Vetyä, virtaa Kaakkoon – hukkalämmön hyödyntämispotentiaali
Kiviranta, Paulus; Hyypiä, Jaakko; Keski-Luopa, Mika; Rahiala, Sirpa; Tynjälä, Tero; Inkeri, Eero (2023)
Kiviranta, Paulus
Hyypiä, Jaakko
Keski-Luopa, Mika
Rahiala, Sirpa
Tynjälä, Tero
Inkeri, Eero
Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulu
2023
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-344-569-7
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-344-569-7
Tiivistelmä
Kaakkois-Suomeen suunnitellaan useita vedyntuotanto- tai Power-to-X (PtX) -laitoksia, ja etenkin alueen suuret biogeeniset hiilidioksidipäästöt ovat nousseet erityispiirteeksi. Vety on hyvä energiankantaja, ja se soveltuu käytettäväksi sellaisenaan monilla eri teollisuudenaloilla. Siitä voidaan myös jatkojalostaa esimerkiksi polttoaineita tai kemikaaleja. Sekä EU:ssa että Suomessa on asetettu strategisia tavoitteita vetytaloudelle, erityisesti vihreän vedyn tuotannolle. Vihreän vedyn avulla voidaan vähentää hiilidioksidipäästöjä merkittävästi monilla päästöintensiivisillä aloilla. Vihreää vetyä tuotetaan elektrolyysiprosessissa uusiutuvien energianlähteiden avulla. Elektrolyysiprosessissa noin kolmannes käytetystä sähköenergiasta muuntuu lämmöksi. Tämän sivutuotteen, hukkalämmön, hyödyntäminen voi auttaa vähentämään vihreän vedyn tuotantokustannuksia.
Vetyä, virtaa Kaakkoon – hukkalämmön hyödyntämispotentiaali -hankkeessa selvitettiin vedyn tuotantoon liittyvän hukkalämmön potentiaalia ja siihen liittyviä teknisiä ja taloudellisia näkökulmia Etelä-Karjalassa ja Kymenlaaksossa. Vedyn tuotannon kokoluokkaa Kymenlaakson ja Etelä-Karjalan alueilla tarkasteltiin useasta lähestymisnäkökulmasta. Hankkeessa arvioitiin julkaistujen vetyprojektien kokoluokkaa sekä kartoitettiin alueellisia hiilidioksidipäästöjä, myös pienten biogeenisten hiilidioksidilähteiden osalta. Näiden kartoitusten perusteella voitiin havaita, että alueilla julkaistujen elektrolyyserihankkeiden hukkalämmöntuotanto on pienempää kuin alueellisten kaukolämpöverkkojen lämmön kysyntä. Sitä vastoin hiilidioksidipäästöihin perustuvista hukkalämmön tuotantomääristä havaittiin, että vedyntuotannon hukkalämmön määrät olisivat huomattavasti suuremmat kuin esimerkiksi alueen kaukolämpöverkkojen lämmöntarve on.
Kaukolämpöverkot valikoituivat tarkemmaksi selvityskohteeksi suuren lämmöntarpeen ja valmiin lämmönsiirtoinfrastruktuurin vuoksi. Hankkeessa tehtyjen mallinnusten avulla havaittiin, että hukkalämmön tehokkaalla hyödyntämisellä on suuri potentiaali edistää hiilineutraalia lämmöntuotantoa. Vihreän vedyn tuotannon hukkalämmön tehokkaassa hyödyntämisessä kaukolämpöverkoissa on kuitenkin myös haasteita. Esimerkiksi lämmöntarve sekä lämpötilatasot lämpöverkoissa vaihtelevat voimakkaasti vuoden aikana, ja tämä asettaa haasteita lämpöpumpun mitoitukselle, hukkalämmön käytettävyydelle ja siten myös investoinnin kannattavuudelle. Hankkeessa tehdyssä kannattavuustarkastelussa esitetään elektrolyysilaitoksessa tuotetun vihreän vedyn tuotantokustannuksen herkkyystarkastelu ja hukkalämmön hyödyntämisen kannattavuustarkastelu elektrolyysitoimijan sekä kaukolämpötoimijan näkökulmista. Kannattavuustarkastelu osoitti, että elektrolyysilaitoksen hukkalämmön hyödyntäminen aiheuttaa merkittävän tulonlähteen elektrolyysitoimijalle ja laskee tuotetun vedyn tuotantokustannusta, mutta tarkastelu on herkkä laskennassa valituille parametreille.
Vetyä, virtaa Kaakkoon – hukkalämmön hyödyntämispotentiaali -hankkeessa selvitettiin vedyn tuotantoon liittyvän hukkalämmön potentiaalia ja siihen liittyviä teknisiä ja taloudellisia näkökulmia Etelä-Karjalassa ja Kymenlaaksossa. Vedyn tuotannon kokoluokkaa Kymenlaakson ja Etelä-Karjalan alueilla tarkasteltiin useasta lähestymisnäkökulmasta. Hankkeessa arvioitiin julkaistujen vetyprojektien kokoluokkaa sekä kartoitettiin alueellisia hiilidioksidipäästöjä, myös pienten biogeenisten hiilidioksidilähteiden osalta. Näiden kartoitusten perusteella voitiin havaita, että alueilla julkaistujen elektrolyyserihankkeiden hukkalämmöntuotanto on pienempää kuin alueellisten kaukolämpöverkkojen lämmön kysyntä. Sitä vastoin hiilidioksidipäästöihin perustuvista hukkalämmön tuotantomääristä havaittiin, että vedyntuotannon hukkalämmön määrät olisivat huomattavasti suuremmat kuin esimerkiksi alueen kaukolämpöverkkojen lämmöntarve on.
Kaukolämpöverkot valikoituivat tarkemmaksi selvityskohteeksi suuren lämmöntarpeen ja valmiin lämmönsiirtoinfrastruktuurin vuoksi. Hankkeessa tehtyjen mallinnusten avulla havaittiin, että hukkalämmön tehokkaalla hyödyntämisellä on suuri potentiaali edistää hiilineutraalia lämmöntuotantoa. Vihreän vedyn tuotannon hukkalämmön tehokkaassa hyödyntämisessä kaukolämpöverkoissa on kuitenkin myös haasteita. Esimerkiksi lämmöntarve sekä lämpötilatasot lämpöverkoissa vaihtelevat voimakkaasti vuoden aikana, ja tämä asettaa haasteita lämpöpumpun mitoitukselle, hukkalämmön käytettävyydelle ja siten myös investoinnin kannattavuudelle. Hankkeessa tehdyssä kannattavuustarkastelussa esitetään elektrolyysilaitoksessa tuotetun vihreän vedyn tuotantokustannuksen herkkyystarkastelu ja hukkalämmön hyödyntämisen kannattavuustarkastelu elektrolyysitoimijan sekä kaukolämpötoimijan näkökulmista. Kannattavuustarkastelu osoitti, että elektrolyysilaitoksen hukkalämmön hyödyntäminen aiheuttaa merkittävän tulonlähteen elektrolyysitoimijalle ja laskee tuotetun vedyn tuotantokustannusta, mutta tarkastelu on herkkä laskennassa valituille parametreille.