Välität siis tulevista sukupolvista. Missä se näkyy?

Tämä kirjoitus julkaistiin aiemmin Tieteen ja teknologian vihreiden blogissa.

Tiivistelmä:

Ilmastotoimien kannattavuus riippuu olennaisesti valitusta korosta. Mikäli korko valitaan korkeaksi on sukupolvien yli ulottuvia päätöksiä vaikeaa tehdä.

Koko kirjoitus:

 

What is the essence of the economic problem posed by climate change? The economic uniqueness of the climate-change problem is not just that today’s decisions have difficult-to-reverse impacts that will be felt very far out into the future, thereby straining the concept of time discounting and placing a heavy burden on the choice of an interest rate. Nor does uniqueness come from the unsure outcome of a stochastic process with known structure and known objective-frequency probabilities. Much more unsettling for an application of (present discounted) expected utility analysis are the unknowns: deep structural uncertainty in the science coupled with an economic inability to evaluate meaningfully the catastrophic losses from disastrous temperature changes.: Martin Weitzman (2009)

Moni meistä kokee välittävänsä tulevista sukupolvista, mutta mitä tämä oikeastaan tarkoittaa? Jotta kyseessä ei ole pelkkä sanahelinä on pidettävä suu säkkiä myöten ja arvojen on tultava ilmi teoista. Kun yritämme arvioida esimerkiksi investoinnin kannattavuutta tai ilmaston muutoksen aiheuttamia kustannuksia, näkyisi tämä arvo esimerkiksi siinä, että arvotamme kaukana tulevaisuudessa tapahtuvat hyödyt ja vahingot esimerkiksi samanlaisella painolla kuin lähitulevaisuudessa tapahtuvat.

Taloustieteissä tämä tehdään usein niin sanotulla diskonttokorolla. Se kertoo kuinka merkityksellisenä pidät välitöntä hyötyä tai kustannusta suhteessa myöhemmin tapahtuvaan.  Jos diskonttokorko olisi esimerkiksi 10%, se tarkoittaa, että vuoden päästävä saatava euro olisi sinulle vain 100 sentin/(1+0.1)=91 sentin arvoinen tänään. Jos valitset tällöin järkevästi, ottaisit mieluummin 92 senttiä tänään kuin odotat vuoden saadaksesi yhden euron. Euron hyöty tai haitta kahden vuoden kuluttua taas olisi 100 sentin/(1+0.1)²=83 sentin arvoinen jne. pidemmälle tulevaisuuteen.

Mitä korkeammaksi korko tulee, sitä kärsimättömämpi olet ja sitä vähemmän tulevaisuudessa tapahtuvat hyödyt ja haitat vaikuttavat päätöksentekoosi. Oheinen kuva näyttää ajan jolloin eurosi arvo puolittuu. Mitä alhaisempi käytetty korko on, sitä pidempään eurosi säilyy merkityksellisenä. Jos haluat, että aikahorisonttisi on aidosti sukupolvien ylitse tulisi sinun päästä kuvaajan vihreälle alueelle eli käytetyn koron tulisi olla selvästi alle 4%.

Kuva 1: Jos haluat aikahorisonttisi ulottuvan sukupolvien yli, on syytä tähdätä mahdollisimman syvälle vihreälle alueelle.

Valitettavasti ilmastotoimia arvioidaan pääosin korkeammilla koroilla ja esimerkiksi tuoreimmassa IPCC:n 1.5 asteen raportissa käytetyt skenaariot ilmeisesti olettivat 5% koron. Aikaisemmissa raporteissa korko on malleissa heilunut 5% ja 10% välillä samalla, kun keskustelu näihin valintoihin liittyvistä eettisistä ongelmista on jätetty muille tutkijoille. Koron valinta ei tietenkään vaikuta ainoastaan ilmastopolitiikkaan vaan sillä on vaikutusta kaikissa asioissa missä pyritään tekemään kustannus-hyötyanalyysejä. Korkeaksi valittu korko on esimerkiksi Suomessa ohjannut nuorempien metsien hakkuita ilmeisin ekologisin ja ilmastohaitoin.

Miksi kukaan valitsi korkean koron etenkin mikäli tämä ei liity heidän rahan hintaansa? Miten eettisesti oikeuttaa ainoastaan omaan lähitulevaisuuteen ulottuva horisontti? Tämän voi tehdä esimerkiksi olettamalla, että tulevaisuuden ihmiset ovat paljon meitä rikkaampia. Meidän ei tarvitse tarkemmin pohtia heitä, koska meitä rikkaampina he voivat pitää huolen itsestään. “Hyvinvoinnin” arvataan lisääntyvän enemmän investoimalla muihin asioihin kuin ilmastonmuutoksen torjuntaan, koska oletamme suuremmat tuotot vaikkapa rahoitusmarkkinoilla. Osakkeiden ripeä kurssinousu  voi kompensoida ilmastonmuutoksen aiheuttamat vahingot.

Tämä kuitenkin pitää sisällään oletuksia sekä talouskasvusta, että esimerkiksi ilmastonmuutokseen liittyvien riskien pienuudesta. Näihin oletuksiin ei sisälly katastrofaalisen riskin mahdollisuutta vaan ilmastonmuutos nähdään asiana, joka voidaan korjata marginaalisilla säädöillä, joilla ei ole olennaista vaikutusta esimerkiksi talouskasvuun, joka voidaan ekstrapoloida viimeisten sukupolvien ajalta vuosisadan loppuun. (Usein investointipäätöksiä tekevä ei myöskään oleta itse olevansa ilmastonmuutoksen kustannusten maksaja. Hänet voisi ehkä saada maksajaksi ulkoishaittojen hinnoittelulla, mutta tämä edellyttäisi haittojen hinnoittelua hyvin alhaisella diskonttokorolla ja katastrofin mahdollisuuden lisäämistä hintoihin. Tämä tarkoittaisi kuitenkin niin korkeaa päästöjen hintaa, että moni tuoreista investoinneista ja nykyisistä liiketoimintamalleista olisi kannattamattomia ja tämä herättäisi vastustusta.)

Nämä kaikki ovat rohkeita oletuksia, eivät “tieteen tuloksia” ja on valitettavaa huomata millaisella varmuudella tällaisiin oletuksiin perustuvia tuloksia julkisuudessa usein esitellään. Tutkimus ei tällaista varmuutta tue.  Kun lukee vaikkapa William Nordhausin dokumentaatiota hänen DICE mallistaan on ilmeistä, että vahinkojen arvioinnissa on valtavia epävarmuuksia:

However, current studies generally omit several important factors (the economic
value of losses from biodiversity, ocean acidification, and political reactions),
extreme events (sea-level rise, changes in ocean circulation, and accelerated climate
change), impacts that are inherently difficult to model (catastrophic events and very
long term warming), and uncertainty (of virtually all components from economic
growth to damages): William Nordhaus (2013)

Kun nämä suunnattomat asiat, joille ylipäätään voi olla mahdotonta antaa järkevää rahallista hintaa, on sivuutettu arvioidaan vahinkoja malleissa kuitenkin funktiolla, jossa esimerkiksi katastrofaalinen 10 asteen lämpeneminen (maatalous olisi romahtanut paljon ennen tuota) tarkoittaisi kohtuullista vain noin 25% pudotusta bruttokansantuotteessa. Ekstrapolointia pienillä muutoksilla arvioiduista datapisteistä ei tällaisessa tapauksessa yksinkertaisesti voi rehellisesti tehdä, mutta silti näin tapahtuu.

Diskonttokorosta käyty akateeminen keskustelu on ollut vilkasta ja moni on sitä mieltä, että erityisesti sukupolvien yli ulottuvissa päätöksissä käytetyn koron tulisi olla alhainen.  Äskettäin edesmennyt tunnettu taloustieteilijä Martin Weitzman on myös varoittanut, että kustannus-hyötyanalyyseissä ilmastonmuutoksesta, diskonttauksen sijaan katastrofien rooli voi olla dominoiva tekijä. On siis mahdollista, että hyödyn maksimointiin perustuvat kustannus-hyötyanalyysit ovat ylipäätään väärä viitekehys ongelman käsittelylle.

Ehkä järkevämpi lähtökohta olisi tasapainon hakeminen kahden katastrofin väliltä — toisaalta katastrofi johon ilmastonmuutos meitä ajaa ja toisaalta katastrofi mitä äkillinen fossiilisten polttoaineiden polton lopettaminen aiheuttaisi ihmiskunnalle, jonka metabolismi kuitenkin nojaa tällä hetkellä niihin. Mitä pidemmälle odotamme sen jyrkemmäksi tulee se shokki mikä näiden katastrofien välisen jännitteen lopulta laukaisee. Tällaisessa tilanteessa oletukset lineaarisuudesta ja pienten säätöjen pelastavasta vaikutuksesta voivat kuitenkin olla suurella todennäköisyydellä vääriä. Emme voi minkäänlaisella luotettavuudella ekstrapoloida menneestä tällaiseen tulevaisuuteen emmekä ennustaa mikä polku näiden katastrofien välissä olisi “optimaalinen”. Toimiin tulee ryhtyä tästä epävarmuudesta huolimatta eikä kuvitella, että ylimääräinen mallintaminen tai väittely “damage”-funktiosta, tulisi muuttamaan mitään olennaista. Sen sijaan, että lähtisin nyt pohtimaan tätä sen tarkemmin, haluan tehdä muutamia yksinkertaisempia huomioita mallien riippuvuudesta oletetusta korosta. Tästä on tärkeää keskustalla vaikka joku pitäisikin mallien logiikkaa muuten vakuuttavana.

Millainen vaikutus koron valinnalla sitten on?

Kun arvioidaan esimerkiksi ilmastotoimien vaatimaa hiilen hintaa, tämä riippuu hyvin herkästi oletetusta korosta. Kun korko on alhainen, arvioidaan fossilisten haitat korkeiksi. Kun korko on korkea, vahingot tapahtuvat niin kaukana tulevaisuudessa, että olemme diskontanneet ne olemattomiin (paitsi, jos vahingot ovatkin katastrofaalisia) ja fossiilisten haitat ovat pieniä. Jos joku sanoo, etä riittävää ilmastopolitiikkaa ajetaan melko alhaisella hiiliverolla tms., hän luultavasti nojaa laskuihin joissa käytetty korko on korkea ja joissa ilmastonmuutoksen haitat tulevaisuudessa ovat suhteellisen pieniä eivätkä missään nimessä eksistentiaalinen uhka. Valittu korko implisiittisesti pönkittää valittua konservatiivista lähtökohtaa missä politiikan tehtävänä on tehdä hienosäätöä nykyisten rakenteiden reunoilla. Suosittelen lämpimästi Carbonbrief:in kirjoitusta missä tätä  teemaa käsitellään laajemmin. Kun fossiilisten polttoaineiden vahinkojen kustannuksia arvioidaan, tulokset ovat mitä sattuu riippuen siitä keneltä kysyy. Ohesessa on kuva melko tuoreesta Ricke et al. paperista mistä näkee hiukan sitä kuinka arvioiden hajonta on niin valtavaa, että minkään selkeän politiikkasuosituksen vetäminen niistä on liki mahdotonta.

Kuva 2: Arvioita globaalista hiilen sosiaalisesta hinnasta (Global social cost of carbon). Ihan mitä sattuu.

Käytetty korko vaikuttaa myös keskeisesti laskettuun energian hintaan tai siihen arvioidaanko joku investointi kannattavaksi eli onko sen “nettonykyarvo” positiivinen. Palaan näihin yksityiskohtiin myöhemmin, mutta tässä riittää todeta, että energian hintaa laskettaessa yksinkertaisesti laskemme kaikki investoinnin diskontatut kustannukset elinkaaren ajalta ja suhteutamme sen tuotettuun energian määrään. Nettonykyarvoa laskettaessa kustannuksia verrataan kaikkiin diskontattuihin hyötyihin (esimerkiksi sähkön myyntitulot). Jos hyödyt ovat suurempia kuin kulut (haitat), investointi on kannattava. Esitän seuraavassa esimerkin (Kuvat 2 ja 3) tuulivoiman hinnalle sekä  tuulivoimainvestoinnin kannattavuudelle erilaisilla koroilla. (Olen laskuissa olettanut tietyn vaihteluvälin relevanteille parametreille ja ottanut otoksia satunnaisesti tämän vaihteluvälin puitteissa. Jakauma indikoi tulosten epävarmuuksien suuruusluokkaa. Käyttämäni jupyter-notebookit löytyvät tämän linkin takaa.)

Kuva 2: tuulivoiman nettonykyarvo suhteessa pääomakustannuksiin eri koroilla. Korkealla korolla investointi ei kannata.  (Oletin 50 $/MWh nurkilla olevan markkina-arvon sähkölle.)

Kuva 3: Melkein sama kuin edellä. Tuulivoiman hinta eri korkoilla. Huomaa myös kuinka koron alentaminen kaventaa jakaumaa eli pienentää projektin epävarmuuksiin liittyviä riskejä.

Kuten on ilmeistä koron merkitys on keskeinen. Sen alentaminen voi muuttaa korkealla korolla kannattamattomalta näyttävän investoinnin kannattavaksi. Hyötyjen realisoiminen tosin edellyttää pitkää aikahorisonttia. Koron alentaminen myös pienentää projektin epävarmuuksiin liittyviä riskejä, koska projektin sössiminen tänään voidaan kompensoida siitä pidemmällä ajalla saatavilla hyödyillä.

Kuinka tämä korko sitten tulisi valita? Joku voisi ajatella, että koron tulisi olla “markkinakorko”, mutta tyypillisesti laskuissa käytetyllä korolla on vain vähän tekemistä  sen kanssa millä hinnalla pääomia voi lainata. Hyvin usein vaikuttaa siltä, että käytetyn koron keskeisin peruste on tottumus. “Tällaista korkoa meillä nyt on aina käytetty.” Kukaan ei saa potkuja ostaessaan Windows Office-paketin organisaatioon ja kaikki ovat hiljaa, kun käytät samaa korkoa kuin aina ennenkin. Joskus korkoa ei edes valita johdonmukaisesti vaan se valitaan sen mukaan mikä vastaus halutaan saada eli se on työkalu ylimääräisen sekaannuksen aikaansaamiseksi.

Köyhille joilla pääomia on vähän, korkeampi korko voi olla perusteltu. Koska heidän hyvinvointiaan parantavia sijoituskohteita on pilvin pimein, voi olla perusteltua käyttää korkeampaa korkoa ja näin suosia suhteellisen alhaisen pääomakustannuksen ratkaisuja. Samalla rahalla pääsee tällöin pidemmälle nopeasti. Yritys voi käyttää korkeaa korkoa siksi, että lähihistoriassa he ovat saaneet vastaavia tuottoja jostain muualta, mutta tämä ei tietenkään kerro mitään siitä mitä tulevaisuuden tuotot ovat tai, että onko valinta ilmastopolitiikan kannalta hyödyllinen. Miksi esimerkiksi olemassa olevan infrastruktuurin ylläpidosta saadut tuotot kertoisivat jotain siitä mitä vaaditaan järjestelmän perinpohjaiseen vaihtamiseen? Kotitaloudet voivat käyttää hyvin korkeaa diskonttokorkoa. Tässä esimerkiksi arvioita Tanskasta missä korot saattoivat olla 30% nurkilla niin, että rikkaiden käyttämä korko oli  jonkin verran alhaisempi kuin muilla. Eläkeläisten käyttämä korko taas oli erityisen korkea mikä ei lienee yllättävää ottaen lähestyvän kuoleman huomioon. (Tämä selittää myös paljon vaikkapa taloyhtiöiden sisäisestä dynamiikasta suurista remonteista päätettäessä.)

Valtio on taho, jonka on halutessaan helpointa omaksua pitkä aikahorisontti ja sen implikoima alhainen korko. Valtio, joka saa markkinoilta ilmaista rahaa, voisi halutessaan käyttää hyvinkin alhaista diskonttokorkoa valintojaan tehdessään ilman edes sen suurempaa eettistä pohdiskelua vastuista tuleville sukupolville. Se, että näin ei tehdä, on poliittinen valinta. Esimerkiksi sosiaali- ja terveysministeriö on säätänyt, että terveydenhuollon toimenpiteitä verrataan toisiinsa käyttäen 3% korkoa. Samoin arvion tekijä velvoitetaan esittämään tulokset myös ilman diskonttausta (eli nollan prosentin korolla).

Keskustelu näistä valinnoista on kuitenkin loistanut poissaolollaan ehkä siksi, koska se nopeasti nostaisi pinnalle hankalia kysymyksiä monista nykyisistä rakenteista. Valitessaan alhaisen koron ja tullessaan tämän valinnan kanssa esimerkiksi energiamarkkinoille, valtio päätyisi tekemään omasta perspektiivistään vahvasti kannattavia investointeja ja ajaisi näillä nykyiset lyhytnäköiset markkinatoimijat marginaaliin.

Nykyisten rakenteiden puolustajille tämä toki näyttäytyisi epäreiluna ja he potkisivat kiivaasti tällaista kehityssuuntaa vastaan. Toisaalta onko korkeaa korkoa käyttävillä toimijoilla ylipäätään paljoakaan annettavana sellaisessa ilmastopolitiikassa missä aikahorisontti ulottuisi aidosti sukupolvien ylitse? Tuovatko he muuta kuin hiekkaa ilmastopolitiikan lattialle? Heidät saadaan investoimaan vain maksamalla ylimääräisiä tukiaisia, jotka kompensoivat heidän valitsemansa koron aiheuttamat kustannukset. Siitä miksi tällaisia tukiaisia pitäisi maksaa ja kuka niistä hyötyy pitäisi keskustella enemmän. Ei voida vain olettaa, että tämänkaltainen resurssien käyttö on itsestään selvästi hyvä asia.

Millaisiin investointeihin valittu korko sitten ohjaa? Huomasimme jo, että koron alentaminen alentaa esimerkiksi tuulivoiman hintaa, mutta toki se tekee niin myös vaikkapa hiilivoimalle. Vertaan seuraavassa sitä kuinka hiilivoimalalle tehty elinajan pidennys suhtaituisi tuulivoimalan hintaan. Parametrit ovat toki epävarmoja, koska investointeja voi olla hyvin erilaisia, mutta peruspointti ei tästä muutu. Olemassa olevan infrastuktuurin ylläpito vaatii yleensä pääomia vähemmän kuin uuden rakentaminen ja korkea korko suosii alhaisten pääomakustannusten vaihtoehtoja. Kun korko on korkea 10%, näyttäytyy hiilivoimalan elinajan pidennys helposti tuulivoimaa viisaammalta valinnalta.

Kuva 4: Hiilivoimalan elinajan pidennys verrattuna tuulivoimaan 10% korolla.

Jos sen sijaan käytämme alhaisempaa korkoa, tilanne muuttuu täysin. Nyt tuulivoima näyttäytyy halpana vaihtoehtona ja hiilivoimalan jatkoaika hyvin kyseenalaiselta investoinnilta. Energiakeskusteluissa usein jäädään inttämään siitä mitä energianlähdettä kannattaa/vastustaa. Tämä on kuitenkin usein toissijaista. Mitä merkitystä on “kannatuksella”, jos ei ole valmis kannattamaan sellaista aikahorisonttia millä investointi olisi kannattava. Mikäli ehdoin  tahdoin valitsee sellaiset rakenteet mitkä suosivat fossiilisia ja niihin liittyvän infrastruktuurin ylläpitämistä “kannatus” jää ajatuksen ja rukoilun asteelle.

Kuva 5: Hiilivoimalan elinajan pidennys verrattuna tuulivoimaan 1% korolla.

Tämän havainnon implikaatiot ovat tietenkin ilmastopolitiikalle hyvin suuria. Ilmastopolitiikan rakentaminen sellaisten toimijoiden varaan, jotka vaativat korkean koron mukanaan tuomia suuria tuottoja, on kallista ja edellyttää jatkuvaa tukiaisvirtaa muutoksen ajamiseksi. Tämä tuskin muuttuu tulevaisuudessa, koska pääomakustannukset dominoivat vähähiilisten vaihtoehtojen kustannusrakennetta. Korkean koron käyttö implikoi nykyisen infrastruktuurin reunoilla näpertelemistä sekä inkrementaalisia muutoksia, kun taas tarvitsisimme nopeaa koko energiajärjestelmän dekarbonisaatiota.

 

Response to ‘A comparative analysis of electricity generation costs from renewable, fossil fuel and nuclear sources in G20 countries for the period 2015–2030’

A Greenpeace report commissioned from 100%RE academics from Lappeenranta University of Technology (of course) on electricity generation costs was recently published in Journal of Cleaner Production. Details of the computations were kindly made available as a supplementary spreadsheet. The results left something to be desired. I wrote a response which has now been published. “Response to ‘A comparative analysis of electricity generation costs from renewable, fossil fuel and nuclear sources in G20 countries for the period 2015–2030’” (doi:10.1016/j.jclepro.2018.07.159). Link should work for few months after which you either need access to the journal or download it from here. Take away lesson as usual: Be critical and do not automatically trust the results or conclusions.

Added 18.10.2018: The free share link does not seem to work from WordPress so if you don’t have access otherwise you can download it from here.

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.

LUT-malli täysin uusiutuviin nojaavasta sähköntuotannosta

Lappeenrannassa rakennelleen malleja joissa yhden jos toisen alueen sähköntarve katettaisiin täysin uusiutuvilla.

Kuva 1: 100% RE pukkaa…koetetaan sivuuttaa tuo energian ja sähkön sotkeminen.

Olen kommentoinut tyytymättömyyttäni näihin ulostuloihin aikaisemmin (tässä ja tässä). Nyt ryhmä on tehnyt nettiin visualisoinnin jota kutsutaan vaatimattomasti nimellä “Internet of Energy” (jos voin ehdottaa, “IntREnet of energy” olisi vielä parempi). Tämä visualisointi kuulemma demonstroi tarkasti kuinka täysin uusiutuviin pohjaava sähköntuotanto toimii ja siksi meidän pitäisi vain alkaa rakentamaan. Olen erimieltä. Visualisointi ei lisää substanssia vaan nojaa pohjalla olevaan malliin. Mikäli malli on puutteellinen, ei sitä voi korjata visualisoinnilla. Lappeenrannan ryhmä osoittaa kuitenkin esimerkillistä avoimuutta jakamalla visualisoinnin yhteydessä siihen liittyvät data-tiedostot. Tiedostot ovat suuria Excel-tiedostoja, joista löytyy tuntikohtaiset tuotanto- ja kulutustiedot eri alueista (myös tiedot siitä kuinka varastoja täydennetään ja kuinka niitä puretaan). En ymmärrä miksi 100%RE -skenaarioita tehtaillaan juuri Excelillä, mutta näillä mennään. Seuraavaksi joitain poimintoja Euroopan alueen skenaariosta.

• Miksi Norjan ja Islannin sähkönkulutuksen vuodenaikavaihtelu puuttuu?
• Miksi Ruotsi tuottaa sähköä alle 80TWh, kun todellisuudessa heidän tuotantonsa on ollut noin 140TWh? Mallissa Ruotsi tuo sähköä noin 1800 kertaa enemmän kuin vie? Suomi tuottaa mallissa enemmän sähköä kuin Ruotsi.
• Onko joku kysynyt haluavatko Ruotsin lisäksi esim. Sveitsi ja Benelux maat oikeasti tuoda noin paljon enemmän sähköä kuin vievät?
• Miksi Norja tuottaa mallissa 265TWh, kun todellisuudessa he tuottavat noin 130TWh? Tällä hetkellä liki kaikki heidän tuotantonsa on vesivoimaa, mutta mallissa sitä ei ole kuin 96TWh. Häh?
• Monessa maassa malli olettaa tuulivoiman kapasiteettikertoimen olevan noin 50%. Miksi näin? Toisaalta esimerkiksi Saksassa kerroin on mallissa noin 37%, kun toteutunut on 20-25% välillä. Tämä liioittelee tuotantoa merkittävästi. Suomelle malli olettaa n. 30% mikä on järkevämpää. (Ja ei, kyse ei ole siitä, että mallissa oletettaisiin suuria määriä esimerkiksi merituulivoimaa. Melkein kaikki tuulivoima on mallissa sijoitettu maalle.)
• Iso-Britanniasta Ranskaan ja Benelux maihin oletetaan 26GW+17GW siirtokapasiteettia. Onko tämä järkevää, kun todellinen on käsittääkseni noin 2+1GW? Ylipäätään Iso-Britannia on mallissa massiivinen sähkönviejä. (Suomesta pitäisi muuten vetää Balttiaan 3GW piuha Ruotsiin menevän 3GW piuhan lisäksi.)

Muutama huomio myös tuulivoiman tuotantoprofiileista on paikallaan. Voimme helposti laskea todennäköisyysjakaumat sille, että tuulivoiman tuotanto on joku tietty osuus kapasiteetista. Seuraava kuva näyttää tuloksen Suomesta sekä mallin mukaan, että todelliseen tuotantotietoon perustuen ( vuosi 2016 tähän asti).

Kuva 2: Jakauma Suomen tuulivoimatuotannosta. Kvalitatiivista yhteneväisyyttä havaittavissa, mutta mutta…

Jotain kvalitatiivista yhdenmukaisuutta on havaittavissa, mutta huomaa kuinka LUT-mallin jakauma vaikuttaa huomattavasti toteutunutta leveämmältä. Se näyttää antavan merkittävästi suuremman todennäköisyyden korkeaan tuotantoon kuin mitä toteutunut antaa ymmärtää. Entä sama Tanskassa, joka on mallissa merkittävä sähkönviejä?

Kuva 3: Tuotannon jakauma Neocarbon-mallissa ja miltä se oikeasti näytti vuonna 2015.

??? Jakauma ei näytä juuri lainkaan siltä miltä todellinen tuotantojakauma näyttää. Mitä ihmettä tässä on tapahtunut? Vastaavia esimerkkejä on muitakin…tässä tulos Iso-Britannialle.

Kuva 4: Sama Briteistä, joka on myös mallissa merkittävä sähkön viejä.

Jakauma näyttää pikemminkin vastakkaiselta kuin se mikä on toteutunut. Todennäköisyys on mallissa suurin maksimiteholla. Missaanko nyt jotain olennaista? Päätäni alkaa taas särkeä.

Lopuksi on myös hyvä huomata, että tässä “100%RE”-mallissa on ympäri Eurooppaa yli 150GW kaasuturbiinikapasiteettia. Suomessakin näitä laitoksia olisi yli 6GW edestä. Sitä miksi näitä tarvitaan näkyy mallissa hienosti esimerkiksi Saksassa Joulun aikaan. Heidän tuotantonsa (ks. kuva) on yli 120 GW, mutta sitten alkaa päivä jota verkon vakaudesta vastuussa olevat pitäisivät varmasti jännittävänä haasteena. Noin 10 tunnin aikana uusiutuvasta tuotannosta katoaa yli 100 GW, kun heidän kulutuksena on jossain 70GW nurkilla. Kaikki vaipat heitetään polttouuniin, tuodaan mitä voidaan, mutta tämä ei silti riitä. He käynnistävät nopeasti yli 20GW edestä kaasuturbiineja, jotta Joulu ei menisi pilalle. Näitä kaasuvoimaloita on siis ympäri Eurooppaa ja niiden käyttäaste on maasta riippuen 3-22% (keskiarvo 12%). Mallissa ei kerrota mistä se kaasu ilmestyi, mutta mitään synteettisen kaasun tuotantoon liittyviä menoeriä en siitä löydä. Tulee siis luultavasti töpselistä.

Kuva 5: Saksa Joulun alla. Hauska päivä verkon ylläpitäjillä. (Vihreällä tuuli+aurinko+vesivoima, punaisella siihen on vielä lisätty tuonti, varastot ja bio- ja jätevoima. Ei riitä…)

Kuva 6: 24GW kaasuturbiineja pelasti Joulun tunnelman.

Summa summarum. Yhtä sun toista korjattavaa mallissa löytyy ja ehkä kannattaa vielä odottaa hetki ennen kuin aloitamme vain rakentamaan.

Edit: Ilmeisesti kaasun on tarkoitus olla synteettistä, mutta en ymmärrä kuinka prosessin vaatima energia oli jyvitetty kulutusprofiileihin. Myös hyötysuhde on itselleni epäselvä.

Edit : Tuulivoiman tuotantojakaumat näyttävät Excel-tiedostossa kummallisilta, koska ilmeisesti kategoriaan “excess” on laitettu hämäävästi osa tuotannosta. “Wind onshore” ja “Wind offshore” kategoria ilmeisesti pitää vain sisällään sen osan tuotantoa mikä käytetään. Jos tämä tulkinta on oikein, niin esimerkiksi Tanskassa hukattu tuulivoimateho voi mallissa olla samaa suuruusluokkaa kuin kulutettu teho.  Eli asennettu kapasiteetti on noin kaksinkertainen siihen nähden mitä voimalat korkeintaan syöttävät verkkoon. Tämä muuten myös korjaa kapasiteettikertoimia alaspäin, koska ne maat joiden kapasiteettikerroin on anomaalisen korkea, ovat maita joissa tämä hukattu teho on suurempi.

Optimaalinen vaihtelevien uusiutuvien määrä

Lion Hirth (Potsdam Institute for Climate Impact Research) on kirjoittanut kiinnostavan artikkelin (pdf tässä), jossa hän tutkii sitä millainen tuuli- ja aurinkovoiman määrä optimoi hyvinvoinnin (ekonomistien käyttämässä merkityksessä). Hän mallintaa tätä käyttäen todellisia säätietoja, kulutusprofiileja yms. GAMS pohjaisella työkalulla “Electricity Market Model EMMA”, joka on itse asiassa saatavilla Creative Commons lisenssillä. Malli vaikuttaa myös aika hyvin dokumentoidulta ja sieltä on helppo käydä tarkistamassa esimerkiksi oletetut parametrit eri teknologioiden hinnoille. En huomannut, että sinne olisi kätketty mitään kummallista. Hirth käytti mallissaan 7% korkoa investoinneille. Malli minimoi kokonaiskustannukset annettujen teknisten reunaehtojen puitteissa. Hirth näyttää tietävän mitä tekee ja mallinnus on paljon perinpohjaisempaa kuin mihin minun kaltaiseni harrastelija pystyisi.

Kun hän olettaa, että tuulivoiman hinta putoaa 30% nykyisestä tasolle 50€/MWh, optimi tuulivoiman osuus luoteis-Euroopassa (sisältää Saksan lisäksi myös esim. Ruotsin ja Norjan) olisi noin 20%. Jos kustannukset ovat nykyisenlaiset, optimi olisi n. 2%. Aurinkovoiman kohdalla tilanne on vielä masentavampi. Vaikka hän olettaisi kustannusten putoavan 60% tasolle 70€/MWh, optimi aurinkovoiman osuus on noin nolla prosenttia. Näitä osuuksia rajoittaa nimenomaan tuotannon satunnaisuus ja osuudet nousevat vain hiukan esimerkiksi lisäämällä vesivoimavarastointia tai laajentamalla verkkoja. Tämä tulos siis tuskin muuttuu olennaisesti teknisen kehityksen seurauksena. (Tuulivoiman varastoinnista hänellä on myös kiinnostava pointti. Varastointi altaisiin toimii nähtävästi yleensä niin, että altaat pumpataan täyteen noin 8 tunnissa, kun taas tuulivoiman vaihtelevuuden kompensointi vaatii pidempia ajanjaksoja ja varastointiteknologiaa, jossa energia/teho suhde on suurempi. Siitä vain miettimään missä sellainen varastointiteknologia on.)

Kiinnostavasti hän myös huomaa, että hiilidioksimaksujen korottaminen kasvattaa vaihtelevien uusiutuvien osuutta korkeintaan vain n. 25% tasolle. Jos maksut nousevat korkeammalle kuin noin 40 €/tCO₂, tuulivoiman osuus laskee. Tämä siksi, koska tuon tason yläpuolella käynnistyvät investoinnit ydinvoimaan ja hiilentalteenottoon.

Kuva 1: Optimiosuus tuuli- ja aurinkovoimalle hiilidioksidimaksun funktiona. (Hirth 2015 Energy Journal 36, 127-162.)

Jos ydinvoima kielletään, kustannukset ja päästöt nousevat rajusti siitä mitä ne olisivat muuten olleet. Nämä ovat siis teknofetissien ulkoisia kustannuksia. Hirthin sanoin….

“However, the unavailability of nuclear and CCS comes at the price of increased emissions and welfare losses: CO2 emissions increase by 100-
200% (depending on VRE cost reductions), the electricity price increases by 15-35%, and total system costs by 13-25%. In absolute terms, welfare is reduced by 15-30 €bn per year, which would increase if the assumption of price-inelastic demand was relaxed“

Ainoa tapa kasvattaa tuulivoiman osuutta edes 40% tasolle oli asettaa yli 100 €/tCO₂ maksu päästöille, kieltää ydinvoima ja olettaa tuulivoimalle merkittävästi nykyistä alhaisempi hinta. On tietenkin sanomattakin selvää, että myös 40% osuus on koomisen riittämätön ilmastotavoitteita silmälläpitäen.

On myös kiinnostavaa huomata mitä Hirth ei tehnyt. Hän keskittyi nimenomaan tuulivoiman osuuden kasvattamiseen eikä esimerkiksi päästöjen minimointiin. Hän ei siis kertonut mikä on optimaalinen sähköntuotantotapa, kun tavoitteena on minimoida kustannukset sillä reunaehdolla, että päästötaso on riittävän alhainen. (Tuolla EMMA mallilla tämän voisi varmaan tehdä helposti, mutta valitettavasti minulla ei ole GAMS lisenssiä. Tämä projekti jää siis toistaiseksi pilkkeeksi silmäkulmaan.) Koska haittamaksun nosto ajoi investoinnit ydinvoimaan ja hiilentalteenottoon, luen kuitenkin rivien välistä tähän vastauksen, joka ei ole saksalaisessa keskusteluympäristössä korrekti. Kuten olen itsekin moneen kertaan arvioinut (esim. täällä ja täällä), jos vaadimme rajuja päästövähennyksiä “heavy lifting” perustuu suurella todennäköisyydellä ydinvoimaan. Ennen kuin tämä itsestäänselvyys ymmärretään voimme nauttia nykyisestä tragikoomisesta ilmastopolitiikasta.

Sähkön markkinahinta ja uusiutuvat Saksassa

Toistin aikaisemmin Tanskalle tekemäni arvion nyt myös Saksalle. Tiedot ovat vuodelta 2012. Saksassa markkinahinnan aleneminen on keskimäärin n. 60 €/MWh x tuuli- ja aurinkovoiman osuus kulutuksesta. Suhde on siis jyrkempi kuin Tanskassa. Voimme myös tarkastella kuinka sähkön tuonti ja vienti korreloivat uusiutuvien tuotannon kanssa. Samaan tapaan kuin Tanskassa myös Saksassa sähkön vienti tyypillisesti nousee, kun tuuli- ja aurinkovoiman määrä lisääntyy. Siinä missä aikaisemmin arvioin, että 78% Tanskan tuulivoimasta viedään Tanskan ulkopuolelle Saksan kohdalla osuus on alhaisempi. Kun siellä tuuli- ja aurinkovoiman tuotanto nousee 1GW, vienti kasvaa noin 300 MW. Ts. noin 30% Saksan tuuli- ja aurinkosähköstä dumpataan sen rajojen ulkopuolelle.

Tuuli- ja aurinkosähkön osuus kulutuksesta vs. sähkön spottihinta Saksassa vuonna 2012 (kuukauden kokoisina paloina).

Minulla on epäilys, että nämä kaksi asiaa eivät ole toisistaan riippumattomia. Tanska on pieni maa, jossa on paljon sähkönsiirtokapasiteettia naapurimaihin. Heillä on mahdollisuus dumpata suurin osa tuulisähköstään maan rajojen ulkopuolelle eivätkä ne samassa määrin romuta Tanskan konventionaalisen tuotannon tulosta. Tanska kykenee ulkoistamaan systeemitason kustannuksista leijonanosan muihin maihin. Saksa on sen sijaan suuri maa piempien naapurien keskellä eivätkä he kykene talikoimaan tuotantoaan samassa määrin naapureille. Heidän on integroitava tuotannosta suurempi osa omaan järjestelmäänsä ja tämä näkyy jyrkempänä markkinahinnan alennuksena suhteessa vaihtelevien uusiutuvien osuuteen kulutuksesta. Tämä tarkoittaa myös sitä, että Saksassa vaihtelevan tuotannon integrointiongelmat eskaloituvat nopeammin kuin Tanskassa.

“Kallis tuulivoima säästää rahaa” ????

Vihreiden puheenjohtaja Ville Niinistö kannusti kaikkia perehtymään sähkömarkkinoiden toimintaan Oras Tynkkysen opastuksessa. Kannustus opiskeluun ja uuden oppimiseen on hienoa ja toivon sitä lisää! Toisaalta…

“Tuulivoiman kalleuteen on kaksi syytä. Ensinnäkin syöttötariffin kautta maksetaan alkuun korkeampaa tukea enintään kolmen vuoden ajan. Näin pyritään polkaisemaan Suomen tuulivoimamarkkinat vauhtiin. Selvästi alempaan ja siten veronmaksajille edullisempaan tukitasoon siirrytään jo ensi vuoden alussa. 

Toiseksi syöttötariffi perustuu sähkön hintaan. Korkean sähkön hinnan aikoina tukea tarvitaan vähemmän. Kun taas sähkön hinta on viime aikojen tapaan alhaalla, tukea joudutaan maksamaan enemmän.

On vähän nurinkurista murehtia halvan sähkön takia kohoavaa tariffilaskua. Kuluttajat säästävät alentuneen sähkön hinnan ansiosta paljon enemmän kuin mitä kohonneen tukitarpeen takia joutuvat veronmaksajina maksamaan.” Oras Tynkkynen.

Ensimmäisessä kohdassa Tynkkynen jättää sopivasti mainitsematta, että myös tulevaisuuden alhaisempi syöttötariffi on merkittävästi korkeampi kuin sähkön markkinahinta. Toisen väitteensä osalta Tynkkynen nojaa Energiakolmioon, joka on (kirsikan) poiminut tuulisia päiviä ja todennut, että (ihme ja kumma) tarjonnan lisääminen kysynnän pysyessä samana luo laskupaineita sähkön markkinahintaan.  He toteavat: “Huomioiden päivän spot-oston hinta nähdään kuitenkin, että syöttötariffin kustannus on monin verroin pienempi verrattuna sähkön markkinahinnan muutoksesta tulevaan kustannukseen.” Mutta vahvat väitteet vaativat vahvoja todisteita. Voisiko sähkömarkkinoiden toimintaan perehtyä huolellisemminkin kuin poimimalla itseä miellyttävä ajanhetki ja sitten sulkea silmät? Pitäisikö esimerkiksi tarkastella pidempiä ajanjaksoja markkinoilla sen sijaan, että kerää anekdootteja? (Keskustelua seuranneet ovat varmasti törmänneet toistuvaan tuulisten tai aurinkoisten sunnuntaipäivien esiin nostamiseen argumenteilla “X tuotti uusiutuvilla Y % energiastaan.” Vastaava ilmiö esiintyy tietenkin myös ilmastodenialistien puolella. Lämpötilan alkuhetkeksi valitaan joku lämmin hetki, jääpeitteen kehitystä aletaan seurata kesällä yms. yms.)

Kuinka ollakaan allekirjoittanut tarkasteli äskettäin tätä ongelmaa muutaman tunnin ajan (Ilmaiseksi. Ole hyvä! Linkki tässä). Säästääkö markkinahinnan aleminen kuluttajille enemmän rahaa kuin mitä valtio maksaa syöttötariffeina? Vastaus: en löytänyt väitteelle tukea. Markkinahinnan aleneminen “säästää” selvästi vähemmän kuin mitä valtio syöttötariffeina maksaa.

Miksi näin? Sanotaan konkreettisuuden vuoksi, että maa tuottaa 10% sähköstään tuulivoimalla ja markkinahinta on ilman tuulivoimaa 35 euroa/MWh. Perustuen Tanskan tuotanto- ja hintatietoihin koko vuoden 2013 ajalta arvioin, että “Tanskassa tuulivoima alentaa markkinahintaa keskimäärin 25.4 €/MWh x tuulivoiman osuus kulutuksesta.” Tästä voimme laskea arvion, että 105.3 €/MWh syöttötariffilla maa maksaa sähköstään noin 39.7 €/MWh…eli enemmän kuin ilman tuulivoimaa. Ylimääräinen kustannus on noin 3 kertaa suurempi kuin markkinahinnan alenemisesta saatu säästö. Kun tariffi laskee 83.5 €/MWh tasolle, on ylimääräinen kustannus noin kaksi kertaa korkeampi.  Ehkä Tanska on jotenkin omituinen ja tilanne on toinen muualla? Ohessa myös Saksan hintojen kehitys viimeaikoina. Kuten voi huomata on laskua tapahtunut ehkä suuruusluokkaa 10 €/MWh. Koska kulutus siellä on suuruusluokaa 600TWh, tarkoittaa tämä noin 6 miljardin säästöä. Samaan aikaan uusiutuvien syöttötariffeista lankeaa Saksassa yli 20 miljardin lasku vuodessa. Johtopäätös on siis lienee Saksan kokemusten perusteella sama. (Toki tämän voisi tehdä huolellisemmin, mutta ehkä joskus todistuksen taakka kuitenkin lankeaa uskovaisen ylle?)

Kuriositeettina voin muuten mainita, että (perustuen Tanskan lukuihin) mikäli syöttötariffin suuruus olisi noin 58  €/MWh niin syöttötariffin ylimääräinen kustannus olisi jotakuinkin yhtä suuri kuin markkinahintojen alenemisen aiheuttama “säästö”. As it happens…Vihreiden mukaan on olemassa energianlähde jolla tähän päästään. Tosin tässä yhteydessä 50 €/MWh maksava sähkö onkin liian kallista. Jotenkin tämä säästöargumentti ilmeisesti lakkaa toimimasta, kun jännite-eroja töpseliin luokin joku toinen energianlähde.

Britney ei selvästi ole perehtynyt sähkömarkkinoiden toimintaan

Kuten myös aikaisemmassa kirjoituksessani huomautin säästö mitä tuulivoiman aiheuttama markkinahinnan aleneminen tuottaa on osin kuvitteellista, koska lasku ei ota huomioon kasvaneita ylläpito yms. kustannuksia kapasiteetista jota joudutaan ylläpitämään kompensoimaan tuulivoiman satunnaisuus. Jo muutaman prosentin penetraatiolla nämä ylimääräiset systeemitason kustannukset ovat merkittävästi suurempia kuin markkinahinnan alenemisesta saatu “säästö” ja penetraation noustessa nämä kustannukset nousevat nopeammin kuin markkinahinta laskee.

Päästövähennysten myyminen ilmaisina tai kenties suorastaan rahaa säästävinä näin heppoisin perustein on minusta vaarallisen epärehellistä. Se luo kuvaa, että ilmastotoimet eivät maksaisi mitään.  Yllättävää ylimääräistä laskua voi olla hankalaa perustella myöhemmin, kun maksun aika tulee. On järkevämpää perustaa väitteet tukevalle pohjalle epävarmuudet reilusti tunnustaen kuin myydä kuuta taivaalta.

Päivitys  29.1.2015: Twitterissä mm. Janne Korhonen kyseli tästä teemasta Ville Niinistöltä, joka on toistanut väitteensä. Korhonen antoi myös hyödyllisen viittauksen artikkeliin (Cludius et al.), jossa tätä asiaa on käsitelty huolellisemmin Saksan osalta. Lopputulos näyttää olevan samansuuntainen kuin minun nopeasti antamani arvio. Valitettavasti Niinistö ei ole ainakaan toistaiseksi kyennyt tukemaan hurjaa väitettään mitenkään.

@VilleNiinisto @vihreat Lähteenä edelliseen esim. Cludius et al (2014). doi:10.1016/j.eneco.2014.04.020. Teidän siirtonne.

— Janne M. Korhonen (@jmkorhonen@mastodon.energy) (@jmkorhonen) January 29, 2015

Päivitys 19.2.2015: Nyt tätä huuhaata levittää Tuulivoimayhdistys. Täytyy vain ihmetellä näiden ihmisten lyhytnäköisyyttä. Epärehellinen retorinen kikkailu vain syö uskottavuuden myöhemmin olkoonkin, että onnistuisi jotain asiantuntematonta juksaamaankin.

Tuulivoima ja sähkön markkinahinta

Usein huomaan väitettävän, että kuluttajat saisivat tuulivoiman syöttötariffit “takaisin” alentuneena sähkön markkinahintana. Tuulisena päivänä alhaisten käyttökustannusten tuulivoima, kun painaisi markkinahinnan alas. Tämä argumentti on osin kummallinen siksi, koska tuulivoiman tuottajat saavat ymmärtääkseni tukiaisena 105.3 €/MWh ja markkinahinnan välisen erotuksen. Tuulinen päivä voi siis laskea markkinahintaa, mutta veronmaksaja maksaa joka tapauksessa enemmän. Sähkön hinta ei muodostu pelkästään markkinoilla. (Esim. Saksassa syöttötariffit muodostavat kuluttajien sähkölaskusta merkittävästi suuremman siivun kuin sähkön markkinahinta.)

Minua alkoi kuitenkin kiinnostamaan se kuinka suuri merkitys tuulivoimalla on sähkön markkinahintaan. Voidakseni muodostaa perustellun suuruusluokka-arvion suunnistin Tanskaan ja imuroin sieltä sähkön spottihinnat sekä tuulivoimatuotannon ja sähkönkulutuksen tiedot vuodelta 2013. Oheinen kuva näyttää spottihinnan ja tuulivoiman osuuden kulutuksesta kuukauden mittaisissa paloissa koko vuoden ajalta. Sininen viiva on lineaarinen sovitus dataan.

Tuulivoiman osuus vs. markkinahinta (Tanska 2013, 1 kk palat). Hinta €/MWh. (Huom. x-akselin % on typo.)

Tästä opin, että Tanskassa tuulivoima alentaa markkinahintaa keskimäärin -25.4 €/MWh x tuulivoiman osuus kulutuksesta.  Jos oletamme meidän markkinoiden reagoivan suunnilleen samalla tavalla voimme tehdä joitain arvioita. Esim. jos tuulisena päivänä Suomessa on tuulivoimaa 500MW, kun kokonaiskulutus on 10GW Tanskan esimerkki antaisi ymmärtää keskimäärin 1.3 €/MWh laskua markkinahinnassa. Koska yleensä tuulivoiman osuus olisi paljon alhaisempi, keskimäärin vuoden aikana “alennus” olisi pikemminkin noin 0.3 €/MWh.

On muuten hyvä huomata, että tämä hinnanalennus on osin kuvitteellista, koska sähköntuottajien alhaisemmat tulot tarkoittavat ettei olemassaolevan infrastruktuurin ylläpitämiseen kannata välttämättä investoida. Vaihtelevat uusiutuvat rakennetaan kuitenkin sillä oletuksella, että konventionaalinen tuotanto on valmis paikkaamaan vaihtelevien uusiutuvien puutteet. Hinnanalennus on ehkä tässä mielessä nähtävä hetkellisenä anomaliana, joka poistuu kun kapasiteetin ylläpidon kustannukset tavalla tai toisella sälytetään kuluttajien maksettavaksi. Kuten oheisesta kuvasta näkyy, nämä systeemitason kustannukset ovat merkittävästi suurempia kuin tuo markkinahinnan aleneminen.

Kiinnostavaa on myös huomata, että vuonna 2013 Tanskan naapurissa Ruotsissa sähkön keskimääräinen spottihinta oli hiukan korkeampi kuin Tanskassa. Sen sijaan Ruotsissa sähkön hinta vaihteli merkittävästi vähemmän. Standardipoikkeama Ruotsissa oli noin 8.9 €/MWh, kun se oli Tanskassa 11.7 €/MWh. Ruotsissa hinta ei missään vaiheessa kohonnut 110 €/MWh korkeammalle, kun taas Tanskassa katto oli 160 €/MWh. (Tähän hintaan päädyttiin silloin, kun tuulivoiman tuotanto oli hyvin alhainen keskellä arkipäivää.) Ruotsissa hinta oli alimmillaan noin 0 €/MWh ja Tanskassa -62 €/MWh.

Tuulivoiman kustannukset, kun systeemitason kustannuksia otetaan huomioon. Lähde: F. Ueckerdt et al.

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.

Ilmastotoimien suuruusluokista

Ilmastokeskustelun laatu ja vaikuttavuus voisi parantua merkittävästi mikäli siinä seurattaisiin Carl Saganin klassisia ohjeita järkevästä argumentoinnista ja hölynpölyn välttämisestä. Yksi tärkeä asia olisi liittää esitettäviin väitteisiin lukuja todellisesta maailmasta yhdessä relevanttien vertailujen kanssa. Kyse on kuitenkin asioista, jotka voidaan (ja pitää) usein kvantifioida. Tässä nyt pikainen vertailu siitä kuinka suuren kontribuution saksalainen tuuli- ja aurinkosähkö antaa ilmastoponnisteluihin verrattuna esimerkiksi Fennovoiman ydinvoimahankkeeseen.

	Saksa	Suomi
Väkiluku (miljoonaa)	80.6	5.5
PV (TWh)	31.4	—
Tuuli (TWh)	53.3	—
Fennovoima (TWh)	—	9.5

Kaikki Saksaan rakennettu tuuli- ja aurinkosähkö siis tuottaa noin 1050 kWh sähköä per asukas vuodessa ja noin 23 MWh per asukas elinikänsä aikana. Fennovoima tuottaisi 1700 kWh per asukas ja elinikänsä aikana 100 MWh per asukas.

Vuositasolla Fennovoiman kontribuutio dekarbonisaatioon olisi 60% korkeampi kuin kaiken saksalaisen tuuli- ja aurinkosähkön ja eliniän yli lasketaessa sillä vältettäisiin yli 4 kertaa enemmän hiilidioksidipäästöjä. Tämä siis yhdestä ydinvoimaprojektista. Nämä suuremmat päästövähennykset saavutetaan lisäksi merkittävästi alhaisemmin kustannuksin ja nopeammin. Jos puhumme pienistä asioista suurina ja suurista pieninä, päädymme ojasta allikkoon. Ei riitä ilmaista olevansa asiasta huolissaan vaan tarvitaan myös keinovalikoima, jonka mittaluokka on vertailukelpoinen ongelman suuruuden kanssa. Ei ole järkevää puhua samaan aikaan planetaarisesta kriisistä ja kaupitella ratkaisuja, jotka ovat joko scifiä tai joiden mitaluokka on aivan liian pieni.