Osana Älykkäästi sähköistyvä Satakunta -hanketta oli tarkoitus kehittää kolme erilaista Satakuntaan soveltuvaa energiayhteisöä; pientaloalueelle, maaseudulle ja pienteollisuusalueelle. Ensimmäisenä valmistuivat pientaloalueen ja maaseudun energiayhteisöt, joista on julkaistu tekstit aikaisemmin. Tässä kirjoituksessa käsitellään viimeistä, pienteollisuusalueen, energiayhteisöä.

Energiayhteisöjä voidaan pitää yhtenä jakamistalouden muotona, jossa yhteisön jäsenet jakavat sähkön tuotannon ja hankinnan hyötyjä toistensa kanssa. Yhteisöön kuuluminen mahdollistaa osallistumisen sähkömarkkinoille sekä se antaa mahdollisuuden vaikuttaa oman sähkönkulutuksen ja -tuotannon ympäristövaikutuksiin ja tuotantotapaan.

Suomen sähkömarkkinalain mukaan maantieteellisesti rajatulle teollisuusalueelle voidaan myöntää suljetun jakeluverkon sähköverkkolupa, vaikka Suomen lainsäädäntö ei vielä tunnista energiayhteisöjä. Luvan kanssa saa harjoittaa luvanvaraista sähköverkkotoimintaa suljetun jakeluverkon määritelmän täyttävässä jakeluverkossa tai suurjännitteisessä jakeluverkossa. Haltijaan kohdistuvat sekä kevennetty lupamenettely että lievemmät velvoitteet sähköverkkotoiminnan harjoittamisessa. Seuraavassa esimerkissä ei ole otettu kantaa se lainsäädännölliseen toteutettavuuteen tai lähdetty selvittämään sitä. Kuitenkin Suomessa teollisuusalueilla on mahdollista toteuttaa energiayhteisön kaltaista toimintaa paremmin kuin esimerkiksi pientaloalueella tai haja-asutusalueella.

Hankkeen aikana luotu teollisuusalueen energiayhteisö on kokoluokaltaan pieni ja se sijaitsee asutuksen läheisyydessä. Yhteisön jäsenet ovat pääasiassa sähkön ja lämmityksen kautta yhteydessä eikä muita sivuvirtoja ole mietitty. Tässä työssä keskitytään enimmäkseen sähkön tuotantoon ja kulutukseen, mutta datakeskuksen ja muun yhteisön sisäisen hukkalämmön hyödyntämisen kautta myös lämmityksen kulutus ja kattaminen käsitellään.

Alla olevassa kuvassa esitetään mahdollinen pienteollisuusalueelle sijoittuva energiayhteisö, joka hyödyntää sähkönkulutuksen kattamisessa aurinko- ja tuulivoimaa sekä lämmön tuotannossa yhteisön sisältä saatua hukkalämpöä. Yhteisöön kuuluu toimistoja, pienpanimo, autopesula, lounasravintola/kahvila, lihajalostamo, leipomo ja datakeskus.

Toimistorakennus

Energiayhteisön läheisyydessä sijaitsee toimistorakennus, joka käyttää lämmitysenergiaa ja sähköä. Kulutus skaalautuu yleensä pinta-alan mukaan ja Suomen Rakennusinsinöörien Liiton ohjeen RIL 259-2012 mukaan toimistorakennus kuluttaa sähköä ja lämpöä yhteensä 190–250 kWh/m² vuodessa. Kolmikerroksista kerrostaloa vastaava noin 1000m² toimistorakennus veisi siis energiaa 190–250 MWh vuodessa, josta noin puolet on sähköä, joka kuluu laitteisiin ja valaistukseen. Yhteisössä on käytetty energiankulutuksen keskiarvona 220 MWh vuodessa, joka on jaettu puoliksi sähkön ja lämmityksen kesken. Kesäaikaan toimistoa jäähdytetään ja tästä syntyvä lämpöenergia voidaan johtaa yhteisön käytettäväksi. Jäähdytyksen tarpeeseen vaikuttaa mm. rakennuksen eristys, muoto, auringon säteily ja sisäiset lämpökuormat. Toimistorakennuksen jäähdytysteho vaihtelee välillä 30–80 W/m². Keskimääräisellä jäähdytysenergian kulutuksella 55 W/m² saamme 1000m² toimiston jäähdytystehoksi 55 kW. Yhteisössä on arvioitu jäähdytyksen huipunkäyttöajaksi 1000 tuntia vuodessa, koska rakennusmääräyskokoelman mukaan toimistorakennuksen käyttöaika on vuodessa 2500 tuntia, jäähdytysteho vaihtelee tarpeen mukaan, jäähdytystä saatetaan tarvita myös talvella ja kesäaikaan tiloja jäähdytetään myös yöllä. Poistettavaksi energiaksi muodostuu 55 MWh, joka voidaan syöttää yhteisön verkkoon.

Pienpanimo

Pienpanimo käyttää sähköä veden lämmittämiseen olutta valmistettaessa sekä tilojen ja käymisastioiden jäähdytykseen. Sähkön kulutus vaihtelee ja on korkeimmillaan, kun uutta erää mäskätään ja keitetään. Yleensä vesi kuumennetaan sähkövastuksilla ja sitä käytetään myös laitteiden pesussa. Tilojen ja säiliöiden jäähdytys toteutetaan vesi- tai glygolikiertoisella järjestelmällä kylmäkoneita käyttäen. Ennen käymisastiaan laittoa keitetty olut jäähdytetään lämmönsiirtimillä jonka toisella puolella kulkee kylmä vesi. Panimon koosta riippuen tämä lämmennyt vesi otetaan talteen kuumavesivaraajaan uutta erää varten tai johdetaan viemäriin. Pienpanimo toimii yhteisössä energiankuluttajana, joka pystyy kierrättämään sisäisesti energiaa eikä ylijäämää juuri ole. Lähteenä on käytetty pienpanimoa, jonka vuosituotanto on noin 30 000 litraa ja sähköenergiankulutus noin 15 MWh. Tiloissa ei ole kaukolämpöä tai muuta lämmön kulutusta.

Autopesula

Autopesula käyttää runsaasti vettä, mutta se on kylmää, joten veden lämmityskustannuksia ei synny. Vettä kuluu käsin pestessä noin 200 litraa/auto ja koneellisessa pesussa noin 400 litraa/auto. Sähkön kulutus on maltillista ja sitä kuluu lähinnä pesukoneisiin ja mahdollisiin ajoluiskien lämmityksiin. Tilojen lämmitys tapahtuu kaukolämmöllä ja lämpötila pidetään melko alhaisena noin 15 asteessa. Veden haihtuminen ja ovien aukominen nostaa kulutusta etenkin talvisaikaan. Pesula käyttää sähköä noin 8 MWh ja tilojen lämmitykseen menee 20 MWh. Lähteinä on käytetty autopesulaa, jossa voidaan pestä neljää autoa kerralla käsin sekä opin-näytetyötä, jossa selvitetään pesuautomaatin energiankulutusta.

Lounasravintola

Lounasravintola käyttää sähköä ruoan valmistukseen ja sen lämpimänä pitoon. Lisäksi lounasravintoloissa on paljon valaistusta ja ilmanvaihtoa. Tässä ravintolassa oletetaan valmistettavan keskimäärin 200 lounasannosta päivittäin, 240 päivänä vuodessa. Motivan Energiatehokas keittiö (2010) oppaassa mainitaan tällaisen lounaspaikan ruoan valmistuksen sähkönkulutukseksi 0,6 kWh/annos, joten tähän kuluu noin 28,8MWh sähköä vuodessa. Valaistus LED valoilla vie noin 7 MWh ja loppu kuluu lähinnä ilmanvaihtoon. Sähkön kokonaiskulutukseksi muodostuu 40 MWh. Lämmitys sekä tiskaus ja pesuvedet vievät kaukolämpöä 45 MWh. Tiedot perustuvat vastaavan kokoisen todellisen kohteen kulutuksiin. Lämmöntalteenotolla hukkaenergiaa olisi mahdollista ottaa talteen rasvakanavasta ulos puhallettavasta jäteilmasta, josta sitä saataisiin arviolta puolet ruoan valmistukseen käytetystä energiasta, eli noin 14,4 MWh.

Lihajalostamo

Lihajalostamo valmistaa lihatuotteita kuten leikkeleitä, kestomakkaroita ja ruokamakkaroita. Jalostamossa on vajaat 1500 m² jäähdytettyjä tuotantotiloja lämpötilassa +4 - +12°C. Suuria sähkönkuluttajia jäähdytyksen lisäksi on paineilmakompressorit, jotka tuottavat ilmaa pakkauskoneille. Todellisessa kohteessa mitattu sähkön kulutus on noin 1000 MWh/a. Energiaa kuluu paljon myös tuotteiden kypsentämiseen uunissa, joka käy yleensä sähköllä tai öljyllä. Kyseisen kohteen lämmitysenergian kulutus on noin 1300 MWh. Kypsennyksen jälkeen tuotteet tulee jäähdyttää ja tähän voidaan käyttää jäähdytyskaappia, jossa tuotteesta riippuen käytetään vesisuihkua tai viileää ilmaa. Suuri yksittäinen energiankulutuspiikki syntyy myös jokapäiväisestä tilojen ja laitteiden pesusta ja desinfioinnista, jolloin kuumaa vettä kuluu toistakymmentä kuutiota. Jalostamolta saadaan hukkalämpöä yhteisön käyttöön rakentamalla lämmöntalteenottoja. Hyviä kohteita talteenottoon ovat tuotantotilojen jäähdyttimet, kompressorit sekä tuotteiden jäähdytyskaapit. Karkean laskennan perusteella noin 20 % lämmöntuotantoon käytetystä primäärienergiasta voitaisiin kerätä talteen hukkaenergioista ja syöttää energiayhteisön verkkoon. Tämä vastaa 260 MWh lämpöenergiaa.

Leipomo

Leipomo työllistää yli 100 henkeä, joten se on merkittävä energian kuluttaja, mutta tuottaa myös suuria määriä lämpöä. Siellä leivotaan leipien ja pullien lisäksi myös puolivalmisteita kauppojen paistopisteille. Se käyttää sähköä uuneihin, paineilmaan, valaistukseen ja muihin laitteisiin, mutta myös kylmätiloihin joihin puolivalmisteita varastoidaan. Sähkön vuosikulutus leipomossamme on 3900 MWh. Yrityksessä on myös toimistotiloja ja huoltotiloja, jotka vaativat lämmitystä, kaukolämmön kulutus on vanhoista rakennuksista johtuen melko korkea 550 MWh. Hukkalämmöt vähentävät lämmitysenergian tarvetta talvella, mutta lämpö ei jakaannu tasaisesti rakennukseen.

Osa leipomon uuneista on öljylämmitteisiä ja tämän lisäksi öljyllä tehdään höyryä, jota käytetään höyryuuneissa ja nostatuksessa. Öljyä kuluu 4800 MWh:n edestä. Tuotteiden jäähtymislämmöistä saadaan kerättyä lämpö talteen johtamalla ne lämmöntalteenottolaitteille. Ylimääräistä lämpöä riittää yhteisön verkkoon myös talvella, koska vain noin kolmannes kaikesta kuumennukseen tarkoitetusta energiasta menee itse tuotteen kypsentymiseen. Kaikkea hukkalämpöä ei pystytä hyödyntämään, mutta oletetaan että noin 20 % on mahdollista ottaa edullisesti talteen pääasiassa kuumista uuneista ja tuotteiden jäähdyttämisestä. Tämä vastaa noin 640 MWh lämpöenergiaa, joka voidaan syöttää yhteisön verkkoon.

Datakeskus

Yhteisöön on otettu mukaan pieni datakeskus, koska niiden hukkalämmön hyödyntäminen on ollut viime vuosina paljon esillä. Datakeskuksen tietokoneissa sähkö muuttuu lämmöksi, jota voidaan hyödyntää kaukolämpöverkon kautta rakennusten lämmityksessä. Hukkalämmön hyödyntäminen parantaa energiatehokkuutta huomattavasti ja se lisää hiilineutraalin lämmityksen määrää paikallisesti, valtakunnallisesti ja globaalisti. Tällä hetkellä maailmanlaajuisesti jopa 99 % datakeskusten hukkalämmöstä jää hyödyntämättä. Hukkalämmön hyödyntäminen edellyttää, että datakeskus sijaitsee lähellä kaukolämpöverkkoa. Fortumin mukaan 100 MW datakeskuksella saadaan katettua jopa 35 % Espoossa käytetystä kaukolämmöstä. Vuonna 2019 kaukolämmön käyttö Espoossa oli 1957,1 GWh, josta voidaan laskea 100 MW datakeskuksen hukkalämmön määräksi 684,985 GWh. Energiayhteisön hukkalämmön tarve datakeskukselta on kuitenkin vaan 5 856 MWh, eli 0,85 % 100 MW datakeskuksen hukkalämmöstä. Yhteisöön tarvittava datakeskus on kokoluokaltaan 850 kW.

850 kW datakeskuksen todellinen teho on 1 079,5 kW, kun PUE on 1.27. PUE (Power Usage Efficiency) kuvastaa datakeskuksen energiatehokkuutta IT-laitteiston näkökulmasta. Laskukaavassa datakeskuksen kokonaisenergiankulutus jaetaan IT-laitteiston käyttämällä energialla. Mitä lähempänä saatu luku on ykköstä, sitä energiatehokkaampi datakeskus on. Yhteisön datakeskuksen PUE-arvoksi on valittu 1.27, koska erään Helsingissä sijaitsevan datakeskuksen kuukausittaisten PUE-arvojen keskiarvo on 1.27. Todellisia arvoja kuvitteellisesta datakeskuksesta ei ole saatavilla, joten on valittu maantieteellisen sijainnin ja ilmaston puolesta lähin mahdollinen vertailukohde. Serverit ovat käynnissä 24 h vuorokaudessa, joten vuodessa käyttötunteja tulee 8760. Datakeskuksen tehon ollessa 1 079,5 kW sähkönkulutus vuodessa on 9 456 420 kWh eli 9 456 MWh. Datakeskuksen oletetaan toimivan täydellä teholla koko ajan paremman tiedon puuttuessa.

Aurinko- ja tuulivoima

Satakunnan vaihemaakuntakaavassa osoitettujen aurinkoenergian tuotannon kehittämisen kohdealueiden läheisyyteen voisi sijoittaa pienteollisuusalueen energiayhteisön. Osoitettujen alueiden laajuus vaihtelee muutamasta kymmenestä hehtaarista 100–200 hehtaariin. Energiayhteisön aurinkovoimala tarvitsee n. 30 hehtaarin alueen. Yhteisön tulee kuitenkin sijaita jossain asutuksen läheisyydessä, jotta kaukolämpöverkkoa saadaan hyödynnettyä. Kalajoelle on suunniteltu aurinkovoimala, akustoja ja tuulivoimaa 29 hehtaarin alueelle. Aurinkovoimala sisältää 40 000 paneelia ja sen teho on 10 MW. Vuosituotanto aurinkovoimalalla tulisi olemaan 8 000–9 000 MWh. Aurinkovoimala vastaa kooltaan energiayhteisöön tarvittavaa voimalaa, joten yhteisön suunnittelussa on käytetty Kalajoen voimalan lukuja.

Yhteisön laskennallinen sähkönkulutus on 14 529 MWh vuodessa, josta 8 000–9 000 MWh saadaan katettua aurinkovoimalla. Loput yhteisön tarpeesta katetaan merituulivoimalla. Satakuntaan on kaavailtu paljon tuulivoiman lisäystä, minkä takia yhteisössä halutaan hyödyntää sen tarjoamia mahdollisuuksia. Meri-Poriin on suunnitteilla vähintään 440 MW tuulipuisto, jonka kapasiteetista murto-osa riittäisi kattamaan yhteisön sähkön tarpeen.

Yhteisön energiavirrat

Alla olevaan taulukkoon on kerätty yhteisön osapuolten kuluttamat ja tuottamat lämpö sekä sähköenergiat. Energian kuluttajat, datakeskus pois lukien, on mitoitettu olemassa olevien kohteiden mitattuja kulutustietoja käyttäen. Tämän jälkeen datakeskus mitoitettiin vastaamaan näiden lämmöntarpeeseen. Lopuksi yhteisön tarvitsema sähköenergia katetaan uusiutuvalla tuuli- ja aurinkosähköllä.

	Sähkönkulutus MWh	Lämmönkulutus MWh	Ylijäämälämpö MWh	Sähköntuotanto MWh
Autopesula	8	20	Ei ole	Ei ole
Panimo	15	Ei ole	Ei ole	Ei ole
Lounasravintola	40	45	14	Ei ole
Lihajalostamo	1 000	1 300	260	Ei ole
Leipomo	3 900	5 350	640	Ei ole
Toimisto	110	110	55	Ei ole
Datakeskus	9 456	Ei ole	5 856	Ei ole
Tuulisähkö	Ei huomioida	Ei ole	Ei ole	5 529–6 529
Aurinkosähkö	Ei huomioida	Ei ole	Ei ole	8 000–9 000
YHTEENSÄ:	14 529	6 825	6 825	13529–15529

 

Teksti: Petri Lähde ja Aino Nummelin. Kuva: Petri Lähde