Lämmön kausivarastointi

Lämmön kausivarastointi yleistyy


Maalämpöä ja kausivarastointia varten poratut kaivot Kaustisen Evankelisen Opiston edessä.

25 000 € vuosittain, sen verran rahaa Kaustisen evankelinen opisto Kaustisella odottaa säästävänsä lämmityskuluissa sen jälkeen, kun maalämmön ja aurinkopaneeleista saatavan lämmön kausivarastoinnin yhdistävä järjestelmä on otettu käyttöön.
Tämän innovatiivisen hybridilämmitysjärjestelmän takana on Kokkolan Sokojalla toimiva start-up yritys Heliostorage. Heliostoragen ratkaisu varastoi kesän lämmön talvea varten maavarastoon, joka tunnetaan nimellä Borehole Thermal Energy Storage BTES. Lämpö, tässä tapauksessa aurinkokeräimestä saatava, varastoidaan kesällä porakaivojen kautta maahan josta se otetaan kylmänä vuodenaikana käytettäväksi talon lämmitykseen. Järjestelmän ainoat kustannukset tulevat sähköstä, jonka kiertovesipumppu käyttää, kun se siirtää kesällä lämpöä katosta maahan ja talvella maasta taloon. Jos kiertovesipumpun pyörittämiseen tarvittava energia tuotetaan aurinkopaneeleilla, ovat lämmön tuotantokustannukset tasan nolla euroa”

Kaustisen evankelinen opisto on ensimmäisten asiakkaiden joukossa, jotka ovat valinneet tämän uuden ja kustannustehokkaan lämmitysjärjestelmän. Vuoden 2019 syksyllä porauksen suoritti KS Geoenergi, joka porasi porakaivot projektiin sekä maalämmölle että maavarastolle. Keväällä 2020 aloitetaan talon vanhan tiilikaton korvaaminen Heliostoragen aurinkokeräinkatolla, jonka jälkeen katto alkaa tuottaa ilmaista lämpöä, jonka koulu sitten voi käyttää seuraavana talvena.
 
-Aurinkokeräinkattoa tulee koulun päälle yhteensä 530 neliömetriä ja katon laskennallinen tuotto on yli 250 MWh vuosittain.  Tämä on kolmasosa koulun kokonaisenergiakulutuksesta, sanoo Timo Sivula, Heliostoragen Senior Vice President ja markkinointivastaava.


Aurinkokeräinkatto, joka tullaan asentamaan Kaustisen evankelisen opiston katolle.

Ihan kaikkea energiaa, jonka aurinkokeräinkatto tuottaa ei saada hyödynnettyä varastointihäviöiden takia. Nettotuoton lasketaan olevan noin 125 MWh vuodessa. Maalämpö ja lämpöpumppu vastaa sitten lopusta, tai noin 2/3:sta kiinteistön energiantarpeesta.
 
Lämmön tuotantokustannukset ovat Heliostoragen järjestelmässä alle 10% siitä, mitä vastaava maalämpöjärjestelmä aiheuttaa. Odotuksena on, että investointi maksaa itsensä takaisin 7-10 vuodessa, jonka jälkeen lämmön tuotantokustannus on lähes nolla. Vanhan tiilikatkon korvaava aurinkokeräinkatto on tehty alumiiniprofiilista, joka on pinnoitettu erityisellä absorptiopinnoitteella, joka minimoi lämpösäteilyn keräimestä pois. Pinnoitteen päällä on lisäksi noin sentin ilmarako jonka päällä vuorostaan on polykarbonaattilasi, j
oka estää lämmön tuulettumisen pois keräimestä. Keräinkatossa kiertää propyleeniglykoliseos johon auringosta kerätty lämpö sitoutuu.
- Ilmarako käytännössä kaksinkertaistaa keräimen tehon, sanoo Sivula.
Polykarbonaattilasin ansiosta aurinkokeräimet toimivat kuin kasvihuone. Kerros mineraalivillaa profiililevyjen alla edelleen estää, että kerätty lämpö  johtuisi alla oleviin kattorakenteisiin. Katolla voidaan tarvittaessa nesteen lämpötila nostaa kiehumispisteeseen saakka. Tällä lämmöllä maavaraston lämpötila voidaan nostaa jopa 85 asteeseen. Heliostoragen aurinkokeräinkatto on bRoof sertifioitu, eli sitä voidaan käyttää myös julkisten rakennusten kuten juuri koulujen ja sairaaloiden vesikattona.
-Aurinkokeräimistä saatavan lämmön pitäisi periaatteessa riittää kattamaan kiinteistön lämmöntarve huhtikuusta syyskuuhun, sanoo Timo Sivula.

Sivulan mukaan Heliostoragella on hyviä kokemuksia lämmön varastoinnista. Finn Springin tehtaalla otetaan tuotannon ylijäämälämpö talteen ja varastoidaan maahan. Varastoitava lämpö syntyy tehtaan paineilmalaitteissa, joiden tuottama hukkalämpö aikaisemmin meni kirjaimellisesti hukkaan. Tehtaan kompressoreilta saatava hukkalämpö on viime vuoden huhtikuusta saakka ladattu 50 metria syvään ja 30 metriä halkaisijaltaan olevaan 63 kaivon maavarastoon. Myös Finn Springin konttorirakennuksen katosta osa on Heliostoragen aurinkokeräinkattoa, joka tuottaaa lämpöä maavarastokenttään kesän aikana. Finn Springillä katon osuus on tosin pieni, tehtaalta saatavan suuren hukkaenergian takia.
-Varastoitavasta lämmöstä noin 90% tulee tuotannon hukkalämmöstä ja 10% aurinkokeräinkatosta, sanoo Sivula lämmöntuotannon jakautumisesta.
Uuden järjestelmän ansiosta tehdas on jo rakennusvuotta seuraavana vuonna voinut vähentää kaukolämmön kulutusta, joka aikaisemmin saattoi olla jopa noin 300 MWh vuodessa. Konttorikompleksi ja sen yhteydessä oleva uimahalli lämpenevät jo nyt tuotannon hukkalämmöllä, joka johdetaan maassa oleviin porakaivoihin.
-Tähän saakka maahan on varastoitu 320 MWh.


Projektijohtaja Jari Myllykangas on tyytyväinen siihen, miten hukkaenergia Finn Springin kompressoreista otetaan talteen ja varastoidaan maahan myöhempää käyttöä varten.

Kun maavarastokenttä on ladattu kesän aikana lämmöllä, alkaa Finn Springin konttori seuraavana talvena käyttää siitä saatavaa lämpöä lämmitykseen. Lämmityskauden aikana alue lämpenee noin kymmenellä asteella kuukaudessa.
-GTK:n simulaation mukaan varasto lämpenee 65 asteeseen, kun se on täynnä. Sen jälkeen siitä saadaan jatkuva 100 KW:n teho kuuden kuukauden ajan. Se riittää paremmin kuin hyvin konttorin lämmittämiseen.
Suunnitelma on, että Finn Spring alkaa palauttamaan lämpöä maavarastosta konttorirakennuksen lämmitykseen talvena 2020-2021. Järjestelmää ei kuitenkaan ole mitoitettu niin, että konttorista tulisi täysin omavarainen lämmön suhteen, vaan kaukolämpöä tullaan todennäköisesti tarvitsemaan konttorissa sijaitsevan uima-hallin lämmittämiseen.

Heliostorage on joutunut ratkaisemaan useita teknisiä ongelmia matkan varrella. Yksi niistä oli, miten estää maavaraston jäähtyminen, kun aurinkokeräinkatosta tulee viileää propyleeniglykoolia auringon ollessa matalalla. Varaston ydin viilenee, jos siihen johdetaan viileää propyleeniglykolia. Tämän ongelman Heliostorage on ratkaissut jakamalla maavaraston erikseen ladattaviin osioihin. Kun aurinko on kesäisin korkealla ja lämmittää keräimet kuumiksi, johdetaan lämpö maavaraston ytimeen ja kun aurinko laskee ja ilma viilenee, johdetaan lämpö reunoille. Heliostoragen kehittämä automatiikka ohjaa tätä prosessia ja optimoi varastoitavan energian.
Näin maksimoidaan järjestelmän käyttöaste.


Timo Sivula esittelee ”ohjainmökin”, josta putket BTES-kenttään kulkevat ja yhdistyvät putkiin, jotka kuljettavat hukkalämmön ja lämmön aurinkokeräimistä.


Heliostoragen varastointiohjain näyttää reaaliajassa varaston lämpöjakauman, ytimen lämpötila, paljonko energiaa on varastoitu, jne.