District heat production methods : case Keitele
Nykänen, Henri (2021)
Diplomityö
2021
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021061838796
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021061838796
Tiivistelmä
In this master’s thesis was reviewed different heat production methods for the Keitele district heating network. Aim of this master’s thesis was to determine cost-effective ways to generate heat for supporting the selection of the future heat production method in Keitele.
Review was carried through with building different heat production models. Heat production models contained different base load production methods. Base load methods reviewed were combustion heat plants with woody biomass fuels, heat pumps, solar collectors, and purchased heat. The heat sources reviewed for heat pumps were ambient waters, ambient air, and geothermal energy. Their suitability and properties as a heat source were examined and geothermal and ambient air was selected in modeled systems.
Cost-effectiveness was reviewed by comparing systems levelized cost of heat. The most cost-effective heat production method turned out to be purchased heat, forest chip boiler and solar collectors. For heat pump-based heat production economic competitiveness requires that heat pumps are moved into tax category II. If tax category two is considered a hybrid system with pellet boiler and ambient air heat pump is also competitive.
As a result of this master’s thesis, there was presented costs of different heat production methods and recommended heat production method was presented. Reasons for the selected heat production method were presented including adaptability for future development on energy markets and technical suitability in Keitele was analyzed. Tässä diplomityössä tarkasteltiin eri kaukolämmön tuotantomuotojen taloudellista kannattavuutta Keiteleen kaukolämpöverkossa. Tämän diplomityön tavoitteena oli tarkastella kustannustehokkaita lämmöntuotanto menetelmiä, joita voidaan käyttää Keiteleen tulevan lämmöntuotanto menetelmän valinnassa.
Tarkastelu tehtiin rakentamalla erilaisia lämmöntuotanto malleja. Lämmöntuotanto mallit koostuivat eri peruskuorman tuotantomuodoista. Peruskuorman tuotantomuotoja, joita työssä tarkasteltiin, olivat puuta polttoaineena käyttävät lämpölaitokset, lämpöpumput, aurinkokeräimet sekä ostettava lämpöenergia. Tarkasteltuja lämpöpumppujen lämmönlähteitä olivat vesistö, ulkoilma sekä geoterminen energia. Lämmönlähteiden soveltuvuuden ja ominaisuuksien tarkastelun jälkeen soveltuvimmiksi lämmönlähteiksi valikoitu geoterminen energia ja ulkoilma.
Kustannustehokkuutta arvioitiin vertailemalla eri lämmöntuotantomuotojen (LCOH) omakustannehintoja. Kustannustehokkaimmaksi lämmöntuotantomuodoksi osoittautui ostettavan lämmön, hakekattilan sekä aurinkokeräimiin perustuva järjestelmä. Lämpöpumppuihin perustuvan lämmöntuotannon kilpailukyvyn ehtona lämpöpumppujen siirtyminen veroluokkaan II. Jos veroluokka muutos huomioidaan, on pelletti kattilan ja ulkoilmaa lämmönlähteenä käyttävä lämpöpumppu on kilpailukykyinen vaihtoehto.
Diplomityön tuloksina selvitettiin eri lämmöntuotantomuotojen kustannukset sekä suositeltu lämmöntuotantomuoto esiteltiin. Perustelut suosittelun lämmöntuotantomuodon valinnasta esiteltiin sisältäen soveltuvuuden ja mukautumisen tulevaisuuden energiamarkkinoiden kehitykseen sekä teknisen soveltuvuuden Keiteleen kaukolämpöverkkoon.
Review was carried through with building different heat production models. Heat production models contained different base load production methods. Base load methods reviewed were combustion heat plants with woody biomass fuels, heat pumps, solar collectors, and purchased heat. The heat sources reviewed for heat pumps were ambient waters, ambient air, and geothermal energy. Their suitability and properties as a heat source were examined and geothermal and ambient air was selected in modeled systems.
Cost-effectiveness was reviewed by comparing systems levelized cost of heat. The most cost-effective heat production method turned out to be purchased heat, forest chip boiler and solar collectors. For heat pump-based heat production economic competitiveness requires that heat pumps are moved into tax category II. If tax category two is considered a hybrid system with pellet boiler and ambient air heat pump is also competitive.
As a result of this master’s thesis, there was presented costs of different heat production methods and recommended heat production method was presented. Reasons for the selected heat production method were presented including adaptability for future development on energy markets and technical suitability in Keitele was analyzed.
Tarkastelu tehtiin rakentamalla erilaisia lämmöntuotanto malleja. Lämmöntuotanto mallit koostuivat eri peruskuorman tuotantomuodoista. Peruskuorman tuotantomuotoja, joita työssä tarkasteltiin, olivat puuta polttoaineena käyttävät lämpölaitokset, lämpöpumput, aurinkokeräimet sekä ostettava lämpöenergia. Tarkasteltuja lämpöpumppujen lämmönlähteitä olivat vesistö, ulkoilma sekä geoterminen energia. Lämmönlähteiden soveltuvuuden ja ominaisuuksien tarkastelun jälkeen soveltuvimmiksi lämmönlähteiksi valikoitu geoterminen energia ja ulkoilma.
Kustannustehokkuutta arvioitiin vertailemalla eri lämmöntuotantomuotojen (LCOH) omakustannehintoja. Kustannustehokkaimmaksi lämmöntuotantomuodoksi osoittautui ostettavan lämmön, hakekattilan sekä aurinkokeräimiin perustuva järjestelmä. Lämpöpumppuihin perustuvan lämmöntuotannon kilpailukyvyn ehtona lämpöpumppujen siirtyminen veroluokkaan II. Jos veroluokka muutos huomioidaan, on pelletti kattilan ja ulkoilmaa lämmönlähteenä käyttävä lämpöpumppu on kilpailukykyinen vaihtoehto.
Diplomityön tuloksina selvitettiin eri lämmöntuotantomuotojen kustannukset sekä suositeltu lämmöntuotantomuoto esiteltiin. Perustelut suosittelun lämmöntuotantomuodon valinnasta esiteltiin sisältäen soveltuvuuden ja mukautumisen tulevaisuuden energiamarkkinoiden kehitykseen sekä teknisen soveltuvuuden Keiteleen kaukolämpöverkkoon.