Uusi teknologia muuttaa energianjakelumme pysyvästi – kaukolämpöverkon maanalaisista putkistoista voidaan nyt kerätä arvokasta dataa

Teknologiayhtiö Digita Oy, kaukolämpöventtiileiden valmistaja Vexve Oy ja IoT-kokonaisratkaisuja tarjoava iProtoXi Oy ovat yhteistyössä aloittaneet kaukolämpö- ja kaukokylmäverkkojen digitalisaation.

– Uusi iSENSE-tuoteperhe muodostuu älykkäistä monitoriratkaisuista, jotka on kehitetty kaukolämpö- ja kaukokylmäverkkojen suureiden mittaamiseen. Suureita mitataan suoraan maanalaisesta putkiverkostosta, Vexven tuotepäällikkö Riina Lahti kertoo.

Kaukolämpöverkon suureita, kuten painetta ja veden virtausta, ei aiemmin ole mitattu maanalaisesta verkosta. Vuodonvalvontaan liittyviä mittauksia on puolestaan tehty manuaalisesti paikan päällä. Koska tiedonkeruu on vaatinut siirtymiä ja työtunteja, on mittauksia tehty suhteellisen harvoin.

– Voimaloissa ja pumppaamoissa paineen, lämpötilan ja virtaaman arvot ovat hyvin mitattavissa. Sen sijaan maanalaisista kaukolämpöverkostoista saatava data on erittäin vähän käytössä. Monesti toimitaan vain karkeiden arvioiden ja manuaalisin mittauksin kerätyn tiedon varassa, Vexven liiketoiminnan kehitysjohtaja Jari Randell pohjustaa.

Uuden kaukolämpöventtiiliratkaisun myötä kaikkia suureita voidaan seurata reaaliaikaisesti, sillä IoT-teknologian avulla kerätyt tiedot siirtyvät automaattisesti pilvipalveluun.

Monialaisuus haasteena ja vahvuutena

Ihan yksinkertaista uudenlaisen teknologian kehittäminen ei ole ollut. Yhteistyössä Digita tarjoaa ratkaisun pohjaksi LoRa-teknologiaan (Long Range) pohjautuvan IoT-verkon (Internet of Things).

– IoT-verkkomme sopii erityisesti pienten datamäärien lähettämiseen ja vastaanottamiseen pitkilläkin lähetysetäisyyksillä energiatehokkaasti. Verkkomme vahvuus on hyvä kuuluvuus haastavissakin olosuhteissa. Juuri tästä syystä IoT-verkko on ihanteellinen ratkaisu maanalaisen kaukolämpöverkon seurantaan, kertoo Digitan IoT-liiketoiminnan myyntijohtaja Mika Flinck.

– Digita on mahdollistanut sen, että tieto liikkuu. Toisen yhteistyökumppanimme iProtoxin kanssa teemme yhteistyötä pilvipalvelun ja laitevalmistuksen osalta, Randell kertoo.

Oman haasteensa on tuonut se, että kaikilla yrityksillä on toisistaan eroava erikoisosaamisen ala. Vexve on erikoistunut kaukolämpöverkon venttiiliratkaisuihin, iProtoXi IoT-teknologiaa soveltaviin ratkaisuihin ja Digita on langattomiin viestintäverkkoihin erikoistunut yritys. Joustavuudella on kuitenkin päästy pitkälle.

– Tällaisen tuoteperheen kehityksessä on monta osa-aluetta. Tarvitsemme toinen toisiamme. Vaikka emme aina puhu samaa kieltä, haluamme oppia toisiltamme. Olemme onnistuneet siinä mielestäni hyvin, Randell sanoo.

Alustasta räätälöidyksi ratkaisuksi

Teollisuuden IoT-ratkaisuihin keskittyvä iProtoXi toi projektiin oman Aistin-alustansa, joka on kehitetty tukemaan asiakasratkaisujen ja kokonaisjärjestelmien nopeampaa ja kestävämpää toteutusta.

– Meillä on valmis alusta, joka sisältää laitealustan ja pilvipalvelun, elektroniikkaa ja ohjelmiston. Alustasta räätälöimme asiakkaan tarpeisiin sopivan ratkaisun, iProtoXin myyntijohtaja Juha Ryynänen kertoo.

Vexven kehittämää ratkaisua kutsutaan iSENSE-tuoteperheeksi. Ratkaisu käsittää laitteiston ja pilvipalvelun.

– Pilvipalvelusta voidaan hallita laitteita ja muuttaa joitakin parametreja. Laitteen ohjelmistoa voidaan myös päivittää etänä, jos sellaiseen on tarvetta, Ryynänen sanoo.

Tietoturvallinen alusta hyödyntää viimeisintä teknologiaa. Joustava ratkaisu voidaan integroida asiakkaan muihin ohjelmistoihin ja systeemeihin. Vähitellen laajentuessaan ratkaisu yhä edelleen vähentää yllätyksiä kaukolämpöverkoston toiminnassa tehden energianjakelusta tehokkaampaa ja ennustettavampaa.

– Kun kaukolämpöputkiverkostoon laitetaan esimerkiksi yksi pumppuasema lisää, se voi vaikuttaa virtaussuuntaan ja näin verkoston tehokkuuteen. Suureita mittaamalla tällaiset muutokset havaitaan heti, Lahti kertoo.

Kaukolämpöjärjestelmän automaattisen seurannan tärkein tehtävä on ennustaa putkiston kuntoa ja järjestelmän toimintaa. Ensimmäiset pilottilaitteet asennettiin todellisiin verkosto-olosuhteisiin syyskuussa 2017. Projekti toteutettiin hyvin tuloksin, jonka jälkeen lopullinen laite tuotteistettiin. Seuranta tuo vakautta sekä kaukolämpöyhtiöille että heidän asiakkailleen.

Verkon perusperiaate on teräsputki, jossa kaukolämpövesi virtaa. Lisäksi putken päällä on eristetty suojakuori. iSENSE-laite puolestaan on kaukolämpöjärjestelmään kuuluvassa kaivossa, jossa sijaitsee venttiili. Anturit mittaavat venttiilistä ja putkesta sekä painetta että veden lämpötilaa. Lisäksi laite mittaa kaivon olosuhteita ja putken kuorieristeen kosteutta.

– Eristeen kosteus indikoi, että joko putki vuotaa tai jostain muualta pääsee kosteutta eristeeseen. Putkivuoto on tietysti se ikävin asia, mutta myös eristeen kosteus voi aiheuttaa korroosiota ja ruostuttaa putkea, Lahti sanoo.

Ryynänen painottaa, että useat kehityskierrokset ja pilottivaihe ovat varmistaneet, että iSENSE-järjestelmä toimii itsenäisesti maan alla.

– Laitteeseen harvestoidaan energiaa putkistosta erillisen harvesterin kautta. Laitteessa on myös patterivarmistus sen varalle, että harvesteri ei riitä. Olemme laskeneet, että laite toimii itsenäisesti ilman huoltoa vähintään kahden vuoden ajan, iProtoXin toimitusjohtaja Janne Kallio vakuuttaa.

Suomi on kaukoenergiaventtiilien digitalisaation etunenässä, ja iSENSE-ratkaisuja on toimitettu jo useisiin Euroopan maihin.

– Ohjelmistotukena olemme tehneet muutoksia pilveen, mutta muuten sama laite toimii sielläkin. Emme ole vielä löytäneet kilpailijaa maailmalta, Kallio sanoo.

Laite esti suuret vahingot

Noin vuosi sitten huhtikuussa iSENSE-laite ilmoitti verkon mahdollisesta vuodosta. Koska kyseisen alueen verkko oli vasta rakennettu, oli vuoto epätodennäköinen.

– 900 metrin matkan päästä laitteesta kuitenkin löytyi halkaisijaltaan 600 millinen runkoputki, joka oli ruostunut melkein puhki. Syy oli kaukolämpöputken vuotava suojakuori, 30 vuotta kaukolämpöventtiilien kanssa työskennellyt Randell muistelee.

Kaukolämpöputken suojakuoren vuoto ei vielä tarkoita sitä, että itse putki vuotaisi. Kuoren alle kertynyt kosteus aiheuttaa kuitenkin korroosiota teräsputken pintaan. Korroosion edetessä myös putki alkaa aikaa myöten vuotaa.

Koska kuoren vuoto havaittiin pulssimittauksen avulla, tiedettiin korjaustyötä vaativan putken sijainti tarkasti. Vuodon tarkka paikallistaminen on tärkeää, sillä näin säästetään sekä työtunneissa että muissa kokonaiskustannuksissa.

– Paikalla, jossa vuoto havaittiin, sijaitsee yli viiden kilometrin pituinen kaukolämpöverkon yhdyslinja. Koko pätkän korjauskustannusarvio oli useita miljoonia euroja. iSENSE-järjestelmän hinta puolestaan oli alle 0,4 % kokonaiskustannuksista, Randell sanoo.

iSENSE-ratkaisun avulla säästyttiin mittavilta korjaustöiltä. Vuotokohta paikannettiin ja se saatiin korjattua urakoitsijan toimesta vielä putkiston takuuaikana. Samanlaisia vuotavia putkien suojakuoria on kaikkialla verkostoissa. Verkostojen putkistot rakentuvat 6-18 metrin mittaisista putkista. Kun putket liitetään toisiinsa, tulee putkistoihin liitoskohtia, jotka ovat potentiaalisia vuotokohtia. Viiden kilometrin mittaiseen putkistolinjaan, jossa on meno- ja paluuputki, tulee useita liitoskohtia. Useiden liitoskohtien myötä suojakuorien vuotoriski kasvaa.

– Ilman järjestelmää vuoto ei olisi tullut ilmi. Alueen pohjavesi on korkealla, joten putket ovat monessa paikassa veden alla koko vuoden. Kaiken lisäksi pohjavesi on Suomessa haastavaa, sillä talvisin kaduille laitetaan suolaa. Vesi ei siis ole makeaa vettä, mikä kiihdyttää korroosiota entisestään, Randell kertoo.

Urakoitsijan tehdessä korjaustöitä putkiston kuoresta löytyi lisää vuotoja. Yhden vuodon korjaus vaatii sekä koneita että työvoimaa. Työt voivat kestää useita päiviä.

15 000 euron investointi seurantajärjestelmään on pieni summa miljoonien eurojen arvoisten korjaustöiden rinnalla. Tämän kyseisen vuodon tapauksessa säästyttiin monilta kustannuksilta myös sen vuoksi, että putkisto oli vastikään rakennettu.

– Oli onni onnettomuudessa, että vika havaittiin putkiston takuuaikana. Ilman iSENSE-järjestelmää vuoto olisi voitu löytää vasta vuosien kuluttua. Silloin putkessakin olisi jo vuoto, Randell sanoo.

Randellin mukaan on tyypillistä, että kaukolämpöverkon vuodot tapahtuvat pahimpaan mahdolliseen aikaan. Yleensä silloin, kun on kaikkein suurin lämmityksen tarve talvella. Suurimmat vuodot havaitsee satunnainen koiranulkoiluttajakin, sillä kokonainen katu saattaa lainehtia.

– Putkiston suojakuoren vuotoja taas ei havaita ajoissa. Siten vuodoista aiheutuu myös kustannuksia. Menetetään asiakaslaskutusta ja joudutaan pumppaamaan lisää vettä putkistoon, Lahti komppaa.

Kun tunnetaan paremmin verkoston toiminta, pystytään optimoimaan energiankäyttöä ja parantamaan asiakastyytyväisyyttä. Verkoston luotettavuus paranee, kun käyttökatkot saadaan minimoitua oikea-aikaisella ja ennakoivalla huolto toiminnalla.

– Juuri tähän iSENSE -tuoteperheen tuomaa tietoa tarvitaan. Järjestelmä tuo lisäarvoa kaukoenergiaverkostoihin, jolloin koko energiajärjestelmästä tulee älykkäämpi, Randell päättää.