Suomi suuntaa lämpöpumppuihin

Kuumalämpöpumppu tuottaa jopa kymmenasteisesta hukkalämmöstä yli sata-asteista lämpöä hyvällä hyötysuhteella. Onko tässä suunnanmuuttaja tulevaisuuden energiantuotantoon?

Teksti Paula Harmaala   Kuvat Paula Harmaala

Kuumalämpöpumppu kehitettiin tuottamaan teollisuuden tarvitsemia korkeita lämpötiloja ja hyödyntämään hyvällä hyötysuhteella matalalämpöisiä hukkalämpöjä. Calefan Petri Vuori (vasemmalla) ja Teemu Lahikainen.

Vastuullisuus on tällä hetkellä kaikkien huulilla, kun yhteiskunta hakee voimakkaasti keinoja vähentää CO2-päästöjä päästäkseen EU:n asettamiin tavoitteisiin. Työ- ja elinkeinoministeriö nimesi marraskuussa 2018 energiatehokkuustyöryhmän selvittämään mahdollisuuksia tehostaa energiatehokkuustoimia vuosina 2021–2030. Hukkalämmön tehokkaampi hyödyntäminen nousi esille keskeisenä toimenpiteenä.

Tähän liittyen Motiva julkaisi viime syksynä Energiaviraston rahoittamana esiselvityksen ylijäämälämmön potentiaalista teollisuudessa. Selvityksessä arvioitiin, että tällä hetkellä Suomen teollisuuden tekninen potentiaali eli nykytekniikalla kannattavasti hyödynnettävissä oleva lämpömäärä olisi 16 TWh/a. Motivan aikaisempi katselmus vuodelta 2010 arvioi ylijäämälämmön kannattavasti hyödynnettäväksi lämpömääräksi 4–5 TWh/a.

Kehittynyt teknologia on muuttanut arviota positiiviseen suuntaan. Uudet kuumalämpöpumput, jotka tuottavat yli 100 °C lämpöä hyvällä hyötysuhteella, nähdään mullistajina matalalämpöisen ylijäämälämmön hyödyntämisessä.

Kuumalämpöpumpusta odotetaan korvaajaa fossiilisten polttoaineiden käytölle energiantuotannossa. Hallituksen ehdotus siirtää kaukolämpöverkkoon lämpöä tuottavat lämpöpumput edullisempaan sähköveroluokkaan II ja laskea veron määrää lähemmäksi EU:n vaatimaa minimitasoa nähdään myös parantavan lämpöpumppujen kannattavuutta sekä ylijäämälämmön hyödyntämisen edellytyksiä.

Suomalainen teollisuus aikoo saavuttaa hiilineutraalisuuden muita ennen

Suurimmat energiankäyttäjät Suomessaovat metsäteollisuus, kemianteollisuus ja metalliteollisuus, jotka käyttivät vuonna 2017 yli 89 % teollisuuden käyttämästä energiasta. Lukuisat kotimaisen teollisuuden toimijat ovat ilmoittaneet tavoitteekseen täyden hiilineutraalisuuden jo ennen EU:n asettamaa takarajaa. Esimerkiksi Kiilto Oy on julistanut olevansa kokonaan hiilineutraali vuoteen
2028 mennessä.

Myös lähes neljääsataa suomalaista yhtiötä edustava Kemianteollisuus ry on aloittanut kunnianhimoisen Responsible Care -ohjelman, johon osallistuvat yritykset aikovat saavuttaa hiilineutraalisuuden vuoteen 2045 mennessä. Lupausten toteuttaminen vaatii järeitä toimenpiteitä. Kasvihuonepäästöjen leikkaamisessa pääroolia näyttelee kehittynyt teknologia ja energiankierrätys.

Kaikki lähtee hyvin pitkälle siitä, että kertaalleen ostettu energia kierrätetään, jolloin uutta energiaa ei tarvitse tuottaa niin paljoa. Kannattavasti hyödynnettäviä hukkalämmönlähteitä löytyy lähes kaikista paikoista, joissa energiaa käytetään runsaasti. Uunien ja moottorien ohella hukkalämpöjä voidaan kerätä vaikkapa poistoilmoista ja lauhdevesistä.

Ylijäämälämpö suositellaan ensisijaisesti hyödynnettäväksi tuotantolaitoksen omissa prosesseissa tai kiinteistöissä. Mikäli se ei ole mahdollista, lämpö suositellaan myytäväksi saman teollisuusalueen toiselle toimijalle tai paikkakunnan kaukolämpöverkkoon.

Teollisuus ja kaukolämpöyhtiöt joutuivat aikaisemmin tuottamaan tarvitsemansa korkeat lämpötilat polttamalla, sillä kaupallisessa lämpöpumpputeknologiassa haamuraja kummitteli pitkään 70 asteen tienoilla. Viime vuosina tekniikassa on kuitenkin tapahtunut läpimurto kuumalämpöpumppujen muodossa.

 

Lämpöä puoli-ilmaiseksi

Kuumalämpöpumppuja on maailmalla jonkin verran kehitelty ja tutkittu niihin liittyviä hyötyjä. Suomalainen Calefa julkisti syksyllä 2018 ensimmäisen kaupalliseen käyttöön soveltuvan Hot-
Level®-kuumalämpöpumpun, joka tuottaa jopa 130 °C:een lämpötiloja.

Suomalaisinnovaatiolla yli sadan asteen lämpötilanostot voidaan tehdä erittäin energiatehokkaasti. Kuumalämpöpumppu hyödyntää 10–60 asteen hukkalämmönlähteitä ja tuottaa niistä jopa 130 °C lämpöä. Hyvänä esimerkkinä tästä on datakeskus Yandex, jossa 17-asteisesta hukkalämmöstä tuotetaan COP 2,75 -hyötysuhteella 105-asteista lämpöä kaukolämpöverkkoon.

Käytännössä se tarkoittaa sitä, että yhdellä kilowatilla sähköenergiaa pystytään tuottamaan 2,75 kilowattia lämpöenergiaa. ”Kuumalämpöpumpun tuottamat yli 100 asteen lämpötilat sopivat kaukolämpöverkkoon ja moneen prosessiin priimaenergiana”, kertoo Calefan toimitusjohtaja Petri Vuori.

Tällaisia prosesseja teollisuudessa ovat esimerkiksi kuivaukset, haihduttamiset, pesuvedet, lämpökäsittelyt, steriloinnit, pastöroinnit ja tislaus.

Kuumalämpöpumppu syntyi teollisuuden tarpeisiin

”Olemme nähneet kentällä, että matalia hukkalämmönlähteitä on todella paljon. Samaan aikaan teollisuudessa on tarpeita tosi kuumille lämpötiloille sekä toisaalta myös jäädytykselle. Nämä yhtälön osatekijät haluttiin saada pelaamaan yhteen”, Petri Vuori kertoo kuumalämpöpumpun suunnittelusta.

”Teemme paljon kehitystyötä tällä saralla, koska markkinoilta ei löytynyt valmistajia, jotka pystyvät tuottamaan tällaisia lämpötiloja”, hän sanoo.

Motivan esiselvityksessä teollisen hukkalämmön hyödyntämisessä haasteina nähdään teollisuusprosessien monimutkaisuus sekä investointien suuri koko ja pitkät takaisinmaksuajat. ”Meillä tyypillisesti järjestelmän takaisinmaksuajat liikkuvat 2–5 vuodessa. Meistä ne eivät ole mitenkään erityisen pitkiä verrattuna tyypillisiin tuotannon investointeihin”, Calefan teknologiapäällikkö Teemu Lahikainen kommentoi.

Calefa hyödyntää lämpöpumppuja ja kuumalämpöpumppuja hukkalämmön uusiokäyttöjärjestelmissä, joita se toimittaa räätälöityinä kokonaistoimituksina teollisuudelle. Kokonaistoimitusten takana on näkemys toimintavarmuuden takaamisesta, joka teollisuuden järjestelmissä on erityisen tärkeää.

”Rakennamme mahdollisimman optimaalisesti toimivia järjestelmiä, jotka hoitavat samalla niin lämmitys- kuin jäähdytystarpeet”, Teemu Lahikainen sanoo.

Vanhassa maailmassa lämpö tuotettiin polttamalla ja kylmä erillisellä jäähdytyslaitteistolla. Lämpöpumppujärjestelmissä jäähdytys saadaan ilmaiseksi samalla, kun lämpö tuotetaan hyvällä hyötysuhteella. Kun samalla saadaan tuotettua tarvittava jäähdytys sekä lämpö, energiakuluissa muodostuu iso säästö. Energiansäästöä ei siis voida laskea pelkän lämmityksen kautta, koska myös jäähdytyksellä on rahallinen arvo.

Kehittynyt teknologia kannustaa teollisuutta jäämään Suomeen?

Teollisuuden ylijäämälämmön hyödyntäminen on nostettu esille lukuisissa eurooppalaisissa tutkimuksissa merkittävänä osana vähähiiliseen lämmöntuotantoon siirtymisessä.

Suomessa teollisuus käytti vuonna 2018 energiaa noin 144 TWh, josta noin 68 % oli polttoaineita, 22 % sähköä ja 10 % lämpöä. Polttoaineesta suuri osa käytettiin sähkön ja lämmön tuotantoon tehtaan omaan käyttöön.

Trendi vuodesta 2007 alkaen on ollut laskusuuntainen, tuolloin vuonna 2007 teollisuuden energiankäyttö oli noin 177 TWh. Osasyy on ollut ilmastonmuutoksen saama laaja huomio ja kotimaisen teollisuuden panostukset energiatehokkuuteen.

Viimeaikaiset harppaukset lämpöpumpputeknologissa ovat avanneet aivan uudet näkymät ylijäämälämmön kierrättämiseksi nyt, kun matalatkin hukkalämmöt pystytään hyödyntämään omassa tuotannossa. Teollisuudessa lämpöä on mahdollista saada talteen muun muassa prosessi- ja savukaasuista, jäte- ja jäähdytysvesistä sekä poistohöyryistä.

Ylijäämälämmön hyödyntämismenetelmät ja teknologiat ovat pääasiassa kaupallista tekniikkaa. Lämpöpumput ovat osoittautuneet kannattaviksi ja uudet kuumalämpöpumput voivat johtaa lämpöpumppujen suosion kasvamiseen. Hallituksen ehdotus sähköveroluokan II tason laskusta kohti EU:n vaatimaa minimitasoa tulee parantamaan lämpöpumppujen kannattavuutta ja parantamaan ylijäämälämmön hyödyntämisen edellytyksiä.

Lähde:
Motivan esiselvitys

 

Fortum kiihdyttää vauhtia kaukolämpöhankkeissa

Sähkölautan akusto vaatii tehokkaan jäähdytyksen

Hypermarket vaihtaa kaukolämmön lämpöpumppuihin