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

Energiaomavarainen kaupunki vaatii radikaaleja ratkaisuja

Tampereella tehdään jo tulevaisuuden kaupunkirakentamisen mallialuetta, vaikka uudisrakentaminen käynnistyy varsinaisesti vasta vuonna 2020. Kysymyksessä on 25 000 asukkaan Hiedanranta. Kaupunki on kutsunut Hiedanrantaan yrityksiä kokeilemaan ja kehittämään uutta liiketoimintaa, joille tunnusomaista ovat digitaalisuus, kestävyys, kiertotalous, energia tai ravinnontuotanto. Tavoitteena on saada alueelle 10 000 tulevaisuuden työpaikkaa. Energiaa alueen tulisi tuottaa yli oman tarpeen. Hiedanrannan kehitysohjelma on osa Smart Tampere -ohjelmaa.

Hiedanranta 4D Voimala -visiossa luovutaan kokonaan fossiilisista polttoaineista (Dekarbonisaatio) ja kiihdytetään energiatoimialan liiketoimintaympäristön uudistumista (Disruptio). Hajautetussa energiatuotannossa (Desentralisaatio) hyödynnetään aurinkoenergaa ja geotermistä energiaa sekä kierrätetään hukkalämpö ja biomateriaalit pienCHP-ratkaisuilla ja polttokennoilla. Kysyntäjousto ja erilaiset energiavarastot ovat tärkeä energiaälykästä rakentamista ja Hiedanrannan energiajärjestelmää. Siirtyminen keskitetyistä hajautettuihin ratkaisuihin vaatii reaaliaikaisuuteen perustuvia liiketoimintaprosesseja ja palveluja (Digitalisaatio).

Vainio_graafi

4D-VOIMALAN RADIKAALIT ELEMENTIT

  • Hiedanrannan Energiainnovaatiokeskus on keskeinen toimija 4D Voimalan ekosysteemien ja toimintamallien kehittämisessä.
  • Kilpailulle avoin infrastruktuuri mahdollistaa kaikkien energiavirtojen kaksisuuntaisuuden ja hajautetun ja holistisen energian tuotannon.
  • Ravintokierto osana energiajärjestelmää tuottaa kaupunkiympäristöön aivan uusia lähienergian-lähteitä, jotka integroidaan Hiedanrannan energiajärjestelmään.
  • Paikalliset sähköiset kauppapaikat ovat alusta kaupankäynnille paikallisten toimijoiden kesken. Kauppapaikat muodostavat valtakunnallisiin energiamarkkinoihin verrattavissa olevan ”mikroympäristön”. Energiayhteisö tai -osuuskunta on todennäköinen sidosryhmä tulevaisuuden energialiike-toiminnassa.
  • Ennustava reaaliaikainen energianhallinta kattaa kulutuksen ja tuotannon tarkan ennustamisen sekä koko energiainfrastuktuurin (tuotanto, jakelu, kuormat, kysyntäjousto, energian varastointi) ennustavan ohjauksen. Uusia teknologioita otetaan käyttöön tulevaisuuden liiketoimintaprosessien toteutuksessa – esim. lohkoketkut (Block Chains) ja tekoäly (AI).
  • Holistinen energiantuotanto hyödyntää kaikki paikalliset energialähteet huomioiden myös liitynnät ulkoisiin energiajärjestelmiin, energian talteenoton ja varastoinnin sekä kysyntäjouston (”virtuaali-voimalaitos”). Ennustava reaaliaikainen energiahallinta on tämän mahdollistaja.
  • Energiaälykäs rakennus on reaaliaikaisessa vuorovaikutuksessa sekä energiajärjestelmän että käyttäjien kanssa. Rakennus tai rakennusryhmät ovat siis kiinteä osa energiajärjestelmää – energian tuotantoa, jakelua, varastointia, ohjattavia kuormia ja energian kulutusta. Hiedanrannassa panostetaan alueellisiin ja rakennusryhmäkohtaisiin energiaratkaisuihin.

Hiedanranta 4D Voimala kuvaa tulevaisuuden toimintaympäristön, jossa kaikkien toimijoiden on oltava valmiita uudistamaan tuote- ja palveluportfolioita sekä liiketoimintamalleja. Energiatoimialan vireillä olevat EU direktiivit tulevat osaltaan edistämään 4D Voimalan toteutumista. Kaupungin organisaatioilta uudentyyppisen kaupungin rakentaminen vaatii tiivistä yhteistyötä energiainfrastruktuurin toteuttajien kanssa sekä tiedon ja osaamisen jakamista kotimaisten ja kansainvälisten kärkihankkeiden kanssa.

Hiedanranta 4D Voimalaa ovat olleet ideoimassa Tampereen kaupungin ja Tampereen Sähkölaitoksen kanssa VTT, Tampereen teknillinen yliopisto ja Tulevaisuuden tutkimuskeskus.

 

Markku Tuovinen
Markku Tuovinen
Senior Scientist, VTT
markku.tuovinen(a)vtt.fi
@TuovinenMarkku

 

 

Vainio
Terttu Vainio
Senior Scientist, VTT
terttu.vainio(a)vtt.fi

Joustavaa energiankulutusta on hyödynnettävä tehokkaammin osana energiajärjestelmää − kuluttajan tarpeet huomioiden

Kysyntäjousto vaikuttaa konseptina järkevältä sekä kuluttajan että energiayhtiön näkökulmasta. Kuluttajalle tarjolla on hyötyjä niin asuinmukavuuden, lompakon kuin ympäristönkin kannalta. Myös tekniset lähtökohdat, kuten älykäs energianmittaus ja kotiautomaatio ovat Suomessa kunnossa. Silti kysyntäjouston tarjoamaa potentiaalia ei vielä täysimittaisesti hyödynnetä – mistä kiikastaa? Ratkaisua tähän on lähdetty hakemaan VTT:n DyRES-projektissa (Dynamic platform for demand REsponse), josta kerroimme edellisessä kirjoituksessamme kuluttajan näkökulmasta.

Kysyntäjousto mukaan jo uuden alueen suunnitteluvaiheessa

Kysyntäjoustokokeiluista on jo lukuisia esimerkkejä, jotka tyypillisesti keskittyvät joko sähkön tai lämmön kysyntäjoustoon, kuten sähkökattiloiden kaltaisiin yksittäisiin laitteisiin tai huonekohtaiseen lämpötilan säätöön. Vastaavanlainen vaiheittainen syntyhistoria on ollut havaittavissa taajamakehityksessä, missä erilaiset seikat, kuten tekniset valmiudet, kustannusrakenne, suljetumpi energiakauppa, lainsäädäntö ja ympäristöasioiden pienempi painoarvo ovat aiemmin sanelleet alueiden muodostamista.

Entä jos uudet asuinalueet suunniteltaisiinkin kokonaisina alueina jo alkumetreiltä lähtien sen sijaan, että aluetta rakennetaan matkan varrella pirstaleisina palasina? Se on rakennustekniikan osalta jo nykypäivää, mutta onko energianhallinnassa vielä kehitettävää? Yksi kirjoittajia lähellä oleva esimerkki on Suomen suurimmaksi liikunnan ja hyvinvoinnin keskittymäksi rakentuva Jyväskylän Hippos, jossa vuoden vaihteessa arvioimme yhdessä Jyväskylän Energian kanssa alueen sähkön kysyntäjoustopotentiaalia. Simulointitulokset osoittivat, että jo yksistään sähkön kysyntäjoustoa hyödyntämällä alueella voitaisiin saavuttaa noin 15 prosentin säästö energiakustannuksissa.

Hippos

Jyväskylään suunniteltavassa Hippoksen alueessa yhdistyvät merkittävä energiankulutus, asuminen ja liikenne.

Vaikka kyseisen tarkastelun keskiössä oli vain sähkön kulutus, tulevaisuuden energiajärjestelmä sisältää huomattavasti nykyistä enemmän joustavia elementtejä. Tällöin tarkasteluja on luonnollista laajentaa sähkön lisäksi lämpöön sekä sähköautojen yleistyessä myös liikenteeseen, jolloin myös saavutettavat hyödyt kasvavat. Aluesuunnittelu mahdollistaa eri toimijoiden väliset vuorovaikutukset – kuinka toisen ylijäämä saatetaan yhteen toisen alijäämän kanssa.

Mallinnuksella uutta tietoa kysyntäjoustosta

Kysyntäjoustoon vaikuttavat ulkoiset ja muuttuvat reunaehdot ja tekijät, kuten energiamarkkinoiden toiminta, lainsäädäntö, integroidut energialähteet ja kuluttajien mahdollisuus joustaa ovat voimakkaasti dynaamisia ja vuorovaikutteisia. Kaiken tämän tiedon reaaliaikainen hyödyntäminen ilman tehokasta työkalua on lähes mahdotonta, minkä vuoksi VTT on kehittänyt DyRES-laskentapohjan mahdollistamaan alueellisen ratkaisun suunnittelun ja käytön optimaalisella tavalla.

Laskentapohjan mittavimman työn tekee Apros, jonka käyttökohteet ovat viime vuosina laajentuneet perinteisistä voimalaitos- ja ydinvoimaprosesseista yhä kattavammin uusiutuvaan energiaan ja järjestelmätarkasteluihin. Sisäänrakennetun dynamiikan lisäksi ohjelmisto mahdollistaa tuotannon ja kulutuksen tarkan mallintamisen. Aprosin dynaamista mallia ohjataan optimointiohjelman avulla, jonka roolin Leanheatin toimitusjohtaja Jukka Aho tiivisti toukokuun alussa pidetyssä Fortum Digitalist Energy Forumissa osuvasti: miksi ihmisen tulisi kilpailla tietokonetta vastaan ja päättää mikä on paras algoritmi?

 Lukuisat muuttujat muodostavat monimutkaisen kokonaisuuden, joka vaatii DyRESin kaltaisen dynaamisen laskennan ja optimoinnin yhdistävän laskentapohjan.

Yhdistämällä kaksi erilaista laskentatapaa, dynaaminen laskenta ja optimointi, käytännön kysymyksiin voidaan vastata oleellisesti tarkemmin kuin nykyisillä valmiilla työkaluilla. Myös tutkimuksissa on suosittu itserakennettuja malleja (Neves et al. 2016), joissa yksi lähestymistapa on agenttipohjainen mallintaminen. Tämän periaatteen mukaisesti DyRESin laskentapohjassa laitteita sisältävien kotitalouksien muodostamaa kokonaisuutta mallinnetaan yksittäisten itsenäisiä päätöksiä tekevien kuluttajien kautta.

DyRES-laskentapohja

DyRES-laskentapohja huomioi niin toimintaympäristön, kuten lainsäädännön, energiamarkkinat ja sääolosuhteet, kuluttajan käyttäytymisen ja joustomahdollisuudet, kasvavan pientuotannon, ja rakennusten ominaisuudet sekä elinkaaren.

Simuloinnista käytäntöön − Kuluttaja keskiössä uusia ratkaisuja suunniteltaessa

VTT oli mukana Energiatehokkuus 2.0 rakentamisessa -seminaarissa 22.5.2017 Heurekassa. Tilaisuudessa kuultiin esimerkiksi Salusfinin ja S-Voiman kokemuksia kysyntäjouston toteutuksesta. Mutta mikä tärkeintä, läsnä oli kattavasti eri tahoja, joita tarvitaan viemään kysyntäjousto ja yleensäkin älykkäät ratkaisut paperilta käytäntöön yhä laajemmassa mittakaavassa. Tähän tarvitaan niin tutkijaa, rakentajaa, talotekniikan ammattilaista sekä ohjauskeinoja.  Seminaarin laajalta osallistujakunnalta tiedusteltiin, mitä keinoja tarvitaan uuden kotiautomaation käyttöönottoon – jollekin voi tulla yllätyksenä, että teknisten menetelmien sijaan tärkeimpänä pidettiin kuluttajalle suunnatun koulutuksen ja viestinnän lisäämistä.

Seminaarin kyselyn tulokset

Tärkeimpänä keinona edistää kysyntäjouston hyödyntämistä seminaariin osallistujat pitivät koulutusta ja viestintää. Myös rakentamismääräyksiin vaikuttaminen ja sähkön siirron tehopohjaiset maksut keräsivät kannatusta.

Kyselyn tulokset kertovat kokonaisuuden hahmottamisen tärkeydestä: kysyntäjousto yksin ja tekniikkana ei ole itseisarvo, vaan sen arvo syntyy osana energiajärjestelmää ja kun se tuottaa käyttäjälleen lisäarvoa. Tämän takia DyRES-laskentapohja ei keskity yksistään kysyntäjoustoon, vaan yhdistää sen hajautettuun tuotantoon osana energiamarkkinoita niin rakennus- kuin aluetasollakin. Jotta työkalun koko potentiaali voidaan hyödyntää, on muistettava kuluttajan tarpeet. Hyvänä esimerkkinä toimii VTT:llä aiemmin kehitetty Human Thermal Model (HTM) -menetelmä, jolla arvioidaan eri käyttäjäryhmien yksilöllisiä lämpöaistimuksia ja jonka tuottamaa tietoa voidaan hyödyntää myös DyRES-alustassa. Jos kuluttajan asuinmukavuus paranee samalla kun leikataan esimerkiksi energiantuotannon huipputehoja, kysyntäjoustoon osallistuminen on kuluttajalle mielekästä myös pitkällä tähtäimellä. Jotta kysyntäjousto tapahtuisi automatisoidusti kuormittamatta asukasta, sen täytyy olla asunnon ns. sisäänrakennettu ominaisuus. Tekniikasta ja sen toimituksesta asiakkaalle on tehtävä yksinkertaista, jonka jälkeen sen käyttö lisääntyy ihmisten tietoisuutta lisäämällä.

Toteutus

Kysyntäjouston ja muiden älykkäiden energiaratkaisujen toteuttaminen lähtee tekniikan sijaan kuluttajan tarpeesta, kuten asumismukavuudesta, mikä luo hyvinvointia. Viestintä on avainasemassa, jotta kuluttajan tietoisuus kysyntäjouston hyödyntämisestä ja sen tuomasta lisä-arvosta lisääntyy. Älykkäiden ratkaisujen toimittaminen kuluttajalle integroituna osana kodin energiajärjestelmää mahdollistaa toimintatapojen muutoksen.     

Kysyntäjoustoon kuuluu monta elementtiä − talotekniikka ja automaatio, dynamiikan optimointi, aluesuunnittelu, tekniikan hyödyntäminen kuluttajatasolla − ja nämä kaikki on otettava huomioon kysyntäjouston tarjoaman potentiaalin hyödyntämiseksi. DyRES tarjoaa alustan, joka mahdollistaa eri palojen sovittamisen yhteen.

 Elina Hakkarainen VTT

Elina Hakkarainen, tutkija
Twitter: @e_Hakkarainen

Tomi Thomasson VTT

Tomi Thomasson, tutkija

Mikko Jegoroff VTT

Mikko Jegoroff, tutkija

Visiona tietoliikenteen nollaenergia

Voisivatko tietoliikenteessä käytettävät tekniset ratkaisut kehittyä niin, että meillä olisi joskus käytössä 0-energiatietoliikenne? Asiakaspäällikkö Tapio Rauma käy käsiksi kysymykseen.

Tapio Rauma VTT

Sähköisen tietoliikenteen historia on pitkä, mutta vielä riittää insinööreillä kehittämistä.

Ensimmäisistä lennättimen versioista kului kymmeniä vuosia ensimmäiseen puhelinkeskusteluun, jossa puhelimen keksijä Graham Bell lausui kuuluisat sanat ”Mister Watson, come here, I need you” apulaiselleen Thomas Watsonille.

Nyt näyttää siltä, että hädin tuskin ehditään ottaa käyttöön 4G, ennen kuin 5G jo työntyy katukuvaan. Vajaan kymmenen analogisen ja digitaalisen puhelinjärjestelmän kehityskulkuun on kulunut likimain sama aika kuin lennättimestä ensimmäiseen puheluun. Samaan aikaan tiedonsiirto on siirtynyt yhä enemmän langassa kulkevasta sähkömagneettisesta säteilystä langattomaksi ilmassa siirrettäväksi radioliikenteeksi.

Langaton tietoliikenne ei lopulta ole langatonta. Jopa taskussa kulkeva mobiililaite toimii vain rajoitetun ajan itsenäisesti, ja se täytyy lataamisen vuoksi kytkeä tunneiksi sähköverkkoon säännöllisin väliajoin. Se siitä langattomuudesta.

Tukiasema, johon mobiililaite ottaa radioteitse yhteyttä, toimii myös sähköllä eli on liitetty sähköverkkoon. Tukiasema saattaa jo nykyisin kommunikoida eteenpäin langattomasti, mutta ilman sähköjohtoa se ei toimi. Sähkön merkitys vain kasvaa, kun huomioidaan tukiasemia ja muita verkon komponentteja ohjaamaan tarvittavat järjestelmät.

Taustalla suuret energiamäärät

Tietoliikennejärjestelmien osuutta energiankulutuksessa ja hiilidioksidipäästöjen tuottajana on arvioitu monin tavoin. Yleensä tietoliikenne on tehdyissä arvioissa yhdistetty ICT-järjestelmien kokonaisuuteen, johon se luontevasti liittyykin. ICT-laitteiden hiilijalanjälki on vielä alle 5 % kokonaisuudesta, mutta sen osuus kasvaa koko ajan. Yleisesti uskotaan, että jatkossakin kulutus kaksinkertaistuu noin viiden vuoden sykleissä.

Tällä hetkellä Euroopassa toimivien tietoliikenneverkko-operaattoreiden sähkölasku on noin 20 % kulubudjetista (OPEX). Suomalaisten operaattoreiden vuotuinen kulutus on yli 0,5TWh, mikä vastaa Kemijoen suurimman vesivoimalaitoksen vuosituotantoa ja Loviisassa käytettävän ydinreaktorityypin noin 1,5 kuukauden tuotantoa.

Sitä saa mitä tilaa

Tietoliikenteen vaatimaa energiankulutusta ei oikeasti ole vielä optimoitu. Voimavarat on käytetty tavoiteltujen suurten tiedonsiirtokapasiteettien aikaansaamiseen, ja sen eteen on luonnollisesti tehty kaikki voitava.

Tavoitteiden saavuttamiseksi on tarvittu tehokkaampia moniydinprosessoreilla varustettuja laskentakomponentteja, ja ne on vieläpä sijoitettu yhä pienempiin koteloihin. Seurauksena on suurempi energiankulutus ja lämpenemisongelmien vuoksi suurempia sähköä kuluttavia jäähdytystarpeita. Lisäksi aiempaa korkeampien taajuuksien käyttöönotto edellyttää tiheämpää tukiasemaverkkoa, jolloin sähköä kuluttavien tukiasemien määrä kasvaa.

Mistä apua vaivaan?

Kymmeniä vuosia sitten rakennusteollisuudessa oli tilanne, jossa aikansa teknologialla hyvin rakennettu omakotitalo kulutti nykymittapuun mukaan huomattavasti energiaa lämmitykseen. Materiaaleja parantamalla, säätelyn kautta puuttumalla ja ennen kaikkea ihmisten energiatietoisuuden kasvamisen seurauksena nykyisin voidaan normaalikeinoin rakentaa hyvin vähän energiaa kuluttava rakennus. Jos asiaan panostetaan vielä enemmän, saattaa rakennus jopa tuottaa energiaa. Kyseessä on tuolloin +-energiarakennus.

Rakennusten muuttuminen +-energisiksi on tapahtunut useiden teknisten parannusten ja apuvälineiden myötä. Sellaisia ovat esimerkiksi ikkunoiden kehittyminen, eristyksien laadullinen ja määrällinen lisääminen, lämmitysteknologioiden hyötysuhteen parantaminen, lämpöpumpputeknologian käyttöönotto ja lisäksi erilaisten talokohtaisten uusien energialähteiden, kuten auringon ja tuulen, hyödyntäminen.

Mutta voisivatko tietoliikenteessä käytettävät tekniset ratkaisut kehittyä niin, että meillä olisi joskus käytössä 0-energiatietoliikenne? Vastaus on tietysti kyllä. Esimerkiksi laitteiden energiankulutusta voidaan pienentää nykyistä vähemmän energiaa kuluttavalla elektroniikalla. Kehittynyt akkuteknologia yhdessä energian harvestoinnin (aurinko, tuuli, värähtelyt, jne.) auttaa kohti sähkölangatonta tietoliikennettä. Laitteissa käytettäviä ohjelmistoja ei ole optimoitu juurin lainkaan. Lisääntyneeseen jäähdytystarpeeseen on reagoitu rakentamalla aiempaa parempia jäähdyttimiä.

0-energiatietoliikenne täytyy käsittää tilanteeksi, jossa tietoliikennelaitteet toimivat energian näkökulmasta optimaalisesti ja kykenevät toimimaan huomattavan pitkiä aikoja ilman ulkoista energialähdettä. Termi energia-autonominen laite tulee yhä tutummaksi. Kehitystyötä on monella suunnalla jo nyt käynnissä.

J. F. Kennedyn kuuluisaa kuumatkaan liittyvää puhetta erittäin vapaasti lainaten: ”Emme me tutki tätä siksi, että se on helppoa. Me tutkimme tätä siksi, kun se on erittäin vaikeaa. Tämä on niin suuri haaste, että se kelpaa meille.”

Tapio Rauma, asiakaspäällikkö
Twitter: @TapioRauma

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

Teemana energia: Esineiden internetin maailma tulee kotiin

VTT järjesti 13.9.2016 Kasvua energiamurroksesta -seminaarin Helsingissä. Tilaisuudessa esiteltiin VTT:n laaja-alaista osaamista energiasektorilla – tutkimustuloksia, skenaarioita ja visioita – sekä puitiin yhdessä kumppaneidemme kanssa Suomen energiamurrosta ja kasvunäkymiä. Teemana energia -blogisarja käsittelee seminaarin teemoja tarkemmin.

Kotien energiankäytön tulevaisuudesta on esitetty ja tuotettu monenlaisia visioita. Yksi tunnetuimmista on se, että koti on energiajoustava. Lisäksi koti voi olla energiaomavarainen tai sopivassa tilanteessa jopa tuottaa energiaa muiden käyttöön.

Nykyisin testattavana ja kokeiltavana olevat uudet teknologiat antavat tulevaisuuden kuluttajalle mahdollisuuden erilaisten energiantuottamisen uusien vaihtoehtojen pohtimiseen. Esimerkkinä olkoon kuvassa näkyvä luonnos siitä, millainen tulevaisuuden painettuja ja energiaherkkiä pintoja sisältävä koti voisi olla. Seinien pinnat ja koristeet voivat olla tilanteen mukaan energiaa tuottavia. Niin ikään pöytäliina, koriste seinällä, tapetti tai tietokoneen pinta voivat tuottaa energiaa niihin ympäristöstä tulevasta valosta. Valon suhteen rakentuva asuinympäristön suunnittelu saanee tällaisessa visiossa yhä enemmän jalansijaa.

tuikka_futurehome

Tulevaisuuden koti.

Ympäristön energian keräämisen lisäksi on mahdollista, että koti sisältää älykkyyttä ja kerää tietoa niin ympäristöstä tai omasta toiminnastaan, viestien sitä tietoa pilvipalveluun tai toisille laitteille. Tällöin kulloisenkin sopimuksen mukaan osa kodista tai toimistosta voisi olla valmiiksi sähkösopimuksin neuvotellun jouston kohteena, mutta toimintamahdollisuuksien rajoissa. Energian joustava käyttö riippuu siis tilanteen mukaan tehtävästä määrittelystä.

Kuluttajatieto ja uudet palvelut

Energiajärjestelmien lisäksi myös kodin laitteet voivat kertoa muille laitteille omasta tilastaan ja keskustella keskenään. Tällä hetkellä näyttää siltä, että on muodostumassa alustatalous, jossa ns. esineiden internetissä on erittäin paljon erilaisia toimijoita eri tasoilla. Kaikki kodinkoneiden ja viihde-elektroniikan valmistajat, saunakiukaiden tekijät tai sähkömittarin lukijat vaikuttavat olevan pyrkimässä lähemmäs kuluttajaa. Kuluttajatieto ja sen yhdistäminen muuhun tietoon tuntuu olevan avain uusiin palveluihin. Tiedon yhteyksien puuttuessa energian käytön jouston vaikutusta voi olla vaikea laskea. Suurimmat mahdollisuudet arvioidaan olevan liiketoimintamallien muutoksessa sekä uusissa liiketoimintamahdollisuuksissa. Monenlaisia arvioita löytyy myös siitä, millaisia rahasummia tulevassa esineiden internetin ja alustojen maailmassa pyörii.

Vaikka rahasummia on erittäin vaikea ennustaa, kaiken kaikkiaan muutos on mahdollisuus. Muutoksen elementtejä on tärkeää tunnistaa liiketoiminnan jatkuvuuden varmistamiseksi. Lainsäädäntö ja erilaiset aloitteet, teknologiset murrokset sekä standardit ovat pitkällä aikavälillä toimintaan vaikuttavia tekijöitä.

Esimerkiksi lainsäädännön kautta voidaan määritellä jokin data yhteiskunnalle merkittäväksi ja muuttaa se lainvoimaisesti avoimeksi. Millainen seuraus toiminnalle olisi, jos energiamittareiden tuottama data todetaan yhteiskunnalle tärkeäksi ja avoimeksi? Lainsäädännön seurauksena vältyttäisiin suljetulta systeemiltä ja tieto voitaisiin yhdistää muuhun tietoon lisäarvoa tuottaen. Epäilemättä liiketoiminnallinen seuraus olisi merkittävä. Tällaisia tilanteita on tiedossa toisessa yhteydessä. Erityisesti maksupalveluihin liittyvät palvelut muuttuvat. Uusi maksupalveludirektiivi pakottaa pankit avaamaan omaa tietovarantoaan kolmansille osapuolille. Ulkopuoliset palveluntarjoajat saavat pääsyn pankin maksutapahtumiin. Palveluntarjoajat voivat hoitaa maksuja asiakkaiden puolesta pääosin online- ja mobiilikanavissa. Maksuthan liittyvät oikeastaan kaikkiin palveluihin, ja nyt niin pankit kuin muutkin toimijat ovat kuulolla, mihin palveluihin maksut voidaan liittää. On varsin mahdollista, että tämä muutos liittyy myös energiaratkaisuihin.

Kuluttajan rooli korostuu digitaalisessa yhteiskunnassa. Kuluttajaa kiinnostaa omaan toimintaan liittyvä tieto ja yhä enemmän juuri hänelle määritelty tieto tai tekeminen. Digitaalisuus vie palvelun tuottajaa lähemmäs kuluttajaa, ja mitä paremmin digitaaliset palvelut hyödyttävät kuluttajaa, sitä varmemmin niitä käytetään. Yhtenäinen kuva kodin kulutuksesta ja tuotannosta käyttäen digitaalisia palveluja vapauttaa kuluttajan yhä enemmän toimittajaloukusta. Mitä joustavammin ja helpommin palvelut toimivat kuluttajan näkökulmasta, sitä houkuttelevampia ne ovat. Energiasopimuksen helppo ja selkeä vaihtaminen, ehtojen vertailu ja rahaliikenteen yhdistäminen muihin palveluihin edistävät jo pelkästään kuluttajien tietoisuutta vaihtoehdoista ja liikkuvuutta energiamarkkinoilla.

Kenelle data kuuluu?

Muutoksen tuottavat useat siihen vaikuttavat tekijät tai niiden yhdistelmät, kuten esimerkiksi säätely. Kenelle kuuluu kotoa esineiden internetistä, lampuista, saunankiukaista tai televisioista tuleva data? Aihe on niin tärkeä, että Euroopan komissio on kiinnittänyt asiaan huomiota pohtimalla datan käytön oikeuksia liiketoimintaketjuissa. Toinen vastaavanlainen, mutta pidemmällä oleva, säätely on nimeltään General Data Protection Regulation eli GDPR, joka määrittelee oikeuden oman dataan. Se toteutuu vuonna 2018.

Toiseksi standardit ovat tärkeitä, kun mietitään, millaisia dataan liittyviä yhteyskerroksia tehdään. Aloitteita on useita, ja VTT on mukana useassa standardiorganisaatiossa ja aloitteessa. Kolmanneksi teknologinen murros tuskin on yksistään mahdollinen vaan vaatii sopivaa kohtaa toimintaympäristössä. Lohkoketjutekniikka on uusi tekninen termi, mutta sen ympärille kehittynyt intohimo on näyttänyt leviävän ulos tietotekniikkapiireistä. Termi on tunnetumpi, kun se liitetään virtuaalirahan käsitteeseen ja sanaan bitcoin. Mielenkiintoista tässä on se, että kukaan yksittäinen toimija ei hallitse keskitetysti tietoa. Sanotaan, että avoimuus ja hajauttaminen tekevät lähestymistavasta luotettavaa. Tällä hetkellä esimerkit ovat suuntaa antavia, jossain kohtaa tulee ehkä hetki, jolloin sähkölaite raportoi energiamäärän turvallisesti lohkoketjuun. Visiona voisi olla, että esineiden internet -laitteet voisivat tehdä keskenään sopimuksia ja tehdä energiajoustoon liittyvissä tilanteissa annettujen sääntöjen mukaista kaupankäyntiä.

Tuomo Tuikka, tutkimuspäällikkö
Twitter: @tttuomo