Source: http://docplayer.fi/1176767-Kaavarunkovaiheen-loppuraportti.html
Timestamp: 2017-12-13 23:24:14+00:00
Document Index: 10211339

Matched Legal Cases: ['kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ']

Kaavarunkovaiheen loppuraportti - PDF
Kaavarunkovaiheen loppuraportti
Download "Kaavarunkovaiheen loppuraportti"
1 S K A F T K Ä R R Energiatehokkuus kaavoituksessa Kaavarunkovaiheen loppuraportti
2 Esipuhe Kaavoituksella voidaan vaikuttaa merkittävästi alueiden energiatehokkuuteen. Tämä on Suomen itsenäisyyden juhlarahasto Sitran, Porvoon kaupungin, Porvoon Energia Oy:n, Posintra Oy:n ja ympäristöministeriön yhteisen Skaftkärr Energiatehokkuus kaavoituksessa -hankkeen keskeinen johtopäätös. Energiatehokkuus kaavoituksessa -hankkeen tavoitteena on tuottaa tietoa siitä, voidaanko kaavoituksella vaikuttaa alueiden energiatehokkuuteen, mikä on erilaisten keinojen vaikuttavuus ja onko suunnittelukäytäntöjä ja kaavoitusprosessia tarpeen muuttaa. Hankkeessa tarkastellaan kaavoituksen vaikuttamiskeinoja alueiden energiatehokkuuteen käytännön kaavoitustyön kautta. Hankkeen ensimmäisessä vaiheessa Porvoon Skaftkärriin on laadittu kaavarunko, jonka pohjalta Porvooseen nousee lähivuosina uusi, energiatehokas ja vähähiilinen asukkaan kaupunginosa. Skaftkärrin kaavarunkotyössä on tutkittu vaihtoehtotarkastelujen avulla erilaisten ratkaisujen vaikutuksia alueen energiatehokkuuteen ja hiilijalanjälkeen. Selvityksessä keskeisiksi tekijöiksi nousivat liikkuminen, rakennusten energiatehokkuus sekä energian tuotantotavat. Energiatehokkuudelle ja hiilijäljen pienentämiselle on laskettu myös hintalappu. Porvoossa tiedetään nyt, mitä hiilijäljen pienentäminen Skaftkärrin alueella maksaa sekä asukkaalle että kaupungille. Keinoja on monenlaisia: kalliita ja halpoja. Hyvä uutinen asukkaan ja kunnan kannalta on se, että samalla kun hiilijälki pienenee, voivat myös asumisen kustannukset laskea nykytasosta. Kaavajärjestelmä ja siihen liittyvät välineet antavat monipuolisia mahdollisuuksia vaikuttaa joko suoraan tai epäsuorasti yhdyskuntiemme energiatehokkuuteen ja päästöihin. Energiatehokkuus kaavoituksessa -hanke osoittaa, että kaavoituksessa tarvitaan hiilitaselaskelmia. Kaavoittajien ja energia-asiantuntijoiden yhteistyö on välttämätöntä ja tulevaisuudessa arkipäivää. Energiatehokkuus ja hiilijäljen pienentäminen sekä hiilitaselaskelmat tulisikin liittää osaksi kaavoitusprosessia sekä kaavan vaikutusten arviointia. Tähän raporttiin on koottu Skaftkärrin kaavarunkohankkeen lähtökohtia, tutkitut ratkaisumallit ja niistä laaditut energiatehokkuus- ja päästölaskelmat sekä tuloksista tehdyt johtopäätökset. Energiatehokkuus kaavoituksessa -hanke jatkuu: Porvoon Skaftkärrin alueelle laaditaan asemakaavat kaavarungon pohjalta. Asemakaavahankkeissa testataan ja kehitetään edelleen tässä raportissa esitettyjä keinoja ja laskentamenetelmiä rakennetun ympäristön energiatehokkuuden lisäämiseksi sekä päästöjen vähentämiseksi. Haluamme kiittää hankkeen ensimmäisen ja keskeisen vaiheen valmistuttua suunnittelusta vastannutta Pöyry Oy:n asiantuntijatiimiä, Porvoon kaupungin kaavoittajia sekä Porvoon Energian Oy:n ja Posintra Oy:n asiantuntijoita uraa uurtavasta työstä. Porvoossa, syyskuussa 2010 Jukka Noponen johtaja Energiaohjelma Sitra Fredrick von Schoultz apulaiskaupunginjohtaja Porvoon kaupunki
3 Tiivistelmä Skaftkärr Energiatehokkuus kaavoituksessa -hankkeessa kehitetään energiatehokkuuden ohjaamiskeinoja ja suunnittelua sekä etsitään kaavoituksen keinoja päästöjen vähentämiseksi. Tavoitteena on luoda uusia toimintamalleja ja ratkaisuja alueellisen sekä talokohtaisen energiatehokkuuden lisäämiseksi. Hankkeessa tarkastellaan kaavoituksen vaikuttamiskeinoja alueiden energiatehokkuuteen käytännön kaavoitustyössä. Hankkeen ensimmäisessä vaiheessa Porvoon Skaftkärrin alueelle on laadittu kaavarunko, jonka pohjalta Porvooseen nousee lähivuosina uusi, energiatehokas ja vähähiilinen asukkaan kaupunginosa. Asuinalueen suunnittelussa on tuotettu tietoa siitä, millaisilla keinoilla on mahdollista vaikuttaa alueiden energiatehokkuuteen, mikä on erilaisten keinojen vaikuttavuus ja miten suunnittelukäytäntöjä olisi mahdollista tai tarpeen kehittää, jotta alueiden energiatehokkuus paranisi. Skaftkärrin kaavarunkotyö käynnistyi selvittämällä erilaisten energiaratkaisujen vaikutuksia kaavoitukseen ja tulevaisuuden energiaratkaisuja kansainvälisten esimerkkien avulla. Vaihtoehtotarkastelun avulla tutkittiin erilaisten ratkaisujen merkitystä energiatehokkuuteen ja päästöjen vähentämiseen. Vaihtoehtotarkastelussa vertailupohjana (0+-vaihtoehtona) toimi alueelle laadittu vanha kaavarunko, josta selvitettiin, mihin alueella kuluu energiaa ja mitkä ovat sen päästöt. 0+-vaihtoehdolle tehtyjen laskelmien ja herkkyystarkastelujen jälkeen laadittiin neljä ratkaisumallia maankäytön suunnittelun ja energiatehokkuuden työkaluiksi. Eri malleissa erilaisia kaupunkirakenteellisia tekijöitä yhdisteltiin erilaisiin energiantuotantotapoihin sekä liikennejärjestelmä- ja liikkumisratkaisuihin. Ratkaisumalleille laskettiin energiankulutus ja hiilidioksidipäästöt sekä arvioitiin ratkaisujen vaikutuksia asukkaan, kunnan ja paikallisen energiayhtiön kustannuksiin. Herkkyystarkasteluiden ja vaikutusten arvioinnin avulla tehtiin johtopäätöksiä ja määriteltiin suunnitteluperiaatteet, joiden pohjalta laadittiin kaavarunko. Selvityksessä keskeisiksi tekijöiksi nousivat liikkuminen, rakennusten energiatehokkuus sekä energian tuotantotavat. Skaftkärrin kaavarunkotyö osoittaa selkeästi, että kaavoituksella voidaan vaikuttaa merkittävästi alueiden energiatehokkuuteen. Kaavajärjestelmä ja siihen liittyvät välineet antavat monipuolisia mahdollisuuksia vaikuttaa joko suoraan tai epäsuorasti yhdyskuntiemme energiatehokkuuteen ja päästöihin. Yleispiirteisessä kaavoituksessa ratkaistaan seutujen, kuntien ja alueiden alue- ja yhdyskuntarakenteen kehittymisen periaatteet ja vaikutetaan oleellisesti muun muassa liikkumistarpeeseen ja sitä kautta liikenteen energiankulutukseen sekä päästöihin. Osayleiskaavoituksessa ja asemakaavoituksessa ohjataan alueiden sisäisiä maankäyttöratkaisuja, infrastruktuuria ja rakentamista. Kaavaprosessia tulisi kuitenkin kehittää energiatehokkuuden näkökulmasta. Energiatehokkuus ja hiilijäljen pienentäminen sekä hiilitaselaskelmat tulisi liittää osaksi kaavoitusprosessia ja kaavan vaikutusten arviointia. Skaftkärrin kaavarunkotyössä on koottu tietoa ja kokemuksia erilaisista energiatehokkuuteen liittyvistä mahdollisuuksista sekä esitetty laskentamalleja, joita hyödyntämällä on mahdollista parantaa kaavoitukseen liittyvää päätöksentekoa ja sen energiatietoisuutta. Energiatietoisella suunnittelulla voidaan päästä merkittäviin energiankulutus- ja kustannussäästöihin sekä päästövähennyksiin.
4 3 SISÄLTÖ 1 JOHDANTO ENERGIATEHOKKUUS LÄHTÖKOHTANA SUUNNITTELUPROSESSISSA Suunnitteluprosessi Työn eteneminen...10 A: SELVITYKSET ENERGIANTUOTANNON VAIHTOEHDOT Lämmön ja sähkön kulutus sekä CO 2 -ominaispäästökertoimet Lämmön kulutus Sähkön kulutus Lämmitysmuotojen CO 2 -ominaispäästökerroin Sähköntuotantomuotojen CO 2 -ominaispäästökerroin Kaukolämpö Hajautettu polttoaineisiin perustuva lämmöntuotanto Sähkölämmitys Maalämpö Yleistä maalämmöstä Talokohtainen maalämmitys Keskitetty maalämpöratkaisu Ilmalämpöpumput Aurinkoenergian hyödyntäminen Aurinkosähkö Tulossa olevat teknologiat Hajautettu aurinkolämmön hyödyntäminen Kokemuksia ja toimintamalleja maailmalta Aurinkokaukolämpö Pienimuotoinen hajautettu sähkön ja lämmön yhteistuotanto Pienimuotoinen tuulivoima Polttokennot Jätteenpoltto RAKENNUKSET Matalaenergia- ja passiivirakennukset Matalaenergia- ja passiivirakennusten lämmönlähteet Rakennuksen muoto, aukotus ja suuntaus Käyttöveden lämmitys Kiinteistö- ja käyttäjäsähkön kulutus Kulutuksen ohjausjärjestelmät Elinkaaren aikaiset kustannukset rakentamisessa...39
5 4 4.7 Rakennusmateriaalit LIIKENNE Kulkumuodot Tekninen kehitys Liikkumistarve HULEVEDET JA PIENILMASTO Hulevedet Maankäytön vaikutus hulevesiin Hulevesien hallintamenetelmät Jätevesien paikallinen käsittely Pienilmaston vaikutus elinympäristön laatuun Porvoon sijainnin merkitys pienilmaston kannalta Pienilmastotekijät suunnittelualueella Tuulisuuden merkitys Keinot pienilmaston parantamiseksi...56 B: VAIHTOEHTOTARKASTELUT JA KAAVARATKAISU ENERGIANKÄYTÖN JA PÄÄSTÖJEN VERTAILUTASOT Vertailutasona vaihtoehto Rakentamisen kokonaismäärä Alueen laajuustiedot Rakennuksen lämmitystapa Tyyppirakennus Rakennusten energiankäytön oletukset Sähkönkulutus Rakennusten energiankulutus Energiantuotannon hiilidioksidipäästöt Kaukolämmön tuotannon hiilidioksidipäästöt Sähkön tuotannon hiilidioksidipäästöt Energia uusiutumattomana primäärienergiana Liikenteen lähtökohdat Yleistä Itä-Uudenmaan henkilöliikennetutkimuksen Porvoon tuloksia Kevätkummun alue vertailukohtana Porvoolaisten liikennesuorite Emme/2 -liikennemalli Skaftkärrin liikennesuoritteet vaihtoehdossa Joukkoliikenne Liikennemuotojen ominaispäästöt Kunnallistekniikka Valaistus Yleiset rakennukset Vesihuolto...76
6 5 7.7 Energiankulutukseen ja päästöihin vaikuttavia tekijöitä Herkkyystarkastelut rakennuksille, energialle ja liikenteelle TUTKITUT RATKAISUMALLIT Ratkaisumallien suunnittelun lähtökohtia Tutkitut mallit ENERGIA-, PÄÄSTÖ- JA KUSTANNUSVAIKUTUSTEN ARVIOINTI Vaikutusten arvioinnin periaatteet Ratkaisumallien liikenteellinen vertailu Vertailuperiaate Autoliikenteen liikennesuoritteet Mallien liikennesuoritteet, suhteelliset osuudet kulkumuodoittain Joukkoliikenne, liikennesuorite Ratkaisumallien energiantuotantovaihtoehtojen päästövertailu Lämmitysvaihtoehdot Sähköntuotantovaihtoehdot Energia- ja päästövaikutusten arviointi Ratkaisumallien kustannusvertailu eri energiantuotantovaihtoehdoilla Infrastruktuurikustannukset Mallitarkastelun johtopäätökset Johtopäätökset energiatuotantovaihtoehdoista Herkkyystarkastelut CO2-päästöille Erilaiset toteutusvaihtoehdot -35 % päästövähennyksen saavuttamiseksi vaihtoehtoon 0+ verrattuna Lämmitysvaihtoehtojen vaikutus päästöihin KAAVARUNKORATKAISU Tavoitteet Kaavarungon suunnitteluperiaatteita Kaavarungon kuvaus C: JOHTOPÄÄTÖKSET JOHTOPÄÄTÖKSET JA SUUNNITTELUOHJEET Yleistä Energiatehokkuuden huomioiminen eri suunnittelutasoilla Kokemuksia Skaftkärr -projektista Aloitus ja ohjelmointi Vertailumalli ja vaihtoehdot Kaavarunko Alueiden käytön ja kaavoituksen kehittäminen energiatehokkuuden näkökulmasta Suunnitteluratkaisut Kaavoitusprosessi...116
7 6 Kaava-asiakirjat Muun yhteistyön kehittäminen LOPUKSI LÄHTEET Liitteet Energiatodistus, tyyppitalo Liikennesuoritteet kulkumuodoittain ja periaatemalleittain Liikennelaskennan perusteet ja oletukset
8 7 1 JOHDANTO Skaftkärrin uusi, energiatehokas asuinalue tulee olemaan Porvoon pientalomaisen rakentamisen painopisteenä lähes koko 2010-luvun ajan. Tässä raportissa on esitelty Skaftkärrin kaavarunkohankkeen lähtökohtia sekä tutkitut ratkaisumallit ja niistä laaditut laskennat sekä arvioinnit. Näiden selvitysten pohjalta Skaftkärrin alueelle on laadittu neljä vaihtoehtoista ratkaisumallia, jotka kuvaavat pelkistetysti erilaisia energiatehokkuuteen liittyviä alueellisia ratkaisuja ja niiden yhdistelmiä. Näille malleille suoritettuja energiatehokkuus- ja päästölaskelmia sekä herkkyystarkasteluja on hyödynnetty Skaftkärrin kaavarunkoluonnoksen laatimisessa. Tuloksista on myös haettu yleisiä johtopäätöksiä energiatehokkaan kaavoituksen edistämiseksi. Kuva 1 Suunnittelualueen rajaus
9 8 Kuva 2 Skaftkärr Energiatehokkuus kaavoituksessa hankkeen prosessikaavio Käsitteitä Keskeiset työssä käytetyt käsitteet: Energiatehokkuus: Rakennuksen energiatehokkuudella tarkoitetaan lasketun tai mitatun energiamäärän suhdetta rakennuksen pinta-alaan. Energiamäärää tarvitaan rakennuksen tyypilliseen käyttöön liittyvän energiatarpeen täyttämiseen, ja siihen sisältyy muun muassa lämmitykseen, jäähdytykseen, ilmanvaihtoon, veden lämmitykseen ja valaistukseen käytetty energia. Alueellinen energiatehokkuus muodostuu tietyn alueen sisäisten ja ulkoisten tekijöiden yhteisvaikutuksesta. Alueen sisäisiä energiatehokkuuteen vaikuttavia tekijöitä ovat sisäinen liikenne, rakennusten energiatehokkuus, sisäinen infraverkosto ja alueellinen energiantuotanto. Alueen ulkopuolisia tekijöitä ovat alueeseen liittyvä liikennejärjestelmä, palveluiden ja työpaikkojen sijoittuminen, infraverkosto ja energiantuotanto. Energiatehokkuuden mittana on myös käytetty energian määrän suhdetta tuotettuihin päästöihin. Energiatuotannon profiili kuvaa energiatuotannossa käytettyjä tuotantotapoja. Esimerkiksi kaukolämmön tuotannon profiili Porvoossa on vuonna 2015 arviolta 90 prosenttia biopolttoaineita ja 10 prosenttia maakaasua. Primäärienergialla tarkoitetaan yleisesti uusiutuvista tai uusiutumattomista lähteistä peräisin olevaa energiaa, jota ei ole muunnettu millään prosessilla. Primäärienergiaa ovat muun muassa maaperässä oleva öljy, metsien puut, tuuli ja uraani. Tässä raportissa uusiutumattomasta primäärienergiasta käytetään primäärienergia-termiä, joka kuvaa uusiutumattomien energialähteiden käyttöä. Ostoenergia on energia, joka ostetaan rakennukseen (muun muassa hankitaan rakennukseen sähköverkosta, kaukolämpöverkosta tai polttoaineena).
10 9 Uusiutuvalla energialla tarkoitetaan uusiutuvista (muista kuin fossiilisista) lähteistä peräisin olevaa energiaa, kuten tuuli- ja aurinkoenergiaa, geotermistä energiaa, vesivoimaa, puupolttoaineita ja muuta biomassaa. COP (coefficient of performance) on lämpökerroin, jota käytetään kuvaamaan muun muassa lämpöpumppujen hyötysuhdetta. Esimerkiksi COP 3 tarkoittaa, että lämpöpumppu tuottaa 1 kwh:lla sähköenergiaa 3 kwh lämpöenergiaa. Hankkeen osapuolet Hankkeen ohjausryhmään ovat työn eri vaiheissa osallistuneet seuraavat henkilöt: Porvoon kaupunki: kaupunginjohtaja Marcus Henricson (huhtikuuhun 2009), apulaiskaupunginjohtaja Jukka-Pekka Ujula (syyskuuhun 2009), apulaiskaupunginjohtaja Fredrick von Schoultz (lokakuusta 2009), kaupunkisuunnittelupäällikkö Eero Löytönen ja yleiskaavoittaja Maija-Riitta Kontio Suomen itsenäisyyden juhlarahasto Sitra: ohjelmajohtaja Jukka Noponen, toimialajohtaja Juha Kostiainen (syyskuuhun 2009) ja johtava asiantuntija Jarek Kurnitski (lokakuusta 2009) Kehitysyhtiö Posintra Oy: projektikoordinaattori Åsa Nystedt (tammikuuhun 2010) ja hankekoordinaattori Arto Varis (helmikuusta 2010) Porvoon Energia Oy: sähkökauppa- ja kehitysjohtaja Akke Kuusela (tammikuuhun 2010) ja kaukolämpöpäällikkö Ari Raunio (helmikuusta 2010) Ympäristöministeriö: yliarkkitehti Aulis Tynkkynen Uudenmaan ELY-keskus: yliarkkitehti Tarja Laine Pöyry Finland Oy: osastopäällikkö Heikki Hirvonen ja toimialajohtaja Pasi Rajala. Teknisen työryhmän työhön ovat osallistuneet Porvoon kaupungilta Maarit Ståhlberg, Eero Löytönen, Maija-Riitta Kontio, Kari Hällström, Hanna Linna-Varis, Mervi Fors, Martti Kiiltomäki, Mikael Nystedt, Pirkko Paatero, Jukka Palmgren, Terhi Pöllänen, Antero Antila, Riitta Silander, Posintrasta Åsa Nystedt sekä Pöyryltä Heikki Hirvonen, Sampo Perttula ja Elisa Lähde. Projektityöhön ovat Pöyryllä osallistuneet projektipäällikkö Heikki Hirvonen; kaavoitus Sampo Perttula, Elisa Lähde ja Perttu Pulkka; laadunvarmistus Pasi Rajala; energiataselaskelmat ja rakentaminen Timo Rintala, Tiina T. Kauppinen ja Karoliina Rajakallio; energiavaihtoehdot Jenni Patronen, Jouni Laukkanen ja Minna Jokinen; liikennemallit ja laskennat Leo Jarmala; rakennusten energiatehokkuus Kai Wartiainen ja Sami Lauritsalo.
11 10 2 ENERGIATEHOKKUUS LÄHTÖKOHTANA SUUNNITTELUPROSESSISSA 2.1 Suunnitteluprosessi Porvoon kaupungin ja Sitran käynnistämän Skaftkärrin pilottihankkeen tavoitteena oli kaavoitustyön ohessa etsiä uusia kestävän kehityksen mukaisia ratkaisuja alueen energiahuoltoon, energiatehokkaaseen rakentamiseen ja liikennejärjestelyihin. Tarkoituksena oli tuottaa tietoa siitä, millaisilla keinoilla suunnittelussa on mahdollista vaikuttaa alueiden energiatehokkuuteen, mikä on erilaisten keinojen vaikuttavuus ja miten suunnittelukäytäntöjä olisi mahdollista tai tarpeen kehittää, jotta alueiden energiatehokkuus paranisi. Työ aloitettiin kokoamalla aluetta koskevat lähtöaineistot ja yleistä tietoa sekä kansainvälisiä kokemuksia alueiden energiaratkaisuista. Työn alussa ensimmäinen haaste oli löytää energiatehokkuuden parantamisen kannalta merkittävimmät tekijät, joihin vaikuttamalla saataisiin aikaan suurin muutos. Aloitusvaiheessa keskeisenä työkaluna käytettiin alueelle 2007 laadittua kaavarunkoa (niin sanottu vaihtoehto 0+), jonka mukaisen yhdyskuntarakenteen energiankulutus ja hiilidioksidipäästöt laskettiin. Kuva 3 Vertailutason 0+ vuotuisten uusiutumattoman primäärienergiankulutuksen ja hiilidioksidipäästöjen jakautuminen Vaihtoehdon 0+ kuvauksesta ja laskennoista laadittiin tässä vaiheessa erillisraportti. Sen pohjalta sovittiin myös jatkossa käytettävistä laskentamenetelmistä. Laskelmien tulokset paljastavat selkeästi, että suurimmat energiankulutukseen ja hiilidioksidipäästöihin vaikuttavat tekijät ovat liikenne sekä rakennusten ja asukkaiden kuluttama lämpö- ja sähköenergia. Laskennan tuloksia käytettiin vertailupohjana arvioitaessa, miten varsinaiset suunnitelmavaihtoehdot ja niihin sisältyvät keinovalikoimat vaikuttavat energiatehokkuuteen ja hiilipäästöihin. 2.2 Työn eteneminen Vaihtoehdolle 0+ suoritettujen laskelmien jälkeen laadittiin selvitykset energiantuotannon vaihtoehdoista, rakennustekniikan kehittymisestä, liikenteestä sekä maankäyttöön ja elinympäristön laatuun liittyvistä erityiskysymyksistä. Nämä selvitykset on esitetty tämän raportin A-osiossa (luvut 3 6). Selvitysten ja vaihtoehdolle 0+ suoritettujen laskelmien pohjalta laadittiin neljä vaihtoehtoista ratkaisumallia, jotka kuvaavat pelkistetysti erilaisia energiatehokkuuteen liittyviä alueellisia ratkaisuja ja niiden yhdistelmiä. Jokaiselle mallille määriteltiin profiili, jossa maankäytön lisäksi muuttujina olivat alueen energiantuotanto, liikenne ja rakennustekniikka. Näille malleille laadittiin samat laskelmat kuin vaihtoehdolle 0+ ja lisäksi arvioitiin mallien muita vaikutuksia. Näiden laskelmien ja arviointien pohjalta voitiin tehdä johtopäätöksiä kunkin ratkaisumallin energiatehokkuudesta sekä elinympäristön laadusta ja laatia kaavarunkoluonnos niiden pohjalta. Vaihtoehdon 0+ kuvaus,
12 11 ratkaisumallit, kaikki laaditut laskelmat, niiden perusteet ja lopputulokset sekä kaavarunkoluonnoksen kuvaus on esitetty tämän raportin B-osiossa (luvut 7 10). Koko prosessin pohjalta on tehty johtopäätöksiä ja laadittu suunnitteluohjeita siitä, miten energiatehokkuus tulisi huomioida alueiden käytössä ja kaavoituksessa. Ohjeet on koottu yhteen raportin C-osiossa (luku 11), jossa käydään läpi myös maankäytön suunnittelun kehittämistarpeita energiatehokkuuden näkökulmasta. Kuva 4 Projektin jakautuminen eri vaiheisiin, jotka on kuvattu raportissa erillisinä A, B ja C osioina.
13 12 A: SELVITYKSET 3 ENERGIANTUOTANNON VAIHTOEHDOT Raportin tässä osuudessa vertaillaan eri energiantuotantovaihtoehtojen soveltuvuutta ja niiden asettamia rajoituksia Porvoon Skaftkärrin uudella asuinalueella. Energiatuotannon vaihtoehtoselvitys on tehty alueen kaavoitusta varten, jotta energiantuotantoratkaisujen vaikutukset kaavoitukseen voitaisiin ottaa huomioon jo kaavoituksessa. Lisäksi selvitys antaa alueen tuleville asukkaille hyvän kuvan paikallisten energiaratkaisuiden eri vaikutuksista. 3.1 Lämmön ja sähkön kulutus sekä CO 2 -ominaispäästökertoimet Lämmön kulutus Alueen asukkaiden kokonaislämmönkulutus on arvioitu talotyyppien ja talojen pinta-alojen mukaan lämmön ominaiskulutuksen [kwh/m 2,a] perusteella. Kaikissa vertailtavissa kaavamalleissa asuntojen pinta-ala on m 2. Taulukossa on esitetty Skaftkärrin alueen lämmöntarve rakennusten eri energiatehokkuusluokilla. Käyttöveden lämmitykseen tarvittavaan energiankulutukseen ei vaikuta rakennustekniikka, vaan ennemminkin asukkaiden tottumukset. Käyttöveden lämmityksen energiankulutus on siten kaikilla talotyypeillä noin 35 kwh/m 2. Rakennusnormin 2010 mukaisilla taloilla lämmityksen tarve ilman käyttöveden tarvitsemaa lämpöä on 75 kwh/m 2, matalaenergiataloilla 40 kwh/m 2 ja passiivienergiataloilla 20 kwh/m 2. Taulukko 1 Lämmön tarve alueella Sähkön kulutus Kotitalouksien sähkönkulutus koostuu kiinteistö- ja käyttäjäsähköstä. Kiinteistösähkön, ilmanvaihdon ja pumppujen, osuus sähkönkulutuksesta on noin 20 prosenttia. Kotitalouksien käyttäjäsähkönkulutuksen kolme suurinta laiteryhmää ovat valaistus (22 prosenttia), kylmälaitteet (13 prosenttia) ja kodin elektroniikka (12 prosenttia). Alueen sähkönkulutuksen on arvioitu olevan ilman lämmitykseen käytettävää sähköä MWh/a. Sähköntarpeeseen vaikuttavat eniten asukkaiden tottumukset, jolloin sähköntarpeen oletetaan pysyvän samana kaikissa vertailtavissa kaavamalleissa Lämmitysmuotojen CO 2 -ominaispäästökerroin CO 2 -päästökerroin määritetään polttoaineilla tapahtuvalle lämmön erillistuotannolle (ei sähkön ja lämmön yhteistuotantoa) suoraan käytetyn polttoaineen ominaispäästökertoimesta. Päästökerrointa määritettäessä otetaan huomioon lämmön tuotannon hyötysuhde ja mahdolliset verkostohäviöt.
14 13 Kun lämpö tuotetaan sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksessa, yhteistuotantosähkön tuotannon hyvä hyötysuhde pitää ottaa huomioon kaukolämmön ominaispäästökertoimessa. Yhteistuotantosähköä ei voida tuottaa ilman kaukolämmön kulutusta. Sähköä käyttävät lämmitysmuodot, kuten sähkölämmitys ja lämpöpumppuratkaisut, käyttävät verkosta ostettua sähköä lämmön tuottamiseen, ellei sähköä tuoteta itse. Lämmitykseen käytetylle sähkölle, kuten muullekin sähkölle, määritetään ominaispäästökerroin (ks. seuraava luku) Sähköntuotantomuotojen CO 2 -ominaispäästökerroin Sähköä kuluu kiinteistö- ja käyttäjäsähköön. Lisäksi jotkin lämmitysmuodot käyttävät sähköä tilojen ja käyttöveden lämmittämiseen. Tällaisia lämmitysmuotoja ovat sähkölämmitys sekä erilaiset lämpöpumppuratkaisut. Sähkön ominaispäästökerrointa määrittäessä on huomioitava, että verkkosähköä voi ostaa myös muilta kuin oman alueen sähköyhtiöltä. Sen vuoksi alueellisen sähköyhtiön ominaispäästöä ei voida käyttää sähkön ominaispäästönä. Mikäli sähkö ostetaan alueelle sähköverkosta eli pohjoismaisilta sähkömarkkinoilta (eli sähköä ei tuoteta itse), voidaan käytetyn sähkön päästöjä tarkastella markkinoiden marginaalituotantotavan mukaan. Useimmiten tämä on kivihiileen perustuvaa sähköntuotantoa (hiililauhdetta), osin myös maakaasuun perustuvaa ja muuta tuotantoa. Hiililauhteen hiilidioksidipäästöt ovat noin kg/mwh laitoksen hyötysuhteesta riippuen, ja maakaasun hiilidioksidipäästöt ovat noin puolet vähemmän. Pöyryn sähkömarkkinamallinnusten perusteella marginaalisähköntuotantomuodon päästöt ovat noin 750 kg/mwh, jolloin kaasuun perustuva tuotanto on hiililauhteen lisäksi marginaalituotantomuotona pienen osan vuotta. Keskimääräiset sähköntuotannon päästöt pohjoismaisilla sähkömarkkinoilla ovat kuitenkin huomattavasti alhaisemmat eli vain noin kg/mwh. Todellisuudessa sähköntuotannon päästöt ovat käytännössä keskimääräisen tuotantoprofiilin ja marginaalituotannon väliltä. Edellä mainittu Suomen keskimääräisen sähkön ominaispäästö sisältää myös uusiutuvalla energialla tuotetun vihreän sähkön. Kun oletetaan, että vihreän sähkön osto ei lisää vihreän sähkön tuotantoa, vaan vähentää vihreän sähkön osuutta keskimääräisestä sähköstä, ei vihreää päästötöntä sähköä voida pitää vaihtoehtona käytetylle sähkölle. Mikäli jo keskimääräiseen sähköön sisältyvää vihreää sähköä käytettäisiin vaihtoehtona, laskettaisiin saman vihreän sähkön päästöttömyys hyödyksi kahteen kertaan: vihreänä sähkönä ja mukana keskimääräisessä sähkössä. Tässä työssä on käytetty Suomen keskimääräisiä sähköntuotannon päästöjä 200 kg/mwh sähkönkulutuksen C0 2 -päästöjen laskennassa. 3.2 Kaukolämpö Kaukolämpöä tuotetaan joko erillisissä lämpökeskuksissa tai sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksissa. Lämpö siirretään tuotantolaitoksesta käyttäjille kaukolämpöverkossa kuuman veden avulla. Kaukolämmön hyödyntäminen edellyttää kaukolämpöverkon rakentamista alueelle, ja verkon rakentamisen kannattavuuden edellytyksenä on riittävä kaukolämmönkulutus riittävän tiheällä alalla. Mikäli kaukolämpö tuotetaan yhteistuotantolaitoksessa, kulutetun lämmön avulla saadaan tuotettua yhteistuotantosähköä. Porvoossa kaukolämpö tuotetaan lähes pelkästään yhteistuotantolaitoksissa. Tuotetun sähkön määrä suhteessa lämpökuormaan riippuu laitostyypistä ja polttoaineesta. Skaftkärrissä rakennusnormin 2010 mukaisten talojen noin MWh:n (sisältää siirtohäviöt) vuotuista kokonaislämmönkulutusta kohden sähköä voitaisiin tuottaa lähes MWh biopolttoaineita käyttävässä voimalaitoksessa. Maakaasuvoimalaitoksessa sähköä voidaan tuottaa samaa lämpökuormaa vastaan tyypillisesti puolet enemmän, jolloin sähköntuotanto voisi olla jopa MWh.
15 14 Yhteistuotanto säästää merkittävästi energiaa erillisiin tuotantotapoihin verrattuna. Seuraavassa kuvassa on havainnollistettu polttoaineen kulutusta saman sähkö- ja lämpömäärän tuottamiseksi erillis- ja yhteistuotannossa. Kun sama sähkö- ja lämpömäärä tuotetaan yhteistuotannolla erillistuotantojen sijaan, säästetään noin 35 prosenttia polttoainetta. Kuva 5 Polttoaineen säästö lämmön ja sähkön yhteistuotannossa. Vuonna 2008 Porvoon Energia tuotti 72 prosenttia kaukolämmöstä biopolttoaineilla, 27 prosenttia maakaasulla ja 1 prosentin öljyllä. Nykyisellä tuotantorakenteella kaukolämmön päästöt ovat noin 80 kg/mwh, kun huomioidaan yhteistuotannon korkea osuus (92 prosenttia vuonna 2008). Porvoon Energian tavoitteena on lisätä biopolttoaineiden osuutta tulevaisuudessa, mutta huoltovarmuuden ja puun saatavuuden vaihtelun vuoksi on mahdollista, että pieni osa kiinteästä polttoaineesta on turvetta. Vuonna 2015 kaukolämmön päästöt ovat noin 24 kg/mwh kulutettua kaukolämpöä kohden, kun biopolttoaineiden osuudeksi on arvioitu 90 prosenttia ja maakaasun osuudeksi 10 prosenttia. Kaukolämmön ominaispäästössä on huomioitu lämpöä vastaan tuotettu yhteistuotantosähkö. Kaukolämpö voidaan tuottaa Skaftkärrin alueelle joko yhdistämällä alueen lämpöverkko Porvoon alueen muuhun kaukolämpöverkkoon tai tuottamalla lämpö lähempänä uudella, pienemmällä voimalaitoksella, lämpökeskuksella tai useammilla laitoksilla. Skaftkärr sijaitsee kuitenkin lähellä nykyistä kaukolämpöverkkoa, joten nykyiseen kaukolämpöverkkoon liittämisen kustannukset ovat erittäin pienet uuden lämmöntuotantolaitoksen rakentamiskustannuksiin verrattuna. Kaavoituksessa ja suunnittelussa huomioitavia asioita Kannattavuus Kaukolämmön kannattavuutta on tarkasteltava sekä kuluttajan että myyjän kannalta. Myyjän kannalta merkittävimmät asiat ovat tarvittavan putkiston investoinnit sekä myytävän lämmön määrä. Kannattavuuden selvittäminen edellyttää, että alustavat kaukolämpöputkimäärät ovat tiedossa. Kuluttajan kannattavuutta voidaan arvioida jo ilman tietoja putkistostakin Porvoon Energian kaukolämpötariffien ja lämmönjakokeskuksen hintojen perusteella. Päätökset kaukolämpöputken rakentamisesta tekee Porvoon Energia.
16 15 Skaftkärriin suunnitellulla alueella, kuten pientaloalueilla yleensä, lämmönkulutuksen tehotiheys on varsin pieni. Matalaenergiaratkaisut heikentävät merkittävästi kaukolämmön kannattavuutta. Mikäli alueelle halutaan kaukolämpö, on kiinnitettävä huomiota erityisesti rakennettavan kaukolämpöjohdon investointikustannusten minimoimiseen. Rivitalot ja pienkerrostalot ovat erillistaloihin verrattuna merkittävästi parempia kaukolämmön kannattavuudelle, koska niihin liittyvät verkon rakentamiskustannukset ovat suhteellisesti pienemmät. Kaukolämmön kannalta tärkeintä on saada energiasuhde (kaukolämpöenergia/putkimetri) mahdollisimman suureksi, jotta kaukolämpöverkon rakentaminen alueelle olisi kannattavaa. Seuraavassa kaukolämmön kannattavuutta alueelle on arvioitu vanhan kaavarungon aluejaon mukaisesti, jotta saataisiin reunaehdot kaukolämmön mahdollisuuksille ja selvitettäisiin esimerkiksi, mitä alueita ei voida liittää järkevästi kaukolämpöön. Reunaehtojen arvioinnissa talotyyppien jakaumana on käytetty vaihtoehdon 0+ mukaista jakaumaa ja on oletettu, että taloja on tasaisesti molemmilla puolilla tietä, jota pitkin kaukolämpöputki kulkee. Laskennassa jokaiseen pari- ja rivitaloon oletetaan tulevan oma lämmönjakokeskus. Laskennassa ei ole huomioitu kaukolämmön tuotannon mahdollisia uusia investointeja. Porvoon nykyinen tuotantokapasiteetti ja suunnitteilla olevat investoinnit todennäköisesti riittäisivät myös uuden alueen tarpeisiin. Arvioinnissa on lisäksi oletettu, että nykyisen Skaftkärrin lähialueelle tulevan kaukolämpöverkon runkojohto olisi riittävä lämmön jakelemiseen myös uudelle alueelle. Todennäköisesti runkojohdosta ei tule riittämään lämpöä koko alueelle ilman vahvistuksia, mutta vahvistuksien vaikutusta ei voida tämän työn puitteissa arvioida. Seuraavassa kartassa on esitetty numeroin alueet, joille kaukolämpöverkon rakentamista on arvioitu. Kartassa näkyvät myös runkoverkko sekä sen liittymäpisteet nykyiseen kaukolämpöverkkoon.
17 16 Kuva 6 Kaukolämpöverkon reunaehtojen arvioinnissa käytetty aluejako Kartan yläpuolelle jää alue 1, jolle on laskennassa oletettu vedettävän oma runkoputki kolmannesta syöttöpisteestä alueen yläpuolella. Alueet 2, 3, 4, 5 ja 8 muodostavat oman kokonaisuutensa, joissa verkko alkaa alueelta 2 ja haarautuu alueelle 4 ja alueille 3, 5 ja 8. Alueet 6, 7, ja 9 muodostavat oman kokonaisuutensa. Seuraavassa taulukossa on esitetty alueen kaukolämpöön liittämisen takaisinmaksuajat alueittain energiayhtiön kannalta. Takaisinmaksuajat on laskettu korottomina. Oletuksena on, että kaikki alueen kiinteistöt liittyisivät kaukolämpöön, joten esitetty takaisinmaksuaika on käytännössä minimiarvo. Taulukko 2 Kaukolämpöverkon korottomat takaisinmaksuajat alueittain
18 17 Investoinnit [k ] Liittymismaksut [k ] Energia+perusmaksu [k /a] Tuotantokustannukset +häviöt [k /a] Koroton takaisinmaksuaika Alue Alue Alue Alue Alue Alue Alue Alue Alue Alue Alue Alue Mikäli vaihtoehto 0+ toteutuisi energiankulutuksen osalta ja lisäksi kaikki rakennukset liittyisivät kaukolämpöön, jäisi verkon rakennuksen koroton takaisinmaksuaika kaikilla alueilla alle kymmeneen vuoteen. Takaisinmaksuaika on selvästi pisin alueella 1, jolle tulisi vain omakotitaloja. Tiheimmin rakennettujen ja lähellä nykyistä verkkoa olevien alueiden 2, 3, 4 ja 5 liittäminen kaukolämpöön on kaikkein kannattavinta. Energiatehokkaammassa rakentamisessa kaukolämmön kannattavuus kuitenkin heikkenee oleellisesti. Lisäksi kaikkien rakennusten liittyminen kaukolämpöön on epätodennäköistä, ellei siihen ole kaavassa asetettua velvoitetta. Seuraavan kuvaajan avulla voidaan arvioida ominaiskulutuksen vaikutusta kaukolämmön takaisinmaksuaikaan Porvoon Energian kannalta. Kuva antaa myös hyvin suuntaa arviolle siitä, mikä vaikutus kaukolämpöön liittyvien osuudella on. Esimerkiksi, jos vain puolet alueen lämmönkulutuksesta liittyy kaukolämpöön, voidaan takaisinmaksuajan arviona käyttää ominaiskulutusta 55 kwh/m 2.
19 18 Kuva 7 Takaisinmaksuaika eri alueilla ominaiskulutuksen muuttuessa (ominaiskulutusarvo 110 kwh/m²on normin 2010 mukaisten talojen käyttöveden 35 kwh/m² ja lämmityksen 75 kwh/m² summa.) Kuvasta nähdään, että mikäli alueen lämmönkulutus laskee keskimäärin yli 20 prosenttia, verkkoinvestoinnin koroton takaisinmaksuaika nousee yli 10 vuoteen. Kaukolämpövaihtoehdon toteuttaminen voi olla vaikeaa, mikäli alue rakennetaan rakennusmääräyksiä energiantehokkaammaksi eivätkä kaikki kuluttajat liity kaukolämpöverkkoon, vaan valitsevat muita lämmitystapoja. Kohtuullinen takaisinmaksuaika riippuu tässä tapauksessa Porvoon Energian tavoitteista ja omistajan investoinneille asettamista vaatimuksista. Kaukolämpöverkon toteutustapa Jo kaavoitusvaiheessa tulee huomioida, että kaukolämpöputkien reiteistä saadaan mahdollisimman lyhyitä ja täten kustannukset pidettyä mahdollisimman alhaalla. Jokainen ylimääräinen putkimetri maksaa putkikoosta riippuen , eli 100 m ylimääräistä putkea maksaa jo Rakennettu kaukolämpöverkko mahdollistaisi tulevaisuudessa myös uusien keskitettyjen energiantuotantoratkaisujen käyttöönoton. Suomessa normaalit kaukolämpöjohdot ovat kansainvälisestikin katsottuna edullisia, jolloin erilaisista kevennetyistä aluelämpöjärjestelmistä saatava hyöty on pieni. Samoin yleisesti käytetyt kiinnivaahdotetut teräsputket ovat tunnettua tekniikkaa. Muiden putkityyppien käytöstä on vähän pitkäaikaista kokemusta. 3.3 Hajautettu polttoaineisiin perustuva lämmöntuotanto Lämpöä voidaan tuottaa polttoaineilla myös talokohtaisesti tai korttelikohtaisesti ilman sähköntuotantoa, jolloin puhutaan erillisestä lämmöntuotannosta. Hajautetun polttoaineilla tapahtuvan lämmöntuotannon merkittävän haitan muodostavat muun muassa hiukkas- ja typenoksidipäästöt, jotka ovat helpommin hallittavissa suuren mittakaavan laitoksissa. Puupolttoaineita käyttämällä lämpöä voidaan tuottaa laskennallisesti hiilidioksidipäästöttömästi. Puupolttoaineita voidaan käyttää sekä talokohtaisessa lämmityksessä että aluelämpökeskuksissa. Viime vuosina erityisesti pellettilämmitys on kasvanut Suomessa. Puupelletit valmistetaan sahalaitosten ja muun mekaanisen puuteollisuuden sivutuotteista, kuten sahanpuruista ja
20 19 kutterinlastusta. Pientalojen pellettilämmityksen etuina muihin hajautettuihin järjestelmiin verrattuna ovat laitteiston kohtuullinen hankintahinta, lämmityksen vaivattomuus ja vähäinen huoltotarve. Pientalon pellettilämmityksen uusinvestointi on noin euroa. Hinnat vaihtelevat paljon muun muassa varastoratkaisusta riippuen. Käyttökustannukset riippuvat pellettien hinnasta. Pellettejä poltetaan polttimessa, joka kytketään kattilaan vesikiertoisessa lämmitysjärjestelmässä. Pellettejä voidaan polttaa myös pellettitakassa tai -kamiinassa lisälämmön lähteenä jonkin muun päälämmitysmuodon rinnalla. Puupolttoaineista hake taas soveltuu paremmin yksittäisiä taloja suurempiin ratkaisuihin, kuten korttelien tai julkisten rakennusten lämmitykseen. Hakkeen käsitteleminen on pellettejä selvästi vaikeampaa ja tilavaatimus suurempi. Hakkeen polttoainekustannukset ovat kuitenkin pellettejä alhaisemmat. Aluelämmitykseen soveltuvan noin 500 kw:n kiinteän puupolttoainekattilan vuotuinen polttoainetarve on noin MWh haketta. Hakekattila tarvitsee rinnalle öljykattilan varakattilaksi ja huipputehon tuottajaksi. Porvoon alueelle tulee maakaasuputki, ja periaatteessa uudelle alueelle olisi mahdollista vetää maakaasuverkko. Hajautetussa ratkaisussa maakaasua käyttävä toimiva lämmitysjärjestelmä koostuu talokohtaisesta lämmityskattilasta, siihen liitetystä kaasupolttimesta ja vesikiertoisesta lämmönjakojärjestelmästä. Maakaasulämmitys on hyvin samantyyppinen kuin öljylämmitys, mutta tuottaa neljänneksen vähemmän hiilidioksidipäästöjä kuin öljylämmitys. Maakaasu ei myöskään juuri aiheuta hiukkaspäästöjä eikä rikkipäästöjä. Keskitetyssä ratkaisussa maakaasua voitaisiin käyttää polttoaineena pienimuotoisessa sähkön ja lämmön yhteistuotannossa, jota on tarkasteltu omassa luvussaan. Biokaasua voidaan käyttää maakaasun tapaan ja lisätä maakaasun sekaan, mikäli biokaasua on saatavilla. Raaka-aineena voidaan käyttää esimerkiksi maatilojen biojätteitä ja lantaa, jätevedenpuhdistamoiden lietettä sekä puunjalostus- ja elintarviketeollisuuden orgaanisia jätteitä. Lisäksi kaatopaikoilla muodostuu metaania orgaanisen jätteen hajotessa. Kaavoituksessa huomioitavaa Talokohtaiset lämmitysjärjestelmät mahdollistavat erilaiset kaavoitusratkaisut hyvin. Pellettejä käytettäessä rakennuksessa on oltava tilaa pellettien varastoinnille. Tonni pellettiä vaatii noin 1,5 kuutiometriä varastotilaa. Pientaloon sopiva varasto on usein noin 8 10 kuution kokoinen. Suurempi, mahdollisesti useamman talon yhteinen varasto mahdollistaa tilaukset suuremmissa ja edullisemmissa erissä. Varaston pitäisi kuitenkin olla lähellä käyttökohdetta. Pellettivarastoa pitää sopia myös täyttämään isollakin jakeluautolla enintään 15 metrin etäisyydeltä. 3.4 Sähkölämmitys Sähkölämmitysjärjestelmissä sähkö muutetaan lämpöenergiaksi lämmityslaitteen sähkövastuksissa. Sähköllä voidaan lämmittää joko suoraan sähkövastuksilla (sähköpattereilla) tai vesikeskuslämmityksenä. Suorassa sähkölämmityksessä lämpö tuotetaan huonetilassa olevassa lämmityslaitteen sähkövastuksessa. Suoran sähkölämmityksen hankintahinta on hyvin edullinen verrattuna muihin lämmitysjärjestelmiin, mutta lämmitysenergian hinta on muihin järjestelmiin verrattuna korkea. Tästä syystä suora sähkölämmitys sopii kohteisiin, joissa lämmitystarve on normaalia pienempi. Matala- ja passiivienergiataloissa sähkölämmitys voi olla elinkaarikustannuksiltaan edullisin vaihtoehto pienen lämmönkulutuksen takia. Sähköä voidaan käyttää myös vesikeskuslämmityksen lämmönlähteenä. Lämmöntuottolaitteena on silloin joko sähkövastuksilla varustettu varaaja tai sähkökattila. Sähkövaraaja on kooltaan tyypillisesti 1 2 m³, ja sillä tuotetaan sekä tilojen lämmitysenergia että lämpimän käyttöveden tarvitsema energia. Varaajan lämmönlähteenä voidaan käyttää myös esimerkiksi aurinkolämpöä tai puuta sähkölämmityksen rinnalla.
S K A F T K Ä R R Energiatehokkuus kaavoituksessa
S K A F T K Ä R R Energiatehokkuus kaavoituksessa Esipuhe Kaavoituksella voidaan vaikuttaa merkittävästi alueiden energiatehokkuuteen. Tämä on keskeinen johtopäätös Suomen itsenäisyyden juhlarahaston Sitran,
Sitran selvityksiä 41 Energiatehokkuus kaavoituksessa Skaftkärr, Porvoo Kaavarunkovaiheen loppuraportti Pasi Rajala, Heikki Hirvonen, Sampo Perttula, Elisa Lähde, Perttu Pulkka, Leo Jarmala, Jouni Laukkanen,