ForTheDoers-blogi

Miten tekoälyllä ohjattu kaukolämpö voi auttaa ilmastohaasteen ratkaisemisessa

Viki Kaasinen  ·  04 tammikuu 2019

Kaukolämpöverkko tarjoaa korvaamattomia joustomahdollisuuksia uudelle energiajärjestelmälle. Tuuli- ja aurinkovoiman määrän merkittävästi kasvaessa myös sähkömarkkinat muuttuvat. Aina ei tuule tai paista. Tällöin sähköjärjestelmältä vaaditaan joustoa, erityisesti pitää pystyä varastoimaan energiaa. Kaukolämpöverkko mahdollistaa tämän.

Espoo

IPCC-raportin mukaan ihmiskunnalla on 11 vuotta aikaa estää ilmaston lämpenemisestä aiheutuva katastrofi. Haasteen ratkaiseminen edellyttää uusiutuvan energian laajaa käyttöä, massiivista sähkön hyödyntämistä energialähteenä sekä koko energiajärjestelmän integrointia tiiviimmäksi. Näiden lisäksi meidän täytyy kierrättää nykyistä tehokkaammin - paitsi materiaaleja myös energiaa.

Kaukolämmölle energian kierrätys tarkoittaa, että polttamiseen perustuvaa lämmöntuotantoa korvataan sähköisillä lämpöpumpuilla, talteen otetulla hukkalämmöllä ja geotermisellä lämmöllä. Tällainen kaukolämpöjärjestelmä tukee puhtaaseen sähköön perustuvaa hiilineutraalia energiajärjestelmää.

Uuden sukupolven kaukolämpö tarjoaa suuren päästövähennyspotentiaalin

Polttamiseen perustuva lämmöntuotanto vähenee ja lämmityksen sähköistyessä lämmöntuotanto tulee hajaantumaan eri puolille kaukolämpöverkkoa. Muutaman keskitetyn lämmöntuotantolaitoksen sijaan tulevaisuudessa tulee olemaan suuri määrä pieniä tuotantoyksiköitä, jotka tuottavat lämpöä kaukolämpöverkkoon – jokainen omalla tavallaan. Tämän muutoksen myötä kaukolämpöjärjestelmä monimutkaistuu.

Kaukolämpöverkko tarjoaa myös korvaamattomia joustomahdollisuuksia uudelle energiajärjestelmälle. Tuuli- ja aurinkovoiman määrän merkittävästi kasvaessa myös sähkömarkkinat muuttuvat. Aina ei tuule tai paista. Tällöin sähköjärjestelmältä vaaditaan joustoa, erityisesti pitää pystyä varastoimaan energiaa. Kaukolämpöverkko mahdollistaa tämän.

Sähköllä tuotettua energiaa on mahdollista varastoida lämmöksi. Päivätasolla lämpöä voidaan varastoida kaukolämpöverkkoihin, lämpövarastoihin ja rakennuksiin. Tulevaisuudessa lämpöä voidaan varastoida jopa pidempiaikaisiin kausivarastoihin. Kaukolämpö eroaakin ratkaisevasti muista lämmitystavoista mahdollistaessaan energian kierrättämisen kaukolämpöverkossa. Näin esimerkiksi rakennusten, teollisuuden, datakeskusten tai jäteveden hukkalämpö pystytään kierrättämään ja hyödyntämään kustannustehokkaasti.

Älykäs ja kestävä kaukolämpö mahdollistaa merkittäviä päästövähennyksiä. Sen koko potentiaalin hyödyntäminen vaatii kuitenkin asuinrakennusten, liiketilojen ja muiden osapuolten aktiivista liittämistä kaukolämpöverkkoon. Erilliset lämpöpumput ja muut itsenäiset ratkaisut eivät voi viedä lämpöä käyttäjiltä toiselle, vaan energiaa voidaan kierrättää ainoastaan kaukolämpöverkon sisällä. Tämä on hyvä pitää mielessä, kun pohdimme yhteiskunnallisia toimia ilmastohaasteen selättämiseksi.

Kuinka rakennukset voivat tarjota joustoa energiajärjestelmälle?

Lämmityksen kysyntä vaihtelee. Se riippuu vuodenajasta, viikonpäivästä, kellonajasta, ulkolämpötilasta ja niin edelleen. Perinteisesti kysyntähuiput on hallittu kasvattamalla lämmöntuotantoa. Yleensä tämä on tarkoittanut lisätuotantoa paikallisilla lämpölaitoksilla, jotka toimivat usein fossiilisilla polttoaineilla.

Tulevaisuuden älykkäässä kaukolämpöjärjestelmässä joustoa voidaan luoda automaattisesti kysyntää ja tarjontaa optimoimalla ja ohjaamalla. Rakennuksia käytetään erilaisiin tarkoituksiin erilaisina aikoina. Esimerkiksi kun rakennuksen tilat eivät ole käytössä, lämmitystä ja ilmanvaihtoa voidaan pienentää. Tai vastaavasti kun kuumaa vettä käytetään, muuta lämmitystä voidaan vähentää kysyntähuippujen tasaamiseksi ilman, että loppukäyttäjä edes huomaa tällaista pientä muutosta.

Fortum tekee yhteistyötä useiden eri toimijoiden kanssa eri maissa tarjotakseen energiansäästöjä kiinteistöille. Kiinteistötason ohjaus yksin ei kuitenkaan ole riittävää, sillä kulutusjoustoa tarvitaan koko kaukolämpöjärjestelmätasolla. Keskitettyä kulutusjoustoa voikin ajatella eräänlaisena virtuaaliakkuna, joka mahdollistaa kiinteistöjen ohjaamisen kaukolämpöjärjestelmän näkökulmasta. Fortum on jo aloittanut kehityksen tällä alueella ja ensimmäiset pilotit tehdään lähitulevaisuudessa yhteistyössä Espoon kaupungin kanssa.

Tekoäly avuksi koko kaukolämpöjärjestelmän optimointiin

Fortum on kehittänyt tekoälyn optimoimaan ja ohjaamaan kaukolämpöjärjestelmän toimintaa. Tämä osaltaan mahdollistaa tulevaisuuden joustavan kaukolämpöjärjestelmän. Tekoäly ennustaa asiakkaiden lämmönkysynnän, ohjaa eri lämpövarastojen käyttöä sekä ohjeistaa valvomoa käyttämään eri tuotantoyksiköitä optimaalisesti. Tekoäly on tällä hetkellä käytössä Fortumin kaukolämpöjärjestelmissä Suomessa, Baltiassa, Puolassa ja Norjassa ja käytännössä usein jo nyt tarkoittaa hiilivapaan tuotannon priorisointia.

Tekoälyä kehitetään edelleen ja sen integrointi tiiviiksi osaksi toimintaamme jatkuu. Tekoälyn avulla pystymme automatisoimaan kaukolämpöjärjestelmää, kun sähköistyminen lisää ohjattavien yksiköiden määrää ja koko järjestelmästä tulee yhä monimutkaisempi. Tällä tavalla kaukolämpö mahdollistaa joustoja myös sähköjärjestelmälle. Se tarjoaa mekanismeja sähkön taajuusmarkkinoille ja vähentää tehokkaasti sähköverkon investointitarpeita, joita laaja energiajärjestelmän sähköistyminen muuten edellyttää.

Viki Kaasinen