Mäntsälässä näytetään mallia hukkalämmön hyödyntämisessä

Mäntsälässä näytetään mallia hukkalämmön hyödyntämisessä

Mäntsälässä toimiva Yandex Oy:n datakeskus on hyvä esimerkki, miten hyvällä yhteistyöllä ja suomalaista osaamista hyödyntäen saadaan parhaimmillaan koko kunnan kaukolämpö tuotettua tietokoneiden hukkalämmöstä.

Tietokoneet kuluttavat paljon sähköä, vaikka niiden suhteellinen tehokkuus kasvaakin jatkuvasti. Varsinkin jos niitä toimii yhdessä talossa kymmeniä tuhansia, kuten Yandexin datakeskuksessa. Reilut kaksi vuotta Mäntsälässä toimineen keskuksen nykyisen ensimmäisen vaiheen maksimiteho on 10 megawattia ja vuodessa energiaa kuluu noin 60-80 gigawattituntia (GWh) – kuin 1 600 saunan sähkökiuasta lämpiäisi jatkuvasti.

Kaikki voittavat

– Suomi on hyvä paikka toimia datakeskukselle, sanoo Yandexin Mäntsälän datakeskuksen päällikkö Ari Kurvi. – Täällä on stabiili sähköverkko, vakaat yhteiskunnalliset olot ja tällä tasolla hyvät datayhteydet. Mäntsälässä pääsimme lisäksi rakentamaan erittäin toimivan – ja koko maailman mittakaavassa poikkeuksellisen hyvän – yhteistyön kunnan kanssa.

Kaavio-Yandex

Yandex käyttää yksivaiheista jäädytystä, jossa +25°C ilma jäähdyttää suoraan tietokoneita. Lämmenneestä jäähdytysilmasta siirretään energia nesteeseen ja lämpötila nostetaan lämpöpumpuilla kaukolämpöverkkoon sopivaan +85°C lämpötilaan

– Sähkö muodostaa meillä noin kaksi kolmasosaa laitoksen operatiivisista kustannuksista. Me kulutamme ehkä kolmanneksen koko Mäntsälän kunnan sähkönkäytöstä. Syntyvän hukkalämmön myymme raakalämpönä Mäntsälän kunnan omistamalle energiayhtiö Nivos Oy:lle.  He jalostavat siitä kaukolämpöä lämpöpumppujen avulla. Viime vuonna toimitimme heille 11,6 GWh energiaa. Tämä tarkoittaa suunnilleen neljännestä Nivosin vuotuisesta kaukolämpötarpeesta. Kesällä ei tarvita mitään muuta lämmitystä kuin meiltä tuleva.

D800-71605_varavoima

Yandexin datakeskuksessa on seitsemän varavoimakonetta. V20-dieseleiden iskutilavuus on 95 litraa ja teho 4 000 hevosvoimaa. Kuhunkin varavoimakoneeseen kuuluu 4 000 kg painava 3 300 r/min jatkuvasti pyörivä hyrrä, joka varavoimaa tarvitaessa pyörittää generaattoria juuri riittävän kauan, että diesel ehtii käynnistyä. Koneet toimivat myös kantaverkon taajuusreservinä.

Kurvi ei tietenkään kerro tarkkoja energian osto- ja myyntihintoja, mutta valistunut arvaus on, että Yandex ostaa suhteellisen edullista sähköä Mäntsälässä. Nivosin verkkoon syötetyn kaukolämmön hintaa hän kuvailee, että se on kilpailukykyinen halvimman biopolttoaineen kanssa. Yandex saa korvauksen osasta tuottamaansa hukkalämpöä, Nivos saa edullista kaukolämpöä ja molemmat voittavat.

Mäntsälän vaihtoehto kaukolämmön tuotannossa on maakaasu, joten hukkalämmön hyödyntäminen pienentää kaukolämmön osalta hiilidioksidipäästöjä noin 40 prosenttia. Myös ympäristö voittaa.

Suomalaista osaamista

Tietokoneiden jäähdytykseen johdatetaan aina +25°C lämpöistä ilmaa – tietokoneet pitävät tasaisesta lämpötilasta. Ilma tulee sisälle sekoituskammion läpi, jossa viileään ulkoilmaan sekoitetaan lämmennyttä jäähdytysilmaan lämpötilan vakauttamiseksi. Jäähdytysilma lämpiää noin +35…40°C lämpötilaan ja lämpö siirretään talteen veteen suurissa lämmönsiirtimissä.

35-asteinen neste ei tietenkään sovellu kaukolämmöksi ja tässä astuu kuvaan suomalainen asiantuntijaorganisaatio Calefa Oy, joka on erikoistunut teollisuuden hukkalämmön hyötykäyttöön. Calefa on rakentanut datakeskuksen yhteyteen lämpöpumppulaitoksen, jossa veden lämpö nostetaan 85°C:een ja syötetään kaukolämpöverkkoon.

D800-71618_pumput

Nivosin lämmönsiirtotilassa toimii kuusi Calefan toimittamaa 600 kW lämpöpumppua, jotka nostavat kaukolämpöverkkoon syötettävän nesteen lämpötilan +85°C:een.

Käytössä on kuusi lämpöpumppua, kukin teholtaan 600 kilowattia. Lämpöpumput ovat kokonaan Calefan omaa suunnittelua ja lämmön nostaminen tapahtuu osittain kahdessa vaiheessa. Koska lämpötilat ovat näin korkeita, ovat komponenttien mitoitukset vaikeita ja koko ajattelumalli muuttuu verrattuna tavanomaisiin lämpöpumppuihin. Pumppujen hyötysuhdekerroin eli COP on täällä neljä ja kaukolämpöä syntyy yhteensä noin 15,5 GWh vuodessa.

Hukkalämpö on rahan arvoista

– Teollisuudessa on valtava potentiaali hyödyntää hukkalämpöä omissa prosesseissa, kiinteistöjen lämmityksessä ja energian myyntinä ulos, sanoo Calefa Oy:n toimitusjohtaja Vesa Tamminen. – Calefa on perustettu vuonna 2013 selkeään markkinarakoon, koska hukkalämmön hyödyntäminen on kaikkialla aivan alkutekijöissään. Meillä ei ole yhtään kilpailijaa Suomessa eikä tietämäni mukaan edes Euroopassa.

– Yandexin tapauksessa koko projekti toteutettiin täysin yritysten ja kunnan kesken. Mäntsälän aktiviteetti oli keskeinen. Vastaavia toteutuksia ei ole missään. Ruotsissa suunnitellaan vastaavaa, mutta tämä on ollut toiminnassa jo kaksi vuotta.

2017-08-18-DJI_0003

Yandexin datakeskusrakennuksella on lentokoneen siiven profiili. Tämä pienentää jäähdytysilman puhaltimien energiankulutusta pari prosenttia. Tontille mahtuu vielä kolme samanlaista rakennusta lisää. Etualan vaaleassa rakennuksessa lämpöpumput tekevät kuumaa vettä kaukolämpöverkkoon.

Energian uudelleenkäytön tehostamisessa puhutaan Tammisen mukaan todella isosta asiasta. Laitoksen prosessiin ei kosketa, mutta asiakkaan kannattavuus paranee. Toteutuksen tyypillinen takaisinmaksuaika on 1-3 vuotta, mutta monia ei silti kiinnosta. Mistä muualta saa yli 30 prosentin tuoton pääomalle?

Esimerkiksi paperitehtaissa on paljon potentiaalia, mutta niissä on usein ollut vallalla ajattelumalli, ettei lämpö maksa mitään koska se tuotetaan itse. Haminassa on Yandexin laitosta kymmenkunta kertaa suurempi Googlen datakeskus, jonka sijoituspaikan valintaa on ilmeisesti ohjannut kylmän jäähdytysveden helppo santi. Hukkalämmöllä kyllä lämmitetään toimistotilat, mutta lopulla tyydytään lämmittämään Suomenlahtea.

Toiset oivaltavat

– On avoimesti katsovia energiayhtiöitä kuten Nivos ja sitten on toisenlaisia, jatkaa Tamminen. – Nivos on saavuttanut vuoden 2030 päästövähennystavoitteet ja nyt ja samalla laskenut kaukolämmön hintaa asiakkailleen 5 prosenttia. EU:ssa on käynnissä monta ohjelmaa teollisuuden hukkalämmön hyödentämisestä, mutta ne etenevät hitaasti. Suomessa on erittäin hyviä mahdollisuuksia hyödyntää hukkalämpöä.

– Myös Japanissa ollaan joiltain osin aika pitkällä, mutta USA ei ole kiinnostunut pätkääkään, siellä poltetaan tyytyväisenä öljyä ja hiiltä. Suomelle tässä on loistava tilaisuus, koska meillä on paljon kokemusta ja pelkästään meidän yhtiöllämme jo noin sata toimitettua projektia.

Jouko Lampila | Lähde: Yandex ja Calefa