Application of innovative energy solutions for a hotel complex in Northern Finland:case “Triangel” retreat in Haukipudas

• Main Author: Svoboda, A. (Alec)
• Format: Master Thesis
• Language: English
• Published: University of Oulu 2018
• Subjects: Process and Environmental Engineering; Freed; Paras; Periferia; Sarja; Arktis; Arktis*
• Online Access: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201812043213

With new legislation being passed within the EU to help reach the 2050 emissions goals, new innovative methods are being researched and implemented in different countries and regions. To obtain the goals outlined in Finland, various renewable energy technologies are being implemented throughout the country. This thesis was completed within the FREED project, whose goal is to make these innovative energy solutions accessible to more regions. One specific technology used in this project and expected to increase in the future is solar photovoltaics (PV). This work focuses on the Triangel retreat, a hotel complex planned for the shore of Hämeenjärvi lake just north of Oulu, Finland in Haukipudas. The retreat aims for the concept of a “silence” retreat where guests can relax in nature while enjoying the typical amenities of a normal hotel complex. To fit this model while also helping reach the 2050 emissions goal, unobtrusive renewable energy sources are planned for use. The most attractive option is the use of solar PV tiles in combination with an efficient renewable technology such as ground source heat pumps. This combination of technologies was considered, and several different sizing scenarios were created. To create different scenarios, an energy consumption profile was estimated for each month based on a reference hotel. A solar PV estimation was completed using Skelion software, for four different scenarios, sized at 84 kW, 181 kW, 198 kW, and 295 kW. The 84-kW array consisted of solar tiles and was expected to have a self-consumption rate of 95%. The 181-kW array consisted of solar tiles and was expected to have a self-consumption rate of 73%. The 198-kW array consisted of a combination of solar tiles and solar panels and was expected to have a self-consumption rate of 66%. The 295-kW array consisted of a combination of solar tiles and solar panels and was expected to have a self-consumption rate of 50%. These estimations were used to determine the profitability of each scenario. When the shortest payback was the goal, the analysis indicated that the smallest array of 84 kW was the best option with a payback time of 22 years. Based on the analysis this was the most attractive method but also covered the least amount of the hotel’s energy consumption, leaving room for alternate considerations. All the scenarios prove that the use of the more expensive solar tiles is feasible at the Triangel resort. With the analysis of the four scenarios, the resort owner can make an informed decision on the energy generation of the resort. EU:n tavoite hiilineutraalista yhteiskunnasta vuoden 2050 mennessä vaatii uusia innovatiivisia menetelmiä uusiutuvan energian tuotannon ja energiatehokkuuden edistämiseen. Rakennukset ovat yksi suurimpia energian ja sähkön käyttäjiä ja tämä myös tarkoittaa, että on myös suuret mahdollisuudet vähentää rakennusten energiakulutusta. Tämä lisäksi, palvelusektorissa tavoite on lisätä rakennusten uusiutuvan energian tuotantoa 12 prosentilla vuosina 2015–2020. Triangel retriitti on hotellikompleksi, jonka on suunniteltu Hämeenjärven rannalle Oulun pohjoispuolella. Hotelli käyttää "Hiljaisuuden retriitti" konseptin, jonka tarkoituksen on tarjota vieraille rentouttavaa ympäristöä luonnossa, mutta samalla samat mukavuudet kun tyypilliset hotellit. Hotelli haluaa myös tuottaa omaa uusiutuvaa energiaa, jonka kuitenkin pitää palvella retriitin muita tarkoituksia. Tähän tarkoitukseen parhaaksi vaihtoehdoksi katsottiin aurinkopaneelit ja maalämpöpumput. Tämän työn tarkoituksena oli laskea aurinkosähkön tuotantopotentiaalin käyttäen hotellin katolle asetetut aurinkotiilet. Aurinkotiilet tuottavat hieman vähemmän sähköä kun perinteiset aurinkopaneelit, mutta niitä on valittu esteettisistä syistä. Työ on toteutettu osana FREED-projektia, jonka rahoitti Pohjoinen periferia ja Arktis ohjelma. Arinkosähköjärjestelmistä tehtiin neljä eri skenaariota. Skenaarioiden luomiseksi arvioitiin hotellin energiankulutusprofiili, referenssihotellin perusteella. Tätä kulutusprofiilia käytettiin kunkin skenaarion kannattavuuden määrittämiseen. Skenaarioissa huomioidut kokot olivat 84 kW, 181 kW, 198 kW ja 295 kW. Jos tavoitteena on lyhyt takaisinmaksuaika, pienin 84 kW:n sarja olisi paras vaihtoehto, jonka takaisinmaksuaika oli 22 vuotta. Tämä koko on kuitenkin hieman alimitoitettu ja kattoi vähiten hotellin energiankulutuksen. Kaikki muut skenaariot ovat ylimitoitettu, skenaariot 2 ja 3 hieman ja 4 runsaasti. Tämä tarkoittaa, että kesän aikana sähköä tuotettaisiin enemmän kun millä olisi käyttöä. Jos on sähkön ylituotantoa, siitä voi myydä verkkoon. Paneelien ylimitoitus nykyisillä rahoitusmallissa ei kuitenkaan kannattaa, koska sähköstä saatu hinta on liian alhainen. Suurien asennusten investointikulut ovat myös liian korkeat ja takaisinmaksuaika on jopa yli 30 vuotta (skenaariot 2 ja 4). Skenaario 3 on ehkä kannattavin (takaisinmaksuaika 23 vuotta), mutta tässä tapauksessa käytetään myös perinteiset paneelit, joka ei ehkä ole esteettisistä syistä hyväksyttävä. Kaikki skenaariot osoittavat, että kalliimpien aurinkotiilien käyttö on mahdollista Triangel-lomakeskuksessa. Neljän skenaarion analyysin perusteella hotellin omistaja voi tehdä päätöstä minkä suuruisen investoinnin hän on valmis tekemään.