Geoenergia kiinteistöjen lämmitysratkaisujen markkinoilla Suomessa energiakriisien ajoista 2030-luvulle

Abstract

Tutkimuksessa tarkastellaan maa- ja kalliolämmön (geoenergian) hyödyntämisessä Suomessa tapahtunutta kehitystä sekä arvioidaan mahdollisia tulevaisuuden kehityspolkuja. Ajallisesti tutkimus kattaa koko suomalaisen geoenergialiiketoiminnan historian 1970-luvulta aina tulevaisuuteen vuoteen 2030 asti.

Teoreettisesti tutkimus pohjaa kestävän kehityksen transitiotutkimuksen piirissä kehitettyyn sosioteknisen muutoksen monitasoiseen näkökulmaan (Multi-level perspective on socio-technical transitions, MLP). Toisena teoreettisena perustana on tulevaisuudentutkimus ja siinä erityisesti skenaarioiden rakentamisen taustalla vaikuttava tutkimusperinne. Työssä yhdistetään mainittujen teoriasuuntausten elementtejä ja tuotetaan tulevaisuussuuntautunut versio MLP-kehyksestä, jossa MLP:ssä tunnistettuja kehityksen säännönmukaisuuksia hyödynnetään skenaariotyössä.

Työn primääriaineiston ytimenä on 31 asiantuntijahaastattelua. Haastatteluin kerättyä informaatiota täydennetään laajalla sekundääriaineistolla, joka koostuu ajankohtaisartikkeleista (162 kpl), energiapolitiikkaa käsittelevistä politiikkapapereista ja rakentamisen energiavalintoja taustoittavasta kirjallisesta aineistosta. Toinen verkkokyselyllä kerätty primääriaineisto keskittyy asiantuntijoiden näkemyksiin kiinteistöjen lämmittämisen tulevaisuudesta.

Keskeinen menetelmä haastattelu- ja artikkeliaineiston analysoinnissa on laadullinen sisällönanalyysi, jossa MLP-kehikon analyyttisiä tasoja ja niiden sisällä tunnistettuja teemoja hyödynnetään alustavina luokittelukategorioina. Tulevaisuustiedon kerryttämisessä hyödynnetään Delfoi-menetelmää. Delfoissa tiedonkeruu toteutetaan kahdessa vaiheessa. Tiedonkeruun ensimmäinen kierros toteutetaan haastattelujen yhteydessä ja toinen verkkokyselynä. Pohjautuen ensimmäisen kierroksen tiedonhankintaan ja MLP-teorian tunnistamiin säännönmukaisuuksiin laaditaan työssä vuoteen 2030 ulottuvia skenaarioita kiinteistöjen lämmittämisen muutoksesta. Delfoin toisella tiedonhankinnan kierroksella asiantuntijoita pyydetään arvioimaan laadittuja skenaarioita ja ottamaan kantaa geoenergian hyödyntämisen tulevaisuuteen.

Tutkimuksen tuloksena saadaan kuvaus suomalaisen maalämpöalan kehitysprosessista, sen mahdollisista tulevaisuuksista ja tärkeimmistä tekijöistä, jotka ovat vaikuttaneet ja tulevat vaikuttamaan geoenergian hyödyntämisen kehittymiseen Suomessa. Tulevaisuusosiossa kolme todennäköisimpänä pidettyä kiinteistöjen lämmitysmarkkinoiden kehityskulua esitetään skenaarioina, joista kussakin geoenergialla on oma roolinsa. Skenaarioiden sisältöä luonnehtivat otsikot ovat: ”Kannattavasti kahteen suuntaan”, ”Uusiutuvia paikallisesti” ja ”Kilpailukykyisesti kaukolämmöllä”. Otsikoiden järjestys yllä kuvaa asiantuntijanäkemyksiä laadittujen skenaarioiden keskinäisistä toteutumistodennäköisyyksistä.

Tutkimuksessa ei pyritä ennustamaan geoenergian hyödyntämisen laajuutta vuonna 2030 vaan paremminkin tavoitteena on havainnollistaa, kuinka monipuoliset tekijät liittyen mm. yhteiskunnallisiin olosuhteisiin, tekniikan ja palvelujen kehitykseen sekä toimijoiden tiedollisiin valmiuksiin tuottavat yhtäältä pysyvyyttä ja toisaalta muutosta kiinteistöjen energiaratkaisujen markkinoilla. Toteutuneeseen kehitykseen vaikuttaneiden seikkojen ja muutosdynamiikan tuntemusta voidaan käyttää hyväksi arvioitaessa tulevaisuuden mahdollisia kehityskulkuja ja arvotettaessa tehokkaimpia tapoja vaikuttaa tulevaan kehitykseen. Tutkimuksen tärkeimpiä teoreettis-metodologisia kontribuutioita ovat laadullista sisällönanalyysiä hyödyntävä MLP:n operationalisoinnin tapa ja tulevaisuusorientoitunut MLP:n hyödyntäminen, jossa tulevaisuustietoa kerätään ja järjestetään skenaarioiksi Delfoi-menetelmää hyödyntäen.

Tutkimuksen johtopäätöksenä voidaan todeta geoenergian hyödyntämisen kehityksen Suomessa olleen monipuolisten vaikuttimien tulosta. Energiamarkkinoiden olosuhteet, geoenergian kustannustehokkuus ja geoenergian hyödyntämiseen liittyvä palvelutarjonta ovat olleet keskeisiä geoenergian suosioon vaikuttaneita tekijöitä. Kiinteistöjen lämmitysratkaisujen markkinoiden tulevasta kehityssuunnasta on jo nähtävillä kiinnostavia signaaleja. Aiempina vuosikymmeninä vallinnut keskitettyihin voimalaitoksiin nojaava energiantuotannon rakenne on saamassa rinnalleen yhä monilukuisempia kiinteistökohtaisen energiantuotannon tapoja. Lisäksi monien perinteisten voimalaitospolttoaineiden hyödyntäminen on uusiutuvien energialähteiden osuuden kasvattamiseen kannustavien ilmasto- ja energiapoliittisten päätösten myötä muuttumassa joko hankalaksi tai kalliiksi. Tämä kehitys saattaa aiheuttaa suuriakin muutoksia tapaan, jolla kiinteistöjen lämmitysmarkkinat organisoituvat ja keitä keskeiset toimijat lämmitysmarkkinoilla ovat. Geoenergia on yksi suosiotaan kasvattaneista hajautetun energiantuotannon muodoista ja kypsänä teknologiana sen hyödyntäminen jatkunee tulevaisuudessakin, joskin uusissa pientaloissa muut lämpöpumpputyypit tulevat tulevaisuudessa kasvattamaan osuuttaan geoenergian osuuden kustannuksella. Potentiaalia geoenergian käytön lisäämiseen on etenkin suurissa kiinteistöissä, joissa on lämmityksen ohella myös jäähdytystarvetta.

Ground-source heat on facilities’ heating market in Finland from the times of energy crisis in the 1970s until 2030

Main purpose of this doctoral thesis is to investigate factors contributing to popularity of ground source heat pump (GSHP) systems in Finland over a long period of time. Examination covers a timeframe from introduction of GSHPs on the Finnish heating market in 1970s up to year 2030. In the study a wide range of issues that influence decisions on choosing a heating system for a building are being considered and popularity of GSHPs in different periods of time is positioned agaist this understanding.

Theoretically the thesis is anchored to research tradition of sustainability transitions where development and diffusion of sustainable innovations are examined from a systemic perspective. Out of the established frameworks within sustainability transitions the multi-level perspective on socio-technical transitions (MLP) is used to organize and analyse the collected data. Study is also integrally linked to the field of futures studies, especially theoretical understanding related to constructing scenarios. Elements of these two theoretical lines of scientific thought are combined and as a result a future-oriented version of the MLP frame is produced.

Primary research material consists of 31 expert interviews. Information collected with interviews is supplemented with secondary material consisting of 162 articles in technical and economic periodicals and newspapers, policy documents on energy policy as well as reports and books dealing with energy choices in buildings. Another set of primary material is collected with an online survey where questions relate to experts’ views on future of heating.

Method applied for analysing interview and article material is qualitative content analysis. Three analytical levels of the MLP frame (niche, regime and landscape) and themes within these levels identified important in earlier studies utilizing the frame are used as preliminary coding categories. As for futures information, a two-round policy Delphi is conducted. On first round information is gathered by interviewing experts, on second round a questionnaire is sent to the same experts. Results of the first Delphi round are presented as scenarios. Applicable transition pathways from the set of pathways described in MLP literature are utilised as a backbone for scenarios. On the second Delphi round, experts assess the scenarios and state their views on the future of GSHPs in Finland.

As a result a description of factors contributing to popularity of GSHPs over long period of time in Finland is produced. The study illustrates how wide variety of issues relating to e.g. socio-economic conditions, development in various heating technologies, services provided and information available on options for heating provide stability, on one hand, and initiate change on the other, on the heating market. Also development paths of past and potential future transitions on the Finnish heating market, with a special emphasis on the role of GSHPs, are presented. The most important methodological contribution of the work is a systematic, future-oriented way of operationalising MLP, where information on the future is collected using Delphi method.

Past and potential future success of GSHPs in Finland is a result of multiple influencing factors. Operational environment on the energy market, expected development of energy prices, cost-effectiveness of GSHP systems as well as supply of various services related to installing and operating these systems all have played an important role. As for future development, interesting signs on possible directions of development can be detected on the heating market. Heating regime which has been traditionally dominated by large centralised power plants is being complemented by new, de-centralised small-scale heating solutions. Another major challenge facing large power plants is the pressure on transforming from CO2 intensive energy production to cleaner, renewable energy sources. These trends together with other possible developments identified in the study may trigger large changes on ways heating market is organised. Ground-source heat is one of the de-centralised energy technologies that have increased in popularity in recent years. As a trialled and tested technology GSHPs will probably be a part of the energy mix in also in the future. On heating market of new detached houses, where GSHPs have gained a dominant status, new heating solutions such as exhaust air heat pumps or air-water heat pumps may take some of the market share from GSHPs in the near future. Greatest potential for increasing the use of GSHPs in the future is in large buildings such as apartment buildings and offices where, along with need of large amounts of heat, there is also need for cooling.