputehosta ja 85 % tarvittavasta lämpöenergiasta. Huipputehopolttoaine on pelletti. Kattiloiden hyötysuhteena on käytetty arvoa 90 %. Voimalaitoksen rakennusasteeksi (sähköteho/lämpöteho) on oletettu 40 %. Laskennassa sähkön huipputeho on mitoitettu vuoden keskilämpötilaan, jotta sähkön tuotannon huipunkäyttöaika olisi mahdollisimman korkea. Laskennan perusteella n. 25 % alueella tarvittavasta sähköenergiasta olisi mahdollista kattaa omalla uusiutuvalla tuotannolla. Lämmitysverkostojen mitoituslämpötilat ovat vastaavat kuin lämpökeskusvaihtoehdossa. 4.6. Suora sähkö ja aurinkosähköpaneelit Tässä vaihtoehdossa suoran sähkölämmityksen rinnalle kytketään aurinkosähköpaneelit, joilla voidaan tuottaa osa rakennusten tarvitsemasta sähköenergiasta. Oletuksena on, että tuotettu sähkö kuluu rakennuksen omiin tarpeisiin. Muuten järjestelmä on vastaavanlainen kuin suorassa sähkölämmityksessä. Laskennassa paneeleita asennetaan rakennusten katoille, paneelien pinta-alana on käytetty n. 50 % kattoalasta. Tarkastelussa on pyritty tuottamaan mahdollisimman paljon alueellista aurinkosähköä. 4.7. Keskitetty maalämpö ja aurinkokeräimet Tarkastelussa keskitetyn maalämpöjärjestelmän lisäksi rakennuksiin asennetaan omat aurinkokeräimet. Laskennassa on oletettu, että keräimillä voidaan tuottaa rakennusten lämmin käyttövesi kokonaan yhdeksänä kuukautena vuodessa. Muuten järjestelmä toimii kuten keskitetty maalämpöjärjestelmä. 4.8. Hajautettu maalämpö ja aurinkokeräimet Tässä vaihtoehdossa maalämpöpumppujen lisäksi rakennuksiin asennetaan omat aurinkokeräimet. Laskennassa on oletettu, että keräimillä voidaan tuottaa rakennusten lämmin käyttövesi kokonaan yhdeksänä kuukautena vuodessa. Muuten järjestelmä toimii kuten hajautettu maalämpöjärjestelmä.
11 (28) 5. JÄRJESTELMIEN TEKNINEN VERTAILU 5.1. Keskitetyt järjestelmät Keskitetyssä lämmön tuotannossa (biolämpö, maalämpö, CHP) pitää alueelle rakentaa kaukolämpöverkko. Tarkastelussa on arvioitu, että kaukolämpöverkon runkojohdon tarvittava pituus on noin kilometri ja talohaarojen n. 550 m. Keskitetyssä maalämmön tuotannossa tarvittavat putkien DN-koot ovat suurempia, koska meno- ja paluuveden välinen lämpötilaero on pienempi. Tällöin virtausta tarvitaan enemmän, jotta tarvittava lämmitysteho saavutetaan. Tämä vaikuttaa myös kaukolämpöverkon pumppauskustannuksiin. Kaukolämpöverkon energian siirtohäviöiksi on oletettu 5 %. Biolämpökeskuksen lämpötilataso on helppo pitää tarvittavan korkeana ja sitä voidaan tarvittaessa nostaa tehon tarpeen kattamiseksi. Keskitetyssä maalämpöjärjestelmässä menoveden lämpötilan nosto vaikuttaa lämpöpumpun tuottokertoimeen heikentävästi. Käyttöä on tällöin ohjattava siten, että lämpöpumpuilla tuotetun lämmitysveden menolämpötila ei nouse liian korkeaksi, vaan huipputeho tuotetaan pellettikattilalla. Keskitetyssä maalämpöjärjestelmässä käyttövesi tuotetaan erikseen rakennuskohtaisesti, jottei maalämpöpumpun SPF-luku heikkene korkeamman lämpötilatarpeen takia. Rakennuskohtaisiin varaajiin on myös mahdollista kytkeä aurinkolämpökeräimet käyttöveden tuotantoa varten. Jos alueen käyttöveden tarve kasvaakin tulevaisuudessa, on tällä vaikutusta sähköisten järjestelmien kannattavuuteen. Maalämpöjärjestelmän huippukattilalaitos on laitetoimittajilta saatujen tietojen mukaan mitoitettava täydelle lämmitysteholle vikatilanteiden varalta. Tämä vaikuttaa myös investointikustannukseen. Biolämpökeskuksen huippu/varakattila on myös mitoitettava ainakin sen verran suureksi, että sisälämpötilat rakennuksissa eivät pääse putoamaan liian mataliksi. Lämpöä ja sähköä tuottava yhteistuotantolaitos toimii muuten vastaavalla tavalla kuin biolämpökeskus, mutta lämmön tuotannon ohessa laitos tuottaa sähköä. Sähköntuotannon kannalta on tärkeää, että rakennuksissa olevat lämmönjakokeskukset toimivat oikein ja kaukolämpövesi jäähtyy tarpeeksi, jotta sähköenergiaa saadaan tuotettua mahdollisimman paljon ja kaukolämpöverkon pumppauskustannukset pysyvät alhaisina. CHP-laitos on erittäin mielenkiintoinen vaihtoehto, koska tällöin uusiutuvalla polttoaineella on mahdollista tuottaa lämpöenergian lisäksi merkittävä osa alueen sähköenergiasta. Tämän kokoluokan CHP-laitoksia on toteutettavissa erilaisilla tekniikoilla, jotka vaatisivat tarkempaa tarkastelua. Myös alueen lämpökuormien ajankohdat ja jäähdytystehon tarve vaikuttavat yhteistuotantotekniikan valintaan. Keskitetyissä järjestelmissä on otettu huomioon tarvittavat toisioverkoston laitteet ja putkikoot, jotka vaihtelevat riippuen järjestelmästä. Maalämpöjärjestelmässä kannattaa huomioida, että maaperän ominaisuudet, jotka vaikuttavat saatavaan tehoon ja energiamäärään, saadaan selville vain tekemällä kohteessa koeporauksia. 5.2. Hajautetut järjestelmät Lämmitysjärjestelmistä yksinkertaisin toteuttaa on suora sähkölämmitys. Tällöin rakennuksiin asennetaan sähköiset lämmityspatterit seinille ja ilmanvaihtoon. Hajautetussa maalämpöjärjestelmässä jokaiseen rakennukseen asennetaan maalämpöpumppu. Porakaivot sijoitetaan rakennuksen välittömään läheisyyteen tai sen alle. Hajautetussa järjestelmässä maalämpöpumpuilla voidaan hoitaa rakennusten toimisto-osien jäähdytys ilman erillistä investointia jäähdytyslaitteisiin. Huipputeho katetaan suoralla sähkölämmityksellä. Hajautetussa maalämpöjärjestelmässä tulee ottaa huomioon, että koeporauksia maaperän ominaisuuksien selvittämistä varten tulisi tehdä jokaisella tontilla erikseen. Verrattaessa hajautettua ja keskitettyä maalämmön tuotantoa,
12 (28) saattaa hajautetun tuotannon kannattavuus heiketä, jos osassa tonteista maaperän ominaisuudet ovat heikommat kuin keskitetyn lämmönkeruukentän. Selvityksessä on erikseen tarkasteltu myös aurinkosähköpaneeleja suoran sähkölämmityksen rinnalla sekä aurinkokeräimiä hajautetussa maalämmön tuotannossa. 5.3. Järjestelmien joustavuus ja huoltotarve Logistiikka-alueen mahdollinen laajentuminen tulevaisuudessa vaikuttaa myös lämmitysjärjestelmän valintaan. Keskitetyn tuotannon sijoittaminen keskeiselle paikalle energiahuoltoa ajatellen on järkevää ottaa huomioon alueen suunnittelussa. Hajautetussa tuotannossa rakennusten suunnittelussa pitää ottaa huomioon teknisten järjestelmien suurempi tilantarve. Tilakustannusten vaikutusta hajautetuissa ja matalalämpötilaisissa järjestelmissä ei ole otettu huomioon vertailussa. Hajautetussa maalämpöjärjestelmässä maaperän ominaisuudet voivat vaihdella tonttikohtaisesti vaikuttaen elinkaaren kustannuksiin. Vähäisin huoltotarve on suoralla sähkölämmitysjärjestelmällä. Maalämpöjärjestelmien huoltotarve on suurin, johtuen komponenttien ja porakaivojen suuresta määrästä. Myös kompressorien vaihtotarve voi olla suuri riippuen vaihtelevasta käyttöiästä ja olosuhteista sekä niiden suuresta määrästä. Keskitetyistä järjestelmistä helppokäyttöisin käsityksemme mukaan on biolämpökeskus tai CHPlaitos. Tällöin energia tuotetaan polttamalla haketta kattilassa. Keskitetyssä maalämpöjärjestelmässä komponenttien ja porakaivojen suuri määrä voi lisätä huoltotarvetta. Alueen laajentumisen kannalta paras vaihtoehto energian tuotannolle olisi alueellinen biolämpökeskus tai biovoimalaitos. Tehontarpeen lisääntyessä voi lämpökeskukseen rakentaa lisää energiantuotantokapasiteettia. Kaukolämpöverkkoon on myös vaivatonta liittää uusia asiakkaita verrattuna lisämaalämpökapasiteetin rakentamiseen. Lämpökeskuksen keskeinen sijainti alueella on tärkeää, jotta laajennuksien kaukolämpöjohtojen pituudet pysyvät mahdollisimman lyhyinä. Tällä on merkitystä sekä investointi- että käyttökustannuksiin, koska verkon lämpöhäviöt ovat sitä pienemmät mitä tiheämmin verkko on rakennettu.
13 (28) 6. JÄRJESTELMIEN TALOUDELLINEN VERTAILU 6.1. Investointikustannukset Investointikustannukset muodostuvat kaikista niistä kustannuksista, jotka syntyvät järjestelmän toteutusvaiheessa. Nykyiset energiatuet on huomioitu laskelmissa. Energiatukien suuruudet perustuvat Työ- ja elinkeinoministeriön myöntämiin tyypillisiin tukiosuuksiin. CHP-laitoksen osalta tuen suuruutta on verrattu uusiin saman kokoluokan yhteistuotantolaitoksiin. Järjestelmien vaatimia tilakustannuksia rakennuksissa ei ole huomioitu. Hinnoissa on huomioitu asennuskustannukset. Suoran sähkölämmitysjärjestelmän investointikustannukset sisältävät: - sähköliittymämaksun - rakennuskohtaiset lämmityslaitteet Biolämpökeskuksen investointikustannukset sisältävät: - lämpökeskuksen (sis. huipputehokattilan) - energiatuen laitokselle 15 % - kaukolämpöverkon rakentamiskustannukset - rakennuskohtaiset lämmönjakokeskukset ja toisioverkostot - sähköliittymämaksun Keskitetyn maalämpöjärjestelmän investointikustannukset sisältävät: - lämpöpumput - lämpökaivojen porauksen - huipputehokattilan - teknisen rakennuksen - kaukolämpöverkon rakentamiskustannukset - rakennuskohtaiset lämmönjakokeskukset ja toisioverkostot - lämminvesivaraajat - sähköliittymämaksun Hajautetun maalämpöjärjestelmän investointikustannukset sisältävät: - lämpöpumput - lämpökaivojen porauksen - rakennuskohtaiset lämmönjakokeskukset ja toisioverkostot - lämminvesivaraajat - sähköliittymämaksun - säästö erillisen jäähdytysjärjestelmän investointikustannuksissa Yhteistuotantolaitoksen investointikustannukset sisältävät: - voimalaitoksen (sis. huipputehokattilan) - energiatuki laitokselle 30 % - kaukolämpöverkon rakentamiskustannukset - rakennuskohtaiset lämmönjakokeskukset ja toisioverkostot - sähköliittymämaksun
14 (28) Aurinkosähköpaneeleilla varustetun suoran sähkölämmityksen investointikustannukset sisältävät: - sähköliittymämaksun - rakennuskohtaiset lämmityslaitteet - aurinkosähköpaneelit (energiatuki 30 %) Maalämpöjärjestelmiin, joihin on asennettu rakennuskohtaiset aurinkokeräimet, sisältyvät samat kustannukset kuin edellä on mainittu vastaaviin järjestelmiin. Lisäksi investointikustannukset sisältävät aurinkosähköpaneelit 20 %:n energiatuella. Tulevaisuudessa tapahtuvien investointien kustannuksina on käytetty nykyhinnoilla arvioituja kustannuksia ilman kustannusnousukerrointa. Taulukossa 5 on esitetty järjestelmäkohtaiset investointikustannukset eri rakennustiheyksillä. Taulukko 5. Järjestelmäkohtaiset investointikustannukset. Energiamuoto Investointi (e=0,15) [ ] Investointi (e=0,30) [ ] 1. Suora sähkö 302 706 527 405 2. Biolämpökeskus 4 694 097 6 225 337 3. Keskitetty maalämpö 5 560 100 10 005 633 4. Hajautettu maalämpö 3 397 947 6 354 850 5. CHP-bio 8 104 097 14 385 337 6. Suora sähkö + aurinkosähkö 19 634 538 39 191 069 7. Keskitetty maalämpö + aurinkolämpö 5 590 104 10 047 263 8. Hajautettu maalämpö + aurinkolämpö 3 427 951 6 384 854 6.2. Käyttö- ja ylläpitokustannukset Käyttö- ja ylläpitokustannukset muodostuvat kaikista niistä kustannuksista, jotka syntyvät järjestelmän käytössä 15 vuoden pituisen elinkaaren aikana. Energian hintatiedot on esitetty taulukossa 3. Suoran sähkölämmitysjärjestelmän käyttö- ja ylläpitokustannukset sisältävät: - kiinteistökohtaisten laitteiden hoito- ja huoltokustannukset (n. 100 200 vuodessa) - kiinteistökohtaisten laitteiden kunnossapitokustannukset (arvioitiin niin pieniksi, ettei niitä otettu huomioon) - lämmitys- ja kiinteistösähkön Biolämpökeskuksen käyttö- ja ylläpitokustannukset sisältävät: - lämpökeskuksen laitteiden hoito- ja huoltokustannukset (n. 5 000 6 000 vuodessa riippuen laitoksen koosta) - lämpökeskuksen laitteiden kunnossapitokustannukset (arvioitiin elinkaaren ajalle yksi poltinuusinta) - käytettävien polttoaineiden energiamaksut - kiinteistösähkön - kaukolämpöverkon pumppaussähkön
15 (28) Keskitetyn maalämpöjärjestelmän käyttö- ja ylläpitokustannukset sisältävät: - keskitetyn järjestelmän laitteiden hoito- ja huoltokustannukset (n. 6 000-7 000 vuodessa) - keskitetyn järjestelmän laitteiden kunnossapitokustannukset (kompressorien uusimisia) - kiinteistösähkön - käyttöveden lämmityssähkön - lämpöpumpun sähkön - kaukolämpöverkon pumppaussähkön - huippupolttoaineen energiamaksun Hajautetun maalämpöjärjestelmän käyttö- ja ylläpitokustannukset sisältävät: - kiinteistökohtaisten laitteiden hoito- ja huoltokustannukset (n. 7 000 8 000 vuodessa) - kiinteistökohtaisten laitteiden kunnossapitokustannukset (kompressorien uusimisia) - kiinteistösähkön - käyttöveden lämmityssähkön - lämpöpumpun sähkön - lämmityksen huipputehosähkön Yhteistuotantolaitoksen käyttö- ja ylläpitokustannukset sisältävät: - voimalaitoksen laitteiden hoito- ja huoltokustannukset (n. 6 500 vuodessa) - voimalaitoksen laitteiden kunnossapitokustannukset (arvioitiin elinkaaren ajalle yksi poltinuusinta) - käytettävien polttoaineiden energiamaksut - kiinteistösähkön - kaukolämpöverkon pumppaussähkön Aurinkosähköpaneeleilla varustetun suoran sähkölämmitysjärjestelmän käyttö- ja ylläpitokustannukset sisältävät: - kiinteistökohtaisten laitteiden hoito- ja huoltokustannukset (n. 150 300 vuodessa) - kiinteistökohtaisten laitteiden kunnossapitokustannukset (aurinkopaneelien huoltotyöt) - lämmitys- ja kiinteistösähkön Aurinkokeräimillä varustetun keskitetyn maalämpöjärjestelmän käyttö- ja ylläpitokustannukset sisältävät: - kiinteistökohtaisten laitteiden hoito- ja huoltokustannukset (noin 7 000 vuodessa) - kiinteistökohtaisten laitteiden kunnossapitokustannukset (kompressorien uusimisia ja keräinten huolto) - kiinteistösähkön - käyttöveden lämmityssähkön - lämpöpumpun sähkön - kaukolämpöverkon pumppaussähkön - huippupolttoaineen energiamaksun
16 (28) Aurinkokeräimillä varustetun hajautetun maalämpöjärjestelmän käyttö- ja ylläpitokustannukset sisältävät: - kiinteistökohtaisten laitteiden hoito- ja huoltokustannukset (n. 8 000 vuodessa) - kiinteistökohtaisten laitteiden kunnossapitokustannukset (kompressorien uusimisia ja keräinten huolto) - kiinteistösähkön - käyttöveden lämmityssähkön - lämpöpumpun sähkön - lämmityksen huipputehosähkön Taulukossa 6 on esitetty energiamuotokohtaiset vuosienergian kulutustiedot eri rakennustiheyksillä. Taulukko 6. Vuotuiset energian vuosikulutustiedot. Energiamuoto Kulutus (e=0,15) [MWh/a] Kulutus (e=0,30) [MWh/a] sähkö hake pelletti LNG sähkö hake pelletti LNG suora sähkö 18751 37503 biolämpökeskus 13179 5560 981 26358 11122 1963 keskitetty maalämpö 15031 654 30062 1308 hajautettu maalämpö 15450 30901 CHP-laitos 9898 5560 981 19792 11122 1963 suora sähkö + aurinkosähkö 14823 29648 keskitetty maalämpö + aurinkolämpö 14969 654 29937 1308 hajautettu maalämpö + aurinkolämpö 15388 30777 Hakkeen, pelletin ja LNG:n osalta taulukossa 6 on tarvittava primäärienergian määrä. Taulukossa 7 on esitetty vuotuiset energiakustannukset lähtötilanteessa. Taulukko 7. Vuotuinen energiakustannus. Energiamuoto Energiakustannus ( ) e=0,15 e=0,30 suora sähkö 1 875 100 3 750 300 biolämpökeskus 1 464 260 2 928 606 keskitetty maalämpö 1 522 886 3 045 785 hajautettu maalämpö 1 545 030 3 090 100 CHP-laitos 1 116 834 2 233 334 suora sähkö + aurinkosähkö 1 482 300 2 964 800 keskitetty maalämpö + aurinkolämpö 1 516 686 3 033 332 hajautettu maalämpö + aurinkolämpö 1 538 830 3 077 660
17 (28) Taulukossa 8 on energiamuotokohtaiset vuosittaiset huoltokustannukset lähtötilanteessa. Taulukko 8. Vuotuiset huoltokustannukset. Energiamuoto Huoltokustannus ( ) e=0,15 e=0,30 suora sähkö 100 200 biolämpökeskus 5083 6167 keskitetty maalämpö 6067 6700 hajautettu maalämpö 7333 8083 CHP-laitos 6583 6717 suora sähkö + aurinkosähkö 150 300 keskitetty maalämpö + aurinkolämpö 6667 7300 hajautettu maalämpö + aurinkolämpö 7933 8683 6.3. Elinkaarikustannukset Elinkaaren aikaiset nykyarvokustannukset muodostuvat investointi-, huolto- ja energiakustannuksista. Elinkaarilaskelmissa on käytetty laskentakorkona 3 % ja energian hinnan nousuna 5 % vuodessa. Elinkaaren pituutena on käytetty 15 vuotta. Taulukossa 9 on esitetty energiamuotokohtaiset elinkaarikustannukset edellä mainituilla lähtötiedoilla. Taulukko 9. Energiamuotokohtaiset elinkaaren aikaiset nykyarvokustannukset (laskentakorko 3,0 %, eskalaatio 5,0 %). Energiamuoto Rakennustiheys 0,15 Rakennustiheys 0,3 energia huolto yhteensä energia huolto yhteensä suora sähkö 31 350 255 1 194 31 351 449 62 702 183 2 388 62 704 570 biolämpökeskus 24 487 354 60 685 24 548 038 48 975 802 73 617 49 049 419 keskitetty maalämpö 25 461 507 72 423 25 533 930 50 923 222 79 984 51 003 207 hajautettu maalämpö 25 831 734 72 423 25 904 158 51 664 137 96 498 51 760 636 CHP-laitos 18 672 626 78 591 18 751 217 37 339 655 80 183 37 419 839 suora sähkö + aurinkosähkö 24 782 936 1 791 24 784 727 49 569 216 3 581 49 572 797 kesk. maalämpö + aurinkolämpö 25 357 847 79 586 25 437 434 50 715 026 87 147 50 802 173 haj. maalämpö + aurinkolämpö 25 728 075 79 586 25 807 661 51 456 214 103 661 51 559 875 Energiamuotojen elinkaaritarkastelu on jaettu kahteen osaan. Ensin on tarkasteltu viittä eri energiavaihtoehtoa ilman aurinkoenergian hyödyntämistä. Tämän jälkeen on tarkasteltu auringon hyödyntämistä suoran sähkön ja lämpöpumppusovellusten rinnalla. Elinkaarikustannuksia on verrattu vastaaviin järjestelmiin ilman aurinkoenergiaa.
18 (28) Kuvassa 2 on esitetty kumulatiiviset elinkaarikustannukset rakennustiheydellä 0,15 ratkaisuille ilman aurinkoenergiaa. Kuva 2. Kumulatiiviset elinkaarikustannukset (e=0,15)
19 (28) Kuvassa 3 on esitetty kumulatiiviset elinkaarikustannukset rakennustiheydellä 0,30 ratkaisuille ilman aurinkoenergiaa. Kuva 3. Kumulatiiviset elinkaariarvokustannukset (e=0,30).
20 (28) Kuvassa 4 on esitetty kumulatiiviset elinkaarikustannukset rakennustiheydellä 0,15 järjestelmille, joissa on hyödynnetty aurinkoenergiaa ja vastaaville järjestelmille ilman sitä. Kuva 4. Kumulatiiviset elinkaarikustannukset aurinkoenergiaa hyödynnettäessä (e=0,15)