Case maapallo: Kun muutoksen tuulet puhaltavat, toiset rakentavat muureja, toiset tuulimyllyjä

Puhumme energiamurroksesta, vallankumouksesta. Onko jotain mullistavaa tapahtumassa?

Energiamurros on tässä ja nyt. Se on väistämätön. Se vaatii välineitä, päätöksiä ja ratkaisuja. Se on positiivinen ilmiö, johon sisältyy valtava määrä konkreettisia tekoja, vaikuttamisen keinoja ja toimintaa maapallon elinkelpoisuuden turvaamiseksi.

Mitä suuria muutoksia energia-alalla on menossa?  Mikä on näkymä esimerkiksi vuodelle 2030. Tätä pohditaan laajasti. Seuraavassa on näkökohtia keskeisimpiin muutostekijöihin.

Osallistumme Aasian hiilenpolttotalkoisiin

Aasiassa energiamurros vastaa Euroopan tilannetta kymmeniä vuosia sitten: paikallista hyvinvointia lisätään edullista energiaa hyödyntämällä.  Edullinen energia on sama asia kuin hiilen poltto. Kiina on juuri saavuttamassa määräävän markkina-aseman hiilenpoltossa, ja lähes 50 % maailmanlaajuisesta hiilen poltosta tapahtuu Kiinassa. Samalla lisätään eurooppalaisten hyvinvointia tuottamalla valtava määrä hyödykkeitä matalan kustannustason alueilla ilman lyhyen aikavälin ympäristöongelmia. 

Vettä voidaan puhdistaa mm. vesikemian keinoin: sähkökemian, valokatalyysin, hapetuksen tai adsorption avulla.

Olemme siis kaikki osallisina Aasian hiilenpolttotalkoissa. Tästä seuraa maapallon lämpenemäongelma ja tietenkin myös vakavat tänään koettavissa olevat ilman ja veden laadun ongelmat Aasian suurkaupungeissa. Ovatko Euroopan uusiutuvan energian tukipolitiikka ja päästörajoitteet tässä globaalissa kehityksessä idealismia ja typeryyttä – tyylipuhdasta itseään polveen ampumista? Vai tuovatko ne keinoja ratkaista globaaleja ongelmia? Onnistuuko Eurooppa edelläkävijänä kiihdyttämään uusiutuvan energian teknologian kehitystä niin, että ne taloudellisin perustein syrjäyttävät fossiilisten polttoaineiden polttamisen? 

Jyllääkö lähienergia?

Keskitettyjen suurten energiantuotantojärjestelmien rinnalle on syntynyt ja tulee paljon hajautettuja järjestelmiä – hajautettuja niin maantieteellisesti kuin omistuksellisesti.  Uudet hajautetut voimalat perustuvat pääosin puhtaan (hiilidioksidivapaan) polttoaineen käyttöön. Aurinkosähkömarkkinoilla dramaattiset muutokset jatkuivat viime vuonna. Lokakuussa 2012 aurinkosähköjärjestelmän hinta katolle käyttövalmiiksi asennettuna oli Saksassa 1 750 €/kW. Hinta on laskenut alle puoleen viimeisen kuuden vuoden aikana ja laskee edelleen.  Sarjatuotannon edut ovat konkreettisesti nähtävissä.

Yksityiset henkilöt, maanviljelijät ja pk-yritykset ovat rakentaneet Saksassa muutaman viime vuoden aikana yli miljoona pienvoimalaa, joiden yhteisteho on 32 000 MW (vastaa n. 30 Olkiluoto 2 -ydinvoimalaitoksen tehoa). Samankaltainen kehitys lievempänä on odotettavissa myös Suomessa.

Tuulivoiman kehitys on edellä aurinkosähköä; tuulella tehdään merkittävästi enemmän sähköä kuin aurinkovoimaloilla. Erona on tuulivoimaloiden suuri yksikkökoko (useita megawatteja) ja keskittyminen tuulipuistoihin. Pientuulelle ei ole näköpiirissä merkittävää kehitystä johtuen heikoista tuulista lähellä maanpintaa.

Kulutus vai tuotanto – kumpi on isäntä?

Hajautettu puhdas sähköntuotanto on erinomainen askel ilmaston lämpenemän hillinnässä mutta samalla myös ongelmallinen sähköenergiajärjestelmien ja sähkömarkkinoiden näkökulmasta. Sähköjärjestelmän toiminnan ehdoton vaatimus on tehotasapainon ylläpito, eli tuotannon ja kulutuksen on oltava tasapainossa lyhyellä aikavälillä. Tuuli- ja aurinkovoimalan tehoa voi ohjata vain alaspäin, ellei tuotantoa etukäteen keinotekoisesti rajoiteta esim. aurinkopaneeleita varjostamalla.

Tuuli- ja aurinkosähkön käyttöönoton kiihdyttämiseksi kansakunnat maksavat merkittäviä tukia voimaloille. Tämä häiritsee markkinaehtoista toimintaa, ajoittain voimallisestikin. Jouluyönä 2012 Tanskassa sähkön hinta markkinoilla oli negatiivinen, parhaimmillaan/pahimmillaan -20 snt/kWh.  Voimalaitoksen piti maksaa tuottamastaan energiasta kyseinen hinta. Tämä johtui siitä, että kulutus oli pieni ja suuri tuulituotanto tuli rajoituksetta markkinoille tukijärjestelmän mukaisella hinnalla.  Onkin uhkana, että sähköenergiamarkkinasta tulee kaikilta osin subventoitu – uusiutuvalle maksetaan tukia ja perinteistä tuotantoa subventoidaan järjestelmän käyttövarmuuden nimissä. Tämä kylläkään ei ole tavoite.

Kulutustakin voidaan ohjata ilman haittoja

Uuden puhtaan ja kontrolloimattoman sähkön tuotannon mukanaan tuoma tehotasapainon hallintakysymys on edistänyt voimallisesti sähkön varastointiin ja kysynnän joustoon liittyvää tutkimus- ja kehitystoimintaa. Myös nämä asiat sisältyvät Smart Grid -konseptiin. Kysynnän joustossa tavoitteena on ohjata sähkökuormituksia ilman sähkönkäyttäjille aiheutuvaa haittaa.

Suomessa vuoden 2013 lopussa kaikki sähköliittymät kommunikoivat uusien energiamittareiden kautta sähkömarkkinoihin liittyvien tietojärjestelmien kanssa. Sama kehitys etenee, tosin hieman hitaammin monissa muissa maissa. Tavoitteena on ohjata sähkönkäyttöä kuluttajan ja sähkömarkkinoiden näkökulmasta taloudellisesti ja varmistaa sähköjärjestelmän käyttövarmuus myös tilanteissa, jolloin tuotantopuolella säätömahdollisuudet ovat minimimaaliset. Tällöin kuormat voisivat ajoittain jopa seurata tuotantoa, kun tähän asti tilanne on aina ollut päinvastoin.

Sähkön varastointi avainasemassa

Sähkön varastointi taloudellisesti ja paikasta riippumatta on ollut saavuttamaton haave. Sähköä on toki varastoitu vesialtaisiin jokien valuma-alueilla ja pumppuvoimalaitoksissa, mutta laajamittainen sähkön varastointi on ollut taloudellisesti mahdotonta. Nyt on viimein valoa nähtävissä tunnelin päässä. Uusimpia akkuja voidaan jo nyt käyttää taloudellisesti energiavarastona joissakin erityistilanteissa, esim. hyvin lyhytaikaisen piikkitehon leikkaamisessa. Varastoinnin hinta on kuitenkin edelleen mittava; nykyisellä teknologialla akussa käytetylle energiayksikölle tulee lisähintaa 15-20 snt/kWh. Energian hinta siis enemmän kuin kaksinkertaistuu.

On odotettavissa, että akkujen hinta laskee sähköautojen kehittyessä.  Jos näin ei käy, niin myöskään sähköautoja ei tule laajasti käyttöön. Jos tai kun akuissa käytetyn energiayksikön hinta saadaan 2-4 snt/kWh tasolle, niiden käyttösovellukset ovat rajattomat ja mullistavat koko sähköenergiajärjestelmän. Tämä ei kuitenkaan tapahdu lähivuosina, joten nyt esillä olevat haasteet on ratkottava pääosin kysynnän joustolla ja voimalaitoksia säätämällä.    

Syntyykö sekasorto vai rajattomasti puhdasta energiaa?

Energiamarkkinoiden kehitys on myös murroskohdassa – suunta vain on epävarma. Euroopan tavoitteena on ollut toteuttaa yhtenäinen, samoilla pelisäännöillä toimiva energiamarkkina.  Tällainen energiamarkkina takaa riittävän omavaraisuuden ja käyttövarmuuden, päästöt vähenevät merkittävästi ja energian tuotanto tapahtuu markkinaehtoisesti siellä, missä se on edullisinta/tehokkainta.

Tavoitteiden saavuttaminen edellyttää yhteisiä markkinamalleja ja vahvaa Euroopan sisäistä sähköverkkoa. Vahva sähköverkko mahdollistaisi esimerkiksi Etelä-Euroopan hyvissä oloissa tuotetun aurinkosähkön, Pohjanmeren mittavan tuulisähkön ja Pohjoismaiden vesisähkön ja ruuantuotantoa uhkaamattoman biosähkön siirron ja käytön optimaalisella tavalla.

Vahvan yhtenäisen sähköverkon rakentaminen ei ole kustannuskysymys, vaan kysymys on kansakuntien energiapolitiikasta. Juuri nyt tilanne ei näytä lupaavalta. On toki hyviä suunnitelmia, mutta niukasti toteutusta.

Sähköverkkojen siirtokapasiteetin riittämättömyys johtaa ajopuuteoriaan markkinamallien kehittämisessä. Markkinat sirpaloituvat, kapasiteettimaksut otetaan käyttöön käyttövarmuuden turvaamiseksi, suuret toimijat voivat saavuttaa alueellisesti määräävän markkina-aseman, regulaatio voimistuu, ja laajan markkina-alueen taloudelliset hyödyt haihtuvat ilmaan.   

Edellä kuvatulle kehitysuralle on onneksi olemassa positiivisiakin vaihtoehtoja.  Idealistinen kehityspolku on, että valtaosa energiasta tuotetaan puhtaasti, ja energia- ja tehotasapaino-ongelmat ratkaistaan varastoinnin ja kysynnän jouston avulla.  Edullista energiaa voisi olla tarjolla rajattomasti.