Case study: CO2-reduction achieved by nuclear, wind and solar power in some countries

This what-if analysis shows how much higher carbon dioxide emissions in some countries would be if the zero-emission power generation, nuclear power, wind power or solar power would be replaced with coal at a specific emission of 1 kg CO2 / kWh.

The statistics used is from BP and can be downloaded here, at Historical Data Workbook.

In each graph we plot actual CO2-emissions for the years 1965 – 2013. Another curve describes the situation where the nuclear, wind or solar power would be replaced by coal.

For nuclear power we compare Sweden, France and Finland.

Sweden_nuclear_power_replaced_with_coal

Figure 1.

France_nuclear_power_replaced_with_coal

Figure 2.

Finland_nuclear_power_replaced_with_coal

Figure 3.

It is observed that, compared to coal, nuclear power has reduced CO2-emissions in these countries in 2013, as follows:

• In Sweden – 56 %
• In France – 52 %
• In Finland – 33 %

By nuclear power it seems to be possible to reduce emissions roughly by about 50 % compared to coal, but this depends largely on how much of the energy is used as electricity, and what is the actual source. In developed countries, as here, the share of electricity in total energy usage is high, so the potential for emission reduction by emission-free electricity generation is significant.

Let’s make a similar comparison with emissions of Denmark, Germany and Spain, if the wind and solar power would be replaced with coal.

Denmark_wind_power_replaced_with_coal

Figure 4.

Spain_wind_and_solar_power_replaced_with_coal

Figure 5.

Germany_wind_and_solar_power_replaced_with_coal

Figure 6.

Wind and solar power has reduced CO2-emissions in these countries in 2013, as follows:

• In Denmark – 20 %
• In Spain – 20 %
• In Germany – 6 %

We can also calculate the annual emission reduction of these countries. It’s perhaps most interesting to compare Sweden and Denmark, because they are “top one” in the world. Sweden in nuclear and Denmark in wind power generation.

We draw one curve for each country in the same chart that shows the annual emission reduction achieved by either nuclear power or wind and solar. The unit here is percentage so the different amounts of electricity consumption in different countries are eliminated from the results.

Relative_emission_reduction_different_countries

Figure 7.

These countries are among the best of their kind. As a conclusion, we can see that nuclear power is in all cases at least a two times faster way to reduce emissions than the wind and solar together.

Of these countries, Spain has achieved the fastest growth in wind and solar power. However, the economy in Spain is in such poor condition that the amount of subsidies for renewable energy have drastically been decreased and installation of wind and solar power has slowed since the publication of these statistics.

Excel-sheet for these charts can be downloaded here.

Tämä artikkeli suomeksi on tässä.

Mainokset

Eri energiamuotojen toteutuneita päästövähennyksiä

Seuraava mitä-jos –analyysi kertoo, kuinka paljon suuremmat joidenkin maiden hiilidioksidipäästöt olisivat, jos päästöttömän sähköntuotannon, ydinvoiman, tuulivoiman tai aurinkovoiman sijasta oli rakennettu hiililauhdetta.

Oletetaan hiililauhteen CO2-päästöksi 1 kg / kWh. Tänä päivänä on parempiakin hiilivoimaloita, mutta koska ainakin ydinvoimaa korvaamaan rakennetut hiilivoimalat olisi rakennettu vuosikymmeniä sitten, yksi kilo per kilowattitunti on sopiva arvo tässä tarkoituksessa.

Käytetään BP:n tilastoa, joka löytyy tästä, kohdasta Historical Data Workbook.

Piirretään jokaiseen kaavioon toteutuneet CO2-päästöt vuosilta 1965 – 2013. Niiden rinnalle piirretään toinen käyrä kuvaamaan sitä tilannetta, että ydin-, tuuli- ja aurinkovoiman tilalla olisi hiililauhde.

Ydinvoiman osalta vertaillaan Ruotsia, Ranskaa ja Suomea.

Kuva 1.

Kuva 1. Ruotsi.

Ranskan_ydinvoima_korvattuna_hiilellä

Kuva 2. Ranska.

Suomen_ydinvoima_korvattuna_hiilellä

Kuva 3. Suomi.

Havaitaan, että ydinvoima on vähentänyt päästöjä näissä maissa vuonna 2013 seuraavasti:

  • Ruotsissa 56 %
  • Ranskassa 52 %
  • Suomessa 33 %

Ydinvoimalla näyttää olevan mahdollista vähentää päästöt noin puoleen verrattuna hiililauhteeseen, mutta tämä riippuu paljolti siitä, kuinka suuri osa energiasta käytetään sähkönä. Kehittyneissä maissa sähkön osuus on suuri, joten päästöttömän sähkön tuotannon päästövähennyspotentiaalikin on suuri.

Tehdään samanlainen vertailu Tanskan, Saksan ja Espanjan päästöille, jos tuulisähkön tilalla olisi hiililauhde.

Tanskan_tuulivoima_korvattuna_hiilellä

Kuva 4. Tanska.

Espanjan_tuuli_ja_aurinkovoima_korvattuna_hiilellä

Kuva 5. Espanja.

Saksan_tuuli_ja_aurinkovoima_korvattuna_hiilellä

Kuva 6. Saksa.

Tuuli- ja aurinkovoima on vähentänyt päästöjä näissä maissa vuonna 2013 seuraavasti:

  • Tanskassa 20 %
  • Espanjassa 20 %
  • Saksassa 6 %

Kuvista voidaan myös päätellä mahdollista päästöjen vähennysnopeutta eri tuotantomuodoilla. Vertailtavaksi sopivat hyvin Ruotsi ja Tanska, koska ne edustavat oman tuotantorakenteensa huippua maailmassa. Piirretään samaan kuvaan kaikkien vertailumaiden päästöjen muutos prosenteissa, jolloin sähkönkulutuksen määrän vaikutus vertailussa eliminoituu.

Kuva 7.

Kuva 7. Maavertailu.

Tässä vertailussa on maailman eri tuotantomuotojen parhaat maat. Ydinvoima on kaikissa tapauksissa vähintään kaksi kertaa nopeampi tapa vähentää päästöjä kuin tuuli ja aurimko yhteensä. Nopeimmin uusiutuvia näyttää rakentaneen Espanja, mutta maan talous on niin huonossa kunnossa, että uusiutuvien tukia on jouduttu rajusti leikkaaman, ja rakentaminen on hiipunut tämän tilaston julkaisemisen jälkeen.

Tämä tarkastelu ei ota lainkaan huomioon sitä, kuinka paljon päästöttömästä sähköstä maa käyttää itse ja paljonko vie ulkomaille. Esim. Tanska joutuu viemään suuren osan tuulisähköstään ulkomaille, koska se ei itse pysty kokonaan säätämään vaihtelevaa tuulituotantoa.

Tuuli- ja aurinkosähkön lisääminen myös vaikeutuu huomattavasti sen osuuden kasvaessa, eikä voi saavuttaa sataa prosenttia.

  1. Tässä tarkastelussa käytetty Excel-taulukko
  2. Statistical Review of World Energy 2014
  3. Saksan energiavallankumous mahdottoman edessä
  4. Ydinvoima puolitti Suomen sähköntuotannon hiilidioksidipäästöt
  5. Kuudentoista maan energiantuotannon ja CO2-päästöjen kehitys vuosina 1960-2008

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.

Saksan sähköntuotanto 1971-2012.

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.

Saksan uusiutuvan energian kasvu Eneriewenden mukaan.

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.

Saksan nykyinen ja oletettu vuoden 2020 sähköntuotanto.

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.

Saksan sähköntuotanto, viikko 11 vuonna 2014

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.

Saksan primäärienergian kulutus vuosina 1971..2011

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.

Tuulivoiman_tuotanto_ja_systeemikustannukset

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.

YK:n ilmastopaneeli: Fossiilisista polttoaineista luovuttava vuosisadan loppuun mennessä

Uusiutuva energia on siirtymäkauden ratkaisu

Edellinen artikkeli käsitteli sähkövalojen korvaamista uusiutuvalla auringonvalolla. Totesimme, että vaikka auringonvalo on ilmaista, se ei silti kykene korvaamaan sähkövaloja, vaan tarvitsemme niitä edelleen pimeään aikaan. Samasta syystä tuuli- ja aurinkosähkö eivät kykene korvaamaan muita sähkönlähteitä kuin osittain, eivät kokonaan. Tarvitsemme edelleen muitakin energiamuotoja pimeitä ja tyyniä aikaa varten.

Ongelma on nähtävissä tässä kuvassa, jossa nähdään erään viikon toteutunut sähköntuotanto Saksassa.

Saksan sähköntuotanto, viikko 11 vuonna 2014

Saksan sähköntuotanto, viikko 11 vuonna 2014

Maanantaista perjantaihin aurinkosähköä (keltainen) on käytettävissä päivisin. Keskiviikon ja torstain välisenä yönä tuulisähköä (harmaa) ei ole yhtään, eikä tietenkään aurinkosähköäkään. Muinakin arkipäivinä ja -öinä tuulisähkön osuus on vähäinen.

Viikonloppuna tilanne muuttuu. Hetkittäin noin puolet sähköstä saadaan tuulesta. Hiili (musta ja ruskea) säätävät alaspäin. Sunnuntaina vuorokauden alkupuolella jopa ydinvoimaa (punainen) on säädetty alaspäin, jotta kaikki tuulisähkö mahtuisi verkkoon. Miksi näin on tehty, eikä säädetty hiiltä lisää alaspäin johtunee siitä, että hiililaitosten säätökapasiteetti on käytetty kokonaan, eikä laitoksia kannata päivän tai kahden takia pysäyttää. Viikonloppu on ollut pilvinen, koska aurinkosähkön osuus on silloin ollut vähäinen.

Kuva osoittaa selkeästi, miksi uusiutuvat tarvitsevat rinnalleen säätövoimaa. Vesivoima on erinomaista tähän tarkoitukseen, mutta Saksassa sitä on vain vähän, joten säätövoimana käytetään fossiilisia, joskus ydinvoimaa, sekä sähkön tuontia ja vientiä, joita tässä kuvassa ei näy. Saksassa tulee usein aikoja jolloin on sekä pimeää että tyyntä, jolloin aurinko ja tuuli eivät tuota mitään. Silloin tarvitaan täysi kapasiteetti säätövoimaa. Tästä seuraa kaksi asiaa:

  • Täyteen tehoon kykenevä säätökapasiteetti on ylläpidettävä käynnistysvalmiudessa. Yhtään hiili- tai kaasuvoimalaa ei voida sulkea. Tällaisen kaksinkertaisen kapasiteetin ylläpitäminen on kallista. Laitosten kiinteät kustannuksen juoksevat koko ajan, riippumatta siitä käytetäänkö niitä vai ei.
  • Tämä säätökapasiteetti tarvitaan riippumatta siitä, kuinka paljon uusiutuvaa tuotantoa rakennetaan, koska joskus on sekä pimeää että tyyntä samaan aikaan, kuten kuvassa keskiviikon ja torstain välisenä yönä.

Uusiutuvalla energialla ei näin ollen voida korvata fossiilisten käyttöä, ainoastaan vähentää sitä. Ilmastonmuutoksen torjuminen kuitenkin edellyttää päästöjen lopettamista kokonaan. Koska uusiutuvilla ei siihen voida päästä, mitä sitten pitäisi tehdä?

Ydinvoima on sekä päästötöntä että säädettävää. Mitä jos rakennetaan mahdollisimman paljon uusiutuvaa ja sen säätötehoksi ydinvoimaa? Tarvitaan edelleen lähes täysi säätöteheokapasiteetti, koska edelleen tulee aikoja, jolloin on sekä tyyntä että pimeää. Uusiutuvien vaihtelut säädettäisiin ydinvoimalla. Tämä on teknisesti täysin toteutettavissa oleva ratkaisu. Näin menetellen säästetään ydinvoimaloissa vähän polttoainetta, ei muuta. Ydinvoiman hinnasta polttoaineen osuus on vain 10 %, joten 90 % kustannuksista säilyy, vaikka ydinvoiman tehoa säädetään alaspäin.

Lähes samalla kustannuksella siis koko ydinvoimakapasiteetti voitaisiin pitää koko ajan käynnissä. Se pystyisi ilman uusiutuvia tuottamaan kaiken tarvittavan sähkön. Tämä ratkaisu olisi kokonaisuutena yli puolet halvempi, koska uusiutuva tuotanto voitaisiin jättää kokonaan rakentamatta.

Tästä kaikesta voidaan vetää sellainen johtopäätös, että aurinko- ja tuulisähkö ovat tarpeettomia. Niillä ei voida lopettaa fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Ydinvoima voisi toimia päästöttömänä säätötehona, mutta yhtä lailla ja samaan hintaan ydinvoima voisi käydä koko ajan, joten aurinko- ja tuulisähköstä ei ole mitään hyötyä. Ydinvoima voi tarvittaessa myös säätää tuotannon kysyntää vastaavaksi, vakka verkossa ei olisi mitään muuta tuotantoa.

Aurinko- ja tuulisähköllä voidaan vähentää fossiilisten käyttöä, joten niillä voi olla perusteltua käyttöä siirtymäkauden ratkaisuna. Koska ennen pitkää päästöt täytyy lopettaa kokonaan, ydinvoima on silloin ainoa mahdollinen, lopullinen ratkaisu.

  1. E.ON threatens premature closure of nuclear plant
  2. The Economics of Nuclear Power

Miksi käytämme sähkövaloja?

AurinkoOletko koskaan miettinyt, miksi asunnoissa, liiketiloissa, ylipäätään kaikkialla missä tarvitaan, käytetään sähköllä toimivaa valaistusta? Minä en ollut, kunne ajatus kerran hairahtui tähän aiheeseen. Oivallus oli häkellyttävä. Auringonvaloahan olisi saatavissa mielin määrin, ja aivan ilmaiseksi. Kallista sähköä käyttävistä valoista voidaan luopua ja siirtyä uusiutuvaan Auringon valoon.

On aivan itsestään selvää, että käytämme sähkövaloja. Ennen niitä oli öljylamput, kynttilät, päreet, soihdut, nuotiot. Ennen tulen keksimistä oltiin pimeässä kun Aurinko ei paistanut. Nykyään pimeän muuttuminen valoisaksi nappia painamalla on niin itsestään selvää, että asiaa ei tule edes ajatelleeksi. Valaistuksen tarvekin on niin ilmiselvä, etten itse asiassa ole kuullut kenenkään koskaan kyseenalaistavan sitä.

Mutta kun aletaan puhua energiasta, ja sähkön tuotannosta, näkemykset kääntyvät päälaelleen. Fossiilisista energianlähteistä pitää päästä eroon, ja ne pitää monien mielestä korvata nimenomaan uusiutuvilla.

Tässä kohtaa ajatuskuviota häkellyin. Nämä kaksi asiaa ovat täysin rinnasteisia. Vaikka auringonvalo on ilmaista, tarvitsemme sähkövalot, koska aina ei paista Aurinko. Samasta syystä, vuorokauden ajan ja säätilan mukaan vaihtelevat aurinko- ja tuulisähkö eivät riitä koko ajaksi. Pimeitä ja tuulettomia aikoja varten tarvitsemme jotakin toista energianlähdettä. Sähkön varastointi on yhtä mahdotonta kuin valon säilöminen pimeitä aikoja varten. Hölmölässä valoa voidaan kenties sulloa säkkiin, reaalimaailmassa se ei onnistu.

Aurinko- ja tuulisähkö tarvitsevat näin olen varatehoa. Teknisesti ottaen se voi olla mitä tahansa, ja useimmiten se on joko vesivoimaa tai jotakin fossiilista energiaa. Uusiutuva energia voi vähentää fossiilienergian tarvetta, mutta ei korvata sitä kokonaan, syistä jotka edellä valaistusesimerkillä kerroin. Aurinko korvaa sähkövalot osittain, ei koskaan kokonaan.

Uusiutuva energia kasvaa maailmalla nopeasti. Olemme suunnilleen siinä tilanteessa, jossa valaistusesimerkkiä noudattaen olisimme käyttäneet sähkövaloja koko ajan, päivin ja öin. Nyt olemme ”siirtymässä” uusiutuvaan auringonvaloon. Vielä nyt näyttää ehkä hyvältä, auringonvalo on ilmaista, ja todella korvaa sähkövaloja päivisin. Ongelmat alkavat, kun siirtyminen on edennyt niin pitkälle, että emme päivisin tarvitse enää yhtään sähkövaloja, vaan kaikki valo saadaan Auringosta. Silloin kohtaamme mahdottoman. Vaikka auringonvalo on ilmaista, se ei riitä, tarvitsemme edelleen sähkövaloja pimeitä aikoja varten.

  1. Mitä on säätövoima eli säädettävä sähköntuotanto?
  2. Saksan energiavallankumous mahdottoman edessä
  3. Uusiutuva energia on siirtymäkauden ratkaisu

Kommentteja Leo Straniuksen blogiin ”Hiilivapaa Helsinki: Viisi huomiota Helsingin energiapolitiikasta”

question-mark-cloud1Leo Stranius kirjoitti blogissaan Hiilivapaa Helsinki: Viisi huomiota Helsingin energiapolitiikasta”. Teksti sisältää siinä määrin yleistyksiä, poisjättämisiä ja vääristelyjä, etten voi olla kommentoimatta sitä. Koska kyseessä ei ole aivan yksinkertainen asia, perusteellisesta kommentista tulee väkisinkin pitkän puoleinen, pahoittelen.

Tuulivoiman hinta on viime vuosina tullut merkittävästi alas. Hinta on hänen mukaansa samalla tasolla ydinvoiman kanssa (esimerkiksi OL3-projekti).

Tarkoittaako tämä sitä, että tuulivoimaa kannattaa rakentaa, koska se on edullista? Jos sen hinta on samalla tasolla ydinvoiman kanssa, tarkoittaako tämä myös sitä, että ydinvoimaakin kannattaa rakentaa, koska se on edullista? Loogisesti ajatellen tarkoittaa.

Olkiluoto 3 on epäonnistunut projekti, jollaisen käyttäminen tällaisissa vertailuissa on kirsikanpoimintaa. Pelkän tuotetun sähkön hinnan käyttäminen vertailuissa on poisjättämistä, koska oikea vertailutapa on käyttää systeemihintaa. Tuulivoiman systeemihinta nousee jyrkästi sen osuuden kasvaessa. Tämä käy ilmi tutkimuksesta Nuclear Energy and Renewables – System Effects in Low-carbon Electricity Systemstaulukosta sivulla 7.

Helsingissä voitaisiin tuottaa tuulivoimalla kaikki sähkö ja osa kaukolämmöstä. Peter Lund esitteli laskelmaa, jonka mukaan 486 MW tuulivoimaa tuottaisi 27 % Helsingin sähköntarpeesta vuodessa, 1349 MW tuulivoimaa tuottaisi 71 % sähköstä (2 % lämmöstä) ja 2910 MW tuulivoimaa (+142 GWh lämpövarasto) tuottaisi 95 % sähköstä ja 45 % lämmöstä vuodessa.

Ei voida, kahdestakin syystä:

  1. Helsingissä ei aina tuule tarpeeksi. Välillä on niin tyyntä, että Helsingin 150 metrisistä hiilivoimaloiden savupiipuista purkautuva savu nousee pystysuoraan ylöspäin vielä vähintään toiset 150 metriä. Sellaisella, usein talvisena pakkaspäivänä, Helsingin alueella ei voida tuottaa yhtään tuulivoimaa. Helsinki kuitenkin tarvitsee sähköä ja kaukolämpöä koko ajan kulutusta vastaavan määrän.
  2. Helsinkiin ei mahdu 2910 MW tuulivoimaa. Kaupungin maa- ja merialueiden yhteenlaskettu pinta-ala on 715,48 km2. Tuulivoiman keskimääräisenä tehotiheytenä voitaneen pitää 2 W/m2, joka on jo varsin optimistinen arvo, monet tuulipuistot alittavat tämän arvon selvästi. Jos Helsingin maa- ja merialueet rakennettaisiin täyteen tuulivoimaa, olisi keskimääräinen tuuliteho näillä perusteilla 1431 MW, vain noin puolet Straniuksen tekstissä mainitusta 2910 MW:sta.

Vai tarkoitettiinko tässä asennettua tehoa? Siinä tapauksessa väite saattaa pitää paikkansa, jos tarkastellaan tuotettua energiaa, megawattitunteja, mutta ei pidä paikkaansa jos tarkastellaan tehoa, megawatteja. Kohdan 1. syy pysyy voimassa.

Myös kivihiilivoimalat ovat maisemahaitta. Yleensä tuulivoimasta puhutaan maisemahaittana.

Tämä on tietenkin mielipidekysymys, josta on turha kiistellä. Mainittakoon kuitenkin, että biovoimalat ovat aivan samannäköisiä kuin hiilivoimalat.

Helsinki voisi luopua kivihiilestä vaikka heti vaarantamatta omaa sähkönsaantiaan. Helsinki tuottaa tällä hetkellä 40 prosenttia enemmän sähköä kuin käyttää. Jättämällä ylijäämä tuottamatta, voitaisiin kivihiilen käyttö lopettaa.

Väittämä on itsessään ehkä oikein, mutta jättää kokonaan huomioimatta kaukolämmön. Kokonaisuus huomioon ottaen, Helsingillä ei ole mitään mahdollisuutta luopua kivihiilestä korvaamatta sitä jollakin muulla energianlähteellä.

Perustelut:

Helsingin voimalaitokset, tehot ja polttoaineet:

Voimala Polttoaine Sähkö (MW) Kaukolämpö (MW)
Vuosaari Maakaasu 630 580
Hanasaari Kivihiili 220 445
Salmisaari Kivihiili 160 300

Todetaan, että polttoaineiden tehot Helsingissä sähkölle ovat:

  • Maakaasu 630 MW
  • Kivihiili 380 MW
  • Yhteensä 1010 MW

Kivihiilen osuus sähkötehosta on 38 %. Tästä, ja tekstissä mainitusta 40 %:n ylituotannosta on ilmeisesti vedetty se johtopäätös, että hiilestä voitaisiin luopua. Pitäisi vielä varmistaa, riittääkö pelkkä maakaasuteho 630 MW myös kulutushuippujen aikana. Mikäli ei riitä, väite ei edes teoriassa pidä paikkaansa. Toki Helsinki voi tuoda sähköä rajojensa ulkopuoleltakin.

Liiketoiminnan on oltava kannattavaa, muuten sitä ei voida tehdä. Jos hiilisähköstä luovutaan, luovutaan myös sen tuomasta voitosta. Voiko Helen toimia kannattavasti ilman sitä? Mikäli ei voi, kivihiilestä ei voida luopua.

Todetaan, että yhteistuotantovoimalaitosten polttoaineiden tehot Helsingissä kaukolämmölle ovat:

  • Maakaasu 580 MW
  • Kivihiili 745 MW
  • Yhteensä 1325 MW

Kivihiilen osuus lämpötehosta on 56 %.

Helen julkaisee nettisivuillaan kaavion, josta ilmenee kaukolämmön alkuperä:

http://helen.fi/ymparisto/kaukolampo_alkupera.html

Kivihiilen osuus tuotetusta kaukolämpöenergiasta vuonna 2012 oli 44 %.

Näin suurta osuutta sekä tehosta että energiasta ei voida pudottaa pois. Asiaa ei tarvinne enempää perustella?

Tarvitaan poliittista tahtoa. Teknologia päästöjen vähentämiseksi on olemassa ja se on taloudellisesti kannattavaa.

Jos teknologia on olemassa, ja jos se on taloudellisesti kannattavampaa kuin nykyinen ratkaisu, poliittista tahtoa ei tarvita, vaan yrityksen johto osaa siirtyä päästöttömään teknologiaan aivan normaalien markkinatalouden periaatteiden mukaisesti. Helsingin Energia toimii markkinataloudessa vapailla markkinoilla. Toiminnan on oltava kannattavaa, koska yritys ei voi toimia kannattamattomasti. Se on yksinkertaisesti mahdotonta. Kannattamaton toiminta ajaa yrityksen konkurssiin.

Kansallisessa ilmasto- ja energiastrategiassa lähdetään siitä, että kivihiilen käyttö loppuu Suomessa vuoteen 2025 mennessä. Helsingissä tämä tarkoittaa sitä, että Hanasaaren ja Salmisaaren voimalaitokset tulee sulkea.

Energian tuotanto on päästökaupan piirissä. Päästökaupan tarkoituksena on asettaa päästökatto ja ohjata vähennykset sinne, missä ne on edullisinta toteuttaa. Periaatteena on, että vähennykset kannattaa toteuttaa, mikäli ne tulevat halvemmaksi kuin päästöoikeuksien ostaminen. Mikäli eivät tule halvemmaksi, investoinnit eivät ole kannattavia. Liikeyritykset osaavat itse laskea tällaiset asiat, eikä politiikan tarvitse puuttua asiaan. Sen takia päästökauppajärjestelmä on rakennettu. Lisäksi päästökauppasektorilla toteutettuja vähennyksiä ei lasketa mukaan kansallisiin päästövähennysvelvoitteisiin, jotka kohdistuvat päästökauppasektorin ulkopuolisiin päästöihin. EU:n tavoitteissa sanotaan selkeästi:

Vuosina 2013–2020 päästökauppaan kuuluvien alojen tulee vähentää päästöjään EU:n yhteisötason tavoitteen mukaisesti. Päästökaupan ulkopuolella Suomen päästövähennystavoite on 16 % vuoden 2005 tasosta vuoteen 2020 mennessä jäsenmaiden välisen taakanjakopäätöksen mukaisesti.

Päästökauppasektorilla tehtyjä päästövähennyksiä ei lasketa tähän 16 %:n mukaan. Päästökauppasektorilla käytetty biomassa on pois päästökauppasektorin ulkopuolisista käyttökohteista. Asiaa on ajateltava laajemmin kuin vain Helsingin, tai Suomen osalta.

Päällekkäisten ohjausmekanismien ja –strategioiden luominen on näin ollen aika erikoista, ja vesittää päästökaupan tavoitteen mahdollisimman kustannustehokkaasta toiminnasta. Helsingin Energian päästöjä ei tule laskea lainkaan Suomen kansallisiin päästöihin. Ne ovat EU:n päästöjä, ja niitä ohjataan päästökaupalla.

Yhden mahdollisuuden tähän tarjoaa biohiili.

Biohiili saattaa tarjota yhden mahdollisuuden. Sen valmistuksen skaalaaminen teolliseen mittakaavaan ei kuitenkaan vielä ole onnistunut. Ei itse torrefioinnin eikä pelletöinnin/briketöinnin osalta.

Olipa biopolttoaine missä muodossa tahansa, hakkeena, pellettinä, kaasuna tai biohiilenä, sillä on yksi vakava rajoite: Sitä ei voida käyttää enempää kuin sitä kasvaa. Käytännössä ei lähellekään sitä määrää mitä sitä kasvaa, koska puuta tarvitaan muuhunkin käyttöön. Suomen metsät kasvavat energiassa mitattuna n. 200 TWh vuodessa. Suomen primäärienergian kulutus on n. 400 TWh. Puuperäisiä polttoaineita käytetään Suomessa nyt jo n. 70 TWh. Esimerkiksi ”risupaketin” tavoitteena on nostaa hakkeen käyttö 25 TWh:iin. Biomassalta ei voida odottaa enempää kuin mitä se kykenee antamaan.

Tästä aiheesta olen kirjoittanut perusteellisen yhteenvedon aiemmin:

Metsäbiomassan energiapotentiaali Suomessa

Tuleeko biopolttoaineille päästökerroin? Biopolttoaineille tulee ennemmin tai myöhemmin jonkinlainen laskennallinen päästökerroin.

Toivottavasti tulee, koska niiden päästöt ovat suuremmat kuin fossiilisten polttoaineiden. Tällä hetkellä oletettu nolla-päästöisyys perustuu siihen olettamaan, että biopolttoaineeksi kaadetun puun tilalle kasvaa uusi, joka sitoo edellisen puun hiilen takaisin. Tämä ei kuitenkaan tapahdu hetkessä. Parhaimmillaan, metsätähteiden osalta, takaisinmaksuaika voi olla vain muutama vuosi, mutta kantojen osalta kymmeniä, jopa yli sata vuotta. Runkopuu on jossain siinä välillä. Tämä tarkoittaa sitä, että nyt poltettu biomassa vähentää ilmakehän hiilidioksidin määrää vasta takaisinmaksuajan jälkeen. Pahimmassa tapauksessa biopolttoaineen valmistukseen kuluu enemmän energiaa kuin siitä saadaan, eli päästöt kasvavat.

Myös joidenkin päästökomponenttien lisääntymiseen biomassan poltossa ei ole vielä kiinnitetty lainkaan huomiota. Yksi tällainen on typpioksiduuli, eli ilokaasu. Se on voimakas kasvihuonekaasu, jonka mahdollinen lisääntyminen biomassan poltossa ja seospoltossa tulee selvittää ja ottaa huomioon ennen kuin tehdään ratkaisuja, joista ei voi perääntyä.

”Olkiluodosta piisaisi sähköä kaikille Suomen kotitalouksille”

Energia-lehden nettiversio julkaisi tänään suhteellisuuden tajun palauttavan artikkelin tuuli- ja ydinvoiman eroista. Siinä missä ydinvoiman kapasiteetti ilmoitetaan megawattitunteina, käytetään tuulivoiman tuotannon ilmoittamiseen niiden kotitalouksien lukumäärä, johon kyseinen installaatio tuottaa vuodessa sähköt. Esimerkissä käytetty Simoon valmistuva 18 MW:n tuulipuiston sanotaan tuottavan sähköä 11000 kotitalouden tarpeisiin. Samoilla laskentaperusteilla voidaan sanoa, että Olkiluoto 3 tuottaa sähköt kaikkiin Suomen kotitalouksiin.

Jos kohta Olkiluoto 3:n kasvanut hintalappu hirvittää, jää tuulivoima siinäkin häviölle. Keskimäärin 6 megawatin tehon tuottava tuulipuisto maksaa 30 miljoonaa euroa. Teho tietenkin vaihtelee nollasta täyteen 18 megawattiin, joten vara- ja säätötahoa tarvitaan lisäksi.

Vastaavalla tavalla laskien, jokainen Olkiluoto 3:n investoitu 30 miljoonaa euroa tuottaa 8 megawatin tasaisen tehon. Varateho toki tarvitaan, sitäkin harvoin, mutta säätötehoa ei lainkaan. Ja jos tarvittaisiin, Olkiluoto 3 on rakennettu säädettäväksi. Väite, jonka mukaan ydinvoimalaa ei voi säätä, on siis myytti.

Lue koko artikkeli tästä.

Aiheesta lisää: