Nettoenergia, -päästöt ja -kustannukset

/in , /by

                                                                                                       16.9.2021

Timo Kalema

Nettoenergiahankkeessa koottua tietoa on seuraavassa liitteessä. Siinä käsitellään lyhyesti mm. 

  • Nettoenergian määritelmä Energy return/Energy Input (ERoEI). Tavoitteen pitäisi olla mahdollisimman suuri ERoEI.
  • Energia tuotannon tehotiheys. Esim. vesivoiman tehotiheyttä heikentää olennaisesti tarvittavien varastoaltaiden suuri koko
  • Päästöjen alentamisen kustannukset jaa tehokkuus
  • Aurinkoenergian potentiaali Suomessa
  • Tuulienergian pysyvyyskäyrä ja tuulienergia suhteessa sähköntarpeeseen Suomessa
  • Isot lämpöpumput
  • Joitakin johtopäätöksiä

Loppuraportointi-NE-8-6-2021-TK

Tieto ilmastotoimien nettopäästöistä ja nettoenergiasta parantaa tuloksia.

Hyvä ja paha turve

/in , , /by

Timo Kalema                                                                                                18.3.2021

Suomi on tekemässä vihreää siirtymää ja pyrkii hiilineutraaliksi vuoteen 2035 mennessä. Tavoite on kova ja se tulee maksamaan. Esim. lyhyellä tähtäyksellä turpeen korvaaminen kaukolämmön tuotannossa metsähakkeella lisää lämmityksen ja asumisen kustannuksia. Nyt on jo näkynyt tietoja, että turve korvataan ulkolaisella hakkeella tai kuitupuusta rouhittavalla hakkeella.

Ulkolaisen puun käyttö energian tuotannossa tarkoittaa, että puun todelliset hiilidioksidipäästöt syntyvät Suomessa ja todelliset hiilidioksidinielut ovat maassa, jossa puu kasvaa. Laskennassa puun poltto on kuitenkin aina päästötöntä, mikä on monille se tärkein asia.

Turpeen korvaaminen lämmityksessä voi aiheuttaa myös ison haitan kasvihuoneviljelyyn, koska turvetta käytetään kasvihuoneissa taimien kasvualustana, jolle on vaikea löytää korvaajaa. Kun nykyisin soilta nostetaan turvetta, kolmannes nostettavasta turpeesta on pintaosista nostettavaa kasvuturvetta ja kaksi kolmannesta syvemmältä nostettavaa polttoturvetta. Kun polttoturpeen nosto loppuu, kasvuturpeen nosto yksinään tulee ainakin kalliimmaksi, jos se ei lopu kokonaan.

Kaikella on aina hyvät ja huonot puolensa. Toivottavasti liian raju vihreä siirtymä johda siihen, että vihreän salaatin tuotanto kallistuu liikaa, ja toivottavasti kasvuturpeelle löytyy hyvä korvaaja. Varsinkin, kun lihastakin pyritään eroon.

https://yle.fi/uutiset/3-11834583

Geolämmön potentiaali Helsingissä

/in , /by

Timo Kalema                                                                                                                                               11.3.2021

Helsingin kaupunki on tilannut Geologian tutkimuskeskukselta  mielenkiintoisen tutkimuksen Helsingin geoenergiapotentiaali (2019). Siinä on arvioitu Helsingin kaupungin geoenergiapotentiaalia ja esitetty lämpökaivojen mitoitustietoa. Laskentatulokset perustuvat elementtimenetelmällä tehtyihin laskelmiin /1/.

Raportissa tulee esille, että alimitoitetut lämpökaivot voivat johtaa maaperän liialliseen jäähtymiseen niin, että ne pahimmassa tapauksessa muuttuvat käyttökelvottomiksi. Lämpökaivoissa lämmön talteenottoputket ovat veden täyttämissä porausrei’issä. Jos niiden lämpötila laskee alle 0 oC:n, tämä vesi jäätyy ja veden sisällä oleva lämmön talteenputkisto voi hajota. Siksi lämpökaivojen oikea mitoitus on tärkeää, jotta geolämpöä voitaisiin pitää uusiutuvana energiana. Tarkastelujakson pituus esimerkeissä on 50 vuotta.

Pientalojen lämmityksessä selviää laskelmien mukaan hyvin yhdellä kaivolla. Esimerkin mukaan yhdestä lämpökaivosta voidaan saada pituusyksikköä kohti vuodessa geolämpöä Helsingissä noin 110 kWh/m. Tällöin esim. 150 m syvästä kaivosta saadaan lämpöä 16,5 MWh/a ja 300 m syvästä kaivosta 33 MWh/a.

Laajemmin geolämmön potentiaalia tutkittiin sijoittamalla 25 lämpökaivoa 20 m päähän toisistaan 5*5-hilaan ja laskelmalla paljonko maasta voidaan ottaa lämpöä ilman kaivon jäätymisvaaraa. Tällöin kaivokentän yksittäisestä kaivosta saatava energia on vain noin 30 % edellä mainitusta arvosta eli noin 30 kWh/m. Tämä asia pitää ottaa huomioon kerrostalojen lämpökaivojen mitoituksessa. Naapurissa olevan kerrostalon lämpökaivokentän vaikutus voi ulottua 100 – 150 metrin päähän.

Laajamittaisesti maasta voidaan ottaa geolämpöä vuodessa maapinta-alaa kohti 130 – 770 MWh/ha kaivojen syvyyksillä 150 – 1000 m tai kaivon syvyyttä kohti noin 30 kWh/m.

Kuvat 1 ja 2 esittävät yksittäisen lämpökaivon ja 5*5-hilaan, 20 metrin päähän toisistaan sijoitettujen lämpökaivojen ympäristöönsä aiheuttamaa lämpötilakenttää, kun kriteerinä on se, että kaivon reunan lämpötila ei saa laskea 50 vuodessa alle 0 oC:n

  1. Helsingin geoenergiapotentiaali. Geologian tutkimuskeskus. Espoo 2019. https://www.hel.fi/static/liitteet/kaupunkiymparisto/julkaisut/julkaisut/Helsingin_geoenergiapotentiaali_luonnos.pdf.

Porareian lampotilakentta

Porareikien 25 lampotilakentta

 

Tuulienergiaa saadaan myös sähkön huippukulutuksen aikaan

/in /by

Timo Kalema                                                                    12.1.2021

Tuulienergian tuotanto on kasvamassa Suomessa kovaa vauhtia. Energiateollisuuden julkaisemasta tuntidatasta nähdään millainen tuulienergia on suhteessa sähkönkulutukseen ja muuhun sähköntuotantoon eri aikoina.

Kuvassa 1 esitetään tuulienergia sähkönkulutuksen kahden viikon huippujaksolla 27.1 – 10.2.2019, jolloin sähkönkulutus on vaihdellut suunnilleen välillä 10 000 -14 500 MW. Kaksi tuulienergian tuotannon huippua, noin 1700 MW, osuu tälle jaksolle. Aika usein esitetty väite, että sähkön huippukulutuksen aikana ei tuule, ei päde ainakaan vuodelle 2019.

Kuva 2 esittää sähkön kulutuksen ja tuulienergian tuotannon pysyvyyskäyrät samalle kahden viikon jaksolle 27.1 – 10.2.2019. Tuulienergian huipputeho on noin 1700 MW ja keskiteho 650 MW. Sähkönkulutuksen ja tuulienergian tuotannon pysyvyyskäyrien pisteet eivät ole tietenkään saman ajanhetken pisteitä. Käyristä nähdään vain pysyvyyskäyrien muoto kahden viikon aikana.

Liitteessä on kolmelle muulle vuoden 2019 kahden viikon jaksolle eri sähkön tuotantomuotojen tehoja.

Lähde: https://energia.fi/uutishuone/materiaalipankki/sahkon_tuntidata.html#material-view

Kuva 1. Sähkön kulutuksen ja tuulienergian tuntivaihtelu 27.1 – 10.2.2019.

 

Kuva 2. Sähkön kulutuksen ja tuulienergian pysyvyyskäyrät 27.1 – 10.2.2019.

Tuulienergia 2019

Tuulienergian pysyvyys 2019 – 2020

/in , /by

Timo Kalema

Tuulienergian tuotanto lisääntyy vähitellen Suomessa. Sähköntuotannon keskiteho oli Suomessa vuonna 2019 noin 7280 MW. Tuulienergian tuotannon keskiteho oli puolestaan vuonna 2019 noin 650 MW ja vuonna 2020 aikavälillä 1.1 -15.12 noin 820 MW. Vuodessa tuulienergian tuotanto on siis kasvanut noin 25 %.

Tuulienergiaa pidetään ’katkeilevana’ tuotantona. Kuitenkin koko Suomessa tuulienergian tuotanto on tasaisempaa kuin koko sähkön tuotanto. Sen pysyvyyskäyrästä puuttuvat alku- ja loppupään jyrkät huiput. Koko Suomen tasolla tuulienergian tuotanto on suhteellisen lineaarinen.

Lähde: https://energia.fi/julkaisut/materiaalipankki/sahkon_tuntidata.html#material-view

 

 

Sähköntuotannon päästöt ovat pienentyneet huomattavasti, kaukolämmön tuotannossa päästöjen vähentäminen on vaikeaa

/in , , /by

Timo Kalema

Presidentti Niinistö otti kantaa Uuden Vuoden puheessaan ilmastonmuutokseen mm. lapsilta ja nuorilta saamiensa lukuisten viestien vuoksi. Niinistön mukaan ilmastonmuutoksen asettamaan vaatimukseen pitää pystyä vastaamaan.

Sähköntuotanto on Suomessa vastannut osaltaan jo hienosti asiaan.Vuosina 2010 – 2019 sähkön erillistuotannon polttoaineiden kulutus on tippunut vajaasta 40 TWh:sta noin 9 TWh:iin, josta noin puolet (4,7 TWh) on fossiilista energiaa ja turvetta.Vuonna 2010 sähkön erillistuotannosta tehtiin fossiiilisella energialla ja turpeella noin 33 TWh. Tuulivoiman tuotanto on kasvanut 10 vuodessa noin 10 TWh ja sähköntuonti noin 20 TWh.

Kaukolämmön tuotannossa tilanne on paljon huonompi. Vuonna 2019 kaukolämmön hankintaan käytettiin energiaa noin 37 TWh, josta 55 % oli fossiilisia polttoaineita ja turvetta. Noin 40 % oli puun ja muun biomassan polttoa, jossa hiilidioksidin piipunpääpäästöt ovat suuremmat kuin kivihiilellä. Puun polton puhtaus tulee ajatuksesta, että kun piipun päästä tulee hiilidioksidia, metsät imaisevat kasvuunsa ko. hiilidioksidin. Kaukolämmön tuotannon päästöjen pienentäminen on valtava haaste, johon ei nopeasti löydy isoja ratkaisuja.

 

 

Tieto ilmastotoimien nettopäästöistä ja nettoenergiasta parantaa tuloksia.

Kerrostalolämpöpumppujen kannattavuus

/in , , , /by

Markus Kolehmainen ja Mikko Vuorenmaa tekivät tänä keväänä Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulussa (pääaine Energia- ja ympäristötekniikka) kandityöt kerrostalolämpöpumppujen kannattavuudesta ja niillä saatavasta energiansäästöstä ja päästövähennyksistä. Lämpöpumppujen ominaisuuksia arvioitiin toteutuneiden kohteiden mukaan, joista oli mittaus- ja kustannustietoa. Tarkastelussa oli mukana sekä maalämpöpumppu että poistoilmalämpöpumppu.


Markus Kolehmaisen työn aihe on
Kerrostalojen lämpöpumppujen sähköntarpeen ja kannattavuuden suunnittelulaskelmat ja toteumat


ja Mikko Vuorenmaan työn aihe on
Maalämpöpumppujen ja kaukolämmön hiilidioksidipäästöjen ja kokonaiskustannusten vertailu pienessä kerrostalossa Helsingissä ja Oulussa


Markus Kolehmainen analysoi työssään vuonna 2012 maalämpöön siirtynyttä, Helsingissä sijaitsevaa kerrostaloa ja vuonna 2013 poistoilmalämpöpumpun käyttöön ottanutta, Jyväskylässä sijaitseva kerrostaloa. Näissä taloissa lämpöpumppuinvestoinneilla on saavutettu noin 30–50 % vuosittaiset säästöt lämmityskustannuksissa. Toteutuneiden kulutustietojen perusteella laskettujen kustannusten nykyarvojen mukaan molemmat lämpöpumppuinvestoinnit vaikuttavat kannattavilta.


Mikko Vuorenmaa vertaili maalämpöpumppu- ja kaukolämmitystä Helsingissä ja Oulussa. Oulussa kaukolämmön hinta on selvästi halvempi kuin Helsingissä. Nykyisillä energian hinnoilla maalämpöön siirtyminen on kannattavaa Helsingissä, mutta ei Oulussa johtuen Oulun edullisesta kaukolämmön hinnasta. Kuitenkin maalämpöön siirtymisen kannattavuus on talokohtaista, joten tuloksia ei voi yleistää liikaa. Hiilidioksidipäästöt vähenevät lämpöpumppulämmityksessa noin kolmasosaan kaukolämmön päästöistä.

Timo Kalema

 

Kandityöt ovat alla linkkeinä

eng_2019_kolehmainen_markus

Kandityo-2019_vuorenmaa_mikko