Lion Hirth (Potsdam Institute for Climate Impact Research) on kirjoittanut kiinnostavan artikkelin (pdf tässä), jossa hän tutkii sitä millainen tuuli- ja aurinkovoiman määrä optimoi hyvinvoinnin (ekonomistien käyttämässä merkityksessä). Hirth2Hän mallintaa tätä käyttäen todellisia säätietoja, kulutusprofiileja yms. GAMS pohjaisella työkalulla “Electricity Market Model EMMA”, joka on itse asiassa saatavilla Creative Commons lisenssillä. Malli vaikuttaa myös aika hyvin dokumentoidulta ja sieltä on helppo käydä tarkistamassa esimerkiksi oletetut parametrit eri teknologioiden hinnoille. En huomannut, että sinne olisi kätketty mitään kummallista. Hirth käytti mallissaan 7% korkoa investoinneille. Malli minimoi kokonaiskustannukset annettujen teknisten reunaehtojen puitteissa. Hirth näyttää tietävän mitä tekee ja mallinnus on paljon perinpohjaisempaa kuin mihin minun kaltaiseni harrastelija pystyisi.

Kun hän olettaa, että tuulivoiman hinta putoaa 30% nykyisestä tasolle 50€/MWh, optimi tuulivoiman osuus luoteis-Euroopassa (sisältää Saksan lisäksi myös esim. Ruotsin ja Norjan) olisi noin 20%. Jos kustannukset ovat nykyisenlaiset, optimi olisi n. 2%. Aurinkovoiman kohdalla tilanne on vielä masentavampi. Vaikka hän olettaisi kustannusten putoavan 60% tasolle 70€/MWh, optimi aurinkovoiman osuus on noin nolla prosenttia. Näitä osuuksia rajoittaa nimenomaan tuotannon satunnaisuus ja osuudet nousevat vain hiukan esimerkiksi lisäämällä vesivoimavarastointia tai laajentamalla verkkoja. Tämä tulos siis tuskin muuttuu olennaisesti teknisen kehityksen seurauksena. (Tuulivoiman varastoinnista hänellä on myös kiinnostava pointti. Varastointi altaisiin toimii nähtävästi yleensä niin, että altaat pumpataan täyteen noin 8 tunnissa, kun taas tuulivoiman vaihtelevuuden kompensointi vaatii pidempia ajanjaksoja ja varastointiteknologiaa, jossa energia/teho suhde on suurempi. Siitä vain miettimään missä sellainen varastointiteknologia on.)

Kiinnostavasti hän myös huomaa, että hiilidioksimaksujen korottaminen kasvattaa vaihtelevien uusiutuvien osuutta korkeintaan vain n. 25% tasolle. Jos maksut nousevat korkeammalle kuin noin 40 €/tCO2, tuulivoiman osuus laskee. Tämä siksi, koska tuon tason yläpuolella käynnistyvät investoinnit ydinvoimaan ja hiilentalteenottoon.

Kuva 1: Optimiosuus tuuli- ja aurinkovoimalle hiilidioksidimaksun funktiona. (Hirth 2015 Energy Journal 36, 127-162.)

Kuva 1: Optimiosuus tuuli- ja aurinkovoimalle hiilidioksidimaksun funktiona. (Hirth 2015 Energy Journal 36, 127-162.)

Jos ydinvoima kielletään, kustannukset ja päästöt nousevat rajusti siitä mitä ne olisivat muuten olleet. Nämä ovat siis teknofetissien ulkoisia kustannuksia. Hirthin sanoin….

However, the unavailability of nuclear and CCS comes at the price of increased emissions and welfare losses: CO2 emissions increase by 100-
200% (depending on VRE cost reductions), the electricity price increases by 15-35%, and total system costs by 13-25%. In absolute terms, welfare is reduced by 15-30 €bn per year, which would increase if the assumption of price-inelastic demand was relaxed

Ainoa tapa kasvattaa tuulivoiman osuutta edes 40% tasolle oli asettaa yli 100 €/tCO2 maksu päästöille, kieltää ydinvoima ja olettaa tuulivoimalle merkittävästi nykyistä alhaisempi hinta. On tietenkin sanomattakin selvää, että myös 40% osuus on koomisen riittämätön ilmastotavoitteita silmälläpitäen.

On myös kiinnostavaa huomata mitä Hirth ei tehnyt. Hän keskittyi nimenomaan tuulivoiman osuuden kasvattamiseen eikä esimerkiksi päästöjen minimointiin. Hän ei siis kertonut mikä on optimaalinen sähköntuotantotapa, kun tavoitteena on minimoida kustannukset sillä reunaehdolla, että päästötaso on riittävän alhainen. (Tuolla EMMA mallilla tämän voisi varmaan tehdä helposti, mutta valitettavasti minulla ei ole GAMS lisenssiä. Tämä projekti jää siis toistaiseksi pilkkeeksi silmäkulmaan.) Koska haittamaksun nosto ajoi investoinnit ydinvoimaan ja hiilentalteenottoon, luen kuitenkin rivien välistä tähän vastauksen, joka ei ole saksalaisessa keskusteluympäristössä korrekti. Kuten olen itsekin moneen kertaan arvioinut (esim. täällä ja täällä), jos vaadimme rajuja päästövähennyksiä “heavy lifting” perustuu suurella todennäköisyydellä ydinvoimaan. Ennen kuin tämä itsestäänselvyys ymmärretään voimme nauttia nykyisestä tragikoomisesta ilmastopolitiikasta.

WWF on julkaissut uuden raportin Suomen metsien hakkuista ja kuinka metsien monimuotoisuuden suojeleminen voitaisiin nivoa yhteen niiden taloudellisen hyväksikäytön kanssa. Raportin johtopäätöksenä on, että metsistä voidaan korjata hiukan nykyistä enemmän puuta mikäli samalla suojelualueita kasvatetaan, FSC-sertifiointia laajennetaan ja kantojen maasta repiminen lopetetaan. Energiapuun ekologistaloudellinen potentiaali voisi tämän jälkeen olla 3 miljoonaa kuutiota nykyistä suurempi. Tämä tarkoittaa primäärienergiassa noin 6 TWh, kun Suomen energian kulutus on n. 400 TWh. Ottaen huomioon kuinka vahvasti yksi jos toinen taho nojaa bioenergian käytön lisäämiseen omissa ilmasto- ja energiasuunnitelmissaan, tämän pitäisi soittaa hälytyskelloja.

Miten WWF:n arvio suhtautuu joihinkin esillä olleisiin vaihtoehtoihin? Näytän ensimmäisessä kuvassa summittaisen vertailun vaaditusta biomassan lisäyksestä eri visioissa.

  1. WWF viittaa WWF:n tuoreeseen raporttiin. (Tilattu Gaia Consulting Oy:ltä)
  2. Ilmastostrategia  viittaa kansalliseen energia- ja ilmastostrategiaan vuosimallia 2013
  3. Vihreät A perustuu Vihreiden vaihtoehtoon Fennovoimalle
  4. Metla viittaa Metlan arvioon taloudellisesti kestävästä hakkuupotentiaalista (poimin luvut WWF:n raportista)
  5. Greenpeace A perustuu Greenpeacen “Energiavallankumousmalliin A” (vuoteen 2030 asti)
  6. P. Lund 2007 viittaa artikkeliin, joka on Suomen energiapolitiikkaa kritisoineen professorijoukon taustamateriaalia.
  7. Vihreät B perustuu Vihreiden Ilmasto- ja energiaohjelmaan. (Lisäsin siihen myös palkin flopiksi osoittautuneeseen ruokohelpeen, koska ilmeisesti sen jättämä aukko suunnitelmassa pitää paikata jollain.)
BioTavoitteet

Kuva 1: Bioenergiasuunnitelmien vaatima biomassan määrä (miljoonaa kuutiota) nykyisen kulutuksen päälle. Ensimmäisenä WWF:n arvioima ekologistaloudellinen potentiaali (n. 3 miljoonaa kuutiota lisää). Palkeissa on epävarmuuttaa mm. sen osalta millainen puumäärä vaaditaan puusta tehtävän biokaasun tuotantoon. (Arvasin, että ilmastostrategian visioima n. 3TWh biokaasua vaatii n. 3 miljoonaa kuutiota puuta.)

Minä näen kuvassa tiettyjä ongelmia. Kaikkien esitettyjen vaihtoehtojen vaatima puumäärä on rajusti korkeampi kuin se mitä WWF arvioi ekologisin perustein kestäväksi. Laajamittaisen puunpolton järkevyys ilmastonmuutoksen torjunnassa taas on ollut kyseenalaista jo pitkään. Kansallisessa strategiassamme tätä teemaa käsitellään muuten seuraavasti:

41)Bioenergiaa koskevien kestävyyskriteerien valmistelussa pyritään varmistamaan, että kriteerit eivät muodostu sellaisiksi, että ne vaarantaisivat tai
estäisivät kestävien kotimaisten biomassojen käytön energiantuotannossa ja siihen liittyvissä tukitoimissa.

42) Lisäksi pyritään varmistamaan, että kestävän biomassan poltto on päästölaskennassa myös jatkossa hiilineutraalia.

Itse tulkitsen tämän seuraavasti. Kestävyyskriteerit rakennetaan sellaisiksi, että puunkäyttöä lisätään riippumatta siitä onko se ekologisesti tai ilmaston kannalta järkevää. Päästölaskennassa strategiana on taas ylläpitää denialismia bioenergian ilmastovaikutuksista. Olen ylpeä, kun maallani on näin hieno strategia #sarkasmia.

Laitan tähän loppuun vielä summittaisen arvion siitä kuinka vahvasti erilaiset esillä olleet vaihtoehdot nojaavat bioenergiaan. Kuten on ilmeistä, bioenergiapotentiaalin rajoittaminen WWF:n esittämälle tasolle romuttaa nämä visiot. (Greenpeacen skenaario nojaa suhteessa vahvemmin tuulivoimaan. Heidän ideanaan on, että melkein kaikki Suomen sähkö tuotetaan tuulivoimalla. Keskustelua tämän tuotannon integrointihaasteista tai -kustannuksista ei yllättävää kyllä heidän “vallankumouksestaan” löydy.)

BioPaino

Kuva 2: Summittainen paino mikä eri vaihtoehdoissa bioenergialle annetaan energian tuotantopäässä. Varoitus: tämä on summittainen arvio, jossa osassa on verrattu tuotettavaa sähkön määrää (TWh) ja osassa primäärienergiaa. Joissain lämpöpumput taas laskettiin energiatehokkuuden alle. Luvut eivät siis ole keskenään vertailukelpoisia ja antavat lähinnä indikaation siitä kuinka pahasti visio lässähtää, jos bioenergialle aletaan asettamaan ekologisia tai ilmastoon liittyviä reunaehtoja.

Päivitetty 23.2.2015: Tässä tuore Robert Wilsonin blogikirjoitus biomassan rooolista EU:ssa. Suurin osa EU:n uusiutuvasta energiasta on juuri biomassan polttoa ja tästä suurin osa on puuta. Kaikesta tuuli- ja aurinkovoimahypetyksstä huolimatta biomassan osuus ei edes ole laskenut viimeisen kymmenen vuoden aikana.

Toistin aikaisemmin Tanskalle tekemäni arvion nyt myös Saksalle. Tiedot ovat vuodelta 2012. Saksassa markkinahinnan aleneminen on keskimäärin n. 60 €/MWh x tuuli- ja aurinkovoiman osuus kulutuksesta. Suhde on siis jyrkempi kuin Tanskassa. Voimme myös tarkastella kuinka sähkön tuonti ja vienti korreloivat uusiutuvien tuotannon kanssa. Samaan tapaan kuin Tanskassa myös Saksassa sähkön vienti tyypillisesti nousee, kun tuuli- ja aurinkovoiman määrä lisääntyy. Siinä missä aikaisemmin arvioin, että 78% Tanskan tuulivoimasta viedään Tanskan ulkopuolelle Saksan kohdalla osuus on alhaisempi. Kun siellä tuuli- ja aurinkovoiman tuotanto nousee 1GW, vienti kasvaa noin 300 MW. Ts. noin 30% Saksan tuuli- ja aurinkosähköstä dumpataan sen rajojen ulkopuolelle.

Germany2014_PriceRESShare

Tuuli- ja aurinkosähkön osuus kulutuksesta vs. sähkön spottihinta Saksassa vuonna 2012 (kuukauden kokoisina paloina).

Minulla on epäilys, että nämä kaksi asiaa eivät ole toisistaan riippumattomia. Tanska on pieni maa, jossa on paljon sähkönsiirtokapasiteettia naapurimaihin. Heillä on mahdollisuus dumpata suurin osa tuulisähköstään maan rajojen ulkopuolelle eivätkä ne samassa määrin romuta Tanskan konventionaalisen tuotannon tulosta. Tanska kykenee ulkoistamaan systeemitason kustannuksista leijonanosan muihin maihin. Saksa on sen sijaan suuri maa piempien naapurien keskellä eivätkä he kykene talikoimaan tuotantoaan samassa määrin naapureille. Heidän on integroitava tuotannosta suurempi osa omaan järjestelmäänsä ja tämä näkyy jyrkempänä markkinahinnan alennuksena suhteessa vaihtelevien uusiutuvien osuuteen kulutuksesta. Tämä tarkoittaa myös sitä, että Saksassa vaihtelevan tuotannon integrointiongelmat eskaloituvat nopeammin kuin Tanskassa.

Vihreiden puheenjohtaja Ville Niinistö kannusti kaikkia perehtymään sähkömarkkinoiden toimintaan Oras Tynkkysen opastuksessa. Kannustus opiskeluun ja uuden oppimiseen on hienoa ja toivon sitä lisää! Toisaalta…

Niinisto2015-01-22 14:25:33
Tuulivoiman kalleuteen on kaksi syytä. Ensinnäkin syöttötariffin kautta maksetaan alkuun korkeampaa tukea enintään kolmen vuoden ajan. Näin pyritään polkaisemaan Suomen tuulivoimamarkkinat vauhtiin. Selvästi alempaan ja siten veronmaksajille edullisempaan tukitasoon siirrytään jo ensi vuoden alussa. 

Toiseksi syöttötariffi perustuu sähkön hintaan. Korkean sähkön hinnan aikoina tukea tarvitaan vähemmän. Kun taas sähkön hinta on viime aikojen tapaan alhaalla, tukea joudutaan maksamaan enemmän.

On vähän nurinkurista murehtia halvan sähkön takia kohoavaa tariffilaskua. Kuluttajat säästävät alentuneen sähkön hinnan ansiosta paljon enemmän kuin mitä kohonneen tukitarpeen takia joutuvat veronmaksajina maksamaan.” Oras Tynkkynen.

Ensimmäisessä kohdassa Tynkkynen jättää sopivasti mainitsematta, että myös tulevaisuuden alhaisempi syöttötariffi on merkittävästi korkeampi kuin sähkön markkinahinta. Toisen väitteensä osalta Tynkkynen nojaa Energiakolmioon, joka on (kirsikan) poiminut tuulisia päiviä ja todennut, että (ihme ja kumma) tarjonnan lisääminen kysynnän pysyessä samana luo laskupaineita sähkön markkinahintaan.  He toteavat:Huomioiden päivän spot-oston hinta nähdään kuitenkin, että syöttötariffin kustannus on monin verroin pienempi verrattuna sähkön markkinahinnan muutoksesta tulevaan kustannukseen.” Mutta vahvat väitteet vaativat vahvoja todisteita. Voisiko sähkömarkkinoiden toimintaan perehtyä huolellisemminkin kuin poimimalla itseä miellyttävä ajanhetki ja sitten sulkea silmät? Pitäisikö esimerkiksi tarkastella pidempiä ajanjaksoja markkinoilla sen sijaan, että kerää anekdootteja? (Keskustelua seuranneet ovat varmasti törmänneet toistuvaan tuulisten tai aurinkoisten sunnuntaipäivien esiin nostamiseen argumenteilla “X tuotti uusiutuvilla Y % energiastaan.” Vastaava ilmiö esiintyy tietenkin myös ilmastodenialistien puolella. Lämpötilan alkuhetkeksi valitaan joku lämmin hetki, jääpeitteen kehitystä aletaan seurata kesällä yms. yms.)

Kuinka ollakaan allekirjoittanut tarkasteli äskettäin tätä ongelmaa muutaman tunnin ajan (Ilmaiseksi. Ole hyvä! Linkki tässä). Säästääkö markkinahinnan aleminen kuluttajille enemmän rahaa kuin mitä valtio maksaa syöttötariffeina? Vastaus: en löytänyt väitteelle tukea. Markkinahinnan aleneminen “säästää” selvästi vähemmän kuin mitä valtio syöttötariffeina maksaa.

Miksi näin? Sanotaan konkreettisuuden vuoksi, että maa tuottaa 10% sähköstään tuulivoimalla ja markkinahinta on ilman tuulivoimaa 35 euroa/MWh. Perustuen Tanskan tuotanto- ja hintatietoihin koko vuoden 2013 ajalta arvioin, että “Tanskassa tuulivoima alentaa markkinahintaa keskimäärin 25.4 €/MWh x tuulivoiman osuus kulutuksesta.Tästä voimme laskea arvion, että 105.3 €/MWh syöttötariffilla maa maksaa sähköstään noin 39.7 €/MWh…eli enemmän kuin ilman tuulivoimaa. Ylimääräinen kustannus on noin 3 kertaa suurempi kuin markkinahinnan alenemisesta saatu säästö. Kun tariffi laskee 83.5 €/MWh tasolle, on ylimääräinen kustannus noin kaksi kertaa korkeampi.  Ehkä Tanska on jotenkin omituinen ja tilanne on toinen muualla? Ohessa myös Saksan hintojen kehitys viimeaikoina. Kuten voi huomata on laskua tapahtunut ehkä suuruusluokkaa 10 €/MWh. Koska kulutus siellä on suuruusluokaa 600TWh, tarkoittaa tämä noin 6 miljardin säästöä. Samaan aikaan uusiutuvien syöttötariffeista lankeaa Saksassa yli 20 miljardin lasku vuodessa. Johtopäätös on siis lienee Saksan kokemusten perusteella sama. (Toki tämän voisi tehdä huolellisemmin, mutta ehkä joskus todistuksen taakka kuitenkin lankeaa uskovaisen ylle?)

Kuriositeettina voin muuten mainita, että (perustuen Tanskan lukuihin) mikäli syöttötariffin suuruus olisi noin 58  €/MWh niin syöttötariffin ylimääräinen kustannus olisi jotakuinkin yhtä suuri kuin markkinahintojen alenemisen aiheuttama “säästö”. As it happens…Vihreiden mukaan on olemassa energianlähde jolla tähän päästään. Tosin tässä yhteydessä 50 €/MWh maksava sähkö onkin liian kallista. Jotenkin tämä säästöargumentti ilmeisesti lakkaa toimimasta, kun jännite-eroja töpseliin luokin joku toinen energianlähde.

Britney ei selvästi ole perehtynyt sähkömarkkinoiden toimintaan

Britney ei selvästi ole perehtynyt sähkömarkkinoiden toimintaan

Kuten myös aikaisemmassa kirjoituksessani huomautin säästö mitä tuulivoiman aiheuttama markkinahinnan aleneminen tuottaa on osin kuvitteellista, koska lasku ei ota huomioon kasvaneita ylläpito yms. kustannuksia kapasiteetista jota joudutaan ylläpitämään kompensoimaan tuulivoiman satunnaisuus. Jo muutaman prosentin penetraatiolla nämä ylimääräiset systeemitason kustannukset ovat merkittävästi suurempia kuin markkinahinnan alenemisesta saatu “säästö” ja penetraation noustessa nämä kustannukset nousevat nopeammin kuin markkinahinta laskee.

Päästövähennysten myyminen ilmaisina tai kenties suorastaan rahaa säästävinä näin heppoisin perustein on minusta vaarallisen epärehellistä. Se luo kuvaa, että ilmastotoimet eivät maksaisi mitään.  Yllättävää ylimääräistä laskua voi olla hankalaa perustella myöhemmin, kun maksun aika tulee. On järkevämpää perustaa väitteet tukevalle pohjalle epävarmuudet reilusti tunnustaen kuin myydä kuuta taivaalta.

Päivitys  29.1.2015: Twitterissä mm. Janne Korhonen kyseli tästä teemasta Ville Niinistöltä, joka on toistanut väitteensä. Korhonen antoi myös hyödyllisen viittauksen artikkeliin (Cludius et al.), jossa tätä asiaa on käsitelty huolellisemmin Saksan osalta. Lopputulos näyttää olevan samansuuntainen kuin minun nopeasti antamani arvio. Valitettavasti Niinistö ei ole ainakaan toistaiseksi kyennyt tukemaan hurjaa väitettään mitenkään.

Päivitys 19.2.2015: Nyt tätä huuhaata levittää Tuulivoimayhdistys. Täytyy vain ihmetellä näiden ihmisten lyhytnäköisyyttä. Epärehellinen retorinen kikkailu vain syö uskottavuuden myöhemmin olkoonkin, että onnistuisi jotain asiantuntematonta juksaamaankin.

Luomutuotannossa ei mukamas käytetä “keinotekoisia” lannoitteita, mutta toisaalta esim. tavallisella rehulla ruokitun eläimen lanta voi ymmärtääkseni kelvata luomutilan lannoitteeksi. Tämän vuoksi minusta on vaikuttanut siltä, että luomutuotannon todellinen jalanjälki usein sivuutetaan keskustelussa. Osoittautuukin, että luomutilojen lannoitteista merkittävä osa on peräisin “tavallisilta” tiloilta.
2015/01/img_1592.png Melko tuoreessa ranskalaisessa tutkimuksessa (Nowak et al. 2013) laskettiin, että keskimäärin 23% typestä, 73% fosforista ja 53% kaliumista oli peräisin konventionaalisesta maanviljelyksestä. Jos nuo syötteet poistetaan, luomutilojen tuottavuus olisi nykyistäkin heikompi ja vaadittu maa-ala rajusti suurempi. Kun jalanjälki kasvaa, kasvaa myös maankäytön ilmastopäästöt. Tämä on järkevää miksi?

Twitterissä “Energiewende Germany” linkitti jokin aika sitten (tähän) tutkimukseen, jossa tutkittiin saksalaisia energiaosuuskuntia. Olen aikaisemmin kritisoinut puheita energiademokratiasta, paikallisesta lähienergiasta yms. taipumuksesta kätkeä harjoitetun politiikan raju regressiivisyys. Energiapolitiikan tukiaiset tuppaavat valuvan hyvin vahvasti rikkaammalle väestönosalle. (Ks. myös tämä.) Toisaalta jos “tavalliset” saksalaiset muodostavat osuuskunnan, ehkä he voivat antaa yhdessä merkittävänkin kontribuution Saksan energiapolitiikkaan?revolution_nowhere

Tuo tutkimus ei näytä tukevan tällaista väitettä. Kaikkia kaipaamiani lukuja ei siellä anneta tarkasti, mutta joitain arvioita on helppoa tehdä. Ensinnäkin kuinka monta saksalaista näihin osuuskuntiin vuosittain liittyy? Tutkimuksessa annetaan perustettujen osuuskuntien määrä ja arvio näiden kokojakaumasta. Tästä summailemalla voin arvioida, että osuuskuntiin liittyy vuosittain ehkä korkeintaan 20000 saksalaista. Jos tätä on harrastettu n. 10 vuotta, voimme arvioida että osuuskuntiin kuuluu ehkä korkeintaan pari sataa tuhatta ihmistä. Tämä on n. 0.25% saksalaisista.  (Itä-Saksan kommunistipuolueeseen kuului muuten yli 10% itä-saksalaisista.)

No ehkä nämä osuuskuntalaiset ainakin edustavat tyypillisiä saksalaisia?

Regarding the personal characteristics of energy cooperative members, we found that an overwhelming majority of energy cooperative members are men, representing 80%. In terms of age,as shown in Table 2, the majority of surveyed members are older than 35, with 46.8% being 35 to 55, another 41.54% being older than 55, and only 11.66% younger than 35. Further remarkable trends can be found concerning educational backgrounds and income structures of involved individuals. The majority of energy cooperative members are university graduates(51%). Consequently, higher income groups are overrepresented…

Eli jos pidämme vanhaa hyvätuloista miestä tyypillisenä, niin sitten energiaosuuskuntalaiset ovat oikein edustavia.

Entä energiaosuuskuntien kontribuutio “energiewendeen”? Taaskaan en löydä tarkkoja lukuja, mutta tarkastelemalla uusien osuuskuntien määriä ja niiden osakepääomia voin arvioida, että investointeja virtaa niihin ehkä pari sataa miljoonaa vuodessa. Tämä tarkoittaa, että osuuskuntien osuus kaikesta vuosittain asennettavasta aurinkosähköstä on ollut jossain 10% pienemmällä puolella. Joskus olisi kiva löytää nämä luvut tarkemmin, mutta olen yllättynyt mikäli niiden tarkentuminen muuttaa mitään olennaista.

Usein huomaan väitettävän, että kuluttajat saisivat tuulivoiman syöttötariffit “takaisin” alentuneena sähkön markkinahintana. Tuulisena päivänä alhaisten käyttökustannusten tuulivoima, kun painaisi markkinahinnan alas. Tämä argumentti on osin kummallinen siksi, koska tuulivoiman tuottajat saavat ymmärtääkseni tukiaisena 105.3 €/MWh ja markkinahinnan välisen erotuksen. Tuulinen päivä voi siis laskea markkinahintaa, mutta veronmaksaja maksaa joka tapauksessa enemmän. Sähkön hinta ei muodostu pelkästään markkinoilla. (Esim. Saksassa syöttötariffit muodostavat kuluttajien sähkölaskusta merkittävästi suuremman siivun kuin sähkön markkinahinta.)

Minua alkoi kuitenkin kiinnostamaan se kuinka suuri merkitys tuulivoimalla on sähkön markkinahintaan. Voidakseni muodostaa perustellun suuruusluokka-arvion suunnistin Tanskaan ja imuroin sieltä sähkön spottihinnat sekä tuulivoimatuotannon ja sähkönkulutuksen tiedot vuodelta 2013. Oheinen kuva näyttää spottihinnan ja tuulivoiman osuuden kulutuksesta kuukauden mittaisissa paloissa koko vuoden ajalta. Sininen viiva on lineaarinen sovitus dataan.

Tuulivoiman osuus vs. markkinahinta (Tanska 2013 1kk palat)

Tuulivoiman osuus vs. markkinahinta (Tanska 2013, 1 kk palat). Hinta €/MWh. (Huom. x-akselin % on typo.)

Tästä opin, että Tanskassa tuulivoima alentaa markkinahintaa keskimäärin -25.4 €/MWh x tuulivoiman osuus kulutuksesta.  Jos oletamme meidän markkinoiden reagoivan suunnilleen samalla tavalla voimme tehdä joitain arvioita. Esim. jos tuulisena päivänä Suomessa on tuulivoimaa 500MW, kun kokonaiskulutus on 10GW Tanskan esimerkki antaisi ymmärtää keskimäärin 1.3 €/MWh laskua markkinahinnassa. Koska yleensä tuulivoiman osuus olisi paljon alhaisempi, keskimäärin vuoden aikana “alennus” olisi pikemminkin noin 0.3 €/MWh.

On muuten hyvä huomata, että tämä hinnanalennus on osin kuvitteellista, koska sähköntuottajien alhaisemmat tulot tarkoittavat ettei olemassaolevan infrastruktuurin ylläpitämiseen kannata välttämättä investoida. Vaihtelevat uusiutuvat rakennetaan kuitenkin sillä oletuksella, että konventionaalinen tuotanto on valmis paikkaamaan vaihtelevien uusiutuvien puutteet. Hinnanalennus on ehkä tässä mielessä nähtävä hetkellisenä anomaliana, joka poistuu kun kapasiteetin ylläpidon kustannukset tavalla tai toisella sälytetään kuluttajien maksettavaksi. Kuten oheisesta kuvasta näkyy, nämä systeemitason kustannukset ovat merkittävästi suurempia kuin tuo markkinahinnan aleneminen.

Kiinnostavaa on myös huomata, että vuonna 2013 Tanskan naapurissa Ruotsissa sähkön keskimääräinen spottihinta oli hiukan korkeampi kuin Tanskassa. Sen sijaan Ruotsissa sähkön hinta vaihteli merkittävästi vähemmän. Standardipoikkeama Ruotsissa oli noin 8.9 €/MWh, kun se oli Tanskassa 11.7 €/MWh. Ruotsissa hinta ei missään vaiheessa kohonnut 110 €/MWh korkeammalle, kun taas Tanskassa katto oli 160 €/MWh. (Tähän hintaan päädyttiin silloin, kun tuulivoiman tuotanto oli hyvin alhainen keskellä arkipäivää.) Ruotsissa hinta oli alimmillaan noin 0 €/MWh ja Tanskassa -62 €/MWh.

Tuulivoiman "kustannukset", kun systeemitason kustannuksia otetaan huomioon. Lähde: F Ueckerdt et al.

Tuulivoiman kustannukset, kun systeemitason kustannuksia otetaan huomioon. Lähde: F. Ueckerdt et al.

Yksi itsestään selvästi marginaalinen, mutta usein hypetetty energianlähde muodostuu maanviljelyksen jätevirroista. Milloin se pitäisi poltaa lämmöksi, milloin muuntaa biokaasuksi autoja varten ja milloin tuottaa sillä sähköä. Suomessa esim. Gasum pokkana väittää Suomen potentiaaliksi 17 TWh. (Greenpeace, Birdlife international jne. puhuvat tilaamassaan raportissa koko EU:n tasolla noin 100TWh:sta vuonna 2020. EU:ssa on kuitenkin noin 100 asukasta kutakin suomalaista kohden. Joku puhuu p..kaa ja itse veikkaan tätä roolia Gasumille.) Biokaasua myydään toistuvasti win-win ratkaisuna, jossa voimme saada bioenergiaa ilman konfliktia ruuantuotannon ja energiantuotannon välillä. Tämä ei pidä paikkaansa. Trade-off on olemassa myös “jätevirtojen” kohdalla.

Ensinnäkin emme ylipäätään puhu jätteistä. Pellolle jäävillä kasvin osilla on roolinsa eroosion estämisessä, hiilen sitomisessa maaperään sekä ravinteina seuraavalle sukupolvelle. Nopea googlaus löytää esimerkiksi tällaisen sivun, jossa kerrotaan ettei jäämistä tulisi poistaa kuin 20-30% tai kenties vielä vähemmän. (Itse asiassa parasta olisi jättää kyntäminenkin väliin. Tämä tosin on helpompaa esim. glyfosaatille tolerantteja GM-lajikkeita käytettäessä, mutta milloinpa  ympäristöystävällisyys seuraisi foliohattu-aktivistien kaanonia?)

Olennaisempi asia tämän kirjoituksen kannalta on kuitenkin toisaalla. Katsokaapa seuraavaa kuvaa siitä miltä viljan viljely näytti aikoinaan ja miltä se näyttää nyt. Ennen esim. vehnä tuotti merkittävästi enemmän olkea suhteessa jyvien painoon kuin nykyään. Jalostus on tuottanut lajikkeita, jotka käyttävät yhä suuremman osan resursseistaan jyvien tekemiseen muiden osien kustannuksella. Näette esimerkin tuossa toisessa kuvaajassa, jossa ns. “harvest index”:n kehitys viimeisen noin 100 vuoden ajalta. Kasvu on ollut hyvin merkittävää ja jätevirtojen määrä suhteessa tuotetun ruuan määrään on kutistunut. Tämä on mahtavan hieno asia!

ViljelyEnnen

Kuva 1: Viljely ennen ja tänään. Huomaa kuinka paljon olkea oli suhteessa jyvien määrään.

Kuva 2: Jyvien painon suhde koko kasvin painoon

Kuva 2: Jyvien painon suhde koko kasvin painoon

Jos nyt alamme maksamaan tukiaisia ja näin luomaan arvoa maanviljelyksen “jätteille”, luomme kannusteen kääntää kelloa taaksepäin. Kun olkienpolton voitot taataan, luodaan automaatti, joka tuottaa yhä enemmän olkia ja vähemmän ruokaa. Tämä ei tapahdu välttämättä muuttamalla viljelysmaa bioenergiaplantaasiksi vaan siirtymällä enemmän olkea tuottaviin lajikkeisiin. Tällä hetkellä vehnän hinta muuten vastaa noin 4 senttiä/kWh primäärienergiaa. Saksassa biokaasun tuet näyttävät pyörivän jossain 15-20 senttiä/kWh tasolla. Olisimme siis hyvin nopeasti tilanteessa, jossa se tuettu “jätevuo” on viljelijän keskeisin tulonlähde.

There was a brief, but interesting discussion in Twitter about risks from exposure to low levels of ionizing radiation. Among pro-nuclear people this discussion erupts with some regularity. For some background there is this really clear discussion by @kasilas which you should read. The thing is that some (I suspect mostly people with engineering background) dislike LNT (linear no threshold) assumption in radiation protection. They say that below a dose of about 100 mSv it doesn’t have observational support and therefore one should not talk about “risk” below some threshold. Such risk is speculative and just gives ammo to anti-nuclear crackpots. On the other hand experts in radiation biology and protection gather around the “party line” and tend to see LNT, if not perfect, then at least good enough and certainly better justified than supposed alternatives. The sane on both sides nevertheless conclude that whatever risk model we use for low doses, the risks will  be small compared to many other risks we face on a routine basis. Both, by and large, hold the opinion that radiation from nuclear power is not an important public health concern relative to more pressing concerns.

Figure 1: Discussing hormesis and how it relates to LNT

Figure 1: Discussing hormesis and how it relates to LNT

I think this discussion is interesting not so much from the scientific perspective, but mainly from the sociological perspective. I suspect that engineering types dislike going through the trouble of minimizing all sources of exposure as much as possible while knowing that it adds to costs and that this work has no observable consequences. They feel that they could be working on much more important things. Radiation protection people on the other wish to protect scientific standards and probably feel a civic duty to maintain and built public trust on experts. Playing fast and loose with radiation risks might undermine that work. They dislike fear mongering by anti-nuclear folks as well as nonchalant attitude to small doses expressed by some pro-nuclear people. They are the doctors trying to keep inmates from running the asylum. (Although this task is complicated by the fact that only pro-nuclear folks have the courtesy to loiter close to the asylum. Antis have always been running free.)

Personally I have sympathy for both sides of this discussion, but I think this is fundamentally not a scientific question, but a question of public perception of risks and how that relates to policies. Due to decades of misinformation many people have fundamentally wrong perception of radiation risks. When we start by saying that radiation dose, no matter how small, poses a risk, we do not question that underlying default setting. We might then continue telling how this risk is nevertheless tiny, but many people have already tuned out. And in any case people are very bad at evaluating risks so they are more than likely to compress the message to “radiation BAD”. The conspiracy minded among the public will of course go even further. When official tells them small amount of radiation has risks, they will conclude that it is in fact deadly and the level that is really safe will be something much much lower. As the safety level is thus adjusted downwards possibilities for exceeding those “safe levels” multiply and the sense of danger will probably go up rather than down. Of course this is a complex issue. If on the other hand we say that the risk is not there, some will simply decide that you are not credible and tune out immediately. You have to adjust your message in response to craziness on the other side and hope they will gradually move to a sensible position. But does anybody know, how nuanced accurate discussion actually influences people whose opinions are at the start of the discussion bizarrely off base? Such discussion certainly is preferable with people whose opinions are more or less sensible to begin with, but with others? I am really not sure and would love to learn of some research on this topic.

Given my background I was (of course) thinking that isn’t this kind of similar to importance of quantum mechanics? We live in an imperfect world where most people do not need Planck’s constant in their daily lives. This natural constant is at the heart of quantum mechanics and indeed our world be inexplicable without it. (In fact some of those who actually need it in their daily lives, define their units in terms of it so that for them Planck’s constant has a value one. Being so down to earth and organic they even call such units “natural”.) However, as a practical matter it doesn’t make sense to incorporate the effects of Planck’s constant into building codes or environmental impact assessments etc. Most people will find it easier to just set Planck’s constant to zero and as a practical tool that is usually perfectly OK, even though it is fundamentally wrong. In fact, if we were to do the opposite, the risk of a backfire would be large. People would not know how to deal with Planck’s constant in practice and if asked about its magnitude they would be off by a large amount. (If we were to give them some additional information such that “Planck’s constant is related to the energy of  particles of radiation”, many would probably increase the value of the constant even more.)

Given the horrendously wrong public perception of radiation risks, I often feel they would be better served if their default settings were based on the idea of zero risk. This is fundamentally wrong, but it is less wrong, in a practical sense, than their current perceptions. Once the lowest order term has been correctly established we could start adding nuance and even move to discussion of such regimes where radiation risk is actually large. Nowadays people start from fears of cities attacked with nuclear weapons and then we expect them to make a reasonable extrapolation of risks into their daily lives. For most people I don’t think that will ever happen. On the other hand, I do not know how that more sensible starting point can be established in practice. Currently people pickup nonsense from NGO:s and media already as children and accurate information gets drowned in the noise.

Recently a report on energy costs prepared for EU commission by the consulting company Ecofys crossed the news threshold in many places. Usually it has been reported as being “the EU report”, but EU commision states “The views have not been adopted or in any way approved by the European Commission and should not be relied upon as a statement of the European Commission’s views. The European Commission does not guarantee the accuracy of the information given in the studies, nor does it accept responsibility for any use made thereof.” So the report has not been “endorsed” by EU commision (although paying Ecofys for the report is bad enough). Ecofys did the work on WWF bioenergy-heavy renewables-only energy vision and is widely linked and quoted by environmentalists in Europe.

Following quote from WWF report captures quite well, why I am not a fan. “Ecofys estimates that we would need around  250 million hectares of agriculture land,  which is equivalent to about one-sixth of  the total global cropland today, as well  as 4.5 billion cubic metres of biomass from already disturbed forests. But what  is possible on paper, even after the most  rigorous analysis, is a different matter in  practice. We have yet to identify where  this land is, and how it is being used at the moment.“: WWF. This is then followed by WWF nevertheless endorsing such a vision.  I had a look at this new report. Below few comments.

  1. As you can see from the Figure 1, they find that nuclear power is not heavily subsidised and is among energy sources with low external costs. According to Ecofys external costs are only little higher than with the worst renewable (biomass). This is not news, but it is interesting that even Ecofys is forced to acknowledge this. (See later for their desperate attempts to change the results…)

    Figure 1: Summary of costs, subsidies, and external costs

    Figure 1: Summary of costs, subsidies, and external costs

  2. It has been widely quoted (example here) that according to this report wind power is cheapest source of energy. It is perhaps helpful to note that  Ecofys gets this result by discounting nuclear costs with 9-11% rate while discounting wind power with a much lower rate of 5-7%.
  3. As you can see from Figure 2, according to Ecofys external costs of nuclear is dominated by “depletion of energy resources” category. This was very strange result.
    Figure 2: External costs

    Figure 2: External costs

    It turns out that they calculate a cost of depletion as 0.05 euros/(kg oil. eq.) both for fossil fuels and nuclear power! Ecofys used a tool called “Recipe” to calculate external costs and interestingly in case of nuclear power they decided to specifically deviate from what developers of Recipe said was the appropriate methodology. ” Unlike metals, we cannot use the concept of grade to express the quality of oil and gas resources. Conventional oil and gas will simply flow out of the well up to a certain point. After that point is reached it is still possible to extract more, but this will increase the production costs and the production energy requirement. Once the energy price increases, it also becomes possible to extract other unconventional resources, such as tar sands, the use of gas liquids, converting gas to oil or coal to oil etc. This means the increase of costs and energy is not caused by a gradual decrease of ore grade, but because more and more mankind will have to switch from conventional resources to unconventional resources…Uranium was formed in the same way as all other metals, the characterisation factor for Uranium is thus included in the impact category for mineral depletion and not fossil fuels.” Recipe in fact gives external cost for Uranium extraction and finds that it is similar to oil per kg.  However, since energy density is different by a factor of 10000-million (roughly…who cares) depending on reactor type, Ecofys inflated otherwise irrelevant externality into one that dominates external costs of nuclear power. Not cool. Perhaps they did this in order to inflate the external cost of nuclear power to be at least higher than renewables they promote?

  4. Historical subsidies for nuclear are mostly based on the idea that state participation lowered interest rates for the projects and that difference between imagined market rate and state interest rate constitutes a subsidy. The logic here is not convincing and also requires the value choice that “market interest rate” is the correct one and states participation is an interference into natural order of things.  Whatever your opinion happens to be on that one it is important no notice, that when Ecofys calculates external costs for depletion of resources they assume owners of resources use too high discount rate and that socially optimal one is lower. So now the market no longer knows better. On the other hand when they calculate the levelized cost of energy (LCOE) they use different interest rates for different technologies.  Maybe it is true that some wind power developer can get cheaper loan from the bank, but they do so because state has guaranteed them customers as well as the price with feed in tariffs.   According to Ecofys such political interference was supposed to be a subsidy and real interest rate was the one without political support structures. In case of nuclear power it is the political uncertainty that increases the perceived risks and consequently it is suffering a “negative subsidy” due to politics. Strangely here Ecofys nevertheless takes interest rates as “correct ones” rather than interpreting the resulting LCOE as the one after political interference. So note how the ground keeps shifting, but always in such a way as to inflate costs for nuclear power and fossil fuels.
  5. ECOFYS ignores some external costs. For example, there is an external cost for occupying agricultural land (0.1 €/m^2). This cost is due to monetizing the lower biodiversity of agricultural land as opposed to natural habitat.

    Figure 3: External costs? What external costs?

    However, there is no cost that I can see associated with removing biomass from forests for burning. They rationalize this by “We assumed wood pellets are made of residue wood and did not allocate agricultural land  occupation to the production of this wood …”  So a precondition for this resource is a forest industry creating huge externality and “waste” stream, but none of this is reflected as an externality for bioenergy.

  6. Existence of higher system level costs from intermittent renewables is acknowledged in the text, but these are not counted as costs, subsidies, nor as external costs. They are, as far as I can see, simply not included in any category.
  7. After renewables subsidies (41 billion euros/year) largest subsidy category (27 billion) was for “Energy demand support”. This is almost entirely due to lower tax rate for some uses of fossil fuels. I think this is the way also OECD defines subsidies, but in my opinion it is deeply misleading. If I am not taxed according to maximum rate, am I receiving a subsidy? If we use the Ecofys definition for energy subsidies, yes I am. Where I live (Finland) state gets more than 4 billion euros income from energy taxes that mostly tax fossil fuel use. However, this is not counted as a “negative subsidy” for fossil fuels. If we would stop burning oil, state would lose billions in tax revenue. If oil burning is then replaced with some other energy source requiring subsidies (for example) of 5 cents/kWh, state would need to find billions more. In total such transition could easily cost the state as much as we spend on education, but when computing subsidies there would have been no change. Definition is insane.
Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 542 other followers