Sähköntuotantoa kaukolämmön ohessa – ORC-teknologia herättää kiinnostusta
Ruotsin eteläosassa sijaitseva noin 10 000 asukkaan Gislaved on tunnettu autonrenkaistaan. Tehdas on kaupungista jo lakkautettu, mutta tuotemerkki on Continentalin omistuksessa ja edelleen käytössä. Olemme tutustumassa kaupungin energiayhtiön kokemuksiin ORC-teknologiasta ja sen yhteydessä toimivasta verkkoon liitetystä BESS-sähköakkuvarastosta.
Gislaved Energi tuottaa 60 GWh kaukolämpöä kahdella laitoksella noin 25 000 asiakkaalle Gislavedin ja Anderstorpin taajamissa. Laitoksella on vuonna 2013 käyttöönotettu 5 MW:n kattila. Lisäksi 7 MW:n kattila otettiin käyttöön vuonna 2018.
Gislavedissa on koettu muutaman vuoden ajan, että sähköverkkojen luotettavuus on heikentynyt ja katkoja on entistä useammin. Tekninen päällikkö Rikard Bondéus kertoo, että epästabiilius Ruotsin energiaverkossa on lisääntynyt, vaikka siitä ei lehdissä juuri kirjoitetakaan. Syynä on erityisesti aurinkovoiman lisääntyminen. Vuoden 2020 paikkeilla huolet kaukolämmön katkoista kasvoivat niin suuriksi, että yhtiössä oli jo tehty päätös hankkia dieselkäyttöinen varavirtageneraattori kaukolämmön pumppujen ja muiden laitteiden pyörittämiseksi sähkökatkotilanteessa.
Ratkaisuksi päätettiinkin ottaa ruotsalaisen Againityn ORC-yksikkö. Sen sähköteho on 200 kWe. Mitoitus oli kattilan 60 % teholle, jotta järjestelmä toimii suurimman osan ajasta täydellä teholla. Tuleva siirtoaineen lämpötila ORC:lle on noin 125 astetta ja paluulämpö noin 80 astetta. Kokemukset olivat niin positiivisia, että lisäksi asennettiin Againityn 100 kW:n ORC-järjestelmä syyskuussa 2025. Sen myötä yhtiö pystyy tuottamaan kaiken tarvitsemansa omakäyttösähkön ja myymään sähköä myös verkkoon ulkolämpötilan ollessa enintään −10 °C.
Jälkimmäisen hankinnan yhteydessä hankittiin akkujärjestelmä (BESS), jotta saadaan lisää joustoa toimintaan ja ennen kaikkea mahdollistetaan saarekekäyttö pidemmän sähkökatkon tilanteessa. Akuston kapasiteetti on 1205 kWh ja maksimitehoa saadaan enimmillään 625 kW. BESS-akkujärjestelmän myötä on myös mahdollista toimia sähkön säätö- ja reservimarkkinoilla. Gislaved Energi osallistuu viidelle eri säätömarkkinalle, kertoo prosessi-insinööri Monia Knutsson.
”Pystymme ajamaan pitkäänkin saarekkeena pelkästään ORC:llä, jos ulkolämpötila on enintään –10 C. Jos lämpötila laskee sen alle, niin täytyy käynnistää myös diesel-generaattori,” Knutsson kertoo.
Kaukolämmön toimittaminen asiakkaille sähkökatkotilanteissa mahdollistaa lämmön jakelun pidemmäksikin aikaa, vaikka asiakaskiinteistössä ei olisi sähköä käytössä. Lundin yliopistossa on mallinnettu, että mikäli lämmönjaon suntti on auki, kaukolämpöjärjestelmä kierrättää lämpöä vapaakierrolla noin 70 % teholla. Tätä on Knutssonin mukaan testattu Ruotsin Arvidsjaurissa myös käytännössä.
Gislavedin ORC-investoinnit maksavat itsensä takaisin ilman tukea 6–10 vuodessa. BESS-järjestelmän takaisinmaksuajaksi arvioidaan 3–5 vuotta.
Omakäyttösähkön hinnannousu kannusti hankintaan Kannuksessa
Kannuksen kaukolämmössä otettiin Againityn ORC-järjestelmä käyttöön helmikuussa 2025. Laitos toimitettiin tehtaalta valmiiksi kehikkoon asennettuna, joten se oli nopeasti paikan päällä asennettava. Käyttöönotto kesti kolme vuorokautta.
Kannuksen kaukolämmön toimitusjohtaja Jani Rentola kertoo, että ajatus ORC-investoinnista syntyi sähkön hinnan noustessa vuonna 2023. Lämpöyhtiön omakäyttösähkön ostohinta nousi reilusti, mikä potkaisi hankkeen liikkeelle. Yritys teki Business Finlandille tukihakemuksen vuoden lopulla ja sai 25 %:n investointituen.
Rentola kertoo, että ORC-laitos toimii kuten oli luvattu ja on toimintavarma. Kesällä ORC ei tuota sähköä, koska talvikaudella käynnissä oleva leijukattila ei ole toiminnassa. ORC-järjestelmässä kiertävä lämmönsiirtoaine lämpenee noin 140 asteeseen ja palaa noin 50-asteisena. Kaukolämmön paluuvesi lämpenee sen avulla takaisin noin 70 asteeseen. ORC-järjestelmää voidaan käyttää melko joustavasti aina 30 %:n sähkötehoon asti. Laitoksen teknisen käyttöiän arvioidaan olevan noin 20 vuotta, jonka aikana huoltokustannusten odotetaan pysyvän kohtuullisina.
Laitoskoko kasvaa
Againityä Suomessa edustava Fredrik Ahlström Venditor Oy:stä kertoo, että markkinoille on tulossa jatkuvasti suurempia yksiköitä. Tähän asti yksittäisen yksikön koko on maksimissaan 990 kW sähkötehoa. Tavoitteena on tarjota jatkossa jopa 8 MW yksikköä, kun uusi tehdas otetaan käyttöön kesällä. Lämpötilatasoja voidaan nostaa myös jopa 200 asteeseen asti, jolloin sähköntuotannon hyötysuhde kasvaa.
Mistä ORC-teknologiassa on kyse?
ORC-teknologian (Organic Rankine Cycle) periaate on tunnettu jo sata vuotta. Ajatus orgaanisten työaineiden käytöstä esiintyi jo 1900-luvun alussa, mutta käytännön soveltaminen jäi vähäiseksi höyryteknologian hallitessa. Teknologiaa alettiin tutkia systemaattisesti 1950–60-luvuilla, jolloin keskeinen ajatus oli esimerkiksi geotermisen matalalämpötilaisen lämmön hyödyntäminen. Ensimmäiset kaupalliset sovellukset syntyivät 1960–70-luvuilla erityisesti geotermisissä voimaloissa Yhdysvalloissa ja Italiassa.
Ratkaisut ovat kypsyneet viime vuosikymmeninä parempien orgaanisten väliaineiden ja kehittyneempien turbiinien ansiosta niin, että ORC-teknologia alkoi yleistyä teollisuuden hukkalämmön talteenotossa.
Viimeisen vuosikymmenen aikana ratkaisujen tarjoajia on tullut lisää, ja teknologia on kypsynyt kaupallisiksi tuotteiksi. Uusiutuvan energian sekä energiatehokkuuden tavoitteet ovat vauhdittaneet kehitystä.
Käyttökohteita löytyy monipuolisesti biomassa- ja biokaasulaitoksista, geotermisistä laitoksista sekä teollisuuden ja datakeskusten hukkalämmön hyödyntämisestä. Nykyisin ORC-laitosten sähköteho voi olla useita megawatteja.
Sähköntuotanto ORC-tekniikalla perustuu höyrystyneen ja jäähtyneen kiertoaineen lämpötilaeroon, jolla pyöritetään turbiinia. Se sopii pieniin laitoksiin yksinkertaisemman rakenteen takia ja voi hyödyntää joustavasti jopa alle 100 asteenkin lämpötilaa. Sähkön tuotannon hyötysuhde on kuitenkin selvästi matalampi, kuin perinteisellä korkeapaineisella höyryturbiinilla. ORC:n sähköntuotannon hyötysuhde biomassalaitoksissa on tyypillisesti 10–20 %.
Nämä ominaisuudet tekevät ORC:stä kiinnostavan pienten ja keskisuurten lämpölaitosten käyttöön. Toholammille rakennettiin vuonna 2013 Suomen tiettävästi ensimmäinen ORC-kuumaöljylaitos. Italialaisen Turbodenin tuottaman ORC-yksikön sähköteho on 1,4 MW. Tällä hetkellä Suomessa on kaksi muuta Turbodenin ORC-laitosta, joista toinen toimii HSY:llä jäteveden hukkalämmöllä. Ruotsalainen Againity on uudempi tulokas ja sillä on kolme laitosta: Haapajärvellä, Kannuksessa sekä Juvalla, ja uusi laitos on tulossa Suomussalmelle vuoden 2026 lopussa.
