Merivesilämpöpumput kiinnostava mahdollisuus myös Helsingissä

Merivesilämpöpumpuissa on paljon potentiaalia - Tukholman edustan suotuisissa olosuhteissa niitä hyödynnetään jo onnistuneesti. Merivesilämpöpumppuja on tutkittu Helsingissäkin, ja näemme ne tulevaisuuden ratkaisuina.

Avainkysymys merivesilämpöpumpuissa, niin kuin muissakin lämpöpumpuissa, on lämmönlähde: hyödynnettävää lämpöä täytyy olla saatavilla ympäri vuoden. Jos Helsinkiin rakennettaisiin merivesilämpöpumppulaitos, olennainen asia olisi pohtia, miten saada pumpuille riittävän lämmintä merivettä ympäri vuoden. Jos vesi otettaisiin Helsingissä rannasta tai lähialueilta, vesi on tarpeeksi lämmintä huhtikuun puolesta välistä joulukuulle.

Jotta riittävän lämmintä vettä saataisiin myös talvella, tulisi vesi siirtää lämpöpumpuille kauempaa paikoista, joissa on riittäviä syvänteitä. Kuten tunnettua, Suomenlahti on erityisen matala Suomen rannikolla. Lähimmät sopivat alueet ovat 12 kilometrin päässä Helsingistä, mutta jotta lämpöä saataisiin varmasti läpi vuoden, pitäisi vesi siirtää noin 20 kilometrin päästä.

Merivesivolyymit olisivat niin suuria, että vedenotto olisi pitkältä matkalta rakennettava tunnelina. Esimerkiksi 100 megawattia kaukolämpöä tuottava laitos vaatii 3-asteista vettä valtavasti, 20 000 – 25 000 kuutiometriä tunnissa tai 5,5 – 7 kuutiometriä sekunnissa. Syvemmällä voisi olla mahdollisuus toteuttaa vedenotto putkena meren pohjassa. 100 megawatin laitos vaatisi putken, jonka halkaisija olisi noin 2 metriä. Investoinnissa veden ottoputken osuus kokonaisuudesta, joka koostuu lämpöpumpuista ja veden otosta, on huomattava. Verrattaessa vaikkapa Helenin maanalaiseen Esplanadin lämpöpumppulaitokseen, ominaisinvestointi (€/MW) kokonaisuudelle olisi moninkertainen.

Helenin teettämä selvitys, Ilmatieteen laitoksen Merentutkimus-yksikkö: 
-Vasta 70 m syvyydessä vesi on ”varmasti” vähintään 3-asteista aina läpi vuoden. 65 metrissä tyypillinen talvinen profiili (punainen viiva) on 3-asteista. 2-asteista löytyy tyypillisessä profiilissa 30 metrin syvyydestä, mutta on myös paljon talvia ja aikoja, jolloin 30 metrissä vesi on alle 2-asteista. Kuva: Ilmatieteen laitoksen Merentutkimus

Helenin teettämä selvitys, Ilmatieteen laitoksen Merentutkimus-yksikkö:
 -60 metrin alueita löytyy pistemäisinä 17 km päästä ja laajoina 20 kilometrin päästä. Kuva: Ilmatieteen laitoksen Merentutkimus

Riittävä lämpötila on optimoinnin tulos

Mikä sitten on riittävä meriveden lämpötila lämpöpumpulle? Tämä on optimoinnin tulos. Mitä lämpimämpää vettä, sitä pienempi vesimäärä tarvitaan lämmön tuottamiseen. Mitä pienempi vesimäärä, sitä pienempiä laitteita tarvitaan ja sitä pienempi on investointi samaa lämpötehoa kohti. Mitä lämpimämpää vettä, sitä parempi hyötysuhde ja sitä vähemmän sähköä tarvitaan lämmön tuottamiseksi.

Laitetoimittajien mukaan kohtuullinen meriveden minimilämpötila on 3 astetta. Joissakin selvityksissä miniminä on pidetty kahta astetta. Tarvitaan kuitenkin 1,7-kertainen määrä merivettä, jotta 2-asteisesta vedestä saadaan sama lämpöteho kuin 3-asteisesta. Samassa suhteessa kasvavat laitteiden koko ja investoinnin suuruus.

Meriveden lämpötilat vaihtelevat jonkin verran vuosittain sään mukaan. Kylmänä vuotena lämpöpumppujen hyödynnettävyys laskee, jos merivettä lämpöpumpuille ei oteta tarpeeksi syvältä. Lämpöä on toki tuotettava kaikkina vuosina, vielä enemmän tietysti kylminä vuosina.

Helsingin kaupungin selvitys:
-35 metrin syvyydestä 3-asteista vettä saa helmi-huhtikuussa vain alle 20 %:n todennäköisyydellä, 2-asteista 50 %:n todennäköisyydellä. Lähimmät tällaiset vesialueet ovat 12 km:n päässä.
-10 metrin syvyydestä (rannikon edustan syvimmät alueet) 3-asteista vettä löytyy vasta toukokuussa, 2-asteista huhtikuussa.
Kuvat: Helsingin kaupunki

Tukholman edustalla suotuisat olosuhteet

Miksi sitten Tukholmassa voidaan tuottaa lämpöä merivedestä ympäri vuoden? Tukholma on siinä mielessä onnekas, että kaupungin edustalla on syvänteitä, joissa merivesi ei pääse jäähtymään talvellakaan liiaksi. Tukholmassa merivesilämpöpumpuille voidaan ottaa vettä lähes rannasta läpi vuoden. Talvella tosin vesi on hieman kylmempää, jolloin laitoksen teho laskee ja hyötysuhde heikkenee jonkin verran.

Ympärivuotisen käytön mahdollistaa se, että Ruotsin suurista järvistä laskee makeaa vettä Tukholman kautta Itämereen. Tämä makea vesi nostaa sekoittuessaan suolaiseen veteen lämmintä vettä Itämeren syvänteistä pintavedeksi Tukholman rantaan. Tukholmalaisilla on siis myös ihan oma ”luonnon lämpöpumppu". Tällaista luonnonkiertoa ei Helsingin edustalla ole olemassa.

Tuulivoimasta apua lämpöpumpuille?

Joissakin yhteyksissä on tuotu esiin, että lämpöpumpun energialähteeksi kannattaa valita tuulivoima. Tärkeää on kuitenkin huomata, että lämpöpumppu tarvitsee lisäksi lämmönlähteen, vaikkapa juuri meriveden. Pelkällä tuulivoimalla tai millään sähköllä lämpöpumppu ei siis toimi.

Tuulivoimaa ei myöskään rakenneta tiettyjä lämpöpumppuja vaan koko sähkömarkkinoita varten. Sähköenergiaa lämpöpumpuille saa markkinoilta, tosin sähkön siirtoyhteydet saattavat tarvita vahvistamista myös Helsingissä, jos suuria lämpöpumppulaitoksia rakennetaan.

Tuulivoiman tuotanto ja lämpöpumppujen sähköntarve eivät kulje käsi kädessä: joka tapauksessa fyysistä sähköä tarvitaan muistakin lähteistä kuin tuulivoimasta. Lämpöpumppujen käyttämä sähkö voidaan tietysti vuositaseena hankkia tuulisähkönä tai muuna uusiutuvana sähkönä, kuten Helen jo nyt tekee nykyisten lämpöpumppujensa osalta.

Lämpöpumput tärkeä osa energiatulevaisuutta

Merivesilämpöpumput kiinnostavat Heleniä, ja seuraamme tiiviisti teknologian kehitystä. Laitetoimittajien kanssa olemme tutkineet niitä teknistaloudellisesta näkökulmasta, ja Ilmatieteen laitoksen Merentutkimus-yksikön kanssa olemme selvittäneet Helsingin edustan merivesiolosuhteita. Olemme myös tutustuneet Tukholman merivesilämpöpumppuihin ja niistä saatuihin kokemuksiin.

Merivesilämpöpumput on yksi mahdollinen tulevaisuuden ratkaisu Helsingissä. Toivottavasti investointiedellytykset täyttyvät tulevaisuudessa teknologiakehityksen ja suotuisan markkinakehityksen myötä.

Janne Rauhamäki

Janne Rauhamäki

Janne Rauhamäki kehittää Helenissä tulevaisuuden energiaratkaisuja. Hänellä on neljännesvuosisadan kokemus eri energianhankintamuotojen teknistaloudellisesta arvioinnista ja toimintaympäristön muutosten seurannasta. Päivittäisen työn innoittajana hänellä on tavoite Helenin ilmastoneutraalista energiantuotannosta.

Kirjoittajat

Uutta voimaa -blogia kirjoitetaan eri puolella Heleniä - siellä missä maailman parasta kaupunkienergiaa tuotetaan, suunnitellaan ja kehitetään. Tutustu kirjoittajiin

Vuosiarkisto