Sustainable urban energy infrastructure study for Helsinki

Abstract

This Master's thesis examines the energy infrastructure in the Finnish capital Helsinki and has been made as a part of a Siemens executed study for Helsinki. The methodology used for this study is therefore defined by Siemens.

The infrastructure areas under investigation are energy supply, energy consumption of buildings and energy distribution. In the first two areas the current situation and a hypothetical BAU situation without any energy saving measures taken into account are presented. Also the consequential CO₂ emissions are calculated as well as alternative potential future scenarios. For energy distribution this thesis describes the structures and operation of electricity network and heat distribution with some views on smart grid as a future electricity network.

Energy supply focuses on heat supply for its local nature. Only some plans on wind power are investigated as part of Helsingin Energia's future electricity production. The analysis shows that Helsinki has a very effective district heating system with very low carbon intensity and that it is beneficial to keep utilizing the well working structure to maximize the benefits of CHP-production.

Energy consumption of buildings examines heating and electricity consumption in residential and commercial buildings separately. This study realizes that the new areas to be built in Helsinki are in key position to decrease the heating consumption because the latest knowledge and technology can be best utilized. For lighting the energy consumption will inevitably decrease due to tightened qualification regulations. The CO₂ emissions from electricity consumption depend on the national production structure.

The hypothetical BAU situation for 2030 does not take into account any energy saving measures. The growth of 38 % of energy consumption and 14 % of CO₂ emissions proves unreliable. It looks like the consumption is instead turning into decrease. When attempting to become carbon neutral the costs are expensive and all instruments should be benefitted to ensure reasonably priced energy.

Tässä diplomityössä käsitellään energian infrastruktuuria Helsingissä. Työ on osa Siemensin tekemää tutkimusta Helsingistä ja myös metodologia on Siemensin.

Työssä käsitellään kolmea eri osa-aluetta; energiantuotantoa, energiankulutusta rakennuksissa sekä energianjakeluverkostoa. Energiantuotannon sekä energiankulutuksen osalta analysoidaan nykyistä tilannetta sekä hypoteettista vuoden 2030 tilannetta, jossa mitään energiansäästötoimenpiteitä ei ole huomioitu. Näihin liittyvät hiilidioksidipäästöt on laskettu nykyisen tuotantorakenteen perusteella. Lisäksi erilaisia mahdollisia tulevaisuuden näkymiä tarkastellaan. Energianjakelun osalta työ käsittelee olemassa olevaa jakeluverkostoa ja pohtii älykkään sähköverkon mahdollisuuksia tulevaisuuden sähkönjakelussa.

Energiantuotannon osalta työ keskittyy lämmön tuottamiseen. Tuulienergiaa on pohdittu vain osana Helsingin Energian sähköntuotantoa. Työssä todetaan, että Helsingissä on erittäin kattava vähäpäästöinen kaukolämpöverkosto, jota on syytä hyödyntää myös tulevaisuudessa. Näin on mahdollista parhaiten hyötyä sähkön ja lämmön yhteistuotannosta.

Rakennusten energiankulutus on jaettu kahteen kategoriaan - asuinrakennuksiin ja julkisiin rakennuksiin. Tässä työssä todetaan, että uudet asuinalueet ovat erittäin tärkeässä asemassa lämmönkulutuksen vähentämisessä, koska niissä on helpointa hyödyntää viimeisin teknologiaosaaminen. Valaistuksesta aiheutuva sähkönkulutus vähenee väistämättä tulevaisuudessa johtuen tiukentuneista laatuvaatimuksista. Sähkönkulutuksesta syntyvien päästöjen määrä riippuu kansallisesta tuotantorakenteesta.

Tässä työssä esitetty hypoteettinen tilanne vuonna 2030 ei ota huomioon mitään energiansäästötoimenpiteitä. Hypoteettinen kulutuksen kasvu 38 % ja päästöjen kasvu 14 % eivät ole luotettavia ja kulutus näyttää päinvastoin kääntyvän laskuun. Hiilineutraaliutta tavoiteltaessa kustannukset ovat kalliita ja kaikki välineet on otettava käyttöön, jotta kohtuuhintainen energia voidaan turvata.