Sähkökattiloiden määrä suomalaisessa kaukolämmöntuotannossa on lisääntynyt 2020-luvun aikana räjähdysmäisesti. Energiateollisuus ry:n kaukolämpötilaston mukaan vielä vuonna 2021 Suomessa sähkökattiloilla tuotettiin lämpöä vain 16 GWh verran. Vuoteen 2023 mennessä vastaava luku oli yli nelikymmenkertaistunut, kasvaen jo 746 GWh:iin.

Calefan suunnittelupäällikön Henri Vaaherman mukaan sähkökattiloiden yleistymisen taustalla on useita samanaikaisia muutoksia energiaympäristössä.

“Suomeen on rakennettu viime vuosina runsaasti tuulivoimaa, mikä on lisännyt sähkön hinnan vaihtelua. Tämä on avannut energiayhtiöille mahdollisuuden tuottaa lämpöä sähköllä silloin, kun sähkö on poikkeuksellisen edullista”, hän kertoo.

Samalla kaukolämmön tuotanto sähköistyy. Fossiilisiin polttoaineisiin perustuvia kattiloita poistetaan käytöstä, ja tilalle haetaan palamattomia tuotantomuotoja. Näin pyritään vastaamaan lämmöntuotannon päästövähennyspaineisiin.

Usein sähkökattilassa kiinnostaa myös sen tarjoama joustopotentiaali.

“Monille energiayhtiöille sähkökattila on tapa luoda tuloja sähkön reservimarkkinalla toimiessa. Jos sähkökattilalla halutaan hyödyntää edullisia sähkötunteja ja osallistua reservimarkkinoille, lämpövarasto on usein avainasemassa. Sen ansiosta tuotanto ei ole suoraan sidottu verkon hetkelliseen kulutukseen”, kertoo Vaaherma.

Kaukolämmön kesäkuorma tehdään nyt sähkökattiloilla

Sähkökattila soveltuu kaukolämmöntuotannossa erityisesti kesäkuorman kattamiseen, jolloin niillä voidaan korvata pienet lämpölaitokset. Tällöin suuremmat lämpö- ja voimalaitokset on ajettu alas sekä sähkön hinta on alhainen.

Yhä useampi kaukolämpöyhtiö tavoitteleekin tilannetta, jossa kesäajan kaukolämpökuorma katetaan ilman polttoon perustuvaa tuotantoa. Tällöin polttavat laitokset voidaan sammuttaa kokonaan kesäkuukausien ajaksi.

“Monet fossiilisiin polttoaineisiin perustuvat pienet lämpölaitokset toimivat käytännössä kesällä, kun suuremmat lämpölaitokset/voimalaitokset on ajettu alas. Sähkökattila on tehokas tapa korvata nämä pienemmät lämpölaitokset ja tuottaa lämpöä kesäaikaan” - Henri Vaaherma, Suunnittelupäällikkö, Calefa Oy

“Sähkökattila on erityisen järkevä ratkaisu siinä vaiheessa, kun siirrytään fossiilisista polttoaineista vaihtoehtoisiin tuotantomuotoihin. Se on tärkeä osa energiaportfoliota sekä energiayhtiöissä että teollisuudessa”, kertoo Vaaherma.

Kaukolämmön peruskuorman kattamiseen Vaaherma suosittelee useimmiten lämpöpumppulaitosta, jolla voidaan tuottaa ympäristön lämmönlähteitä hyödyntäen hyvällä hyötysuhteella lämpöä.

“Usein järkevin kokonaisuus syntyy silloin, kun lämpöpumput kattavat peruskuormaa ja sähkökattila täydentää tuotantoa kulutushuippujen tarpeissa tai edullisina sähkötunteina”, Vaaherma sanoo.

Spot-hintojen hyödyntämisestä intra-day -markkinaan

Sähkökattilat ovat esimerkiksi polttoon perustuviin laitoksiin huomattavasti nopeammin säädettäviä ja joustavampia.

Tämä sama ominaisuus, joka mahdollistaa niiden monipuolisen käytön kaukolämmöntuotannossa, tekee niistä myös erinomaisia resursseja käytettäväksi osana sähkömarkkinaa.

“Kaukolämpöyhtiöt hyödyntävät sähkökattiloita markkinahintojen mukaan oikeastaan kolmella tavalla: liittymällä sähkön reservimarkkinoille sekä hyödyntämällä sähkön spot-hintoja. Sähköverkon tasevastaavat pääsevät hyödyntämään myös intra-day –markkinaa”, Vaaherma kuvaa.

Tuulivoiman ja muun uusiutuvan sähkön tulevaisuudessa yhä lisääntyessä sähkön hintojen päivittäiset vaihtelut tulevat todennäköisesti vain kasvamaan. Näin ollen sähkökattila tulee pysymään pitkään kannattavana investointina.

“Reservimarkkinoilla on huomioitava erilaisten sähkökattilatyyppien säätönopeudet. Vastuskattilat ovat säätönopeuden kannalta parempi vaihtoehto kuin elektrodikattila, jos tavoitellaan liittymistä nopeisiin reservituotteisiin kuten FCR-D. Tällöin puhutaan noin 7,5 s aktivointinopeudesta.”

Ylipäätään reservimarkkinoilla hinnat tulevat todennäköisesti laskemaan tarjonnan eli sähkökattilakapasiteetin lisääntyessä. Se on kuitenkin vain yksi tapa, jolla sähkökattilaa voidaan hyödyntää, eikä reservimarkkinoiden hintojen lasku poista sähkökattilan kannattavuutta kaukolämpöresurssina”, Vaaherma havainnollistaa.

Sähkökattilahankkeessa vesikemialla on väliä

Sähkökattilan mitoituksessa keskeistä on verrata sähkökattilan kapasiteettia korvattavan lämmöntuotannon kulutusprofiilin ja pysyvyyskäyriin. Näin voidaan varmistaa, että sähkökattila kattaa halutun lämpökuorman eri aikoina.

“Toisin kuin monissa muissa tuotantomuodoissa, sähkökattilan lievä ylimitoitus ei yleensä nosta investointikustannuksia merkittävästi, jos olemassa olevassa muuntaja ja sähköliittymä ovat riittäviä”, Henri Vaaherma kertoo.

Tämä mahdollistaa lisäkapasiteetin varaamisen tulevaisuutta varten, mikäli kaukolämpöverkon sähköllä tuotetun lämmöntarpeen odotetaan kasvavan.

“Sähkökattilan tehoa voidaan myös säätää hyvin joustavasti, ja sitä voidaan ajaa hyvin pienellä minimikuormalla. Käytännössä voidaan siis investoida isompaan yksikköön, koska se säätyy myös kesän pienempään tehontarpeeseen. Kannattaa myös huomioida sähkökattilatyyppien minimitehot, jotka eroavat vastus- ja sähkökattiloiden välillä. Lähtökohtaisesti vastuskattiloilla päästään pienemmälle minimiteholle”, Vaaherma sanoo.

Sähköliittymien, muuntajien ja sähkökeskusten suunnittelu on sähkökattilasuunnittelun peruskauraa. Mitä muuta kaukolämpöyhtiön sähkökattilahankkeessa sitten tulisi huomioida?

“Erityisesti suuremmissa elektrodikattiloissa vesikemia on kriittinen tekijä. Oikeanlainen vedenkäsittely vaikuttaa suoraan laitoksen käyttöikään ja toimintavarmuuteen. Toisin kuin lämpöpumpuille ja vastuskattiloille, elektrodikattiloille ei riitä kaukolämpöverkon laatuinen vesi”

Vaaherman mukaan vesikemiaan elektrodikattilaa varten tehtävät investoinnit maksavatkin itsensä takaisin muun muassa sähkökattilan elektrodien ja lämmönsiirtopintojen kunnossa pysymisellä. Samalla sähkökattilan käyttöikä ja kustannustehokkuus paranevat.

Missä kaukolämpö, siellä sähkökattila

Murroksessa oleva energiajärjestelmä tarvitsee uusia keinoja fossiilisen ja polttoon perustuvan energiantuotannon korvaamiseksi. Vaaherman mukaan sähkökattilat ovat tulleet tähän tehtävään jäädäkseen.

“Sähkökattilojen räjähdysmäisen kysynnän vuoksi myös teknologia on sähkökattiloiden osalta nykyään hyvällä tasolla”, hän kertoo.

Vaaherma myös uskoo, että kaukolämpöyhtiöt tulevat investoimaan sähkökattiloihin yhä tulevina vuosina.

“Sähkön reservimarkkinoiden tasaantuessakin sähkökattilassa on sen verran iso potentiaali kaukolämmöntuotannolle, ettei sitä kannata ohittaa”, hän toteaa.