Oilon ChillHeat -korkealämpöpumput ovat ratkaisu myös korkeiden lämpötilojen tuottamiseen

28.4.2020

Lämpöpumput ovat menestystarina. Sopivaa lämmönlähdettä jäähdyttämällä saadaan tuotettua hyötylämpöä moninkertainen määrä lämpöpumpun ottamaan energiaan verrattuna. Teollisuudessa lämpöpumppujen käyttö on vielä alkumetreillä, mutta voimakkaasti kehittyvä tekniikka avaa jatkuvasti uusia ovia.

Teollisuudessa syntyy paljon hukkalämpöä, joka tuuletetaan taivaalle tai lauhdutetaan vesistöön. Samaan aikaan ostetaan tuoretta energiaa polttoaineiden, lämmön tai sähkön muodossa. Energian tarve ja ylimääräinen energia eivät kohtaa, koska lämpötilatasot ovat sopimattomat.

Hukkalämmöistä energiaa prosesseihin

Motivan hiljattain tekemän esiselvityksen mukaan Suomen teollisuus tuottaa noin 16 terawattituntia (TWh) ylijäämälämpöä, joka olisi olemassa olevalla teknologialla teknisesti mahdollista hyödyntää. Suuri osa lämmöstä on haaleaa, noin 50°C tai alle. Prosesseissa – ja esimerkiksi kaukolämmössä – puolestaan tarvitaan usein +100°C tuntumassa olevia lämpötiloja.

Lämpöpumppujen viime vuosina voimakkaasti kehittynyt korkealämpötekniikka on vastaus moneen tarpeeseen. Oilon-korkealämpöpumpuilla on nyt mahdollista haalia energiaa erilaisista tuotantoprosessin jäähdytysvesistä tai vaikkapa viemäriin menevistä pesuvesistä ja tuottaa 100°C hyötylämpöä – ja jopa kuumempaakin – prosessien käyttöön, pesuvesiin ja lämmitykseen.

Herra Snellman on lämpöpumppujen pioneerikäyttäjä

Snellmanin Lihanjalostus Oy Pietarsaaressa on ryhtynyt käyttämään teollisuuslämpöpumppuja hukkalämmön hyödyntämisessä aivan ensimmäisten joukossa. Tänään Oilon-teollisuuslämpöpumput tuottavat merkittävän osan Snellmanin lämpöenergiasta.

Yli 10 vuotta sitten – ennen kuin kukaan oikeastaan edes puhui teollisuuslämpöpumpuista – oivalsi Snellmanin Lihanjalostuksen tekninen päällikkö Markus Snellman, että tehtaan käyttämän lämpimän pesuveden mukana valui paljon energiaa hukkaan. Yhteydenotto Kokkolassa toimineeseen ja Oilon Oy:n sittemmin ostamaan Scancooliin käynnisti projektin vuonna 2007.

Herra Snellman on lämpöpumppujen pioneerikäyttäjä
Markus Snellman esittelee tehtaan uusinta lämpöpumppua, jolla tuotetaan +95°C lämpötila.

Pesuvesiin kuluu paljon energiaa

Lihanjalostustehtaalla käytetään joka päivä lähes tuhat kuutiometriä lämmintä vettä. Pesun jälkeen Snellmanin omaan jätevedenpuhdistamoon valuvan veden lämpötila on noin +30°C, mikä antoi erinomaisen lähtökohdan projektille.

Pesuveden lämmitys tarvitsee noin yhden megawatin (MW) lämmitystehon ja lämmintä vettä tarvitaan 16 tuntia vuorokaudessa. Lämpöpumppu suunniteltiin lämpimän veden tarpeen mukaisesti. Lämpöpumpulla pesuveden lämpötila nostettiin +55°C:een ja lopputulos säästi noin 450 000 kg lämmitysöljyä vuodessa – rekkakuorman joka kuukausi.

Lisää pumppuja ja korkeampia lämpötiloja

Seuraava iso askel otettiin vuonna 2009. Snellman totesi, että laitoksella on valtava määrä kylmäkoneita, joiden lauhdelämpö meni harakoille.

– Kysyin Scancoolilta, onnistuuko lämpöpumpulla 75-asteisen lämmön tuottaminen, kertoo Snellman. – ”Kyllä se varmaan onnistuu”, oli vastaus. Tällä energialla saimme talon ja koko prosessin lämmitettyä. Teurastamo, kalttauskone ja koko tuotanto käyttää paljon lämpöä, noin +60°C vettä.

Uusin askel on tammikuussa 2019 käyttöönotetut kaksi Oilon ChillHeat -korkealämpöpumppua, jotka tuottavat +95°C lämpötilan. Se on tarpeen esimerkiksi veitsien ja muiden työkalujen steriloinnissa, jossa lämpötilan pitää olla vähintään +82°C. Lämpöä käytetään myös huonetilojen kuivaamiseen pesun jälkeen.

Lämpöpumppu säästää ympäristöä ja rahaa

Korkea lämpötila on aikaisemmin tuotettu biokaasukattilan tuottamalla höyryllä. Snellmanin Lihanjalostustehdas on siirtynyt käyttämään biokaasua vuonna 2014 ja korvannut sillä öljyn. Biokaasulla tuotettua höyryä tarvitaan nyt paljon aikaisempaa vähemmän, lähinnä makkaroiden ja kinkkujen keittämiseen.

– Oilonin kanssa on helppo toimia, toteaa Snellman. – Kun kysyn, onnistuuko tämä tai tuo, on vastaus: ”kyllä varmasti”. Kun kysyn, saadaanko 95°C, kuulen: ”tottakai”. Pian kysyn seuraavan kysymyksen: milloin saadaan 150°C? Se ei taida olla kovinkaan kaukana. Silloin emme tarvitse enää höyrykattilaa.

– Kun asennamme lämpöpumpun, säästämme ympäristöä ja myös rahaa. Viime vuonna säästö oli 580 000 €. Ja säästö tulee joka vuosi! Lämpöpumput tuottivat lämpöä nelinkertaisen määrän verrattuna kuluttamaansa energiaan. Investointi lämpöpumppuun maksaa itsensä takaisin melkein vuodessa, joten on vaikea olla ostamatta.

Solumuovituotannon hukkalämpö hyödyksi

Oilon on toimittanut Jackon Finlandille Oilon ChillHeat -korkealämpöpumpun, joka tuottaa lähes sadan asteen lämpötilan solumuovitehtaan tuotantoprosessia varten. Lämmön lähteenä käytetään prosessin 50–60 -asteista hukkalämpöä. Tämä pienentää merkittävästi tuotannon hiilijalanjälkeä.

Jackon Finlandin tehtaalla Muurlassa valmistetaan solumuovituotteita muottiin paisuttamalla. Paisuttaminen tapahtuu kylläisellä vesihöyryllä, jonka lämpötila on 120–140°C. Höyry tuotetaan nestekaasupolttimen kuumentamassa höyrykattilassa.

Paisutussykli kestää 1–2 minuuttia ja syklin lopuksi muotti jäähdytetään noin 90°C:een. Tästä syntyy 50–60 -asteista jäähdytysvettä, joka on perinteisesti jäähdytetty 30–40°C:een jäähdytystornissa. Hukkalämpöä on syntynyt 3 000 megawattituntia (MWh) vuodessa.

Tehtaan prosessissa tarvitaan korkeita lämpötiloja jälkikäsittelyuuneissa, joihin paisutetut tuotteet siirretään tasaantumaan. Uunien lämmitykseen käytetään noin 95-asteista vettä. Myös raaka-aineen esikäsittely vaatii lähes sadan asteen lämpötilaa.

Jackon tehdas
Jackon Finlandin oma kunnossapitohenkilökunta valmisti ammattitaidolla uuden järjestelmän putkilämmönvaihtimet.

Paljon tehoa hyvällä hyötysuhteella

– Olemme aikaisemmin käyttäneet hukkalämmön mahdollisimman kattavasti kiinteistön lämmitykseen ja kaikkiin muihin lämmityskohteisiin, kertoo Muurlan tehtaan tuotantopäällikkö Jukka Mälkönen. Jälkikäsittelyuunien tarvitsemaa lähes sadan asteen lämpötilaa emme pystyneet tuottamaan hukkalämmöstä. Aikaisemmin lämpöpumput eivät pystyneet tuottamaan riittävän korkeaa lämpötilaa.

Jackonille toimitetun Oilon ChillHeat P150 -lämpöpumpun mitoitusteho on yhteensä 372 kW ja COP-arvo 3.2, vaikka tuotetaan lähes sata-asteista vettä. Lämpöpumpun kaksi kompressoria ovat taajuusmuuttajalla ohjattuja, joten sen hyötysuhde on erinomainen ja tehonsäätöalue hyvin laaja.

Kohti yhä korkeampia lämpötiloja

– Teollisuuslämpöpumpuilla ei vielä tuoteta prosessihöyryä ja tämän hetken suurin ja taloudellisesti tuottoisin potentiaali teollisuudessa on noin sadan asteen tuntumassa olevien lämpötilojen tuottaminen, sanoo Oilon teollisuuslämpöpumppujen liiketoimintajohtaja Martti Kukkola.

Oilon kuitenkin valmistaa myös yli +100°C lämpöä tuottavia pumppuja. Parhaillaan käynnissä olevassa toimituksessa Ruotsiin tuotetaan +105°C lämpöä alumiinipulverin kuivaukseen. Järjestelmä koostuu taajuusmuuttajilla ohjatuista kahdesta Oilon ChillHeat P300- ja yhdestä Oilon ChillHeat S180 -teollisuuslämpöpumpusta.

Lämmönlähteenä on prosessijäähdytys, jossa tuloveden lämpötila on +25°C. Lämmityspuolella tulovesi on +96°C ja lähtö maksimissaan +120°C. Järjestelmän lämpöteho on 500 kW ja COPh 2.2. Jäähdytys huomioiden kokonaishyötysuhde on 3.4.

Suunnittelu vaatii hyviä työkaluja

Suunnittelu monimutkaistuu, tuotevaihtoehtoja on lukuisia ja jokainen projekti on uniikki. Laitteista on saatava helposti ja nopeasti mahdollisimman tarkkaa tietoa.

Oilon on kehittänyt suunnittelijoiden käyttöön Oilon Selection Tool -nimisen valintaohjelman oikean pumppumallin valitsemiseksi kuhunkin tarpeeseen. Sweco Finland Oy:n johtava asiantuntija Jussi Alilehto kertoo näkemyksiään suunnittelijan tarpeista ja toivomuksista.

– Energiajärjestelmien suunnittelussa on aina lukemattomia huomioitavia asioita, sanoo Alilehto. – Lämpöpumput ovat monimutkaisia laitteita ja suunnitteluvaiheessa niistä on saatava mahdollisimman nopeasti mahdollisimman tarkkaa tietoa, miten ne ovat sovellettavissa eri tilanteisiin.

– Suunnittelussa on tärkeää nähdä laitteen kaikki yksityiskohdat – sähköiset ominaisuudet, virtaamat ja kaikki muu. Pelkkä kilowattimäärä ei kerro vielä mitään. Tietoa ei voi koskaan olla liikaa.

– Mitoitusohjelman tärkeä ominaisuus on myös mahdollisuus tehdä monipuolisia konfigurointeja, esimerkiksi useampi pumppu rinnan tai sarjaan. Vapaasti mallinnettavien vaihtoehtojen avulla on helppoa optimoida hyötysuhde ja lämpötilatasot.

Monitorointi
Tarvittaessa saadaan myös korkeita lämpötiloja. Kuvassa Oilon Global Monitor -etävalvontajärjestelmä näyttää, kun Oilon ChillHeat P300 -korkealämpöpumppu tuottaa 140°C vettä.

Lämpöpumppujen rooli kasvaa tulevaisuudessa

Alilehdon mukaan on ilman muuta selvää, että lämpöpumppujen käyttö kasvaa merkittävästi nykyisestä. Suunnitelma sähköveron alentamisesta on oikea askel kohti yhteiskunnan sähköistämistä ja polttamisen vähentämistä. ”Sähkö on myrkkyä” on outo vanha suhtautumistapa. Lämpöpumput ja tuulisähkö ovat askelia kohti päästötöntä tulevaisuutta.