Juuso Yli-Mikolan diplomityö antaa hyvät lähtökohdat CHP-laitosten kehittämiseen
Kuinka CHP-laitoksen säätökykyä ja tehokkuutta voidaan kehittää power to heat -teknologioiden, energiavarastojen ja puupolttoaineen kuivauksen avulla? Tätä haastetta Juuso Yli-Mikola syventyi tuoreessa diplomityössään ratkomaan. Alati muuttuvat energiamarkkinat ja tuuli- ja aurinkovoiman vaihtelevan tuotannon lisääntyminen vaativat CHP- eli lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitoksia etsimään uusia elinkaartaan tukevia kustannustehokkaita ratkaisuja.
Suomessa noin kolme neljäsosaa kaukolämmön tuotannosta perustuu CHP- yhteistuotantolaitosten lämmön ja sähkön yhteistuotantoon. CHP-yhteistuotantolaitos tuottaa kattiloissa korkeapaineista höyryä, joka puolestaan tuottaa turbiinien avulla myös sähköä.
CHP-laitoksilla on keskeinen tehtävä kotimaisessa energiamarkkinassa. Niitä on kuitenkin alunperin suunniteltu hyvin erilaisissa energianäkymissä. Vaikka energiatuotanto muuttuu ja kehittyy, ei kylmä vuodenaika ole hävinnyt mihinkään. Siksi tarvitaan mahdollisimman joustavia ja kyvykkäitä ratkaisuja varmistamaan lämmön- ja sähköntuotantoa.
”Jokaisella laitoksella katsotaankin nyt tulevaisuuteen ja pohditaan, miten tuotanto- ja kilpailukyky voidaan varmistaa elinkaaren vielä ollessa pitkä. Tämän vuoksi teknologisia ratkaisuja ja niiden tuotantotaloudellisia vaikutuksia havainnollistavalle tutkimukselle on aito tarve”, aihetta tuoreessa diplomityössään tutkinut Juuso Yli-Mikola kertoo.
Yli-Mikolan diplomityö käynnistyi syksyllä 2022, kun Pohjolan Voima otti yhteyttä LUT-yliopiston professoriin Esa Vakkilaiseen. Tutkimusaihe muovautui professorin ja Pohjolan Voiman yhteistyössä, ja lokakuussa 2022 aiheesta innostunut Yli-Mikola pääsi tarttumaan työhön Pohjolan Voiman johtavan asiantuntijan Juha Koukin ohjauksessa.
”On ollut hienoa päästä tekemään diplomityönään tutkimusta, jolla on merkitystä. Pohjolan Voima ja professorini ovat olleet tukenani koko ajan”, Yli-Mikola kertoo.
Tutkimukseen saatiin mukaan Kaukaan Voima, Kymin Voima, Porin Prosessivoima ja Rauman Biovoima.
”Tämä oli iso yhteinen ponnistus. On arvojemme mukaista tehdä tiivistä, kaikkia hyödyttävää yhteistyötä, jossa tuotantolaitokset ja teknologiatoimittajat olivat mukana. Se ohjasi tutkimuksen asetantaa ja tarkastelutapaa”, diplomityötä ohjannut Kouki painottaa.
Laajasta aiheesta löydettiin kaikkia palveleva taso
Tutkimuksessa päätettiin keskittyä teknologiajärjestelmiin, jotka ovat tarpeeksi valmiita markkinalle ja omaavat teknistaloudellista potentiaalia sekä tietysti sopivat mukana olevien tuotantolaitosten kokoluokkaan. Tarkempaan tarkasteluun valittiin power to heat -teknologioista sähkökattilat ja lämpöpumput, puupolttoaineen kuivausteknologiat ja lämmön ja sähkön varastointiratkaisuja. Varsinaiset teknistaloudelliset laskelmat työssä tehtiin sähkökattiloista, kaukolämpöakuista sekä puupolttoaineen kuivauksesta.
Jokaisessa järjestelmässä yksinäänkin olisi ollut aineksia kelpo diplomityöhön. Sama koski laitoskohtaisia tarpeita, joita on paljon. Siksi Yli-Mikola ohjaajineen päätyi tarkastelemaan aihetta tasolla, joka antaa realistisen yleiskuvan potentiaalisista ja käytettävissä olevista mahdollisuuksista.
”Tein potentiaalia selvittävät laskelmat sähkökattiloista, kaukolämpöakuista sekä puupolttoaineen kuivauksesta, mutta tarkoituksella ei menty laitoskohtaiselle tasolle. Halusimme, että työmme palvelee mahdollisimman montaa laitosta. Tämä antaa niille hyvän pohjan jatkaa eteenpäin tuotantoyhtiökohtaista selvitys- ja kehitystyötään”,Yli-Mikola summaa.
Kaikille ja kaikkiin tilanteisiin sopivaa patenttiratkaisua ei ole
Tutkimustyö ja laskelmat osoittivat, ettei kaikille sopivaa patenttiratkaisua ole – eri järjestelmät toimivat eri tavoin eri ympäristöissä. Osan kannattavuus on parhaimmillaan silloin kun energian hinta on korkealla ja osan silloin kun se on edullista tai hinnassa on vaihtelua lyhyellä aikavälillä.
”Esimerkiksi sähkökattilan käyttö näyttäisi olevan hyvinkin kannattava vaihtoehto juuri silloin kun sähkö on edullista. Kaukolämpöakkujen käyttö on tehokkaimmillaan, kun vuorokauden sisällä on paljon sekä korkea- että matalahintaisia sähköjaksoja, jolloin lataamista ja purkamista tapahtuu paljon. Kuivatun puupolttoaineen käyttö on kannattavinta kun energia, jota se korvaa, on korkeahintaista. Silloin kuivaukseen käytettävän energian taas tulisi olla huokeaa”,Yli-Mikola toteaa.
Ennustamiseen tuo epävarmuutta sähkön ja polttoaineen kustannusten vaihtelu. Tutkimuksen pohjalta käy kuitenkin selväksi, että kun laitteistoinvestointeja suunnitellaan, tulee aina valita ensisijainen järjestelmä sekä sen tukijärjestelmät. Samantyyppiset järjestelmät syövät helposti toistensa kannattavuutta.
”Energiamarkkinat muuttuvat ja kehittyvät vauhdilla. Siksi tarvitaan kilpailukykyisiä ja toimintakypsiä ratkaisuja, jotka tukevat tuotantojoustoa ja varastointia. CHP-laitoksille nämä kysymykset ja valinnat ovat tärkeitä päätöksiä, ja uskomme, että tehdystä tutkimuksestamme on aidosti hyötyä”,Yli-Mikola toteaa.