Tasasähkön käyttö kerrostalossa

Abstract

Tässä työssä tutkittiin tasajännitejakelun ja sähköenergian varastoinnin kannattavuutta kerrostalossa toimivassa mikroverkossa. Tutkimuksen taustalla oli kirjoittajan tekemä havainto suurimman osan kodin sähkölaitteiden siirtymisestä käyttämään tasajännitettä (ja -virtaa) vaihtojännitteen sijasta. Opinnäytetyön tavoitteena oli siten tutkia kirjallisuuskatsauksen ja laskelmien avulla, voitaisiinko kerrostalo sähköistää aurinkovoimalalla ja mitä tämä tarkoittaisi verrattuna nykyiseen vaihtojännitteellä toimivaan sähköjärjestelmään. Lisäksi pyrittiin luomaan katsaus tekniikan ja lainsäädännön nykytilaan tasajännitejakelun osalta sekä luonnostella tasajännitteellä toimivan kerrostalon tarvittavia mitoituksia.

Tutkimuksessa havaittiin, että viisikerroksisen kerrostalon (32 asuntoa) kuluttama sähköenergia voitaisiin tuottaa aurinkovoimalalla (5x 55-64 m2 paneelistoa) kohtuullisin kustannuksin verrattuna energianvarastointiratkaisujen kustannuksiin. Voimalan takaisinmaksuajaksi tuli 14-15 vuotta olettaen, että laitteisto kestää koko takaisinmaksuajan. Tutustuminen Tilastokeskuksen laatimiin tilastoihin kerrostaloasuntoyhtiöiden kulurakenteesta paljasti, että sähköenergia muodostaa vain noin viisi prosenttia vuoden 2017 kuluista, mikä ohjaa panostamaan investoinnit esimerkiksi lämmityksen parantamiseen (esim. vaihtoilman lämmöntalteenotto). Lisäksi tutustuttiin, voitaisiinko lohkoketjuteknologiaa käyttää sähkömittareissa asukkaiden käyttötaseen ylläpitämiseen taloyhtiön ryhtyessä jakelemaan sähköä itse asukkailleen.

Tutkimuksen lopputulos oli, että vaikka kerrostalossa kulutettu energia kyetään tuottamaan toukokuusta syyskuun loppuun uusiutuvalla aurinkovoimalalla, niin työssä tutkitut talvikuukausien energiavarastointiteknologiat olivat kirjoitushetkellä liian kalliita (esim. akusto voi maksaa 12 miljoonaa euroa) ja vaativat suuren tilavuuden (viisi kappaletta yli kymmenen metriä pitkää merikonttia) laajamittaiseen hyödyntämiseen. Näin ollen voidaan todeta, ettei nykyteknologialla voida tuottaa kustannustehokkaasti koko vuoden ajan sähköenergian osalta omavaraista kerrostaloa.

In this bachelor’s thesis the technological possibilities and cost-effectiveness of using direct current (DC) distribution in the microgrid of the apartment building and different energy storages were studied. The background of the study was writer’s observation that most of the electronical devices (televisions, lighting) have started to utilize direct current internally instead of alternating current (AC). Therefore, it was investigated based on a literature survey if the electrical energy of the apartment building could be produced with solar power plant and how the electrical distribution system should be modified. In addition, current status of the DC technology and legislation were examined, and some preliminary calculations were conducted to evaluate feasibility of the plant. The research method was conclusions based on literature and calculations.

It was found that the electrical energy consumption of five story apartment building with 32 apartments could be produced with a solar power plant (5x panel area of 55-64 m2) with reasonable costs compared to cost of the energy storage solutions and with payback time of 14-15 years. It is assumed that the plant doesn’t require any expensive maintenance. However, according to the energy consumption in households’ statistics of Statistics Finland (Tilastokeskus) revealed that the electrical energy forms only about five percent share of total cost of living in 2017. Thus, it is likely that investments are targeted towards, for example, enhancing heating (e.g., recovery of the heat in the ventilation air of the apartment building). In addition, it was studied if block chain could be utilized in storing the power consumption information – especially as the housing cooperative acts as distribution company.

It was concluded that even though the electrical energy of the apartment building can be produced from May to the end of September with renewable energy, the energy storage technologies were too expensive (e.g., batteries may cost as much as 12 million euros) and require large volume (five pieces of 12 feet sea containers) to be adopted widely. Therefore, it was concluded that the current state of the art technology cannot provide electrical energy throughout the year for the self-sufficient apartment building.