Erilaiset lämpöpumput ovat yleistyneet viime vuosina kiinteistöjen lämmön lähteenä. Kaukolämpöverkkoon liitetyt suuret lämpöpumput toimivat samalla periaatteella kuin pienemmät serkkunsa — niiden teho voi kuitenkin parhaimmillaan vastata suuren lämpövoimalaitoksen tehoa.

”Suuret lämpöpumput kaukolämpöjärjestelmässä” –selvitys pureutuu kaukolämpöverkkoon voimalaitosten tai lämpölaitosten tapaan liitettyjen lämpöpumppujen mahdollisuuksiin. Pienimmillään kaukolämpöverkkoon liitettyjen lämpöpumppujen teho on yhdestä kolmeen megawattia, mutta esimerkiksi Helsinkiin on rakennettu 90 megawatin tehoinen lämpöpumppu. Tukholman Värtanissa Fortum tuottaa kylmästä merivedestä kaukolämpöä Pohjoismaiden suurimmalla lämpöpumpulla, jonka teho on peräti 256 megawattia.

Suomessa suuria kaukolämpöä tuottavia lämpöpumppulaitoksia on Helsingin lisäksi Turussa, Espoossa ja Mäntsälässä.  Suurilla lämpöpumpuilla on muutamia ylivertaisia ominaisuuksia voimalaitoksiin tai lämpökeskuksiin verrattuna. Pumput tuottavat energiaa hukkalämmöstä tai ylijäämälämmöstä, joka muussa tapauksessa jäisi hyödyntämättä. Lämmön lähteiksi sopivat yhdyskuntien jätevedet, datakeskusten jäähdyttämisen yhteydessä syntyvä hukkalämpö, teollisuusprosessien sivutuotteena syntyvä lämpö, savukaasut tai vaikka merivesi.

Joustava ja ketterä

Suuret lämpöpumput lisäävät kaukolämpöjärjestelmän joustavuutta muunlaisen lämmöntuotannon osana — joustavuus on selvityksen mukaan suurten lämpöpumppujen merkittävä vahvuus. Mitä suurempi kaukolämpöjärjestelmä, sitä suurempi on joustavuuden arvo.

Joustavuus tarkoittaa sitä, että lämpöpumppulaitoksen toimintaa voidaan ohjailla helposti. Se käynnistyy ja pysähtyy nopeasti. Laitoksen käynnistymisaika on yleensä alle tunti, joissakin tapauksissa vain muutamia minuutteja. Käynnistys- ja käyttökustannukset ovat alhaiset. Joustavuutta lisää entisestään se, että lämpöpumppulaitos voidaan rakentaa modulaarisesti, jolloin kokonaisuus muodostuu useammasta erikseen ohjattavasta koneistosta.

Ketterästi lämpöä kaukolämpöverkkoon tuottavat lämpöpumput parantavat myös muiden verkkoon liitettyjen voimalaitosten tai lämpökeskusten käytön tehokkuutta. Esimerkiksi perinteisten sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitosten (CHP) käynnistämisajankohtaa voidaan lykätä syksyllä tai niiden pysäyttämistä voidaan aikaistaa keväällä — lämpöpumpuilla voidaan tällöin paikata CHP-laitosten kaukolämmöntuotantoa.

Toimiessaan suuret lämpöpumput käyttävät melko suuren määrän sähköä. Ketterästi käynnistyvän ja pysähtyvän laitoksen toimintaa on helppo optimoida markkinasähkön hintavaihteluiden mukaisesti. Laitosta voidaan käyttää esimerkiksi vain halvan sähkön aikana, jolloin pumppujen tuottama lämpö varastoidaan lämpöakkuihin.

Suuret lämpöpumput soveltuvat myös sähköverkon kuormituksen säätämiseen. Tämä mahdollisuus todennäköisesti kiinnostaa kantaverkkoyhtiö Fingridiä, joka vastaa sähkön tuotannon ja kulutuksen tasapainosta kantaverkossa. Toimiessaan lämpöpumput varaavat sähköverkosta kohtuullisen suuren määrän sähkötehoa ja pysähtyessään ne vastaavasti vapauttavat nopeasti varaamansa sähkötehon. Tulevaisuudessa laitosten herkkä säädettävyys korostuu, kun sähköverkkoon liitetään entistä enemmän tuulivoiman ja aurinkovoiman kaltaista vaihtelevaa sähköntuotantokapasiteettia.

Riskeiltä suojaava sateenvarjo

Suurten lämpöpumppulaitosten ketteryys auttaa energiayhtiötä myös riskienhallinnassa. Käytännössä lähes ilmaista hukkalämpöä hyödyntävän lämpöpumppulaitoksien avulla voidaan suojautua perinteisten voimalaitosten polttoaineiden hintavaihtelulta, mutta myös sähkön hintaheilahduksilta.

Lämpöpumppulaitoksen käytöllä on helppo kasvattaa uusiutuvan energian osuutta kaukolämmöntuotannossa. Samalla voidaan vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Lämpöpumppulaitos ei myöskään aiheuta paikallisia päästöjä.

Lämpöpumppulaitoksen lämmön hankinta voi kuitenkin muodostaa toiminnalle potentiaalisen riskin. Esimerkiksi teollisuuden ylijäämälämmön saanti on riippuvaista teollisuusyrityksen toiminnasta. Nykyisin mikä tahansa teollisuusyritys voi lyhyellä varoitusajalla lyödä lapun luukulle suhdanteiden muuttuessa — tämä vaikuttaa suoraan lämpöpumppulaitoksen toimintaan. Teollisuusyrityksillä saattaa olla myös epärealistinen näkemys tuottamansa ylijäämälämmön arvosta. Selvityksen mukaan pelkästään yhden teollisuuslaitoksen ylijäämälämmön varaan rakennettu kaukolämmön tuotanto on hyvin riskialtista.

Lämmön lähteet oltava lähellä

Suurten lämpöpumppulaitosten rakentaminen ei ole pelkkää ruusuilla tanssimista tai edes voikukilla loikkimista. Niiden käyttöön liittyy myös rajoitteita — esimerkiksi lämmön lähteen pitäisi sijaita lähellä kaukolämmön käyttöpaikkaa.

Koska lämpöpumppulaitos käyttää suuria määriä sähköä, on paikallinen sähköverkko mitoitettava riittävän vahvaksi. Tämä saattaa rajoittaa lämpöpumppulaitoksen kokoa tai sähköverkon vahvistaminen voi heikentää laitoksen kannattavuutta — erityisesti pienissä kaupungeissa, joissa sähköverkko on lähtökohtaisesti mitoitettu kevyesti. Tilanpuute voi myös rajoittaa lämpöpumppulaitoksen rakentamista. Esimerkiksi Helsingissä ja Turussa laitokset on tilanpuutteen vuoksi rakennettu maan alle.

Teknisiä rajoitteita lämpöpumppulaitosten yleistymiselle ei ole juurikaan ole. Yksi merkittävä tekninen rajoite on kuitenkin lämpöpumppulaitosten tuottaman kaukolämpöveden lämpötila. Maksimissaan lämpöpumppulaitos tuottaa 85–90-asteista kaukolämpövettä. Olemassa olevat kaukolämpöverkot on kuitenkin mitoitettu käyttämään 110–120-asteista vettä. Lämpöpumppulaitoksen tuottaman kaukolämpöveden lämpötila voidaan kuitenkin nostaa esimerkiksi 115-asteiseksi. Kaukolämpöveden ”priimaaminen” on kuitenkin erittäin kallista puuhaa, mikäli lämpöpumppulaitoksen yhteyteen ei ole rakennettu veden lämpötilan nostamista varten erillistä kattilalaitosta. Lämpöpumppulaitoksen kannattavuus paranee, mikäli kaukolämpöverkko mitoitetaan hyödyntämään alle sata-asteista vettä.

”Suuret lämpöpumput kaukolämpöjärjestelmässä” –selvityksen laati Valor Oy Energiateollisuus ry:n toimeksiannosta. Selvitys on kokonaisuudessaan ladattavissa täältä.

Kuva: Scanstockphoto