Sähkökattilalaitoksen ja kaukolämpöakuston toiminnan suunnittelu lähtökohtana optimaalinen käytettävyys

Abstract

Suomessa eletään energiamurroksen aikaa. Uusiutuvan energiantuotannon voimakas lisääntyminen ja sen ajoittaisuus on kannustanut energiayhtiöitä investoimaan sähköön perustuviin kaukolämmöntuotantomuotoihin kuten lämpöpumppuihin ja sähkökattiloihin. Sähkön hinnan ollessa alhaalla on kannattavaa tuottaa kaukolämpöä sähköllä ja varastoida lämpöä suuriin vesitäytteisiin kaukolämpöakkuihin. Näin voidaan vähentää polttamisessa syntyviä CO2-päästöjä ja alentaa kaukolämmön tuotantokustannuksia huomattavasti.

Tuuliolosuhteiden muutokset aiheuttavat sähkön hintaan voimakasta vaihtelua, ja se kannustaa energiayhtiöitä tarjoamaan sähköä runsaasti käyttävät tuotantolaitteensa sähkön kapasiteettimarkkinoille. Kun kaukolämpöverkossa on muuta tuotantoa, tai energiaa saadaan varastoitua / purettua akuista, voidaan sähkökattilan tehoa säätämällä tukea sähköverkon taajuutta. Sähkön kapasiteettimarkkinassa ja Nordpoolin Intraday kaupan hinnan vaihteluilla onkin tällä hetkellä hyvä potentiaali energiayhtiöiden tuoton lisäämiseen.

Tässä työssä käydään läpi Tampereen Energian investointi kahteen 50 MW sähkökattilaan ja kahteen 10000 m3 kaukolämpöakkuun. Suunnittelussa on alusta asti otettu huomioon mahdollisuudet tarjota kattiloita sähkön kapasiteettimarkkinoille siten, että vaikutukset kaukolämmön tuotantoon pysyvät mahdollisimman pieninä. Kaukolämpöverkon tehon tuotannon täytyy olla koko ajan tasapainossa kulutukseen nähden tai paine nousee / laskee verkolla liikaa. Sähkökattiloiden tehon muutokset pitää siten pystyä kompensoimaan joko akustosta purettavalla tai ladattavalla kaukolämpövedellä.

Laitoksen suunnittelussa ja käyttöönotossa onnistuttiin siten, että siirtymät ajotiloista toiseen voidaan tehdä kaukolämpötuotannon siitä häiriintymättä ja tammi-maaliskuun 2026 aikana saavutettiin polttoainekustannuksissa fossiilisilla polttoaineilla 8,4 % ja biopolttoaineilla 4,7 %:n säästö. Tampereen Energian hiilidioksidipäästöt referenssijaksolla vähenivät uuden laitoksen ansiosta yli 20200 tonnia.

The Finnish energy sector is undergoing a rapid transition driven by the increasing share of renewable electricity generation and its inherent variability. This development has encouraged energy companies to invest in flexible technologies such as electric boilers and district heating storage units, enabling cost-efficient and low-emission heat production. During periods of high renewable electricity availability, electricity prices are typically low, allowing district heating to be produced using electric boilers and excess heat to be stored for later use. The stored heat can be utilized when electricity prices are higher, thereby reducing reliance on combustion-based heat production, lowering operating costs, and decreasing carbon dioxide emissions. In addition, electricity price volatility has created new revenue opportunities in electricity reserve, capacity, and intraday markets.

This thesis investigates the investment in two 50 MW electrode boilers and two 10,000 m³ district heating storage units at Tampereen Energia. The facility was designed to allow rapid adjustments in electricity consumption while maintaining stable operation of the district heating network, which requires continuous balance between heat production and consumption. Since its commissioning in December 2025, the facility has operated successfully and changes between drive mode to another have proven to be possible without causing disturbances to district heat production. During the period from January to March 2026, fossil fuel consumption was reduced by 8.4% and biofuel consumption by 4.7%, resulting in a reduction of carbon dioxide emissions exceeding 20,200 tonnes.