IMG_1276.JPGAikaisemmin 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.

Synfuels_Pin

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.)

SynFuelCosts1

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: Käytetään koko tuotanto polttoaineiden tuotantoon. Perusvoima vs. vaihteleva.

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.