Kaukolämmön tuntihinnoittelu - teknistaloudelliset toimintaedellytykset ja vaikutukset kulutusjouston toteutettavuuteen

(1)

AAE maisteriohjelma

Kaukolämmön tuntihinnoittelu - teknistaloudelliset toi- mintaedellytykset ja vaikutukset kulutusjouston toteu- tettavuuteen

Taavi Leikola

Diplomityö 2021

(2)

Tekijä Taavi Leikola

Työn nimi Kaukolämmön tuntihinnoittelu - teknistaloudelliset toimintaedellytykset ja vaikutukset kulutusjouston toteutettavuuteen

Koulutusohjelma Advanced Energy Solutions Pääaine Sustainable Energy Systems and Markets Vastuuopettaja/valvoja Prof. Matti Lehtonen

Työn ohjaaja(t) KTM Pirjo Jantunen & DI Mika Holmström Yhteistyötaho Helen Oy

Päivämäärä ^18.10.2021 Sivumäärä ^{71 + 9} Kieli ^Suomi Tiivistelmä

Ilmastotavoitteet ja kiristyvä kilpailu lämmitysmarkkinoilla luovat painetta kaukolämpö- toimijoille. Ilmastotavoitteiden vaikutus näkyy etenkin kaukolämmön tuotantokustannuk- sissa, jotka ovat nousseet merkittävästi fossiilisten polttoaineiden osalta viime vuosien aikana. Kaukolämmön kilpailukyky on sen myötä heikentynyt, mikä on avannut tilaa markkinoille. Muun muassa lämpöpumppuihin perustuvat ratkaisut, kuten maalämpö, ovat kas- vattaneet markkinaosuuttaan jo viimeiset 10 vuotta.

Kaukolämpötoimijat ovat murroksessa kohti kestävämpää tuotantoa ja esimerkiksi Helsin- gissä kivihiilestä ollaan luopumassa tämän vuosikymmenen loppuun mennessä. Tässä työssä tarkastellaan kaukolämpöliiketoiminnan kehittämistä uuden hinnoittelumallin, tuntihinnoittelun ja kulutusjouston avulla. Kaukolämmön tuntihinnoittelun ja sen ohjaa- man kulutusjouston avulla voidaan teoriassa hintasignaalilla ohjata asiakkaiden kulutus- profiilia siten, että asiakkaat vähentävät kulutustaan kulutushuippujen aikana ja siirtävät sen huippujen ulkopuolelle. Toimiessaan järjestelmä ehkäisee päästörikkaiden lämpölai- tosten käynnistämisen, mikä laskee energiayhtiön tuotantokustannuksia sekä päästöjä.

Työ osoittaa, että vaikka tuntihinnoittelujärjestelmän toimintaedellytykset täyttyvät, ei tuntihinnoittelu ja kulutusjousto tuo riittävästi säästöjä. Kulutusjouston vaikutus tuotantokustannuksiin tässä työssä tehdyn mallin mukaan jää vähäiseksi, jolloin asiakkaalle nor- maaliin hinnoitteluun verrattuna annettava alennus tuntihinnoissa ei ole tarpeeksi kannustava. Toisin sanoen, järjestelmän avulla saatava kokonaissäästö ei kata asiakkaan eikä energiayhtiön investointeja eikä ylläpitokustannuksia.

Avainsanat Kaukolämpö, lämmitysmarkkinat, tuntihinnoittelu, kulutusjousto

(3)

Author Taavi Leikola

Title of thesis Techno-economic operational preconditions for hourly priced district heating and demand response

Programme Advanced Energy Solutions Major Sustainable Energy Systems and Markets Thesis supervisor Prof. Matti Lehtonen

Thesis advisor(s) M.Sc. (Econ.)Pirjo Jantunen & M.Sc. (Tech.) Mika Holmström Collaborative partner Helen Oy

Date 18.10.2021 Number of pages 71 + 9 Language Finnish Abstract

Climate targets and intensifying competition in the heating market are laying pressure on district heating operators. The impact of climate targets is particularly evident in the cost of producing district heating, which has risen significantly for fossil fuels in recent years. As a result, the competitiveness of district heating has weakened, which has opened space in the market. Solutions based on heat pumps have already increased their market share over the last 10 years.

District heating operators are in the process of moving towards more sustainable production, and in Helsinki, for example, coal will be phased out by the end of the decade. This work examines Helen’s competitiveness through a new pricing model, hourly pricing, and demand response. The hourly pricing of district heating and with it the consumption elasticity can theoretically be used to control the consumption profile of customers by means of a price signal so that customers reduce their consumption during consumption peaks. When operating properly, the system prevents the start-up of emission-rich heat boilers, which reduces the energy company's production costs and emissions.

The work shows that even if the operating conditions of the hourly pricing system are met, hourly pricing and demand response do not generate sufficient savings. According to the model made in this work, the effect of demand response on production costs remains small, in which case the discount given to the customer in hourly prices compared to normal pricing is not sufficiently incentive. In other words, the total savings obtained through the system do not cover the investment or maintenance costs of the customer or the energy company.

KeywordsDistrict heating, heating markets, hourly pricing, demand response

(4)

4

Sisällys

1 Johdanto ... 7

1.1 Työn tausta ... 7

1.2 Työn rakenne ... 8

2 Kaukolämpö osana energiajärjestelmää ... 10

2.1 Kaukolämpö lämmitysmarkkinoilla ... 10

2.1.1 Kaukolämpö Helsingissä... 14

2.1.2 Määräävä markkina-asema lämmitysmarkkinoilla ... 16

2.2 Kysyntä- ja kulutusjousto ... 18

2.3 Kaukolämmön hinnanmuodostus ja kustannukset ... 22

2.3.1 Kaukolämmön hinnanmuodostus ... 22

2.3.2 Kaukolämmön kustannukset energiayhtiölle ... 23

2.3.3 Kaukolämmön hinnan ja kustannuksien tulevaisuuden näkymät ... 25

2.4 Hinnoittelumallit... 27

2.4.1 Hinnoittelumallit yleisesti ... 27

2.4.2 Kaukolämmön hinnoittelumallit ... 28

2.5 Kaukolämmön tuntihinnoittelu ... 30

2.5.1 Vaikutukset ja mahdollisuudet ... 33

2.5.2 Kaukolämmön tuntihinnoittelun toteutustapoja ... 36

3 Tutkimusongelma, metodi ja aineisto ... 39

3.1 Tutkimusongelma ... 39

3.2 Metodi ja aineisto ... 40

4 Tuntihinnoittelun toimintaedellytykset ja kulutusjouston toteutettavuus ... 42

4.1 Tuntihinnoittelun toimintaedellytykset ... 42

4.1.1 Tekniset toimintaedellytykset ... 42

4.1.2 Taloudelliset toimintaedellytykset ... 45

4.2 Tuntihinnoittelun simulointi ... 47

4.2.1 Tyypillinen Helenin asiakas ... 55

4.2.2 Tuntihinnoittelun ja kulutusjouston vaikutus tuotantokustannuksiin ... 60

4.3 Kulutusjouston toteutettavuus ja potentiaali kaukolämmön tuntihinnoittelulla ... 62

5 Johtopäätökset ... 65

Lähdeluettelo ... 67

Liitteet ... 72

(5)

5

Esipuhe

Tämä diplomityö on toteutettu Helen Oy:n toimeksiannosta. Helen kehittää jatkuvasti kaukolämpö- tuotteitaan vastatakseen paremmin ajan kanssa eläviin asiakastarpeisiin. Merkittävä kehityksen ajuri on myös kunnianhimoiset ilmastotavoitteet. Helen lupaa tuotantonsa olevan hiilineutraalia tä- män vuosikymmen loppuun mennessä, mikä asettaa erityisesti lämmöntuotannon murroksen kes- kelle. Kaukolämpöjärjestelmä monimutkaistuu, sillä kokonaisuus muodostuu yhä enemmän useista yhteensovitetuista ratkaisuista keskitetyn tuotannon sijasta. Erilaiset järjestelmän joustavuutta li- säävät ratkaisut ja siihen kannustava hinnoittelu ovat mielenkiintoinen osa tätä kokonaisuutta.

Haluan kiittää erityisesti työni ohjaajia Pirjo Jantusta ja Mika Holmströmiä sekä esihenkilöäni Päivi Pääkköstä, jotka ovat olleet tiiviisti läsnä sekä tarjonneet neuvoja ja ohjausta, kun niitä on tarvittu.

Lisäksi haluan kiittää ohjausryhmäni muita jäseniä, Marko Kivimaata, Ari Joonaa ja Vesa Harjua sekä Helenin data-analyytikko Juha Riissasta. Ohjausryhmän kommentit ja sparraus on ollut ehdot- toman tärkeä osa työn kehitystä ja loppuun saattamista. Erityinen kiitos Vesalle tämän diplomityö- mahdollisuuden järjestämisestä.

Helsingissä 15.10.2021 Taavi Leikola

(6)

6

Lyhenteet ja termit

CHP Combined Heat and Power (lämmön ja sähkön yhteistuotanto) Jousto Tässä työssä joustolla tarkoitetaan kulutuksen tai tuotannon ky-

kyä vaihdella tuotannon/kulutuksen ajankohtaa.

Kulutusjousto Kulutuspään (asiakaspään) toteuttama jousto Kysyntäjousto

TWh, GWh MWh, kWh SMR HOB

Tuotantopään toteuttama jousto Terawattitunti, Gigawattitunti Megawattitunti, kilowattitunti

Small Modular Reactor, Pieni modulaarinen ydinreaktori Heat Only Boiler (lämpökattila)

(7)

7

1 Johdanto 1.1 Työn tausta

Kaukolämpö on yleinen lämmitystapa Suomessa ja muissa Pohjoismaissa. Useissa kaupungeissa sen osuus lämmitysmuodoista on yli 90 % ja koko Suomessa se kattaa lähes puolet lämmitysmarkkinasta ollen suurin yksittäinen lämmitystapa. Kaukolämmön kilpailukyky on kuitenkin heikentynyt ja osuus päälämmitysmuotona uudisrakentamisessa on laskenut tasaisesti, vaikka etenkin asuinker- rostaloissa sen suosio on edelleen hyvin vankka. (Energiateollisuus, 2021).

Kaukolämpötuotanto nojaa edelleen suurimmaksi osaksi polttamiseen perustuviin tuotantomuotoi- hin, kuten kivihiileen ja kaasuun. Kiristyvien ilmastotavoitteiden, verotuksen ja päästökaupan seurauksena tuotannosta on tullut ja tulee yhä kalliimpaa. Tämä poliittinen ohjaus ajaa energiayhtiöt ratkaisemaan hiilineutraalin energiantuotannon ongelmia ja siirtymisen päästöttömään tuotanto- järjestelmään. Kaukolämmön tuotanto on pitkään perustunut keskitettyihin ratkaisuihin, mutta hii- lineutraali tuotanto edellyttää useiden eri ratkaisujen yhdistelmää. Olemassa oleva kaukolämpö- verkko on tehokas siinä suhteessa, että samaan järjestelmään voidaan tuoda lämpöä hyvin laajalla tuotantokirjolla.

Polttamiseen perustuvaa tuotantoa on jo nyt korvattu Helsingissä muun muassa lämpöakuilla, läm- pöpumpuilla, hukkalämmön talteenotolla ja myös paikallisilla maalämpöratkaisuilla. Näitä tarvitaan jatkossa yhä enemmän ja uusia liiketoimintamalleja tulee myös kehittää järjestelmän tehok- kuuden kasvattamiseksi. Esimerkiksi kaksisuuntainen kaukolämpö, jonka kautta voidaan hyödyntää pienempien toimijoiden ylijäämälämpö esimerkiksi maalämpötuotannosta. Lisäksi järjestelmän joustavuus akkujen sekä kysyntä- ja/tai kulutusjouston avulla on oleellista, jotta voidaan leikata ku- lutushuippuja. Kulutushuiput usein vaativat päästörikkainta tuotantoa etenkin lämmityskaudella.

Kaukolämpö on kehittynyt ja järjestelmän energiatehokkuus sekä ympäristöystävällisyys on jatku- van työn alla ja siitä on myös esittää tuloksia. Edelleen on tehtävä investointeja puhtaaseen lämmön- tuotantoon ja vähennettävä polttamiseen perustuvaa tuotantoa, jotta tavoitteena oleva hiilineutraa- lisuus saavutetaan Helsingissä tämän vuosikymmenen loppuun mennessä.

On odotettavissa, että kaukolämmön hinta nousee lyhyellä aikavälillä poliittisen ohjauksen mukana, kun polttoaineet, päästöoikeudet ja muut perinteiseen lämmöntuotantoon vaikuttavat tekijät nosta- vat tuotantokustannuksia. Keskipitkällä ja pitkällä aikavälillä on kuitenkin odotettavissa laskua tuotantokustannuksiin ja sitä kautta hintapaineeseen asiakkaille, jolloin kilpailukyky taas paranee suhteessa muihin ratkaisuihin. Tämä vaatii kuitenkin investointeja, joilla voidaan korvata nykyinen pe- rustuotanto. Tämä johtaa siihen, että lämmityskauden ulkopuolella tuotantokustannukset painuvat alas, mutta huippukulutusaikoina tarvitaan edelleen lämpölaitoksia, joissa tuotanto on kallista.

(8)

8

Huippukulutukseen voidaan vastata järjestelmän joustoa lisäävillä toimenpiteillä, sillä ongelma on samanaikainen korkea kulutus. Jos kulutusta voidaan tasoittaa tai lämpölaitoksen sijasta hyödyntää lämpöakkuja kattavasti, voidaan lämpölaitosten käyttöä vähentää.

Lämpöakut vaativat eritystä infrastruktuuria suuren tilavuuden takia, jotta saavutetaan riittävä ka- pasiteetti. Helen muuttaa muun muassa Helsingin vanhoja maanalaisia siiloja lämpöakuiksi, mutta tällaisia paikallisia mahdollisuuksia on rajoitetusti. Tämän rajoitteen johdosta on tärkeä tutkia ja tarkastella myös kysyntä- ja kulutusjouston mahdollisuuksia osana kaukolämpöjärjestelmää. Jous- ton avulla voidaan vaikuttaa tuotannon ja kysynnän tasapainoon kulutuspäästä tuotantopään sijaan.

Kysyntäjoustoa eli lämmöntuottajan ohjaamaa ja hallinnoimaa kulutuksen ohjausta on tutkittu jo pitkään ja myös implementoitu etenkin sähkön piirissä, mutta myös pilotoitu kaukolämpöverkossa jossain määrin. Kulutusjousto eli kulutuspään aktiivinen jousto on hyvin vähäistä kaukolämmössä verrattuna esimerkiksi sähkömarkkinoiden vastaavaan, jossa tuntihinnoittelun piirissä oleva asiakas voi optimoida kulutustaan pois kalleimmilta tunneilta halvemmille.

Kysyntäjousto ja kulutusjousto mainitaan monessa yhteydessä synonyymeina. Termeissä kuitenkin on eronsa, vaikka osittain ne tarkoittavat samaa asiaa, kulutuksen siirtoa ajokohdasta toiseen. VTT:n erikoistutkijat määrittelivät kysyntäjouston ja kulutusjouston erot Omakiinteistön verkkoartikke- lissa (2019) seuraavasti: ”kulutusjousto on taloyhtiön tai muun asiakkaan termi energiankulutuksen hetkelliselle vähentämiselle tai lisäämiselle. Kysyntäjousto puolestaan on energiayhtiön tai muun palveluntuottajan termi kysynnän hetkelliselle vähentämiselle tai lisäämiselle tuotantotilanteen mukaisesti.” Tätä määrittelyä noudatetaan myös tässä työssä, sillä on tärkeää eritellä systemaattisesti näiden termien merkitys kehityksen ja tutkimuksen edetessä.

1.2 Työn rakenne

Työn rakenne on jaettu kolmeen osaan; kirjallisuuskatsaukseen ja taustoitukseen, tutkimusongel- man, metodien ja aineiston määrittelyyn sekä tutkimusosaan ja johtopäätöksiin. Kirjallisuuskat- sauksessa keskitytään kaukolämpömarkkinoihin, niiden kehitykseen, kaukolämmön luonteeseen lii- ketoimintana määräävässä markkina-asemassa ja sen vaikutuksesta liiketoimintaan. Kirjallisuusosa sisältää myös kysyntä- ja kulutusjouston taustoitusta ja tämänhetkisen tutkimuksen ja toteutuksen tilan tarkastelun, yleiskatsauksen kaukolämmön kustannusrakenteeseen ja hinnoittelun ominais- piirteisiin sekä arvioinnin kaukolämmön tuntihinnoittelun muodostamisesta, vaikutuksesta ja mah- dollisuuksista.

Tutkimusosassa selvitetään kaukolämmön tuntihinnoittelun toimintaedellytyksiä sekä teknisestä että taloudellisesta näkökulmasta, simuloidaan tuntihinnoittelua ja sen ohjaamaa kulutusjoustoa päämääränä selvittää, millaisia vaikutuksia sillä on tuotantokustannuksiin ja toisaalta myös

(9)

9

asiakkaan energiakustannuksiin. Simulointimallissa pyritään selvittämään, onko tuntihinnoittelun ohjaamaan kulutusjoustojärjestelmään mielekästä investoida. Mallin perusteella arvioidaan mah- dollisia kustannussäästöjä tyypilliselle Helenin asuinkerrostalo- ja yritysasiakkaalle, vaikutusta tuotantokustannuksiin eri joustokapasiteeteilla ja kulutusjouston toteutettavuutta tuntihinnoitellulla kaukolämmöllä.

Lisäksi työssä pohditaan vaihtoehtoisia tuntihinnoittelun ja kulutusjouston sovellustapoja, sillä työssä käydään soveltuvuutta ja hyötyjä läpi yksinkertaistetun mallin kautta, tiettyjen muuttujien avulla.

(10)

10

2 Kaukolämpö osana energiajärjestelmää 2.1 Kaukolämpö lämmitysmarkkinoilla

Kaukolämpö on Suomessa yleisin lämmitysmuoto ja sen toimintaa on tutkittu laajasti Suomessa ja muualla maailmalla (Energiateollisuus, 2021), joten tässä työssä keskitytään lähinnä kaukolämpöön osana lämmitysmarkkinoita ja Suomen energiajärjestelmää sekä sen sovellusmahdollisuuksia kil- pailukyvyn ylläpitämiseksi myös jatkossa.

Kaukolämpö on ollut ja on teknisesti erinomainen ratkaisu ja keskitetyn lämmöntuotannon mahdol- listaja. Keskitetyssä energiantuotannossa hyötysuhde on korkea ja sillä on etenkin tiheästi asute- tuissa ja viileissä oloissa selviä etuja muihin lämmitysmuotoihin nähden (Salo, 2021). Energiajärjes- telmän muuttuu ilmasto- ja energiatehokkuustavoitteiden mukana. Tänä päivänä yhä nopeammin kasvava hukkalämpöjen hyödyntämisen mahdollisuus tehokkaasti kertoo myös osaltaan siitä, kuinka uusia sovelluksia voidaan hyödyntää jo olemassa olevan infran avulla ilman suuria investointeja järjestelmätasolla. Kaukolämmön häviöt taas johtuvat pääosin lämmön siirrosta verkossa. Suo- messa kaukolämpöjärjestelmän häviöt ovat keskimäärin noin 10 %. (Paiho & Saastamoinen, 2018).

Kaukolämmön edut ovat yksinkertaistetusti laaja osaaminen sen käyttöön ja verkon optimointiin niin tuotannon kuin häviöiden kannalta, pitkälle edennyt infrastruktuuri, integroitu rakentaminen osaksi kaukolämpöverkkoa, tuotannon tehokkuus etenkin yhteistuotantolaitoksissa (CHP, Com- bined Heat and Power) sekä kaukolämpöjärjestelmän mahdollistama tehokas hukkalämpöjen hyö- dyntäminen, kuten jäteveden ja datakeskusten hukkalämmöt. Mutta tämä etu ei ole enää itsestään- selvyys, ja kaukolämpöyhtiöiden on huomioitava muuttuvan markkinan dynamiikkaa yhä tarkem- min muun muassa kehittämällä hinnoittelumalleja edelleen ja samalla vastata kestävän kehityksen haasteisiin. (Hailong li et al, 2014).

Kaukolämpö on kiihtyvän murroksen keskellä, sillä merkittävä osa lämmöstä tuotetaan yhä fossiilisilla polttoaineilla (Energiateollisuus, 2021). Uusiutuvien ja hukkalämpölähteiden lisäksi oleellinen osa muutosta on järjestelmän joustavuuden lisääminen mm. lämpöakuilla ja joustolla, jotta irtautu- minen fossiilisista polttoaineista voi jatkua. Etenkin kaupungeissa, kuten Helsingissä, biomassan hyödyntämistä rajoittaa mm. logistiset haasteet. Myös päästöoikeuksien ja siten tuotantokustannusten odotuksia nopeampi kasvu on heikentänyt kaukolämmön kilpailukykyä. Toisaalta myös Pohjois- maissa pitkään vallinnut alhainen sähkön hinta on vahvistanut mm. maalämmön ja muiden lämpö- pumppuihin perustuvien ratkaisujen asemaa (sähkön hinta on kuitenkin tätä työtä tehdessä noussut merkittävästi). Lämpöpumput ovat tällä hetkellä kaukolämmön suurin kilpailija lämmitysmarkki- noilla. Lämpöpumppujen osuus uudisrakentamisessa kasvoi nopeasti noin 5 prosentista noin 20

(11)

11

prosenttiin 2010-luvun alkupuolella (kuva 1). Kasvun tasoituttua, sen osuus on taas viimevuosina lähtenyt maltilliseen kasvuun. Kuvassa 1 maalämpö sisältää lämpöpumppujen käyttämän sähkön.

Kuva 1. Eri lämmitysmuotojen osuus uudisrakentamisessa (Energiateollisuus, 2021)

Vuonna 2020 ilmastonneutraalin kaukolämmön tuotanto oli ensimmäistä kertaa yli puolet Suomen kaukolämmön tuotannosta. Sen osuus kasvoi 49 prosentista 54 prosenttiin (kuva 2). Ilmastoneut- raali energia on Energiateollisuuden raportissa jaettu uusiutuviin ja hukkalämpöihin. Osittain kasvu johtuu siitä, että vuoden 2020 talvi oli selvästi leudompi kuin sitä edeltävien vuosien talvet. Lämpi- mämpi ulkoilma, etenkin leuto talvi vähentää huipputehon tarvetta tuotannossa, joka usein on myös saastuttavinta tuotantoa (kuva 2).

(12)

12

Kuvasta 3 nähdään, että vuonna 2018 kaukolämmön markkinaosuus Suomessa palveluja asuinra- kennuksissa oli noin 46 %, lämpöpumppujen ja sähkön osuudet 16 % ja 17 %. Lämpöpumppujen osuus sisältää sen käyttämän sähkön ja sähkön osuus sisältää mm. lämmönjakolaitteiden ja sähkö- kiukaiden kuluttaman sähkön. Puulämmityksessä huomioidaan puulämmitteiset kiukaat.

Kaukolämmöllä on ollut pitkään vankka rooli suosituimpana lämmitysratkaisuna, mikä johtuu pää- osin sen laajasta käytöstä kaupungeissa, joissa ihmiset asuvat tiheästi ja sen käyttö on hyvin teho- kasta. Kaupunkien ulkopuolella, harvaan asutetuilla alueilla, sen tehokkuus heikkenee nopeasti vä- limatkojen kasvaessa, samoin investoinnit verkkoon kasvavat. Kuva 4 esittää uudisrakentamisen päälämmitysmuotojen osuudet viimeiseltä viideltä vuodelta. Huomattavaa on kaukolämmön osuu- den trendinomainen lasku jokaisessa kiinteistötyypissä. Suurin lasku on liike- ja toimistorakennuk- sissa, jonka vuonna 2019 korvasi lämpöpumput, mutta 2020 vuoden ennusteen perusteella myös suoran sähkölämmityksen osuus kasvaisi reippaasti. Kerrostaloissa kaukolämmön selkein kilpailija on lämpöpumput, jonka osuus vuosittaisessa uudisrakentamisessa on hieman kasvanut kaukoläm- mön kustannuksella kaukolämmön kattaessa kuitenkin yli 90 % uusista kohteista päälämmitysmuo- tona. Pientaloissa, pääsääntöisesti haja-asutusalueella, lämpöpumput hallitsevat markkinaa sel- västi. Pientaloissa taas suora sähkölämmitys on korvannut kaukolämpöä päälämmitysmuotona.

Kuva 2. Kaukolämmön tuotanto Suomessa 2020 ja 2019. (Energiateollisuus, 2021)

(13)

13

Kuva 3. Lämmitysmuotojen markkinaosuudet Suomessa vuonna 2018 (Energiateollisuus, 2021).

Kuva 4. Päälämmitysmuodon valinnat uudisrakentamisessa (Energiateollisuus, 2021).

(14)

14 2.1.1 Kaukolämpö Helsingissä

Vuoden 2019 lopussa Helsingissä kaukolämmön piirissä oli noin 93 % asukkaista. Vain Tampereella kaukolämmön osuus oli suurempi, 95 %. Vertailuksi muita suurempia kaupunkeja asukasluvulla mitattuna ovat Espoo, jossa osuus oli n. 77 %, Turku 92 %, Vantaa 90 % ja Oulu 76 %. Suomessa tuotetaan lämpöä vuosittain noin 34 - 37 TWh riippuen lämmityskauden lämpötiloista. Helen tuottaa Helsinkiin lämpöä noin reilu 6 TWh eli noin 16 - 17 % koko Suomen lämmöntarpeesta. Sopimus- tehosta noin puolet on asuintaloasiakkaille (1704 MW) ja loput (1751 MW) pitää sisällään mm. teol- lisuus- ja muut asiakkaat, kuten toimitila- ja julkiset asiakkaat. Sopimusteho lasketaan lämmönkäyt- täjän maksimitehontarpeen mukaan. (ET, 2019).

Helsingissä Helenillä on käytössään neljä CHP-höyryvoimalaitosta, kaksi Vuosaaressa ja yhdet Ha- nasaaressa ja Salmisaaressa. Lämpöä ja jäähdytystä tuottavat myös lämpöpumppulaitokset Katri Va- lan puiston ja Esplanadin alla. Lisäksi Helenillä on käytössään 11 lämpökeskusta vara- ja huippuku- lutusvoimana. Yhteensä lämpökeskuksien kaukolämpöteho on noin 2000 MW, Vuosaaren laitosten 587 MW, Hanasaaren 429 MW ja Salmisaaren 300 MW. Lämpöpumppujen teho taas on yhteensä 127 MW, josta 105 MW kattaa Katri Valan laitos. Lisäksi Helenillä on lämpöakut Vuosaaressa ja Sal- misaaressa, joiden yhteenlaskettu teho on noin 200 MW. Vuosaaren akun energian varastointikapa- siteetti on noin 1250 MWh ja Salmisaaren akun noin 1000 MWh. (Helen, 2021a)

Kuvasta 5 nähdään Helenin tuotanto kuukausittain vuosilta 2015 - 2020. Vuosien välillä on selkeää vaihtelua, joka korreloi vahvasti lämpötilojen mukaan. Esimerkiksi Ilmatieteenlaitoksen tilastojen perusteella vuoden 2016 tammikuun keskilämpötila Helsingissä oli - 8,8 °C, kun taas 2020 vastaava oli 3,1 °C (Ilmatieteenlaitos, 2021). Kuvasta 5 nähdään myös merkittävä ero em. periodien lämmön- tuotannoissa, joissa ero on yli 400 GWh.

(15)

15

Kuva 5. Helenin kaukolämpötuotanto kuukausittain vuosilta 2015 - 2020 (Helen, 2021b)

Kaukolämmön suosio Helsingissä on hyvin laaja. Tiheästi asutettu alue sopii hyvin kaukolämpöjär- jestelmään, jolloin järjestelmän tehokkuus ja helppous on kilpailuetu lämmitysmarkkinoilla. Kuva 6 esittää kaukolämmitettyjen talojen asukkaiden osuudet eri vuosina Helsingissä. Selkeä piikki on nähtävissä vuonna 2014, jolloin vuoden 2010 91 %:sta kaukolämpöasukkaiden osuus nousi jopa 98

%-yksikköön Helsingissä. Sittemmin kaukolämmön osuus asukkaiden lämmitystavoissa on ollut va- kaasti 92 % - 94 %. Kaukolämpö ei siis ole Helsingissä menettänyt asuintalojen piirissä markkinaosuuttaan juurikaan, vaan sen käyttö on kasvanut tasaisesti kasvavan kaupungin mukana.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Helenin kaukolämpötuotanto 2015-2020

2015 2016 2017 2018 2019 2020

GWh

(16)

16

Kuva 6. Kaukolämmitettyjen talojen asukkaiden osuus Helsingin väestöstä (ET, 2010, -14, -15, -16, -17, -18 ja -19)

2.1.2 Määräävä markkina-asema lämmitysmarkkinoilla

Kaukolämmön hinnoittelussa yhtiöt joutuvat ottamaan huomioon kilpailuaseman. Ennen liittymistä kaukolämpöverkkoon kilpailun katsotaan olevan vapaata ja eri lämmitysmuodot kilpailevat markkinoilla samoista asiakkaista. Tilanne muuttuu, kun asiakas liitetään kaukolämpöverkkoon, sillä täl- löin kaukolämpöyhtiö on määräävässä markkina-asemassa. Kilpailua valvovan viranomaisen, KKV:n (2014) (Kilpailu- ja kuluttajavirasto) mukaan määräävä markkina-asema tarkoittaa kilpailu- asetelmaa, jossa jollain kilpailijalla on huomattava etu tai osuus markkinoista. Tämä etu voi johtua esimerkiksi markkinaosuudesta, joka ei kuitenkaan ole ratkaiseva tekijä eikä sellaista markkina- osuusrajaa ole asetettu, sillä markkina-asemaan vaikuttaa useat tekijät. Yrityksellä voi olla huomattava etu myös esim. alueellisesta edusta, yrityksen taloudellisesta tilasta suhteessa kilpailijoihin, mikä vaikuttaa mm. investointikykyyn ja asiakkaiden neuvotteluvoimasta. Yrityksellä voi siis olla paljon markkinavoimaa, vaikka sen markkinaosuus olisikin pieni. Markkinaosuuksista saadaan kuitenkin tietoa markkinan tilasta, esim. kuinka keskittyneet markkinat ovat. Markkinan keskittynei- syyttä tarkasteltaessa vertaillaan kahden suurimman yrityksen markkinaosuuksien välistä eroa ja kuinka hajaantuneet ovat muiden kilpailijoiden markkinaosuudet. Suuri ero kahden suurimman ja hajaantuneet markkinaosuudet yleensä viittaavat suurimman yrityksen määräävään markkina-asemaan.

86%

88%

90%

92%

94%

96%

98%

100%

2010 2014 2015 2016 2017 2018 2019

Kaukolämmitettyjen talojen asukkaiden osuus

Helsingissä

(17)

17

Lämmitysmuodon vaihdon katsotaan olevan niin jäykkää ja hidasta, että määräävän markkina-aseman piirteet katsotaan täyttyneeksi. Muodostuu siis luonnollisen monopolin tilanne. Kaukolämmön hinnoittelua ei kuitenkaan ole erikseen säännelty, vaan yhtiöt voivat itse päättää hinnoittelustaan, mutta kuitenkin niin, että hinnoittelu on kohtuullista ja se on perusteltavissa esimerkiksi tuotanto- kustannuksilla. (Krogerus, 2014). Kilpailu- ja kuluttajavirasto valvoo kaukolämpöyhtiöiden hinnoittelun oikeudenmukaisuutta sekä sitä, ettei hinnoittelu vääristä kilpailua kohtuuttomasti esim. tuotteiden ja palveluiden niputuksella. Ongelmallista on myös, jos hinta eroaa asiakkaiden välillä ilman erityistapauspiirteitä.

Kaukolämmön hinnoittelun täytyy siis vastata kustannuksia, jotta hinnat voidaan katsoa kohtuulli- siksi ja oikeudenmukaisiksi. Tämä on osa kilpailulainsäädäntöä, jolla turvataan kuluttajan etu (Kro- gerus, 2014). Lämmitysmarkkinoiden kilpailua valvoo kilpailu- ja kuluttajavirasto (KKV), jolla on laajat valtuudet edellyttää elinkeinonharjoittajalta selvityksiä ja tehdä tarkastuksia mm. elinkeinoharjoittajan liiketiloissa. KKV voi tutkia esimerkiksi elinkeinoharjoittajan kirjanpidon, tietojenkäsit- telytallenteet, muun dokumentaation ja liikekirjeenvaihdon. Jos KKV katsoo yrityksen käyttävän väärin määräävää markkina-asemaa, voi seurausmaksu olla 10 % yrityksen sen vuoden liikevaih- dosta. (Krogerus, 2018)

Tyypillisimmät määräävän markkina-aseman väärinkäytökset ovat kohtuuttoman korkea hinnoittelu, hintasyrjintä, uskollisuus- ja tavoitealennukset, sidonta ja niputtaminen sekä liikesuhteesta pi- dättäytyminen ilman asiallista syytä. Kohtuuttoman korkeaa hintaa voi olla vaikea määrittää, joten kilpailusääntöjen soveltaminen kohdistuu selkeisiin ja poikkeuksellisiin tapauksiin, joissa hinta sel- keästi poikkeaa tuotteen arvosta. Hintasyrjinnällä tarkoitetaan, että samankaltaisia asiakkaita tulee kohdella yhtäläisesti, ja jos näin ei toimita, on kyse hintasyrjinnästä. Jos hintaerolle on jokin peruste, kuten kustannukset tai esimerkiksi tuotteen ominaisuus- tai toiminnallisuusero, kyseessä ei ole hin- tasyrjintä. Huomion arvoista on, että hintasyrjinnän kriteerit voivat täyttyä myös tilanteessa, jossa erilaisilta asiakkailta peritään sama hinta samasta palvelusta tai tuotteesta. Krogeruksen (2014) sel- vityksessä mainitaan erilaisten ja samanlaisten asiakkaiden määrittelystä seuraavasti: ”Hinnoittelua eriytettäessä on suoritusten eroavaisuuden ohella olennaista tarkastella sitä, mitä tarkoitetaan kä- sitteillä erilainen ja samanlainen asiakas. Jakaminen erilaisten asiakkaiden kategorioihin perustuu pääasiallisesti eri asiakkaista toimittajalle aiheutuviin kustannuksiin sekä eri markkinoilla vallitse- viin taloudellisiin ja kilpailullisiin olosuhteisiin, jotka näkyvät esimerkiksi erilaisina kustannuksina.”

(Krogerus, 2014).

Uskollisuus- ja tavoitealennusten ja sitovien alennusten katsotaan olevan määräävän markkina-aseman väärinkäyttöä. Esimerkiksi alennuksen myöntämien asiakkaan kokonaisostojen perusteella.

Alennuksen katsotaan olevan aseman väärinkäyttöä, jos sillä on kilpailijoita poissulkeva vaikutus markkinoilla. Uskollisuusalennukset yleensä vaikuttavat juuri kilpailuun markkinalla, sillä

(18)

18

uskollisuudesta myönnettävä alennus ajaa asiakkaita pidättäytymään määräävässä markkina-asemassa olevan yhtiön asiakkaana. (Krogerus, 2014).

Kilpailijoita poissulkevaksi menettelyksi voidaan myös katsoa tuotteiden tai palveluiden niputtaminen ja sidonta, mikäli ne normaalisti hankittaisiin erikseen eikä niillä ole mitään todellista yhteyttä toisiinsa. Tällaisissa tapauksissa selvitetään markkinan tila, esimerkiksi onko markkinoilla toimi- joita, jotka tarjoavat samankaltaisia tuotteita tai palveluita erikseen. Selkeää muiden toimijoiden poissulkevaa toimintaa on ns. saalistushinnoittelu. Tämä tarkoittaa tuotteen tai palvelun hinnoittelua alle tuotantokustannusten. Krogeruksen (2014) selvityksessä saalistushinnoittelun toteamista selvennetään seuraavasti: ”Lähtökohtana oikeuskäytännön mukaan on, että keskimääräiset vältet- tävissä olevat kustannukset alittava hinnoittelu tarkoittaa väärinkäyttöä, koska jokainen myyntita- pahtuma tuottaa tappiota eikä menettelyllä tällöin voisi olla muita tarkoitusperiä kuin syrjäyttää kil- pailijat markkinoilta.”

”Kaukolämpötoimija voi eriyttää hinnoitteluaan määräävästä markkina-asemasta huolimatta. Hin- tojen eriyttämiselle tulee olla kuitenkin perusteltavissa oleva, yleensä erilaisista kustannuksista johtuva syy. Vastaavasti erilaisista palveluista ja tuotteista voidaan periä keskenään erilaista hintaa asiakkailta. Kustannuseroja voi aiheutua esimerkiksi asiakkaan kulutuksesta ja sijainnista sekä tarjot- tavien tuotteiden eroista. Jaottelu asiakaskategorioihin talon tyypin ja tilavuuden perusteella voi olla yksi peruste eriyttää hinnoittelua.” (Krogerus, 2014).

2.2 Kysyntä- ja kulutusjousto

Kulutusjoustosta puhuttaessa tarkoitetaan aktiivista kulutuspään joustoa, jossa asiakas aktiivisesti toteuttaa joustoa esimerkiksi hintasignaalin perusteella ja pyrkii optimoimaan kulutustaan energia- tai kustannussäästöjen motivoimana. Kysyntäjousto taas tarkoittaa esimerkiksi energiayhtiön tuo- tantotilanteeseen ja tuotantojärjestelmän tilaan perustuvaa optimointia, johon vaikutetaan tasoitta- malla hetkittäisiä kysyntähuippuja siirtämällä osa kulutuksesta toiseen ajankohtaan tai venyttämällä sitä tasaisemmaksi.

Kysyntä- ja kulutusjouston ero on myös valtasuhteissa. Kysyntäjousto perustuu vahvaan palveluntuottajan valtaan päättää optimaalinen ajankohta ja taso energian kysynnälle. Esimerkiksi energia- yhtiön ja taloyhtiön välinen sopimus siitä, että energiayhtiö optimoi rakennuksen kulutusta järjes- telmän kannalta parhaaksi katsomallaan tavalla pitäen sisäolosuhteet sovitun marginaalin sisällä.

Tällaisessa tilanteessa kulutuspää on passiivinen ja hyväksyy energiayhtiön joustotoiminnan taus- talla. Kulutusjoustossa taas, kuten aiemmin mainittu, kulutuspää on aktiivinen toimija, joka optimoi omaa kulutustaan. Tällöin asiakkaalla on valta omaan kulutukseensa ja voi päättää määrästä ja

(19)

19

ajankohdasta. Tällöin energiayhtiön on luotava oikeat kannustimet asiakkaalle joustoon, jotta se to- teutuu myös järjestelmän kannalta edullisesti ja jouston kokonaissäästöt jakautuvat molemmille osapuolille. Insentiivi kulutusjoustoon asiakkaan kannalta ovat esim. kulutushuippujen leikkaami- nen, jolloin hetkellinen tehontarve laskee, joka taas voi vaikuttaa hinnoitteluun, jos hinnoittelupe- rusteena käytetään hetkellistä huipputehoa (Motiva, 2019). Toinen mahdollisuus on energiayhtiön toteuttama dynaaminen hinnoittelu, jolloin hinta muodostuu joko tuotantokustannusten tai hetkel- lisen tuotantomäärän mukaan. Näin kulutusta voidaan hinnoittelun avulla siirtää. Sama logiikka toimii mm. SPOT-sähkösopimuksella, jolloin kuluttaja voi itse optimoida kulutuksensa hinnan mukaan, joka on myös järjestelmän kannalta edullista.

Sähkön ja lämmön kysyntäjoustojen analogioiden välillä on eroja, jotka johtuvat pääosin sähkön ja lämmön fundamentaalisista eroista energiamuotoina. Timonen, J. (2018) määritteli diplomityös- sään erot alla olevan taulukon 1 mukaisesti:

Taulukko 1. Sähkön ja lämmön kysyntäjouston fundamentaaliset erot. (Timonen, J., 2018)

Sähkö Lämpö

Ero tuotannossa ja kulutuk- sessa

Ero huomataan heti verkon taa- juudesta. Tuotanto ja kulutus pi- tää olla jatkuvasti tasapainossa, sillä muuten taajuus ei pysy tasai- sena.

Kulutuksen ja tuotannon ei ole pakko olla koko ajan täysin tasapainossa, sillä verkko itsessään varastoi energiaa. Muutokset ku- lutuksessa ja tuotannossa eivät näy välittömästi verkon toimin- nassa.

Varastointi Sähkön varastointi on mahdollista esimerkiksi akkujen tai vesialtai- den ja pumppujen avulla.

Lämpöakkuja on laajemmin käy- tössä, ja lämmön varastointikus- tannukset ovat suurilla lämpöva- rastoilla suuruusluokkaa 1/100 sähkön vastaavista.

Hinta On olemassa tuntihinnoiteltuja ja kausihinnoiteltuja sopimuksia.

Tarjolla on myös määräaikaisia sopimuksia, joissa sähkön hinta pysyy samana koko määräajan.

Pääsääntöisesti joko kausihinnoi- teltua tai koko vuoden sama hinta.

Dynaamista hinnoittelua kokeiltu mm. Fortum Spring -virtuaa- liakun yhteydessä.

(20)

20

Siirto ja tuotannon sijainti Valtakunnallinen verkko, siir- toetäisyydet voivat olla hyvinkin pitkiä, tuotanto voi olla hajautettua ja maantieteellisellä sijainnilla ei ole niin väliä, sillä siirto on lä- hes välitöntä.

Paikallinen verkko, lämpö tuotet- tava verrattain lähellä, verkkohä- viöt kasvavat matkan kasvaessa merkittävästi. Siirto ei ole väli- töntä, ja veden siirtyminen tuo- tantolaitokselta asiakkaalle voi kestää useita tunteja haja-asutus- alueilla.

Mittarointi Tällä hetkellä kaikilla käyttöpai- koilla on oltava tuntitason luenta.

EU-maat 60 minuutista 15 mi- nuutin mittaukseen.

Reilusti suurin osa mittauslait- teista on etäluettavia. Tuntiluen- taa ei ole lakisääteisesti pakko toteuttaa, eikä se ole kaikilla kulu- tusmittareilla mahdollista.

Eri alueilla toimivat energiayhtiöt vastaavat kaukolämmön tuotannosta ja siitä, että lämpöä riittää alueen rakennuksille jatkuvasti tarpeen mukaan. Kulutuksen ja tuotannon on siis kohdattava jatkuvasti alueen sisällä toisin kuin sähkön tuotannossa, jossa on sähkömarkkinat, johon voi myydä yli- jäämän tai ostaa paikkaamaan tarvetta. Toki sähköjärjestelmässäkin tuotannon ja kulutuksen tulee kohdata jatkuvasti, mutta se ei riipu yhden toimijan toiminnasta.

Erot kaukolämmön tuotannon ja kysynnän välillä voivat johtua joko ajallisesta tai maantieteellisestä syystä. Nämä johtuvat tuotannon ja kulutuksen välisestä välimatkasta ja ajallisesta erosta niiden vä- lillä. Välimatka ja ajallinen ero vaihtelevat eri tuotantolaitosten välillä.

Yleisin tapa korjata ero tuotannon ja kysynnän välillä on käyttää lämpökattiloita (HOB, Heat Only Boilers), joita yleensä käytetään täyttämään huippukysyntä. Vaihtoehtoisesti voidaan hyödyntää lämpöakkuja. Yksi vaihtoehto kysynnän ja tuotannon välisten kuilujen vähentämiseen on vaikuttaminen kaukolämpöasiakkaiden kulutukseen. Tämän avulla voidaan osittain korvata suurempia investointeja vaativia lämpöakkuja. Kysynnän ohjausta kutsutaan englanninkielisessä kirjallisuudessa termillä Demand Side Management (DSM), kysynnän hallinta, kun puhutaan kysynnän ohjauksesta laajemmin ja kaikesta siihen liittyvästä tekniikasta. Kun kyse on pienemmästä ja tarkemmasta jär- jestelmästä käytetään termiä Demand Response (DR), kysyntäjousto. Näitä termejä on käytetty jo pitempään sähköjärjestelmistä puhuttaessa. (Guelpa & Verda, 2020).

Guelpan ja Verdan (2020) mukaan kysyntään vaikuttaminen ei ole suoraviivaista ja yksinkertaista eri syistä. Ensinnäkin, tärkein kaukolämmön tavoite on ylläpitää sopivia sisäolosuhteita

(21)

21

rakennuksissa eikä vain toimittaa lämpöä kohteeseen. Tämä on myös lähtökohtana, kun aletaan vai- kuttamaan rakennuksen lämmönkulutukseen ja kulutusprofiiliin. Toiseksi, haasteena on ero kulu- tuspään summatun lämpökapasiteetin ja tuotantopään kuorman välillä. Tämä johtuu välimatkasta ja häviöistä kaukolämpöverkossa.

Guelpan ja Verdan (2020) tutkimuksen mukaan, vaikka jotkin tutkimustulokset ovat joskus kiistan- alaisia, tulokset kuitenkin osoittavat, että kysynnän hallinta voi tarjota selkeän mahdollisuuden huippukulutuksen leikkaukseen sekä säästöjä kustannuksiin ja primäärienergian kulutukseen.

Yuan et al. (2020) kertovat tutkimuspaperissaan, että sähkön kysyntäjoustoa pidetään tehokkaana keinona ylläpitää järjestelmän tasapainoa kysynnän ja tarjonnan välillä, ja että siitä on tullut yhä lupaavampi menetelmä luoda kustannussäästöjä ja vähentää hiilidioksidipäästöjä sähkömarkki- noilla. Heidän mukaansa myös kaukolämmön kulutusjoustolla on myös merkittäviä mahdollisuuksia energiantehokkuuden, energiansäästöjen ja CO2-päästöjen vähentämisen suhteen. Kaukoläm- mön kulutusjousto on hyvin mahdollista toteuttaa, mutta siitä on vain harvoja tutkimuksia viime vuosilta. Tutkimuksessa mainitaan muun muassa, että dynaamiseen kaukolämmön hintaan perustuvan ohjausalgoritmin hyödyntäminen kohteen lämmityksen ja ilmanvaihdon tuloilman lämpöti- lan asetusarvojen säätöön antoi tuloksen, jonka mukaan vuotuiset lämmityskustannukset voivat laskea kulutusjouston ja hajautetun lämmitysohjauksen avulla 6 %.

Kaukolämmön kysyntäjoustoa on tutkittu runsaasti lupaavin tuloksin. Tutkimukset painottuvat luonnollisesti pohjoisiin osiin ja etenkin Pohjoismaihin, sillä lämmön tarve talvikausina on merkit- tävää verrattuna etelämmässä oleviin maihin, jolloin kiinnostus asiaan on ilmeinen. Jo pitkään on tutkittu ja myös toteutettu jonkin verran kaukolämmön kysyntä- ja kulutusjoustoa pyrkimyksenä vähentää päästöjä ja irtautua päästörikkaasta polttamiseen perustuvasta lämmöntuotannosta. Jär- jestelmän energiatehokkuus, hukkalämmöt, hajautetut lämmitysratkaisut, lämmön varastointi ja joustavuus ovat oleellisia osia tulevaisuuden lämmitysjärjestelmää. Kysyntäjoustoa ja erilaisia läm- pöakkuratkaisuja ovat tutkineet muun muassa Cai et al. (2018), Guelpa ja Marincioni (2019) ja Eg- ging-Bratseth et al. (2021). Tutkimuksissa tulokset näyttävät huomattavaa potentiaalia kulutushuippujen leikkaamisen, kustannusten vähentämisen ja päästöjen alasajon suhteen. Kulutusjoustosta ja dynaamisesta hinnoittelusta on selvästi vähemmän tutkimuksia ja ongelma on juuri vallan siirtyminen osittain kulutuspäähän ja täyden ohjailukyvyn puuttuminen energiayhtiöltä, mikä voi vaikuttaa järjestelmätasolla tuotannon ja kaukolämpöverkon optimaaliseen toimintaan.

(22)

22

2.3 Kaukolämmön hinnanmuodostus ja kustannukset

2.3.1 Kaukolämmön hinnanmuodostus

Kaukolämmön hinta muodostuu perinteisesti liittymismaksusta, tehomaksusta (tai vesivirtamaksusta) ja energiamaksusta. Maksut kattavat eri osia kokonaiskustannuksista. Liittymismaksu kohdistuu investointiin vaihdettaessa lämmityskohteen lämmitysmuoto kaukolämpöön tai uuden kohteen liittymiseen kaukolämpöverkkoon. Liittymismaksu vaihtelee eri kaukolämpöyhtiöiden välillä jonkin verran. Tehomaksu tai vesivirtamaksu mitoitetaan asiakkaan kiinteistölle ominaisen huippukulutuksen perusteella. Tämän kulutuksen mitoitukseen voidaan käyttää laskennallista kulutusta, esimerkiksi uudiskohteen LVI-suunnitelmiin perustuen, tai aikaisemman tietyn periodin kulutuksen perusteella eri yhtiöiden käytännöistä riippuen. (WSP Finland Oy, 2014).

Kaukolämmön käyttömaksu koostuu tehomaksusta ja energiamaksusta. Energiamaksu perustuu lämmön varsinaiseen kulutukseen kiinteistössä ja edellä avattu tehomaksu toimii huippukulutuksen lämpötehoon perustuvana perusmaksuna. Tehomaksulla kaukolämpöyhtiöt kattavat verkkojärjes- telmän ja tuotannon kiinteitä kuluja. Energiamaksulla vastaavasti katetaan tuotannon muuttuvia kustannuksia, kuten polttoaine, verot ja päästömaksut. Tehomaksun määrän määrittelyyn käytetään myös sopimustehoa, joka määräytyy kunkin asiakkaan arvioidun huipputehon perusteella.

Kaukolämpöyhtiöt ovat hinnoitelleet tuotteensa ja palvelunsa eri tavoin, mutta pääsääntöisesti poh- jautuen em. hinnoitteluun kuitenkin sisältäen aina liittymismaksun, joka voidaan sopimuksen mukaan maksaa osissa. Yleisimpiä hinnoittelumalleja energiamaksun osalta ovat mm. yksihintainen sopimus, jossa asiakas maksaa saman hinnan energiasta läpi vuoden (snt/kWh), kausihinnoittelu, jossa energian hinta on eri talvi- ja kesäkaudella (Paiho ja Saastamoinen, 2018) tai esimerkiksi, kuten Helenillä, talven ja kesän lisäksi syksy ja kevät on hinnoiteltu energian osalta erikseen (kuva 7).

(23)

23

Kuva 7. Kaukolämmön kausihinnoittelu (Helen, 2021c)

2.3.2 Kaukolämmön kustannukset energiayhtiölle

Kustannukset koostuvat kiinteistä ja muuttuvista kustannuksista. Kiinteitä kustannuksia ovat kau- kolämpöyhtiön kiinteistöt ja laitokset, henkilöstökulut, koneet ja laitteet, tontit ja tonttivuokrat sekä toiminnan ja investointien rahoitus. Lämmöntuotannon muuttuvia kustannuksia ovat polttoaineku- lut, päästöoikeudet (fossiiliset polttoaineet), tuotantoon kohdistuvat verot, sähkö (esim. lämpöpum- put), lämmön osto, lisävesi ja varastojen muutokset. (Korri, 2021).

Tässä työssä kiinteät kustannukset niputetaan yhteen ja tarkastellaan myöhemmin hinnoittelumal- leissa nimellä kiinteät kustannukset, joka kattaa em. kustannukset. Työssä tarkastellaan lähinnä muuttuvia kustannuksia, sillä dynaaminen hinnoittelu riippuu oleellisesti nimenomaan muuttuvista tuotannon kustannuksista. Kiinteät kustannukset huomioidaan kuitenkin hinnoittelussa etenkin laskettaessa kokonaiskustannuksia niin tuotanto- kuin asiakaspäässäkin. Kiinteistä kustannuksista tarkastellaan investointikustannuksia, sillä esimerkiksi lämpöpumput ovat hyvin pääomakustan- nuspainotteisia investointeja, joten sen merkitys työn kannalta on keskeinen. Lämpöpumppujen osuus Helenin tuotannosta on merkittävä ja sen merkitys kasvaa entisestään, kun Helen vähentää fossiilisilla polttoaineilla tuotettua energiaansa.

Polttoainekustannukset, polttoaineisiin liittyvä verotus sekä päästöoikeudet ovat keskeisin osa muuttuvia kustannuksia. Näihin kustannuksiin vaikuttavat voimakkaasti poliittiset toimet, joilla py- ritään ohjaamaan markkinan ja energiantuotannon kehitystä ja investointeja.

(24)

24

Merkittävin viime aikojen muutos tuotantokustannuksiin on peräisin päästöoikeuksista. Helsingin Sanomien (2021) mukaan vielä keväällä 2020 analyysitalot arvioivat päästöoikeuksien hinnan olevan 40 - 60 euroa per tonni CO2-ekv vuonna 2030, mutta tälle hintatasolle päädyttiin jo kevättalvella 2021 (kuva 8).

Kuva 8. Päästöoikeuksien hintakehitys kesä 2020 - kesä 2021 (Ember, 2021).

Tämä hinnan nopea nousu selittyy osin nopean talouskasvun odotuksella, joka on perinteisesti kas- vattanut energiankulutusta, jolloin oikeuksien kysyntä on kasvanut nopeasti. Lisäksi EU:n kiristyvät päästötavoitteet vaikuttavat päästökauppaan. Myös mm. turpeen energiakäytöstä luopumisen osalta käydään keskustelua liian nopeasta tuotantokustannusten noususta, sillä kustannukset ovat nousseet merkittävästi aikaisemmasta. Turvetuottajat ovatkin pyrkineet muuttamaan turpeen statuksen uusiutuvaksi energiaksi, jotta se ei olisi päästökaupan piirissä.

Fossiilisten polttoaineiden verotus on myös kiristynyt vähitellen. Alla olevasta taulukosta 2 nähdään, että esimerkiksi kivihiilen verotus ja veronkaltaiset maksut ovat nousseet viimeisen kymmenen vuoden aikana noin 58 %, maakaasun 130 % ja kevyen polttoöljyn noin 56 %. Merkittävin korotus ta- pahtui vuosien 2015 ja 2016 alussa.

Jotta verotus ja muut maksut ovat helpommin vertailtavissa on syytä mainita, että esimerkiksi vuoden 2020 kivihiilen maksut ovat noin 28,60 euroa/MWh (1 tonni kivihiiltä vastaa energiamäärältään noin 7 MWh:a) ja kevyen polttoöljyn energiasisältö on noin 10 kWh/l eli vuoden 2020 maksu 24,53 snt/l on 24,53 euroa/MWh.

(25)

25

Taulukko 2. Eri polttoaineiden ja sähkön kulutus- ja tuotantoverot, luvut sisältävät energiasisältö- veron, hiilidioksidiveron ja energiaveron (Tilastokeskus, 2021)

2.3.3 Kaukolämmön hinnan ja kustannuksien tulevaisuuden näkymät

Kaukolämmön hinnanmuodostumiseen kohdistuu muutospaineita, kuten koko lämmitysmuotoon yleisestikin. Muutospaine johtuu muun muassa lämmitysmarkkinoiden kehityksestä, kilpailevista lämmitysmuodoista ja hiilineutraalisuustavoitteista. Muutospaine hinnoitteluun ajaa kaukolämpö- yhtiöitä kehittämään tuotteitaan ja palveluitaan (Paiho ja Saastamoinen, 2018). Edelleen kasvava datan hyödyntäminen ja käyttö myös lämmityssektorilla on avannut mahdollisuuksia esimerkiksi reaaliaikaisen kaukolämmön kulutuksen seurantaan, joka taas on mahdollistaa erilaisten lämmitys- palveluiden tarjoamisen, kuten joustomahdollisuudet kulutuksen optimoinnin kautta.

Mahdollinen kehitys on, että lyhyen aikavälin hintojen nousu taittuu pitemmällä aikavälillä laske- vaksi. Tämä johtuu investoinneista uusiin lämmöntuotantomuotoihin, jotka eivät perustu polttamiseen. Tuotantokustannusten lasku etenkin lämmityskauden ulkopuolella muun muassa hukka- lämmöistä vähentää painetta asiakkaille tarjottavaan hintaan ja parantaa kaukolämmön kilpailuky- kyä. Lämmityskaudella kuitenkin tuotantokustannukset pysyvät todennäköisesti korkeampina myös tulevaisuudessa, sillä huippukulutusaikoina tarvitaan edelleen lämpölaitoksia. Tähän

(26)

26

ongelmaan voidaan mahdollisesti vastata lämpöakuilla ja kehittämällä joustoa järjestelmään. Toi- saalta, jos tuotantokustannukset laskevat päästöttömien tuotantoratkaisujen kautta suhteessa päästörikkaaseen tuotantoon, voivat järjestelmän kustannukset kuitenkin säilyä korkeampina.

Tämä johtuu siitä, että kustannukset voivat nousta järjestelmätason optimointiin ja ohjaukseen tarvittavien panostusten myötä. Automatisointi ja oppiva järjestelmä voi olla tässä tilanteessa ratkaisu järjestelmän monimutkaistuessa hajautetumpaan järjestelmään.

Myös pienet modulaariset reaktorit (Small Modular Reactor, SMR) ovat kehityksen alla ja voivat olla yksi tulevaisuuden ratkaisuista. Ydinvoima tuottaa sähkön lisäksi suuria määriä lämpöä, jota ei pitkien muun muassa turvallisuuteen liittyvien etäisyyksien takia kyetä hyödyntämään. SMR-laitoksia voisi olla mahdollista sijoittaa lähemmäs kaupunkeja, jolloin niillä voitaisiin myös kattaa lämmitystarpeita. (Lavonen, 2020). Nämä laitokset ovat kuitenkin vielä kehityksen alla ja yksi este voi olla yleinen sosiaalinen mielipide ydinenergiasta ja reaktoreiden sijoittelusta kaupunkien lähei- syyteen. Toiseksi esteeksi voi muodostua terroriturvallisuus.

Energiayhtiöiden tiekarttoja tarkasteltaessa huomataan, että energiajärjestelmä myös lämmityksen osalta on menossa yhä enemmän kohti hajautetumpaa ja hiiletöntä lämmitysjärjestelmää, jossa lämpöä tuotetaan monesta eri lähteestä hyödyntäen laajasti hukkaenergiaa, kysyntä- ja/tai kulutusjoustoa, lämpöakkuja, kaksisuuntaista kaukolämpöä ja muita hybridiratkaisuja esimerkiksi maalämmön ja kaukolämmön yhdistelmiä. Kehityssuunnista ja -suunnitelmista löytyy tietoa muun muassa Helenin ja Fortumin verkkosivuilta (Helen, 2021d ja Fortum, 2021).

Kuva 9. Havainnekuva Espoo Clean Heat -projektista (Fortum, 2021a).

(27)

27

Kuten kuvasta 9 nähdään, perustuu tulevaisuuden lämmitys yhä useampiin lämmönlähteisiin.

Hukkalämpöä saadaan muun muassa datakeskuksista ja kiinteistöistä avoimen kaukolämpöverkon kautta, johon asiakkaat voivat myydä ylijäämälämpöä. Samalla hiileen perustuvia lähteitä suljetaan ja investoidaan lämpöpumppuihin, sillä sähkö voidaan tuottaa päästöttömästi. Olennainen muutos on siirtyminen vahvasti keskitetystä lämmöntuotannosta kohti hajautettua järjestelmää.

2.4 Hinnoittelumallit

2.4.1 Hinnoittelumallit yleisesti

Hinnanmuodostuksessa arvioidaan ensin tuotteeseen olennaisesti vaikuttavat tekijät, kuten kilpailu ja kilpailijoiden hinnat, tuotteen tai palvelun omakustannusarvo. Muita vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa tuotantokustannus, elinkaari, saatavuus, sesongin vaikutus, korvaavien tuotteiden hinnat ja oma markkina-asema. (Markkanen, 2018).

Perinteisesti tuotteen tai palvelun hinnanmuodostusmallit jaetaan kolmeen ryhmään; markkina-, kustannus- ja arvoperusteinen hinnoittelu. Markkinaperusteinen hinnoittelu muodostuu nimensä mukaisesti markkinoilla kysynnän ja tarjonnan mukaan. Tässä mallissa sekä myyjä että ostajat ovat hinnanottajia eli eivät voi vaikuttaa tuotteen tai palvelun hintaan, vaan hinta saadaan markkinoilta vaihtelevana. Tämä myös tarkoittaa, että tuotteen katteet vaihtelevat ja katetta parantaakseen myyjä voi yrittää laskea tuotantokustannuksia. Markkinoilla muodostuvaan hintaan myös vaikuttaa muut saman tarpeen korvaavat tuotteet. (Markkanen, 2018).

Kustannusperusteinen hinnoittelu perustuu tuotteen tai palvelun kustannuksiin. Näitä ovat muun muassa työ, raaka-aineet ja kiinteät kustannukset. Tämä hinnoittelumallin perusajatus on yksinker- tainen, sillä yritys käytännössä päättää katteensa suuruuden ja lisää sen kustannusten päälle, jolloin muodostuu tuotteen/palvelun myyntihinta. Yrityksen tulee kuitenkin huomioida kilpailu ym. tuotteen myyntii vaikuttavat tekijät, jotta sille on myyjän kannalta sopivasti kysyntää. (Markkanen, 2018).

Arvoperusteinen hinnanmuodostus taas perustuu asiakkaan tuotteelle tai palvelulle katsomalle ar- volle. Tällaisella hinnoittelulla on mahdollisuudet korkeaan katteeseen. Arvoperusteiseen hinnoitteluun liittyy olennaisesti myyjän aseman ainutlaatuisuus ja kyky viestiä tuotteen tai palvelun lisäarvo asiakkaalle (Markkanen, 2018).

Avlonitis ja Indounas (2005) tutkivat palvelusektorin hinnoittelumetodeja ja hinnoittelun päämää- riä. Tutkimuksen perusteella yleisimpiä yritysten hinnoittelumetodeja olivat ns. cost-plus-metodi,

(28)

28

eli kustannusperusteinen hinnoittelu sekä hinnoittelu markkinoiden keskihinnan perusteella eli markkinaperusteinen hinnoittelu. Heidän mukaansa yritysten palvelujen hinnoittelussa yleisin ke- hittämisen kohde on hinnoittelun ja alun perin asetettujen hinnoittelun päämäärien välillä. Hinnoit- telu ei usein palvele niitä päämääriä, jotka sille on asetettu. Tällöin hinnoittelusta voi muodostua pullonkaula myynnille.

2.4.2 Kaukolämmön hinnoittelumallit

Kaukolämpöyhtiöiden tarjoamat hinnoittelumallit ovat lähes yksinomaan hinnoiteltu perinteisen mallin mukaan, jossa hinta koostuu liittymismaksusta, perus-/tehomaksusta (joka perustuu tehon- tarpeeseen tai vesivirtaan) ja energiamaksusta, joka perustuu lämpöenergian kulutukseen. (Korri, 2021).

Helsingissä käytetään sopimusvesivirtaa perusmaksun perusteena. Sopimusvesivirralla tarkoitetaan asiakkaan käyttöön varattua suurinta kaukolämpöveden virtaamaa tunnissa (m³/h), mikä riittää Suomen rakentamismääräyksien mukaan lämmittämään kiinteistön mitoitusulkolämpötilassa -26

°C. Kaukolämmön laskutus muodostuu energia- ja vesivirtamaksusta. Energiamaksu perustuu asiakkaan energiankäyttöön ja sopimusvesivirta toimii kaukolämmön vesivirtamaksun perusteena. So- pimusvesivirta määritellään toteutuneiden kulutuslukemien perusteella, joten asiakkaat voivat vaikuttaa sopimusvesivirtaan vähentämällä kiinteistönsä kaukolämpövesivirran tarvetta. Lisäliittymis- maksu lasketaan niin, että uutta sopimusvesivirtaa vastaavasta liittymismaksusta vähennetään aiemmin maksettu liittymismaksu, joten maksettavaksi jää näiden erotus.

Vaihtelua eri toimijoiden ja sopimusten välillä syntyy lähinnä energiamaksun osalta, jossa suosi- tuimpia ovat kiinteä hinnoittelu ja kausihinnoittelu. Kiinteässä hinnoittelussa energiamaksu pysyy vakiona läpi vuoden tai osa yhtiöistä tarjoaa myös useamman, kuten kolmen tai viiden vuoden sopimuksia kiinteällä energiamaksulla. Toinen yleinen energiamaksuhinnoittelu on kausihinnoittelu, jossa hinta päivittyy erikseen määrätylle kaudelle. Kausihinnat voivat olla jaksotettu, kuten aikai- semmin tässä työssä mainittu, kesälle ja talvelle tai näiden lisäksi vielä keväälle ja syksylle erikseen.

Osa lämpöyhtiöistä tarjoaa myös kuukausittain päivittyvää hinnoittelua. (Korri, 2021)

Kiinteän hinnoittelun hyviä puolia ovat selkeys, ennakoitavuus ja helppous pitemmän ajan sopimuk- sena. Toisaalta kiinteä hinta ei vastaa sopimuskauden aikana tapahtuvaa kustannusten vaihtelua, joten hinnanmuodostuksen läpinäkyvyys kärsii ja asiakas ei voi erottaa milloin tuotanto on kalliimpaa, ja tämä taas ei kannusta säästötoiminenpiteisiin, kuten laiteinvestointeihin. Kustannusvastaa- vuus on tällöin katsottavissa pitkän ajan keskimääräisten kustannusten kanssa. (Korjus, 2016) Kausihinnoittelu vastaavasti osoittaa kuluttajalle kustannusten vaihtelun eri vuoden aikoina tai kuu- kausina. Hinta esimerkiksi lämmityskaudella on selvästi korkeampi kuin kesällä, jolloin lämmitystä

(29)

29

käytetään lähinnä käyttöveden lämmitykseen. Kausihinnoittelu kannustaa seuraamaan kulutusta ja mahdollisesti investoimaan tehokkaampaan laitteistoon hintasignaalin avulla. Hinnoittelun lä- pinäkyvyys ja perustuminen tuotantokustannuksiin on helpommin todennettavissa, mutta toisaalta asiakkaan näkökulmasta kustannusten ennakoitavuus kärsii jonkin verran, sillä lämpöyhtiöt usein antavat seuraavan kauden hinnan noin kuukautta ennen sen voimaan tuloa. Tämä liittyy myös kil- pailulainsäädäntöön, jossa hintojen esittely turhan aikaisin voidaan joissain tapauksissa katsoa yri- tyksenä vaikuttaa kilpailuun markkinalla (Korjus, 2016). Kausihinnoittelu on Energiateollisuuden vuoden 2021 (01.01.) tilastojen mukaan 43 kaukolämpöverkkoalueella 228 alueesta, ja näillä toimii 18 eri yhtiötä 108:sta. Vuoden 2019 (01.07.) 42 alueella 225 alueesta. Näillä alueilla toimi 15 eri kau- kolämpöyhtiötä, kun lämmön myyjiä on yhteensä 109. Vuonna 2016 taas vastaavat luvut olivat 13/215 aluetta ja 7/104 yhtiötä.

Yleisesti hinnoittelumallien kehitys on ollut hyvin hidasta kaukolämpömarkkinoilla. Määräävä markkina-asema ja vakiintuneet käytännöt on pitäneet vanhat toimiviksi todetut käytännöt pitkään voimassa. Viime vuosina kuitenkin kaukolämpöyhtiöt ovat tuoneet markkinoille uudenlaisia tuotteita, esimerkiksi kaukolämpöpalveluja, kulutuksen seurantaan liittyviä mahdollisuuksia, optimoin- tipalveluja joko itse tai kolmannen osapuolen kanssa yhteistyössä, kaksisuuntaista lämpöverkkomal- lia, jossa asiakas voi myydä verkkoon tarpeettoman lämmön sekä hybridihinnoittelumalleja. (Kor- jus,2016)

Esimerkiksi Ruotsissa on käytössä tuntihinnoiteltu kaksisuuntainen lämpömarkkina, jossa asiakas voi myydä ylijäämälämpönsä verkkoon tuntihinnoittelun mukaan. Suomessa tällaista markkinaa ei ainakaan toistaiseksi ole. Kaukolämpötuotteita on myös kehitetty kestävä kehitys edellä, kuten He- lenin uusiutuva kaukolämpö, joka on tuotettu lämpöpumpuilla jäteveden hukkalämmöstä. Hybridi- hinnoittelu tarkoittaa hinnoittelumallia, jossa asiakas käyttää esimerkiksi maalämpöä tai ilmaläm- pöpumppua päälämmitysmuotona, mutta käyttää kuitenkin kaukolämpöä huippuja varalämmityk- senä.

Valery Stennikov ja Andrey Penkovskii (2020) tutkivat kolmen eri kaukolämmön hinnoittelutavan eroja. Tarkastelussa oli vapaa hinnoittelu tarjonnan ja kysynnän mukaan eli markkinaperusteinen hinnoittelu, kokonaiskustannuksiin perustuva hinnoittelu ja marginaalikustannuksiin perustuva hinnoittelu. Kaksi jälkimmäistä ovat kustannusperusteisia hinnoittelumalleja. Markkinaperusteinen hinta mallinnettiin vapaasti markkinoilla muodostuvan hinnan mukaan, joka perustui mikroeko- nomian monopolimarkkinamalliin. Näin hinnassa otettiin huomioon yksinkertaisesti niin energiantuotannon kuin siirronkin kustannukset.

Tuloksien mukaan markkinaperusteinen malli oli energiayhtiölle voiton maksimoinnin kannalta edullisin malli. Markkinamallilla tuotettiin vähiten lämpöä ja sen hinta oli korkein, kun taas tuotanto

(30)

30

oli suurinta ja hinta alhaisin marginaalikustannuksiin perustuvassa mallissa. Tutkimuksen markki- namalli nosti kuluttajien hintoja noin 30 % ja tuottajan voittoja noin 17 %. (Stennikov ja Penkovskii, 2019).

Sernhed et al. (2017) tutkivat kaukolämmön hinnoittelumalleja kuluttajien näkökulmasta Ruotsissa.

Heidän mukaansa hinnoittelussa kaksi yleisintä ongelmaa ovat kustannusvastaavuuden puutteesta johtuva rahoitusriski ja järjestelmän kannalta epäedulliset kulutuspään investoinnit ja muut ener- giatoimet. Kaukolämmön hinta ei siis kohtaa todellisten kiinteiden ja muuttuvien kustannusten kanssa eli tuotot lämpöliiketoiminnasta eivät reflektoi todellisia tuotannon kustannuksia, jolloin investointien rahoituksen riski on korkeampi. Toisaalta samasta syystä hinnoittelumallit, jotka eivät vastaa tuotannon ja lämpöverkon kustannuksia voivat aiheuttaa tilanteita, jossa kuluttajan energia- tehokkuustoimet ja muut investoinnit laskevat tehokkuutta järjestelmätasolla, sillä kuluttajat eivät toimi tuotantokustannusten muodostamien kannusteiden perusteella.

Erityisesti asiakkaan kannalta ongelmallista on, jos energian säästö ei samalla tuo kustannussäästöjä asiakkaalle. Asiakkaan on hankala arvioida omia kustannuksiaan ja mm. investointeja laitteisiin, jos energiakustannukset eivät ole ennustettavia. Epävarmuus kustannuksista ajaa asiakkaita valitse- maan kilpailevia lämmitysvaihtoehtoja. (Sernhed et al., 2017).

2.5 Kaukolämmön tuntihinnoittelu

Kaukolämmön tuntihinnoittelu avaa uusia mahdollisuuksia toteuttaa mm. kulutusjoustoa nimenomaan kulutuspään johdolla. Tällä hetkellä hinnan ollessa tietyn kauden vakio, ei asiakkaalla ole mitään insentiiviä optimoida tai ohjata kulutustaan todellisten kustannusten ja pääsääntöisesti päästörikkaimman tuotannon mukaan. Tuntihinnoittelun kannustaman kulutuksen ohjauksen avulla asiakas voi siirtää kulutustaan halvemmille tunneille esimerkiksi ostamalla optimoinnin pal- veluna, panostaa energiatehokkuuslaitteistoihin ja saada investoinnille paremman tuoton. Lisäksi asiakas maksaa kuluttamastaan energiasta sitä vastaavat todelliset sen hetken tuotantokustannukset, voisi osallistua kaksisuuntaiseen kaukolämpömarkkinaan, toteuttaa ympäristötekoja vähentä- mällä kulutusta tunneilla, joilla tuotanto saastuttaa eniten ja näin parantaa myös julkikuvaansa täl- laisilla ilmasto- ja ympäristöratkaisuilla.

Toimivalla tuntihinnoittelumallilla toisaalta lämmön tuottaja hyötyisi säästöinä, jos joustava kuorma on riittävä jättämään esimerkiksi seuraavan öljykattilan käynnistämättä. Joustoa varten käytetään myös lämpöakkuja, joilla on mahdollista myös tasoittaa huipputuotantoa jossain määrin.

Helenin asiantuntija-arvion mukaan, jotta joustosta olisi Helsingin alueella tuotantokustannusten kannalta hyötyä Helenin liiketoiminnalle, joustavan kuorman tuli olla noin 50 - 100 MW, mutta jo pienempi, noin 15 MW, jousto voi ajoittain korvata mm. öljykattilan käynnistyksen joillakin

(31)

31

tunneilla. Joustoon kaukolämpöverkossa vaikuttaa myös joustavan kohteen tai kohteiden sijainti ja sen hetkinen tilanne tuotannossa, verkossa sekä kulutustarpeissa myös alueellisesti.

Mishra et al. (2019) tekivät tutkimuksen kaukolämmön kysyntäjoustosta ja kulutuspään hallinnasta yliopistorakennuksessa. Tutkimuksessa yliopistorakennuksen lämmitystä joustettiin dynaamiseen hintaan perustuen pyrkimyksenä pitää sisäolosuhteet tasaisina. Tutkimuksen aikana huomattiin, ettei joustolla havaittu merkittäviä muutoksia sisäolosuhteissa jouston aikana. Tutkimuksessa pää- dyttiin siihen, että hintasignaaliin perustuva kulutusjoustoa voidaan siis toteuttaa ilman olennaista vaikutusta käyttäjätyytyväisyyteen.

Tässä hinnan ohjaamassa tutkimuksessa mallinnettiin kaukolämmölle dynaamista hinnoittelua siten, että liukuva tuntihinta kuluvalle ja seuraavalle 24 tunnille oli jatkuvasti tiedossa, jonka mukaan lämmitystä ohjattiin optimoiden sitä kustannusperusteisesti kuitenkin olosuhteet huomioiden.

Arvio tuntihinnalle vuoden ajalle perustui dataan kaukolämpöenergialähteistä ja säätiedoista, jossa vertailuvuotena käytettiin vuoden 2012 dataa. Tuntihinta-arvio perustui tyypillisen Suomessa toimi- van kaukolämpöyhtiön lämpöliiketoimintaan. Dreau & Heiselberg -algoritmilla muodostettua tunti- hintadataa, joka piti sisällään energian, siirron ja verot (alv. 24 %), syötettiin kulutusjoustoalgorit- meihin, joilla järjestelmää testattiin. Suomessa kaukolämpöverkkoihin liitetyt lämpökeskukset ovat olemassa kulutushuippuaikojen tuotantoa varten eli ne käynnistetään aina vastaamaan tarvittavissa määrin kysyntähuippuja. Näin ollen, kaukolämmön hinta sekä päästöt kasvavat aina, kun tarve läm- mölle kasvaa hetkellisestikin. Tämä tarkoittaa vaihtelua kaukolämmön hinnassa lyhyelläkin aikavä- lillä.

(32)

32

Kuva 10. Energian 13 periodin tuntihintavaihtelut ja hinnan vaihtelun trendi Dreau & Heiselberg algoritmilla laskettuna. (kolmio: laskeva hinta, X: tasainen hinta ja O: nouseva hinta) Y-akselilla energian hinta sisältäen energian, siirron ja ALV24, X-akselilla aika periodeittain. (Mishra et al,

2019).

Joustoalgoritmi toimi siten, että se pyrki nostamaan tuloveden lämpötilaa silloin, kun hintakehitys oli nouseva, mutta vielä alhainen, ja näin ns. ladata rakennuksen termistä massaa (kuva 10). Ja vastaavasti hinnan ollessa laskeva, tuloveden lämpötilaa laskettiin, joka kevensi samalla myös kauko- lämpöverkon kuormaa hinnan ollessa vielä korkea. Kun hinta oli tasainen, rakennuksessa käytettiin standardin mukaista tuloveden lämpötilaa.

Tutkijat katsoivat olennaisimmiksi tutkimuksen tuloksiksi mm. sen, että hintasignaaliin perustuva kulutusjousto ei vaikuttanut käyttäjätyytyväisyyteen rakennuksessa jouston aikana. Ja joinakin aikoina jopa paransi rakennuksen käyttäjien tyytyväisyyttä sisäolosuhteisiin suhteessa vertailupe- riodiin, vaikka tällöin havaittiin suurtakin vaihtelua sisälämpötilassa. Tästä pääteltiin, että hajau- tettu strategia, jossa rajoitettiin tiettyjen huoneiden sisälämpötilan korkeaa ja alhaista lämpötilaa varmistamalla käyttäjätyytyväisyys, oli toimiva. Tutkimuksen perusteella, ryhmän onnistuttua pitä- mään olosuhteet pääsääntöisesti mukavuusrajojen sisällä, rakennuksen terminen massa, hintasignaaliin perustuva kulutusjousto käytetyllä algoritmilla osoittaa lupaavaa mahdollisuutta kohti jous- tavampaa energiajärjestelmää, jossa hyödynnetään vastaavaa joustoa lämmityksen osalta.

Liu et al. (2019) tutkivat marginaalikustannuksiin perustuvaa kilpailtua kaukolämpömarkkinaa ta- paustutkimuksen avulla Alankomaiden lämmitysmarkkinoilla. Tutkimuksessa mallinnettiin lämmi- tysmarkkinoita, jossa lämpö tuotettiin eri lähteistä ja hinta lämmölle muodostui markkinoilla mar- ginaalikustannusten ja kysynnän mukaan. Kustannuksissa laskettiin eri lämmönlähteille

(33)

33

kustannukset kiinteät ja muuttuvat kustannukset huomioiden sekä lisäksi hyötysuhteet. Näiden tie- tojen avulla pystyttiin mallintamaan markkinahinta kysynnän mukaan.

Sähkön hinnan ollessa korkea CHP-laitoksien kannattavuus paranee huomattavasti, sillä sähkön myynti parantaa katetta lämmön hinnan ollessa alhainen muiden lämmönlähteiden alempien tuotantokustannusten seurauksena. Kun sähkön hinta on korkea, voi CHP-laitoksen lämpöä myydä huomattavasti alhaisemmalla hinnalla, jolloin sille löytyy kysyntää. Sähkön hinta vaikuttaa siis mer- kittävästi simuloituun lämpömarkkinaan. Sensitiivisyysanalyysin mukaan CHP-laitosten kyky enna- koida ja mukautua sähkön hinnan muutoksiin on erittäin olennaista liiketoiminnan ja tuotannon kannalta.

Tutkimuksen mukaan, vaikka marginaalikustannuksiin perustuva markkinaperusteinen lämmön hinnanmuodostus voi taata kustannustehokkuutta järjestelmätasolla, sen avulla ei kuitenkaan päästä tarpeeksi suureen liikevaihtoon, jotta lämmöntuotanto olisi kannattavaa ja myynti kattaisi myös kiinteät sekä lämpöverkon kustannukset, poikkeuksena jätteenpolttoyhteistuotantolaitos.

Liu et al. (2019) päätyvät toteamaan, että markkinanperusteinen hinnanmuodostus vaatisi toimi- vuuden kannalta muita lisätuloja lämpöyhtiöille. Työssä mainitaan myös olennaisina osina markkinaa kannustimien luonti niille lämmöntuottajille, jotka pystyvät kustannustehokkaaseen liiketoimintaan. Näin kuluttajien kokonaiskustannukset ovat mahdollisimman vähäisiä sekä uusien, kestä- vämmän ja tehokkaamman tuotannon, toimijoiden sisääntulo markkinoille pidetään mahdollisena.

2.5.1 Vaikutukset ja mahdollisuudet

Yleisesti kaukolämmön tuntihinnoittelulla toteutettua kulutusjoustoa tarkasteltaessa kiinnostus kohdistuu luonnollisesti isompiin kohteisiin niiden suuremman mahdollisesti joustavan kuorman takia. Tämä ohjaa fokusta kohti yritysasiakkaita, kuten kauppaketjut, kauppakeskukset ja toimisto- rakennukset, joilla on usein suuremmat liiketilat ja toimistot. Lisäksi potentiaalisia kohteita ovat mm. julkiset rakennukset ja uimahallit. Näissä kohteissa on useammin kehittyneet laitteistot, valmis ammattimainen energia-asioiden hoitaminen ja ymmärrys, mahdollisesti jonkin verran energiaop- timointia jo valmiiksi käytössä ja selkeät yhteyshenkilöt asiakkuuden kannalta. Asuinrakennuksista kiinnostavan tekee liittymien suuri määrä sekä se, että niissä olemassa olevat optimointijärjestelmät ovat usein yksinkertaisempia, jolloin järjestelmän implementointi voi olla yksinkertaisempaa.

Työssä tehdään simulointi tuntihinnoitellusta kulutusjoustosta myös Helenin keskimääräisestä asuinkerrostalosta sekä keskimääräisestä toimitilakohteesta.

Hailong Li et al. (2017) arvioivat kulutuksen ohjausta dynaamisen hinnoittelun avulla. Heidän mukaansa tuotannon kiinteisiin kustannuksiin eli tehoon perustuvan hinnoittelun tarkoitus on

(34)

34

motivoida kuluttajia muuttamaan kulutuskäyttäytymistä, joka vähentäisi huipputuotannon tarvetta pitemmällä aikavälillä, esim. laiteinvestoinneilla. Tämä ei kuitenkaan todennäköisesti poista huipputuotannon tarvetta järjestelmässä, sillä asiakkaiden kulutuskäyttäytyminen vaihtelee erilaisien tarpeitten takia, joten asiakkaiden huippukulutus ei ole samanaikaista. Tämän takia huippukulutuksen leikkaus ei välttämättä vähennä huipputuotannon tarvetta. Tutkimuksessa hyväksi hinnoittelu- malliksi nähtiin sellainen malli, joka on kustannusvastaava muuttuvien kustannusten kanssa, moti- voi asiakkaita vähentämään kulutustaan huippuhetkinä, samalla säästäen energiaa sekä on ennus- tettava, läpinäkyvä ja helposti ymmärrettävä.

Dynaamisen hinnoittelu, jossa huippukulutus on hinnoiteltu korkeammaksi, parantaisi energiayhti- öiden kykyä ennustaa huipputuotannon tarve ja kustannukset sen kattamiseksi. Lisäksi dynaaminen hinnoittelumalli tarjoaa myös läpinäkyvyyden asiakkaille, mikä on tutkimusten perusteella todettu tehokkaaksi tavaksi ohjata kuluttajia kohti energia- ja samalla kustannustehokkuutta. Hintasignaali, kun sen hinnanmuodostus on ymmärretty, on omiaan muuttamaan kulutustottumuksia koko järjes- telmän kannalta edullisesti. (Hailong Li et al., 2017).

Yuan et al. (2021) tutkivat kaukolämmön kulutusjouston potentiaalia uimahallissa Suomessa. Uima- halli on kiinnostava kohde, sillä uimahalleilla on merkittävä kysyntä lämmölle käyttöveden korkean kulutuksen, lämmityksen ja allasveden lämmityksen takia.

Tutkimuksessa kulutusjousto toteutettiin hintasignaalin kautta, jotta samalla saatiin kerättyä tietoa dynaamisen hinnoittelun, tuntihinnoittelun, toimivuudesta kulutuksen ohjauksena. Kaukolämmön hinnoittelussa hinta perustui polttoaineen hintaan ja se piti sisällään lisäksi verot sekä dynaamisen siirtohinnan. Hinnassa siinä ei otettu kantaa energiantuotannon tulevaisuuteen mm. polttoaineiden käytön muuttumiseen. Tuotanto katsottiin olevan CHP- ja huipputunneilla lämpökeskustuotantoa.

Kuvasta 11 nähdään kaukolämmön tuntihinnan kehitys vuoden aikana ja perinteisen kausihinnoit- telumallin hinta. Kuva osoittaa, että kausihinnoittelu tasoittaa tuotantokustannuksia alemmalla hinnalla myydyn lämmön vuoden aikana. Kausihinnoittelu vastaa karkeasti vuoden keskimääräisiä kustannuksia energiayhtiön arvioimalla katteella.

(35)

35

Tutkimuksessa keskimääräinen tuntihinta oli 50,63 €/MWh, keskihajonta eli keskimääräinen poikkeama odotusarvosta oli 23,24 €/MWh (46 %) ja hinta oli 20 % ajasta keskimääräistä hintaa korkeampi, josta voi päätellä, että silloin kun hinta oli keskimääräistä korkeampi, se oli reilusti korkeampi, kuten kuvasta 11 voidaan myös todeta.

Tutkimuksessa vertailtiin kahta uima-altaan lämmitystapaa. Toinen oli normaali lämmitys, jossa veden lämpötilaa pidettiin 26,5 °C ±0,5 °C ja toisessa tapauksessa veden lämpötilan annettiin vaihdella 26 ja 30 °C välillä, jolloin altaaseen voitiin varata lämpöä halvemmilla tunneilla ja välttää kalleimpia lämmitystunteja.

Kuva 11. Tutkimuksessa käytetty tuntihinta ja suomalaisen energiayhtiön kau- sihinta (Yuan et al. 2021).