Muotisanoista tekoihin − Kaukolämpöverkossa piilee valtava potentiaali uusille tuotteille ja palveluille

Digitalisaatio, älykäs mittarointi, kaksisuuntainen kaukolämpö ja uusiutuvan energian integraatio ovat termejä, jotka pyörivät kaikkien kaukolämpötoimijoiden huulilla. Onko kuitenkin niin, että uuden tekniikan integrointi perinteiseen kaukolämpöjärjestelmään on vaikeaa ja tekniikka kallista? On tekojen aika, ja tekniikka on jo olemassa!

Keskustellessamme kaukolämpöyhtiöiden, kaupunkien, alalla toimivien yritysten ja asukkaita edustavien tahojen kanssa kaukolämmön tulevaisuudesta VTT:llä järjestetyssä tapahtumassa huomasimme, että ei ole selvää, mitä uutta tekniikkaa kaukolämpöverkkoon tulisi integroida ja miten. Yksi asia on kuitenkin selvä ja siitä kaikki ovat yksimielisiä: hiilenpoltto loppuu ja kaukolämmöntuotantotavat muuttuvat − mitä nopeammin, sen parempi.

Suomessa luonnollinen tapa korvata hiiltä ja öljyä uusiutuvalla lämmöntuotannolla on ollut bioenergian laajempi hyödyntäminen. Biopolttoaineille löytyy kuitenkin muutakin käyttöä. Perinteiseksi ja jäykäksi tituleerattu kaukolämpöverkko muuntuu moneksi, ja yksi sen ehdottomista eduista on joustavuus hyödyntää erilaisia lämmönlähteitä. Tämä tarkoittaa tulevaisuudessa aiempaa laajempaa jätteenpolton, hukkalämpöjen talteenoton sekä aurinkolämmön ja lämpöpumppujen integrointia verkkoon sekä suoraan että välillisesti asiakkaiden kautta, täydentäen bioenergiaan perustuvaa tuotantoa. Voimme puhua hybridijärjestelmästä, jossa erilaiset tuotantomuodot täydentävät toisiaan; esimerkiksi bioenergia ja lämpöpumput mahdollistavat kausittain vaihtelevan aurinkolämmön hyödyntämisen.

Vaikka uusituvan lämmön hinta onkin laskenut nopeasti tämän vuosikymmenen aikana, se on silti kallista verrattuna perinteisiin ratkaisuihin. Aurinkolämmön laajamittaiseen hyödyntämiseen liittyy kausivaihtelun tuoma haaste. Kustannustehokkaan lämmön kausivarastointitekniikan keksijällä on kaikki mahdollisuudet rikastumiseen!

Tuotanto ja kulutus tasapainoon monimutkaisessa järjestelmässä

Kaukolämpöverkkoon uskotaan tulevan pientuottajia, korttelikohtaista tuotantoa ja alueellisia järjestelmiä. Tällaisia kehityshankkeita onkin jo ilahduttavasti käynnissä, esimerkiksi LEMENE-hanke Lempäälässä, Skanssin alue Turussa ja Wasa Station Vaasassa. Myös jäähdytystarve lisääntyy − toisen lämpö voi olla toisen kylmää. Tarvitsemme kokonaisvaltaista järjestelmätason ajattelua, jotta myös energian kiertotalouden ratkaisuja voidaan hyödyntää voimakkaammin. Kuluttaja-tuottajien integroiminen kaukolämpöjärjestelmään on tekninen haaste, joka järjestelmän toimivuuden ja energiatehokkuuden kannalta tulee selvittää kerralla kunnolla, yleisen standardin mukaan ja asiantuntijoita kuunnellen.

hands

Kyse ei ole siitä, mikä teknologia voittaa, vaan kuinka eri teknologiat sopivat yhteen.

Lämmöntuotantotekniikan monipuolistuessa kokonaisuuksien suunnittelu, mitoitus ja hallinta ovat avainroolissa. Kuka vastaa tuotannon ja kulutuksen tasapainosta monimutkaisessa järjestelmässä? Nykyjärjestelmässä kaukolämpöyhtiöiden on taattava kaukolämpö asiakkaalle kellon ympäri kaikissa olosuhteissa.

Monimutkainen järjestelmä vaatii myös tiedonkeruuta ja hyödyntämistä, lämpöjärjestelmän laajempaa digitalisoimista. Digitalisointikaan ei kuitenkaan ole täysin haasteetonta. Ongelma voi olla jopa fyysinen, kun puhutaan kaukolämpöverkosta − miten lisätään älyä järjestelmään, joka on piilossa maan alla. On myös selvitettävä, miten tieto jalostetaan ja hyödynnetään optimaalisesti. Kuka kaukolämpöjärjestelmästä ja asiakkailta kerättävää tietoa saa käyttää?

Monessa taajamassa kaukolämpöverkko on vanha. Maan alla olemassa olevan järjestelmän muuttaminen voi olla työläs ja kallis prosessi. Kaukolämpöverkossa piilee suuri potentiaali kerätä ja jakaa erilaisia hajautetusti tuotettuja energianlähteitä, mutta tähän liittyy vielä teknisiä haasteita. Esimerkiksi aurinko- ja hukkalämmön lämpötilataso on tyypillisesti matalampi kuin kaukolämpöverkkojen nykyinen lämpötilataso, jolloin lämpöpumpuilta vaaditaan paljon.

Mahdollisuuksia on siis paljon, mutta niin on kehitettävääkin. Koko järjestelmän toimivuuden analysoiminen mahdollistaa energiatehokkuuden parantamisen koko energiaketjussa tuotannosta jakelun kautta kulutukseen. Tämä taas mahdollistaa erilaisten tuotteiden ja palveluiden kehittämisen siten, että ne palvelevat kokonaisuutta parhaiten. Kaikilla toimijoilla on paikkansa tässä yhteisessä kehittämisessä.

Lue lisää:

Bioenergy RES hybrids in Finland  (pdf)

Paikallista energiaa asuinalueella. Esimerkkinä Helsingin Vartiosaari  (pdf)

Visions for future energy efficient district energy systems (pdf)

heidi_saastamoinen
Heidi Saastamoinen

Research Scientist, VTT
heidi.saastamoinen(a)vtt.fi

 

 


satu_paiho
Satu Paiho

Senior Scientist, VTT
satu.paiho(a)vtt.fi

 

 

Elina Hakkarainen VTTElina Hakkarainen
Research Scientist, VTT
elina.hakkarainen(a)vtt.fi
Twitter: @e_Hakkarainen

From fashionable words to deeds – the district heating network has enormous, hidden potential for new products and services

Digitalisation, intelligent metering, bidirectional district heating and renewable energy integration are buzzwords among district heating operators. But is the integration of new technology with traditional district heating systems difficult. Is- such technology expensive? Now is the time for deeds, and the technology already exists!

When discussing the future of district heat with district heating companies, cities, companies in the sector and residents’ representatives at an event arranged by VTT, we noted the lack of clarity on what new technology should be integrated with the district heating network and how. However, everyone is unanimous about one clear issue: coal burning is coming to an end and district heating production methods are changing – the faster, the better.

In Finland, more extensive use of bioenergy has been a natural substitute for coal and oil in renewable heat production. However, there are other uses for biofuels as well. The district heating network, which has been characterised as inflexible and traditional, is, anyhow, quite flexible.. One of its clear advantages lies in the possibility to use variable heat sources. In the future, this will mean the more extensive integration of waste incineration, waste heat recovery and solar thermal and heat pumps with the grid, both directly and indirectly via customers, as a supplement for bioenergy production. We talk about a hybrid system, in which different production methods are complementary; for example, bioenergy and heat pumps enable the utilisation of seasonally varying solar heat.

While the price of renewable heat has fallen rapidly during the current decade, it remains expensive compared to traditional solutions. The widespread use of solar heat faces the challenge of seasonal variation. The inventor of a cost-effective, seasonal heat storage technology will be sitting on a gold mine!

Balancing production and consumption in a complex system

It is predicted that district heating will soon include small producers, block-specific production and regional systems. Happily, such development projects are already underway, for example the LEMENE project in Lempäälä, the Skanssi area in Turku and the Wasa Station in Vaasa. The need for cooling is also increasing – one person’s heat can be another’s cooling. We need comprehensive, system-level thinking in order to benefit more from circular economy energy solutions. Integrating consumer-producers with the district heating system involves a technical challenge, which must be fully solved for system to function energy efficiently. The integration must be done  in accordance with general standards, and by taking account of the views of experts.

hands

It’s not about which technology wins, but how different technologies fit together

The design, measurement and management of overall systems will play a key role as heat production technology diversifies. Who will be responsible for balancing production and consumption in a complex system? In today’s system, district heating companies must guarantee district heating to customers around the clock in all conditions. A complex system will also require data collection and utilisation – the more extensive digitalisation of the heat production system. However, digitalisation is not without challenges. The problem can even be physical. For example, in the case of a district heating network, how can intelligent features be added to a system that is hidden underground? We also need to clarify how data can be processed and used optimally. Who should be allowed to use data gathered from the district heating system and customers?

The district heating network is old in many urban areas. Changing the existing underground system could be a laborious and costly process. While the district heating system offers huge potential for collecting and distributing heat from a range of decentralised sources, this will involve technical challenges. For example, the temperature of solar and waste heat is typically lower than that of the heat currently supplied by district heating networks, which will impose major demands on heat pumps.

So there are many possibilities, but also much to develop. Analysing the functionality of the overall system will enable the improvement of energy efficiency throughout the energy chain, from production to consumption via distribution. On the other hand, this will enable the development of various products and services that best serve the overall system. All players will have a place in this joint development.

 

For more information:

Bioenergy RES hybrids in Finland  (pdf)

Local energy in a residential area. An example is Vartiosaari in Helsinki ( pdf., in Finnish)

Visions for future energy efficient district energy systems (pdf)

heidi_saastamoinen
Heidi Saastamoinen

Research Scientist, VTT
heidi.saastamoinen(a)vtt.fi

 

 


satu_paiho
Satu Paiho

Senior Scientist, VTT
satu.paiho(a)vtt.fi

 

 


Elina Hakkarainen VTTElina Hakkarainen

Research Scientist, VTT
elina.hakkarainen(a)vtt.fi
Twitter: @e_Hakkarainen

 

Tulevaisuudessa on trendikästä kuulua kaukolämpöverkkoon

Kaukolämmön asiakkaat ovat tulevaisuudessa yhä suuremmassa roolissa. Tuotantotavat monipuolistuvat ja kaukolämpöverkkoon saadaan pieniä paikallisia tuottajia, jolloin kuluttajat ovat myös tuottajia.

Kaukolämmöntuotannolla on Suomessa pitkät perinteet. Ensimmäiset laitokset otettiin käyttöön 50-luvulla, ja nykypäivänä joka toisen suomalaisen kotiin lämpö tulee putkia pitkin. Suomen juhlavuoden jälkimainingeissa voikin todeta, että kaukolämmitys on Suomen kansallisomaisuutta.

Me VTT:lla olemme päässeet viimeisten kuukausien aikana keskustelemaan niin kaukolämpöyhtiöiden, kaupunkien, alalla toimivien yritysten kuin asukkaita edustavien toimijoiden kanssa kaukolämmön tulevaisuudesta. Näihin keskusteluihin liittyen aloitamme nyt blogisarjan pohtimalla kaukolämpöyhtiöiden haasteita ja mahdollisuuksia asiakkaiden näkökulmasta. Kaiken keskiössä on nimittäin asiakas!

”Monien ymmärrys kaukolämmöstä päättyy kirjaimellisesti seinään, koska sieltähän kaukolämpö tulee, niin kuin raha pankkiautomaatista.”

Kaukolämpötoimijat näkevät ongelmana sen, että vaikka joukossa on hyvinkin tiedostavia asiakkaita, usein kaukolämmön loppukäyttäjät tietävät yllättävän vähän kaukolämmöstä. Kaukolämpö mielletään epäekologiseksi verrattuna kilpaileviin lämmitysmuotoihin. Moni ei tule ajatelleeksi, että lämmön ja sähkön yhteistuotanto on varsin tehokasta. Kaukolämpöyhtiöt suosivat polttoaineissa kotimaisia lähteitä, suuri osa polttoaineista on uusiutuvia, kaukolämpöverkossa hyödynnetään teollisuuden hukkalämpöjä ja kaukolämpöä voidaan tuottaa myös lämpöpumpuilla ja aurinkoenergialla.

Monien ymmärrys kaukolämmön osalta päättyy kirjaimellisesti seinään, koska sieltähän kaukolämpö tulee, niin kuin raha pankkiautomaatista. Kaukolämpö on asiakkaalle itsestään selvyys, mikä on kaukolämpöyhtiöille toisaalta hyvä ja toisaalta huono asia. Kaukolämpö on asiakkaalle varma, luotettava ja huoleton lämmitystapa, mikä palvelee monien tarpeita.  Asiakkaalla on aina puhelinnumero, johon soittaa ongelmatilanteessa. Toisaalta, kun kaukolämpö tulee ”seinästä” ja näkyvillä on vain lasku, on muiden alan toimijoiden helppo aggressiivisella ja joskus myös valitettavasti katteettomilla lupauksilla kilpailla kaukolämmön kanssa.

Tulevaisuuden kuluttaja pystyy vaikuttamaan kuluttamansa lämmön hintaan esimerkiksi valitsemalla, milloin lämpönsä käyttää.

Lämmitysmuodon valinta on usein ennemmin sydämen kuin järjen asia. Kaukolämmön asiakas on vielä paljolti passiivisen vastaanottajan roolissa. Kun taas vaihtoehtoinen lämmöntuotanto tapahtuu yleensä asiakkaan välittömässä läheisyydessä, jolloin omat vaikutusmahdollisuudet hinnan, ekologisuuden, teknisten ratkaisujen ja kulutuksen suhteen nähdään suuremmiksi. Kaukolämpötoimijat näkevät kuluttajan tulevaisuudessa suuremmassa roolissa kuin nykyään. Tulevaisuuden kuluttaja pystyy vaikuttamaan kuluttamansa lämmön hintaan esimerkiksi valitsemalla, milloin lämpönsä käyttää. Tämä vaatii kaukolämmön kulutuksen reaaliaikaista mittausta ja kaukolämmön hinnoittelumallien muuttamista siten, että joustavia asiakkaita voidaan palkita. Niin sanottu kysyntäjousto mahdollistaisi kaukolämpöyhtiöille pienemmät investoinnit huipputeholaitoksiin ja vähentäisi fossiilisten polttoaineiden käyttöä huippukäytön aikoina.

Kaukolämpötoimijat uskovat, että tuotantotavat monipuolistuvat tulevaisuudessa ja kaukolämpöverkkoon saadaan pieniä paikallisia tuottajia. Kuluttaja nähdään myös mahdollisena tuottajana. Tulevaisuuden kaukolämpöverkko on näiden kuluttaja-tuottajien yhteisö, jossa lämpöä jaetaan tarpeen mukaan. Osa kaukolämpötoimijoista visioi, että saattaa tulla esimerkiksi asuinalueita, jotka perustavat oman verkkonsa. Jo nyt moni asiakas on valinnut hybridiratkaisun, esimerkiksi poistoilmalämpöpumpun kaukolämmitettyyn kiinteistöön. Tällaisten kaukolämpöyhtiöiden kanssa tehtävien räätälöityjen ratkaisujen yleistyessä, asiakas on yhä keskeisemmässä roolissa kaukolämpöverkon kehityksessä.

Sana lämpöyhtiö saattaa tulevaisuudessa olla historiaa ja aletaan puhua olosuhdepalveluja tuottavasta yrityksestä.

Kiinteistöjen lämpöenergiankulutus pienenee rakennuskannan uudistuessa, ja varsinkin muuttotappiokunnissa kaukolämpöasiakkaiden määrä vähenee. Moni yhtiö on jo kehittänyt ja aikoo vastaisuudessa kehittää lisäpalveluita lämmönmyynnin rinnalle, asiakasta esimerkiksi autetaan löytämään hänelle toimivin energiaratkaisu ja energiansäästökohteet. Asiakkaat vaativat tulevaisuudessa sisäolosuhteita ja mukavuutta asumiseensa. Moni keskusteluun osallistuneista kaukolämpötoimijoista näkikin, että sana lämpöyhtiö saattaa tulevaisuudessa olla historiaa ja aletaan puhua olosuhdepalveluja tuottavasta yrityksestä.

Lue lisää: VTT Impulssi – Asuinmukavuus ja energiatehokkuus mahtuvat samaan kotiin

heidi_saastamoinen


Heidi Saastamoinen

Research Scientist
heidi.saastamoinen(a)vtt.fi

 

 

satu_paiho
Satu Paiho
Senior Scientist
satu.paiho(a)vtt.fi

Kaukolämmitys on merkittävien muutosten edessä

Moni meistä asuu kaukolämmitetyssä asunnossa. Arjessa ei välttämättä tule ajatelleeksi, miten vaivattomasti asunto lämpiää; lämpökatkot ovat harvinaisia ja lyhytkestoisia eivätkä juurikaan vaikuta mukavuuteen. Lämmityksestä muistuttavat vain radiaattorit ja termostaattiset patteriventtiilit, joihin ei välttämättä tarvitse edes koskea miellyttävän sisälämpötilan ylläpitämiseksi. Lähivuosina kaukolämmitys on kuitenkin merkittävien muutosten edessä.

satu_rinat

Kaukolämmityksellä on pitkä historia. Maailmalla ensimmäiset järjestelmät toteutettiin jo 1800-luvun lopussa. Suomessa esimerkiksi Helsingissä ja Espoossa kaukolämmön jakelu alkoi 1950-luvulla. Vielä tänäänkin suurin osa kaukolämmöstä tuotetaan joko lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitoksissa tai erillisissä lämpökeskuksissa. Kehitys kulkee kuitenkin nykyisestä kolmannen sukupolven kaukolämmityksestä kohti neljännen sukupolven kaukolämmitysjärjestelmää. Pitkäaikaisena trendinä on ollut, että siirryttäessä kaukolämmön seuraavaan sukupolveen samalla kaukolämmityksen energiatehokkuus on parantunut ja veden lämpötilatasot ovat madaltuneet.

Kaukolämpöä tuotetaan yhä enemmän uusiutuvista energialähteistä ja erilaisista hukka- ja jätelämmöistä, jotka muuten jäisivät hyödyntämättä. Esimerkiksi viime aikoina on rakennettu monia datakeskuksia, joiden konesalit tuottavat paljon lämpöä. Tällaista hukkalämpöä on jo alettu hyödyntää kaukolämmönlähteenä. EFEU-tutkimushankkeen esimerkkilaskelmissa hiilidioksidipäästöt pienenivät puoleen, kun viidennes tarkastelualueen kaukolämmityksestä tuotettiin datakeskuksen hukkalämmöllä.

Kohti muuttuvia markkinoita

Myös kaukolämpömarkkinat muuttuvat. Avoimella kaksisuuntaisella kaukolämpöverkolla tarkoitetaan kaukolämpöverkkoa, joka sekä jakaa kaukolämpöä kuluttajille että mahdollistaa sen, että asiakkaat tai erilliset lämmöntuottajat voivat myydä verkkoon ylijäämälämpöä tai muuten tuottamaansa kaukolämpöä. Tällöin esimerkiksi aurinkolämmön tai suurten maalämpöpumppujen osuus kaukolämmön tuotannosta voi nousta merkittävästikin. EFEU-projektissa havaittiin, että kun aurinkolämpöä ja maalämpöä lisättiin eniten kahdenkymmenen vuoden tarkastelujaksolla, keskitetysti tuotetun lämmöntarve pieneni 34 % samassa ajassa.

Avoimessa kaukolämmityksen tuotantorakenteessa myös toimijat muuttuvat. Jonkun täytyy ottaa vastuu lämpökaupasta ja siihen liittyvästä tuotannon ja kysynnän hallinnasta. On ratkaistava, millä ehdoilla ja  teknisillä ratkaisuilla kauppa on mahdollista, miten huippukulutustarve katetaan kaikissa olosuhteissa ja miten investoinnit toteutetaan.

Kaukolämpöveden lämpötilatasojen laskiessa kotien lämmitysjärjestelmiä on tarpeen päivittää. Uusimmat järjestelmät ovat ns. matalalämpöjärjestelmiä, jolloin esim. radiaattorit ovat nykyistä suurempia. Muutokset voidaan toteuttaa muun peruskorjauksen yhteydessä, jolloin ne tulevat halvemmiksi kuin erikseen tehtyinä. Silloin talon lämmitysjakelujärjestelmä olisi valmis joko omalle uusiutuvalle järjestelmälle tai uudelle verkolle – hyvä, kun on vapaus valita.

Tulevaisuudessa verkko-operaattori saattaa myös kannustaa asiakkaita (esim. tariffeilla) mahdollistamaan valmiuden liittyä matalalämpötilaverkkoon. Verkonhaltijan kannalta verkon lämpötilan pienentäminen avaa verkolle uusia markkinoita, kuten mahdollisuuden ostaa ja hyödyntää halpaa jätelämpöä. Lisäksi verkkoon voivat palata tai liittyä ”vanhan kaukolämpöverkon” alueella sijaitsevat aikaisemmin verkosta eronneet energiakorjatut talot ja uudet talot, joissa on oma lämmitystuotanto, ja jotka eivät olleet kytkettyinä verkkoon. Käytännössä talojärjestelmien muutokset tapahtuvat kuitenkin vaiheittain ja alkuun näkyvät vain uusilla kaukolämpöalueilla.

EFEU-tutkimushanke

Energiajärjestelmäskenaariot toteutettiin CLIC Innovation Oy:n koordinoimassa Energian tehokas käyttö (EFEU) -tutkimusohjelmassa. Skenaarioissa tutkittiin aurinkolämmön ja maalämpöpumppujen lisäämisen, teollisen jätelämmön hyödyntämisen sekä maltillisen kuluttajalämmöntuottajan energia- ja päästövaikutuksia. Näitä vaihtoehtoja tarkasteltiin tapaustutkimuksena Keski-Uudenmaan kaukolämpöverkossa.

Julkaisu ”Tulevaisuuden energiatehokkaiden alueellisten energiajärjestelmien näkymiä” englanniksi ”Visions for future energy efficient district energy systems” sähköisesti: http://www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2016/T277.pdf

Raportti kuvaa tulevaisuuden energiajärjestelmien visioita ja kaukolämpöön liittyvien järjestelmien nykytilaa Suomessa. Julkaisussa kuvataan tulevaisuuden liiketoimintaan ja palveluihin liittyviä haasteita ja tarpeita sekä skenaarioita.

Satu Paiho, erikoistutkija

Rinat Abdurafikov, tutkija

Major changes ahead for district heating

Many of us live in apartments that are warmed by district heating. In our daily lives, it doesn’t necessarily occur to us how effortlessly our apartments are warmed and that breaks in heating are rare, brief and barely affect our comfort. Radiators and thermostatic radiator valves, which we don’t even need to touch to maintain a pleasant indoor temperature, are all that remind us of heating. However, district heating will most likely undergo major changes over the next decade.

satu_rinat

District heating has a long history. The world’s first systems were implemented at the end of the 1800s. In Finland, the distribution of district heating began in places such as Helsinki and Espoo in the 1950s. Most district heating is still produced by either combined heat and power plants, or separate heating plants. However, the trend is shifting from the current third-generation district heating towards fourth-generation district heating systems. The long-term trend has seen improvements in the energy efficiency of district heating and a fall in water temperature levels during the transition to the next generation.

District heating is more and more often being produced from renewable energy sources and various types of waste heat, which would otherwise remain unused. For example, several data centres have recently been built whose facilities generate a great deal of heat. Waste heat of this kind is already being used as a source of district heating. In the sample calculations for the EFEU research project, carbon dioxide emissions were reduced by half, while a fifth of the district heating produced for the studied area comprised waste heat from the data centre.

Towards changing markets

The district heating markets are also changing. An open, two-way district heating network means one that both distributes district heating to consumers and enables customers or individual heat producers to sell their surplus or other generated heat to the network. This could mean a major increase in the share of, say, solar power or large thermal heat pumps in district heat production. In the EFEU project, it was observed that, since solar and geothermal heat saw the biggest increase during the twenty-year study period, the need for centrally produced heat fell by 34%.

In an open district heating production structure, the operators will also change. Someone must take responsibility for the trade in heat and the related production and demand management. It must be decided under what terms and with what technical solutions trade can be made possible, how demand during peak consumption can be met in all circumstances and how investments will be made.

As the temperature levels of district heating water fall, household heating systems will have to be upgraded. The latest systems are so-called low-temperature systems, whose radiators – for example – are bigger than the current ones. Changes can be implemented during other renovations, which makes them cheaper than when done separately. A building’s heating distribution system would then be ready for either the person’s own renewable energy system, or for the new network – freedom to choose is a blessing.

In the future, network operators may also encourage customers (by using tariffs, for example) to prepare for connection to a low-temperature network. For network operators, lowering the network temperature will open up new markets, such as the possibility to buy and utilise cheap waste heat. In addition, energy-renovated buildings previously disconnected from the network in an ‘old district heating network’ area could reconnect, or new buildings with their own heat production could be connected for the first time. In practice, however, changes in buildings’ systems will occur in stages and only in new district heating areas to begin with.

EFEU research project

Energy system scenarios were created via the Efficient Energy Use (EFEU) programme coordinated by CLIC Innovation Ltd. The scenarios involved research on increasing the use of solar heat and geothermal heat pumps, industrial waste heat recovery, and the impact on energy and emissions of small-scale producers selling heat to consumers. These options were explored in a case study of the Central Uusimaa district heating network.

The publication, ”Visions for future energy efficient district energy systems”, is available online at: http://www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2016/T277.pdf

The report sets out visions of the energy systems of the future and the current status of systems connectible to district heating in Finland. The publication describes the challenges, needs and scenarios related to future business activities and services.

Satu Paiho, Senior Scientist

Rinat Abdurafikov, Research Scientist

Local energy systems have a host of advantages

By the end of 2020, all new buildings must be almost zero-energy. This means buildings that consume very little energy. In addition, the energy required should be renewable as far as possible. Where this renewable energy would best and most sensibly produced is up for grabs. If the energy is produced locally to fulfil, say, the needs of entire neighbourhoods, huge benefits can be reaped without placing unreasonable demands on single buildings.

A range of zero energy solutions have been proposed and analysed by the international scientific literature, but few have been implemented. In my opinion challenges in implementation, such as high costs or complex system solutions, may be the reason for this. The more systems there are, the more demanding their use and maintenance is. Such barriers are lowered if zero-energy areas replace zero-energy buildings.

Local renewable energy sources can be chosen in order to improve an area’s energy self-sufficiency and emission reduction. In densely built areas, it makes sense to design buildings that serve as an effective part of the local energy system. For example, solar energy systems can be placed optimally with respect to the entire area, to avoid shade due to differences in altitude, or to trees or other buildings. In Germany, solar thermal collectors intended for residential heating are installed e.g. as roadside sound barriers and roofs for parking facilities.

Sweden, Denmark, Germany and Canada implemented local, solar thermal systems combined with district heating and seasonal storage years ago. Pilots for the seasonal thermal energy storage (STES) of solar energy on a local basis are few and far between in Finland, despite demonstrations by international studies that the utilisation level of solar energy can exceed 50% of the annual local heat requirement in similar climate zones. STES can also be enhanced through the more effective use of a variety of waste heat solutions, such as excess heat from data centres.

Greater use could be made of local renewable energy, waste heat and heat storage if district heating networks were opened out to a range of heat producers. This has been done in Stockholm. New players and competition thereby enter the heat production market. At the same time, energy flows can be recycled and local energy efficiency improves.

A recently completed study by VTT presents options for heat and power generation based on local energy systems. Energy needs and ‑production on Vartiosaari in Helsinki were explored as a case area. The project studied the impact of introducing solar thermal energy on local self-sufficiency and emissions from heating energy, if excess solar heat in the summer is stored using BTES (borehole thermal energy storage) or tank-based storage for use in the winter. Around 60% self-sufficiency in heat production would have been achieved in the cases studied. In addition, carbon dioxide emissions could be reduced by around 50%, and sulphur dioxide and particulate emissions by up to 70%.

Satu Paiho

Senior Scientist

Read the publication “Paikallista energiaa asuinalueella – Esimerkkinä Helsingin Vartiosaari” online.