Olemme kohta sähkölaitos
Aurinkoenergian käyttöönotto kotitalouksissa muuttaa koko energia-alan toiminnan. Mekin olemme torpallamme kohta “sähköyhtiö”, joka syöttää verkkoon melkein saman määrän mitä sieltä öisin imemme (jahka saamme akkusarjan käyttöön).
Lappeenrannan teknillisen yliopiston proffa, Jarmo Partanen, kiteyttää todella hyvin, mitä näkyy lähitulevaisuudessa energiamaailmassa. Juttu on pitkä, mutta todella hyvä:
Kauppalehti Optio pyysi Lappeenrannan teknillisen yliopiston professoria Jarmo Partasta piirtämään askelmerkit energiavallankumoukseen. Kun energiatuotanto hajautuu ja kuluttajasta tulee tuottaja, mikään ei ole enää ennallaan.
1 Seuraa aurinkoa.
Professori Jarmo Partanen opetti aikoinaan opiskelijoille aivan vakavissaan, ettei tuuli- ja aurinkoenergialla koskaan tule olemaan suurta roolia energiajärjestelmässä. Hän perusteli näkemystään taloudellisin argumentein: energian tuotantokustannus on ja tulee olemaan aivan liian korkea suhteessa investointikustannukseen.
Nyt Partanen myöntää olleensa väärässä. Vilkaisu tilastoihin osoittaa, että muutostahti on nyt kova. Uusiutuvan energian tuotantokapasiteetti kasvoi viime vuonna maailmanlaajuisesti yli kahdeksan prosenttia. Kasvu oli nopeampaa kuin koskaan aikaisemmin. Viimeisen viiden vuoden aikana uusiutuvan energian tuotantokapasiteetti on kasvanut noin kolmanneksen pääosin tuuli- ja aurinkoenergian ansiosta.
Lappeenrannan teknillisen yliopiston Energiajärjestelmät-laitoksen johtajana toimivan Partasen mukaan voimalaitosten, kuten aurinkopaneelien, sarjatuotanto on merkittävä askel energiatuotannon vallankumouksessa.
”Menneen maailman voimalaitokset olivat jähmeitä yksiköitä, joita rakennettiin yksi kerrallaan, usein pitkään ja hartaasti”, Partanen sanoo.
Yksi Suomen surullisimmista esimerkeistä on Olkiluoto 3 -ydinvoimala. Sen rakentaminen aloitettiin vuonna 2005. Viimeisimmän valmistumisarvion mukaan ydinvoimala saattaa olla valmis vuonna 2018. Alkuperäinen kustannusarvio on ylittynyt moninkertaisesti.
”Massatuotanto on jo muuttanut ja tulee muuttamaan energiajärjestelmää todella radikaalisti”, Partanen sanoo ja arvioi, että viime vuonna maailmassa valmistui yksi viiden kilowatin aurinkovoimalaitos joka kolmas sekunti.
”Aina kun maailmanlaajuinen kapasiteetti tuplaantuu, hinta putoaa 20 prosenttia”, professori muistuttaa nyrkkisäännöstä, joka pätee myös aurinkopaneeleihin.
Aurinkoenergian osuus koko energiatuotantopaletista on edelleen vain muutaman prosentin luokkaa. Kiina rakentaa parhaillaan maailman suurinta aurinkoenergiakenttää Gobin autiomaahan. Myös Intia aikoo kasvattaa aurinkoenergiatuotantoaan radikaalisti vuoteen 2025 mennessä, jolloin maan energiasta reilu 12 prosenttia tulisi auringosta. Jo nyt Intiassa tuotetun aurinkoenergian hinta on hiileen verrattuna kilpailukykyinen.
Hinta tietenkin ratkaisee. Aurinkopaneelien hinnat ovat romahtaneet 16 vuodessa 80 prosenttia. Meksikossa aurinkoenergiaa on myyty 20 vuoden sopimuksella jo 40 dollarin hintaan per megawattitunti (MWh). Suomessa hinta on ollut alimmillaan 100 euroa per MWh.
”Aurinkopaneelien sarjatuotannosta seuraa se, että aurinkoenergia on täysin kilpailukykyinen sähköntuotantomuoto ilman mitään tukiaisia. Kun tuotanto on pienimuotoista, se on myös hajautettua. Hajautus taas merkitsee sitä, että koko energiajärjestelmän luonne muuttuu: kuluttajasta tulee myös tuottaja.
2 Varasto kotona.
”Tähtäimessämme on energiateollisuuden totaalinen muodonmuutos.” Näin sanoi Teslanperustaja Elon Musk vuosi sitten esitellessään yhtiön uusimman tuotteen ja sai yleisön puhkeamaan taputuksiin. Tesla lanseerasi kotitalouksille suunnatun akun, Powerwallin, johon voi varastoida aurinkoenergiaa. Mikään uusi keksintö litium-ioniakku ei ollut, mutta Teslan valttikortti on loppuun saakka hiottu ja toteutettu markkinointistrategia. Se ei myy laitteita, se myy parempaa maailmaa.
Kuluttaja voi varastoida auringosta saatavan energian litiumakkuun ja purkaa varaston, kun sataa tai on pimeää. Teslan tuote erottui kilpailijoistaan suunnittelun ja muotoilun ansiosta. Powerwall-akkua kuvattiin sekä ulkomuodon että hintansa innoittamana ”applemaiseksi”. Kymmenen kilowattitunnin akun hinta oli 3 500 dollaria eli runsaat 3 100 euroa. Kysymys kuului, onko kuluttajalla varaa pelastaa maailma?
”Litiumakkujen kohdalla pätee sama sääntö kuin aurinkopaneeleissa. Kun maailmanlaajuinen kapasiteetti kaksinkertaistuu, hinta putoaa 20 prosenttia. Akuissa kapasiteetti voidaan tuplata vielä monta kertaa”, Partanen muistuttaa.
Teslan Powerwall-akun tilausmäärä kasvoi yhtiön mukaan lanseeraustilaisuuden jälkeen nopeasti 38 000 kappaleeseen. Musk on julkisuudessa arvioinut, että akun uudempi versio saadaan markkinoille jo tänä kesänä.
Partasen mukaan yhden kilowattitunnin varastoiminen kotiakkuun maksaa tällä hetkellä noin kymmenen senttiä. Kun hinta puolittuu viiteen senttiin, akkujen määrä markkinoilla kasvaa huomattavasti.
”Kun hinta putoaa kahteen senttiin kilowattitunnilta, sähkön luonne muuttuu kokonaan. Sähköstä tulee tuote, samanlainen kuin tölkki maitoa tai kännykkä”, Partanen kuvailee.
Suomessa aurinkopaneelin vuodessa tuottamasta sähköstä kuluttaja pystyy käyttämään vain noin kolmanneksen, sillä tuotanto ja kulutus eivät osu yhteen. Akkujärjestelmän avulla käytössä oleva määrä nousee jopa 70 prosenttiin energiasta.
”Saksassa kuluttajia kannustetaan tukiaisilla siirtymään aurinkosähköön. Jos kuluttaja ostaa uuden, Euroopassa valmistetun aurinkosähköjärjestelmän ja siihen akut, hän saa 30 prosentin investointituen.”
Watti
Mikä: Watti on SI-järjestelmän tehon ja säteilyvirran yksikkö. Teho on yksi watti, kun voimakone tuottaa tai kuormakone kuluttaa joulen energiaa sekunnissa. Wattitunti puolestaan on energian yksikkö, joka vastaa watin tehoa tunnin ajan. Sähköenergian määrää mitattaessa käytetään usein kilowattituntia. Isommassa mittakaavassa, esimerkiksi energian tuotannossa ja voimalaitoksista puhuttaessa, käytetään megawattituntia, MWh (1 MWh = 1 000 kWh), gigawattituntia, GWh (1 GWh = 1 000 000 kWh) sekä terawattituntia, TWh (1 TWh = 1 000 000 000 kWh).
Kulutus: Suomessa sähkön kokonaiskäyttö oli viime vuonna 82,5 terawattituntia ja sähköntuotanto 66,2 terawattituntia. Eniten sähköä tuotettiin ydinvoimalla, jonka osuus tuotannosta oli 34 prosenttia. Energian kokonaiskulutus puolestaan oli noin 361 terawattituntia.
3 Älykäs joustaa.
Mitä älykkäämpi sähköverkko, sitä suurempi energiamarkkinoiden muutos on. Perinteisesti sähkön tuotanto on seurannut kulutusta. Älykkään sähköverkon avulla sähkönkulutusta voidaan ohjata ja tasata. Älykäs sähköverkko antaa sekä sähköyhtiölle että kuluttajille entistä tarkempaa tietoa sähkön käytöstä.
Yksinkertaisimmillaan älykäs sähköverkko tarkoittaa automaatiota, joka parantaa verkkojen luotettavuutta ja kannattavuutta. Partasen mukaan tulevaisuudessa tähtäin on paljon kauempana: energiamarkkinat muuttuvat radikaalisti, kun tulevaisuudessa ei jousta pelkästään sähkön tuotanto.
”Lähitulevaisuudessa joustaa myös kysyntä”, Partanen toteaa.
Aurinko- ja tuulivoimalat ovat edelleen poikkeuksia sähköjärjestelmissä. Eikä vähiten siksi, että niiden tuotantokapasiteetti on pieni. Suurehkoja tuulipuistoja lukuun ottamatta tyypillisiä tuottajia ovat omakotitalot, toimistotalot sekä julkiset tilat. Nämä pientuottajat tavallisesti käyttävät tuottamansa sähkön itse ja myyvät ylijäämän verkkoon.
Partasen mukaan tulevaisuuden muutoksen yksi airut on online-kysynnän jousto. Se tarkoittaa, että tulevaisuudessa älykkäiden sähköverkkojen avulla energiaa voidaan tuottaa, kuluttaa, varastoida ja vaihtaa entistä joustavammin. Älykkääksi sähköverkon tekee siinä käytetty teknologia, joka mahdollistaa uudenlaiset palvelut sähkön kuluttajille ja tuottajille.
Partasen mukaan sillä, että energiaa voidaan varastoida, on suuri merkitys älykkään sähköverkon toiminnan kannalta. Energian
varastointia tarvitaan tuotannon ja verkon kuormien tasaukseen, reservitehoon sekä katkottomaan sähkönjakeluun.
”Tekniikka on jo olemassa, on aika toteuttaa visiot. Kuluttajamassan se saavuttaa kymmenen vuoden päästä”, Partanen uskoo.
Älykäs sähköverkko ennakoi, korjaa itseään automaation avulla sekä skaalautuu.
Älyverkkoa pidetään toiminnaltaan luotettavampana kuin perinteistä sähköverkkoa. Älykkäät verkostot paikantavat ja eristävät viat automaattisesti ja mahdollistavat nopean toiminnan palauttamisen. Tämä vähentää sähkönjakelun keskeytysten kestoa ja määrää.
”Suomella on mahdollisuus olla älykkäiden sähköverkkojen edelläkävijä. Toivottavasti me rohkeasti haluamme myös sitä olla.”
4 CO2-päästöt hyötykäyttöön.
”Mikä on metsäteollisuuden päätuote?” professori Partanen kysyy pilke silmäkulmassa. Selluloosa on väärä vastaus, kuten myös selluloosasta jalostettu paperi. Oikea vastaus Partasen mukaan on hiilidioksidi eli CO2. Puolet metsäteollisuuden käyttämästä puusta menee hiilidioksidina taivaalle.
Professori avaa vastaustaan sanomalla, että aluksi koko juttu voi vaikuttaa aivan utopialta, vaikka ei sitä ole. Kysymyksessä on suljettu kierto, jossa metsäteollisuuden hiilidioksipäästöistä syntyy sähköä.
Annetaan Partasen kertoa. ”Elektrolyysiprosessissa vedestä erotetaan puhtaan sähkön avulla vety ja happi. Vety otetaan talteen ja se yhdistetään metanoliprosessissa metsäteollisuuden sivutuotteena syntyneeseen hiilidioksidiin. Lopputuloksena syntyy metaania ja vettä. Jos prosessia viedään eteenpäin, voidaan valmistaa myös polttoainetta.”
”Kun polttoaine puolestaan palaa moottorissa, syntyy hiilidioksidia, josta voidaan taas tehdä polttoainetta yhdistämällä se vetyyn. Syntyy suljettu kierto.”
Partasen mukaan ylläkuvatulla prosessilla voisi olla maailmanlaajuiset seuraukset.
”Energiajärjestelmän näkökulmasta tämä on mullistavaa ja toisaalta aivan mahdollista toteuttaa. Pilottilaitteita on jo olemassa, eli mullistavia keksintöjä ei tarvita. Pitää vain keksiä, miten prosessi saadaan muovattua riittävän taloudelliseksi. Yksi keskeinen ratkaisu haasteeseen on sarjatuotanto.”
Kaksi vuotta sitten saksalaisyhtiö kertoi kehittäneensä ekopolttoaineen, jossa oli käytetty ainoastaan hiilidioksidia, vettä ja uusiutuvaa sähköenergiaa. Yhtiön menetelmässä fossiilisten polttoaineiden käytöstä purkautunutta hiilidioksidia voitiin hyödyntää ajoneuvojen polttoaineena. Dresdenissä toimiva Sunfire on kehittänyt Fischer-Tropsch-menetelmään perustuvaa järjestelmäänsä vasta vuodesta 2012 lähtien. Ensimmäiset litrat polttoainetta saatiin markkinoille viime keväänä.
Saksa panostaa voimakkaasti uusiutuvaan ja päästöttömään energiaan tukemalla erilaisia hankkeita avokätisesti. Sunfirekin on saanut tukea toiminnalleen Saksan tiedeministeriöltä. Yhtiön tavoite on saada hiilidioksidi-diesel teolliseen tuotantoon lähivuosina.
5 Katastrofi on paras muusa.
Pariisin ilmastosopimuksen allekirjoittaneet maat sitoutuivat siihen, että maailman keskilämpötilan nousu pidetään selvästi alle kahdessa asteessa ja pyritään rajoittamaan 1,5 asteeseen. Sopimukseen sitoutui 196 maata.
EU on asettanut tavoitteekseen vähentää päästökaupan piiriin kuuluvia hiilidioksidipäästöjä 43 prosenttia vuoteen 2030 mennessä vuoden 2005 päästöihin verrattuna. Vastaava päästökaupan ulkopuolinen vähennystavoite on 30 prosenttia. Päästökaupan ulkopuolella on liikenne, maatalous, lämmitys ja jätehuolto.
”Pariisin sopimus edellyttää sitä, että toimet hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi olisi pitänyt aloittaa eilen”, Partanen sanoo.
Professori on skeptinen sen suhteen, ottavatko allekirjoittaneet maat sopimuksen tavoitteet vakavasti vai eivät. Päästöjen rajoittamisen motiivi voi olla muu kuin huoli maapallon sietokyvystä.
”Se, että Kiina yrittää rajoittaa päästöjä ei suinkaan johdu yksinomaan siitä, että Kiinassa oltaisiin huolissaan vain ilmastomuutoksesta tai sen vaikutuksista. Kiinassa päästöjä rajoitetaan, koska ihmiset meinaavat tukehtua ilmansaasteisiin. Päästöjä vähennetään koska ilmanlaatu on niin heikko, että se rajoittaa ihmisten elämää.”
Partanen kiteyttää näkemyksensä kahteen virkkeeseen.
”Ilmastonmuutoksen torjuminen otetaan tosissaan vasta, kun tulee joku suurempi katastrofi.”
”Kun tuska on tarpeeksi suuri, alkaa myös rahaa löytyä.”
Suomessa bio- ja kiertotalous sekä cleantech ovat Juha Sipilän hallituksen kärkihankkeita. Tavoitteeksi on asetettu, että uusiutuvan energian osuus 2020-luvulla on yli 50 prosenttia. Tuontiöljyn käyttö kotimaan tarpeisiin puolitetaan. Biotalous nähdään Suomen pelastajana: se merkitsee suomalaisille 100 miljardin euron vuosituotantoa, lisää vientiä ja jopa 100 000 uutta työpaikkaa.
Partanen kannustaa biotaloudessa kotimaisten energiakysymysten ratkaisemisen lisäksi vientitoiminnan voimakkaaseen edistämiseen. Biotalouden työvoimavaltaisuus voidaan Partasen mukaan valjastaa teknologiatuotteiden kehittämiseen.
Halutessaan Suomi voisi olla edelläkävijä täysin uusiutuviin energiamuotoihin nojaavan ja Pariisin sopimuksen edellyttämän energiajärjestelmän kehittäjänä ja rakentajana. Hallitus on ministeri Olli Rehnin suulla todennut, että Suomen ilmasto- ja energiastrategiassa selvitetään, miten tämä onnistuisi vuoteen 2050 mennessä.
