mthRecently I wrote (in finnish..part1 and part 2) about negative emission in IPCC scenarios and what that might imply for my home country Finland. I realized few interesting things that I wish to share also more broadly.

Integrated assessment models have a very limited technology set to play with.  In negative emissions this means maybe some changes in land use emissions and then bioenergy with CCS. When hammer is your only tool, everything starts to look like a nail. Why would CCS make sense if you can store that biomass carbon as a solid? Surely that is easier than burning the carbon and then trying to deal with the resulting volumes of gas.

In the models BECCS doesn’t have to compete agains this option since no such option is implemented. Some tens of dollars per ton of negative emissions might in fact be enough divert biomass into carbon storage and stop it being burned for energy. Pricing of negative emissions would undermine the fuel supply of all those biomass burning facilities. Implementing this option could have important implications for existing scenarios. Also, absence of this cheap carbon storage options from the models might imply severe overestimation of negative emission costs.

Screenshot 2019-03-21 at 12.07.01

From GLOBIOM land use model documentation. What about the carbon storage without burning option? I want that one.

Relatively low price also means that negative emission pricing might be much more strongly coupled to the food production than assumed. Modest payment for negative emissions might be enough to make farmers enter the negative emissions market and exit food production. This is something  whose impact should be thought through very carefully.

Those familiar with my earlier posts (for example here), know I am not too impressed by the IAM scenario factories. The observations above add to earlier criticism. Seemingly arbitrary technology restrictions and myopic focus on energy sector can have serious consequences for the usefulness of IAM generated scenarios. Models seem to treat biosphere mainly as a source of biomass for energy. Maybe, from the climate perspective, we should be seeing it more as a cheap source of negative emissions and let the energy sector fend for itself?


Kirjoitukseni toinen osa nyt Viitteen blogissa. Tervetuloa! Tällaista pyramidia et ole ennen nähnyt.

Kirjoitin negatiivisista päästöistä Tieteen ja teknologian Vihreiden blogiin. Tervetuloa lukemaan!


Risk? What risk? Photocredit.

Our abilities in predicting the future are very limited, but that does not stop people from trying. As a rule of thumb I would recommend not trusting those who seem most certain since they are most likely to hide risks and use their divinations for personal goals. In energy discussions one commonly occurring tool of divination is the “learning curve”. It tells that for each doubling of the capacity of some technology you get certain fractional change in unit costs (a bit more than 20% reduction in the photovoltaics module cost, for example). The message that is usually delivered is that even though something is costly now, it soon will not be… if we stay the course and double the capacity sufficiently many times. Very few acknowledge that the learning curve is not a law of nature, but rather a rule of thumb that might work…until it doesn’t.  Discussion about implicit risks is almost always non-existent. In this post, I will dig into this issue a bit deeper highlighting some of the hidden risks involved.

To do this I will choose one specific future scenario and one specific technology. I choose to focus on the PV module costs, assume that we will increase the capacity by a factor of 100 to around 50TW by 2045. This implies (unrealistic in my opinion) exponential growth of the installed capacity with around 17% yearly growth (see figure below). This is somewhat artificial in a sense that for photovoltaics most of the costs are not from the module anymore, but I do this in any case to illustrate the math of the learning curve. I take the historical module costs and assume that technology has now matured and the module cost will remain the same from now on until 2045. What happens to our learning curves?


Capacity of photovoltaics in this thought experiment

As we proceed to the future, I recompute the learning curve every year by fitting the data to the new, stagnant, cost. We start with the learning rate somewhat above 20% today and then…almost nothing happens! How very exciting.


Learning rate from least square fit as capacity raised to around 50TW without any cost reductions.

To illustrate this I show below the learning curve at 2045 after almost 30 years
without cost reductions while capacity increased by a factor of 100. Learning curve fit is almost insensitive to the future costs since data points decades ago dominate the fit. It can enable the narrative of rapid cost reductions even after a generation of exponential growth without any cost reductions. It seems to be a tool perfectly designed to hide risks. It cannot identity when technology has matured (which might even be useful for marketers or thought leaders looking for lucrative career around single grand narrative).

There are ways to fix this though and the other fit demonstrates this. In this fit I choose to weight the points with the yearly installed capacity with the thought that data from building 100GW of panels is more informative than data from building 1MW. Now the fit does care about recently realized cost and the learning rate collapses. Fit is no longer good for points decades ago, but from the 2045 perspective it reflects what happened recently better.


Designed to enable hype ad infinitum. (Black line aims to get a more useful indicator. In the fit data points are weighted with installed capacity that year. Typo on y-axis label…should be $/kW.)

What would this imply for the costs of building all those panels? The last figure shows the required capital as a function of learning rate. There is an uncertainty of around 15000 billion $. If one only uses the highest learning rate, there is a possibility of understating the capital required for modules by a factor of around 4.


Panel investments as a function of learning rate. Factor of 4 underestimate possible. Who carries this risk? (Maybe another 30-40 trillion or so from balance of system costs?)

Things to ask/look for in cost studies:

  1. What was assumed about the learning effects? Constant learning ad infinitum for some techs and no learning for others? Is there a floor cost or not? There should be.
  2. Was the sensitivity for the learning rate analyzed? If not, then there is an attempt to burden someone (public) with risks (which is a cost) they were not informed about. As I wrote this I found this very recent presentation by Carrara et al., but it is worrying that this is not standard. Presentation tells us (see figure for example) that in our old friend REMIND-model PV share collapses from dominant to 10% range if learning stalls. Sensitivity is also asymmetric so that the sensitivity is larger for decreasing learning rates.  Because of this one would imagine a need to be extra careful in identifying technology maturation.

    Screenshot 2019-01-24 at 16.23.35.png

    PV share in the IAM models is very sensitive to assumed learning.

  3. Was the same learning rate used even after cost structure changed? For example, learning rates for PV are computed for modules, but costs are nowadays dominated by balance of system costs which have different (lower) “learning rate”.  I have read countless of articles and publications where this change of the cost structure is casually ignored. Since the risk seems to be towards lower learning rates than assumed, there seems to be substantial risk of too rosy IAM scenarios in the literature.
  4. Are the costs prior to the imagined future costs discussed? It is bizarre, but some actually imagine costs for 2050 which they then use to make claims about economical options today. Cost comparisons become disconnected from the real world with this one handy trick.

In case you were wondering if obstinately sticking to a narrative well past its best before date could actually happen, see how the wind turbine costs have developed. Costs today are about the same as 15 years ago.


Cost of US wind turbines according to “Wind technologies market report 2017”. Costs today are about the same as 15 years ago.

Meanwhile for example IRENA (and many others) still use the learning curve as if nothing has happened. How come?

screenshot 2019-01-24 at 16.05.40

There is something funny going on on the right hand side don’t you think? Shouldn’t you be a bit more careful with those fits? “No there isn’t. No I shouldn’t.”: IRENA 2017



Akatemian “Smart energy transition”-projekti julkaisi äskettäin keskustelupaperin Suomen lämmityksen dekarbonisaatiosta. Paperi on kiinnostava osa keskustelua, mutta valitettavasti kärsii kapeasti asetetusta kysymyksen asettelusta. Siinä ei vertailla erilaisia vaihtoehtoja toisiinsa vaan esitetään vain yksi vaihtoehto. Joulumielellä tein siis pikaisesti yhden tällaisen vertailun itse.


Kuva 1: yhteenveto SET projektin ajatuksesta Suomen lämmittämisestä. (Se mitä “lämpöpumput” tarkkaan ottaen ovat jäi hiukan epäselväksi.)

Vaihtoehto: JOULUN HENKI. Mitä jos unohtaisimme lämmöntuotannossa tuulivoimalat, lämpöpumput jne. ja rakentaisimme vain lämpöä tuottavia ydinreaktoreita ja pitäisimme pienen määrän biomassaa polttavia laitoksia talven kysyntäpiikkien kattamiseksi? Ensimmäiseksi korjaan alkuperäisestä paperista lämpöpumppujen kohdalla olleen laskuvirheen käyttäen alkuperäistä pääomakustannusta, joka on ehkä hiukan optimistinen (6000 megawatille), mutta kuitenkin ehkä tästä maailmasta. (Toinen vaihtoehto olisi puolittaa lämpöpumppujärjestelmien hinta, mutta sillä hinnalla ei Suomessa voi toteuttaa likimainkaan 6000MW lämpötehoa.)


Kuva 2: korjasin hiukan. Muutetut kohdat merkitty.

Seuraavaksi tein vastaavan laskun “JOULUN HENKI” vaihtoehdolle.Valitsin pääomakustannukset melko konservatiivisesti. Jos joku huomaa niissä ilmeisiä virheitä, korjatkaa ihmeessä. Vuosikustannus on “JOULUN HENKI” vaihtoehdossa noin miljardi euroa alhaisempi. (Olen tyytyväinen, että nopea arvioni päätyi kokolailla samaan lopputulokseen kuin tuore Konsta Värrin diplomityö Aalto-yliopistossa missä asiat tehtiin paljon huolellisemmin. )


Kuva 3: JOULUN HENKI vaihtoehto…Miljardin verran säästöä vuodessa. Hyvää Joulua!

Summa on suurempi kuin Suomen kehitysyhteistyön määrärahat ja sillä ostaisi esimerkiksi kaikille pääkaupunkiseutulaisille julkisen liikenteen seutulipun koko vuodeksi. Teknologinen riski olisi myös merkittävästi alhaisempi eli päästövähennykset saavutettaisiin varmemmin. Hyvää Joulua kaikille!

P.S. Minusta näitä laskuja pitäisi oikeasti tehdä alhaisella korolla, jotta tulevien sukupolvien intressit tulevat huomioiduksi. Laitan vielä loppuun yllä olevan vertailun, mutta tehtynä 1.4% korolla.


Kuva 4: sama kuin aikaisemmin, mutta 1.4% korolla.

I have been reading the database (and associated literature) of the recent IPCC 1.5 degrees special report. I am disappointed that there clearly is no consistent reporting requirements for the IAM models and for example most scenarios do not report critical input assumptions such as capital costs. However, I had a more careful look on how modellers choose to treat uranium supplies. I have noted earlier how some models restrict nuclear power in the scenarios by claiming world runs out of uranium. These seemed very silly to me already then, but now, having read more, they seem totally absurd.

Below are some examples of the used supply curves. Notice how extracting more pushes up the cost of fossil fuels, but how in the case of uranium, the opposite is typically expected. Small increase in price increases the resource base dramatically. (This is harder to see, since axis are switched, but there it is…). Strangely many IAM modellers seem to treat uranium differently from other options. They force a hard upper limit on how much uranium can be extracted. For the German REMIND model this is set at 23Mt of uranium. In others, it might vary depending in the narrative and might be, for example, 20 Mt for the SSP1 (Shared socioeconomic pathway) variants and somewhat higher with other narratives. This resource limit is only applied for nuclear power and there are no material limitations on renewable energy for example. How come?


Uranium supply curve from GEA ,used in several models if I understood correctly. Based on Schneider and Sailor, but with arbitrary cut-offs which vary depending on the desired narrative.

There are some “real” sources that are used to estimate uranium supply curves. There is the IAEA Red book, Bunn et al. paper on the economics of reprocessing vs. once through cycle, and Schneider and Sailor paper on the supply curve. Remarkably, none of these gives support to the claims of uranium scarcity. Modellers have to some extent used the supply curve from the papers, but then added arbitrary ceilings for the supply. Bunn et al. conclude that scarcity will not force transition into breeders since resource base will rapidly expand whenever needed. They also discuss reasons for this extensively. Schneider and Sailor also warn that their supply curves should not be used over generational timescales (as done by the IAM modellers) since they ignore learning effects. They anticipate, based on historical data, that if mining volumes increase, prizes will drop rather than rise. This is precisely opposite to what is assumed in the scarcity based IAM models. IAM modellers simply ignore all this.

So are the assumed uranium limits relevant or not? Over short time scales, they are obviously not, but over the century they are. To illustrate this, I checked from all the scenarios in the 1.5 database how much uranium they would (roughly) need and compared this to the 23Mt limit assumed in the REMIND model. There are some models (GCAM in particular) where massive amounts of nuclear power are constructed and the uranium limit doesn’t seem to matter a lot (see the peak in the figure below). However, for most of the scenarios the required amount of uranium is suspiciously close to the upper boundaries set as input assumptions.


Estimate of how much uranium relative to the 23Mt limit assumed in the REMIND model IPCC scenarios need.  Some models with only few scenarios are not marked. Flag indicates “continent”. I did not feel like splitting the European models further.

What does this mean in terms of the energy consumption of humanity during the next century? What have the modellers actually assumed? So let me add rough estimate of the assumed uranium supply curve into the supply curves for fossil fuels. This requires some unit conversions and I also convert from nuclear electricity to primary energy by dividing it by 0.33 to get a comparable cost per GJ. As you can see in the figure, the underlying assumption, for example, REMIND modellers use as an input, is that uranium is the first resource to “run out”. Constraint is so strict that nuclear power can only cover a small fraction of the energy consumption (something around 50-100ZJ maybe?) over the century.

For some weird reason, humanity stops mining uranium even when the fuel cost is still massively lower than for fossil fuels. What is going on? Why would this make any sense? The used references certainly do not support this. (Incidentally, is this why uranium supply curve is given in different units …to make this comparison harder? I hope not.) Many people read these scenarios as outcomes of “science”. Computer magically optimizes something and then gives us a guideline on how to behave and what decisions to take. This is not at all the case. Scenario modelling has its uses, but mainly in illustrating sensitivities etc. If silly constraints are imposed from the outset, silly outcomes will appear. Garbage in, garbage out.


The lowest blue line is my estimate for uranium in light water reactors. It ends when roughly  23Mt of U are used. (I hope I made the estimate right. I encourage you to double check.) Wow!

Added 3.11.2018: I did a similar check on the database for the 5th assesment report. Figure below. (I wonder why REMIND clustered around 1 earlier, but now more like 0.5? What changed? The REMIND scenarios clustering around 1/2 seem to change their data reporting from every 5 years to every decade at 2060. Could that have something to do with this? Curious.)


Same as earlier, but for the AR5. Not quite all the models/scenarios are included, but most are. I also added a small indicator to distinguish Message v.4 runs from the rest since it seemed behavior was rather different.

A Greenpeace report commissioned from 100%RE academics from Lappeenranta University of Technology (of course) on electricity generation costs was recently published in Journal of Cleaner Production. Details of the computations were kindly made available as a supplementary spreadsheet. The results left something to be desired. I wrote a response which has now been published. “Response to ‘A comparative analysis of electricity generation costs from renewable, fossil fuel and nuclear sources in G20 countries for the period 2015–2030’” (doi:10.1016/j.jclepro.2018.07.159). Link should work for few months after which you either need access to the journal or download it from here. Take away lesson as usual: Be critical and do not automatically trust the results or conclusions.

Added 18.10.2018: The free share link does not seem to work from WordPress so if you don’t have access otherwise you can download it from here.

Vihreät esittävät haasteen todellisista keinoista torjua ilmastonmuutosta. Aivan oikein kaivattiin konkretiaa ja lukuja pöytään.


kuulin “lukuja pöytään”-kutsun

Triggered. Laitan tässä joitain lukuja pöytään liittyen lähinnä pääkaupunkiseudun lämmitysratkaisuihin. Näitä voi hioa eikä niiden ole tarkoitus olla erityisen tarkkoja vaan lähinnä kartoittaa suuruusluokkia ja näiden suuruusluokkien implikaatioita. Siis tehdä sellaista mikä itsestäni on hauskaa. Joku muu saa täyttää yksityiskohdat.

Mitä vaihtoehtoja meillä on dekarbonisaatioon? Esimerkiksi Irti hiilestä kampanjassa ei enää innostuta biomassasta (aivan oikein), energiatehokkuudesta pidetään kuten myös maalämmöstä ja aurinkolämmöstä. Ydinlämpöä ei haluta (ei voi rakentaa lähelle keskustaa, ei ole relevantti ja erityisesti ei ole taloudellisesti kannattava…herättäen kysymyksen siitä, mikä vaihtoehto on?) . Tämä on ymmärtääkseni nykyään melko yleinen toivelista ja olkoonkin, että sille harvemmin lyödään lukuja pöytään, joilla sitä voisi konkretisoida. Moni on myös edelleen jonkinlaisessa kognitiivisen dissonanssin tilassa puunpolton suhteen. Sitä vaadittiin vielä muutama vuosi sitten paljon lisää, nyt se on hallituksen vika samaan aikaan, kun laiva ajautuu kohti haaksirikkoa hiljaisuuden vallitessa kunnallistasolla. Hiilentalteenottoa ei halua oikein kukaan, mutta jos en väärin muista joku vanhempi Helenin dekarbonisaatiostrategia nojasi sen maagiseen ilmestymiseen 2020-luvun lopulla. (Isossa-Britanniassa Greenpeace muuten ehdottaa raikkaasti fossiilisten polttoaineiden polttoa sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksissa. On siis niitäkin ympäristöjärjestöjä joiden mielestä Helsingin nykyinen lämmitysjärjestelmä kelpaa esikuvaksi. Hämmentävää, mutta totta.)

Sitten on vaihtoehtoja, jotka pistän toistaiseksi kategoriaan diiba-daaba. Näitä ovat: kunnianhimoinen, moderni, hajautettu, kestävä, ketterä, joustava, tulevaisuuden energiavaihtoehto, taloudellisesti kannattava hybridivaihtoehto, pienenergia ja puhtaampi vaihtoehto. Lista täydentyy, kun uutta höttöä pöhistään. Näitä ei ole ainakaan tällä hetkellä tarkoitettu valaisemaan todellista vaihtoehtoa vaan lähinnä kätkemään sen puute. Jos näihin joskus saadaan substanssia mukaan, voin toki vaihtaa niiden kategoriaa. (Joskus tenttejä korjatessa näen kuinka vähemmän opiskelleet heittelevät epätoivoisesti aiheeseen liittyviä termejä sinne tänne toivoen, että joku niistä tarttuu riittävän hyvin muutaman säälipisteen ansaitsemiseksi. Lähes poikkeuksetta suoritukset epäonnistuvat.)

Tarkastellaan nyt lyhyesti neljää “oikeaa” vaihtoehtoa. Ydinlämpö, maalämpö, aurinkolämpö ja energiatehokkuus. Laitan tavoitteeksi sen, että lämpöä tuotetaan noin 7.5TWh. Se mikä tarve tarkkaan ottaen on, on nyt epäolennaista. Tuollaisesta suuruusluokasta kuitenkin puhutaan mikäli Helsinki aiotaan dekarbonisoida. (Keskimääräinen lämpöteho olisi siis noin 900MWth tosin kausivaihtelu on hyvin suurta ja talven kulutuspiikkejä varten tarvittaneen erillisiä huippukulutuksen kattiloita ratkaisussa kuin ratkaisussa.) Suoran sähkölämmityksen sivuutan lähinnä siksi, koska olemassa olevan kaukolämpöverkon yhteydessä meidän pitäisi pystyä parempaankin. (Lisäksi osa sähkölämmittäjistä näkee tämän lähinnä keinona dumpata tuulivoiman mahdollisen ylituotannon lämmöksi. Tämä voi olla marginaalissa järkevää, mutta ei tuota vaadittua dekarbonisaatiota.)

Ydinlämpö: Voinemme olla samaa mieltä siitä, että Olkiluodon projekti sössittiin pahoin ja maksoi enemmän kuin mitä olisi voinut toivoa. Sanotaan, että siihen upotettiin noin 5.6 miljardia euroa/GWe. Mikäli lämpöä muutetaan sähköksi noin kolmanneksen hyösuhteella tuo tarkoittaisi lämpötehona noin 1900€/kWth (lopun “th” implikoi lämpöä). Mikäli meitä kiinnostaa pelkästään kaukolämmön tuotanto voisimme luopua generaattoreista eikä varmaan olisi mitään syytä korkeapaineiselle vedelle eikä siihen liittyvälle höyryräjähdyksen riskinhallinnalle. Pääomakustannukset voisivat siis olla huomattavasti tuota alhaisempiakin, mutta yritetään nyt olla asiaankuuluvan pessimistisiä. Elinikä laitoksella varmaan vähintään 60 vuotta…olisiko kenties enemmänkin, koska toimintaolosuhteet ovat vähemmän rasittavat? Tilankäyttö on epäselvää ja varmasti riippuisi nimbyilyn lisäksi siitä miten STUK tuollaista päättäisi säädellä. Varmaan joka tapauksessa olisi syytä sijoittaa se tiiviimmän asutuksen ulkopuolelle. Tuossa kuitenkin ensimmäinen luku pöydässä….jatketaan…

Maalämpö: Tätä on hankalampaa arvioida, koska erilaisia vaihtoehtoja voi olla monia riippuen siitä kuinka syvälle halutaan porata, käytetäänkö lämpöpumppuja, ollaanko maalla vai merellä jne. jne. Hankaluus ei ole kuitenkaan sama asia kuin mahdottomuus. Lähdetään nyt siitä reunasta liikkeelle minkä lukuja jo tunnemme omakotitalojen maalämpöratkaisujen kohdalta. Sanotaan, että tämän esimerkin (otan mahdollisimman alhaisen hinnan niin, että erehdyn luultavasti optimismin puolelle) mukaisesti 15000€ remontilla porataan 160 metrin kaivo ja siitä saadaan 27MWh lämpöä vuodessa. Keskiteho olisi siis noin 3kWth. Toisin sanoen saamme arvion noin 5000€/kWth. Toinen luku pöydässä. Great success! Laitteiston pyörittäminen vaatisi lisäksi näköjään keskimäärin noin 700W sähkötehoa. Jos se olisi tuulivoimaa ja integrointihaasteita ei ole (niitä tietenkin on, mutta ollaan asiaankuuluvan optimistisia)…ehkä noin 2000-3000€ hintalappu eli noin tonni lisää edelliseen per kWth arvioon.)


Näiden matalien maalämpökaivojen minimietäisyyden tulisi olla Espoossa (varmaan about sama muualla) noin 15 metriä. Jos tuottaisimme 7.5TWh lämpöä tuollaisilla, tilaa vaadittaisiin noin 63 neliökilometriä eli noin kolmannes Helsingin pinta-alasta. (Esimerkiksi Hiilivapaa Suomi kampanja kaipaa ratkaisut lähelle kaupunkikeskustaa eli jonkinlaisia vaikutuksia tuosta voi olla.) Kaupungin alla olevan kallion jäähtyminen olisi varmaan relevantti asia jo vuosikymmenen aikavakiolla eli kovin pitkäaikaiseksi ratkaisuksi en tuota uskaltaisi sanoa. (Niin ja maalämpöhän ei siis ole “uusiutuvaa lämpöä”. Kallio ei uudelleen lämpene meille nyt relevantissa aikaskaalassa.) Vaaditun pinta-alan ja korkeampien tuotantokustannusten vuoksi epäilen, että tämä on toimiva ratkaisu lähinnä yksittäisissä taloissa. Sitä on vaikeaa skaalata tasolle mikä olisi merkittävä koko kaupungin lämmöntarve huomioonottaen. Olisi tietenkin mukavaa olla väärässä.

Huom. (lisäys 13.9.2018): kommenteissa Petteri korjasi kerrostalo maalämpöjärjestelmien hintaa mahdollisesti alaspäin. Tässä on esimerkki järjestelmästä, joka ehkä maksoi noin 2500-4000/kWth. Kaikkia tarvittavia lukuja ei annettu joten jouduin hiukan arvailemaan. Epävarmuutta aiheuttaa ennen kaikkea se mitä kaukolämmön hinnaksi oli oletettu päädyttäessä 90000vuosikustannuksiin ja mikä systeemin lämmöntuotanto oikeastaan on.

Voimme myös porata syvemmälle. Lämpötila nousee syvemmälle mennessä kuten myös kivimassan määrä mistä lämpöä voi louhia. Tällaisia reikiä ei tarvittaisi niin paljon, koska reikäparista saa suuremman lämpötehon ulos. Jos menemme riittävän syvälle, on lämpötila niin korkea, että lämpöpumppuja ei välttämättä edes tarvita. Suomi on kuitenkin paska maa…tässä asiassa. Siinä missä esimerkiksi Islannissa vesi voi kiehua jo alle kahden kilometrin reiässä, meillä pitää mennä yli 5 km. Otaniemessä porataan noin 7 km syvyyteen. Onko tällä väliä? No jos googlaan porauskustannuksia löydän geologin arvioita, joissa porauksen kustannukset nousevat jotakuinkin lineaarisesti pariin kilometriin saakka, mutta jonka jälkeen kustannus nousee nopeammin. Samaan lämpötilaan pääsy voi meillä edellyttää 7km reikää, kun muualla 2 km riittää. Kustannus voi meillä olla tästä noin 6 kertaa korkeampi kuin suotuisemmilla alueilla. (Siihen on kuitenkin syynsä miksi tätä harrastetaan enemmän Islannissa.) Toivottavasti St1 lyö luvut pöytään Otaniemen projektistaan (kun se joskus toivottavasti valmistuu) niin, että kustannuksia voi varmemmalta pohjalta vertailla. Lähtökohtaisesti kustannukset voinee olettaa korkeiksi, koska muussa tapauksessa tätä tehtäisiin jo nyt paljon meitä paljon suotuisimmilla alueilla.


Lämpötila 5 km syvyydessä

Aurinkolämpö: Esimerkkinä aurinkolämmön mahdollisuuksista on mainittu tanskalaiset, jotka ovat rakentaneet esimerkiksi Marstalissa aurinkolämpölaitoksen, joka kattaa noin puolet kylän lämmön tarpeesta (kesällä, syksyllä ja alkutalvella).


Kuvan lampaat eivät liity tapaukseen

On hyvä huomata, että Marstal tuottaa toisen puolen lämmöstään biomassaa polttamalla. Se ei siis ole tältä osin erityisen hieno esimerkki kestävästä energiantuotannosta. Mutta mihin Marstal kykenee ja mihin hintaan? Marstalissa kerätään auringosta lämpöä ja sitä varastoidaan lämmön kausivarastoon (27 asteessa, koska alhaisen lämmön varasto vuotaa vähemmän). Tästä varastosta lämpöä sitten käytetään nostamalla lämpötilaa lämpöpumppujen avulla korkeammaksi. Kun lämpö talvella loppuu, aletaan polttamaan puuta. Lystistä voi joutua maksamaan 15.1 miljoonaa euroa, jolla saa noin 2.8 MW keskimääräisen lämpötehon. Tuosta siis noin puolet oli peräisin puun poltosta. Kolmantena lukuna saamme siis 5400€/kWth ratkaisulle, jonka kestävyys on vielä puunpolton seurauksena hiukan work in progress asteella. Puunpolton vähentäminen nostaa hintaa merkittävästi.

Tilaa Marstal-ratkaisun aurinkolämpöosa voisi vaatia noin 20 neliötä per asukas eli neljän hengen kerrostalossa asuva perhe vaatii suunnilleen asuinneliöiden verran lisätilaa (ja sitä tilaa ei voida rakentaa kerroksittain). Jos tähtäisimme 7.5TWh tuottamiseen aurinkolämmöllä, tilaa vaadittaisiin yli 10% Helsingin pinta-alasta…3-4 keskuspuistoa riittänee. Laitan tuossa alla arvion kartalle. Vaikutukset maankäyttöön ovat riittävän suuret, että niistä varmaan pitäisi keskustella. Millainen hintalappu sille maalle pitäisi itse asiassa lätkäistä? Kuka tuo luvun pöytään? Mikään sotasuunnitelma ei kestä ensikosketusta viholliseen (von Moltke), mutta tässä se ei välttämättä kestä edes ensikosketusta omiin joukkoihin.

7.5 TWh aurinkolämpöä voisi vaatia suunnilleen tämän kokoisen alan.

Elinikä? Ehkä 25 vuotta? Aurinkolämmöllä voi olla oma roolinsa esimerkiksi lämmöntuotannossa kesällä yksittäisissä taloissa, mutta hiukan vaikuttaisi siltä, että koko kaupungin lämmöntarpeesta se tuskin tukee kattamaan kuin pienen osan.

Energiatehokkuus: Tämä on kategoria millä ongelman suuruus usein piilotetaan. Poistetaan vain taulukossa leijonan osa energiankulutuksesta tehokkuuden nimissä, niin luonnollisesti jäljelle jäänyt osa on merkittävästi pienempi. Mikäli tätä tekee vakavasti olisi kuitenkin syytä antaa niille negawateille hintalappu. Tämä monelta unohtuu. Tätä on oikeastaan mahdotonta arvioida ellei spesifioida tehtyä remonttia, lähtö- ja lopputilaa ja sitä osaa remontista mikä liittyy juuri energiansäästötoimiin. On kohteita missä hukkalämmön tiheys on niin suuri, että se voidaan lämpöpumpuilla kannattavasti käyttää hyväksi. Sekä Helsingissä, että Espoossa näin tehdään jätevesistä jo nyt. Nämä efektiivisesti tehostavat fossiilisten polttoa (hyvä asia), mutta eivät poista niiden tarvetta (ei niin hyvä asia).

Konkretian nimissä oletetaan kuitenkin esimerkiksi julkisivuremontti, joka leikkaa lämmityksen tarpeesta noin 10%. Remontti maksaa kolmiossa esimerkiksi 25000 €. Jos alussa lämpöä kului noin 15 MWh/vuosi ja KAIKKI kustannus pistetään energiansäästön piikkiin, päädymme lukuun 125000€/kWth. Ei se oikeasti noin paljon maksa, mutta jos edes 10% kokonaiskustannuksista liittyy energiansäästötoimiin, olemme vieläkin 10000€/kWth (neljäs luku pöydässä) kalliimmalla puolella. Pointti on, että kun negawatille aletaan etsimään hintaa, voimme usein löytää järkevän syyn miksi asunnonomistajat mieluummin ostavat lämpöä HELENiltä kuin sijoittavat rahansa negawatteihin. Joko saavutettu säästö on niin pieni, ettei se monia kiinnosta tai sitten se on niin kallis, ettei siitä haluta maksaa. Negawattien rakentamistahtia varmasti rajoittaa suurten remonttien harvinaisuus joten niillä saatava päästövähennystahti on riittämätön. Kerran 30-vuodessa aikaansaatu 10-20% säästö ei riitä yhtään mihinkään. Peukkuja kuitenkin niille, jotka tällaista remonttia jaksavat ajaa omassa taloyhtiössään esimerkiksi kerran vaalikaudessa. Onnistuminen vaatii melkoista neuvottelutaitoa, kun on niitäkin asukkaita, jotka eivät näistä remonteista erityisemmin pidä.

Summa summarum. On mahdollista lyödä joten kuten perusteltuja lukuja pöytään ilman suuria vaikeuksia ja näillä luvuilla pitäisi mielestäni olla joku rooli järkevässä keskustelussa.


Dekarbonisaatio, jossa sallitut vaihtoehdot rajataan lähtökohtaisesti ilman todellista vaihtoehtojen vertailua, ajautuu suurella todennäköisyydellä umpikujaan, jolloin jäljelle jäävät fossiilisten ja puiden poltto sekä dekarbonisaatiossa epäonnistuminen. Business as usual siis. Lisäksi vaarana on rajallisten paukkujen tuhlaaminen dekarbonisaation kannalta suhteellisen helpolla sektorilla niin, että niitä ei enää riitäkään hankalammille sektoreille kuten liikenteeseen. Epäonnistuminen on valitettavasti realistinen mahdollisuus.

Lisäys 13.9.2018: Tässä muuten tuoreesta Konsta Värrin gradusta arvio lämmön hinnalle eri vaihtoehdoilla. Gradussa tätä laskettiin oikeasti eikä tyydytty nopeasti tehtyihin arvioihin pääomakustannuksista kuten tässä blogikirjoituksessa.

Lisäys 22.9.2018: Tässä tuore esimerkki siitä kuinka tuulivoimaa halutaan muuttaa lämmöksi ja pistää kaukolämpöverkkoon. Laitetaan nyt sillekin luku pöytään. Voimala maksanee esim. 1300€/kW, sanotaan 30% kapasiteettikerroin…eli suora sähkölämmitys tuulivoimalla noin 4300€/kWth. Tuo ylijäämän dumppaaminen ei valitettavasti poista tarvetta poltolle ja tuottaa marginaalisia päästövähennyksiä. Nyt tarvitaan muutakin kuin kosmetiikkaa.

Screen Shot 2018-09-13 at 15.22.00

Lähde: “Market Potential of Small Modular Nuclear Reactors in District Heating”: Konsta Värri (SMR HOB tarkoittaa small modular reactor heat only boiler eli jotain sen suuntaista mitä itselläni oli mielessä)

Lappeenrannasta Christian Breyerilta on tullut uusi paperi “A comparative analysis of electricity generation costs from renewable, fossil fuel and nuclear sources in G20 countries for the period 2015-2030”: Ram et al.  (Sitä on rahoittanut Greenpeace e.V., jonka Twitter-tili sanoo edustavansa Saksan Greenpeace:ä.) Tämä uusi paperi käsittelee eri sähkön lähteiden kustannuksia. Paperissa summataan kaikenlaisia menoeriä yhteen, lasketaan mukaan loppusijoitus, ulkoiskustannuksia, jätemaksuja, CO2 maksuja jne. jne… lopputuloksena saadaan “levelized cost of electricity” (LCOE) esimerkiksi EU:ssa. Julkaistun paperin siivellä on annettu Excel taulukko laskujen yksityiskohdista, jonka vuoksi olikin helppoa paneutua teemaan huolellisemmin. Muutama kriittinen huomio. (Anteeksi. Niitä on lopulta enemmän kuin aluksi luulin. Uusia tulipaloja syttyi aina, kun luulin sammuttaneeni yhden.)

Screen Shot 2018-08-26 at 19.19.40.png

LCOE kustannuksia EU:ssa Ram et al. mukaan. Ensimmäinen palkki vuodelle 2015 ja toinen on arvaus vuodelle 2030.

    • Ydinvoiman kohdalla käytetään 10% korkoa, kun muille se on 7%. Syynä kehämäinen päätelmä siitä, että ydinvoimaa vastustetaan ja siksi korko on suurempi…ja siksi ydinvoima on kallista ja sitä pitää vastustaa. Ainakaan TVO ei tuollaisia korkoja lainoistaan maksa. Alle 3% näyttävät olevan tällä hetkellä. Lisäksi vaikka tuo olisikin totta, niin kyse on ydinvoiman vastustajien aiheuttamasta ulkoiskustannuksesta eikä ydinvoiman kustannuksesta.  Onko liikaa toivottu, että pidetään pelikenttä tasaisena?
    • Ydinvoiman pääomakustannus on ensin laitettu melko järkevään 4000-6000€/kW haarukkaan. Sen jälkeen sitä nostetaan 20-40%, koska Olkiluoto. Artikkelissa siteerataan uutista, jossa OL3:n hinnaksi kerrotaan 8.5 miljardia eli 300% alussa arvioitua korkeampi. Lähtöhintaa Ram et al. eivät kuitenkaan asettaneet uutisen mukaiseksi eli 2100 €/kW. Käytetty pääomakustannus oli siis paperissa ensin lähellä OL3:n hintaa, jonka päälle sitten lisättiin satunnaista lisää. Ei aivan korrektia.
    • Käyttökustannukset annetaan prosentteina pääomakustannuksista. Kun pääomakustannuksia paisutetaan, paisutetaan samalla käyttökustannuksia korkeammaksi kuin mitä niiden on syytä olettaa olevan.
    • Litium akuille (utility scale) annetaan vuonna 2015 hintahaarukka 390-590 €/kWh.  HELEN otti vuonna 2016 käyttöön litium akun, jonka kapasiteetti on 600kWh ja hinta noin 2 miljoonaa. Tuo tarkoittaa noin 3300 €/kWh. Tuo reaalimaailman datapiste ei osu edes likipitäen annettuun haarukkaan. Missä on muuten se yritys, joka toimittaa asiakkaalle litium-varaston 390 €/kWh hintaan (itse asiassa toimitti, koska kyse on vuodesta 2015)? Tiedän, että pöhinämedia tuollaisia hintoja esittää, mutta olisi kiva nähdä joku oikea esimerkki näiden tueksi.
    • Tuulivoiman kapasiteettikertoimelle EU:ssa (vuonna 2015) on annettu haarukka 26%-70% niin, että mediaani on 41%. EU:ssa keskiarvo on todellisuudessa jossain 24% nurkilla…??? Mediaani on siis ehkä 66% liian korkea mikä heijastuu vastaavan kokoisena vääristymänä lopputuloksissa. No mutta, jos kerran tietokone sanoo, että se on 26-70%, niin mikäs minä olen sitä kyseenalaistamaan? Kysyin tästä Breyerilta Twitterissä, mutta sen jälkeen, kun  hän pyysi minua olennaisesti toistamaan kysymykseni en ole valitettavasti saanut vastausta.  Lähteenä mainittiin Stetterin väitöskirja, mutta siellä OECD Euroopan keskiarvo kapasiteettikerroin tuulivoimalle 2030 on järkevästi 27.9% (taulukko sivulla 66).


      “The procedure for estimating FLH was complex, but took into account both geographic and temporal variation of the resources. Data was derived from (Stackhouse, 2016; Stetter, 2012), which gave irradiation and wind speed data on an hourly resolution for the years indicated. The geographic resolution of the data…” EU:ssa tuulivoiman maksimi kapasiteettikerroin on tämän jälkeen yli 70%???!!! (Brasiliassa yli 80%. Big if true. Saksassa minimi on paperin mukaan 32%, kun maan toteutunut keskiarvo on oikeasti 19%.)

    • Laitoksen purkamisen kustannuksia ei ole laskuissa diskontattu. Tämä on virhe. (Vaikuttaa kuitenkin melko vähän lopputuloksiin.)
    • Korko on kaikkialla melko korkea 7% mikä ei ole konsistentti pitkäjänteisen ilmastopolitiikan kanssa, mikä edellyttää sukupolvien yli ulottuvaa aikahorisonttia ja (tavalla tai toisella) alhaista diskonttokorkoa. Näissä laskuissa tulisi varioida käytettyä korkoa niin, että sen vaikutus lopputuloksiin on selkeästi esitetty.
    • Aurinkosähkön osalta Suomessa toteutuva kapasiteettikerroin ei sisälly annettuun EU:n haarukkaan. Muuten aurinkosähkön kapasiteettikerroin oletukset ovat vähemmän vinksallaan kuin tuulivoiman vastaavat.
    • Aurinkosähkö+varasto combo ei sisällä riittävää varastoa niin, että tuotanto vastaisi kulutusta. Kustannus on otettu jonkinlaisena summana aurinkosähkön ja varaston hinnoista, mutta koska varaston koko on riittämätön sen vaikutus hintoihin on tietenkin suhteellisen pieni. En oikein muuten ymmärrä tämän kaavaa Excelissä eikä sitä myöskään avata paperissa. Esimerkiksi combon sanotaan ymmärtääkseni tuottavan FLH/2+FLH/2*efficiency verran sähköä. Eli jos varaston “efficiency” on nolla, tuotto on puolet täydestä tuotosta ilman varastoa. Eli on jotenkin oletettu, että puolet tuotannosta johdetaan akkuun, mutta ei ole selvää mistä tämä oletus tuli tai oliko akun koko riittävä ottamaan tuon verran tuotantoa sisään? Mitä tuossa oikeastaan tapahtuu? Kun varasto on ilmainen ja sen tehokkuus on 100%, miksi luku ei ole tismalleen sama kuin aurinkosähkön LCOE mikä laskettiin ilman varastoa? Minun Excelissä lukuihin jää pieni ero.  Riittämätön varasto tarkoittaa etteivät lopulliset kustannukset ole vertailukelpoisia. Eri vaihtoehdot eivät toimita kuluttajalle samaa arvoa mikä jää helposti lukijalle epäselväksi, koska sitä ei kerrota.
    • Ulkoiskustannusten kohdalla Ram et al. viittaavat Grausz:in raporttiin, jossa myös arvioidaan eri vaihtoehtojen hintoja. Tulokset ovat tuossa alla ja ydinvoiman kustannus näyttää alhaisimmalta. Ulkoiskustannukset ovat kuitenkin kaikilla hiilettömillä vaihtoehdoilla melko pienet eivätkä vaikuta hirveän paljon lopputuloksiin.

      Screen Shot 2018-08-27 at 11.23.58.png

      Kustannuksista Grauszin mukaan. Mikä olikaan se huokein vaihtoehto valitun lähteen mukaan?

    • Akuille ei ole laskettu mitään ulkoiskustannusta. Kai niiden tuotanto nyt jotain ympäristöhaittoja aiheuttaa?
    • Hiilidioksidille on laitettu hinta (vuodelle 2030) perustuen Sternin raporttiin (olkoonkin, että paperin viite Stern, N., 2007 on itseasiassa Nordhausin kirjoittamaan kritiikkiin Sternin raportista). Tämä kuitenkin perustui Sternin olettamaan alhaiseen korkoon. Miksi ratkaisupuolella käytetään 7-10% korkoa, mutta hiilen hintaa laskiessa alhaista? Eikö tässä pitäisi olla konsistentti? (Epäilen, että tämä ei ole mitenkään Ram et al. paperin erikoisuus.) Ongelman suuruutta arvioitaessa tunnustetaan tarve pitkälle aikahorisontille, mutta ongelmaa ratkaistaessa ei? Hiilimaksun vaikutus hiilellä tuotetun sähkön hintaan vuonna 2030 on paperissa noin noin 60€/MWhe eli vaikutus on merkittävä. Ilman merkittävää hiilimaksua hiili on alhaisen kustannuksen vaihtoehto (huolimatta myös sille lätkäistystä 10% diskonttokorosta).

Katsotaan mitä tapahtuu, kun oletukset korjataan ensin järkevämmäksi ja sitten osin arvovalintoihin liittyvää diskonttokorkoa aletaan muuttamaan. Seuraava animaatio näyttää mitä tapahtuu tuuli- ja ydinvoimalle, kun vääristävät oletukset poistetaan.


Poistetaan vääristävät oletukset Ram et al. paperista. (lähinnä lasketaan tuulen kapasiteettikerroin 0.25-0.38 haarukkaan, ydinvoiman pääomakustannus 3000-6000€/kW, käyttökustannukset irroitetaan pääomakustannuksesta…)

Ydinvoima ei olekaan enää erityisen kallis tapa dekarbonisoida. Seuraavassa animaatiossa lähtökohta on korkealla korolla laskettu kustannus, jonka jälkeen laskemme koron sille tasolle missä päätöksenteon aikahorisontti on pitkä (sama mitä Stern käytti eli 1.4%).


Siirrytään kvartaalikapitalismista sukupolvien yli ulottuvaan ilmastopolitiikkaan laskemalla laskuissa käytettyä korkoa.

Jos tavoitteena on pitkän tähtäimen kustannusten minimointi samalla, kun energiantuotantoa dekarbonisaatioidaan, näyttää melko selvältä, että ydinvoiman on oltava osa energiapalettia. Jos katsomme tilannetta muidenkin vaihtoehtojen osalta niin vuonna 2015 saan kahdella eri korolla seuraavan kuvan kaltaiset tulokset. Ydinvoiman kustannus on tuulen kanssa vertailukelpoinen jopa Breyerin omilla luvuilla, kunhan tuulen liioitellut kapasiteettikertoimet korjataan. Aurinkosähkö on selvästi kalliimpaa.


Vuoden 2015 luvut. Neljä ensimmäistä palkkiryhmää käyttää Ram et al. arvoja paitsi korko on konsistentisti sama kaikilla vaihtoehdoilla ja aurinkosähkön kapasiteettikerroin Suomelle sopiva. Kaksi viimeistä korjaa artikkelin eriskummalliset oletukset ydinvoimalle ja tuulivoimalle takaisin maaplaneetalle. (Sininen palkki alhainen hinta, keltainen korkea ja vihreä siltä väliltä.) Ydinvoima ja tuuli hyvällä paikalla alhaisimman kustannuksen valinnat.

Vuonna 2030 taas arvomme seuraavaa. Sama juttu…ydinvoima pysyy halpana vaihtoehtona vaikka Breyer et al. haaveilevat aurinkosähkölle suuret hinnanalennukset ja VAIKKA emme olettaisi ydinvoimalle mitään suotuisaa kustannuskehitystä. Etenkin katoille asennettavat paneelit ovat selvästi muita vaihtoehtoja kalliimpia.


Sama kuin edellinen, mutta vuodelle 2030 arvatuin parametrein. Ydinvoima on LCOE laskun pohjalta halvin tapa harjoittaa ilmastopolitiikkaa. Siinä emme myöskään nojaa kuviteltuihin hinnan alennuksiin tai kuviteltuihin varastointi- ja integrointiongelmien ratkaisuihin.

Ydinvoima ei siis ole erityisen kallista ja sen kohdalla emme nojaa toiveisiin jatkuvasti alenevista hinnoista tai kuvitteellisiin teknologisiin läpimurtoihin esimerkiksi sähkövarastoissa. Teknologiariskit ovat sen kohdalla pienempiä. Päinvastaiset väitteet ovat laiskaa puhetta eikä niiden paikkaansa pitävyyttä ole vaivauduttu oikeasti tarkistamaan.

P.S. Jos joku haluaa tutustua laskuihin tarkemmin. Tässä linkki joihinkin edustaviin Matlab-macroihin.

I have earlier expressed my dissatisfaction with the integrated assessment modeling in the context of climate change. Way too many modelers hide insane and poorly justified assumptions into models and then pretend the outcome is “science”. Recent Nature energy paper by Grubler et al. titled “A low energy demand scenario for meeting the 1.5 °C target and sustainable development goals without negative emission technologies” seems to provide another example of this. I read the paper with interest, but then noticed something in small print on the last page.”Estimates for present-day and mature technology  costs are from the GEA and World Energy Outlook. Assumptions for granular technologies, which include solar PV, small-scale hydrogen production, fuel cells  and heat pumps, and distributed energy storage, such as batteries or fuel cells,  were updated from SSP2 to reflect the more dynamic storyline of the LED scenario.

Hmmm…granular…dynamic storyline…sounds suspicious. Maybe I have to read the supplementary as well. Then from the page 80 of the 122 page supplementary I find the actual cost assumptions. Grubler et al. assume solar PV installed cost of 50$/kW post 2050! This is around 30 times lower than the current costs. (Who cares if its a factor 20 or 40?) Obviously if you wish to make a claim that scenario with lots of solar is economical it helps to invent your own costs so that you get whatever you desire as an outcome. To illustrate how extreme their assumption is, below I compare it with some other projections. (“Breyer” refers to numbers Christian Breyer, a solar advocate from Lappeenranta University of Technology, uses. Greenpeace report was written together with European Photovoltaic Industry Association.)  Grubler et al. assume costs that are an order of magnitude lower than even EPIA+Greenpeace project. Even Breyer’s (finnish equivalent of Mark Jacobson) most optimistic dreams imply around 6 times higher costs.

I am sorry. You assumed what?


To me the cost assumption does not even seem consistent with learning curves (which should be treated with caution in any case).

If one makes such extreme assumptions one would expect extensive discussion and justifications for this. Certainly one should present result with and without such assumptions to see how sensitive results are for those funny assumptions. However, in the Grubler et al. paper this was done quietly and hidden in the supplementary where it is justified with…”The technology portfolio choice in MESSAGE is informed by modifying particular granular and economies‐of‐scope technologies for the LED scenario (Supplementary Table 28) whose stationary cost trends in the original SSP2 scenario was judged non‐compliant with the LED scenario storyline. All other technologies not listed in Supplementary Table 28 have been retained at their original (quite conservative) SSP2 values (e.g. for the year 2050: wind 500 $/kW, nuclear 2600 $/kW, biomass power plants 1200 $/kW, etc.), an assumption in line with keeping LEDs emphasis on efficiency and demand, and granular, decentralized supply options and new organizational IT and digital economy models of combining supply and demand, e.g. in grid‐to‐vehicles but also vehicles‐to‐grids options or other distributed storage options (e.g. hydrogen based).”Cruise.gifSo basically there is no other reason than authors narrative desires. Adding buzzwords “granular”, “organizational IT” etc. does nothing to strengthen the argument. If someone would make a scenario where nuclear power in 2050 would cost 170$/kW (from about 5000$/kW today), he would be laughed at. Probably most outraged would be nuclear engineers with actual understanding of the matters. You do the same with renewables and instead facing ridicule you land your paper in Nature Energy. Hopefully this example does not reflect the intellectual standards of the IAM community.

P.S. I encourage you to have a look at the numbers in their database as well I do not understand those cost assumptions. Sometimes coal prices are negative, sometimes positive, sometimes they are positive in the south, negative in the north…sigh. Also, 4Gt sink seems to magically appear from afforestation. Big if true.

Added 19.10.2018: Bizarre, but this scenario has now become one of the four illustrative pathways in the IPCC Global warming of 1.5 degrees special report. If we were to use 20% cost reduction for each doubling of capacity, reaching 50$/kW level would require about 15 doublings. With current installation rate that would take approximately 100000 years. (If we use the 11% rate which is maybe more defensible as it contains also the currently dominant balance of system costs, it takes more than billion years.) The IPCC scenario database sadly doesn’t contain capital costs for most 1.5 degrees scenarios. Here it is hidden in the 122 page supplementary of the article.

Added 23.10.2018: Accidentally clicked also at the forestry section of the scenario database. What is going on with those residues? First collapse and then huge increase when underlying forestry production increased only by about 40%.


Modest increase throughout the century



Follow me on Twitter


Punainen risti