Väitös konetekniikan alalta, M.Sc. Pauli Hiltunen

Kuinka hyödyntää matalalämpötilaista hukkalämpöä ja kaukolämpöverkon paluuvettä kaukolämmön tuotannossa?

Lämmitys- ja jäähdytyssektori kattaa noin puolet Euroopan unionin kokonaisenergiankulutuksesta, ja fossiilisilla polttoaineilla on ollut merkittävä osuus Euroopan lämmitysmarkkinoilla. Sektorin päästöjen vähentäminen on tärkeätä, jotta saavutettaisiin Euroopan unionin ilmastotavoitteet. Ukrainan sota ja energiakriisi vuonna 2022 ovat lisänneet entisestään paineita vähentää tuodun fossiilisen energian käyttöä lämmityssektorilla. Kaukolämpö tuotetaan keskitetysti ja jaetaan loppuasiakkaille kaukolämpöverkkoja pitkin, joissa suuret lämmityslaitokset voivat hyödyntää monia erilaisia uusiutuvia ja vähäpäästöisiä energianlähteitä lämmöntuotannossa. Hiilivapaa kaukolämpö voi vähentää lämmityssektorin riippuvuutta fossiilisista polttoaineista, mutta olemassa olevan infrastruktuurin korvaaminen vähäpäästöisillä kaukolämpöjärjestelmillä voi viedä vuosikymmeniä, ja siirtymä todennäköisesti tapahtuu askel kerrallaan. Tässä väitöskirjassa tutkittiin hukkalämmön käyttöä, kaukolämmön sähköistämistä, ja matalalämpötilaisia verkkoja keinoina vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä kaukolämmön tuotannossa.

Väitöskirjan tulokset osoittavat, että kaukolämpö tarjoaa ympäristöystävällisen vaihtoehdon maakaasulle tallinnalaisen yliopistokampuksen lämmityksessä, ja kaukolämpöverkon paluuveden hyödyntäminen kampuksen lämmityksessä parantaa koko systeemin hyötysuhdetta. Datakeskusten hukkalämpöä voidaan hyödyntää tasaisesti kaukolämmön tuotannossa ympäri vuoden, mutta huipputehon saavuttaminen lämmityskaudella voi olla vaikeaa hukkalämpökuorman ja lämmöntarpeen epäsuhdan takia. Koska matalalämpötilaisen hukkalämmön hyödyntäminen vaatii lämpöpumppuja, sähkönhinnalla on suuri merkitys hukkalämmön kannattavuuteen. Toisaalta lämpöpumput osoittautuivat säilyttävän kilpailukykynsä korkeillakin sähkönhinnoilla, jos myös polttoaineiden hinnat ovat korkealla, kuten loppuvuonna 2021 oli. Jos sähkönhinnoissa tapahtuu suurta vaihtelua, lämpöpumput ja sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset voivat yhdessä tasapainottaa lämmön tuotantokustannuksia, mikä voi myös auttaa tasapainottamaan sähkömarkkinoita, joissa on suuri osuus vaihtelevaa uusiutuvaa sähköntuotantoa.

Tohtoriopiskelija: Pauli Hiltunen

Vastaväittäjä: Vanhempi tutkija Dominik Dominkovic, Technical University of Denmark

Kustos: Prof. Sanna Syri, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu, konetekniikan laitos

Väitöstilaisuus järjestetään Luentosalissa R001/M232 M1, Otakaari 1

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Tohtoriopiskelijan yhteystiedot:

Tekniikan korkeakoulujen väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/49