Energialähteet ja polttoaineet (Aurinkoenergia)

Aurinkovoima tekee tuloaan teollisuuteen

Aurinkoenergia voi olla monestakin syystä hyvä vaihtoehto erilaisten teollisuuslaitosten energialähteeksi. Kustannustehokkuus on yksi hyvä syy käyttää auringosta saatavaa energiaa. Viime vuosina aurinkopaneelien hinnat ovat selvästi alentuneet. Uusiutuvaa energiaa myös tuetaan eri tavoin monissa maissa, kun taas fossiilisen energian saatavuus on heikentynyt ja energiahinnat nousseet.

SOTA UKRAINASSA on omalta osaltaan vauhdittanut energiankäytön ”vihreää siirtymää”, kun öljy- ja kaasutuotteiden tuonti Venäjältä on EU:n pakotteiden tai muiden rajoitusten myötä joko loppunut kokonaan tai ainakin merkittävästi vähentynyt.

Monissa maissa viranomaiset pyrkivät lisäksi ohjaamaan teollisuussektorin energiankäyttöä uusiutuvan aurinko- tai tuulienergian suuntaan erilaisilla avustuksilla ja haittaveroilla.

Teollisen aurinkosähköjärjestelmän elinkaari voi tyypillisesti olla noin 25–30 vuotta. Tällaisen järjestelmän käyttö- ja huoltokulut ovat myös paremmin ennakoitavissa kuin fossiiliseen energiaan perustuvan systeemin.

Toisaalta järjestelmä ei ole yhtä herkkä sähkökatkoille kuin perinteiset sähkövoimajärjestelmät. Toki todella kova myrsky saattaa rikkoa teollisuuslaitosten katoille asennettuja aurinkopaneelejakin.

Ympäristövaikutukset minimiin

Aurinkoenergian kaltaisen uusiutuvan energian käyttö ei aiheuta maapallon ilmaston lämpenemistä – mikä on myönteistä ympäristön kannalta – eikä se myöskään saastuta teollisuuslaitoksen lähialueita niin kuin entisajan savupiipputeollisuus. Tehtaan voimalaitoksen vieressä kuivuvat pyykit eivät silloin kärsi noki- tai savuvaurioista, eivätkä naapurit tai työntekijätkään sairastu niin herkästi hiilipölyn ja pienhiukkasten aiheuttamiin keuhko- tai verisuonitauteihin.

”Teollisen aurinkosähköjärjestelmän elinkaari voi tyypillisesti olla noin 25–30 vuotta.

Ympäristöystävällisyys siis parantaa paitsi luontoa ja viihtyvyyttä myös firman mainetta ja yrityskuvaa. Innovatiivinen edelläkävijyys yritystoiminnassa ei sekään ole näille asioille haitaksi.

Aurinkoenergiajärjestelmissä ei juuri ole liikkuvia osia, joten laitteistojen mekaaninen kuluminen on minimaalista. Huoltotöiden tarpeen väheneminen säästää teollisuusyrityksissä aikaa ja kustannuksia.

Huoltoa vaatii lähinnä invertteri, joka on jatkuvassa käytössä ja joudutaan siksi kenties vaihtamaan noin 5–10 vuoden väliajoin. Myös kaapelit on hyvä säännöllisesti tarkastaa ja tarvittaessa huoltaa, jotta voidaan varmistaa energiajärjestelmän toimivan koko ajan oikealla tehotasolla.

KUVA: HELSINGIN KAUPUNGIN AINEISTOPANKKI / LAURI ROTKO

Sähkölaskut pienemmiksi

Aurinkoenergia soveltuu käytettäväksi monentyyppisissä teollisuusyrityksissä.

Valmistavan teollisuuden yritykset käyttävät tyypillisesti suuret määrät sähköä, joten tehtaille voi olla aurinkosähkön käytöstä merkittävää kustannushyötyä. Omia aurinkopaneeleja käytettäessä vältytään myös sähkölaitosten mahdollisten hinnankorotusten aiheuttamilta lisäkuluilta.

Jos sähköä kuluu paljon, luonnollisesti myös aurinkosähköjärjestelmä on perusteltua toteuttaa sen mukaisessa mittakaavassa. Nykytekniikkakin tarjoaa jo ratkaisuja siihen, että ainakin 5–10 prosenttia teollisuuslaitoksen energiantarpeesta voitaisiin tuottaa aurinkoenergialla. Lähivuosina tämä osuus noussee jo kolmannekseen.

Teollisessa mittakaavassa toimivissa maatalousyrityksissä – vaikkapa tuotantoeläintiloilla – on niin ikään usein riittävästi kattotilaa aurinkoenergiajärjestelmän paneeleille. Monesti eläintiloilla kuluu paljon sähköä sopivan lämpötilan ja tuuletuksen ylläpitämiseksi.

Aurinkoenergiajärjestelmään investoiminen voi maksaa itsensä takaisin jo suhteellisen lyhyessä ajassa, laitoksen sijainnista ja järjestelmän toteutustavasta riippuen. Kiinteistöön asennetut aurinkopaneelit voivat myös nostaa kiinteistön arvoa.

Peilikeräimillä enemmän energiaa

Tehdaskiinteistöissä sekä muissa tuotanto- ja varastorakennuksissa on se hyvä puoli, että niissä on yleensä paljon kattopinta- alaa aurinkopaneelien sijoittamiseen.

Jotkut uudet aurinkopaneelityypit ovat kaksipuolisia. Kun sellaisia paneeleita asennetaan hieman rakennusten kattopinnan yläpuolelle, ne voivat tuottaa energiaa myös katon kautta heijastuvasta auringonsäteilystä, jolloin paneelien tuotantoteho paranee. Järjestelmien ja laitteiden tekniikka kehittyy muutoinkin koko ajan.

Suurissa aurinkovoimalaitoksissa on mahdollista optimoida auringon lämmöntuotantokapasiteettia, jos laitoksen järjestelmässä sovelletaan niin sanottua CSP-teknologiaa (Concentrating Solar-thermal Power). CSP sopii erityisen hyvin moniin teollisiin käyttötarkoituksiin, joissa prosessiin on saatava korkeitakin lämpötiloja vaikkapa +400 °C asti.

CSP-tekniikat perustuvat Fresnel-peileihin, jotka kaikki keskitetään heijastamaan auringon säteilyä yhteen vastaanottopisteeseen. Silloin säteily samalla vahvistuu. Vastaanottimen lämmönsiirtoneste kuumenee tällöin korkeaan lämpötilaan. Menetelmä on periaatteeltaan siis hieman samankaltainen kuin suurissa radioteleskoopeissa, joissa eri peiliantenneilla vastaanotetut signaalit heijastetaan kaikista peileistä yhteen polttopistevastaanottimeen, missä signaali vahvistuu paremmin kuultavaksi.

Toteutustavat vaihtelevat

Tätä varten on olemassa kaksi erilaista CSP-tekniikoiden perusmenetelmää.

Ensiksikin lämpösäteilyn vastaanottopiste voidaan sijoittaa torniin, jonka ympärille kaikki auringonsäteilyä heijastavat peilit asennetaan kehämäiseen muodostelmaan (Power Tower Systems). Peilit kohdistavat sitten säteilyn tornissa olevaan keskusvastaanottimeen.

Toinen mahdollisuus on asentaa auringonsäteilyä heijastavat peilit lineaarisesti vaakatasoon, samantyyppiseen muodostelmaan kuin jos kyse olisi tavallisista aurinkopaneeleista (Linear Systems). Lämpöä keräävät vastaanottimet sijoitetaan peilirivien yläpuolelle asennettaviin samansuuntaisiin putkiin siten, että peilien heijastama lämpösäteily keskitetään kuumentamaan näissä putkissa kulkevaa lämmönsiirtonestettä. Usein putket kiinnitetään viistosti asennettuihin tukijalkoihin, joiden perustukset ovat peilirivien välissä.

Tällä tavoin kootulla termisellä energialla voidaan tarpeen mukaan pyörittää turbiinia tai moottoria, jotta lämpö saadaan muutettua sähköenergiaksi. Toisaalta kuumaa nestettä voidaan käyttää myös sellaisenaan erilaisissa teollisuuden prosesseissa, muun muassa elintarvike-, kaivos- tai kemianteollisuudessa.

Ratkaisut tilanteen mukaisiksi

Haluttaessa CSP-aurinkoenergiajärjestelmä voidaan toteuttaa myös pienemmässä mittakaavassa, esimerkiksi käyttämällä vain yhtä pienehköä ”peiliantennia” aurinkoenergian kerääjänä vaikkapa sijoitettuna tehtaan katolle tai pihalle. Tällainenkin pienimuotoinen järjestelmä voi tuottaa hyvissä olosuhteissa jopa 5–25 kW aurinkoenergiaa ja se soveltuu monenlaisiin hajautettuihin teollisiin käyttösovelluksiin.

Viime aikoina esimerkiksi JTI-yhtiön tuotantolaitoksille Jordaniaan on asennettu saksalaisen Industrial Solarin toimittama aurinkoenergiajärjestelmä, jossa CSP-tekniikkaan pohjautuvien Fresnel-peilikeräimien avulla tuotettua kuumaa höyryä johdetaan suoraan tuotantoprosesseihin. Aurinkovoiman käyttöönotolla pyritään muun muassa pienentämään konsernin tehtaiden hiilidioksidipäästöjä.

Myös Suomessa on jo aurinkoenergiaa tehdaskäytössä esimerkiksi elintarviketeollisuudessa.

Teksti: Ari Mononen

Kirjallisuutta:
Industrial Solar GmbH: Applications industrielles de l’énergie solaire (www.industrial-solar.de).
Melo, Sandra: Benefits of Using Solar Power in the Industrial Sector. Artikkeli, Datascope Dec. 2020.
SolarSmith Energy: Benefits of Solar Power System for Industries, Business, and Factories (www.solarsmiths.com).
U.S. Department of Energy: Solar for Industrial Processes (www.energy.gov).

Seuraa Enertec

Enertec uutiskirje