Lämmitys- ja saniteettiteknikko – VVS nro 3/2020 Teksti: VVS nro 3/2020 Teksti: VVS nro 3/2020 Robert Wilkund
Helistorage - Kokkola
Kokkolalainen startup-yritys Heliostorage on yhteistyössä St1:n kanssa suunnitellut laitoksen, jossa kesäpuolen vuoden aurinkoenergia hyödynnetään katolla olevilla aurinkokeräimillä ja varastoidaan lämpöenergia maahan tai johdetaan lämmönvaihtimien kautta kiinteistön patterijärjestelmään. Tilaa palvelee myös maalämpöpumppu erillisillä energiakaivoilla. Kiinteistössä toimii Kaustisen Evankelinen Opisto.
Yliopistoissa on 1980-luvulta lähtien tutkittu paljon sitä, miten lämpöenergiaa voidaan parhaiten varastoida maahan talviaikaista käyttöä varten. Kokkolalainen Helistorage on ensimmäinen yritys maailmassa, joka on kaupallistanut tämän teknologian ja myynyt toimivia ratkaisuja asiakkaille. Kesäkuukausien aikana lämpöenergiaa on toisinaan runsaasti ylijäämässä, ja jatkuva ongelma on, miten se voidaan varastoida talven ajaksi kohtuullisin kustannuksin. Heliostoragen kehityspäällikkö Timo Sivula sanoo, että maanalainen energiavarasto soveltuu hyvin kohteisiin, jotka kuluttavat yli 200 MWh vuodessa ja joilla on käytössään paljon kattopinta-alaa, johon voidaan rakentaa aurinkokeräimiä. Ideaalitilanteessa kiinteistössä tulisi olla asteittain poistuva öljylämmitys ja tulevissa suunnitelmissa on edessä oleva kattoremontti. Lisäksi tontilla, jolle energiavarasto rakennetaan, pitäisi olla pääsy tontille.
Maanalainen energiavarasto
Maanalainen energiavarasto koostuu useista maahan tehdyistä porakaivoista. Porausalue näyttää ylhäältä katsottuna sarjalta suuria keskittyneitä ympyröitä. Uloimman ympyrän sisällä on pienempi ympyränmuotoinen porausreikien muodostelma, ja keskellä on ydin, jossa lämpötila on korkein.
Eri maalajeilla on suuria eroja energian varastointiin soveltuvuudessa. Tutkimukset osoittavat, että hiekkaan sekoitetut savimaat tarjoavat parhaat edellytykset energian varastointiin maaperään. Myöskään kallioperä ei sovellu hyvin energian varastointiin liian korkean lämmönjohtavuuden vuoksi. Kaustbyn energiavarasto koostuu 36 porakaivosta, joiden syvyys on noin kaksikymmentä metriä. Toiminnan alkaessa maanpäällisen energiavaraston lämpötila on noin 8 astetta. Laskelmien mukaan energiavarasto sisältää lopulta 25 MWh:n energiamäärän. Louhittavaksi tehoksi arvioidaan noin 10 kW.
Aurinkokeräimet katolla
Kaustbyn kiinteistön katto on harjakatto, jossa on itä- ja länsiosa. Aurinkokeräimet peittävät koko kattopinnan, ja ne on valmistettu alumiiniprofiileista, joissa on sisäänrakennetut nesteputket ja keräin. Aurinkokeräinmoduulit on päällystetty aaltopahvilla, mutta läpinäkyvällä polykarbonaattikalvolla, joka estää tuulta pyyhkimästä kerättyä lämpöä pois. Itä- ja länsipuolen aurinkokeräinten yhteenlaskettu pinta-ala on 600 m2 , ja sen huipputehoksi arvioidaan 250-300 kW. Käyttöönoton aikana elokuussa 2020 mitattiin pelkästään länsiosasta yli 175 kW:n huipputeho.
Järjestelmä pitää kattoa kahtena erillisenä keräimenä, joissa ohjausjärjestelmä mittaa kummankin keräimen poistovirran lämpötilan ja määrittää, mihin nestevirta menee. Joskus itäpuolen poisto ohjataan länsipuolen tuloaukkoon lämpötilan nostamiseksi käyttökelpoiselle tasolle. Käyttökelpoinen taso määritetään algoritmeilla, jotka säätelevät nestevirtausta laitoksessa. Yksi parametreista on maanpäällisen energiavaraston lämpötila, jonka odotetaan nousevan ytimessä 65-70 asteeseen loppukesään mennessä.
Laitos on suunniteltu siten, että algoritmit ohjaavat, milloin energiaa otetaan ladatusta energiavarastosta ja milloin aurinkokeräimestä. Eri piirien lämpötiloja mitataan jatkuvasti, ja tiedot lähetetään IOTA-protokollan kautta Heliostoragen pilvipalveluun, ja nerokkaat algoritmit optimoivat, mistä kohtaa lämpöä syötetään rakennukseen. Heliostoragen lähestymistavan tavoitteena on ensisijaisesti syöttää energiaa patteriverkoston lämmönvaihtimeen ja lämpimään käyttöveteen. Vain ylijäämä syötetään maanalaiseen energiavarastoon.
Edistyksellinen tekniikka
Heliostoragen takana on Mats Manderbacka, jota voidaan pitää sarjayrittäjänä. Hän valmistaa aurinkokeräimet omassa yrityksessään Kokkolassa. Manderbacka kertoi, että Heliostoragen maanpäällisen energiavarastoinnin takana ovat kehittyneet algoritmit ja moderni ohjaustekniikka. Yritys palkkasi lahjakkaan matemaatikon, joka työskenteli kaksi vuotta nesteen virtausta optimoivien ja ohjaavien algoritmien parissa. Itse laitoksen älykkyys sijaitsee palvelimella pilvipalveluna, ja ohjaus toimii kiinteän internetin kautta. yhteyden kautta rakennuksessa.
Kaustbyn hanke on puhtaasti kaupallinen hanke, jossa asiakas maksaa kulutetusta energiasta. Heliostoragen yhteistyökumppani KS Geoenergi Kronobyltä toimittaa maalämpöpumpun ja poraa energiakaivot, ja St1 hoitaa rahoituksen. Manderbacka uskoo, että muutaman vuoden kuluttua Kaustbyn maalämpöpumppu joutuu pitämään taukoa, kun aurinkokeräin tuottaa kiinteistölle lämpöä.
Seuraava hanke on jo suunnitteilla. Sopimus on allekirjoitettu Guangzhou Power Supply Ltd.:n kanssa. Helistorage toimittaa järjestelmäsuunnittelun ja materiaalit Kiinassa toteutettavaan suurhankkeeseen. On selvää, että vähäpäästöisten lämmitysjärjestelmien markkinat ovat erittäin kiinnostuneita. Kiinassa tiedetään, että energiasektorin hiilidioksidipäästöt ovat valtavat, ja se haluaa vähentää päästöjä eri tavoin.
Tulevat hankkeet
Kun yleissuunnitelma hyväksytään, suunnitellaan ja rakennetaan ekokylä Masabyn alueelle Kyrkslättissä (ks. artikkeli sivulla 18). Heliostorage on mukana toimittamassa aurinkokeräimiä ja suunnittelemassa 4 GWh:n maanpäällisen energiavaraston järjestelmää. Heliostorage on allekirjoittanut Arctic Villagen kanssa esisopimuksen 6 ekokylän toimittamisesta ympäri Suomea.
Toteutetut hankkeet
Euroopan aluekehitysrahaston EAKR:n rahoituksella Heliostorage toimitti yhdessä Centria-ammattikorkeakoulun ja Geologian tutkimuskeskus GTK:n kanssa 500 MWh:n pilottijärjestelmän Finn Springsin virvoitusjuomatehtaalle Toholammelle. Hankkeessa hyödynnetään ja varastoidaan muun muassa valmistusprosessin kompressoreiden hukkalämpöä. Varastoitua lämpöä käytetään toimiston lämmittämiseen talvikuukausina.
