Sairaaloiden energia-analyysi ja mahdollisuudet hiilineutraaliin energiankulutukseen
Hareja, Oskari (2021)
Kandidaatintyö
2021
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021062440016
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021062440016
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tutkitaan mahdollisuuksia ja vaihtoehtoja sairaaloiden hiilineutraaliin energiankulutukseen. Hiilineutraali energiankulutus rajattiin tarkoittamaan vain energiantuotannossa aiheutuvia päästöjä. Työssä energiankulutukseen kuuluvat varavoimala, sairaalahöyryntuotanto, sähkö-, lämpö- ja jäähdytysenergia. Tavoitteena oli esittää mahdollisuuksia hiilineutraaliin energiankulutukseen ja analysoida tutkittavien sairaaloiden kulutustietoja ja nykyisiä tuotantolaitteistoja. Lisäksi laskettiin sairaaloiden vuoden 2019 energiankulutuksen hiilidioksidipäästöt.
Tutkittavien sairaaloiden energiankulutuksien analysoinnissa havaittiin, että sähkönkulutus keskittyy aamu- ja keskipäivälle. Viikkotasolla kulutus keskittyy melko tasaisesti arkipäiviin ja laskee viikonlopuksi. Vuorokaudessa huippukulutus ajoittuu melko pitkälle ajalle noin kello 8–13, minkä jälkeen kulutus laskee tasaisesti iltaan mennessä. Matalin kulutus saavutetaan aamuyöllä kello 2–3. Sähkönkulutuksen kulutushuiput ajoittuvat ajankohtaan, milloin myös sairaaloiden käyttöaste on korkeimmillaan. Lämpöenergiankulutus ei seuraa sairaalan käyttöastetta kovinkaan merkittävästi, vaan on suoraan verrannollinen ilmaston lämpötilaan. Korkein lämpöenergiantarve on kylminä talvikuukausina ja matalin kesäkuukausina.
Hiilineutraali sähkönkulutus saavutetaan hankkimalla sähkönkulutuksen verran alkuperätakuita. Lisäksi verkosta ostetun sähkön tueksi voidaan asentaa aurinkosähköjärjestelmä. Lämpöenergiantarve voidaan täyttää maalämpöpumpuilla tai uusimalla hiilineutraali kauko-lämpösopimus. Myös jäähdytyksessä voidaan hyödyntää maalämpöä tai jatkaa vedenjäähdyttimien ja kaukojäähdytyksen käyttöä. Varavoimaloissa pitää suosia biopohjaisia polttoaineita, kuten myös sairaalahöyryntuotannossa. Sairaalahöyry voidaan tuottaa myös sähkökäyttöisillä pienemmillä laitteilla, jotka ovat alkuperätakuiden ansiosta hiilineutraaleja.
Hiilineutraalien ratkaisujen lisäksi energiatehokkuuden parantamiseksi esimerkiksi lämmöntalteenoton ja ikkunoiden eristyksen parantaminen vähentävät energiankulutusta. Investoinneilla on myös monia välillisiä vaikutuksia esimerkiksi markkinoinnissa ja sairaalan imagon muodostamisessa. This bachelor's thesis investigates the possibilities and alternatives to net zero carbon energy consumption in hospitals. Net zero carbon energy consumption was limited to emissions from energy production only. In this study, energy consumption includes a backup power plant, steam production, electricity-, heat- and cooling energy. The aim was to present the possibilities for net zero carbon energy consumption and to analyze the energy consumption of hospitals and the existing production equipment. In addition, the carbon dioxide emissions from the 2019 energy consumption of hospitals were calculated.
An analysis of hospital energy consumption found that electricity consumption is concentrated in the morning and noon. On a weekly basis, consumption focuses evenly on weekdays and falls over the weekend. Peak consumption per day is spread over a fairly long period of time from around 8 to 13, after which consumption falls steadily to the lowest levels by evening. The lowest consumption is reached in the morning at 2–3 o'clock. The peaks in electricity consumption occur at a time when the utilization rate of the hospital in question is at its highest. Thermal energy consumption does not follow the hospital's utilization rate very significantly but is directly related to the climate temperature. The highest heat energy demand is during the cold winter months and the lowest during the summer months.
Carbon-neutral electricity consumption is achieved by obtaining guarantees of origin for electricity consumption. In addition, a photovoltaic system can be installed to support electricity purchased from the grid. The heat energy demand can be met with geothermal heat pumps or by purchasing a carbon-neutral district heating contract. Ground heat source can also be utilized for cooling or the use of water coolers or district cooling can be continued. Bio-based fuels should be favored in reserve power plants, as well as in steam production. Steam production can also be generated by electrical equipment that is carbon neutral because of guarantees of origin.
In addition to carbon-neutral solutions to improve energy efficiency, for example, improving heat recovery and window emissions, reduce energy consumption. Investments have also many indirect effects, for example on marketing and the image of the hospital.
Tutkittavien sairaaloiden energiankulutuksien analysoinnissa havaittiin, että sähkönkulutus keskittyy aamu- ja keskipäivälle. Viikkotasolla kulutus keskittyy melko tasaisesti arkipäiviin ja laskee viikonlopuksi. Vuorokaudessa huippukulutus ajoittuu melko pitkälle ajalle noin kello 8–13, minkä jälkeen kulutus laskee tasaisesti iltaan mennessä. Matalin kulutus saavutetaan aamuyöllä kello 2–3. Sähkönkulutuksen kulutushuiput ajoittuvat ajankohtaan, milloin myös sairaaloiden käyttöaste on korkeimmillaan. Lämpöenergiankulutus ei seuraa sairaalan käyttöastetta kovinkaan merkittävästi, vaan on suoraan verrannollinen ilmaston lämpötilaan. Korkein lämpöenergiantarve on kylminä talvikuukausina ja matalin kesäkuukausina.
Hiilineutraali sähkönkulutus saavutetaan hankkimalla sähkönkulutuksen verran alkuperätakuita. Lisäksi verkosta ostetun sähkön tueksi voidaan asentaa aurinkosähköjärjestelmä. Lämpöenergiantarve voidaan täyttää maalämpöpumpuilla tai uusimalla hiilineutraali kauko-lämpösopimus. Myös jäähdytyksessä voidaan hyödyntää maalämpöä tai jatkaa vedenjäähdyttimien ja kaukojäähdytyksen käyttöä. Varavoimaloissa pitää suosia biopohjaisia polttoaineita, kuten myös sairaalahöyryntuotannossa. Sairaalahöyry voidaan tuottaa myös sähkökäyttöisillä pienemmillä laitteilla, jotka ovat alkuperätakuiden ansiosta hiilineutraaleja.
Hiilineutraalien ratkaisujen lisäksi energiatehokkuuden parantamiseksi esimerkiksi lämmöntalteenoton ja ikkunoiden eristyksen parantaminen vähentävät energiankulutusta. Investoinneilla on myös monia välillisiä vaikutuksia esimerkiksi markkinoinnissa ja sairaalan imagon muodostamisessa.
An analysis of hospital energy consumption found that electricity consumption is concentrated in the morning and noon. On a weekly basis, consumption focuses evenly on weekdays and falls over the weekend. Peak consumption per day is spread over a fairly long period of time from around 8 to 13, after which consumption falls steadily to the lowest levels by evening. The lowest consumption is reached in the morning at 2–3 o'clock. The peaks in electricity consumption occur at a time when the utilization rate of the hospital in question is at its highest. Thermal energy consumption does not follow the hospital's utilization rate very significantly but is directly related to the climate temperature. The highest heat energy demand is during the cold winter months and the lowest during the summer months.
Carbon-neutral electricity consumption is achieved by obtaining guarantees of origin for electricity consumption. In addition, a photovoltaic system can be installed to support electricity purchased from the grid. The heat energy demand can be met with geothermal heat pumps or by purchasing a carbon-neutral district heating contract. Ground heat source can also be utilized for cooling or the use of water coolers or district cooling can be continued. Bio-based fuels should be favored in reserve power plants, as well as in steam production. Steam production can also be generated by electrical equipment that is carbon neutral because of guarantees of origin.
In addition to carbon-neutral solutions to improve energy efficiency, for example, improving heat recovery and window emissions, reduce energy consumption. Investments have also many indirect effects, for example on marketing and the image of the hospital.