resca suurten kaupunkien uusiutuvat energiaratkaisut ja pilotit

Loppuseminaari18.3.2014Kimmo Koivunen & Aino Kainulainen

RESCASuurten kaupunkien uusiutuvat energiaratkaisut ja pilotit

HSY, yleistä• vesi- ja jätehuoltopalveluita

sekä seututietoa pk-seudun asukkaille

• perustehtävät: talousveden toimittaminen, jätevesien puhdistaminen, jätteiden keruun ja käsittelyn järjestäminen, ajantasaisen seututiedon tarjoaminen

• henkilöstöä n. 750

2

3

HSY:n energiankulutus ja -tuotanto

2010 2011 2012 2013 2014 2015 20160

50

100

150

200

250

Tuotanto omaan käyttöön

Tuotanto myyntiin

KULUTUS

Energiankulutus (tulevat in-vestoinnit)

-9 % tavoite (lisä-toimenpiteet)

GW

h

4

HSY:n pilottien tulokset

Pilotti 1: Kiinteistökohtainen aurinkoenergia• Vesihuollon rakennuksista toteutettavaksi kohteeksi valittiin

Vanhankaupungin vedenpuhdistamo– Käytettävissä 660 m2 = parhaimmillaan 80 MWh/a– Toteutus todennäköisesti vuonna 2015

• Ruskeasannan Sortti-asemalle on suunnitteilla aurinkosähköä ja -lämpöä maalämpöön yhdistelevä järjestelmä– Vähentää tarvittavaa ostosähköä 25 MWh/a (= 6,2 tCO2/a)– Energiatukihakemus valmisteilla

5

Pilotti 2: Aurinkosähköä kaatopaikkaolosuhteissa• Tarkasteltiin jäykkien

(kuvassa) ja joustavien aurinkopaneelien asentamista Ämmässuolle

• Haastavat rakenteet, korkeat investoinnit

• Ei kannattavaa

Kuva: Eihelbruckin kaatopaikka

6

Pilotti 3: Tuulivoima• Tuulivoiman toteutettavuus kahdessa kohteessa:

Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksessa ja Metsäpirtin kompostikentällä

• Ämmässuolle mahdollista rakentaa 1-3 teollisen mittakaavan voimalaa (3 MW)– Mahdollisia esteitä: linnusto, asutus, tutkavaikutukset– Etenee HSY:ssä hankesuunnitelman valmistelulla, hallitukselle

kesän jälkeen• Metsäpirttiin ei nykyiselle tontille saada kannattavaa

tuulivoimaratkaisua

7

Pilotti 4: Lämmöntalteenotto jätevedestä• Puhdistamaton jätevesi vaatii erikoistekniikoita kalliit

investoinnit• Jäteveden välppäyksestä ja jätevesilämmönsiirtimien

huollosta aiheutuu suuret vuosittaiset kustannukset. • Jätevesiviemärilämmönsiirrintekniikat eivät sovellu

megawattikokoluokkaan; saatavilla oleva lämpöteho rajoittuu tyypillisesti muutamaan sataan kilowattiin

• Ei kannattavaa

8

Pilotti 5: Lämmöntalteenotto raakavedestä• 500 kW teholla

kannattavinta• Energiantuotanto –

lämpöpumpun kulutus = n. 2300 MWh/a

• Vältetyt CO2-päästöt n. 200 tonnia vuodessa

• Takaisinmaksuaika 6 vuotta• Järjestelmä toteutunee

lokakuussa 2014

9

Pilotti 6: Lämmönvarastointi• Tavoitteena tehostaa biokaasun hyödyntämistä• Tarkasteltiin lämmön pitkäaikaisvarastoinnin teknisiä ja

taloudellisia edellytyksiä neljällä erilaisella ratkaisulla• Ratkaisuista kolme on teknisesti toteutettavissa ja

taloudellisesti kannattavia, takaisinmaksuaikojen vaihdellessa 7 ja 17 vuoden välillä

• Kaasumoottoreiden sähköntuotanto kasvaisi n. 1,9 GWh/a, vältetyt päästöt 418 tCO2/a

• Yksi mahdollinen keino päästä tavoitteeseen, lisäselvityksiä toteutetaan

10

Pilotti 7: Kaasunpuhdistus• BABIU-menetelmä: kaasu

puhdistuu ja kuona stabiloituu

• Peter Mostbauer (Universität für Bodenkultur Wien)

• Investoinnit kalliita ja Sb liukoisuus kasvoi

• Pilotti-mittakaavan koe jatkossa mahdollinen

11

Pilotti 8: Kaukojäähdytys• Tarkasteltiin Päijännetunnelin veden virtaamaa ja lämpötiloja

sekä erilaisia kytkentämahdollisuuksia• Raakaveden käyttäminen kaukojäähdytykseen todettiin

teknisesti mahdolliseksi• Vesi voidaan käytön jälkeen hyödyntää esim. viheralueiden

kasteluun tai WC:n huuhteluvetenä, tai mahdollisesti palauttaa raakavesitunneliin

• Esim. Helsinki-Vantaan lentokentän päästövähenemä olisi 770 tCO2/a

• Uusi toiminnan muoto HSY:lle, vaatii lisäselvityksiä

12

Pilotti 9: Pienvesivoima• Tarkasteltiin pienvesivoiman tehostuspotentiaalia HSY:n

vedentuotanto ja -jakeluverkostossa• Pitkäkosken nykyisen turbiinin uudistaminen kannattavaa: n.

225 MWh enemmän sähköä vuodessa• Tuotot paineenalennusventtiileistä odotetusti pieniä• Vesitornit ja alavesisäiliöt myös kannattamattomia• Käytöstä poistetut vedenottamot, esimerkkinä Dämman:

mahdollisesti kannattavia, mutta kilpailevat intressit huomioitava

13

YhteenvetoTodennäköisesti toteutuvat

Kiinteistökohtainen aurinkoenergiaLämmöntalteenotto raakavedestäPitkäkosken uusi turbiini

Yhteensä

105 MWh/a2 300 MWh/a

225 MWh/a______________

n. 2 630 MWh/a

Selvitystä vaativat TuulivoimaLämmönvarastointi kallioonKaasunpuhdistusKaukojäähdytysSuljetut vedenottamot

Kannattamattomat Aurinkosähkö kaatopaikkaolosuhteissaLämmöntalteenotto jätevedestäPienet energiavirrat veden jakeluverkostossa

14

Lauri Pullinen & Muhammad SohailRESCA seminar18.3.2014 Tampere

Finding new ways the HSY-Demola-cooperation project

About Demola• Platform for students to do innovative projects offered by

companies.• In 2008, Demola launched in Tampere.• Stats (Until 03-03-2014)

– Participation of 1500 Students– Covering about 250 projects– Seven (7) Demola Centers, and expanding...

HSY-DEMOLA Collaboration• HSY approached Demola in the summer 2013 with a project

titled “New ways of producing renewable energy at HSY”• New form of collaboration for HSY• With current production and 9 pilots HSY staff had run out of

ideas and creative students were called for • The challenging project was launched October 3rd 2013• HSY found the results good and useful, and the whole

experience positive

ABOUT THE PROJECT• Who we are:

– Lauri, Esa, Teresa, Sohail– Students (Energy production, Automation, Environmental)– Jere (Facilitator from Demola)

• What is it all about:– Demola Project – Project Partner: HSY– Duration: 3 ½ Months (Oct. 2013- Jan. 2014)

CONTENTS• Objective• Limitations/Scope• Ideas/Solutions• Misc. Ideas/Solutions• Project Summary

OBJECTIVES• To propose solutions/ideas for HSY facilities regarding:

– Increasing the utilization of renewable energies– Decreasing the current energy consumption

SCOPE/LIMITATIONS OF SOLUTIONS• Technicalities• Payback period and other financial issues• Management & Technology acquisition

• Practicality (Not highly experimental; Implementable)• Environmental concerns• Use of only the existing HSY facilities

IDEAS• Smart lighting System• Use of Micro-Algae • Fuel Cells• Batteries for energy storage• Hybrid machinery• Methanol production

SMART LIGHTING• System in which lights are able to adjust their intensities,

based on multiple factors:– Occupancy– Weather condition (cloudiness, time of day, Day light)– Weekdays (working days, holidays), etc.

• Advantages:– Reduces energy consumption– Associated with Energy Management System

• Need of Controllers, Lights, Central/Mobile HMI

USE OF MICROALGAE• Production of Biofuels using Micro-Algae.• Inputs: Sunlight, CO2, Waste water + Algae• Outputs: Algae Biomass, Oxygen.• Advantages:

– Waste water cleaning – Biomass convertable to Feedstock and/or Biofuel– Zero Waste from the process– Algae can survive at low temperatures (even Finnish winter )

• Implementation using photobioreactors, Fermentation tanks or open air ponds.

FUEL CELLS (HIGH TEMPERATURE)• Converts the chemical energy of biogas into electricity• Advantages (relative to IC Engines)

– Lower emissions, higher efficiency– No moving parts (less noise)– Improved efficiency obtained when coupled with turbine

• Worthy of consideration when current IC engines come to the end of lifetime

BATTERIES FOR ENERGY STORAGE• Renewable energy supply is discontinuous due to their

nature (solar, wind)• Need to balance production and consumption• Two new solutions already commercial

– Metal liquid batteries– Hydra Redox

• Improved efficiency, reliability and flexibility compared to currently used conventional Redox batteries

HYBRID MACHINERY• Machines capable of operating on both electric motor

generator and diesel engine.• Advantages:

– Smoother operatability– Less fuel consumption (in city traffic)– Commercial and proven technology– Optional invests in charging stations

• Applicable on waste collecting trucks, wheel loaders, and company cars.

• Developing environmentally friendly vehicles.

METHANOL PRODUCTION• Produced from multiple resources; Biogas, Natural gas,

wood.• Different methods available:

– Catalytic reaction in 800 Celsius 20 bar. – SMR Steam methane reforming– Bacteria metabolize methane to methanol – Pyrolysis using wood or biowaste as syngas origin

• Usable in waste water treatment process• CO and H as ingredients. CH4-> CH3OH• Competes with production price 300 €/ ton

OTHER IDEAS• Small scale wind turbines• Energy management System• Green Roof concept• Heat recovery from the ventilation air• Refined Biogas• Digestion gas flotation cleaning

PROJECT SUMMARY• Overall a challenging task• Discussing solutions, taking feedback• All the ideas are implementable (proven)• Further detailed study and analysis is required to efficiently

implement any of the proposed solutions• We hope HSY will get one step closer to energy self-

sufficiency goal

We would like to Thank• HSY, for giving us the oppurtunity of working with them in the

project in professional environment. Reviewing and giving feedback to our proposed solutions.

• RESCA, for hosting seminar.• DEMOLA, for providing us the platform for this project;

Facilitating us in every possible way; and arranging our trips.

Puhtaasti parempaa arkea | En rent bättre vardag | Purely better, every day

Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymäSamkommunen Helsingforsregionens miljötjänsterHelsinki Region Environmental Services Authority

Kiitos!