Pienen mittakaavan CHP-laitokset osana hiilineutraalia maaseutuyhteiskuntaa

Maapallon ilmasto lämpenee koko ajan kasvihuonekaasujen määrän lisääntyessä ilmakehässä. Merkittävin ihmisten aiheuttama päästöjen lähde on fossiilisten polttoaineiden käyttö energiantuotannossa ja liikenteessä, jonka vuoksi on tärkeää lisätä uusiutuvien energialähteiden käyttöä. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää esimerkkialueena olevan maaseutuyhteiskunnan mahdollisuutta olla energiaomavarainen ja materiaalikierroiltaan suljettu, jos alueen tarvitsema sähkö ja lämpö tuotettaisiin paikallisilla biomassavaroilla kahdella rinnakkaisella pienen mittakaavan CHP-laitoksella. Tarkastellut laitokset olivat anaerobisen mädätyksen ja polttokennojen yhdistelmä sekä termisen käsittelyn ja ORC-prosessin yhdistelmä. Työssä tehdyt laskelmat osoittivat, että esimerkkialue saisi tuotettua omilla biomassavaroillaan tarvitsemastaan sähköstä 75 % ja lämmöstä 90 % esimerkkilaitosten avulla. Laskelmissa ei kuitenkaan huomioitu kesä- ja talvikuukausien välistä eroa lämmön kulutuksessa, jonka vuoksi molemmat laitokset eivät voisi toimia koko ajan täydellä teholla. Lisäksi tuotetun lämmön hyötykäyttöä rajoittaa riittävän laajan kaukolämpöverkon puuttuminen esimerkkialueelta. Nykyisen kaukolämpöverkon avulla saataisiin hyödynnettyä vain kolmasosa ORC-prosessilla tuotetusta lämpöenergiasta. Laskelmat osoittivat myös, että alueen kasvihuonekaasupäästöt pienenisivät 21 % eli noin 6 000 hiilidioksidiekvivalenttitonnia vuodessa, jos suurin osa energiasta tuotettaisiin omista biomassavaroista CHP-laitosten avulla ja mädätyksen seurauksena syntyvä reaktorijäännös korvaisi kemiallisten lannoitteiden käytön.

Global warming is accelerating as the amount of greenhouse gases in the atmosphere increases. The most significant source of emissions from human activities is the use of fossil fuels in energy production and traffic. Because of this it is important to increase the utilization of renewable energy sources. The aim of this Master’s thesis was to find out the potential of an example rural community to achieve energy self-sufficiency and closed material flows by producing the needed electricity and heat in two parallel small-scale CHP plants with local biomass. The two reviewed CHP plants were anaerobic digestion with fuel cells and thermal conversion with ORC process. The results of the study indicated that the example area could produce 75 % of the electricity and 90 % of the heat needed in the area with their own biomass reserve in the CHP plants. This does not take into account the difference in heat demand between the summer and the winter months. Because of that difference, both plants could not operate at full capacity all the time. In addition, the district heating network of the example area is not extensive enough to fully utilize all the produced heat. Only one third of the heat energy from the ORC process could be utilized using the existing district heating network. Results also indicated that greenhouse gas emissions could decrease by 21 % or about 6 000 tonnes of carbon dioxide equivalents per year in the example area, assuming the largest part of energy would be produced with local biomass in CHP plants and residues from anaerobic digestion would substitute the use of chemical fertilizers.