Suomen liikenteen sähköistys?

Pitkällä tähtäimellä maaliikenteen sähköistys vaikuttaa minusta luontevalta tavoitteelta, mutta mitä tämä vaatisi sähköntuotannolta? Tässä hutiloiden tehtyjä arviota tarvittavasti sähkötehosta ja siitä mitä muutoksia liikenteen sähköistys voisi vaatia sähköverkon rakenteessa. Tekijän kaksi virheet ovat varmasti mahdollisia, mutta viis niistä. Tässä on nyt kyse lähinnä suuruusluokista. Käytän lähtötietoina nykyisiä liikennemääriä ja en oleta tilanteeseen muita dramaattisia muutoksia tulevaisuudessa kuin sen, että liikenteen tarvitsema energia tuotetaan jatkossa sähköllä. Nykyään Suomessa on noin 3 miljoonaa ajoneuvoa. Arvioidaan tyypillisen auton vaativan 5 litraa polttoainetta 100km kohti mikä on suunnilleen 44kWh/100km. Polttoainetta Suomessa kuluu nähtävästi noin 5 miljardia litraa vuodessa joten kukin auto ajaa (maantieajoa) keskimäärin noin 90km päivässä. Jos sähköauton kulutus on noin 20kWh/100km, kukin auto kuluttaa päivässä noin 18kWh ja kokonaisvuosikulutus olisi noin 54 000000 kWh/päivä. Jos tämä energia jaetaan 12 tunnin ajalle jolloin suurin osa kilometreistä varmasti ajettaisiin, tehontarve on noin 4.5GW.

19.4.2010 Suomen huippukulutus oli noin 10300MWh/h ja minimikulutus noin 8700 MWh/h. Näiden erotus on siis suuruusluokaltaan 2GW. Jos autot ladataan sen “toisen”12 tunnin aikana, tarvittava 4.5GW teho antaa ymmärtää, että lisätehon tarve on vähintään noin 2.5GW mikäli nykyisiä vain huipputehon aikana päällä olevia voimalaitoksia ajettaisiin 24h vuorokaudessa. Mikäli tämä varavoiman ajo perusvoimana ei ole järkevää joko esim. taloudellisesti tai ympäristösyistä, uuden sähkötehon tarve olisi lähempänä aikaisempaa 4.5GW arviota.

Toisin sanoen pidemmällä tähtäimellä sähköautot vaatisivat melko huomattavasti lisää sähköntuotantoa ja sellaista tuotantoa joka on päällä myös yöllä (perusvoimaa siis). Numerot ovat sen suuntaisia, että jos kaikki autot ladattaisiin keskellä yötä (2400-0600), niin vaadittava teho on samaa suuruusluokkaa kuin nykyinen huipputeho. Toisaalta osa autoista ladattaisiin keskellä päivää jne. joten todellisuudessa tuskin tilanne menisi siihen, että yöllä kulutus olisi päivää korkeampi. Liikenteen sähköistyminen näyttäisi siis ajavan energiantuotantoa siihen suuntaan, että suurempi osa energiantuotannosta on perusvoimaa ja pienempi osa varavoimaa. Tämä oletettavasti voi niin halutessamme alentaa sähköntuotannon kustannuksia. Lisätehon tarve pienenee mikäli ihmiset käyttävät enemmän julkisia liikennevälineitä, mutta nollaan se ei putoa.

Sähköautojen käyttö esim. tuulivoiman varastoimiseen tyyniä jaksoja varten on mielenkiintoinen ehdotus, mutta en pidä realistisena oletuksena ainakaan sitä, että ihmiset eivät nousisi autoihinsa esim. aamulla töihin lähtiessään tai illalla töistä palatessaan mikäli on tyyntä. Tämän vuoksi tuulivoima näyttäisi tarvitsevan sen (yleensä fossiilisen) tukivoiman joka tapauksessa. Toisaalta huomattava sähkönvarastointi voisi auttaa tuulivoiman ennustevirheiden aiheuttamien päästöjen pienentämisessä, koska voimme yleensä luottaa siihen, että keskellä arkipäivää suurin osa henkilöautoista on parkkeerattuna työpaikkojen lähistölle. Näiden akkujen tuottama teho voi mahdollistaa backupin alasajoa täksi ajaksi. Toisaalta autoilijoiden on myös kyettävä luottamaan siihen, että sähköä on saatavilla silloin kun autojen akut ladataan ja tähän tarpeeseen tuulivoima vastaisi satunnaisesti.

CHP vs. sähkö+lämpöpumput?

Sain kahlattua MacKayn “Sustainable energy — without hot air” opuksen läpi ja suosittelen sitä yhä vielä lämpimästi asiasta kiinnostuneille. (Voin tosin tunnustaa, että hyppäsin lopun fysiikan ylitse. Kuka sitä nyt jaksaa…) Kirja ei juurikaan käsittele energiantuotannon taloutta ja varsinkaan sen vaikutuksia ympäristöön, mutta käsittelee hyvin selkein ottein luonnon ja tekniikan asettamia rajoituksia energiantuotannossa. MacKay suosittelee muuten lämmitykseen sähkön ja lämpöpumppujen yhdistelmää. Tämä oli minulle yllättävä suositus, mutta ymmärrän hänen argumentin periaatteessa. Sähkö on lämpöä arvokkaampi energianmuoto ja sen käyttö yhdessä lämpöpumpun kanssa voi mahdollistaa yli 100% hyötysuhteita, mikä on mahdotonta sähkön- ja lämmönyhteistuotannossa. Olen sen sijaan skeptisempi tämän ohjeen järkevyydestä lyhyen tähtäimen maalina Suomen kaltaisessa maassa, jossa sähkön- ja lämmönyhteistuotannon infrastruktuuri on jo monessa paikassa valmiina. Tällöin on varmasti helpompaa, nopeampaa ja halvempaa hävittää kaupungin hiilipäästöt korvaamalla CHP-laitos hiilettömällä vaihtoehdolla kuin tehdä sähköntuotanto hiilivapaaksi JA asentaa kaikkialle lämpöpumput (…ja kaupungeissa kenties myös kylmäpumput kesäksi). Pitkän tähtäimen maalina tuo MacKayn visio vaikuttaa tosin järkeenkäyvältä ja on ehkä järkevä lyhyelläkin tähtäimellä siellä missä sähkön- ja lämmönyhteistuotantoa ei tällä hetkellä tehdä.

Great source about "Sustainable energy"

David MacKay has written a fantastically readable book about “Sustainable energy — without hot air”. Rather than dwelling in a ideological dreamland, the book is firmly focused on the real world and real numbers. Some discussion is specific to UK, but most of it applies equally well elsewhere since the author wisely focuses on per capita quantities. While reading it I noticed that it is easier to delude one-self about some supposedly sustainable energy solutions, in the (nearly) uninhabited north (where I am from) than in the more densely populated south. If such computations are done independently for each country, for example, the amount of biomass per capita is much higher in Sweden and Finland than in UK. Consequently, if one ignores the ecological damage caused by the bioenergy, in the north one might be tempted to imagine bioenergy as more sustainable solution than it really is. (The forest growth in Finland/capita/year is around 20m^3.) Marketing such absurdities as global solutions reminds me of Marie-Therese’s notorious outburst to the hungry peasants: “Let them eat brioche!”