Kesämökin energiantarpeen kattaminen uusiutuvalla energialla : Teknis-taloudellinen analyysi

Abstract

Työn tarkoitus on tuottaa perusteltu ratkaisu kesämökin energiantarpeen kattamiselle uusiutuvilla energiamuodoilla. Eri teknologioita tarkastellaan toiminnallisuuden, käytettävyyden sekä taloudellisten vaikutusten näkökulmista. Työssä tarkastellaan aurinkoenergian sovelluksista erilaisia aurinkopaneeleja, esimerkiksi kiteisiä piikennopaneeleja, jotka tuottavat sähköenergiaa pn-liitoksen avulla. Aurinkoenergian sovelluksiin kuuluu myös aurinkokeräimet, jotka hyödyntävät auringon säteilyenergian muuttamalla sen lämpöenergiaksi. Taloudellisen tarkastelun jälkeen aurinkoenergia havaitaan parhaaksi ratkaisuksi sähköenergiantuotantoon. Aurinkoenergian käyttö kuitenkin edellyttää akustoa sähkönsaannin turvaamiseksi, joten se otetaan huomioon kokonaiskustannuksissa. Tuulienergian sovelluksista tarkastellaan muuttuvanopeuksisia ja vakionopeuksisia tuulivoimaloita ja niiden toimintaa. Tuulivoimala voidaan toteuttaa monella tavalla. Suurissa tuulivoimaloissa käytetään pääosin epätahti- ja tahtigeneraattoreita. Pienissä tuulivoimaloissa puolestaan käytetään useampia erilaisia ratkaisuja. Pienet ja suuret tuulivoimalat kuitenkin toimivat samoilla perusperiaatteilla. Tuulivoimalan sähköntuotto todetaan kesämökin sijainnissa huonoksi, joten voimaloita tarvitaan useita energiantarpeen täyttämiseksi. Useampi voimala kuitenkin vie enemmän asuintilaa ja hankintakustannukset kasvavat suuriksi. Taloudellisen tarkastelun jälkeen todetaankin tuulienergia huonommaksi ratkaisuksi kuin aurinkoenergia. Seuraavaksi tarkastellaan maalämpöä vaihtoehtona energiantuottamiseen. Erityisesti tutkitaan maalämpöpumppua ja sen toimintaa. Maalämmössä hyödynnetään maan pinnan alle sitoutunutta energiaa. Pääosa energiasta sitoutuu auringon säteilystä mutta myös geoterminen energia voi olla maalämmön alkuperänä. Maalämmössä hyödynnetään lämpöä matalasta syvyydestä toisin kuin geotermisessä energiassa, joka hyödyntää syvältä maan sisältä johtuvaa lämpöenergiaa. Maan pinnan lisäksi maalämpöä voidaan hyväksikäyttää pohjavedestä tai pintavesistä. Tarkastelun tuloksena maalämpö todetaan epäkannattavaksi ratkaisuksi jo ennen taloudellista tarkastelua. Tämä johtuu siitä, että kesämökin tarpeet ja maalämmön hyödyt eivät kohtaa. Polttokennoja tutkitaan vedyn näkökulmasta eli polttokennon polttoaineena toimii vety. Lisäksi polttokenno tarvitsee hapettimen. Sähkökemiallisen reaktion tuloksena polttokenno tuottaa sähkö- ja lämpöenergiaa sekä vettä. Lisäksi polttokenno tuottaa lopputuotteita niin kauan kuin sille syötetään polttoainetta ja hapetinta. Niin kuin maalämpö, vetypolttokenno havaitaan epäkannattavaksi ratkaisuksi ennen taloudellista tarkastelua. Vetypolttokennon kohdalla suurin ongelma on vetykaasun hankkiminen eli vetyinfrastruktuurin puute. Viimeisenä teknologiana käsitellään bioenergiaa ja sen sovelluksia. Bioenergiaa voidaan hyödyntää monella tavalla. Esimerkiksi polttamalla biomassaa voidaan tuottaa lämpöenergiaa tai sähköenergiaa esimerkiksi höyryturbiinin avulla. Biokaasua puolestaan voidaan tuottaa mätänemisreaktion tuloksena ja kaasua voidaan käyttää esimerkiksi kaasuautojen polttoaineena. Biokaasulla voi lisäksi tuottaa sähkö- ja lämpöenergiaa biokaasulla toimivalla voimalalla, joka käyttää biokaasua lähtöaineena vetykaasulle. Voimala käyttääkin vetypolttokennoa energian tuottamiseen. Taloudellisessa tarkastelussa voimala havaitaan hankintakustannuksiltaan liian kalliiksi, eikä se siksi sovellu ratkaisuksi. Varaava puuliesi puolestaan todetaan taloudellisesti ja toiminnallisesti toimivaksi ratkaisuksi. Työn lopputuloksena ratkaisuksi energiantarpeen kattamiseksi todetaan sähköenergiatuotannossa aurinkoenergia, tarkemmin akustollinen aurinkopaneelijärjestelmä. Lämpöenergian tuottamiseksi ratkaisuksi esitetään bioenergialla toimiva varaava puuliesi.