KH

Uusiutuva Suomi

  • Sähköntuotanto Suomessa vuonna 2050
    Sähköntuotanto Suomessa vuonna 2050
  • Lähtötilanne vuonna 2017
    Lähtötilanne vuonna 2017

LUT-yliopistossa on tutkittu energiajärjestelmiä, joilla Suomen energiasektori saavuttaa nollapäästöt vuoteen 2050 mennessä. Kirjoitan tähän lyhyen yhteenvedon tutkimusmenetelmistä ja löydöksistä.

Skenaariontekijän työkalut

Tulevaisuuden energiajärjestelmiä arvioivien tutkijoiden keskeisiä työkaluja ovat simulointiohjelmistot. Simuloimalla luodaan keinotekoinen järjestelmä, jossa energiaa tuotetaan ja kulutetaan vastaavalla tavalla kuin reaalimaailmassakin tapahtuu. Kun simuloidaan erilaisia energian tuotanto- ja varastointimenetelmien muodostamia kokonaisuuksia, voidaan löytää optimi joka edullisimmin saavuttaa asetetut tavoitteet.

Simulointityökaluna on käytetty Aalborgin yliopistossa kehitettyä Energyplan-ohjelmaa. Se jakaa vuoden tunnit aikaviipaleisiin ja hakee jokaiselle tunnille tasapainon energian kysynnän ja tarjonnan välillä hyödyntämällä tuotantoa ja energiavarastoja sekä mahdollisesti energian tuontia tai vientiä. Kun järjestelmään syötetään toteutuneita tuntijakaumia esimerkiksi tuulen ja auringon tuotannon sekä sähkön kysynnän osalta, vastaa simulaatio parhaiten reaalimaailman olosuheita. Luonnollisesti on syytä ajaa simulaatio useamman eri vuoden jakaumilla, jotta vuosien välisen vaihtelun merkitys saadaan vähäiseksi.

Energyplan kattaa koko energiajärjestelmän. Sähkön ja lämmön tuotannon ja kulutuksen lisäksi sillä simuloidaan liikenteen ja teollisuuden energiankäyttö.

Energyplan on vapaasti saatavana oleva ohjelmisto. Kuka hyvänsä voi ladata ohjelman itselleen ja kokeilla, millaisia tuloksia ohjelma antaa eri lähtöarvoilla. Tämä on hyvä uutinen tieteen avoimuuden tai sen tulosten toistettavuuden kannalta.

Skenaariovaihtoehtoja

Tutkimuksissa simuloitiin useita erilaisia skenaarioita, joissa etsittiin kustannusoptimi päästöttömälle energiajärjestelmälle. Merkittävimmät erot eri skenaarioiden lähtöarvoissa syntyivät siitä, paljonko Suomessa ennakoitiin olevan ydinvoimaa vuonna 2050 sekä miten määritellään biomassan kestävä käyttö. Lisäksi simuloitiin business-as-usual -skenaario, jossa oletettiin fossiilisten polttoaineiden käytön edelleen jossain määrin jatkuvan. Tällä skenaariolla päästöttömyyttä ei tietenkään saavutettu.

Kaikissa skenaarioissa energian kulutuksen ennakoitiin jatkuvan nykyisellä tasollaan. Ihmisten elintason voi siten olettaa vähintään säilyvän ennallaan. Todellisuudessa se paranisi teknisen kehityksen ja energiatehokkuuden paranemisen myötä. Kulutus pitää sisällään myös teollisuuden energiankäytön (kuten esimerkiksi Tornion terästehtaan), joten puheet energiaintensiivisen teollisuuden joukkopaosta voidaan ainakin tämän tutkimustyön valossa unohtaa.

Kokonaiskustannuksiltaan edullisimmaksi osoittautui yksinomaan uusiutuviin tuotantotapoihin perustuva energiajärjestelmä. Kalleimmat skenaariot olivat niitä, joissa ydinvoiman osuus oli korkein. Päästöoikeuksien oletettiin maksavan 70 euroa tonnilta vuonna 2050. Jos päästöoikeudet jätettäisiin huomioimatta, olisi business-as-usual -skenaario edullisin.

Uusiutuva Suomi

Edullisimman skenaarion mukaan vuonna 2050 merkittävimmät uudet energiantuotantotavat ovat tuuli- (35 GWp) ja aurinkoenergia (30 GWp). Vesivoiman tuotannon kasvu perustuu olemassaoleviin voimaloihin tehtäviin modernisointeihin, eikä uusia patoaltaita rakenneta. Sähkö- ja lämpöenergiaa tuotetaan yhteistuotannossa polttamalla biokaasua, synteettistä kaasua, biomassaa ja jätteitä, lämpöä lisäksi lämpöpumpuilla. Liikenne ja teollisuuden prosessit osin sähköistetään, osin niiden tarvitsemat polttoaineet ja kemikaalit tuotetaan sähkön ja biokaasun avulla.

Merkittävin energian varastointitekniikka on synteettisen kaasun tuottaminen. Järjestelmä sisältää myös huomattavan akkukapasiteetin, jonka synnyttämisessä sähköinen liikenne on merkittävässä roolissa. Kaukolämpöjärjestelmissä hyödynnetään lämpöakkuja.

Sähkön kokonaistuotanto on kasvanut nykyisestä lähes kaksinkertaiseksi. Tämä on seurausta siitä, että sähköllä on korvattu muita energiamuotoja, sähkön nettotuonnista on luovuttu ja sähkön varastoinnissa syntyy häviöitä. Tuuli- ja aurinkovoiman kapasiteetti nykytasoon suhteutettuna vaikuttaa suurelta, mutta on silti pienempi kuin niiden nykyinen kapasiteetti Saksassa.

Tuuli- ja aurinkosähkön osuuden ollessa näin merkittävä, keskimäärin 50% niiden tuotannosta käytetään suoraan ja loput varastoidaan. Tuotantokapasiteetti synteettiselle kaasulle tulee rakentaa, mutta siihen tarvittava teknologia on olemassa. Sähkön hintaeroja hyödyntämällä varastoinnista syntyy myös kannattavaa liiketoimintaa. Koska tuulivoiman tuotantokustannus on edullinen, ei pörssisähkön keskihinta silti merkittävästi poikkea siitä, mikä se nykyään on.

---

Lähteitä:

https://www.energyplan.eu/

Child, M. & Breyer, C. (2016). Vision and initial feasibility analysis of a recarbonised Finnish energy system for 2050. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 66(C), pp. 517-536.

Child, M., Haukkala, T. & Breyer, C. (2017). The Role of Solar Photovoltaics and Energy Storage Solutions in a 100% Renewable Energy System for Finland in 2050. Sustainability, 9(8), p. 1358.

Piditkö tästä kirjoituksesta? Näytä se!

1Suosittele

Yksi käyttäjä suosittelee tätä kirjoitusta. - Näytä suosittelija

NäytäPiilota kommentit (13 kommenttia)

Käyttäjän rjaaskel kuva
Risto Jääskeläinen

Perjantaikevennys: asun nollapäästöisesti. Käytän asunnon energiana nimittäin samaa sähkö kuin nollapäästöiset sähköautot.

Käyttäjän MattiLehtinen kuva
Matti Lehtinen

Tässä parin viimeviikon aikana aurinkokennot ei ole ladannu akkuja oikeastaan yhtään kun pihavalot palaa ehkä vartin. Millähän skenaariolla ne sais palaamaan koko yön tai edes pitkälle iltaan?

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen

Kennovalaisimia Suomessa ei kannattaisikaan myydä eikä varsinkaan ostaa.

Käyttäjän MattiLehtinen kuva
Matti Lehtinen

Kyllä se ongelma on mun mielestä se että supaa ei juuri näy ja jos näkyy niin sen teho ei riitä.

Fingrid "kertoo" että aurinkosähköä tulee nyt käytännössä 0 verran ja tuulivoimaa jonkun prosentin. Ei noilla tehoilla kuuhun mennä, nyt eikä tulevaisuudessakaan.

Käyttäjän rjaaskel kuva
Risto Jääskeläinen

Asiallisemmin:
Mielenkiintoinen juttu. Päästöoikeus 70 €/tn ei tunnu aivan kohtuuttomalta, jos ajattelee, että bensalitrassa se olisi luokkaa 25 senttiä. Silti se on riittävä syy, että sattumasähkö menestyy taloudellisesti tulevaisuudessakin, muttei ilman sitä?

Sähkön varastointi verkkomittakaavassa on vielä näkemättä, joten kustannusarvioissakin voi olla vähän isommat virherajat?

Synteettisen kaasun tuotanto on sähköenergialla on vielä laboratoriomittakaavassa? Edellistä isompi virhehaarukka?

Valitettavasti ydinenergian kehitys ei ole edennyt pomminvalmistuksesta pitemmälle, koska siinähän olisi varsinkin Suomen vakaisiin oloihin erinomainen, mahdollisesti kotimainen, energialähde:
https://fi.wikipedia.org/wiki/Torium-ydinpolttoain...
Olkiluoto 3 osoittaa, että uraanipohjaiset voimalat voivat olla hinnakkaita.

Käyttäjän MattiLehtinen kuva
Matti Lehtinen

Taitaa käydä niin että Suomi laitetaan kiinni talvisin jos energia "tulee" tuulesta ja auringosta 2050, varsinkin kun tuontia ei ton kuvan mukaan ole lainkaan.

Käyttäjän jlinjama kuva
Jussi Linjama

"Järjestelmä sisältää myös huomattavan akkukapasiteetin, jonka synnyttämisessä sähköinen liikenne on merkittävässä roolissa."

Melkein ehdinkin jo ihmetellä, että kuka tämän kaiken maksaa. Eipä onneksi tarvinnut kovin pitkälle aakkosissa mennä.

Tilannehan on se, että sähkön varastointi akkuun on selvästi kalliimpaa kuin sähkö itse. Sen vuoksi nykyisin ei kannata akkuun laittaa sähköä vaikka sitä olisi ilmaiseksi tarjolla.

Oletetaan optimistisesti, että tilanne muuttuu. Silloin sähkö maksaisi paljon enemmän kuin sen varastointi. Silloin tietenkin ihmiset tuottaisivat sähkönsä itse ja varastoisivat sitä tarpeen mukaan, jolloin koko projekti käy tarpeettomaksi. Autot kun yleensä sijoittuvat taloihin, joissa oman energian tuottaminen onnistuu.

Jos taas esitetään, että häkkikanaloissa asuvat ihmiset ja teollisuus ostaisivat omat sähköautonsa akuikseen, se tuskin menee läpi.

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen

Nyt en saa oikein otetta mihin kritiikkisi kärki osoittaa.

Akkukapasiteettia skenaarioissa on noin kymmenesosa kaasvuvaraston kapasiteetista. Tämä on siis skenaarion antama kustannusoptimi. Lisäämällä kaasukapasiteettia voidaan akkukapasiteettia pienentää, jos akkukapasiteetin kasvattamien jostain syystä ei käy.

Käyttäjän marttivartti3 kuva
Martti Nurmi

Jos tuollainen tuulivoimatuotanto toteutuu, miten sille saadaan luvat ja onko tuotantotuet edelleen toteutukselle edellytys? Virkistävää on sähkönenergian tuotannon varastointiperiaatteiden pohdinta, joka ei ehkä ihan syvällinen vielä liene. Sitä varastoinnin hyötysuhdetta olisi ehkä syytä vähän purkaa.
Modulaaristen ydinvoimaloiden vaikutusta skenaarioon ei ilmeisesti ole pohdittu.

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen

Lupapolitiikkaan ei ole otettu kantaa. Edellytetään vastaavaa tuulivoimatiheyttä kuin nyt on Saksassa. Päästökauppa on ainoa tukimuoto.

Varastoinnin häviöt ovat laskelmissa mukana, modulaarisia ydinvoimaloita ei ole.

Käyttäjän MattiLehtinen kuva
Matti Lehtinen

Tuulivoimakapasiteettia oli viime vuoden lopulla pikkasen päälle 2000Mw .
Nyt tuotanto on 100Mw eli VAIN 5% , siitä vaan laskemaan kuinka monta ropellipuistoa tarvitaan jotta toi 2050 skenaario toteutuu.

En äkkiä löytänyt paljonko aurinkovoimakapasiteettia on mutta ei sekään tuota tällä hetkellä varmaan prosenttiakaan. Pimeää ja kylmää odotettavissa jos joku uskoo noihin skenaarioihin.

Käyttäjän jlinjama kuva
Jussi Linjama

Prosentti olisi jo ihan hyvin. Tällä nimenomaisella hetkellä, keskellä päivää, 5 kW järjestelmä näyttää tuottavan 0.003 kW, eli 0.06% nimellistehostaan. Marras-helmikuu ovat nollakuukausia aurinkovoiman tuoton kannalta. Tai helmikuussa voi jotain tulla, jos syystä tai toisesta paneelien päällä ei ole lunta.
Muina ajanjaksoina olisi mahdollista tuottaa tarvittu määrä sähköä auringolla, jos olisi mahdollista varastoida muutaman päivän tarve. Pelkästään yön yli varastoimalla ja kauhealla säätämisellä voisi mennä huhti-syyskuu.
Pitäisi siis saada kesällä tehtyä talvea varten tilatankillinen polttoainetta, jotta homma oikeasti toimisi. Niin kauan kuin kukaan ei suostu tuollaista laitetta järkevään hintaan minulle myymään, kyseessä on pelkkä teoria.

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen

Pääasiallinen tuotantotapa kesällä on aurinko, muina vuodenaikoina tuuli. Kyllä, talvisin on jaksoja jolloin kumpikaan ei tuota, asia on hyvin tiedossa ja huomioitu.

Toimituksen poiminnat