Esimerkki hajautetusta energiaratkaisusta: Helsingin Sakarinmäen koulun hybridivoimala

Helen Oy on rakentanut Sakarinmäen koulukeskukselle uusiutuvan energian lämmitysratkaisun, jonka muodostaa aurinkokeräinten, maalämpöjärjestelmän, öljykattilan ja lämpövarastojen kokonaisuus.[1]

Hybridilämmitys tarkoittaa useamman eri energialähteen hyödyntämistä lämmitykseen ja lämpimän käyttöveden tuottamiseen eri vuodenaikoina. Hybridijärjestelmässä pyritään käyttämään pääasiassa uusiutuvia energialähteitä ja tuottamaan lämpöä tehokkaasti. Hybridijärjestelmä soveltuu niin yksittäisten kuin suurempien kiinteistöjen kuten koulujen, sairaaloiden ja muiden suurten kohteiden energiamuodoksi. Hybridijärjestelmän pääosia ovat

• lämpöpumppu, joka hoitaa suurimman osan lämmityksestä ja viilennyksen kokonaan
• aurinkolämpökeräimet, jotka tuottavat kuumaa vettä sekä lämmintä vettä lämpöpumpulle paremman hyötysuhteen (COP-arvo) aikaansaamiseksi
• poltin, jolla katetaan lämmitystarpeen piikit [2]

Sakarinmäen koulun energiajärjestelmän kuvaus

Energian käyttäjä ja asennuspaikka: Sakarinmäen koulukeskus, Östersundom, Helsinki. Koulun maksimi lämmitystehon tarve on 1200 kW.

Uusiutuvat energialähteet ja -teknologiat: Aurinkolämpö, maalämpö, lämmön varastointi ja bioöljy. Lämpö siirretään kouluun vesikiertoisella lämmönjakojärjestelmällä.

• Maalämpökaivot: Maalämpökaivoista kerätään lämpöenergiaa maaperästä lämpöpumpuille. Maalämpökaivoja on 21 kappaletta ja ne on porattu 300 metrin syvyyteen. Kaivon sisällä olevassa putkistossa kiertää bioetanolia.
• Lämpöpumput: Lämpöpumppuja käytetään koulun lämmittämiseen. Asennettu Oilon Scancool P 300 -lämpöpumppu, 250 kW, COP 3,1 – 4 [3]. Pitoaika 20 vuotta. Hinta maalämpöjärjestelmien keskiarvokustannusten 900 eur/kW perusteella laskettuna yhteensä 225 000 euroa.
• Aurinkolämpökeräimet: Aurinkokeräimillä kerätään talteen auringon lämpöä koulun ja käyttöveden lämmittämistä varten. Aurinkokeräinten tuottama lämpö saadaan talteen kokonaisuudessaan, koska se ohjataan olosuhteiden mukaan suoraan lämmitysverkkoon, lämpöpumpulle tai maapiiriin. Aurinkolämpökeräimillä saadaan nostettua porakaivoita lämpöpumpulle tulevan kiertonesteen lämpötilaa, mikä parantaa lämpöpumpun hyötysuhdetta (COP) merkittävästi. Aurinkokeräinten tuotantoteho on 150 kW. Yksi aurinkokeräin on 2 metriä korkea ja 5 metriä leveä. Keräimiä on 16, joiden pinta-ala on yhteensä 160 neliömetriä. Aurinkokeräin- ja -varaajainvestointi yhteensä 189 000 euroa[4]. Pitoaika 30 vuotta. Aurinkolämpökeräininvestoinnin kotimaisuusaste 71% (kotimaiset keräimet)[5].
• Aurinkolämmön varastointi: Kahdella lämminvesivaraajalla varastoidaan aurinkolämpöä. Kaksi 4 000 litran varaajaa. [6]
• Lämpökeskuksen polttimet: Lämpökeskuksen polttimilla lämmitetään koulua silloin, kun maalämpö ja aurinkolämpö eivät riitä kattamaan kulutusta kaikkein kylmimpinä aikoina. Lämpökeskus tuottaa energiaa pääasiassa bioöljyllä. Lämpökeskuksen maksimiteho on 1500 kW, joten se on mitoitettu kattamaan koulun lämmitystarve kaikissa tilanteissa. Kahden Oilon-polttimen tehot ovat 500 kW ja 1000 kW.

Investoinnin toteuttaja: Helen Oy

Laitetoimittajat: Oilon Scancool Oy avaimet käteen –ratkaisuna, aurinkolämpökeräinten valmistaja Savosolar Oyj.

Toteutusvuosi: 2014

Kokemuksia, muita tietoja:

Järjestelmää suunniteltaessa Helen asetti tavoitteeksi saavuttaa 80 % uusiutuvan osuus aurinko- ja maalämpöenergialla. Tavoite saavutettiin ensimmäisenä käyttövuotena 2015, jolloin maalämmön osuus oli 79 % ja aurinkolämmön osuus noin 3 %.

Kuva: Helen Oy

Lämpökeskuksen kahdessa öljykattilassa on kokeiltu bioöljyn polttoa onnistuneesti. Siten alkuvuonna 2016 poltetusta öljystä pääosa on ollut bioöljyä, mikä edelleen kasvattaa uusiutuvan osuutta noin 90 prosenttiin.

Sakarinmäen uusiutuvan energian demokohde on ollut Helenille oppimisprosessi siitä, miten paikallisesti eri tuotantomuotoja hyödynnetään yhdessä. Järjestelmän käyttäjien on tärkeä ymmärtää eri tuotantomuodoista koostuvaa järjestelmää kokonaisuutena, jotta se saadaan toimimaan energiankulutuksen ja ympäristön kannalta tehokkaasti. Sakarinmäen koulussa lämmöntuotanto on myös osa opetusta. Koululaiset ovat muun muassa tutustuneet eri lämmitysmuotojen periaatteisiin fysiikantunnilla, opetelleet käsittelemään ja tulkitsemaan tilastotietoa koulun energiadatan avulla ja käyttäneet dataa taulukkolaskennan opettelussa tietotekniikan tunneilla.[7]

Mitä fossiilisia polttoaineita ratkaisulla voidaan korvata? Kiinteistökohtainen öljylämmitys sekä kaukolämmössä hiiltä, turvetta ja öljyä.

Esimerkki on laadittu osana VNK Teas –rahoitteista Hajautetun energian mahdollisuudet ja rajoitteet -tutkimushanketta.

Koonnut: Karoliina Auvinen, Aalto-yliopiston kauppakorkeakoulu

Päivitetty: 17.8.2016

Lähteet

[1] Helen Oy. 2016. Case Sakarinmäen koulu. Verkkosivu [viitattu 22.7.2016]. Saatavissa: https://www.helen.fi/helen-oy/ajankohtaista/sakarinmaki/

[2] Oilon Oy. Esite: Hybridijärjestelmä [viitattu 23.7.2016]. Saatavissa: http://oilon.com/uploadedFiles/Scancool/Products_and_Services/Brochures/oilon_hybrid_solutions_FI.pdf

[3] Oilon. Verkkosivu: Oilon ChillHeat P 150 – P 450 [viitattu 23.7.2016]. Saatavissa: http://oilon.com/scancool/oilon-chillheat-p-150-p-450/

[4] Nissilä Heli. 2015. Aurinkoenergian arvoketjut Suomessa. Aalto-yliopisto, FinSolar-hanke. Saatavissa: http://www.slideshare.net/FinSolar/arvoketjuanalyysi

[5] Nissilä Heli. 2016. Investointien kotimaisuusaste. Saatavissa: http://www.finsolar.net/investointiymparisto/investointien-kotimaisuusaste/

[6] Galkin-Aalto Marina. 2014. Aurinkolampoa Östersundomiin. Helen Oy blogi [viitattu 22.7.2016]. Saatavissa: https://www.helen.fi/uutiset/2014/aurinkolampoa-ostersundomiin/

[7] Aaltonen Juhani. 25.1.2016. Uusiutuvan energian tavoitteet saavutettu Sakarinmäessä. Helen Oy:n blogi. Saatavissa: http://blogi.helen.fi/uusiutuvan-energian-tavoitteet-saavutettu-sakarinmaessa/