Green transition calls for collaboration in district heating sector

Abstract

By 2030, roughly 60% of the global population is expected to live in cities. Globally, cities consume ~75% of energy and contribute a similar share of emissions. Buildings and construction were responsible for 37% of energy-related emissions in 2020. As urbanisation has progressed, the Western world has developed a reliance on fossil fuels and international supply chains, which has gone hand in hand with a reliance on large, centralised energy systems such as combined heat and power plants, electricity, district heat and gas networks. Traditionally, district heat networks have increased system flexibility and security of the heat supply. However, the international supply chains of centralised systems have recently proven to be susceptible to shocks and are difficult to pivot quickly into using renewable fuels and at reasonable costs.

Decentralised building-specific systems, such as ground source heat pumps and demand side management, have been developed to decrease energy costs and emissions for real estate owners. These investments are often profitable for real estate owners. This thesis investigates the impact of these energy investments for real estate owners and district heat companies and how they could be directed more efficiently, taking into consideration the system impact. Centralised seasonal heat storage was also studied.

The results show that ground source heat pumps are often profitable for real estate owners with returns exceeding the yield of the real estate investment. Heat pump investments with excess heat production should be targeted to areas of large heat losses in the district heat network for a beneficial impact on the system. Demand side management was also found to decrease heating costs, and centralised seasonal heat storage was found to effectively decrease system emissions.

Collaborative thinking is missing from the energy sector, in which district heat companies and real estate owners consider each other equal partners in energy investments. Increasing collaboration between the parties requires a change in mindsets. District heat companies must revamp their business models from one-size-fits-all to a more individualistic approach in which the location and energy use of the customer are considered when offering services and developing pricing models. This change must begin with the district heat company since real estate owners have other options for energy partners and because increased system costs caused by leaving customers decrease competitiveness.

Vuoteen 2030 mennessä noin 60% maailman väestöstä asuu kaupungeissa. Maailmanlaajuisesti kaupungit kuluttavat noin 75% energiasta ja aiheuttavat samansuuruisen osuuden päästöistä. Vuonna 2020 rakennukset ja rakentaminen aiheuttivat 37% energiaan liittyvistä päästöistä. Kaupungistumisen edetessä länsimaat ovat kehittäneet riippuvuuden keskitettyihin energiajärjestelmiin, kuten sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksiin sekä sähkö-, kaukolämpö- ja kaasuverkkoihin. Usein nämä keskitetyt järjestelmät nojaavat fossiilisiin polttoaineisiin ja kansainvälisiin toimitusketjuihin.

Kaukolämpöverkot ovat perinteisesti lisänneet järjestelmän joustavuutta ja lämmön toimitusvarmuutta. Keskitettyjen järjestelmien kansainväliset toimitusketjut ovat kuitenkin viime aikoina osoittautuneet herkiksi iskuille ja niitä on vaikea muuttaa nopeasti käyttämään uusiutuvia polttoaineita kohtuullisin kustannuksin.

Hajautettuja rakennuskohtaisia järjestelmiä, kuten maalämpöpumppuja ja kysyntäjoustoa, on kehitetty alentamaan kiinteistönomistajien energiakustannuksia ja päästöjä. Nämä sijoitukset ovat usein kannattavia kiinteistönomistajille. Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan näiden energiainvestointien vaikutuksia kiinteistönomistajille ja kaukolämpöyhtiöille, sekä miten niitä voitaisiin kohdistaa tehokkaammin ottaen huomioon järjestelmävaikutukset. Myös keskitettyä lämmön kausivarastoa tutkittiin.

Tulokset osoittavat, että maalämpöpumput ovat usein kannattavia kiinteistönomistajille ja sijoituksen tuotto ylittää kiinteistön tuottovaatimuksen. Lämpöpumppujärjestelmät, jotka voivat tuottaa ylimääräistä energiaa, tulisi sijoittaa kaukolämpöverkossa suurten lämpöhäviöiden alueille, jolloin niillä on verkkoa tasapainottava vaikutus. Myös kysyntäjouston todettiin alentavan lämmityskustannuksia ja keskitetyn lämmön kausivaraston todettiin vähentävän tehokkaasti järjestelmän päästöjä.

Energiasektorilta puuttuu yhteistyöajattelu, jossa kaukolämpöyhtiöt ja kiinteistönomistajat pitävät toisiaan tasavertaisina kumppaneina energiainvestoinneissa. Osapuolten välisen yhteistyön lisääminen vaatii ajattelutavan muutosta. Kaukolämpöyhtiöiden on uudistettava toimintamallejaan yksilöllisempään lähestymistapaan, jossa asiakkaan sijainti ja energiankäyttö huomioidaan palveluita tarjottaessa ja hinnoittelumalleja kehitettäessä. Tämän muutoksen on lähdettävä kaukolämpöyhtiöstä, koska kiinteistönomistajilla on muita vaihtoehtoja energiakumppaneille ja koska asiakkaiden menettämisen aiheuttamat kohonneet järjestelmäkustannukset heikentävät kilpailukykyä.