Energiatehokkuuden keinot aktiiviselle energia-asiakkaalle

Energiatehokkuuden edistämistä ajaa motivaatio ympäristövaikutusten lieventämisestä ja kilpailukykyiseen sähkönhintaan pyrkimisestä. Energiaan liittyviä ympäristövaikutuksia ovat muun muassa ilmastonmuutoksen vaikutukset, kuten lämpötilan muutokset, sademäärät ja merenpinnan nousu. Energiatehokkuutta optimoimalla varmistetaan kiinteistön energia- ja kustannustehokkuus kiinteistön elinkaaren aikana, vähennetään korjausvelkaa ja lisätään kiinteistön arvoa.

Energia-aktiivisuus on osallistumista vallitsevaan energiajärjestelmään joko kulutusjouston, energian kaksisuuntaisuuden tai rakennusautomaation kautta. Sähkön kulutusjousto kuluttajalle tarkoittaa, että sähkön kulutus voidaan optimoida halvemmalle kulutustunnille joko manuaalisesti tai rakennusautomaation kautta. Energian kaksisuuntaisuus on liiketoimintamalli, jossa esimerkiksi kaukolämpöyhtiöt myyvät lämpöä ja ostavat asiakkaiden hukkalämpöä itselleen. Sähköverkkojen kulutusjousto on mahdollista nimenomaan kaksisuuntaisella sähköverkolla, jossa kuluttajat pystyvät tuottamaan ja varastoimaan sähköä ollessaan liitettynä ulkopuoliseen sähköverkkoon.

Tämä artikkeli on ensimmäinen osa artikkelisarjaa, jossa käydään läpi keinoja, joilla energia-asiakas voi toimia aktiivisena osapuolena energiamarkkinoilla ja -järjestelmän osana. Muut artikkelisarjan osat jatkavat samalla teemalla, ja ne käsittelevät sähkön kysyntäjoustoa, energianvarastointia sekä energiainvestointeja. Artikkelit on tarkoitettu pääpainoisesti energia-asiakkuuksia nauttiville yksityishenkilöille, jotka haluavat panostaa energiatehokkuuteen ja omavaraisuuteen.

Tässä artikkelissa pohjustetaan aktiivisen energia-asiakkaan keinoja toimia osana energiajärjestelmää sekä käydään läpi keinojen vaatimaa energiateoriaa. Kun puhutaan aktiivisesta energia-asiakkaasta, yleensä viitataan Valtioneuvoston asetukseen sähköntoimitusten selvityksestä ja mittauksesta (747/2021). Asetuksessa aktiiviset energia-asiakkaat ovat sähkön loppukäyttäjiä, jotka yhdessä tuottavat, varastoivat tai muulla tavalla osallistuvat joustoa tai energiatehokkuutta koskeviin järjestelyihin.

Suomen energiajärjestelmä ja sen merkitys kuluttajille

Suomen energiajärjestelmässä on nykyiseltään ratkaistavia ongelmia, jotka tulivat kivuliaasti esille vuoden 2022 joulukuussa, kun sähköpörssin hinnat nousivat poikkeuksellisen korkeiksi. Systeemihinnat ja Suomen aluehinnan kuukausikeskiarvot nousivat yli 100 €/MWh ensimmäistä kertaa Suomen historiassa. Joulukuussa systeemihinta oli 147 €/MWh ja Suomen aluehinta 193 €/MWh (Tilastokeskus, 2023). Vuoden 2020 hintoihin (systeemihinta 20 €/MWh ja Suomen aluehinta 20 €/MWh) verrattuna muutos oli raju (Tilastokeskus, 2022). Syitä pörssin hintojen nousuun olivat muun muassa polttoaineiden ja päästöoikeuksien kallistuminen, Pohjoismaiden vesivarantojen vähyys, tuulivoiman vähäinen saatavuus ja ydinvoiman vähyys kokonaistuotannosta, joista viimeinen on sittemmin saatu korjattua tai vähintään hetkellisesti toimivaksi. Myös sähkön kulutus oli korkealla keskimääräistä kylmemmästä joulukuusta ja koronaviruksen jälkeisestä talouskasvusta johtuen. Näiden ongelmien lisäksi Euroopassa syttynyt sota on luonut energiamarkkinoille epävarmuuksia, joihin keksitään edelleen ratkaisuja.

Kulutushuiput kuormittavat verkkoyhtiöitä, eikä uusiutuvien energiatuotantomuotojen lisäys yksinään poista ongelmaa. Eräs uusiutuvan energiatuotannon suurimmista ongelmista on kulutuksen ja tuotannon eriaikaisuus, joka korostuu suurien vuodenaikavaihteluiden maissa. Hyvänä esimerkkinä tälle ilmiölle toimii on kiinteistö, jossa on aurinkopaneelit ilman akusto-ominaisuutta. Normaalisti sähkönkulutus lisääntyy vasta päivän hämärtyessä, jolloin tuotantoa ei kuitenkaan enää ole. Itse tuotetulla energialla pärjääminen vaatii tietynasteista energian varastointikykyä, jotta tuotanto ja kulutus saataisiin kohtaamaan. Lisää ongelmia omavaraiseen järjestelmään tuovat pienten tuotantojärjestelmien korkeat investointikustannukset. Ongelmien korjaamista hidastaa lisäksi sosiaalisten toimintamallien muutostarpeet; ihmisten on haluttava muutosta, jotta se tapahtuu.

Rakennusten energiatehokkuus paranee parhaiten energiatehokkaamman uudisrakentamisen ja vanhojen rakennusten korjaamisen kautta (Vehviläinen & Vanhanen, 2008). Muita kiinteistöjen energiatehokkuuteen vaikuttavia tekijöitä kuin rakentaminen ja korjaaminen ovat muun muassa energiatehokkaat kodinkoneet, valaistus sekä rakennukseen valitut energiajärjestelmät. Tässä artikkelissa tarkastelemme energiatehokkuutta lähinnä uuden teknologian tuoman teknoekonomian kannalta. Emme uppoudu rakennuksen käytön aikaiseen tehokkuuteen muuten kuin investointiin liittyvien käyttökustannusten kannattavuuden parantamisen muodossa. Tämän kaltaisia keinoja ovat muun muassa sähkölämmitteisen rakennuksen energiatehokkuuden parantaminen energiatehokkuusinvestointien kartoittamisen muodossa.

Energiatehokkuus ja aktiivinen osallistuminen energiamarkkinoille vaatii yleensä toimenpiteitä, varsinkin, jos kiinteistö, jonka energiatehokkuutta halutaan lisätä, on vanha. Toimenpiteitä voivat olla muun muassa energiaremontit, eli niin kutsutun rakenteellisen energiatehokkuuden lisääminen, tai energiainvestoinnit uudempiin energiajärjestelmiin. Uudemmissa taloissa energiatehokkuus voi olla huomioitu jo rakennusvaiheessa, eikä rakenteelliseen energiatehokkuuteen panostamalla voida merkittävästi lisätä energiatehokkuutta. Näissä kohteissa pyritään suoraan tekemään kustannustehokkaita järjestelmäinvestointeja tai -säätöjä optimoimaan energiankulutusta ja mukavuutta.

Energia- ja teho-omavaraisuuden käsitteet

Kun tässä artikkelissa puhutaan omavaraisuudesta, tarkoitetaan sillä kiinteistöjen teho- ja energiantuotannon omavaraisuutta energian pien- ja mikrotuotannolla. Pientuotannon itsessään voi käsittää monella tavalla, mutta tässä se on määritelty pienen kokoluokan energiantuotannoksi, jossa tuotantoteho jää yleensä alle yhden megawatin. Mikrotuotanto käsittää vielä tarkemmin pienjänniteverkon kulutuskohteen eli kiinteistön yhteyteen liitetyn sähköntuotannon. Tälle on omat kiinteistökohtaiset määritelmänsä, joista tärkeimmät ovat standardien ja vaatimusten mukaiset arvot. Mikrotuotannon ylärajana kuitenkin pidetään 50 kVA:n (50 kW) tehoa, joka lasketaan tuotantolaitteiston nimellistehon mukaan. Tällaisia laitteistoja ovat muun muassa kiinteistöön asennettavat aurinkosähköjärjestelmät.

Teho-omavaraisuudella tarkoitetaan, että kaikkeen omaan kulutukseen voidaan vastata omalla tuotannolla silloin kun kulutus tapahtuu, eikä verkkoenergiaa tarvita lisäksi. Energiaomavaraisuus on tilanne, jossa tietyllä aikavälillä tuotetaan kiinteistön energiatarvetta vastaava energiamäärä, aivan kuten teho-omavaraisuudessakin. Tässä kulutus ei kuitenkaan aina kohtaa tuotannon kanssa, jolloin energiaa otetaan lisäksi myös verkosta, tai vastavuoroisesti energiaa tuotetaan enemmän mitä kulutus on. Tämä energiaomavaraisuuden tuotannon ja kulutuksen vuoroaikaisuuden ongelma pystytään ratkaisemaan energian varastoinnilla, esimerkiksi akustolla. Akuston koko tulee etukäteen määrittää muun järjestelmän mukaan siten, että suurin osa tuotetusta energiasta saadaan talteen.

Jotta voitaisiin arvioida kiinteistön omavaraisuuden potentiaalia, on laskettava pien- tai mikrotuotannolle kannattavuudet eri ajanjaksoille. Kyseisen laskentamallin ominaisuuksia voivat olla muun muassa vuodenajan ja sään muuttujat sekä kulutuksen, tuotannon ja akuston varauksen kapasiteetit, jotka saa kerättyä kiinteistön tuntikohtaisesta kulutusdatasta. Täten sähköntuotanto voidaan laskea vuodenaika- ja säätila-arvojen mukaan suoraan järjestelmän nimellistehosta.

Energiankulutuksen laskenta

Lämmityksen energiakulutuksen voidaan katsoa koostuvan karkeasti kolmesta tekijästä; rakennuksen koosta, rakennuksen energiatehokkuudesta ja halutun sisälämpötilan ja ulkolämpötilan erotuksesta. Kuvassa 1 on esitetty, miten rakennuksen nettotarpeisiin voi vaikuttaa sekä aktiivisilla että passiivisilla energiaratkaisuilla.

Aktiivisia ratkaisuja voivat olla esimerkiksi kiinteistöihin lisättävät hyödynnettävät energiantuotantomuodot, kuten aurinkosähköjärjestelmät, aurinkolämpökennot ja pientuulivoimalat. Lämpöpumput ja polttokennoteknologiat sisältyvät ostoenergian puolelle, ellei niihin löydy kiinteistön vaipan sisäpuolelta energian tuotantoa. Passiiviset ratkaisut sisältävät lämmönsiirron kiinteistön vaipan läpi ilman mekaanista avustusta, lämpökuorman ihmisistä sekä kiinteistöön kohdistuvan passiivisen aurinkoenergian ja passiiviset sääsuojat, kuten kiinteistön ympärillä sijaitseva kasvillisuus, puut tai muut varjostavat ja tuulelta suojaavat tekijät, esimerkiksi toiset rakennukset.

Yksilöiden ensimmäiset askeleet aktiivisuuteen

Mitä tietoisempi kansalainen on energiasta, sitä todennäköisemmin aktiivisuuteenkin on kiinnostusta (Energiateollisuus ry, 2017). Vastavuoroin, mitä vähemmän energiasta ja energiatehokkuudesta on tietoisuutta, sitä vähemmän asiat yleensä kiinnostavat. Siksi väestöä tiedottaessa tulisi perustaa jaettavat tiedot mahdollisimman helposti toteutettavalle tasolle ja yleisesti niin, että ne pätevät suuren osaan rakennettua ympäristöä. Kansalaisille vieraaseen asiaan syventyminen vaatii vankan tietopohjan, mutta energiatehokkuuteen pyrkiminen on rahan arvoista tuottaessaan säästöä välittömästi.

Yksilötasolla aktiivisuus näkyy eri lailla erilaisissa kiinteistöissä. Osalle kiinteistöistä ensimmäiset askeleet kohti energia-aktiivisuutta ovat kiinteistöjen energiatehokkuuden nostaminen, eli se aikaisemmin mainittu rakenteellinen energiatehokkuus (taulukko 1). Tämä johtuu energiajärjestelmien mitoituksesta: ei ole kannattavaa mitoittaa energiatehottomaan kiinteistöön suurta järjestelmää, sillä siitä tulee kallis. Energiantuotantojärjestelmät tulee mitoittaa niin, että ne vastaavat mahdollisimman hyvin kiinteistön tai energiayhteisön tarpeeseen.

Taulukko 1. Energiatehokkuuden toimenpiteitä

	Rakenteellisen energiatehokkuuden parantamiskeinot	Energiajärjestelmät
Vanhempi talo	Uudet ikkunat	Energiajärjestelmän vaihto esimerkiksi putkiremontin yhteydessä
	Uusi katto	Remontin jälkeen mitoituksen ja investointien arviointi
	Eristyksen lisäys	Uusiutuvan energian järjestelmät
	Tiivisteiden uusiminen	Ilmanvaihtojärjestelmän säädöt
	Muut keinot, joilla rakenteellista energiatehokkuutta parannetaan
Uusi talo	Energiatehokkuusdirektiivin 1010/2017 noudattaminen jo suunnitteluvaiheessa	Mitoitus nykyiselle ja tulevaisuuden ilmastolle, investointien arviointi LCC-tekniikalla
		Uusiutuvan energian järjestelmät, kuten maalämpöpumput, aurinkopaneelit ja energiavarastot (lämmönjaon muutokset huomioon ottaen)
		Järjestelmien automatisointi
		Ilmanvaihtojärjestelmän säädöt
Tulos	Energiatehokas/energiatehokkaampi koti

Taulukossa 1 mainittu ”Lämmönjaon muutokset huomioon ottaen” tarkoittaa systeemiä, jossa on useampi kuin yksi tapa lämmittää kiinteistöä. Esimerkkinä voisi olla järjestelmä, joka sisältää mm. vesipatterilämmitysverkon sekä sähköisen lattialämmityksen. Lämmönjako voi tarkoittaa myös hybridijärjestelmää, esimerkiksi kaukolämmön ja maalämpöpumpun yhdistelmää, jossa lämmitysenergiaa tulee kaukolämpöverkosta ja tontin omasta maasta sähköä käyttäen. Kun harkitaan lämmönjaon muutosta, on huomioitava, etteivät kaikki vaihdokset ole taloudellisesti kannattavia, vaikka vaihtamalla päästöt puolittuisivat. Jos vaihdetaan esimerkiksi kaukolämmöstä maalämpöön, voidaan yleisesti olettaa energian kumulatiivisen kulutuksen vähentyvän. Toisaalta investointi maalämpöjärjestelmään on suuri, sillä se sisältää pumpun lisäksi lämpökaivokentän suunnittelun ja poraamisen. Kun investointi on erityisen suuri, on mietittävä sen kannattavuutta. Pystyykö systeemin tuoma säästö maksamaan investoinnin takaisin järkevällä aikavälillä?

Kuvassa 2 on havainnollistettu, mitä energiaremontilla saadaan aikaan. Perusparannettu suorasähköinen omakotitalo kuluttaa konkreettisesti vähemmän energiaa ja on täten huomattavasti halvempi ylläpitää kuin aikaisempi versionsa.

Sama pätee energiajärjestelmiin investoitaessa. Jos esimerkiksi kiinteistön kovien pakkasten vaatima lämpöteho on 100 kW ja rakenteellisella energiatehokkuudella sen saa kutistettua 80 kW lämpötehoon, ei ole järkevää hankkia isompaa ja kalliimpaa maalämpöpumppujärjestelmää. Parantamalla rakenteellista energiatehokkuutta voidaan mitoittaa pumppujärjestelmä vastaamaan pienempää tehoa, jolloin järjestelmä kuluttaa vähemmän ja investointikin on pienempi. Yleisesti rakennuksen energiatehokkuuden laskennassa tarvitaan tieto rakennuksen energian kulutuksesta, ja pumpun mitoituksen yhteydessä tieto lämpötehosta. Joissain maissa kyse on jäähdytystehosta, mutta Suomen ilmastossa mennään pääosin lämmityksen tahtiin. Ohjeita rakennuksen lämpötehon manuaaliseen laskentaan löytyy mm. ympäristöministeriön energianlaskentaohjeesta (YM, 2018).

Aktiiviset energia-asiakkaat yhteisönä

Ryhmä aktiivisia energia-asiakkaita voi muodostaa energiayhteisön, jotka yhdessä tuottavat, varastoivat tai osallistuvat energiatehokkuutta koskeviin järjestelyihin. Yhteisön osana investoinnit ovat yleisesti vähemmän raskaita toteuttaa yhdessä, eikä yksittäisen jäsenen tarvitse kantaa koko taloudellista taakkaa yksin. Tämä mahdollistaa laajempien ja vaikuttavampien energiaratkaisujen toteuttamisen, kuten yhteisten aurinkopaneelien, energiavarastojen tai kysyntäjoustojärjestelmien hankinnan.

Energiayhteisöt voivat myös neuvotella edullisempia sähkösopimuksia ja osallistua joustomarkkinoille, mikä parantaa kustannustehokkuutta ja energiajärjestelmien kestävyyttä. Lisäksi yhteisön jäsenet hyötyvät tietotaidon ja kokemusten jakamisesta, mikä tukee innovaatioita ja uusien teknologioiden käyttöönottoa. Tällaiset yhteisöt edistävät vihreää siirtymää ja energiademokratiaa, jossa kuluttajat eivät ole vain energian käyttäjiä, vaan aktiivisia toimijoita energiantuotannossa ja -hallinnassa.

Lopuksi

Energia-aktiivisuus ei ole pelkästään rahallista säästöä, vaikka usein se on vahva motivoiva tekijä. Tilanteissa, joissa on mahdollisuus säästää rahaa tai kulutusta, investoijat yleensä valitsevat rahallisen säästön. Tämä tarkoittaa, ettei kulutuksen pienentäminen itsessään ole tarpeeksi vahva motivaattori kuluttajalle, elettiin ilmastonmuutoksen aikaa tai ei. Energiatehokkuuden investoinneissa valinta voi kuitenkin sisältää molempia, sekä rahallista että kulutuksen säästöä. Kuluttajan laskiessa energiainvestointeja tärkeintä onkin näiden kahden säästön maksimointi kuluttajalle hyödylliseksi.

---

Artikkeli on ensimmäinen osa Energiaobservatorio -hankkeen työpakettia 2.2, joka sisältää analyysin tavoista, joilla energia-asiakas voi toimia aktiivisena osapuolena energiamarkkinoilla. Artikkelisarjan seuraava osa käsittelee kysyntäjoustoa ja kaksisuuntaista sähköjärjestelmää.

Artikkelisarjan osat:

• Osa 1: Energiatehokkuuden keinot aktiiviselle energia-asiakkaalle
• Osa 2: Sähkön kysyntäjouston ja kaksisuuntaisen järjestelmän rooli energiatehokkuuden saavuttamisessa
• Osa 3: Energiatehokkuutta ja lisätuloja kansalaisille reservimarkkinoilta
• Osa 4: Energiainvestointien salaisuudet: kuinka laskenta ratkaisee investoinnin kannattavuuden