Aikaisemmin perehdyin eri sähköntuotantotapojen kustannuksiin asetettuani päämääräksi näpertelyn sijaan riittävän suuret CO2 päästöjen vähennykset. Opin, että siinä missä tuulivoimapohjaiset ratkaisut edellyttivät toisaalta taustalla lojuvia fossiilisia polttavia voimalaitoksia ja rajua tuotantokapasiteetin ylirakentamista, ydinvoimapohjainen ratkaisu mahdollisti fossiilisen kapasiteetin paljon nopeamman alasajon ja tuotantokapasiteettia ei tarvinnut ylirakentaa verrattuna nykytilanteeseen. Lisäksi opin, että siinä missä tuulivoimapohjaisen ratkaisun kustannukset eskaloituivat, ydinvoimapohjaisen ratkaisun kustannukset olivat melko vakaita koko dekarbonaatioreitin ylitse.

Tein silloin kuitenkin joitain yksinkertaistuksia, jotka jäivät hiukan vaivaamaan. Ensinnäkin en tarkastellut vaihtoehtoa missä kapasiteettissa on sekä tuuli- että ydinvoimaa (tosin muutamia huomioita asiaa sivuten  on täällä). Lisäksi oletin, etteivät  ydinvoimalat kykene seuraamaan kulutusta vaan tuottavat vain jatkuvasti 100% teholla. Tämä oletus on tietenkin väärä. Esim. EPR kykenee muuttamaan tehoaan 5% kapasiteetissa minuutissa. Jotkut kaasuvoimalat pystyvät nopeampiin muutoksiin, mutta tuollainen muutostahti on merkittävä. (Lisää aiheesta vaikka täältä) Parannan siis nyt hiukan siitä mihin jäin. Käsittelen tuuli ja ydinvoimaa yhdessä pitäen mahdollisuuden niiden “rinnakkaiseloon”. Kysyntä katetaan ydinvoimalla (kun sitä on) ja sitten tuulivoimalla. Jäljelle jäävä osa katetaan fossiilisilla ja oletan tämän fossiilisen lähteen olevan lähinnä maakaasua (500 g CO2/kWh). Muutan tuuli- ja ydinvoimakapasiteettia ja haluan arvioida vastauksen seuraaviin kysymyksiin:

  1. Mikä on sähkön hinta (LCOE) kussakin kombinaatiossa?
  2. Millaiset CO2 päästöt yhdistelmään liittyy?
  3. Kuinka suurta fossiilista kapasiteettia vaihtoehto edellyttää?

Oletin kulutuksen seuraavan Iso-Britannian kulutusta (heinäkuu 2010- kesäkuu 2011) ja tuulivoiman tuotantoprofiili on vanha tuttu kombinaatio Irlannin, BPA:n, ja Australian todellisista tuotantotiedoista. Oletan (pessimistisesti), ettei ydinvoima kykene seuraamaan kysyntää kuin noin 6 tunnin “aikavakiolla”. Toteutan tämän käytännössä leikkaamalla kysynnästä pois korkeammat taajuudet, jotka vastaavat alle noin 6 tunnin sisällä tapahtuvia muutoksia. Ensimmäinen kuva demonstroi mitä tämä tarkoittaa. On helppo huomata, että suodatettu kysyntäfunktio on melko samanlainen, mutta tasaisempi kuin todellinen kysyntä. (Osoittautuu muuten, että noin 97% kysynnästä voidaan kattaa voimalaitoksilla, jotka reagoivat näin hitaasti. Jos kysyntää katetaan ensin tuulivoimalla, korkeiden taajuuksien osuus kasvaa ja nopeammin reagoivia laitoksia tarvitaan enemmän. Kuinka paljon niitä tarvitaan riippuu asennetusta tuulivoimakapasiteetista. Melko hyvä arvio on melko helppo laskea…)

Image

Kuva 1: Kulutus ja suodatettu kulutus

Kustannuksia arvioidessani käytin 7.5 % diskonttokorkoa ja kustannuksiin vaikuttavat parametrit (pääomakustannukset, polttoainekustannukset, ylläpitokustannukset yms.) ovat tästä maailmasta. En jaksa listata niitä tässä, mutta oheisesta matlab macrosta voitte niitä halutessanne onkia (ja muuttaa). Jos leikitte itse datalla niin lasku voi sitten kestää tavallisella PC:llä aika kauan. Laskua voi nopeuttaa paljon pienentämällä 5 minuutin välein annettua dataa vaikka 30 minuutin välein annetuksi. En itse ole edelleenkään täysin vakuuttunut siitä, että LCOE on yksinään täysin oikea kustannusten mittari. Erityisesti diskonttokorkoa ja takaisinmaksuaikaa muuttamalla voidaan saada ihan mikä tahansa tulos. Jos itse sijoittaisin säästöjäni vakaan yrityksen velkapapereihin niin nykyisessä ympäristössä olisin enemmän kuin tyytyväinen paljon alle 7.5% korkoon. Lisäksi laitoksen elinaikaa paljon lyhyempi takaisinmaksuaika on hiukan kyseenalainen. Yhteiskunnassa moni infrastruktuurihanke jäisi varmasti tekemättä mikäli emme käytä ja luo mekanismeja, joilla kompensoidaan sijoittajien paljon infrastruktuurin elinikää lyhyempi aikajänne.

Kuvassa 2 esitän yhteenvedon tuloksistani. x- ja y-akseleilla on ydinvoima- ja tuulivoimakapasiteetti suhteessa yhteiskunnan keskikulutukseen. Paksu sininen viiva antaa arvion siitä minkä oikealla puolella CO2 päästöt ovat alle n. 100 g/kWh. Selvästi sinne viivan oikealle puolelle olisi päästävä. Ensimmäinen kuva näyttää sähkön hinnan. Kun ydinvoimakapasiteetti on nolla ja kasvatamme tuulivoimakapasiteettia kustannukset nousevat tuulivoimakapasiteetin mukana. Jotta päästöt putoavat riittävän alas on asennetun tuulivoimakapasiteetin oltava yli nelinkertainen keskimääräiseen kulutukseen verrattuna. Verkkokustannukset tulisivat tuolloin rajusti nykyistä korkeammiksi, mutta niitä ei ole nyt sisällytetty tähän tarkasteluun. Kustannukset minimoituvat, kun rakennamme pelkkää ydinvoimaa. Sattumalta kustannusminimi on lähellä sitä pistettä missä CO2 päästöt putoavat 100g/kWh tasolle.

Image

Kuva 2: Kustannukset, päästöt ja tarvittava fossiilinen kapasiteetti

Kuvan 2 alin kuva näyttää tarvittavan fossiilisen kapasiteetin. Kun kasvatamme pelkästään tuulivoimaa, ei tarvittava fossiilinen kapasiteetti putoa paljoakaan. Kun kasvatamme pelkästään ydinvoimaa, fossiilisia voimalaitoksia voidaan sulkea melkein samaa tahtia kuin ydinvoimaa rakennetaan. Jos yhteiskunta haluaisi sanoa ei ydinvoimalle ja rakentaa pelkkää tuulivoimaa, tähän tarvittavaan fossiiliseen kapasiteettiin liittyy ikävä pommi. Koska tuulivoiman lisäys kasvattaa kustannuksia, vaatii sen kapasiteetin lisäys (ja ylläpitäminen) jatkuvaa ideologista intoa. Mikäli tämä into joskus heikkenee (tai mikäli sitä intoa ei missään vaiheessa ollutkaan), ei taustalla olevien fossiilisten voimalaitosten uudelleen käynnistys vaadi kauan aikaa. Tilanne on hiukan samanlainen kuin narkomaanilla, joka yrittää lopettaa huumeiden käytön, mutta kantaa jatkuvasti mukanaan huumeruiskua.