Saksan energiavallankumous mahdottoman edessä

Tarkastellaan yhtä käytännön esimerkkiä kahdelle edelleselle artikkelille,

Miksi käytämme sähkövaloja? ja Uusiutuva energia on siirtymäkauden ratkaisu.

Saksan Energiewendenä tunnettu energiajärjestelmän muutos uusiutuvaksi ja vähähiiliseksi etenee. Uusiutuvan energian rakentaminen Saksassa on ilmeisesti nopeampaa kuin missään muualla. Tämä IEA:n sivuilta kaapattu kuvaaja päättyy vuoteen 2012, uudempaa ei vielä ole saatavissa. Ylinnä olevat vihreät alueet kuvaavat tuuli- ja aurinkovoimalla sekä biomassalla tuotettua sähköä Saksassa.

Kuva 1. Saksan sähköntuotanto 1971-2012.

Energiewenden tavoitteet ovat:

80 % sähköstä uusiutuvista lähteistä vuonna 2050

Välitavoitteet:

• 35 % uusiutuvaa vuonna 2020
• 50 % uusiutuvaa vuonna 3030
• 65 % uusiutuvaa vuonna 2040

Ydinvoimasta luovutaan kokonaan vuonna 2022.

Sähkönkulutusta vähennetään vuoden 2008 tasoon verrattuna seuraavasti:

• 10 % vuoteen 2020 mennessä
• 25 % vuoteen 2050 mennessä

Uusiutuvan sähkön on määrä kasvaa näin.

Kuva 2. Saksan uusiutuvan energian kasvu Eneriewenden mukaan.

Ydinvoimasta luopumiseksi on esitetty erilaisia syitä: Ympäristön suojelu, riskien eliminointi, ydinenergian korkea hinta, uusiutuvien halvempi hinta ja viimeisimpänä sen soveltumattomuus säätövoimaksi sekä perusvoiman käyminen tarpeettomaksi.

Seuraavassa kuvassa esitetään Saksan nykyinen yhden viikon nykyinen sähköntuotanto ja oletettu tuotanto vuonna 2020.

Kuva 3. Saksan nykyinen ja oletettu vuoden 2020 sähköntuotanto.

Vasemmassa kuvassa yhden viikon tuotanto. Pystyakselilla on teho, yksikkönä GW, gigawatti. Yksi GW on 1000 MW eli keskikoisen ydinvoimalan teho. Alinna oleva sininen alue on vesivoimaa, violetti on ydinvoimaa, ruskea on hiiltä, turkoosi on tuulta ja keltainen aurinkoa.

Oikeassa kuvassa on viikko vuoden 2020 toukokuussa. Uusiutuvien värit ovat samat, mutta harmaa alue on tarkemmin määrittelemätön ”conventional”. Kuvassa sunnuntaina aurinko riittää päivällä tuottamaan kaiken tarvittavan sähkön, jolloin ”conventional” putoaa nollaan ja hetken aikaa 100% sähköstä on uusiutuvaa.

Kuva on artikkelista, jossa selitetään, miten ydinvoimasta on luovuttava, koska se ei taivu noin rajuun säätötarpeeseen, mitä kuvassa oleva harmaa ”conventional” edellyttää.

Seuraavasta kuvasta nähdään todellinen viikko Saksan sähköverkossa.

Kuva 4. Saksan sähköntuotanto, viikko 11 vuonna 2014

Arkipäivät ovat olleet jokseenkin tuulettomia, aurinkosähkö on hoitanut keskipäivien kulutuspiikit, kunnes viikonloppuna tuuli on hetkittäin tuottanut yli puolet sähköstä.

Kun uusiutuvan rakentamista jatketaan kuten tähänkin asti, saavutetaan ennen pitää tavoite, 80 % uusiutuvaa. Vai saavutetaanko?

Tavoite käy koko ajan vaikeammaksi. Tähän asti uusiutuva energia on vähentänyt muiden lähteiden, fossiilisten ja ydinvoiman käyttöä, mutta siitä ei voi vetää johtopäätöstä, että sama trendi voisi jatkua 80 % asti. Itse asiassa ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi suotava tavoite olisi täysin fossiiliton sähköjärjestelmä. Miksi tyytyä 80 %:iin? Nyt puhumme kuitenkin vain sähköstä, joka kattaa Saksankin energiankulutuksesta vain noin kolmasosan. Saksan primäärienergian käyttö on kehittynyt näin.

Kuva 5. Saksan primäärienergian kulutus vuosina 1971..2011

Tässä perspektiivissä uusiutuvan, varsinkaan tuulen ja auringon osuus ei ole lainkaan niin merkittävä; ohuin vihreä alue kuvassa ylinnä.

Mutta palataan kuvaan 4. Siinä nähdään hetkiä, jolloin uusiutuvat, tuuli ja aurinko eivät ole tuottaneet mitään, vaan kaikki sähkö on ollut muista lähteistä peräisin. Sellaisina aikoina mikään määrä uusiutuvaa kapasiteettia ei tuota mitään, eli jotain muutakin tarvitaan, ja se jokin muu ei voi olla muuta kuin fossiilista polttoainetta. Ydinvoimahan oli kielletty.

Tämä johtaa siihen, että Saksassa on uusiutuvan tuotantokoneiston lisäksi ylläpidettävä n. 80% tuulesta ja auringosta riippumatonta tuotantokoneistoa, joka siis ei voi olla muuta kuin fossiilista. Vesivoimaa Saksan sähköstä on n. 10 % ja biomassaa toiset 10 %, eikä niitä voi merkittävästi kasvattaa. Tuontia naapurimaista voidaan tietysti lisätä, mutta joka tapauksessa, tarvitaan massiivinen koneisto, joka keskimäärin toimii vajaateholla, koska uusiutuvalla sähköllä on etuajo-oikeus verkkoon. Uusiutuvien minimi esiintyy toisinaan myös suurimman kulutuksen aikana, joten varakapasiteetti on mitoitettava sen mukaisesti. Kulutuksen jousto voi helpottaa tilannetta vähän, mutta sillä on rajansa.

Tämän varakoneiston pääoma- ja kiinteät kulut juoksevat koko ajan, ja jonkun on ne maksettava. Laitokset sitovat käyttö- ja kunnossapitohenkilökuntaa, tarvitsevat polttoainehuollon jne. Nämä kustannukset on lisättävä uusiutuvan energian hintalappuun. Yleensä niin ei tehdä, vaan vertailussa käytetään uusiutuvan tuotantokustannusta, joka voi itsessään olla hyvinkin edullinen. Kun vaihteleva tuotanto halutaan sovittaa sähköverkkoon, kustannukset kasvavat sitä enemmän, mitä suurempi osa sähköstä on uusiutuvaa. Tämä kustannusten kasvu on Saksassa pääosin vielä edessä, ja todennäköisesti se tulee suurimalle osalle Energiewenden kannattajia yllätyksenä.

Näiden kokonaiskustannusten muodostumisesta on olemassa muutamia varteenotettavia tutkimuksia. Tässä on eräs laskelma tuulivoiman systeemikustannuksista osuuden mukaan. Kuva näyttää, miten tuulisähkön hinta kasvaa osuuden kasvaessa.

Kuva 6. Tuulivoiman_tuotanto_ja_systeemikustannukset

Kuvassa tuulivoiman tuotantokustannus on 60 €/MWh. Sen päälle tulevat systeemikustannukset, jotka muodostuvat tuulisähkön siirtämisestä kuluttajille, vaihtelevan tehon tasaamisen sekä tuulettoman ajan varatehon kustannukset sisältäen polttoaineet ja tarvittavan infran kiinteät kustannukset. Nähdään, että tuulisähkön osuuden kasvaessa 40%:iin, systeemikustannukset ovat jo suuremmat kuin tuotantokustannukset. Jos osuutta lisätään, systeemikustannusten kasvu kiihtyy. Vaikka tuulivoimalat saisi ilmaiseksi ja tuulisähkön tuottaminen ei maksaisi mitään, se maksaisi silti tämän selvityksen mukaan 40 % osuudessa n. 70 €/MWh.

Aurinkosähkön systeemikustannus kasvaa tuulisähköä nopeammin, koska tuotannon vaihtelu on suurempaa. Nyrkkisääntönä voidaan pitää, että vaihtelevan tuotantomuodon osuuden saavuttaessa sille ominaisen kapasiteettikertoimen, sen teho vaihtelee 0…100 % välillä koko verkon tehosta. Toisinaan se ei tuota mitään, toisinaan sitten taas kaiken sähkön. Muun tuotannon on annettava sille tilaa, tai osa vaihtelevasta tuotannosta on jätettävä käyttämättä. Saksassa aurinkovoiman kapasiteettikerroin on n. 10 %, tuulivoiman n. 19 %.

Väitän, että selvä enemmistö uusiutuvan energian kannattajista, niin Saksassa kuin Suomessakin, on tietämätön näistä ongelmista. Asiaa tunteville ne ovat olleet tiedossa koko ajan. Siksi on koko ajan ollut tiedossa sekin, että Saksan energiavallankumous tulee todennäköisesti olemaan yksi esimerkki lisää sellaisesta vallankumouksesta, jonka lopputulos on jotain aivan muuta kuin oli tarkoitus. Se on myös todiste siitä, että ympäristöjärjestöjen ja poliitikkojen suunnitelmat päästöjen vähentämiseksi eivät toimi.

Jos sähkön varastointiin olisi olemassa riittävän tehokas ja riittävän suureksi skaalattavissa oleva menetelmä, teholtaan vaihtelevat uusiutuvat voisivat teoriassa tuottaa kaiken sähkön, koska uusiutuvien energiakapasiteetti sinänsä on rajaton. Sellaista varastointimenetelmää ei kuitenkaan ole olemassa, eikä sellaista ole myöskään näköpiirissä. Mikään tunnetuista menetelmistä ei ole ainakaan kustannustehokkaasti skaalattavissa vaadittuihin mittoihin.

Pahin ongelma tässä on luonnollisesti se, että tuotantojärjestelmä, joka tarvitsee lähes täysitehoisen fossiilisiin polttoaineisiin perustuvan varakapasiteetin, ei myöskään voi toimia ilman hiilidioksidipäästöjä. Saksan sähköntuotannon päästöt voivat uusiutuvien avulla vähentyä vielä nykyisestä, mutta väheneminen hidastuu, ja ennen pitkää pysähtyy. Näin käy kauan ennen kuin fossiilipäästöistä on päästy eroon. Voidaan sanoa, että kehitys etenee oikeaan suuntaan, mutta väärällä tiellä, koska tämä tie ei vie perille asti. Energiewende tulee ajautumaan umpikujaan, josta on äärimmäisen vaikea perääntyä.

Toivoa sopii, että liian moni ei ota mallia Saksan ratkaisuista. Varoittavaksi esimerkiksi se sen sijaan sopii hyvin.

• Kuva 1. Electricity generation by fuel – Germany
• Kuva 2. Germanys clean energy transition – What is the Energiewende?
• Kuva 3. Flexible power production (no more baseload)
• Kuva 4. E.ON threatens premature closure of nuclear plant
• Kuva 5. Total primary energy supply – Germany
• Kuva 6. System LCOE: What are the costs of variable renewables? (PoverPoint)
• Tutkimusartikkeli System LCOE: What are the costs of variable renewables?

YK:n ilmastopaneeli: Fossiilisista polttoaineista luovuttava vuosisadan loppuun mennessä