Sähkön hinta ad nauseam: LUT Neocarbon edition

Lappeenrannasta Christian Breyerilta on tullut uusi paperi “A comparative analysis of electricity generation costs from renewable, fossil fuel and nuclear sources in G20 countries for the period 2015-2030”: Ram et al.  (Sitä on rahoittanut Greenpeace e.V., jonka Twitter-tili sanoo edustavansa Saksan Greenpeace:ä.) Tämä uusi paperi käsittelee eri sähkön lähteiden kustannuksia. Paperissa summataan kaikenlaisia menoeriä yhteen, lasketaan mukaan loppusijoitus, ulkoiskustannuksia, jätemaksuja, CO2 maksuja jne. jne… lopputuloksena saadaan “levelized cost of electricity” (LCOE) esimerkiksi EU:ssa. Julkaistun paperin siivellä on annettu Excel taulukko laskujen yksityiskohdista, jonka vuoksi olikin helppoa paneutua teemaan huolellisemmin. Muutama kriittinen huomio. (Anteeksi. Niitä on lopulta enemmän kuin aluksi luulin. Uusia tulipaloja syttyi aina, kun luulin sammuttaneeni yhden.)

LCOE kustannuksia EU:ssa Ram et al. mukaan. Ensimmäinen palkki vuodelle 2015 ja toinen on arvaus vuodelle 2030.

• • Ydinvoiman kohdalla käytetään 10% korkoa, kun muille se on 7%. Syynä kehämäinen päätelmä siitä, että ydinvoimaa vastustetaan ja siksi korko on suurempi…ja siksi ydinvoima on kallista ja sitä pitää vastustaa. Ainakaan TVO ei tuollaisia korkoja lainoistaan maksa. Alle 3% näyttävät olevan tällä hetkellä. Lisäksi vaikka tuo olisikin totta, niin kyse on ydinvoiman vastustajien aiheuttamasta ulkoiskustannuksesta eikä ydinvoiman kustannuksesta.  Onko liikaa toivottu, että pidetään pelikenttä tasaisena?
  • Ydinvoiman pääomakustannus on ensin laitettu melko järkevään 4000-6000€/kW haarukkaan. Sen jälkeen sitä nostetaan 20-40%, koska Olkiluoto. Artikkelissa siteerataan uutista, jossa OL3:n hinnaksi kerrotaan 8.5 miljardia eli 300% alussa arvioitua korkeampi. Lähtöhintaa Ram et al. eivät kuitenkaan asettaneet uutisen mukaiseksi eli 2100 €/kW. Käytetty pääomakustannus oli siis paperissa ensin lähellä OL3:n hintaa, jonka päälle sitten lisättiin satunnaista lisää. Ei aivan korrektia.
  • Käyttökustannukset annetaan prosentteina pääomakustannuksista. Kun pääomakustannuksia paisutetaan, paisutetaan samalla käyttökustannuksia korkeammaksi kuin mitä niiden on syytä olettaa olevan.
  • Litium akuille (utility scale) annetaan vuonna 2015 hintahaarukka 390-590 €/kWh.  HELEN otti vuonna 2016 käyttöön litium akun, jonka kapasiteetti on 600kWh ja hinta noin 2 miljoonaa. Tuo tarkoittaa noin 3300 €/kWh. Tuo reaalimaailman datapiste ei osu edes likipitäen annettuun haarukkaan. Missä on muuten se yritys, joka toimittaa asiakkaalle litium-varaston 390 €/kWh hintaan (itse asiassa toimitti, koska kyse on vuodesta 2015)? Tiedän, että pöhinämedia tuollaisia hintoja esittää, mutta olisi kiva nähdä joku oikea esimerkki näiden tueksi.
  • Tuulivoiman kapasiteettikertoimelle EU:ssa (vuonna 2015) on annettu haarukka 26%-70% niin, että mediaani on 41%. EU:ssa keskiarvo on todellisuudessa jossain 24% nurkilla…??? Mediaani on siis ehkä 66% liian korkea mikä heijastuu vastaavan kokoisena vääristymänä lopputuloksissa. No mutta, jos kerran tietokone sanoo, että se on 26-70%, niin mikäs minä olen sitä kyseenalaistamaan? Kysyin tästä Breyerilta Twitterissä, mutta sen jälkeen, kun  hän pyysi minua olennaisesti toistamaan kysymykseni en ole valitettavasti saanut vastausta.  Lähteenä mainittiin Stetterin väitöskirja, mutta siellä OECD Euroopan keskiarvo kapasiteettikerroin tuulivoimalle 2030 on järkevästi 27.9% (taulukko sivulla 66).
    
    

    “The procedure for estimating FLH was complex, but took into account both geographic and temporal variation of the resources. Data was derived from (Stackhouse, 2016; Stetter, 2012), which gave irradiation and wind speed data on an hourly resolution for the years indicated. The geographic resolution of the data…” EU:ssa tuulivoiman maksimi kapasiteettikerroin on tämän jälkeen yli 70%???!!! (Brasiliassa yli 80%. Big if true. Saksassa minimi on paperin mukaan 32%, kun maan toteutunut keskiarvo on oikeasti 19%.)

  • Laitoksen purkamisen kustannuksia ei ole laskuissa diskontattu. Tämä on virhe. (Vaikuttaa kuitenkin melko vähän lopputuloksiin.)
  • Korko on kaikkialla melko korkea 7% mikä ei ole konsistentti pitkäjänteisen ilmastopolitiikan kanssa, mikä edellyttää sukupolvien yli ulottuvaa aikahorisonttia ja (tavalla tai toisella) alhaista diskonttokorkoa. Näissä laskuissa tulisi varioida käytettyä korkoa niin, että sen vaikutus lopputuloksiin on selkeästi esitetty.
  • Aurinkosähkön osalta Suomessa toteutuva kapasiteettikerroin ei sisälly annettuun EU:n haarukkaan. Muuten aurinkosähkön kapasiteettikerroin oletukset ovat vähemmän vinksallaan kuin tuulivoiman vastaavat.
  • Aurinkosähkö+varasto combo ei sisällä riittävää varastoa niin, että tuotanto vastaisi kulutusta. Kustannus on otettu jonkinlaisena summana aurinkosähkön ja varaston hinnoista, mutta koska varaston koko on riittämätön sen vaikutus hintoihin on tietenkin suhteellisen pieni. En oikein muuten ymmärrä tämän kaavaa Excelissä eikä sitä myöskään avata paperissa. Esimerkiksi combon sanotaan ymmärtääkseni tuottavan FLH/2+FLH/2*efficiency verran sähköä. Eli jos varaston “efficiency” on nolla, tuotto on puolet täydestä tuotosta ilman varastoa. Eli on jotenkin oletettu, että puolet tuotannosta johdetaan akkuun, mutta ei ole selvää mistä tämä oletus tuli tai oliko akun koko riittävä ottamaan tuon verran tuotantoa sisään? Mitä tuossa oikeastaan tapahtuu? Kun varasto on ilmainen ja sen tehokkuus on 100%, miksi luku ei ole tismalleen sama kuin aurinkosähkön LCOE mikä laskettiin ilman varastoa? Minun Excelissä lukuihin jää pieni ero.  Riittämätön varasto tarkoittaa etteivät lopulliset kustannukset ole vertailukelpoisia. Eri vaihtoehdot eivät toimita kuluttajalle samaa arvoa mikä jää helposti lukijalle epäselväksi, koska sitä ei kerrota.
  • Ulkoiskustannusten kohdalla Ram et al. viittaavat Grausz:in raporttiin, jossa myös arvioidaan eri vaihtoehtojen hintoja. Tulokset ovat tuossa alla ja ydinvoiman kustannus näyttää alhaisimmalta. Ulkoiskustannukset ovat kuitenkin kaikilla hiilettömillä vaihtoehdoilla melko pienet eivätkä vaikuta hirveän paljon lopputuloksiin.
    

    Kustannuksista Grauszin mukaan. Mikä olikaan se huokein vaihtoehto valitun lähteen mukaan?

  • Akuille ei ole laskettu mitään ulkoiskustannusta. Kai niiden tuotanto nyt jotain ympäristöhaittoja aiheuttaa?
  • Hiilidioksidille on laitettu hinta (vuodelle 2030) perustuen Sternin raporttiin (olkoonkin, että paperin viite Stern, N., 2007 on itseasiassa Nordhausin kirjoittamaan kritiikkiin Sternin raportista). Tämä kuitenkin perustui Sternin olettamaan alhaiseen korkoon. Miksi ratkaisupuolella käytetään 7-10% korkoa, mutta hiilen hintaa laskiessa alhaista? Eikö tässä pitäisi olla konsistentti? (Epäilen, että tämä ei ole mitenkään Ram et al. paperin erikoisuus.) Ongelman suuruutta arvioitaessa tunnustetaan tarve pitkälle aikahorisontille, mutta ongelmaa ratkaistaessa ei? Hiilimaksun vaikutus hiilellä tuotetun sähkön hintaan vuonna 2030 on paperissa noin noin 60€/MWhe eli vaikutus on merkittävä. Ilman merkittävää hiilimaksua hiili on alhaisen kustannuksen vaihtoehto (huolimatta myös sille lätkäistystä 10% diskonttokorosta).

Katsotaan mitä tapahtuu, kun oletukset korjataan ensin järkevämmäksi ja sitten osin arvovalintoihin liittyvää diskonttokorkoa aletaan muuttamaan. Seuraava animaatio näyttää mitä tapahtuu tuuli- ja ydinvoimalle, kun vääristävät oletukset poistetaan.

Poistetaan vääristävät oletukset Ram et al. paperista. (lähinnä lasketaan tuulen kapasiteettikerroin 0.25-0.38 haarukkaan, ydinvoiman pääomakustannus 3000-6000€/kW, käyttökustannukset irroitetaan pääomakustannuksesta…)

Ydinvoima ei olekaan enää erityisen kallis tapa dekarbonisoida. Seuraavassa animaatiossa lähtökohta on korkealla korolla laskettu kustannus, jonka jälkeen laskemme koron sille tasolle missä päätöksenteon aikahorisontti on pitkä (sama mitä Stern käytti eli 1.4%).

Siirrytään kvartaalikapitalismista sukupolvien yli ulottuvaan ilmastopolitiikkaan laskemalla laskuissa käytettyä korkoa.

Jos tavoitteena on pitkän tähtäimen kustannusten minimointi samalla, kun energiantuotantoa dekarbonisaatioidaan, näyttää melko selvältä, että ydinvoiman on oltava osa energiapalettia. Jos katsomme tilannetta muidenkin vaihtoehtojen osalta niin vuonna 2015 saan kahdella eri korolla seuraavan kuvan kaltaiset tulokset. Ydinvoiman kustannus on tuulen kanssa vertailukelpoinen jopa Breyerin omilla luvuilla, kunhan tuulen liioitellut kapasiteettikertoimet korjataan. Aurinkosähkö on selvästi kalliimpaa.

Vuoden 2015 luvut. Neljä ensimmäistä palkkiryhmää käyttää Ram et al. arvoja paitsi korko on konsistentisti sama kaikilla vaihtoehdoilla ja aurinkosähkön kapasiteettikerroin Suomelle sopiva. Kaksi viimeistä korjaa artikkelin eriskummalliset oletukset ydinvoimalle ja tuulivoimalle takaisin maaplaneetalle. (Sininen palkki alhainen hinta, keltainen korkea ja vihreä siltä väliltä.) Ydinvoima ja tuuli hyvällä paikalla alhaisimman kustannuksen valinnat.

Vuonna 2030 taas arvomme seuraavaa. Sama juttu…ydinvoima pysyy halpana vaihtoehtona vaikka Breyer et al. haaveilevat aurinkosähkölle suuret hinnanalennukset ja VAIKKA emme olettaisi ydinvoimalle mitään suotuisaa kustannuskehitystä. Etenkin katoille asennettavat paneelit ovat selvästi muita vaihtoehtoja kalliimpia.

Sama kuin edellinen, mutta vuodelle 2030 arvatuin parametrein. Ydinvoima on LCOE laskun pohjalta halvin tapa harjoittaa ilmastopolitiikkaa. Siinä emme myöskään nojaa kuviteltuihin hinnan alennuksiin tai kuviteltuihin varastointi- ja integrointiongelmien ratkaisuihin.

Ydinvoima ei siis ole erityisen kallista ja sen kohdalla emme nojaa toiveisiin jatkuvasti alenevista hinnoista tai kuvitteellisiin teknologisiin läpimurtoihin esimerkiksi sähkövarastoissa. Teknologiariskit ovat sen kohdalla pienempiä. Päinvastaiset väitteet ovat laiskaa puhetta eikä niiden paikkaansa pitävyyttä ole vaivauduttu oikeasti tarkistamaan.

P.S. Jos joku haluaa tutustua laskuihin tarkemmin. Tässä linkki joihinkin edustaviin Matlab-macroihin.