Fennovoimasta

Nyt kun poliittinen kakka Fennovoima teemasta lentelee tuulettimesta, mitä mieltä itse muuten olen? It’s complicated. Ilmastopolitiikan kannalta minulle tässä ei ole kyse yksittäisestä reaktorista vaan siitä olemmeko ylipäätään polulla, joka johtaa syviin

Kuumaa ilmaa

päästövähennyksiin. Nykyisessä maailmantilanteessa tietenkin mieluummin hankkisin reaktorin muualta (USA, Etelä-Korea, Ranska, Kiina ehkä?). Koska Fennovoiman mukana maahan tulee miljardeja investointina ja muiden toimittajien kohdalla näin ei luultavasti olisi, tämä voisi kuitenkin tarkoittaa joko tarvetta tukiaisiin tai esim. valtion osaomistukseen. Minulle tämä sopii, koska vaadittavat tuet olisivat joka tapauksessa merkittävästi alhaisempia kuin vaihtoehdoilla. Dekarbonisaatio on tärkeää ja minä olen siitä valmis maksamaan. Valitettavasti tällaista kuviota ei ole pöydällä ja hiukan epäilen, että jos olisi “usual suspects” huutaisivat joka tapauksessa suu vaahdossa päästövähennyksiä vastaan.

Minusta on ihan asiallista argumentoida hanketta vastaan turvallisuuspoliitttisin näkökohdin. Venäjän käytös ei ole hyväksyttävää ja siitä pitää seurata sanktioita. Joku voi aivan järkevästi arvioida, että tämä näkökanta ajaa nyt ilmastonmuutoshuolen edelle. Sinänsähän globaalissa mittakaavassa Suomen toimilla ei ylipäätään ole juuri mitään merkitystä joten ehkä voimme vain napata pillerin fukitolia ja antaa asian olla? Se mikä ei ole minusta asiallista on käyttäytyä ikään kuin tätä valintaa ei tarvitse tehdä. Ikään kuin voisimme samaan aikaan vastustaa ydinvoimaa (tuli se mistä ilmansuunnasta tahansa) milloin milläkin perusteella ja silti esiintyä ilmastosankarina.

Vaihtoehdossa mitä esim. Vihreät esittävät, Fennovoimalla saavutettava dekarbonisaatio nimittäin korvataan kuumalla ilmalla. Miksi näin? Lukemalla Vihreiden Ilmasto- ja energiaohjelmaa (sivu 33) voi huomata, että heidän kaavailemistaan 44 miljoonan tonnin päästövähennyksistä (2030 mennessä) noin 70% olisi peräisin biopolttoaineista. Tähän potentiaaliin he laskevat esim. ruokohelppiä (15TWh), joka on osoittautunut flopiksi ja ymmärtääkseni myös juurakot ja kannot (noin 10 TWh?) joita ei esimerkiksi saisi käyttää mikäli mielii saada tuotteelleen ekoenergia-merkin (toiset pitävät tätä tärkeänä). He väittävät kaiken tämän biomassan polton olevan päästötöntä olkoonkin, että asiantuntijat ovat jo pitkään varoitelleet tämän oletuksen olevan pahasti pielessä. (Lisää luettavaa vaikkapa tästä SYKE:n tutkimuksesta ja lisää täällä.) On vahvat syyt epäillä, että merkittävä osa poltettavasta biomassasta aiheuttaa fossiilisten veroiset ilmastovaikutukset etenkin sellaisella aikajänteellä, joka nyt on relevantti. Tuulivoimaa Ilmasto- ja energia ohjelmassa haaveillaan 20TWh ja pelkästään tästä valtion pitäisi maksaa syöttötariffeja pyöreästi miljardi vuodessa. Mistä se otetaan? Vihreiden nykyisen vaihtoehdon ekologiset ongelmat ovat ilmeisiä, kustannukset kamalia ja ilmastohyödyt suurelta osin kuvitteellisia. Jäljelle jää  sisällyksetön retoriikka halonhakkuun uutuudesta ja kestävyydestä jota ylläpidetään refleksinomaisen ydinvoiman vastustuksen rationalisoimiseksi.

On muuten ehkä hyvä muistaa, että kun Vihreät Satu Hassin johdolla jättivät Olkiluoto 3:sta päättäneen Lipposen hallituksen vuonna 2002, Hassi esitti vaihtoehtona maakaasua (lisää täällä). Kovin periaatteelliselta Venäjä riippuvuuden pienentäminen ei siis vaikuta. (Huoltovarmuuskeskuksessa Fennovoiman hanketta taas pidetään nimenomaan tarpeellisena huoltovarmuuden kannalta.) Kovin harva myöskään huutaa maakaasun tai öljyn (tai puun) tuontia vastaan vaikka näihin liittyvät turvallisuuspoliittiset ongelmat ovat suurempia. Lisäksi mm. Helsingin Energia suunnitelmissaan biopolttoaineiden käytön lisäämiseksi, valmistautuu biomassan tuomiseen Venäjältä.  Vuosaaren Vihreät, Ilmastovanhemmat, Greenpeace, Maan ystävät… ovat jättäneet HELEN:n ympäristövaikutusten arviointiin mielipiteensä ja vaativat (ilmastosyin) vielä enemmän puun polttoa. Kukaan ei kuitenkaan kokenut tuontia Venäjältä ongelmallisena.  Miksi tämä koko keskustelu vaikuttaa taas niin opportunistiselta, periaatteettomalta ja lyhytnäköiseltä?

Synthetic fuels with excess electricity

Sooner or later we will have to decarbonize also transport and it is quite likely that it will involve production of synthetic fuels using carbon free electricity as an input. Let us think a bit what this implies for the power source used to power this production. (For some related thoughts with respect to electricity storage see here.)

Imagine an option A, where we built so many nuclear power plants that they meet maximum demand (electricity sector has then been decarbonized) and then use excess power to run plants producing synthetic fuels. In option B we will do the same, but with wind power. We will built so many turbines that they produce the same amount of electricity as nuclear power plants in option A. We will use the excess again to produce synthetic fuels. Since I have the production and demand date for United-Kingdom easily available, I will use that (for the year 2013) to give me characteristic production and demand profiles.

Fig 1: A plant producing synthetic fuels will receive this electrical power as an input. In the lower figure there is also a line indicating the required backup generation for those periods when wind is not adequate to meet the demand.

The following table gives estimates (based on UK figures) for the required capacity for electrical generation, synthetic fuel plant capacity, utilization rate of plant capacity, amount of electricity plants have available over the year (presumably proportional to synthetic fuel production), and required (dispatchable) backup capacity. As is clear, synthetic fuel plants working with wind power have a much lower capacity utilization rate since they have to be able to process much higher electrical powers even though that peak power is rarely available.

	Option A	Option B
Capacity	63 GW	163 GW
Plant capacity	36	132
Utilization rate	56%	20%
Electricity input	180 TWh	231 TWh
Backup	0 W	47 GW

From these we can also calculate estimates for what the synthethic fuels might cost. Here my only interest is on the RELATIVE cost of options A and B so do not take specific numbers too seriously. For concreteness I assume that synthetic fuel plant will cost 3 billion/GW, has a life time of 40 years, and costs are dicounted with 5% discount rate. (Numbers are made up just for the sake of comparing options…that is all.) I could imagine that plants coupled to wind power might have lower costs per gigawatt due to economies of scale, but since they have to cope with less reliable input power, in first approximation, it feels fair to assume same capital costs for plants. I also assume that operation and maintenance costs are the same so only difference is in the characteristics of the source of the input power.

Fig. 2 shows the result so that on the x-axis we have the relative share of operation and maintenance costs. It is clear that plants coupled to nuclear power plants can produce synthetic fuels at  much lower cost. This difference is mainly caused by the higher capacity utilization rates they enable. If the goal is to displace oil, it will happen easier with an option whose costs are lower. (Not that this goal interests all.)

Fig. 2: Cost comparison for options A and B (Never mind the units on the y-axis…)

Of course we could imagine building power generation capacity that is intended only to run plants producing synthetic fuels. Figure 3 demonstrates this option and shows that it doesn’t change anything of relevance in the comparison.

Fig. 3: Use all power generation for fuel production. Base load vs. variable

It should be noted that these differences will not disappear with political will or technical progress. Characteristics of the power source has cost implications for the user of electricity (plant, somebody providing services, consumer…). Producers who have access to reliable power supply can outcompete others since higher capacity utilization rates are enabled (and more reliable operations in general). This is an obvious point, but strangely few seem to realize this. Here I used synthetic fuel production as an example, but obviously the argument is equally valid for any production that uses electricity as an input. Even if electricity would be free costs for the consumers are not the same. Cost is not the same thing as value.

I will end with a brief disclaimer. Based on John Morgan’s estimates, in option A UK could produce less that 5% of the oil consumption using excess power. If synthetic fuel production is to play a significant role, electricity production must increase drastically.

Synteettisiä polttoaineita ylijäämäsähköllä

Aikaisemmin olen viitannut siihen kuinka tuotanto käyttäen epäluotettavaa teholähdettä maksaa enemmän, koska teholähteen kapasiteettikerroin asettaa rajan siihen kytketyn tehtaan kapasiteetin käyttöasteelle. En kuitenkaan silloin jaksanut katsoa asiaa tarkemmin. Palaan nyt asiaan pienen kenties tulevaisuudessa relevantin esimerkin kautta. Koska ennemmin tai myöhemmin joudumme dekarbonisoimaan myös liikenteen, on melko todennäköistä, että tulemme tarvitsemaan massiivisen määrän synteettisiä polttoaineita, jotka on tuotettu käyttäen jotain hiiletöntä energianlähdettä.

Aihetta tutkitaan aktiivisesti ja monessa alan tutkimuksessa spekuloidaan näiden polttoaineiden tuotantoa uusiutuvien energianlähteiden avulla. Tämä liittynee siihen, että skenen rahoitus pyörii tämän “lupauksen” ympärillä olkoonkin, että itse tutkimustulokset ja lopputuotteet eivät ole mitenkään riippuvaisia teholähteestä jota tuotannossa on käytetty. Tilanne samanlainen kuin puhuttaessa sähkön varastoinnista. Sitä spekuloidaan toistuvasti ratkaisuna uusiutuvien energianlähteiden ongelmiin olkoonkin, että varastoinnin vaatimat investoinnit on helpompaa perustella taloudellisesti perusvoimalaitosten yhteydessä.

Kuvitellaan nyt vaihtoehto A, jossa rakennamme maahan ydinvoimaloita niin paljon, että ne voivat kattaa maksimikulutuksen. Sähköntuotanto on näin dekarbonisoitu ja käytössä on ylijäämäsähköä jota voitaisiin käyttää vaikkapa synteettisten polttoaineiden valmistukseen.  Vaihtoehdossa B teemme saman kuin A:ssa, mutta käyttäen tuulivoimaa. Rakennamme turbiineja niin paljon, että niiden vuosituotanto vastaa vaihtoehdon A sähköntuotantoa ja käytämme ylijäämäsähkön taas polttoaineiden tuotantoon. Koska minulla on nopeasti hyppysissäni Iso-Britannian tuotanto- ja kulutustiedot vuodelta 2013, käytän niitä laskuissani.

Kuva 1: Synteettisiä polttoaineita valmistava laitos käyttää toimintaansa nämä tehot. Toisessa kuvassa näkyy myös muun sähkönkulutuksen kattamiseen tarvittava säätöteho.

Seuraava taulukko antaa Iso-Britannian lukuihin perustuvat arviot tarvittavasta kapasiteetista ja siitä millaisella käyttöasteella synteettisten polttoaineiden tehtaiden kapasiteettia voidaan ajaa. Koska tuulivoimateho voi pudota liki nollaan, sen kohdalla muun sähkönkulutuksen kattaminen tarvitsee edelleen säätövoimaa merkittäviä määriä. Tehtaan käytössä oleva sähkönmäärä on varmastikin verrannollinen lopulliseen polttoainetuotannon määrään. Tuulivoimaan kytketyn laitoksen käyttöaste on merkittävästi alhaisempi, koska sen täytyy kyetä syömään merkittävästi suurempia tehoja olkoonkin, että sillä on keskimäärin käytössä tätä maksimitehoa paljon alhaisempi teho.

	Esimerkki A	Esimerkki B
Kapasiteetti	63 GW	163 GW
Tehtaan kapasiteetti	36	132
Tehtaan käyttöaste	56%	20%
Sähköä sisään	180 TWh	231 TWh
Backup	0 W	47 GW

Näistä tiedoista voimme laskea myös arvioita tuotettavan synteettisen polttoaineen hinnasta. Oletan konkreettisuuden vuoksi, että tehdas maksaa 3 miljardia/GW, sen elinikä on 40 vuotta ja kustannuksia diskontataan 5% korolla. (Otin numerot takapuolestani. Tässä on nyt olennaista verrata sitä kuinka vaihtoehdot suhtautuvat toisiinsa, eikä saada tarkkoja oikeita lukuja.) Tuulivoimaan kytketyn suuremman laitoksen pääomakustannukset voivat ehkä olla alhaisempia gigawattia kohden (economies of scale), mutta toisaalta sen pitää maksaa enemmän satunnaisen tehonlähteen aiheuttamista hankaluuksista. Ensimmäisessä aproksimaatiossa oletus samoista pääomakustannuksista vaikuttaa reilulta. Oletan myös käyttökustannusten olevan samoja. Tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että tehtaat maksavat saman hinnan (tai eivät mitään) käyttämästään sähköstä. Ainoa ero on siis käytettävissä teholähteissä.

Kuva 2 näyttää lopputuloksen niin, että x-akselilla on käyttäkustannusten suhteellinen osuus kokonaishinnasta. Ydinvoimaan kytketyn laitoksen tuotteella on hyvin merkittävästi alhaisempi yksikköhinta ja tämä johtuu ennen kaikkea eroista kapasiteetin käyttöasteissa. Jos öljy halutaan syrjäyttää, se tapahtuu luonnollisesti helpommin vaihtoehdolla, jonka kustannukset ovat alhaisempia. (Toisaalta kaikkia tämä tavoite ei tunnu erityisesti kiinnostavan.)

Kuva 2: Hintavertailu polttoaineen hinnasta tapauksissa A ja B. (Älä kiinnitä turhaan huomiota y-akselin yksikköön. Se ei ole nyt olennaista.)

Voimme toki kuvitella luopuvamme ylijäämäsähkön käytöstä ja rakentavamme uutta hiiletöntä kapasiteettia näiden tehtaiden pyörittämiseen myös suoraan. Kuva 3 demonstroi tätä ja näyttää kuinka tämä ei aiheuta olennaista muutosta suhteellisiin kustannuksiin.

Kuva 3: Käytä koko tuotanto polttoaineiden tuotantoon. Perusvoima vs. vaihteleva.

On hyvä huomata, että nämä erot eivät katoa teknisellä kehityksellä tai poliittisella tahdolla. Käytettävän teholähteen luonne vaikuttaa sitä käyttävän tehtaan (tai palveluntuottajan) tuotannon kustannuksiin. Tuottaja, joka on kytketty aina päällä olevaan teholähteeseen, voi päästä korkeampaan kapasiteetin käyttöasteeseen ja kilpailla tältä osin vaihtelevaan teholähteesen kytketyn kilpailijansa hautaan. Tämä on itsestään selvää, mutta silti yllättävän harva sen huomaa. Tässä puhe oli synteettisistä polttoaineista, mutta tietenkin aivan sama argumentti pätee mille tahansa sähköä kuluttavalle tuotannolle. Vaikka sähkö olisi ilmaista, kuluttajille kustannukset eri vaihtoehdoista eivät ole samoja. Hinta ei ole sama asia kuin arvo. Jos tulen lasten kanssa päiväkodista ja alan tekemään ruokaa, on tehoa oltava tarjolla tiettyyn aikaan. Jos näin ei ole, kärsin hyvinvointitappioita. Kuluttajan perspektiivistä olen valmis maksamaan haluamaani aikaan toimitetusta palvelusta enemmän kuin samasta palvelusta toimitettuna satunnaiseen aikaan.

Vielä lopuksi “disclaimer” vision mittaluokasta. Perustuen John Morganin esittämiin laskelmiin, vaihtoehdossa A Iso-Britannia voisi tuottaa ylijäämäsähköllä tarvitsemastaan öljystä vain murto-osan (alle 5%, jos en väärin laskenut). Suomessa sähköntuotanto on henkeä kohden suurempaa joten meillä tuotanto riittäisi jonkin verran pidemmälle. (Olisiko meillä peräti suhteellinen kilpailuetu tässä?) Jos tätä oikeasti ryhdytään tekemään, sähköntuotanto pitää kuitenkin moninkertaistaa nykytasosta. En näe mitään riskiä siihen, että me rakentaisimme “liikaa” kapasiteettia. Tämä on mahdollista vain, jos ilmastonmuutokselle päätetään olla tekemättä mitään.