AURINKO- JA TUULIENERGIAN SEKÄ HULEVESIEN
AURINKO- JA TUULIENERGIAN SEKÄ HULEVESIEN KÄYTTÖMAHDOLLISUUKSIA LOGISTIIKKA-ALUEEN ENERGIANTUOTANNOSSA Reijo Nauska Sisällysluettelo 1. JOHDANTO ................................................................................................... 3 2. AURINKOENERGIA ..................................................................................... 4 1.1. AURINKOENERGIAN TEKNIIKKAA ............................................. 5 1.1.1. LÄMMÖNTUOTTO .................................................................. 5 1.1.2. SÄHKÖNTUOTTO .................................................................... 5 1.1.3. AURINKOKERÄIMIEN TEKNIIKKAA .................................. 6 1.2. AURINKOENERGIAN KÄYTTÖKOHTEITA ............................... 12 1.3. AURINKOENERGIAN TULEVAISUUTTA ................................... 13 1.4. AURINKOENERGIAN KÄYTTÖ LOGISTIIKKA-ALUEELLA ... 16 2. TUULIENERGIA ......................................................................................... 17 2.1. TUULIENERGIAN TEKNIIKKAA.................................................. 18 2.1.1. TUULIENERGIAN TUOTTO ................................................. 18 2.1.2. TUULIMYLLYT ...................................................................... 19 2.1.3. TUULITURBIINIT .................................................................. 20 2.2. TUULIENERGIAN KÄYTTÖKOHTEITA ...................................... 22 2.3. TUULIENERGIAN TULEVAISUUTTA ......................................... 22 2.3.1. LEIJATUULIVOIMALA ......................................................... 23 2.4. TUULIENERGIAN KÄYTTÖ LOGISTIIKKA-ALUEELLA ......... 24 3. AURINKO- TUULI- JA BIOENERGIAN YHTEISKÄYTTÖ ................... 25 3.1. 3.2. LÄMMITYS....................................................................................... 25 SÄHKÖN TUOTTO .......................................................................... 25 4. SÄHKÖN KÄYTTÖ..................................................................................... 26 5. SÄHKÖLASKELMA ................................................................................... 28 6. HULE- JA JÄTEVESIEN KÄSITTELY LOGISTIIKKA-ALUEELLA ..... 30 6.1. 6.2. 6.3. HULEVESIEN JAKAMINEN ........................................................... 30 JUNARATA-ALUE ........................................................................... 30 LENTOKENTTÄALUE .................................................................... 31 6.3.1. KIITOTIE JA RULLAUSALUE .............................................. 31 6.3.2. KONEIDEN JÄÄTYMISENESTO .......................................... 31 6.3.3. JÄÄTYMISENESTOLIUOSTEN KÄSITTELY ..................... 31 6.3.4. HULEVESIEN KÄSITTELY................................................... 32 6.4. VESIEN HYÖTYKÄYTTÖ .............................................................. 32 6.4.1. VEDYN VALMISTUS............................................................. 32 6.4.2. LEVÄN KASVATUS............................................................... 33 6.4.3. BIOMASSASTA VALMISTETUN BIOKAASUN KÄYTTÖ 34 6.4.4. VESIVOIMALA ....................................................................... 35 7. JÄTEHUOLTO ............................................................................................. 36 8. JOHTOPÄÄTÖKSET ................................................................................... 37 LÄHTEET ............................................................................................................. 39 1. JOHDANTO Maapallon energiankulutus kasvaa samanaikaisesti kuin fossiiliset energialähteet vähenevät ja niiden hyödyntäminen vaatii kalliimpaa tekniikkaa kuin tähän asti. Samanaikaisesti kiihtyy globaali keskustelu ilmakehän lämpenemisestä ja siihen liittyen ilmakehään pääsevistä hiilidioksidipäästöistä. Samanaikaisesti uusiutuvan energian tuotannon tutkimukseen lisääntyvä panostus ja olemassa olevan tekniikan halpeneminen ovat tuoneet uusiutuvan energian käytön varteenotettavaksi vaihtoehdoksi ympäri maailmaa. Erityisesti nopeasti kehittyvät maat Kiina, Intia ja Brasilia ovat panostaneet uusiutuvan energian tuotantoon samanaikaisesti heidän energiantarpeensa kasvaessa. Näissä maissa myös edulliset työvoimakustannukset sekä edulliset ilmasto-olosuhteet ovat hyvänä vauhdittajana siirryttäessä uusiutuvaan energiaan. Euroopassa ja Yhdysvalloissa uusiutuvan energian lisääntyminen on paljon kiinni poliittisista päätöksistä. Olemassa oleville energiamarkkinoille, joilla on vakiintunut hintataso, ei koeta olevan helppoa tulla ilman taloudellista tukea. Poliittisen tuen turvin mm. tuulivoima on kasvanut voimakkaasti Euroopassa ja Yhdysvalloissa, mutta vastaavasti tuen jatkuvuuteen ja tason säilymiseen ei uskalleta luottaa niin paljon, että uusiutuvan energian tuotanto kasvaisi sillä vauhdilla kuin se teknisesti olisi mahdollista. On koettu myös äkillisiä muutoksia uuden energiatuotannon rakentamisessa johtuen juuri näistä epävarmuustekijöistä. Suomi on perinteisesti ollut edullisen energian maa, johtuen mm. vahvasta metsäteollisuudesta, jonka paljon energiaa vaativia prosesseja on epäsuorasti tuettu pitämällä energian hinta alhaisena. Tästä syystä aurinko- ja tuulienergian tuotanto on Suomessa vähäistä verrattuna muihin Pohjoismaihin ja Eurooppaan. Suomessa on pitkä perinne vesivoiman ja poltettavan bioenergian käytössä. Näin ollen Suomen uusiutuvan energian käyttö on merkittävää, mutta uusien teknologioiden käyttöönotto hidasta verrattuna muihin Euroopan maihin. Tässä tutkielmassa on lyhyesti esitelty energiantuotantoa aurinko- ja tuulivoimalla sekä niiden käyttömahdollisuuksia logistiikka-alueella. Lisäksi loppupuolella on lyhyesti käsitelty mahdollisuutta hyötykäyttää hulevesiä ja logistiikka-alueella kertyvää bio- ja energiajätettä energiantuotannon lisänä. 2. AURINKOENERGIA Aurinko säteilee maapallolle energiaa päivittäin määriä, joka pystyisi korvaamaan kaiken ihmisten käyttämän energian, mikäli auringon energia pystyttäisiin hyödyntämään. Suomessa aurinko säteilee 800 kWh/m2. Tästä säteilystä on hyödynnettävissä kevään, kesän ja alkusyksyn osuus. Eroja säteilyn keräämisestä syntyy paikallisesti aurinkoisten päivien määrän vaihtelusta sekä käytettävän keräimen suuntaamisesta sekä asennuskulmasta. Aurinkoenergian hyödyntämiseksi on Euroopan Unionissa meneillään hankkeita mm. aurinkosähköpuiston rakentamisesta Saharaan. Sähkö siirrettäisiin Välimeren alitse tasajännitekaapelia pitkin siirtohävikin pienentämiseksi. Myös muita aurinkosähköhankkeita on suunnitteilla. Egypti suunnittelee parhaillaan 100 MW aurinkosähkövoimalaa, jonka tuotosta osa voitaisiin myydä Eurooppaan. (http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article473898.ece ) Kansainvälinen energiajärjestö IEA uskoo, että aurinkoenergialla voitaisiin tuottaa vuonna 2050 9000 TWh sähköä, mikä vastaisi n. 22 % maapallon sähköntuotannosta. Tällä hetkellä aurinkosähkömarkkinat kasvavat 30 % vuosivauhdilla. ( http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article406249.ece ) Aurinkoenergian hyödyntäminen Suomessa on vaatimatonta johtuen mm. laitteistojen hinnasta sekä vuodenaikojen vaihtelusta johtuvasta epätasaisesta tuotannosta. Käyttö on kuitenkin lisääntymässä mm. ilmastovaikutusten pienentämiseksi sekä energian hinnan kohotessa. Mikäli aurinkoenergian käyttöönottoa ja/tai käyttöä tuettaisiin merkittävästi verotuksellisesti, kiinnostus aurinkoenergian rakentamiseen ja käyttöön lisääntyisi merkittävästi. Tällä hetkellä aurinkoenergian rakentamiseen saa valtiolta investointitukea, mutta aurinkoenergiasta tuotettu sähkö on edelleen syöttötariffin ulkopuolella Matti Vanhasen 2-hallituksen esittämässä uusiutuvan energian tukipaketissa. Samansuuruinen syöttötariffi kuin tuulivoimalla tuotetulla sähköllä on, nostaisi aurinkosähkön tuotantoa Suomessa. Yhdistelmärakennepiloteilla aurinkoenergiasta liiketoimintaa – hanke kartoittaa kahden vuoden aikana kohteita, joihin aurinkoenergia integroidaan. (http://www.tekniikkatalous.fi/tk/article364203.ece ) 1.1. AURINKOENERGIAN TEKNIIKKAA 1.1.1. LÄMMÖNTUOTTO Aurinkoenergialla pystytään tuottamaan lämpöenergiaa, joka varastoidaan yleisimmin vesivaraajaan. Varastointia voidaan tehdä myös kivivaraajiin tai rakennusten rakenteisiin. Auringon lämpösäteilyä kerätään joko tasokeräimillä tai tyhjiöputkikeräimillä. Keräimien vastaanottama lämpöenergia siirretään väliaineen avulla vesivaraajaan. Lämmönkeräysjärjestelmiä käytetään Suomessa etupäässä pienrakentamisessa osana lämmitysjärjestelmää. Ainoana lämpöjärjestelmänä aurinkolämpö ei Suomessa ole realistinen vaihtoehto, koska lämmitystarpeen ollessa suurin on auringon säteily vähäisintä. 1.1.2. SÄHKÖNTUOTTO Sähkön tuotannossa aurinkoenergiaa kerätään aurinkopaneeleilla, jotka muuntavat lämpösäteilyä tasavirtasähköksi. Sähkö siirretään taajuusmuuntajalle, joka muuntaa tasavirran vaihtovirraksi tai käytetään tasavirtaa käyttäviä sähkölaitteita. Toinen mahdollisuus on lämmittää nestettä keskittävillä aurinkokeräimillä, jotka koostuvat peilijärjestelmistä, joiden avulla kootaan auringon säteilyä laajaltakin alueelta. Lämmitetyllä nesteellä pyöritetään generaattoria, joka tuottaa sähköä. Tällainen CSP-voimala (centrated solar power) on Espanjassa Badajózin kaupungin lähistöllä otettu käyttöön. Voimalan teho on 60 MW. Abu Dhabissa suunnitellaan rakennettavaksi 100 MW CSP-voimalaa. (Tekniikka & Talous, 13.8.2010, s 18) Suomessa on joitain suurempia aurinkosähkökohteita, joissa sähkö tuotetaan paneeleilla. Citymarket Lielahti Tampereella on vanhin suurempi aurinkosähköjärjestelmä. Kiilto Oy otti vuonna 2008 käyttöön aikansa suurimman aurinkosähköjärjestelmän Suomessa ja vuonna 2010 ABB otti käyttöön tämän hetken suurimman aurinkosähköjärjestelmän Suomessa. Laitos on ABB:n Pitäjänmäen tehtaan katolla. Oheisesta taulukosta voi nähdä aurinkosähköjärjestelmien tehon kasvua muutaman viime vuoden aikana. Kiilto 2008 hinta € 290 000 piikkiteho kWp 65 paneelien pinta-ala m2 463 kappalemäärä 332 vuosituotto, laskennal- 65 linen MWh ABB 2010 500 000 181 1200 870 160 Suomen kaksi suurinta aurinkosähköjärjestelmää 2010 1.1.3. AURINKOKERÄIMIEN TEKNIIKKAA Lämmitykseen käytettäviä keräimiä on kahta päätyyppiä: tasokeräimiä ja tyhjiöputkikeräimiä. Tasokeräimissä lämpöä keräävässä yksikössä kiertää lämpöä kuljettava putkisto. Keräimen tumma pinta ja materiaali siirtävät lämpöä putkistossa kiertävään lämmönsiirtonesteeseen. Keräimiä voidaan kytkeä sarjaan tai rinnakkain tarpeen mukaan ja lämpö siirretään varastointikohteeseen, vesivaraajaan, joko suoraan keräimissä kiertävällä nesteellä tai välissä on lämmönsiirrin, joka kokoaa keräinten lämmön erilliseen kiertoon, joka kuljettaa lämpöä varaajaan. Keräinten materiaalivalinnat, siirtomatka ja järjestelmän eristäminen ovat merkittäviä tekijöitä järjestelmän hyötysuhdetta laskettaessa. Tyhjiöputkikeräimissä on lasiputkia, joissa on joko lämpöä siirtävä, lämmöstä höyrystyvä neste tai tyhjiö putken sisällä. Putkien takana on parabolinen heijastinpinta, joka kokoaa myös taustasäteilyä keräimiin. Keräimien putkista lämpö siirretään siirtoaineeseen, joka kiertää keräimiltä varaajaan ja takaisin. Tässäkin järjestelmässä siirtomatka ja eristäminen vaikuttavat merkittävästi hyötysuhteeseen. Molemmat keräimet päällystetään selektiivisellä kalvolla, joka absorboi lyhyet aallonpituudet (0,3 -2µm) keräimeen, mutta emittoi (säteilee ulos) pitkät aallonpituudet (4-25µm) keräimestä ulos. Selektiivinen pinta toimii eräänlaisena säteilyloukkuna. Keräimen hyötysuhde ja tehokäyrät ovat puhtaita matemaattisia suhteita, joka kertovat täsmällisesti keräimen ominaisuudet ja suorituskyvyn. Nämä tulokset ovat toistettavissa, koska kaavat ja lähtötiedot pysyvät samoina. Pelkästään niiden avulla ei voida kuitenkaan päätellä keräimen todellista tuottoa. Järjestelmiä on niin monenlaisia, että esimerkiksi reilusti ylimitoitetussa käyttövesijärjestelmässä tietyn keräimen neliömetrituotto on vain 250 kWh/m²/a, vaikka alimitoitetussa esilämmitysjärjestelmässä sama keräin tuottaa 450 kWh/m²/a. Keräimen tuottoa voi arvioida myös tietokonesimulaation avulla. (http://www.yenergia.com/aurinkolampo/teho_ja_tuotto/teho_ja_tuotto.html #kep) Keskittävillä keräimillä voidaan tuottaa lämpöä tehokkaammin kuin muilla keräinmalleilla. Keskittävän keräimen rakenteeseen kuuluu parabolinen heijastinpinta, joka keskittää myös ohisäteilyä lämmönsiirtimeen. Keräimen hyötysuhde on parempi, mutta vastaavasti valmistuskustannukset ovat korkeammat. 1.1.3.1. KERÄINTEN ASENNUS Keräinratkaisuissa on tärkeää suunnata keräimet suuntaan, jossa ne parhaiten pystyvät keräämään lämpösäteilyä päivän aikana. Yleisin suuntaus on etelä. On myös mahdollista suunnata osa keräimistä aamuaurinkoon, suurin osa etelään ja osa ilta-auringon suuntaan. Näin saadaan hyödynnettyä suurin osa päivän säteilystä, joskin täyttä kapasiteettia ei saada kerättyä hetkellisesti. Monisuunnattu järjestelmä on myös suuri ja se vaatii paljon tilaa. Markkinoilla on myös seuraavia järjestelmiä, joissa keräimet liikkuvat optimaaliseen suuntaan keräten säteilyä mahdollisimman tehokkaasti koko sen ajan, jolloin aurinkoenergiaa on saatavilla. Keräimet asennetaan yleisesti 30 – 60 asteen kulmaan. Asennuskulma riippuu myös keräinten optimaalisesta hyödyntämisestä kohteessa. Yleisin asennuskulma on 45 astetta. Tällöin pintaan kohdistuva talven lumikuorman paine on pieni ja keräimen hyötysuhde on kohtuullisen hyvä. 1.1.3.2. 1. 2. 3. 4. 5. 6. AURINKOKERÄIMET Lasiputken ulkopinta Tyhjiö Absorberi Lämmönsiirtopelti Kuparinen U-muotoinen lämmönsiirtoputki Parabolinen-heijastin http://www.alternative.fi/fi/tuotteet/aurinkolampo/keraimet/opc.xhtml Nestettä sisältävissä keräimissä keräimessä olevien putkien sisällä on neste, jonka lämpöenergia lämmittää. Lämmennyt seos luovuttaa lämpöään lämmönsiirtonesteeseen ja kiertää sen jälkeen takaisin lämpenemään. Keräimissä käytetään nesteenä mm. vettä, vesi-etyleeni-glykoliseosta, vesipropyleeni-glykoliseosta ja silikoniöljyä. Aine vesi vesietyleeniglykoliseos vesipropyleeniglykoliseos silikoniöljy Viskositeetti cP 0,5-0,9 1,2–4,4 Jäätymispiste o C 0 – 36 Kiehumispiste o C 100 110 Suht. lämpökapasiteetti 1 0,83 1,4–7,0 – 31 110 0,87 50 – 84 260 0,36 eräiden nesteiden lämmönsiirto-ominaisuuksia Tyhjiöputkikeräimissä on kaksi sisäkkäistä lasiputkea ja lämmönsiirtoputki. Lasiputkien välissä on tyhjiö ja sisemmän putken pinnalla absorptiokerros, joka hyödyntää yli 95 % säteilystä muuttaen sen lämpöenergiaksi. Lämpöenergian siirretään siirtonesteeseen ja siirtoneste kuljettaa lämmön edelleen lämmitettävään kohteeseen. Tyhjiöputkikeräin http://www.alternative.fi/fi/tuotteet/aurinkolampo/keraimet/opc.xhtml Tasokeräin http://www.alternative.fi/fi/tuotteet/aurinkolampo/keraimet/sonnenkraft.xhtml 1.1.3.3. KERÄIMIEN VERTAILU Nestekiertoinen keräin nesteellä korkea lämpökapasiteetti, hyvät lämmönsiirto-ominaisuudet lämmön siirto vesivaraajaan helppoa helppo säädettävyys monipuolinen soveltuvuus Ilmakiertoinen keräin ilma ei jäädy, käytettävyys talvella parempi vuodot eivät aiheuta vaaraa ei korroosio-ongelmia helpompi rakentaa Nestekeräimen sähkönkulutus on paljon pienempi kuin ilmapuhaltimen sähkönkulutus. Nestekeräimet ovat yleisesti ongelmattomia. 1.1.2. AURINKOPANEELIT 1.1.2.1. PIIPOHJAISET PANEELIT Aurinkosähköpaneelien asentamisessa pätevät samat periaatteet kuin lämpökeräimien kanssa. Aurinkopaneelit ovat nykyisin etupäässä piipohjaisia kennoja, joissa käytetään yksikiteistä, monikiteistä tai amorfista piitä. Yksikiteinen pii on väistymässä monikiteisen piin käytön lisääntyessä. Monikiteinen pii on edullisempi materiaalina ja sen hyötysuhdetta on helpompi nostaa, koska materiaalin pienet virheet voidaan osin kiertää. Amorfista piitä käytetään ohuiden, muotoiltavien paneelien valmistuksessa. Paneelit päällystetään selektiivisellä kalvolla, kuten keräimetkin. Paneelit ovat puolijohdediodeja, joissa kahden tasaisen puolijohdekerroksen välissä on rajapinta, jonka toisella puolella on n-tyyppinen ja toisella puolella p-tyyppinen puolijohde. Elektronit kasaantuvat toiselle puolelle ja toiselle puolelle kerääntyy aukkoja. Siten kennoon syntyy sisäinen tasavirtasähkökenttä. Aurinkopaneelien tuottama sähkö siirretään inverttereille, jotka muuntavat tasavirran vaihtovirraksi ja siirtävät vaihtovirran käyttöverkkoon. Paneeleilta siirrettävä sähkö on tasasähköä ja sen siirtohävikki on merkittävästi pienempi kuin vaihtovirran siirtohäviö samalla matkalla olisi. Paneelien hyötysuhde on suhteellisen alhainen 10 - 20 %. Paneelien hyötysuhteen kohottaminen ja invertterien hyötysuhteen nostaminen parantavat sähköntuottoa tulevaisuudessa. Parhaat hyötysuhteet piipaneeleissa ovat 40 %, mutta niiden valmistuskustannukset ovat merkittävästi korkeammat. AURINKOPANEELIN I-U -KÄYRÄ Kiteisen piiaurinkokennon I-U-käyrä standarditestiolosuhteissa. (http://www03.edu.fi/oppimateriaalit/aurinko/aurinkosahko_ja_kennot/aurin kokennon_iu-kayran_ominaisuudet/index.html) I-U –käyrä kuvaa aurinkopaneelin virran ja jännitteen välistä suhdetta. Paneeli tuottaa tasaisesti virtaa, mutta jännite vaihtelee. Virran ollessa 0 A ollaan kennon tyhjäkäyntijännitepisteessä (VOC) ja jännitteen ollessa 0 V ollaan kennon oikosulkuvirtapisteessä (ISC) Siksi jokaisen paneelin I-U – käyrä on tiedettävä, että kennoista saadaan järkevästi tehoa. Paras virta-jännitearvopiste on maksimitehopiste. Maksimitehopistettä käytetään kuvaamaan kuinka paljon paneeli tuottaa virtaa parhaissa mahdollisissa olosuhteissa. ( Erat, ym. 2008, 121). 1.1.2.2. OHUTKALVOPANEELIT Kolmannen sukupolven aurinkopaneelit perustuvat nanorakenteisiin puolijohdekennoihin. Näistä korkein hyötysuhde on saavutettu väriaineaurinkokennoilla. Väriaineaurinkokennoissa väriaineena käytetään titaanioksidia (TiO2), silikonipohjaisilla ohutkalvopaneeleilla on päästy kaupallisissa tuotteissa 20 % hyötysuhteeseen. Edullisemmat valmistuskustannukset verrattuna piipaneeleihin ovat tehneet ohutkalvopaneeleista kasvavan tuotteen aurinkosähkön tuottamiseen. Ohutkalvokennojen suurin kaupallinen valmistaja tällä hetkellä on yhdysvaltalainen Nanosolar, jonka kennoja käytetään mm. Helsingin Viikissä parvekelasien välissä tuottamassa sähköä taloyhtiö tarpeisiin. Kennojen pinta-ala on n. 200 m2 ja niiden kapasiteetti on 24 kWp. Pystysuora asennus pudottaa Suomen olosuhteissa kennojen hyötysuhteesta n. 20 % optimaaliseen suuntaukseen verrattuna, mutta vastaavasti kennojen pinta-alaa saadaan edullisesti kasvatettua ja kennojen puhtaanapito vaatii hyvin vähän työtä. Paneeli Kiilto NP200GK Nanosolar Pmax (W) 200 200 Imax (A) 7,63 6,4 Vpmax (V) 26,2 31,5 Isc(A) 8,2 7,6 Voc(V) 33,4 43,1 Kennojen lkm 54 84 Kennojen tyyppi Monikiteinen pii CIGS ohutkalvo Paneelien mitat (mm) 1475*986*35 1973*1034*7 Paneelin massa (kg) 19,5 32 Kiilto Oy:n piikennon ja Nanosolarin ohutkalvokennon vertailua (Löfgren A, Ohutkalvoaurinkopaneelien integroiminen parvekekaidelasiin, 2010) 1.1.2.3. VÄRIAINEAURINKOPANEELIT Väriaineaurinkokennojen uranuurtaja on vuoden 2010 Millenium – palkinnon saanut Michael Grätzel. (http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article403909.ece) Yksinkertaistetusti voidaan sanoa, että väriaineaurinkokenno jäljittelee luonnon fotosynteesiä ja muuttaa auringon säteilyä sähköenergiaksi. Kennoissa valon absorptio tapahtuu partikkelien pintaan kiinnittyneissä väriainemolekyyleissä. Absorption seurauksena väriainemolekyyleistä siirtyy elektronejaan puolijohteeseen. Puolijohteessa elektronit kulkeutuvat verkostoa pitkin johtavalle alustalle ja kiertävät edelleen ulkoisen piirin kautta vastaelektrodille. Vastaelektrodilla elektronit siirtyvät elektrolyytin ioneille, jotka kulkeutuvat aktiiviselle elektrodille ja palauttavat siellä väriaineen alkutilaansa. Nämä prosessit ovat kennon toiminnan kannalta suotuisia eli ne kasvattavat ulkoiseen piiriin siirtyvää tehoa. ( Kovanen, Sähkömagnetiikka, 2009) Väriainekennossa valo muuttuu sähköksi nanorakenteisen titaanioksidin pintaan kiinnittyneiden väriainemolekyylien avulla, esimerkiksi porfyriinin, joka on myös viherhiukkasten ja hemoglobiinin osa. Raaka-ainetta löytyy esimerkiksi mustikoista tai mustaherukoista. (http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article403909.ece) Tällä hetkellä kennon hyötysuhde on piipaneelia heikompi, noin 10 %, mutta sen valmistuskustannukset ovat merkittävästi alhaisemmat, joten kennon pinta-ala voi olla suurempi saman tehon tuottamiseksi kuin piikenno. Grätzel -kennon etuna ovat myös sen muotoiltavuus ja edulliset raaka-aineet. Väriaineaurinkokennojen valmistaminen kuluttaa vain murto-osan piikennojen valmistuksen vaatimasta energiasta. Väriaineaurinkokennojen edullisuus lyhentää takaisinmaksuaikaa merkittävästi jo tässä vaiheessa. Kun kennojen hyötysuhdetta saadaan nostettua vähintään piikennojen tasolle, niin niiden käyttö tulee merkittävästi edullisemmaksi kuin piikennojen käyttö aurinkosähköpaneeleissa. Painettua kennoa voidaan valmistaa rullalta rullalle kuten paperia. Tällainen ohut kalvo voidaan sijoittaa sellaisiinkin paikkoihin, joissa piikennoa ei voida käyttää. Esimerkiksi ikkunoiden päällystäminen on mahdollista, sillä kennot ovat läpinäkyviä. Myös katon pinnoittaminen sähköpaneeleilla on teknisesti mahdollista. Kattopinnoitteessa on toistaiseksi ongelmia kestävyyden kanssa, mutta tekniikka on käyttöönotettavissa jo nyt. Ensimmäiset Grätzel-kennot ovat jo teollisen valmistuksen vaiheessa, ensimmäiset 100 000 kpl on lähetetty Etelä-Afrikkaan. Väriainekennojen kehitys tullee olemaan lähiaikoina erittäin nopeaa. (http://windesol.fi/windesol/Gr%C3%A4tzel-kenno, 19.7.2010) 1.2. AURINKOENERGIAN KÄYTTÖKOHTEITA Aurinkoenergiaa käytetään sekä lämmön- että sähköntuotannossa myös Suomessa. Lämmöntuotannossa kiinteistöille on tarjolla yhdistelmäjärjestelmiä, joissa lämpö varastoidaan veteen. Vesi lämmitetään aurinkokeräimillä tai milloin auringon energia ei ole hyödynnettävissä lämmitys hoidetaan polttotekniikalla tai suorasähkölämmityksellä. Aurinkosähköjärjestelmiä on pienkiinteistöissä, jotka ovat kaukana jakeluverkosta, yleisimmin vapaa-ajanasunnoilla, jotka ovat kaukana valtakun- nanverkosta. Myös saaristossa ja tunturialueilla käytetään aurinkosähköjärjestelmiä aggregaattien lisänä sähkön tuotannossa. Aurinkoenergiaa käytetään myös vedyn valmistamiseen päästöttömästi. Vedestä erotetaan elektrolyysillä vetyä koottavaksi talteen aurinkoenergiaa hyödyntämällä. 1.3. AURINKOENERGIAN TULEVAISUUTTA Toistaiseksi aurinkoenergian käyttö energian tuotantoon suuressa mittakaavassa Suomessa ei ole taloudellisesti kannattavaa. Mikäli tuotantoa tuetaan esim. veroratkaisuilla, niin tuotanto muuttuu kiinnostavaksi vaihtoehdoksi myös suuremmille kaupallisille tekijöille. Bremeniin on rakenteilla maailman suurin ohutkalvotekniikkaan perustuva aurinkokennovoimala. 10 megawatin voimalan on määrä valmistua vuonna 2011 Bremenin voimalan elementit tuottavat sähköä 9 % hyötysuhteella. Parhaimmillaan ohutkalvotekniikka voi muuttaa 17 % saamastaan auringonsäteilystä sähköksi. Piikennot yltävät parhaimmillaan 40 % hyötysuhteeseen, mutta kalliilla hinnalla. Espanjalainen Abengoa Solar suunnittelee rakentavansa 280 megawatin aurinkovoimalan Arizonaan. (http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article140121.ece) Keskittävä aurinkosähköjärjestelmä eli CPV-järjestelmä on rakenteilla Espanjan Castilla la Manchaan. Paikkakunnalle rakennetaan ISFOC-nimisessä projektissa koealuetta, jossa testataan seitsemää erilaista keskittävää valosähköjärjestelmää. Nämä tuottavat sähköä yhteensä kolmen megawatin teholla. Projektia rahoittaa Espanjan valtio, joka haluaa kehittää La Manchan alueesta CPV:n maailmanlaajuisen osaamiskeskuksen. Testattavissa järjestelmissä valo keskitetään linsseillä tai heijastavilla materiaaleilla. Keskittävien järjestelmien hinta on samaa luokkaa perinteisten aurinkosähköjärjestelmien kanssa, mutta tarkoitus on saada niistä merkittävästi edullisempia parissa vuodessa. (http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article110329.ece) Ikkuna tai muu lasipinta päällystetään kalvolla. Sen avulla energia siirtyy lasin reunoille, joilta energia kerätään aurinkokennoilla. Ikkunoissa kennot olisivat karmeissa. Ikkunan reunoilla tarvitaan kennoja vähemmän kuin ratkaisuissa, joissa kennot keräävät valon suoraan auringon säteilystä. Säteilyn keskittäminen tuottaa ainakin kymmenen kertaa enemmän tehoa. Jo asennettujen paneelien tehoa voidaan parantaa 50 % erittäin pienin kustannuksin.( http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article116630.ece) Oled valaisimia pystytään tekemään rullalta rullalle painomenetelmällä. Mahdollistaa edullisen sarjatuotannon. Voidaan hyödyntää valaisimissa, näytöissä aurinkokennoissa ja tunnistimissa. (http://www.tekniikkatalous.fi/ict/article74241.ece) Kiinaan on rakenteilla maailman suurin ohutkalvopaneeleihin perustuva aurinkosähkövoimala. Voimalan teho on 12000 MW. Lisäksi alueelle rakennetaan 7000 MW tuulipuisto ja 700 MW aurinkolämpövoimala. (http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article326581.ece?s=l&wtm=09092009 ) Litium -paristojen energiakapasiteetti parani merkittävästi kun toinen pariston elektrodeista korvattiin hiilinanoputkilla. Ensimmäiset sovellukset tullevat pieniin kannettaviin elektroniikkalaitteisiin, mutta tutkijat pitävät mahdollisena myös suurempien akkujen tehon paranemista. Uudella tekniikalla valmisteutuista litium-paristoista saa irti hyvin suuria virtamääriä hyvin lyhyessä ajassa aivan kuten kondensaattoreista. Toisaalta ne pystyvät myös tuottamaan matalampia sähkövirtoja pitkään. Elektrodin energiateho painoa kohden on kondensaattoreihin verrattuna kymmenkertainen ja kokonaisteho perinteisiin litium-ioniparistoihin verrattuna kymmenkertainen Pariston suorituskyky ei vähentynyt tuhannen lataus-purku -ketjun aikana. (http://www.tekniikkatalous.fi/tk/nanotekniikka/article463770.ece) Pohjois-Carolinassa, mikä ei ole erityisen aurinkoinen alue Yhdysvalloissa, on päästy Duke Yliopiston tutkijoiden mukaan pisteeseen, jossa aurinkosähkön tuottaminen on edullisempaa kuin sähkön tuottaminen ydinvoimalla. (http://theenergycollective.com/oshadavidson/40559/study-solar-powercheapernuclear?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=The+E nergy+Collective+%28all+posts%29) MIT:n tutkijat ovat havainneet, että jotkin piiseokset, joissa on metalleja jäähtyessään sulattavat piitä ja epäpuhtaudet poistuvat seoksesta. Jäähtyessään sulava piiseos mahdollistaa epäpuhtaamman piin käyttöä ja aurinkokennojen valmistaminen tulee edullisemmaksi. (http://www.tekniikkatalous.fi/tk/article485116.ece) Edellä olevat esimerkit antavat käsitystä siitä, että aurinkosähkön tuottamisessa on meneillään nopea ja innovatiivinen kausi. Tekniikka kehittyy nopeasti ja sähkön tuoton hyötysuhde paranee vuosittain. Ohutkalvotekniikan kehittyminen tekee massatuotannosta edullista. Samaan aikaan tapahtuva hyötysuhteen kasvu tekee aurinkosähköstä merkittävän energialähteen jo lähitulevaisuudessa. Esimerkiksi rakennusten ikkunoiden päällystäminen kalvolla ja auringon energian keskittäminen kehysten paneeleihin tekee vanhoistakin rakennuksista mielenkiintoisia saneerauskohteita. Uuden rakennuksen suunnittelussa oikeiden ratkaisujen valinta on vaikeaa, mutta päällystetään ikkunat auringon säteilyä siirtävillä kalvoilla tai väriaineaurinkokennoilla, niin joka tapauksessa suurien rakennusten etelänpuoleiset seinät ikkunoineen saadaan helposti tuottamaan merkittävä osa rakennuksen käyttämästä energiasta. Mikäli sisäseiniä tai -kattoja päällystetään oled-kalvoilla, jotka toimivat koko pinta-alaltaan vähän energiaa kuluttavina valaisimina, pystytään rakennuksen sähkö tuottamaan pääasiallisesti omavaraisesti. Myös vedyn tuotanto tulee olemaan kasvava kohde aurinkoenergian hyödyntämiseksi kunhan vedyn käsittely ja käyttökohteiden infrastruktuuri saadaan toimivammaksi. Grätzel – kennojen yleistyessä niiden käyttökohteita syntyy nopeasti lisää. On mahdollista yhdistää tuuli- ja aurinkosähköjärjestelmiä kattamalla osa tuulivoimalan mastosta taipuisilla aurinkokennoilla, jotka voivat tuottaa virtaa samaan siirtoverkkoon tuulivoimageneraattorin kanssa. Mikäli maston etelänpuoleinen sivu päällystetään esim. ylimmältä kolmasosaltaan aurinkokennoilla, niin voimalan tuottopotentiaali kasvaa merkittävästi. Ensimmäisen sukupolven rakennelmat eivät välttämättä kata kustannuksiaan elinkaarensa aikana, mutta muutamassa vuodessa tällaiset rakennelmat antavat asiantuntijoille lisätietoa, jonka avulla voimalan hyötysuhdetta voidaan nostaa nopeasti. Samoin sähkön varastointi eli akkutekniikka kehittyy nopeasti, mikä lisää aidosti aurinko-tuuli – yhdistelmävoimaloiden hyötykäyttöä. 1.4. AURINKOENERGIAN KÄYTTÖ LOGISTIIKKA-ALUEELLA Aurinkoenergian käyttö logistiikka-alueen ainoana käyttöenergian tuotantomuotona ei ole Suomessa realistinen mahdollisuus. Järkevin aurinkoenergian käyttökohde on sähkön valmistaminen käytettäväksi logistiikka-alueella. Lämmöntuotantomahdollisuus on myös olemassa yhdistettynä bioenergiatuotantoon. Tällöin pystytään pienentämään poltettavan materiaalin käyttöä ja pienentämään lämmityksen kokonaiskustannuksia. Biopolttolaitoksen katolle ja läheisyyteen asennettaisiin aurinkolämpökeräimiä, joilla lämmitetään kattilan vettä. Tällä järjestelyllä saadaan pienennettyä poltettavan materiaalin käyttöä kesäaikana, jolloin polttolaitoksen tuottotarve on vähäinen. Myös vedyn valmistus on selkeä mahdollisuus hyödyntää aurinkoenergiaa. Vedyn valmistuksessa vettä hajotetaan elektrolyysissä sähkön avulla. Valmistuksen energiatalous on merkittävästi parempi käytettäessä aurinko- tai tuulisähköä aikoina, jolloin tuotettua energiaa ei kokonaan kuluteta muualla. Elektrolyysillä tuotettu vety voidaan polttaa polttokennolla tai käyttää liikenteen polttoaineena teknologian kehittyessä riittävästi. 2. TUULIENERGIA Tuulienergia on epäsuoraa aurinkoenergiaa. Tuuli on auringon aikaansaamien lämpöerojen aiheuttamaa ilmavirtausta. Tuulen voimaa muutetaan sähköksi tuulivoimaloiden ts. tuulimyllyjen avulla. Tuulimyllyjä kootaan yleisesti tuulipuistoiksi, missä useita tuulimyllyjä toimii samalla alueella ja syöttää sähköä yhteiseen siirtoverkkoon. Tuulienergian hyödyntäminen on tällä hetkellä voimakkaassa kasvussa maailmanlaajuisesti. EU:n SUURIMMAT TUULIVOIMATUOTTAJAMAAT 2010 MAA/sijoitus tuulivoiman käyttäjänä 2005 2010 (ennuste) Saksa / 1 18415 25624 Espanja / 2 10028 20000 Ranska / 3 757 5300 Iso-Britannia / 4 1332 5115 Italia / 5 1718 4500 Tanska / 6 3128 4150 Portugali / 7 1022 3500 Hollanti / 8 1219 3000 Ruotsi / 9 510 1335 Kreikka / 10 573 1500 Suomi / 16 82 220 Rakennettu tuulivoima MW (lähde EWEA) Yhdysvalloissa oli vuonna 2009 tuulivoimaa 35000 MW. Tanska tuottaa tuulivoimalla 20 % käyttämästään sähköstä, tuulivoimateollisuus vastaa 10 % Tanskan viennistä. Tanskassa arvellaan tuulisähkön tuotantohinnan olevan 2-3 cnt/kWh vuoteen 2020 mennessä, tuotantokustannusten laskun, tekniikan kehittymisen, turbiinien tehon ja kestävyyden paranemisen myötä. Lisäksi tuulivoimaloita osataan paremmin räätälöidä erilaisiin tuuliolosuhteisiin. (Tekniikka & Talous s.18–19, 18.6.2010) Vuonna 2010 ennustetaan Saksaan asennettavan 9000 MW uutta tuulivoimaa, mikä on huomioitu yllä olevassa taulukossa. ( Tekniikka & Talous, s 10. 6.8.2010 ) Kiinassa on tehty päätös tuulivoiman kuusinkertaistamisesta vuoteen 2015 mennessä. Tällöin tuulivoimaa Kiinassa olisi 150000 MW. Yhdysvalloissa puolestaan tuulivoiman rakentaminen romahti vuodesta 2009 johtuen pääasiassa tuulivoiman rakentajien epävarmuudesta valtion tukipolitiikan jatkumiseen. Uusia voimaloita on vuonna 2010 otettu käyttöön vain 1200 MW verran, mikä on 70 % vähemmän kuin vuonna 2009. ( Tekniikka & Talous, 13.8.2010, s18 ) 2.1. TUULIENERGIAN TEKNIIKKAA Tuulienergiaa on hyödynnetty pitkään. Tuulen voimalla on nostettu vettä kaivoista ja jauhettu jyviä jauhoiksi. Nykyisin tuulienergialla käsitetään etupäällä tuulen voiman muuttamista sähköksi tuulivoimaloissa. Tuuli pyörittää voimalan roottoreita ja tämä liike muutetaan magneettien avulla sähkövirraksi 2.1.1. TUULIENERGIAN TUOTTO Vuosittainen energiantuotto voidaan laskea Weibull-käyrästä, joka sisältää tuulen frekvenssi-jakauman. Alla on esimerkkitapaus tuulivoimalaitoksen vuosittaisesta energian tuotosta tietyllä kokoonpanolla. Tätä vuosittaista energian tuottoa 560 kWh/a voidaan sovittaa kohteen energian tarpeeseen tai laskea huippukäyttöaika. ( http://windesol.fi/windesol/Vuosittainen_energian_tuotto ) 2.1.2. TUULIMYLLYT Tuulimyllyt ovat yleisimmin kolmilapaisia potkurimalleja. Kolme lapaa on osoittautunut parhaimmaksi vaihtoehdoksi sen hyvän hyöty- ja paino/pintaala suhteen vuoksi. Myllyjen kulmaa suhteessa tuuleen voidaan muuttaa joko sähköisesti tai peräsimen avulla. Tuulimyllyjen koko on kasvanut viime vuosina merkittävästi ja tällä hetkellä valmistetaan jo nimellisteholtaan 5 MW yksiköitä. Hilskansaari, Pori http://www.tuulivoimayhdistys.fi/tuulivoimatieto_sivusto Tuulivoima kehittää magneettigeneraattorilla tasavirtaa, joka siirretään invertterille, missä se muunnetaan vaihtovirraksi. Potkurimallin rajoitteena on, että se on pysäytettävä myrskytuulilla. Myös välke, ääni ja lintukuolemat koetaan maisemahaittojen lisäksi ongelmina. Kaupungissa vasta noin 500 m korkeudella tuuliolosuhteet ovat samat kuin avomerellä noin 250 m korkeudella. Tuuliprofiilin muotoon vaikuttavat myös tuulen ahtaumat mäkien välissä, joissa voidaan saada huomattavan korkeita tuulen nopeuksia. Tuuliturbiini kannattaa sijoittaa mahdollisimman korkealle maan pinnasta, koska tuulen sisältämä energia kasvaa tuulen nopeuden kolmanteen potenssiin. Speed-up -ilmiön takia tuuliturbiinin ihanteellinen paikka olisi mäen huipulla, sillä siellä tuulen nopeus kasvaa pakkautumisilmiön takia. Epätasaisessa maastossa tarvitaan huomattavasti korkeampaa mastoa kuin tasaisessa. Nyrkkisääntönä on, että tuulienergia kasvaa kaksinkertaiseksi kun siirrytään 10 m korkeudesta 35 m korkeuteen. (http://windesol.fi/windesol/Tuuliprofiili. 19.7.2010) Myllyjen napakorkeus eli kuinka korkealla potkurin keskikohta on, on kasvanut ja nyt tavoitellaan 150–160 metrin korkeutta. Mitä korkeammalla siivet ovat, sitä paremmat tuuliolosuhteet ovat. Paljon käytetty putkimainen runkomalli ei juuri 120 metriä korkeampia myllyjä pysty kannattelemaan rakenteellisten rasitteiden vuoksi, mutta mm. Ruukki kehittää ristikkorakenteista jalkaa, jonka korkeus voi olla merkittävästi suurempi. (http://www.ruukki.com/www/corporate.nsf/Documents/9F05D479FA4342 9EC2257372003468C6?OpenDocument&lang=1) 2.1.3. TUULITURBIINIT Tuuliturbiini, johon on yhdistetty aurinkopaneeli http://www.windside.com/images/gooddesign.jpg Tuuliturbiini eroaa perinteisen mallisesti tuulimyllystä siten, että sen pyörivä turbiini on pystymallinen. Periaatetta on kehitetty Suomessa ns. Savonius -turbiinista edelleen. Pisimmällä kehitystyössä on tällä hetkellä suomalainen Windside, jonka turbiinimalli pyörii tasaisemmin kuin alkuperäinen Savonius -turbiini. Windsiden turbiinit ovat Suomessa ns. kotitalouskokoa, mutta tekniikka on kehittynyttä ja sen muuntaminen suurempaan kokoon lienee suhteellisen helppoa. Toinen suomalainen tuuliturbiinien valmistaja on Cypress Wind Turbines Oy. Pystyturbiinien etuja on mm. liikkeellelähteminen ja sähkön tuoton alkaminen alhaisella tuulennopeudella. Ne ovat myös äänettömiä, eivät aiheuta lintukuolemia ja niitä ei tarvitse pysäyttää kovillakaan tuulilla kuten potkurimallit. Windsiden turbiineja on käytössä mm. Etelämantereella, joten niiden pakkasenkestävyys on riittävä. ( www.windside.com 19.7.2010 ) Pystymallisen tuuliturbiinin etu on, että se tuottaa energiaa jo pienillä tuulen nopeuksilla eikä sitä tarvitse pysäyttää myrskytuulien aikana. Näin pystyturbiinin tuotto on vuositasolla noin 50 % suurempi kuin vastaavantehoisen potkurimallisen voimalan. Tuulisuuspäiviä Suomessa syksy 1989- kevät 1991, jolloin Windside turbiini tuottaa sähköä. ( www.windside.com 20.7.2010 ) 2.2. TUULIENERGIAN KÄYTTÖKOHTEITA Tuulienergiaa käytetään etupäässä sähkön tuotantoon, mutta on olemassa joitain käyttökohteita myös osittaiseen lämmöntuotantoon. Tuulipuistoja eli tuulivoimalakeskittymiä pystytetään yleisesti merialueille tai rannikolle, jolloin niiden tuulenhyödyntämiskyky on parhaimmillaan. Myös Lapin tuntureilla on tuulipuistoille sopivia alueita. Raahen tuulivoimalapuisto (http://www.co2-raportti.fi/index.php?page=ilmastouutisia&news_id=849) Tuulienergiaa käytetään veden nostamiseen. Nostettu vesi voidaan juoksuttavaa turbiinien läpi ja tuottaa sähköä vesivoimalla tai pohjavesi nostetaan kaivosta käyttövedeksi syvyydestä, jossa ei ole järkevää tai mahdollista käyttää ihmisvoimaa nostamiseen. 2.3. TUULIENERGIAN TULEVAISUUTTA Tuulienergia on maailmanlaajuisesti kasvamassa vahvasti. Suomessakin Matti Vanhasen 2-hallitus teki päätöksen tuulienergian tuotannon tukemisesta. Tukea myönnetään sekä voimalan perustamiseen että syöttötariffina, joka takaa tuulivoimalla tuotetulle sähkölle takuuhinnan sähköntuotannon kilpailukyvyn parantamiseksi. Tuulienergian suurin ongelma on sähkön varastointi. Mikäli tuuliolosuhteet olisivat tasaiset ympäri vuoden, varastointiongelmaa ei olisi, mutta tuuliolosuhteiden vaihtelun vuoksi tuulienergia tarvitsee säätövoimaa samoin kuin aurinkoenergiakin. Akkuteknologia kehittyy nopeasti mm. hiilinanoputkien käyttö litium-ioniakuissa lisää energian varastointia ja siten myös tuulivoiman hyödyntämismahdollisuuksia. Kuitenkin kattava energiantuotanto pelkästään tuulivoimalla ei toistaiseksi ole Suomessa realistinen vaihtoehto. Tuuliturbiineja käytetään yleisimmin pienvoimaloissa, joissa on matala mastokorkeus. Mikäli turbiineja asennettaisiin yhtä korkeisiin mastoihin kuin siipimyllyjä, niin turbiinien tuottokyky kasvaisi olennaisesti. Varsinkin kun niitä ei tarvitse pysäyttää myrskytuulien aikana. Korkea, ristikkorakenteinen jalka tuuliturbiinille, joka nostaa turbiinin tuottamaan sähköä 150 metrin korkeuteen tai vielä korkeammalle on merkittävä mahdollisuus sisämaassa, missä tuuliolosuhteet eivät ole samat kuin rannikolla ja tunturialueella. Tuuliturbiinien etäisyys toisistaan on noin kolme kertaa turbiinin halkaisija. Tällöin turbiinit eivät häiritse toistensa tuottoa.(Marja Vähäsarja, Windside, 9.6.2010) Tällainen konstruktio mahdollistaa esim. rakentamaan 150 metriä korkean ristikkorakenteisen muurin, jonka päällä on useampi turbiini. Kun lisäksi kantavan rakenteen yläosa päällystetään eteläpuoleltaan aurinkopaneelilla, niin saadaan hybridivoimala, jonka sähköntuotto on merkittävästi monipuolisempi kuin perinteisen tuulivoimalan tai aurinkovoimalan. Tuulivoimaloiden rakentamiskustannukset tulevat laskemaan tuotantomäärien kasvaessa. Siemens on esitellyt uuden tuulivoimalan, jossa ei ole vaihteistoa. Suoravetoturbiini tuottaa enemmän energiaa alhaisemmilla kustannuksilla. Yrityksen valmistama kolmen megawatin suoravetoturbiini painaa vain 73 tonnia, kun vaihteistovälitteinen 2,3 megawatin turbiini painaa 12 tonnia enemmän. Konstruktiossa käytetään kestomagneetteja sähkömagneettien sijaan. Myös General Electric panostaa suoravetoturbiinien kehittämiseen merkittäviä summia. Rakenteen keveneminen mahdollistaa korkeamman napakorkeuden ja paremmat tuuliolosuhteet uusille voimaloille. (http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article399873.ece) Jo 1990 – luvulla Suomessa kehitettiin tuulimyllyä, jossa voimasiirto lavoilta tehtiin hydraulisesti maan pinnassa olevalle generaattorille. Tällainen konstruktio mahdollistaisi korkeampien tuulimyllyjen rakentamisen, sillä raskain osa olisi maan pinnalla ja rasitusvoimat pienenisivät. Kehitystyö hiljeni keksijän äkillisen poismenon myötä. 2.3.1. LEIJATUULIVOIMALA Uutena vaihtoehtona tuulivoimaan on tulossa leijavoimala. Leijavoimalassa nostetaan tuuliturbiinit usean sadan metrin korkeuteen (jo 10 km korkeus on teknisesti toteutettavissa) ja leijavoimalan turbiinit hyödyntävät ylempien ilmakerrosten suurempia tuulennopeuksia energiantuotannossa. Tilastojen mukaan troposfäärissä puhaltavien tuulten potentiaali tuottaa energiaa on 870 terawattia, kun koko maailman energiantarve on noin 17 terawattia. Joby Energy on testannut yli 20 prototyyppiä, ja valinnut yhden, kapasiteetiltaan 30 kW:n järjestelmän arvioitavaksi. Joby Energyn mukaan teknologia on suhteellisen edullista rakentaa verrattuna perinteisiin turbiineihin. Yhtiö tähtää energian tuottamiseen ensin 150 kotitaloudelle (noin 300 kW). Suunnitelmissa on järjestelmien kasvattaminen niin, että tuotanto olisi vähintään 3 megawattia. (http://www.alternative-energy-news.info/airborne-wind-turbines) 2.4. TUULIENERGIAN KÄYTTÖ LOGISTIIKKA-ALUEELLA Logistiikka-alueen ollessa sisämaassa tuulivoiman tuotto on vähäisempää ja mikäli alueella on myös lentoliikennettä, on huomioitava tuulivoimalan vaikutukset tutkaliikenteeseen. Näistä syistä pystyturbiinit ovat realistisin vaihtoehto, sillä ne eivät aiheuta välkettä, joka saattaisi häiritä tutkaliikennettä. (Marja Vähäsarja Windside, 9.6.2010) Pystyturbiineja voidaan myös pystyttää tiheämpään kuin potkurimalleja. Pystyturbiinien etäisyys on kolme kertaa turbiinin halkaisija eli merkittävästi pienempi kuin potkurimallisten voimaloiden etäisyys toisistaan. Toinen mahdollisuus on rakentaa perinteinen tuulipuisto sopivan etäisyyden päähän logistiikka-alueelta ja joko syöttää virta valtakunnan verkkoon ja käyttää sähkö sitä kautta tai siirtää virta omalla tasavirtaverkolla tuulipuistosta logistiikka-alueelle. Tasavirtasiirron etuna on pienempi siirtohävikki kuin vaihtovirtakaapelissa. 3. AURINKO- TUULI- JA BIOENERGIAN YHTEISKÄYTTÖ 3.1. LÄMMITYS Aurinkoenergialla voidaan lämmittää vettä polttolaitoksella aina auringon paistaessa. Riittävän suuri lämpövarasto eli vesivaraaja voi hyödyntää kerättyä lämpöä myös öisin ja pilvisinä päivinä. Tehokkainta keruuaikaa on maaliskuusta lokakuulle ulottuva jakso, jolloin aurinkopäivien säteily on riittävän tehokasta hyödynnettäväksi. Tuolla ajanjaksolla aurinkokeräin voi lämmittää pienkiinteistön koko lämpimän veden, mutta näin suurella alueella keräinten koko tuskin helposti korvaa koko polttolaitoksen lämmöntarvetta. Keräimien avulla saadaan kuitenkin merkittävä säästö poltettavan materiaalin korvaajana.(Savumax, Kim Paju. suullinen tiedonanto 15.12.2009) Käytännössä lämpövoimalan katolle ja lähietäisyydelle rakennetaan keräinpatteristo, jonka lämpö siirretään polttolaitoksen varaajaan. On huomioitava ilman puhtaus eli poltettavan materiaalin pölyäminen ja miten se vaikuttaa keräinten pintaan ja siten niiden varauskykyyn. 3.2. SÄHKÖN TUOTTO Mikäli polttolaitoksena on CHP-laitos, niin kaudella jolloin lämmitystarve on vähäisempi, myös sähkön tuotto pienenee. Tälle kaudelle vaihtoehtoista sähkön tuotantoa varten tulee huomioida varakapasiteettia yhdistetyllä aurinko-tuulivoimalla. Aurinko- ja tuulivoiman kapasiteettia laskettaessa tämä varakapasiteetti pystyy parhaimmillaan tuottamaan polttokaudella sähköä, joka voidaan syöttää valtakunnan verkkoon. Aurinko- ja tuulisähköhybridijärjestelmä http://www.google.fi/imgres?imgurl=http://www.eurosolar.tv/opas/kuvat/S C_16_hybridijarjestelma2.jpg&imgrefurl=http://www.eurosolar.tv/opas/sivu 16/sivu16.html&usg=__jMLBauZT00b032WhdWt4WZysc68=&h=500&w =620&sz=58&hl=fi&start=1&um=1&itbs=1&tbnid=UnpyhrWXaTf9XM:& tbnh=110&tbnw=136&prev=/images%3Fq%3Daurinkos%25C3%25A4hk% 25C3%25B6%26um%3D1%26hl%3Dfi%26client%3Dfirefoxa%26sa%3DN%26rls%3Dorg.mozilla:en-US:official%26tbs%3Disch:1 4. SÄHKÖN KÄYTTÖ Sähkön tuotto aurinko- ja tuulivoimalla on sääolosuhteista riippuvaa, joten täyttä varmuutta tasaisesta tuotannosta ei voi koskaan olla. Tätä varten on oltava säätövoimaa tasoittamaan oman tuotannon vaihteluja sekä mahdollisia katkoja. Osa sähköstä voidaan tuottaa CHP-voimalalla, joka tuottaa alueelle lämpöä sekä sähköä polttamalla biopolttoaineita. Osa biopolttoaineista voidaan tuottaa itse mm. levänkasvatuksella. Myös lähialueiden peltoalueiden olkien hyödyntämistä kannattaa tutkia polttoainemahdollisuutena. Lisäksi alue voi olla osakkaana joissain uusiutuvan energian tuotantolaitoksissa kuten tuulivoimapuistoissa ja aurinkosähkövoimaloissa. Joka tapauk- sessa on varauduttava myös ostamaan sähköä. Vesivoima on ekologisesti paras vaihtoehto säätövoimaksi. Energian tuottamisen lisäksi on syytä miettiä käyttökohteiden ratkaisuja mahdollisimman pienikulutuksiksi suunnitteluvaiheessa. Valaistusteknologiassa tämän hetken paras tarjolla oleva vaihtoehto on ledvalaistus, mutta teknologia kehittyy nopeasti ja tulevia vaihtoehtoja kannattaa seurata aktiivisesti myös rakentamisen aikana. Tällä hetkellä ledvalaistusta testataan kiitotien valaistuksessa. Oled valaistus on tekemässä kaupallista läpimurtoa ja sen käyttäminen voi olla hyvin perusteltua. Lentoaseman julkisissa tiloissa on mahdollista järjestää valaistus oled – kalvolla, jolla verhotaan tilan seiniä. Seinästä tulee valaiseva elementti eikä erillisiä asennettavia valaisimia tarvita. Valaisevan tapetin alle asennetaan ohutrakenteinen hiilinanoputkiakusto, joka varaa aurinko- tai tuulisähköä valaistuksen tarpeisiin myös ajalle, jolloin ei ole on-line tuotantoa. Varastotiloissa seinäkalvo tuskin on paras mahdollinen valaistustapa, mm. hyllystöjen vuoksi. Toisaalta, mikäli varastoista suurin osa rakennetaan valmiiksi automaattivarastoiksi, niiden valaistustarve samoin kun lämmitystarve samalla pienenevät. Kiitotien valaistuksessa on koekäytössä led-valaisimia ja ne ovat tulevaisuudessa varteenotettava vaihtoehto energiaa säästävänä valaistuksena kiitotiellä. Rakennusten energiankulutuksen pienentämiseksi on mahdollista rakentaa esim. korkeavarastot maan alle, mutta ratkaisu on melko arvokas. Toinen vaihtoehto on rakentaa kahden tai kolmen alimman kerroksen korkuiset maavallit tiiviisti seinien ympärille. Tällöin pystytään rakentamaan maanpäälle kohtuullisin kustannuksin ja saadaan osa maan alle rakentamisen energiasäästöstä maarakentamisella. Kolmannen kerroksen yläpuolella yleensä on riittävästi lämpöä nousevan lämmön vuoksi. Oslon oopperatalon aurinkopaneeliseinää (http://www.tietysti.fi/fi/T/Tiedeuutiset2/Tata-tutkimme/Kolmannensukupolven-aurinkokennot-kovassa-nousukiidossa-/) 5. SÄHKÖLASKELMA Superterminaalin koko on 100000 m2 Mikäli kiinteistö on tasakattoinen, sen kattopinta-ala on myös 100000 m2 ja katolle voidaan asentaa aurinkopaneeleja lähes koko kattopinta-ala hyödyntäen, mikäli tämä vaihtoehto huomioidaan rakennussuunnittelussa. Paneelien määrä voidaan alustavasti laskea Kiillon ja ABB:n aurinkosähköjärjestelmien perusteella. Kiillolla on käytössä 1250 m2 kattopinta-alaa ja siellä on 332 kpl paneeleita. ABB:llä on 870 kpl paneeleita, jolloin asennuspinta-ala katolla on n. 3400 m2 . Näistä laskien yksi paneeli tarvitsee n. 3.8 m2 kattopinta-alaa. Mikäli superterminaalin kattopinta-alasta 85 % voitaisiin käyttää paneelien asentamiseen, tulisi pinta-alaa 85000 m2. Tälle alalle voidaan nykyisiä piipaneeleita asentaa n. 22300 kpl. Vuoden 2010 luvuilla tämä paneelimäärä tuottaisi 0,2 kW/paneeli eli tuotto olisi 4460 kW. Vuodesta 2008 (Kiilto) teho vuoteen 2010 (ABB) oli kasvanut 2 %. Yhden paneelin pinta-ala on sekä Kiillolla että ABB:llä 1,4 m2. Samalla paneelipinta-alalla superterminaalin paneelipinta-alaksi saadaan 31220 m2. ABB:llä 1200 m2 tuottaa 181 kWp ja Kiillolla 436,3 m2 tuottaa 65 kWp. Näillä arvoilla 31220 m2 tuottaa 4680 kWp. (0,15 kWp/m2) Tällöin ei ole mitenkään huomioitu laitteistojen hyötysuhteen kasvua. Mikäli superterminaali rakennetaan suorakaiteen muotoon ja etelään suuntautuvan seinän pituus on 500 m, voidaan tätä seinäpintaa hyödyntää väriainekennojen alustana. Seinän alaosa kannattaa lämmönkulutuksen pienentämiseksi eristää kahden metrin korkeuteen maavallilla. Superterminaalin korkeudeksi on kaavailtu 10 metriä, joten maavallin yläpuolista seinää jää jäljelle 8 metriä. Tästä seinäpinnasta metri alaosastaan jätetään pinnoittamatta väriaineaurinkopaneeleilla ja jäljelle jäävästä osasta lasketaan 20 % ikkuna/oviaukoille (arvio). Jäljelle jää 7x500x0,8 m2 eli 2800 m2 väriaineaurinkokennojen alustaksi. Väriaineaurinkokennon hyötysuhde on n. 10 % eli puolet piikennon hyötysuhteesta. Pystysuora asennus tuottaa 80 % optimaalisen asennuksen energiamäärästä. Näillä tiedoilla voidaan laskea seinäpinta-alan tuottama sähkö: 2800x0,15x0,5x0,8 = 168 kWp. Luvut ovat vuoden 2010 lukuja ja niissä ei ole huomioitu hyötysuhteen kohoamista. 500 m seinällä voisi olla ikkunoita 500 m2(arvio) Ikkunat päällystetään kalvolla, joka johtaa energian ikkunoiden reunoilla oleville aurinkopaneeleille. Keskitetty energia saadaan tuottamaan kymmenen kertaa enemmän tehoa. ( http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article116630.ece) Ikkunoiden koko (arvio) 1 mx1 m (500 kpl) joten paneeleita ikkunoiden reunoilla olisi 2 m x 500. Paneelit olisivat vain kahdella ikkunan reunalla. Sivupaneelien leveys on 0,1 m (arvio) Ikkunapaneelien pinta-ala olisi siis: 2 x 500 x 0,1 = 100 m2. Näiden paneelien tuotto on 100 x 0,15 x 10 = 150 kWp laskuissa ei ole arvioitu hyötysuhteen paranemista. Jos ikkunat peitetään väriaineaurinkokennoilla, saadaan sähköntuotoksi 500x0,15x0,5x0,8 = 30 kWp vuoden 2010 luvuilla kun ei huomioida hyötysuhteen paranemista tulevaisuudessa. VTT:n esitys Kuopioon rakennetusta nollaenergiatalosta: - Aurinkolämpö 400 kWh/m2 160 m2 keräinpinta-ala => 42 kWh/m2 - Aurinkosähkö hyötysuhde 17 % => sähköntuotanto 162 kWh/keräinm2 352 m2 kennopinta-ala => 38 kWh/m2 - Tuulienergia 1 MW voimala tuottaa 2000 MWh vuodessa (http://www.kuopio.fi/attachments.nsf/Files/131008095229990/$File/Nollaenergi atalo_vtt.pdf?OpenElement 4.8.2010) 6. HULE- JA ALUEELLA 6.1. JÄTEVESIEN KÄSITTELY LOGISTIIKKA- HULEVESIEN JAKAMINEN Hulevedet on Eco Hub – alueella syytä jakaa niiden kertymäalueiden mukaan. Tiealueet ja logistiikkahallien alueet kerryttävät hulevettä, joka todennäköisesti sisältää autoista peräisin olevia jäämiä kuten öljy- ja polttoainevalumia. Öljypohjaisten aineiden pitoisuudet tulevat olemaan normaalisti pieniä, mutta onnettomuuden varalta on syytä rakentaa maanrakennusvaiheessa järjestelmiä, joiden avulla mahdollisten onnettomuuksien valumat saadaan pääasiallisesti koottua talteen. Tällainen menetelmä saadaan yhdistämällä maaperärakenne sopivaksi sekä kokoamalla sadevesiviemäreiden hulevedet keskitetysti tietylle alueelle. Sadevesiviemäreiden hulevedet on järkevintä ohjata yhteen tai kahteen keräyssäiliöön, jotka voidaan tarvittaessa tyhjentää imukalustolla. Pääasiallisesti hulevesikeräysaltaat ovat vain veden tasausaltaita, joista vesi johdetaan sopivaan kohteeseen lähialueelle. Onnettomuustilanteessa säiliön purkuputki voidaan sulkea ja säiliö imetään tyhjäksi ja estetään vaarallisten aineiden pääsy luontoon. Toinen vaihtoehto on varustaa hulevesiviemärit suljettavilla luukuilla, jolloin kemikaalivuodon sattuessa viemärit suljetaan ja saastunut vesi kerätään imuautolla jatkokäsiteltäväksi. Keruualtaiden veden pitoisuutta voidaan seurata on-line -analysaattorilla ja haluttaessa veden tilaa voidaan kohentaa sopivalla menetelmällä kuten öljynerotuskemikaaleilla, jotka eriyttävät öljyn veden pintaan mistä se voidaan kerätä pois. Keruualtaiden varustukseen kuuluu myös imukalustoa, jota voidaan hyödyntää pienten pitoisuuksien erottelussa. 6.2. JUNARATA-ALUE Junarata-alueelle on myös järjestettävä mahdollisuus kerätä hulevesi sekä mahdolliset ympäristölle vaaralliset kemikaalit erilliseen altaaseen tai säiliöön. Junakuljetuksina voi olla useita erilaisia kemikaaleja, joiden keräämiseen mahdollisen onnettomuuden varalta on varauduttava. Öljypohjaisten aineiden ja lentokerosiinin lisäksi junavaunuissa voi olla kemikaaleja, joiden keskinäiset reaktiot voivat aiheuttaa merkittäviä ongelmia paitsi valumaalueen maaperälle myös hengitysilmalle. Siksi on suunniteltava hyvin eriyttävä kokoamismenetelmä onnettomuuksien varalta. Keruutyötä nopeuttaa, että lentoasemalla on pelastusryhmä jatkuvassa valmiudessa, joten onnettomuuden ensihoito on yleensä nopeasti järjestettävissä. 6.3. LENTOKENTTÄALUE 6.3.1. KIITOTIE JA RULLAUSALUE Lentokenttäalueella riski öljypohjaisten kemikaalien päätymisestä hulevesien joukkoon on merkittävästi pienempi. Vastaavasti lentokoneiden jäänestoaineiden ja kiitotien sulana pitävien kemikaalien käsittely on jatkuvaa ja talviaikaan määrät ovat huomattavia. Kiitotien sulana pitämiseen käytetään tällä hetkellä yleisimmin Kaliumformiaattia, joka on biohajoava aine, mutta jonka hajoaminen kuluttaa runsaasti happea. Kaliumformiaatin käyttöaika on talvella ja formiaattia kulkeutuu kiitotieltä poistettavan lumen mukana kiitotien ulkopuolelle. Lumen läjitysalueet tulee suunnitella tästä syystä siten, että sulamisvesistä voidaan tehokkaasti kerätä formiaatti talteen. ( Latvala H-L. Glykolipitoisten hulevesien ohjaus Helsinki-Vantaan lentoasemalla. s 15. 2009) Lumen läjitystä varten rakennetaan alueet, joille lumi kootaan keskitetysti. Alueet muotoillaan hieman suppilomaisiksi ja niiden pohjalle asennetaan hulevesiviemärit. Lumen sulaessa formiaatin pitoisuudet ovat korkeimmat ja tällöin sulamisvedet voidaan koota keskitettyyn jatkokäsittelyyn. Kun pitoisuus alenee, hulevedet voidaan johtaa kiitotien reunamille perustettaviin kosteikkoihin tai vaihtoehtoisesti vesi kootaan vesialtaaseen, jossa vedestä erotetaan vetyä aurinko- tai tuulisähkön avulla. 6.3.2. KONEIDEN JÄÄTYMISENESTO Lentokoneiden siipien jäätymisenestoon käytetään propyleeniglykolivesiliuosta erilaisina vahvuuksina. Jäänesto tehdään yleisesti ruiskuttamalla autosta jäätymisenestoainetta koneen siipiin ja valunut liuos kerätään imuautolla asvaltilta jatkokäsiteltäväksi. ( Latvala H-L. Glykolipitoisten hulevesien ohjaus Helsinki-Vantaan lentoasemalla. s 15. 2009) 6.3.3. JÄÄTYMISENESTOLIUOSTEN KÄSITTELY Uuden lentokentän rakennusvaiheessa valmistetaan jäätymisenestoainekäsittelyä varten oma alue. Alue on sopivassa kohdassa lähellä kiitotietä, jolloin lentoon lähdössä oleva lentokone rullaa kiitotielle jäätymisenestokäsittelyalueen kautta. Alueella on kiinteä ruiskutus/imuyksikkö. Yksikössä on säiliöt, joissa on lämpimiä sopivasti sekoitettuja vesi-glykoli – liuoksia. Yksikössä on hydraulisesti liikkuvat työtasot, jotka siirretään koneen ollessa kohdalla oikeaan työkohtaan ja tasolta ruiskutetaan siiville jäätymisenestoliuosta. Koneen poistuessa kiitotielle yksikön maanpinnassa olevalta työtasolta imetään asvaltille valunut liuos talteen. Jäätymisenestoliuos imetään maanalaiseen säiliöön, missä olevasta liuoksesta erotetaan glykoli uudelleen käyttöön. Vesiosa pumpataan jatkokäsittelyyn toisaalle. Erotuksessa käytetään kylmäseparointia, missä tiheydeltään erilaiset liuokset erotetaan toisis- taan keskipakovoimalla. Erotuksen tehostamiseksi voidaan liuoksen lämpötilaa nostaa. Ennen erotusta liuos voidaan prosessoida toisessa separaattorissa, joka erottelee liuoksesta epäpuhtauksia. Eroteltu propyleeniglykoli voidaan kierrättää uudelleen jäätymisenestokäsittelyyn. Vesiosa voidaan ohjata osin takaisin jäätymisenestoliuosten valmistamiseen, osin puhdistettuna harmaavetenä kiinteistöjen viemärivedeksi ja osin vedynerottelupisteeseen. Samaan pisteeseen voidaan liittää myös koneiden tankkaus. Tällöin kone pysähtyy huoltotoimia varten yhden kerran matkalla kiitotielle ja koneiden liikunta-alueella vähennetään autoliikenne minimiin 6.3.4. HULEVESIEN KÄSITTELY Hulevesien käsittelyssä on oltava esisuodatus kiintoaineksen poistamiseksi. Käytössä voisi olla esim. kasettisuodatin, jossa on puhdistavana aineksena hiekka-turveseos. Sopiva raekoko hiekassa yhdistettynä turpeeseen tai turvepölyyn voisi olla edullisin maasuodatusmateriaali. Suurin osa epäpuhtauksista saadaan poistettua ja vedyn erottelussa vapautuvaan happea voidaan siirtää maahan tehostamaan happea kuluttavien biohajoavien jäämien hajoamista. Toinen vaihtoehto kiintoaineksen poistamiseksi vedestä ennen jatkokäsittelyä on keskipakovoimaan perustuva sentrifugointi. Tämä ratkaisu on kalliimpi käytössä, mutta sentrifugoimalla voidaan käsitellä nopeammin suurempi vesimäärä. 6.4. VESIEN HYÖTYKÄYTTÖ Puhdistettua vettä voidaan kierrättää jäätymisenesto- ja jäänestoliuoksiin. Puhdistettua vettä voidaan käyttää myös käyttövetenä kohteissa, joissa ei tarvita juomavesipuhtautta kuten wc-tiloissa huuhteluvetenä. Kierrätyksestä ylijäävä vesi voidaan käyttää kokonaan tai osin kiitotien ympärillä olevien kosteikkojen ylläpitämiseen. Kosteikot voivat suodattaa hulevesiviemäreihin päätymätöntä vettä. Myös katoilta kertyvä hulevesi kannattaa hyödyntää rakennettaessa veden hyötykäyttöjärjestelmää. Kattovesiä voi käyttää esim. wc-huuhdevetenä lähes ilman esikäsittelyä. 6.4.1. VEDYN VALMISTUS Puhdistetusta vedestä voidaan valmistaa vetyä elektrolyysillä. Elektrolyysi käyttää vedynerotusprosessissa paljon sähköä, joka voidaan tuottaa aurinkotai tuulivoimalla. Valmistettu vety voidaan polttaa polttokennoissa. Vedyn valmistamisessa vedestä vapautuu myös happea. Happea voidaan käyttää maapuhdistamossa nopeuttamassa propyleeniglykolin hajoamista tai sitä voidaan syöttää biopolttolaitokseen tehostamaan palamista. Laitteisto, jota käytetään tuotettaessa vetyä elektrolyyttisesti http://fi.wikipedia.org/wiki/Vety 6.4.2. LEVÄN KASVATUS Osittain puhdistettua vettä voidaan koota altaisiin, joissa kasvatetaan levää biopolttoaineen materiaaliksi. Kasvatusaltaisiin voidaan johdattaa myös ns. ruskeaa jätevettä ravintoaineeksi levälle. Lähialueen jätevedenpuhdistamon liete voidaan hyödyntää levän kasvatuksessa ravinteena. Tällöin keinolannoitusta ei tarvita ja levämassan kasvattamisessa. Levästä voidaan valmistaa joko biodieseliä tai käyttää sitä bioreaktorissa metaanin valmistamiseen. Kiitotien ja rullausalueen reunamilla on yleensä kosteikkoalue huleveden luontaisena maasuodattimena. Tätä aluetta voidaan käyttää myös energiakasviviljelyyn, mikäli maa-aluetta halutaan hyötykäyttää tehokkaammin. Logistiikka-alueen lähellä voidaan viljellä laajemminkin, esimerkiksi hamppua, biomateriaaliksi biopolttoaineiden valmistukseen. Hampusta puristettua öljyä voidaan käyttää biodieselin valmistukseen ja puristusjätettä voidaan käyttää bioreaktorin materiaalina metaanin valmistuksen raaka-aineena. Muita energiakasveja voisi olla rypsi, ruokohelpi tai paju. Pajun suhteen on huomioitava, että syksyllä lehtien putoamisaikaan tuulinen sää saattaa aiheuttaa ongelmia lentoturvallisuudelle. Biomassasta valmistettua metaania voidaan edelleen käyttää vedyn valmistamiseen. Toinen vaihtoehto on valmistaa biomassasta dimetyylieetteriä biopolttoaineeksi Fischer-Tropsch – menetelmällä. Tässä prosessissa voidaan hyödyntää osa vedyn valmistuksessa tuotettua happea prosessikaasuna. Vastaavasti prosessissa syntyvää lämpöä voidaan käyttää lämmitykseen tai sähkön tuotantoon. 6.4.3. BIOMASSASTA VALMISTETUN BIOKAASUN KÄYTTÖ BIOMASSA REAKTORI BIOMASSAN KAASUTUS SYNTEETTINEN BIOKAASU (BIO-SNG) KAASUN JÄÄHDYTYS JA PUHDISTUS KEMIALLISET TUOTTEET VETY LÄMPÖ TUOTE-KAASU KAASUMOOTTORI TURBIINI POLTTOKENNO METANOLI FT-POLTTOAINE (Fisher-Tropsh) FT DIESEL Biokaasulaitteisto http://www.preseco.eu/tuotteet/preseco_teollinen_biokaasu 6.4.4. VESIVOIMALA Tuulivoimalla voidaan nostaa vettä ylös rakennettuun vesivarastoon, mistä vesi juoksutetaan turbiinin läpi sähkön tuottamiseksi. Vesivoimaa voidaan tuottaa vedellä ennen sen puhdistusta, jolloin turbiinin läpi juoksutetaan osittain esipuhdistettua vettä, joka turbiinin jälkeen käsitellään seuraavaa käsittelyä varten uudelleen. Esim. leväkasvattamoon tällainen vesi soveltuu ilman jatkokäsittelyjä turbiinin läpi kulkemisen jälkeen. Luontaisten korkeuserojen ollessa sopivat vesivoimaa voi ajatella energiantuottomahdollisuudeksi. Erillinen rakentaminen vesialtaille riittävien korkeuserojen aikaansaamiseksi tuskin on taloudellisesti kannattavaa. Ylösnostamisen vaihtoehtona on rakentaa maan alainen vesiverkosto, jossa veden pudotus on riittävä turbiinin pyörittämiseksi. Tällöin on ratkaistava veden edelleen siirto turbiinin jälkeen. Vaihtoehtona on maasuodatus pohjavedeksi. Tällöin vesi tulee esikäsitellä suurimpien epäpuhtauksien poistamiseksi. Maanalainen ratkaisu on kallis ja tuskin toteutettavissa järkevin kustannuksin. 7. JÄTEHUOLTO Logistiikka-alueen jätemäärät ovat suhteellisen pieniä, mikäli alueella ei ole valmistavaa teollisuutta. Ruokahuollossa syntyy biojätettä ja logistiikkatoiminnoista etupäässä pakkausjätettä; pahvia, muovia ja paperia, jotka kaikki luokitellaan energiajakeeksi. Jätteiden keruu voidaan suorittaa maanalaisena putkikeruuna. Vastaava järjestelmä on suunnitteilla Helsingin Kalasataman uudelle asutusalueelle. (http://www.uuttahelsinkia.fi/sites/default/files/Taske_jateputki-juttu.pdf ) Jätteiden hyötykäytön voi jakaa kahteen osaan biojae, joka voidaan hyödyntää mädättämössä metaanin tuotantoon ja energiajae, joka voidaan polttaa biopolttolaitoksessa. Molemmille jakeille rakennetaan oma erillinen keruuputkisto. Muut jätejakeet, kuten lasi, metalli ja ongelmajäte muodostuvat määriltään niin pieniksi, ettei niitä varten ole mielekästä rakentaa imukeräysputkistoa. Putkistokeräys on näiden jakeiden osalta myös teknisesti hankala järjestää. Näille jakeille on järkevintä osoittaa keskitetty keräyspiste, missä jakeet lajitellaan valmiiksi keräystä ja hyötykäyttöä varten. Biojae kerätään putkistolla yhteen kohteeseen, missä sitä voidaan varastoida ennen metaanintuotantoon käyttämistä. Varaston on oltava ilmatiivis hajuhaittojen ehkäisemiseksi. Energiajae kerätään polttolaitoksen luokse. Energiajae koostuu suuremmista partikkeleista kuin biojae ja se vaatii esikäsittelyn ennen siirtoa. Kohteissa, joissa energiajae lähtee siirtoon, on perinteisen jätepuristimen tilalla repijälaite, joka pienentää energiajakeen sopivaan kokoon siirtoputkea varten. Repijältä pienennetty jae menee suoraan siirtoputkeen, jota pitkin jae päätyy polttolaitoksen energiavarastoon. Energiajae voidaan sekoittaa biopolttoaineeseen sopivassa suhteessa siten, ettei itse polttoprosessia tarvitse erikseen säätää erilaisia polttoaineita varten. Paikallinen poltto biopolttolaitoksessa on todennäköisesti edullisin tapa hoitaa energiajae hyötykäyttöön. Molempien keruuputkien toiminta perustuu imuputkeen eli putkissa on riittävän tehokas imujärjestelmä, joka imee partikkelit kokoomakeskuksiin. Imu käynnistyy joko käyttäjälähtöisesti tai automaattisesti. Automaattinen tunnistus toimii samalla periaatteella kuin keskuspölynimurit kotitalouksissa. (http://www.uuttahelsinkia.fi/kalasatama/palvelut/jatteet-putkeen) 8. JOHTOPÄÄTÖKSET Tämän työn aikana on selvinnyt perusasioita aurinko- ja tuulienergian tuottamisesta sekä niiden hyödyntämismahdollisuuksista yleisesti sekä erikseen logistiikka-alueella. Työn aikana oma tietämykseni aiheesta on kasvanut merkittävästi. Seuratessani aurinko- ja tuulienergian kehitystä muutaman vuoden aikana sekä joitain tulevaisuusvisioita, olen vaikuttunut alan huikeasta kehityksestä. Samalla kuitenkin on ollut selvästi havaittavissa, miten vähäisetkin epävarmuustekijät voivat saada aikaan suuria muutoksia alan toimijoiden keskuudessa. Aurinko- ja tuulienergian rakentaminen perustuu paljon poliittisiin päätöksiin. Mikäli tuotannon rakentamista tuetaan poliittisin päätöksin, rakentaminen kiihtyy nopeasti. Samaten epävarmuus tukien jatkumisesta sovitun ajanjakson jälkeen vähentää tuotannon rakentamista hyvin nopeasti, kuten Yhdysvalloissa on käynyt. Joka tapauksessa fossiilisten energialähteiden hupeneminen tulee kasvattamaan uusiutuvien energialähteiden hyödyntämistä jatkossa enenevässä määrin. Samaan aikaan teknologia kehittyy nopeasti alentaen valmistuskustannuksia ja parantaen hyötysuhdetta. Aurinko- ja tuulienergian rakentaminen ja käyttöönotto on tällä hetkellä tukiriippuvaista, mutta tilanne muuttuu ennusteiden mukaan nopeasti ja energiamuodot tulevat monin paikoin kannattaviksi ilman tukiakin. Suomessa ainoana energiamuotona aurinko- tai tuulienergia ei ole ympärivuotisesti turvallinen valinta. Sen sijaan yhdistettynä vesivoimaan, nämä uusiutuvat energiamuodot ovat varteenotettava vaihtoehto. Luonnollisesti poliittiset päätökset ohjaavat energiantuotantoa Suomessa kuten muuallakin. Logistiikka-alueella merkittävä osa energiasta voidaan tuottaa uusiutuvilla energiamuodoilla ja aurinko- sekä tuulivoima ovat tulevaisuudessa entistä enemmän huomioitavia vaihtoehtoja. Pääasia on, että logistiikka-alue suunnitellaan kokonaisuutena eikä sen anneta kasvaa tarpeen ohjaamana eli laajenneta pala kerrallaan ilman, että alueella on olemassa kokonaisvaltainen suunnitelma, joka ohjaa pienempään energiankulutukseen sekä uusiutuvan energian tuottamiseen paikalla. Jo nykyisellä tekniikalla pystytään tarvittava lämmin käyttö vesi lämmittämään puolen vuoden ajan aurinkolämmöllä. Samoin puolen vuoden ajan aurinkosähköllä pystytään tuottamaan merkittävä osa käytettävästä sähköstä. Talviaikana tuulivoimalla tuotettava sähkö pystyy korvaamaan sitä sähköä, jota ei aurinkovoimalla voida pimeän vuodenajan aikana tuottaa. Johtuen vuodenaikojen vaihtelusta on logistiikka-alue suunniteltava kokonaisuutena, jolloin eri tuotantomuotoja voidaan käyttää tasapainoisemmin. Samanaikaisesti on kiinnitettävä huomiota entistä enemmän energian säästämiseen ja sitä kautta pienempään ostoenergian määrään. Logistiikka-alueet ovat useimmiten asvaltoituja. Sadevesien kerääminen ja katoilta kertyvän veden yhdistäminen piha-alueiden hulevesien kanssa hyödynnettäväksi energiaraaka-aineeksi on tulevaisuudessa tuleva merkittäväksi trendiksi. Tämä siitäkin huolimatta, että Suomessa on merkittävät vesiva- rannot. Globaalisti ajatellen on kuitenkin entistä tärkeämpää, että säästämme juomakelpoista vettä ja hyötykäytämme hulevesiä. Hulevesien hyödyntäminen tulee olemaan asia, johon tulevia poliittisia päätöksiä tulee ohjata. Ilman tukijärjestelmiä hulevesien hyödyntämistä ei Suomessa tulla merkittävästi lisäämään ennen kuin ollaan pisteessä, jossa hyödyntäminen on kallista ja hidasta. Siksi uudisrakentamisessa olisi panostettava myös hulevesien keruu- ja hyödyntämisjärjestelmiin kokonaisvaltaisen suunnittelun avulla. LÄHTEET www.tekniikkatalous.fi Tekniikka & Talous – lehti 13.8.2010 http://www.yenergia.com/aurinkolampo/teho_ja_tuotto/teho_ja_tuotto.html#kep http://www.alternative.fi/fi/tuotteet/aurinkolampo/keraimet/opc.xhtml http://www.alternative.fi/fi/tuotteet/aurinkolampo/keraimet/opc.xhtml http://www.alternative.fi/fi/tuotteet/aurinkolampo/keraimet/sonnenkraft.xhtml (http://www03.edu.fi/oppimateriaalit/aurinko/aurinkosahko_ja_kennot/aurinkoken non_iu-kayran_ominaisuudet/index.html (Löfgren A, Ohutkalvoaurinkopaneelien integroiminen parvekekaidelasiin, 2010) http://windesol.fi/windesol/Gr%C3%A4tzel-kenno http://theenergycollective.com/oshadavidson/40559/study-solar-power-cheapernuclear?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=The+Energy +Collective+%28all+posts%29 Tekniikka & Talous – lehti 18.6.2010 http://windesol.fi/windesol/Vuosittainen_energian_tuotto http://www.tuulivoimayhdistys.fi/tuulivoimatieto_sivusto http://windesol.fi/windesol/Tuuliprofiili http://www.ruukki.com/www/corporate.nsf/Documents/9F05D479FA43429EC22 57372003468C6?OpenDocument&lang=1 http://www.windside.com http://www.co2-raportti.fi/index.php?page=ilmastouutisia&news_id=849 Marja Vähäsarja, Winside, suullinen tiedonanto 9.6.2010 http://www.alternative-energy-news.info/airborne-wind-turbines http://www.google.fi/imgres?imgurl=http://www.eurosolar.tv/opas/kuvat/SC_16_ hybridijarjestelma2.jpg&imgrefurl=http://www.eurosolar.tv/opas/sivu16/sivu16.html&usg=__jM LBauZT00b032WhdWt4WZysc68=&h=500&w=620&sz=58&hl=fi&start=1&um =1&itbs=1&tbnid=UnpyhrWXaTf9XM:&tbnh=110&tbnw=136&prev=/images% 3Fq%3Daurinkos%25C3%25A4hk%25C3%25B6%26um%3D1%26hl%3Dfi%26 client%3Dfirefox-a%26sa%3DN%26rls%3Dorg.mozilla:enUS:official%26tbs%3Disch:1 http://www.tietysti.fi/fi/T/Tiedeuutiset2/Tata-tutkimme/Kolmannen-sukupolvenaurinkokennot-kovassa-nousukiidossa-/ http://www.kuopio.fi/attachments.nsf/Files/131008095229990/$File/Nollaenergiat alo_vtt.pdf?OpenElement 4.8.2010 Latvala H-L. Glykolipitoisten hulevesien ohjaus Helsinki-Vantaan lentoasemalla. s 15. 2009 http://fi.wikipedia.org/wiki/Vety http://www.preseco.eu/tuotteet/preseco_teollinen_biokaasu http://www.uuttahelsinkia.fi/sites/default/files/Taske_jateputki-juttu.pdf ) (http://www.uuttahelsinkia.fi/kalasatama/palvelut/jatteet-putkeen
© Copyright 2024