Lämpöenergian varastointi, hybridilämmitysjärjestelmät ja matalalämpöenergia osana energiamurrosta

Abstract

Opinnäytetyössä käsitellään teoreettisesti lämpöenergian varastointiin, matalalämpöenergiaan ja hybridilämmitysjärjestelmiin kohdistuvia mahdollisuuksia. Työ toimii esiselvityksenä Metsä, ympäristö ja energia -vahvuusalan Hukkaveks-hankkeelle ja osittain myös tuleville hankkeille. Tavoitteena oli selvittää matalalämpöenergia hyödyntämistä eri kokoluokissa sekä matalalämpöenergiaan, lämmön varastointiin ja hybridilämmitysjärjestelmiin liittyvien innovaatioiden toimintaa ja käyttölaajuutta. Lisäksi tarkasteltiin lämpöenergian kuluttajan ja tuottajan tulevaisuuden vuorovaikutusta. Osana opinnäytetyötä suoritettiin Kymenlaaksossa sijaitsevalle omakotitalolle lämpöenergian kulutuslaskelma, jonka perusteella tarkasteltiin soveltuvia lämmitysjärjestelmävaihtoehtoja opinnäytetyön pääaiheisiin liittyvän teorian avulla.

Keskeisimmät lähteet perustuivat aiempien tutkimusten ja suunnitteilla olevien ja toteutuneiden hankkeiden tarkasteluun ja vertailuun. Esimerkinomaisesti tarkasteltavan omakotitalon lämpöenergian kulutus selvitettiin aikaisempien vuosien polttoainekulutuksen ja kulutetun käyttöveden perusteella.

Matalalämpöenergian ja lämmön varastoinnin havaittiin olevan vahvasti yhteydessä toisiinsa. Lämpöenergian varastoinnin ihannelämpötila vastaa matalalämpöenergian lämpötila-aluetta. Suomessa potentiaalisia lämpövarastoja ovat luolalämpövarastot. Lämpöpumput nousivat ylivoimaisina esille matalalämpöenergian tehokkaassa hyödyntämisessä. Matalalämpöverkot yhdistettyinä lämpöpumppuihin tulevat tarjoamaan energiatehokkaamman kaukolämpöverkon. Hybridilämmityksestä havaittiin, että tekniikka soveltuu saneerauskohteisiin. Hybridikattilat tarjoavat todella korkean hyötysuhteen. Esimerkinomaisesti tarkasteltavan omakotitalon lämpöenergian kulutuksen perusteella lämmitysjärjestelmävaihtoehdoille lasketut takaisinmaksuajat nousivat korkeiksi. Esiselvitys tarjoaa keinon tarkastella optimaalisia ja olemassa olevia vaihtoehtoja tulevissa hankkeissa ja TKI-toiminnassa. Opinnäytetyön eteneminen ja saavutetut tulokset vastaavat tavoitteita.

This thesis examines the potential of thermal energy storages, low-temperature energy, and hybrid heating systems on a theoretical basis. The thesis serves as a preliminary study for Hukkaveks project within a more extensive framework of forestry, environmental and energy engineering. The main objective was to examine the use of low-temperature energy on different scales and investigate the potential in innovations related to thermal energy storages and hybrid heating systems. In addition, the interaction in the future between a heat energy consumer and a producer was examined. As part of this study, heat energy calculations were made for a detached house located in Kymenlaakso. The results were used to examine heating system alternatives with reference to the conceptual basis of the thesis.

The main sources were based on previously done research, and the review and comparison of completed and planned projects. The heat energy consumption of the detached house under consideration was calculated based on the fuel and domestic water consumption of previous years.

Based on this study, thermal energy storages and the use of low-temperature energy seem to be strongly related. The ideal temperature of storing thermal energy correspond to the temperature range of low-temperature energy. Cavern thermal energy storages appear to be among the most potential thermal energy storages in Finland. Heat pumps proved superior in the efficient utilization of low-temperature energy. It seems reasonable to suggest that low-temperature district heat combined with heat pumps will facilitate more energy efficient district heating networks. It was also observed that hybrid heating systems are the most suitable option for older buildings under reconstruction, and hybrid boilers can produce energy with high efficiency. The heat energy consumption of the detached house under consideration was used to calculate payback times for various heating system alternatives. The study suggests that all suitable alternatives have long payback times. This preliminary study offers means to examine optimal and existing alternatives for upcoming initiatives and RDI activities.