Miten Britit säätävät tuulivoiman?

Viimeksi todettiin, että tuulivoiman teho Isossa-Britanniassa voi painua niin lähelle nollaa, että se tarvitsee täyden kapasiteetin verran säätötehoa. Jokaista asennettua tuulimegawattia kohti on oltava megawatti jotain muuta, säästä riippumatonta tuotantoa, jolla tuulen tehonvaihtelut voidaan tasata.

Kaikki tuulivoima ohjataan markkinoille, jossa se syrjäyttää jotain muuta. Mitä muuta? Toivottavaa olisi, että tuuli syrjäyttäisi hiiltä, koska silloin se tuottaisi suurimman mahdollisen päästövähennyksen.

Imuroidaan tilastot täältä, ja katsotaan, säädetäänkö tuuli Briteissä hiilellä vai kaasulla.

Kuva 1. Tuuli- ja hiilitehon riippuvuus Isossa-Britannisassa

Kuva 1. Tuuli- ja hiilitehon riippuvuus Isossa-Britannisassa

Kuva 2. Tuuli- ja kaasutehon riippuvuus Isossa-Britannisassa

Kuva 2. Tuuli- ja kaasutehon riippuvuus Isossa-Britannisassa

Tuuli syrjäyttää siis kaasua, jonka päästöt ovat hiiltä vähäisemmät jo muutenkin. Kuva 1. näyttää, että tuulitehon lisääntyminen lisäisi hiilen käyttöä. Se ei sentään voi pitää paikkaansa. Kyse lienee siitä, että talvella tuulee enemmän, ja silloin myös käytetään hiiltä enemmän. Ero on kuitenkin selvä: Tuulivoima Briteissä korvaa maakaasua. Hiilen käyttöön se ei vaikuta.

Tuulivoima petti britit pakkasessa – taas

Royd_MoorTammikuussa 2011 kirjoitin yllä olevalla otsikolla, silloin ilman ”taas”. Teksti luettavissa tästä.

Silloin referoidussa The Telegraphin artikkelissa sanottiin:

Even yesterday, when conditions were slightly breezier, wind farms generated just 1.8 per cent of the nation’s electricity — less than a third of usual levels.

Asennettua tuulivoimatehoa Briteissä oli silloin n. 5000 MW. Nyt sitä on jo yli 10000 MW, mutta The Telegraph julkaisi eilen aivan saman sisältöisen uutisen otsikolla

Proof that the wind industry cannot be relied upon for our electricity

UK demand hit 52.54 gigawatts (GW) between 5pm and 5.30pm on Monday, according to official data from the National Grid. But wind contributed just 0.573GW during the same time, just over 1pc of the total.

Kolmen tuoden takainen pohjanoteeraus 1,8 % oli nyt vieläkin vähemmän kaksinkertaistuneesta kapasiteetista huolimatta.

Tuulivoima Briteissä toimii suunnilleen kapasiteettikertoimella 0,22, mutta tulee tilanteita, joissa tuulivoima on kokonaan poissa pelistä, kuten The Telegraph kirjoittaa:

For all the vast subsidies it has been given, the wind industry is not fit for purpose. While it is clearly able to contribute during some periods, it cannot always do so and its cost is high, hitting the poor and taxpayers in an unacceptable manner. We will always need to rely on fossil fuel for the vast bulk of our energy consumption.

Tuulivoima on hyvä keino vähentää muuta tuotantoa, mutta sen korvaajaksi siitä ei näiden kokemusten perusteella ole, mikä on toki tiedettykin koko ajan. Brittien on edelleen pidettävä käytettävissä kaikki hiili-, kaasu- ja ydinlaitoksensa huolimatta siitä, kuinka paljon tuulivoimaa rakennetaan. Vaikka tuulivoima itsessään on suhteellisen halpaa, tällainen kokonaisuus, jossa kaikki vanhat laitokset säilytetään, ei voi olla halpa.

Pysyvyyskäyrästä nähdään, miten tuulivoiman tuottama teho jakautuu jakson ajalle. Vuonna 2011 katsottiin, miltä joulukuun 2010 tuulivoiman pysyvyyskäyrä näytti.

Kuva 1.

Kuva 1.

Vuoden 2014 joulukuu näyttää tältä:

Kuva 2.

Kuva 2.

Maksimiteho on kasvanut, mutta käyrän muoto on samanlainen, koska tuuliolosuhteet molemissa joulukuissa ovat olleen samankaltaiset. Maksimiteho on alle 60 % asennetusta tehosta, ja noin neljäsosan joulukuusta teho on alle 10 %. Tuulitilastot ovat täältä.

Jos tuulivoiman pienin odotettavissa oleva teho on yksi prosentti asennetusta kapasiteetista, sitä pitäisi rakentaa sata kertaa tarvetta enemmän, jotta siihen voisi kaikissa tilanteissa ainoana tuotantomuotona luottaa. Tässä tapauksessa tarve oli 52,54 GW, eli 52.000 MW. Jos tuulivoimaa olisi asennettuna 5.200.000 MW, se olisi kattanut myös tämän tarpeen, mutta tämä on lähinnä teoreettinen pohdinta, kuolleena syntynyt ajatus.

Tuulivoima ei poista riippuvuutta fossiilisista polttoaineista ilman sellaista sähkön varastointia, joka riittää kattamaan kaikki tuulen tuotantokatkokset. Sellaista varastoa ei ole olemassa, eikä myöskään suunnitteilla, koska riittävän kustannustehokasta, riittäviin mittoihin skaalattavissa olevaa menetelmää sellaisen rakentamiseksi ei ole keksitty. Sähkön varastointi on ollut yksi suurimpia alan haasteita ainakin viimeiset sata vuotta, ja on sitä edelleen. Lämpimurtoja ei ole näköpiirissä.

Kaksi uutta ydinvoimaratkaisua lähellä kaupallistamista

Ydinvoimasta kannattaa puhua, koska sen pontentiaali päästöjen vähentämisessä on aivan liian suuri, jotta se voitaisiin jättää huomioon ottamatta energia- ja ilmastokriisin ratkaisemisessa. Ydinvoimaa on opittu pitämään liian kalliina, vaarallisena, ja hitaana rakentaa, jotta siitä olisi mitään hyötyä. Osittain väitteet pitävät paikansa, osittain eivät. Ydinvoima on väärin käytettynä vaarallista, oikein käytettynä ei. Tämä pätee moneen muuhunkin teolliseen toimintaan. Ydinvoima on kallista rakentaa, mutta halpa käyttää. Investoinnit ovat kalliita, ja alkavat tuottaa selvästi hitaammin kuin useimmat uusiutuvan energian investoinnit. Siksi vapaa raha hakeutuu helpommin uusiutuvaan energiaan, vaikka ydinvoiman potentiaali on käytännössä niitä suurempi monistakin syistä.

kuva

Kuva 1. ThorCon reaktorilaitos on kokonaan maanpinnan alapuolella.

Nykyisin eniten käytetty ydinvoimalatyyppi perustuu painevesireaktoriin (PWR=Pressurized Water Reactor), joka alun perin kehitettiin sukellusveneen voimanlähteeksi. Se toimii hyvin, sen käytöstä on pitkä kokemus, ja se tuottaa tällä hetkellä vesivoiman jälkeen eniten päästötöntä sähköä maailmassa, ja neljä kertaa enemmän kuin tuuli- ja aurinkovoima yhteensä. Koska ydinvoiman turvallisuutta on haluttu parantaa, muodostuu suurin osa uuden PWR-voimalan kustannuksista erilaisista suojarakenteista ja – järjestelmistä, joilla on kaksi tarkoitusta: estää sydämen ylikuumeneminen ja sulaminen, sekä estää radioaktiivisten aineiden päästy ympäristöön, mikäli sydän kaikesta huolimatta sulaisi. PWR ei kuitenkaan ole ainoa vaihtoehto ydinenergian hyödyntämiseksi. Muista vaihtoehdoista on blogissa kirjoitettu ennenkin, esim. seuraavissa artikkeleissa:

Sulasuolareaktori – energiaa toriumista

IFR – menetetty mahdollisuus, vai tulevaisuuden pelastaja?

Vaikka ydinvoimaa sanotaan vanhanaikaiseksi, se on käyttämistämme energiamuodoista uusin, ja ainoa, joka keksittiin 1900-luvulla. Kaikki muut on keksitty 1800-luvulla tai paljon ennen sitä. Alalla on kaikessa hiljaisuudessa tapahtumassa lähivuosina paljon. Kiina on päättänyt kaupallistaa sulasuolareaktorin (MSR=Molten Salt Reactor) kymmenessä vuodessa, koska hiilivoiman aiheuttamat ilmasaasteet ovat toden teolla alkaneet riivaamaan kansalaisia. Seuraavassa esittelemme kaksi hanketta Kiinan ulkopuolelta, joissa tavoitteena on tuoda MSR markkinoille lähimmän kymmenen vuoden kuluessa. Kanadalaiset Terrestrial Energyn suunnitelman nimi on Integral Molten Salt Reactor (IMSR). Se on kuvan mukainen, vähän kuplavolkkaria isompi moduuli, joka pitää sisällään kaikki aktiiviset osat.

teksti

Kuva 2. Terrestial Energy, Integtal Molten Salt Reactor (IMSR), vasemmalla 25 MWe ja 300 MWe mallit.

Kuvassa vasemmalla on pienin lämpöteholtaan 60 MW, toisena 650 MW malli. Kaiksi oikeanpuoleista ovat saman teholuokan painevesireaktoreita. Terrestial Energy tekee yhteistyötä Oak Ride Laboratoryn kanssa. Toinen yrittäjä on yhdysvaltalainen Martingale Inc, jonka suunnitelma kantaa nimeä ThorCon Power. Ratkaisuna on samankaltainen moduulirakenne kuin kilpailijalla. Teknisesti nämä ovat hyvin lähellä toisiaan, joten niiden erillinen esittely ei ole tarpeen. Molemmat perustuvat nestemäisen polttoaineen käyttöön. Tämä tekniikka kehitettiin ja testattiin Oak Ride Laboratoryssä kahdella toimivalla reaktorilla vuodesta 1946 vuoteen 1973, jolloin projekti keskeytettiin poliittisin perustein. Tästä enemmän artikkelissa Sulasuolareaktori – katsaus historiaan Nesteenä on suola, johon polttoaineena käytetty uraani on liuotettu. Neste toimii paitsi polttoaineena, myös jäähdytteenä, jolla reaktorin tuottama lämpö siirretään ja otetaan talteen. Tällä ratkaisulla on useita etuja. Itse asiassa kevytvesireaktorin ”isänä” tunnettu fyysikko Alwin Weinberg piti MSR:ää siviilikäyttöön PWR:ää parempana vaihtoehtona, mutta tämä kannanotto jäi aikanaan vaille sitä huomiota, minkä se olisi ansainnut. Tekniikan edut ovat huomattavat: Suurin kevytvesireaktorin riski, sydämen sulaminen, on eliminoitu täysin, koska polttoaine on jo sulassa muodossa. Nestemäinen polttoaine myös eliminoi tarpeen valmistaa polttoainesauvoja, mikä alentaa kustannuksia. Suolan sulamislämpötila on useita satoja asteita, ja kiehumispiste vielä huomattavasti tätäkin korkeampi. Reaktoria ei sen takia tarvitse paineistaa, se voi toimia ilmakehän paineessa. Reaktoria ei tarvitse rakentaa paineastiaksi, jonka seinämän vahvuus PWR:ssä voi olla parikymmentä senttimetriä. Tällainen paineastia on vaikea, hidas ja kallis valmistaa. MSR:n astia voidaan valmistaa parin sentin vahvuisesta teräksestä. Tällä hetkellä maailmassa on vain muutamia terästehtaita, jotka ylipäätään kykenevät valmistamaan PWR:n paineastian. MSR eliminoi tämän ongelman kokonaan. Koska rakenteissa ei ole paksuseinämäisiä teräsosia, MSR on tunteeton nopeille tehonmuutoksille. Sen tehoa voidaan säätää nopeasti, yhtä nopeasti kuin kaasuturbiinia, jollaiseen yhdistettynä se olisi käyttökelpoinen esim. tuuli- ja aurinkovoiman säädössä. Yksi kevytvesireaktorin tehonmuutosnopeutta rajoittava tekijä on ksenonin muodostuminen polttoainsauvoihin. Ksenon absorboi neutroneja, joten se voi tietyissä tilanteissa pysäyttää reaktorin kokonaan. Koska ksenon on kaasu, se poistuu helposti suolaliuoksesta, eikä käyttöä estävää ksenon-myrkytystä voi tapahtua. Koska reaktorissa ei ole painetta, eikä vettä, höyryräjähdys ei ole mahdollinen. Tämä eliminoi massiivisen, paineenkestävän suojarakennuksen tarpeen. PWR:ssä voi tietyissä onnettomuustilanteissa muodostua tulenarkaa vetyä. Näin kävi Fukushimassa, jonka seurauksena reaktorihallin yläosat räjähtivät. MSR:ssä ei voi muodostua vetyä, eli tämä riski eliminoituu kokonaan. MSR on passiivisesti turvallinen. Itse fissioreaktio voi tapahtua vain grafiittisydämen sisällä tietyssä lämpötilassa. Jos sydän lämpenee liiaksi, suolan lämpölaajeneminen ajaa osan suolasta ja polttoaineesta sydämen ulkopuolelle, jolloin jäljelle jäävä fissiilin polttoaineen määrä ei enää kykene ylläpitämään fissiota, vaan reaktio hidastuu itsestään. Säätösauvoja MSR:ssa on vain muutama, eikä niitä normaalisti tarvita tehon säätämiseen. Reaktorin pohjassa on kiinteästä suolasta muodostettu tulppa (alla olevassa kuvassa harmaalla). Se pidetään kiinteänä jäähdyttämällä sitä. Jos omakäyttösähkö laitokselta häviää, pysähtyy myös suolatulpan jäähdytys, jolloin se sulaa, ja reaktorissa oleva suola valuu alla olevaan varastosäiliöön. Se on rakennettu niin, että radioaktiivisen hajoamisen muodostama ns. jälkilämpö poistuu ympäristöön itsestään, ilman mitään aktiivisia jäähdytysjärjestelmiä, jotka tarvitsisivat sähköä tai muuta ulkopuolista toimenpidettä. Tämä ominaisuus eliminoi täysin PWR:n moninkertaisten ja kalliiden hätäjäähdytysjärjestelmien tarpeen.

loop_fdt_20141207

Kuva 3. Martingale Inc (ThorCon Power). Itse reaktori on kuvassa oranssi. Alhaalla vihreällä on säilö, johon polttoainesuola häiriötilanteessa tyhjennetään.

Näiden kahden ominaisuuden takia MSR on passiivisesti turvallinen. Käyttöhenkilökunnan ei tarvitse tehdään mitään, eikä mitään aktiivisia, sähkönsyötöstä riippuvaisia järjestelmiä tarvita. Turvajärjestelmää ei voi edes kytkeä pois päältä, koska turvallisuus perustuu suolatulpan sulamiseen ja painovoimaan, joka on aina ”päällä”. Käyttöhenkilökunta voi lähteä vaikka kotiinsa, ja laitos ajaa häiriön sattuessa itsensä turvalliseen tilaan ja jää siihen. Maanjäristyksen kestävä suolasuolareaktori olisi Fukushimassa ainoastaan pysähtynyt. Se olisi voitu käynnistää uudelleen heti kun tsunamin aiheuttamat muut sotkut olisi siivottu pois tieltä. Nämä molemmat reaktorimoduulit voidaan rakentaa tehtaassa sarjatuotantona. Martingale Inc:n strategiana on suunnitella, tuotteistaa ja tyyppihyväksyttää yksi ainoa 250 MWe:n kokoinen moduuli. Erikokoisia voimaloita voidaan rakentaa yhdistämällä näitä moduuleita. Esim. tuhannen megawatin laitokseen asennetaan neljä moduulia. Terrestrial Energyn suunnitelmissa on kehittää useampia kokovaihtoehtoja, joista pienin olisi lämpöteholtaan 80 MW. Sähköä siitä saisi n. 30 MW. Martingale Inc käyttää esimerkkinä Korealaista telakkaa, joka rakentaa sata laivaa vuodessa. Reaktorimoduulin materiaalit ja rakenne ovat sellaisia, että telakka voisi valmistaa niitä siinä missä laivamoduulejakin. Yksi suuri telakka kykenisi vuodessa valmistamaan reaktorimoduulit sataan tuhannen megawatin voimalaan. Voimala on täysin moduulirakenteinen. Moduulit rakennetaan sarjatuotantona ja kootaan paikan päällä. Alla oleva animaatio havainnostaa moduulirakentamisen.

shall_demo_20141113

Kuva 4. ThorCon moduulirakentaminen.

Yhteen tuhannen megawatin PowerCon Energy voimalan reaktorilaitokseen tarvitaan 17000 tonnia terästä. Vastaavan tehoisen tuulivoima-installaatioon (kapasiteettikertoimella 33 %) terästä tarvitaan 24-kertainen määrä, n. 400.000 tonnia. MSR voi toimia hyvin korkeassa lämpötilassa, selvästi korkeammassa kuin vesijäähdytteiset reaktorit. Niiden yhteydessä voidaan käyttää samoja höyryturbiinikoneistoja kuin hiilivoimaloissa. Niitä maailmassa on paljon jo valmiina. MSR voisi suoraan korvata hiilivoimalan kattilan ja muuttaa laitoksen nollapäästöiseksi voimalaksi. Molemmat yritykset ovat laskeneet, että tällä teknologialla sähköä voidaan tuottaa halvemmalla kuin tällä hetkellä halvimmalla, eli kivihiilellä. ThorCon Powerin sivuilta löytyvät tarkat kustannuslaskelmat, joiden mukaan reaktorilaitos olisi halvempi rakentaa kuin hiilivoimalan kattila. Tämä yhdessä hiiltä halvemman polttoaineen kanssa, tekisi sähkön hinnaksi 27,50 €/MWh, verrattuna hiilen hintaan 50 €/MWh. Hinnassa on otettu huomioon laitosten rakentaminen, käyttö, polttoaineet oletetulla 32 vuoden eliniällä ja 10 % diskonttauskorolla. Jos tässä esitetyt suunnitelmat hyödynnetään maailman päästöjen vähennyksessä ja rakennettaisiin 39 kpl tuhannen megawatin MSR-voimalaa vuodessa, ne voisivat korvata hiilivoimalat 40 vuodessa.

kuva

Kuva 3. Rakentamalla kolme ThorCon 250 MWe moduulia viikossa, hiilivoimalat voidaan korvata 40 vuodessa.

Kivihiili sähkön tuotannossa aiheuttaa yli 25 % kaikista energian tuotannon CO2-päästöistä. Hiilen voi syrjäyttää markkinoilta tehokkaimmin tuomalla tilalle vielä halvemman vaihtoehdon, jota toistaiseksi ei ole. MSR:n hyvä säädettävyys tekee siitä vaihtoehdon myös maakaasulle. MSR:n korkeaa lämpötilaa voidaan hyödyntää myös muuhun kuin sähkön tuotantoon. Sillä voidaan esimerkiksi valmistaa vedestä vetyä, joka voidaan edelleen muuntaa hiilivedyksi, ja näin korvata öljyä polttoaineena tai kemian teollisuuden raaka-aineena. Riittävän edullista lämmönlähdettä tähän tarkoitukseen ei kemian teollisuudella toistaiseksi ole käytettävissä. MSR:n polttoainetalous on vähän parempi kuin PWR:n. Martingale Inc ilmoittaa, että yksi 1000 MW:n laitos tarvitsee 208 tonnia luonnonuraania vuodessa, kun vastaavan tehoinen PWR tarvitsee 250 tonnia. Suolaan liuotetun polttoaineen jälleenkäsittely on helpompaa kuin PWR:n oksidipolttoaineen. Jälleenkäsittelyllä MSR:n uraaninkulutus voidaan puolittaa. Martingale Inc:n suunnitelmissa on käyttää toriumia uraanin seassa, joka vähentää uraanin kulutusta. MSR voi teoriassa hyötää kaiken käyttämänsä polttoaineen toriumista, mutta näissä molemmissa suunnitelmissa se mahdollisuus on jätetty pois, koska tekniikka siihen ei ole valmis. Näissä kummassakaan ei ole mitään sellaista uutta tekniikkaa, mitä ei olisi jo testattu. Siksi ne voivat olla valmiita ja kaupallisessa käytössä lähimmän kymmenen vuoden kuluessa. Tämä tekniikka on lupaava, että se tulee jossain muodossa käyttöön ennemmin tai myöhemmin. Kun se on käytössä, voidaan sitovia ja merkittäviä ilmastosopimuksiakin saada aikaiseksi, koska hiilelle on realistinen vaihtoehto tarjolla. Vielä toistaiseksi hiilen käyttö kasvaa joka vuosi enemmän kuin tuuli- ja aurinkosähköä tuotetaan.

  1. Molten Salt Reactors: The Future of Green Energy?
  2. Terrestrial Energy
  3. ThorCon Power
  4. Integral Molten Salt Reactor targeting blueprint stage in late 2016
  5. Eri energiamuotojen toteutuneita päästövähennyksiä
  6. Terrestrial Energy Announces Strategic Collaboration with University of Tennessee

Vuosi 2014 oli ennätyslämmin

Viime vuoden lämpötilamittaukset alkavat valmistua. Japanin ilmatieteenlaitos ehti kertomaan omat tuloksensa jo vähän ennen vuoden vaihdetta, Alabaman yliopisto vähän sen jälkeen. Nasa päivitti oman mittaussarjansa eilen. Ison Britannian Hadley Centren mittaussarja on tavallisesti päivittynyt näistä viimeisenä, eivätkä sen tulokset joulukuulta eivät ole vielä valmiita. Katsotaan kuitenkin miltä mittaukset tässä vaiheessa näyttävät. Japanin ilmatieteenlaitoksen mukaan viime vuosi oli mittaushistorian lämpimin.

2014_japani

Kuva 1. Japanin ilmatieteenlaitoksen globaalilämpötilan mittaussarja.

Nasan mukaan viime vuosi oli mittaushistorian lämpimin.

2014_GISS

Kuva 2. Nasan globaalilämpötilan mittaussarja GISS.

Hadley Centren joulukuun tulos puuttuu toistaiseksi. Tammi-marraskuun keskiarvon mukaan viime vuosi oli yhtä lämmin kuin toistaiseksi lämpimin vuosi 2010. Joulukuun tulos voi nostaa viime vuoden lämpimimmäksi myös tämän sarjan mukaan, tai sitten ennätys säilyy vuodessa 2010, mutta todella niukasti. Tässä kuvassa nähdään erikseen koko Maapallon, eteläisen ja pohjoisen pallonpuoliskon vuosikeskiarvot sekä viiden vuoden liukuvat keskiarvot.

2014_HadCRUT4

Kuva 3. Hadley Centren globaalilämpötilan mittaussarja HadCRUT4.

Alabaman mittaussarja on näistä ainoa, joka perustuu satelliittimittauksiin. Se mittaa alailmakehää, kun muut tässä olevat sarjat mittaavat lähellä maan pintaa olevia lämpötiloja, eikä Alabaman sarja sen vuoksi ole aivan vertailukelpoinen pintamittausten kanssa. Tämän sarjan mukaan viime vuosi oli kolmanneksi lämpimin järjestyksessä vuosien 1998 ja 2010 jälkeen.

2014_UAH

Kuva 4. Alabaman yliopiston globaalilämpötilan mittaussarja UAH.

Piirrettynä samaan kaavioon, UAH, HadCRUT4 ja GISS näyttävät viimeisen 30 vuoden ajalta tältä.

2014_UAH_GISS_HadCRUT4

Kuva 5. GISS, HadCRUT4 sekä UAH mittaussarjat viimeisen 30 vuoden ajalta. Vuosikeskiarvot sekä viiden vuoden liukuvat keskiarvot.

Koko mittaushistorian ajalta vertailu näyttää tältä.

2014_UAH_GISS_HadCRUT4_pitka

Kuva 6. GISS, HadCRUT4 sekä UAH mittaussarjat sarjonen koko pituuden ajalta.Vuosikeskiarvot sekä yhdentoista vuoden liukuvat keskiarvot.

Vuosikeskiarvoja paremman kuvan lämpötilan muutoksesta antaa useamman vuoden liukuva keskiarvo. Yhdentoista vuoden likuva keskiarvo on näissä kaikissa sarjossa nouseva viimeisen pisteen ollessa korkein. Huhut ilmaston lämpenemisen pysähtymisestä ovat vahvasti liioiteltuja. Lisää kaavioita ja lähteet tässä käytettyihin tietoihin löytyy tämän blogin Data-osioista.

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.

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

Juuttunut vai eikö juuttunut?

Tuulimyllyt

Uutta energiateknologiaa

Vuoden voi aloittaa vaikkapa vertaamalla kahta näkemyksellistä ääripäätä samasta asiasta.

Ensimmäisen tarjoaa aurinkoprofessoriksikin tituleerattu Peter Lund, joka otsikossa ilmoittaa ykskantaan:

Suomi on juuttunut menneen maailman energiapolitiikkaan

Parhaillaan käynnissä on maailmanlaajuinen energiavallankumous, ja sen myötä uusiutuvat energiat valtaavat markkinoita.

Suomen energiapolitiikassa ja markkinoilla on harvainvalta, poliittinen päätöksenteko ja isot energiatoimijat ovat lähellä toisiaan.

”Saksassa kuluttaja on pomo, Suomessa kuluttaja alistuu,” Lund kuittaa.

Energiateollisuus ry:n toimitusjohtaja Juha Naukkarinen tunnistaa vastineessaan kaikki nämä kannanotot.

Suomiko juuttunut menneen maailman energiapolitiikkaan?

Onneksi tässä onkin jo tapahtunut paljon. Vuodesta 2012 puupohjainen energia on ollut kaikkein suurin yksittäinen energialähde maassamme, tuolloin se ohitti öljyn. Myös esimerkiksi sähkön ja kaukolämmön yhteistuotannossa ja kaukolämmön erillistuotannossa puuenergia on selvästi suurin yksittäinen energialähde.

Jokin aika sitten uutisoitiin, miten Uusiutuva energia nousi Saksassa ykköseksi. Kysymys oli siitä, että uusiutuvilla tuotettu sähkö ylitti ruskohiilellä tuotetun. En muista nähneeni uutista vuonna 2012 siitä miten puubiomassa ylitti öljyn Suomessa. Ehkä en vain huomannut sitä. Nyt se on jo ainakin unohtunut, ja kansallemme luonteenomaiseen tapaan itsemme ruoskiminen jatkuu monessakin muodossa, olemme aivan surkeita, ja meidän pitäisi ottaa mallia Saksasta, jossa hommat osataan.

Vai osataanko? Naukkarinen jatkaa:

Sähköntuotannossamme hiilidioksidivapaan tuotannon osuus on jo noin 70 prosenttia, uusiutuvien ja kotimaisten energialähteiden osuus on noin 40 prosenttia. Molemmissa olemme selvästi pidemmällä, kuin kriitikoiden esimerkkimaassa Saksassa, jossa sähköntuotannon hiilidioksidipäästöt ovat kaksinkertaiset Suomeen verrattuna, ja ylittävät selvästi myös EU-maiden keskiarvon.

Suomessa sähkön hinta on, suhteellisen raskaasta verotuksesta huolimatta, EU-vertailussakin varsin kohtuullinen ja kilpailukykyinen. Monien esittämässä esimerkkimaassa Saksassa sähkön hinta kotitalouksille ja valtaosalle saksalaista elinkeinoelämää on aivan EU:n kalleimmasta päästä. Suomen kotitalouksiin verrattuna saksalaisten maksama hinta on kaksinkertainen. Tämä on johtanut Saksassa niin sanottuun energiaköyhyyteen, arvioiden mukaan lähes miljoonalla kotitaloudella on vaikeuksia selviytyä korkeista sähkölaskuistaan. Tilanne johtuu mm. valtavista tuista, joita maksetaan erityisesti aurinko- ja tuulivoimalle.

Näinkö on käynyt siksi, että kuluttaja on pomo, vai mistä on kysymys?

Tähän aiheeseen voidaan palata myöhemmin ja esim. seuraavassa vuodenvaihteessa katsoa, kumpi tässä esitetyistä näkemyksistä on silloin vahvemmalla. Joko Saksan energiavallankumous osoittautuu fiaskoksi vuonna 2015, vai tarvitaanko vielä muutama vuosi lisää kokeilua?

Sillä välin Espanjassa

Energiauutiset kirjoittaa numerossa 6/2014 otsikolla:

Espanja teki täyskäännöksen

Artikkeli kertoo siis Espanjansa, jossa myös on vahvasti panostettu uusiutuvaan energiaan, valtion avokätisellä avustuksella tietenkin.

Lasku tuuli- ja aurinkovoimainvestoinneista on kuitenkin yllättänyt poliitikot. Energiantuottajille luvatut syöttötariffit ovat nostaneet sähkön hintaa ja lisänneet valtion velkaantumista. Muutaman vuoden takainen takuuhintajärjestelmä on osoittautunut kestämättömäksi, ja sitä on jouduttu radikaalisti korjaamaan.

Pääministeri lupasi, että uusiutuvaan energiaan sijoittaminen lisäisi työllisyyttä. Espanjan kunnianhimoisena tavoitteena oli tienata rahaa myymällä aurinkopaneeleita muille päästöjään vähentämään pyrkiville maille. Aurinkopaneeleista ei tullut odotettua rahasampoa. Päinvastoin, suurin osa laitteista tuotiin maahan ulkomailta.

Vuonna 2012 kokonaislasku uusiutuvan energian tukemisesta ylitti jo 30 miljardia euroa.

Vuonna 2012 uutta tuulivoimakapasiteettia asennettiin vielä 1122 megawatin edestä. Vuotta myöhemmin luku oli romahtanut 175 megawattiin.

Investoinnit uusiutuviin energiamuotoihin ovat tyrehtyneet. Sijoittajat ovat pelästyneet päätöksestä puuttua jo tehtyihin sopimuksiin. Tuhansia alan työpaikkoja on hävinnyt.

Saksan talous on paljon vahvempi kuin Espanjan, joten se kestää lypsämistä enemmän. Voi olla, että vielä ensi vuodenvaihteeseen mennessä Saksa ei ole tehnyt täyskäännöstä, mutta tämän vuosikymmenen aikana melko varmasti kyllä.

Naukkarinen, Lund: 1 – 0. Mutta jokainen voi tietenkin vetää omat johtopäätöksensä itse.