Kaupungin kaukolämmön tuotannon mallinnustarkastelu : Case Seinäjoki

Abstract

Kaukolämpö on yleisin lämmitysmuoto Suomessa. Kaukolämpöjärjestelmät koostuvat keskitetyistä lämmöntuotantolaitoksista sekä muista lämmönlähteistä, lämmönjakeluun tarvittavasta kaukolämpöverkosta sekä lämpöä vastaanottavista asiakaslaitteista. Suurin osa kaukolämmöstä on perinteisesti tuotettu lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitoksissa. Ilmaston muutoksen hillitsemiseksi energiasektori on kuitenkin käymässä läpi valtavaa murrosta, ja kaukolämmön tuotannossa ollaan siirtymässä kohti polttoon perustumattomia ratkaisuja, kuten lämpöpumppuja, erilaisia hukkalämpöjä, sähkökattiloita ja pienydinvoimaa. Myös lämpövarastoja lisätään kaukolämpöjärjestelmien joustavuuden parantamiseksi.

Tässä diplomityössä tarkasteltiin erilaisia vaihtoehtoja kaukolämmön tuottamiseksi Seinäjoella tulevaisuudessa. Tarkasteluja varten luotiin mallinnustyökalu, jonka avulla saatiin määritettyä tuotannosta sekä mahdollisista uusista investoinneista aiheutuvat vuosittaiset kokonaiskustannukset. Luodun työkalun avulla voitiin täten vertailla erilaisia skenaarioita toisiinsa. Tässä työssä mallin avulla tarkasteltiin skenaarioita, joissa käytöstä poistuvan yhteistuotantolaitoksen tilalle investoidaan joko uusi biolämpökattila, hukkalämpöjä hyödyntäviä lämpöpumppuja tai pienydinvoimala. Mallin avulla määritettiin ensin uusille tuotantoyksiköille kannattavimmat koot, jonka jälkeen sähkökattiloiden ja lämpövarastojen merkitystä tutkittiin kaikissa skenaarioissa. Lisäksi mallilla tehtiin erilaisia herkkyystarkasteluja.

Kaikissa skenaarioissa edullisimmat kokonaiskustannukset saatiin silloin kun uuden investoitavan tuotantoyksikön lämpöteho oli 30–40 MW. Saadut kokonaiskustannukset olivat myös kaikissa skenaarioissa samaa suuruusluokkaa. Mallinnuksessa käytetyillä lähtötiedoilla matalimmat kokonaiskustannukset saatiin pienydinvoimalan kanssa, toiseksi matalimmat kustannukset saatiin lämpöpumppujen kanssa ja korkeimmat kustannukset uuden lämpökattilan kanssa. Lämpöpumppuihin investoimisen kannattavuus riippui kuitenkin merkittävästi sähkön spot-hinnasta sekä lämpöpumppujen COP-arvoista.

Sähkökattiloihin ja lämpövarastoon investoiminen laski saatuja kokonaiskustannuksia kaikissa skenaarioissa. Mallinnuksessa käytetyillä lähtötiedoilla edullisimmat kokonaiskustannukset saatiin uuden lämpökattilan ja lämpöpumppujen kanssa silloin kun sähkökattilakapasiteetti oli noin 80–120 MW ja varastokapasiteetti noin 3000–4000 MWh. Pienydinvoimalan kanssa edullisimmat kokonaiskustannukset taas saatiin silloin kun sähkökattilakapasiteetti oli vain nykyinen 40 MW ja varastokapasiteetti 1200 MWh. Pienydinvoimalan tapauksessa tuotannosta aiheutuvat kustannukset olivat niin edullisia, ettei niitä saatu enää merkittävästi laskettua sähkökattila- ja lämpövarastokapasiteetteja lisäämällä. Lämpövarastojen kanssa erot tarkasteltavien skenaarioiden kokonaiskustannusten välillä kaventuivat entisestään. Lämpövarastoon investoimisen kannattavuus riippui kuitenkin merkittävästi sen investointikustannuksista. Tuotannosta aiheutuvia kustannuksia saatiin mallin perusteella laskettua tarkastelluissa skenaarioissa Seinäjoen nykyisen 400 MWh:n varaston avulla jo niin paljon, ettei uuteen varastokapasiteettiin investoiminen ollut kovin kalliilla enää kannattavaa.

Tässä työssä mallinnetut tulokset vaikuttivat järkeviltä. Mallilla onnistuttiin myös mallintamaan suhteellisen hyvin vuoden 2023 toteutunutta kaukolämmön tuotantoa Seinäjoella. Työn tuloksena onnistuttiin siis rakentamaan toimiva mallinnustyökalu, jonka avulla on myös jatkossa mahdollista tarkastella erilaisia kaukolämmön tuotannon skenaarioita sekä arvioida niiden kannattavuutta.