Microsoftin datakeskukset kytkeytyvät osaksi Espoon kaukolämmön tuotantoa – ”Ihanteellinen lämmönlähde”

Espoon Hepokorvessa sijaitsevalla, Microsoftin datakeskuksen yhteyteen rakennetulla lämpöpumppulaitoksella tehdään jotain, mikä vielä muutamia vuosia sitten olisi kuulostanut hyvin poikkeukselliselta. Noin 30-asteinen hukkalämpö nostetaan hukkalämpöä hyödyntäen lämpöpumppujen avulla kaukolämpöverkkoon sopivaksi, jopa 86-asteiseksi. 

Laitos on yksi Fortumin tärkeimmistä askelista kohti vähäpäästöisempää kaukolämmön tuotantoa. Kyse on osasta Fortumin Espoo Clean Heat -ohjelmaa, jonka tavoitteena on korvata fossiilisiin polttoaineisiin perustuva lämmöntuotanto sähköistymisellä, lämpöpumpuilla, sähkökattiloilla ja hukkalämpöjen hyödyntämisellä. Vastaava laitos on rakenteilla myös Kirkkonummelle. 

– Nykyisin noin 85 prosenttia kaukolämmöstämme tuotetaan ilman fossiilisia polttoaineita. Hiilestä luovuttiin vuonna 2024. Espoon Hepokorven lisäksi rakennamme vastaavan lämpöpumppulaitoksen myös Kirkkonummelle, kertoo Fortumin projektipäällikkö Risto Tapanen.

Yhdessä laitokset nostavat datakeskusten hukkalämmön hyödyntämisen uuteen mittakaavaan: niiden arvioidaan kattavan noin 40 prosenttia Espoon, Kauniaisten ja Kirkkonummen kaukolämmön tarpeesta. Fortumin Espoon, Kauniaisten ja Kirkkonummen kaukolämpöverkko on Suomen toiseksi suurin. Putkiverkkoa on noin 900 kilometriä ja vuosittainen lämmöntuotanto ylittää kaksi terawattituntia.

Datakeskus lämmönlähteenä

Hepokorven laitoksen tuleva lämmönlähde sijaitsee viereisellä tontilla. Microsoftin rakenteilla olevan datakeskuksen palvelimet tuottavat jatkuvasti lämpöä, joka siirretään vesikiertoon. 

– Datakeskus ei ole vielä valmis, mutta lämpöpumppulaitos on jo tuotannossa. Tällä hetkellä lämpö tuotetaan laitoksen katolle asennettujen ilmavesilämpöpumppujen avulla, kunnes hukkalämpö saadaan käyttöön, Tapanen sanoo.

Datakeskuksen tietokoneissa syntyvä lämpö siirretään veteen ja johdetaan noin 30-asteisena Fortumin lämpöpumppulaitokselle, jossa lämpöpumput nostavat sen kaukolämpöverkkoon sopivaan noin 86 asteen lämpötilaan. Talven kylmimpinä jaksoina lämpötilaa voidaan nostaa edelleen sähkökattiloiden avulla jopa 115 asteeseen.

– Lämpöä luovuttanut vesi palautetaan noin 20-asteisena takaisin datakeskukselle, jossa palvelimet lämmittävät sen uudelleen. Kyseessä on suljettu kierto, jossa sama vesi kiertää datakeskuksen ja lämpöpumppulaitoksen välillä.

Hepokorven lämpöpumppuhalli on mitoitettu 36 vesi-vesilämpöpumpulle, mutta ensimmäisessä vaiheessa niitä on asennettu 16. 

– Naapuritontin eli Microsoftin datakeskuksen rakentaminen etenee vaiheittain, joten myös omaa tuotantoamme kasvatetaan portaittain sitä mukaa, kun hukkalämpöä tulee käyttöön, Tapanen kertoo.

Laitoksen kokonaisuutta täydentävät 20 katolle sijoitettua ilmavesilämpöpumppua sekä kaksi 50 megawatin sähkökattilaa. Lopullisessa muodossaan Hepokorven laitoksen lämmöntuotantokapasiteetti on noin 190 megawattia.

Fortumin tavoitteena on korvata uudella tuotantomuodolla erityisesti maakaasun käyttöä kaukolämmön tuotannossa. 

– Kun Microsoftin datakeskukset valmistuvat ja niiden palvelinsalit ovat täydessä käytössä, hukkalämmöllä voidaan kattaa noin 40 prosenttia Espoon, Kauniaisten ja Kirkkonummen kaukolämmön tarpeesta.

Tapasen mukaan Hepokorven hanke osoittaa, miten erilaisia tuotantomuotoja voidaan yhdistää samaan energiajärjestelmään. Lämpöpumput, sähkökattilat, lämpövarastot ja hukkalämpö täydentävät toisiaan, jolloin kaukolämmön tuotantoa voidaan ohjata joustavasti kulutuksen ja sähkömarkkinoiden mukaan.

– Kaikkia ratkaisuja ei rakenneta yhden teknologian varaan, vaan kokonaisuus muodostuu useista toisiaan tukevista tuotantomuodoista.

Sekä Hepokorven että Kirkkonummen suuret vesivesilämpöpumput toimitti Oilon. Ensimmäisessä vaiheessa järjestelmien yhteenlaskettu lämpöteho on noin 80 megawattia, joka on Suomen mittakaavassakin merkittävä. Oilonille kyseessä on yhtiön historian suurin lämpöpumpputoimitus.

Oilonin liiketoimintajohtaja Jussi Alpua kuvailee hanketta myös kansainvälisesti merkittäväksi.

– Kyseessä on maailman suurin datakeskuksen hukkalämpöä hyödyntävä järjestelmä. Olemme toimittaneet datakeskuksiin lämpöpumppuja vuosien ajan, mutta kohteet ovat olleet megawatista reilu kymmeneen megawattiin. Tässä puhutaan aivan eri kokoluokasta.

Lämpöpumpputeknologian näkökulmasta kyse ei kuitenkaan ole täysin uudesta innovaatiosta.

– Teknologia sinänsä ei ollut meille uutta. Uutta oli mittakaava: skaalasimme ratkaisut aiempaa suurempaan kokoluokkaan.

Datakeskus on ihanteellinen lämmönlähde

Lämpöpumpun kannalta datakeskus tarjoaa poikkeuksellisen hyvät lähtökohdat. Toisin kuin monissa teollisuusprosesseissa, lämpöä syntyy tasaisesti ympäri vuorokauden vuoden jokaisena päivänä. Lisäksi lämpötilataso on lämpöpumpulle suotuisa.

– Datakeskus on erittäin hyvä lämmönlähde. Sieltä tulee tasaisesti noin 30-asteista lämpöä eikä prosessissa tapahdu suuria vaihteluita. Lämpöpumppu pystyy toimimaan vakaasti ja tehokkaasti, Alpua sanoo.

Järjestelmän kokonaishyötykerroin eli COP on noin 6,6. Käytännössä tämä tarkoittaa, että yhdellä yksiköllä sähköenergiaa saadaan tuotettua jäähdytystä ja lämpöä noin 6,6 yksikköä.

Datakeskushankkeet ovat tällä hetkellä yksi nopeimmin kasvavista teollisuuslämpöpumppujen käyttökohteista. Alpua sanoo, että kehitystä vauhdittavat ennen kaikkea hiilineutraaliustavoitteet ja energian käytön tehostaminen.

– Aiemmin lämpöpumppuinvestointeja ohjasi lähes yksinomaan taloudellinen säästö. Nyt merkittävä ajuri on hiilineutraalius. Lämmitys halutaan sähköistää ja hyödyntää energia mahdollisimman tehokkaasti, hän sanoo.

Datakeskuksen tapauksessa lämpöpumput mahdollistavat sen, että palvelimien tuottama lämpö voidaan hyödyntää toiseen kertaan.

– Datakeskus käyttää sähköä palvelimien pyörittämiseen ja niiden jäähdyttämisestä syntyvä hukkalämpö hyödynnetään. Lämpöpumppujen avulla hukkalämpö voidaan ottaa talteen ja käyttää uudelleen kaukolämmön tuotannossa. Näin palvelimien käyttöön kulunut primäärienergia saadaan hyödynnettyä toiseen kertaan, mikä parantaa energiatehokkuutta ja vähentää lämmöntuotannon hiilidioksidipäästöjä.

Kylmäaineena R1234ze(E) 

Yksi hankkeen keskeisistä teknisistä ratkaisuista liittyy kylmäaineeseen. Oilon päätyi käyttämään lämpöpumpuissa R1234ze(E) kylmäainetta, jonka ilmastovaikutus on hyvin pieni, se on myrkytön, ja joka soveltuu samalla korkeisiin lämpötiloihin. 

– Valinnassa painoivat ennen kaikkea järjestelmän suorituskyky, turvallisuus ja kokoluokka. 

Vaikka luonnolliset kylmäaineet ovat viime vuosina nousseet vahvasti esiin lämpöpumppumarkkinoilla, ne eivät hänen mukaansa ole automaattisesti paras vaihtoehto kaikkiin käyttökohteisiin.

– Vaikka luonnolliset kylmäaineet, kuten hiilidioksidi ja hiilivedyt, ovat nousseet Euroopassa vahvasti esiin lämpöpumppukeskustelussa, Oilonin näkökulmasta tilanne on hieman erilainen. Toimimme maailmanlaajuisesti, eikä luonnollisiin kylmäaineisiin siirtyminen ole kaikkialla yhtä voimakkaasti esillä kuin Euroopassa. 

Esimerkiksi Yhdysvalloissa markkinaa ohjaavat eri säädökset ja vaatimukset kuin EU:ssa.

– Euroopassa keskustelu luonnollisista kylmäaineista on paljon näkyvämpää kuin monilla muilla markkinoilla. Tähän on myös Oilon reagoinut. Teemme ensimmäisen toimituksen hiilivetykylmäaineilla tämän vuoden aikana, Alpua päättää.