The use of solar energy in a district heating system, Case study of six district heating plants

Abstract

Tavoitteena oli selvittää teknisiä ja taloudellisia mahdollisuuksia hyödyntää aurinkoenergiaa suomalaisessa kaukolämmitysjärjestelmässä. Tutkimuksen kohteena olevilla lämpölaitoksilla tuotettiin pelkästään lämpöä, yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto oli rajattu tutkimuksen ulkopuolelle.

TRNSYS-ohjelman avulla simuloitiin laitokseen liitettävän keräinkentän toimintaa. Tärkeimpiä laitoskohtaisia tekijöitä olivat kaukolämmön meno- ja paluuveden lämpötilat, vuotuinen lämpöenergian tuotantomäärä sekä asiakasrakenne. Simulointitulosten perusteella laskettiin aurinkolämmön hinta keräinjärjestelmän hinnan funktiona sekä keräinalasta ja keräinjärjestelmän hinnasta riippuva rajakustannus, jota verrattiin polttoaineella tuotetun lämmön rajakustannukseen. Myös aurinkoenergian käytön avulla vältettävät päästöt arvioitiin.

Simulointien perusteella suomalaiseen kaukolämpöjärjestelmään liitettyjen aurinkokeräinten vuotuinen energiantuotto on 0,2 - 0,4 MWh/m[2]. Pohjoisen heikompi tuotto johtuu suurista lämpöhäviöistä. Keräinten tuottoa voidaan parantaa, mutta samalla järjestelmän hinta nousee hiukan. Keräinpiirin lämmönvaihtimelta lähtevän kaukolämpöveden lämpötila on normaalisti toiminta-aikana noin 50-80 °C. Teknisesti aurinkoenergian käytölle kaukolämmitysjärjestelmässä ei ole esteitä, suurimmalla osalla laitoksista aurinkoenergiaa voitaisiin käyttää kaukolämpöveden esilämmitykseen. Vain yhdellä laitoksella keräinkentän liittämiselle ei tahtonut löytyä sopivaa kohtaa, koska laitoksen lämmöntuotantojärjestelmä oli erittäin tarkoin optimoitu nykyisille komponenteille sopivaksi.

Saatujen tulosten perusteella näyttää siltä, että nykyisillä polttoaineiden ja keräinjärjestelmien hinnoilla aurinkoenergia ei vielä ole Suomen oloissa taloudellisesti kilpailukykyistä konventionaalisten polttoaineiden kanssa, etenkin kun laitoksilla odotetaan yleensä erittäin Iyhyttä investoinnin takaisinmaksuaikaa. Tilanne saattaa muuttua, jos polttoaineita aletaan verottaa niiden aiheuttamien päästöjen perusteella, niiden hinnat nousevat tai kun keräinten hinnat laskevat. Uusiutuvien energiamuotojen käytön edistämiseksi saatavat tuet parantavat aurinkolämmön kilpailukykyä. Aurinkoenergiainvestointia voidaan käyttää myös positiivisen imagon luomiseen.