Teknologiamyytit ja status quo: ihmeellisiä skenaarioita ad nauseam

Kas, skenaario saavutti pakonopeuden ja lensi ulkoavaruuteen.

Breyer et al. ovat taas tehneet “mallinnuksiaan”. He keksivät (kuten aina) sopivat hinnat vuodelle 2050 ja päätyvät siihen lopputulokseen, että täysin uusiutuviin pohjaava energiajärjestelmä on…rummun pärinää…taloudellinen ja helppo toteuttaa. Tätä viestiä sitten kritiikittömästi toistetaan esimerkiksi Ylessä. 

Minulla on jo historiaa tämän genren ilonpilaajana, joten… En jaksa nostaa kaikkia kummallisuuksia esille, mutta mainitsen muutamasta erikoisuudesta, joita en ole aikaisemmin huomannut. Aikaisempiin huomioihin voitte tutustua täällä, täällä, täällä ja täällä.  (pdf tiedoston lisäksi lähteenä on tässä käytetty kirjoittajien antamaa Excel-taulukkoa)

Tässä uudessa raportissa on paljon jännittäviä yksityiskohtia jo ihan lähitulevaisuudelle. Esimerkiksi siellä esitetään, että globaali geotermisen sähkön kapasiteetti nousee 13 GW tasolta 161GW tasolle vuosien 2015 ja 2020 välillä (ja siitä 890GW tasolle 2050 mennessä).  Tämä on yllättävä luku, kun rakennustahtia vertaa teollisuuden kokoon. Maailmassa geotermisen sähkökapasiteetin määrä on kasvanut noin 500MW/vuosi (lähde: IRENA). Tuolla tahdilla 150GW vaatii noin 300 vuotta, mutta Breyer et al. olettavat urakan valmiiksi jo tämän vuoden lopulla.  (Jos muuten kapasiteetti maksaa noin 5000€/kW kuten Breyer et al. olettavat,  miksi pääomia vaaditaan Excel-taulukossa 180 miljardia euroa 2015-2022 eikä noin 750 miljardia?)

Geoterminen sähkö IRENA:n mukaan vuoteen 2018. Lisäsin sen mitä Breyer et al. tälle olettavat tämän vuoden lopussa. Huomaako kukaan mitään erikoista? Markkinoinnin mukaan tämä kaikki on kuitenkin erinomaisen järkevää ja kannattavaa. (En ole mielestäni syypää hölmöön skaalaan.)

Entäs tämä raportissa esiintynyt karttakuva tuulivoiman käyttötuntien määrästä? Siellä maksimi on järkevästi noin 3500 tunnin kohdalla. Kun avaan excel-taulukon ja katson vaikkapa Etelä-Amerikan lukuja, siellä 8-27GW maatuulivoimaa (vuodet 2015-2020) tuottaa 69-149TWh sähköä. Ts. käyttötuntien määrä on yli 8600 tuntia vuonna 2015 ja yli 5500 tuntia vuonna 2020. Miten nämä keskiarvot voivat olla korkeampia kuin kartan maksimi?

Breyer et al. esittivät kartan olettamilleen tuulivoiman käyttötunneille ympäri maailmaa. Maksimi on järkevästi 3500 tunnin kohdalla. Kuinka on sitten mahdollista, että esimerkiksi Etelä-Amerikassa käyttötunnit ovat heidän Excel datansa mukaan keskimäärin noin 5520 tuntia vuonna 2020?

Entä tuulivoiman rakennustahti? Globaalisti teollisuus on rakentanut noin 50GW kapasiteettia vuodessa. Vuosien 2015-2020 välille Breyer et al. kuitenkin olettavat yli 100GW asennustahdin ja vuoden päästä tahti kiihtyy 600GW/vuosi tasolle (2020-2025). Mitä ihmettä täällä tapahtuu?

Tuulivoiman globaali asennustahti vuoteen 2018 asti IRENA:n mukaan. Teollisuuden koko noin 50GW nurkilla. Breyer et al. olettavat yli 100GW/vuosi 2015-2020 ja yli 600GW/vuosi vuosille 2020-2015?

Entä elektrolyysilaitteiden oletettu kapasiteetti? Globaali asennustahti on nähtävästi nyt noin 100MW/vuosi. Breyer et al. olettavat kuitenkin, että tämän vuoden lopussa kapasiteetti on yli 50GW. Alla oleva kuva suhteuttaa tätä maa planeetan tilanteeseen. Eroa on jonkin verran.

Oikeasti globaaliasennustahti on noin 100MW vuodessa. Breyer et al. visioivat yli 50GW kapasiteettia…tämän vuoden lopussa. Noin 500 kertaa todellisuutta korkeampi asennustahti. Sinne päin…

Sama meno jatkuu. Vuonna 2015 Breyer et al. antavat globaalin lämpöpumppukapasiteetin 61 GW lämpöä. Vuoteen 2020 mennessä kasvua on “kohtuullisesti”…1641 GW tasolle!!! Samaan aikaan globaali asennustahti on ilmeisesti noin 3.75GW/vuosi. Tämä on hiukan alhaisempi kuin Breyerin olettama yli 300GW/vuosi.

Akkuja käytetään varastoimaan sähköä. Verrattuna jopa IRENA:n projektioihin Breyer et al. tulokset näyttävät erikoisilta.

Sähköä varastoidaan myös paineilmaa hyväksi käyttäen (A-CAES). Tätä kapasiteettia pitäisi parin kuukauden päästä olla yli 800GWh. Maa planeetalla kapasiteetti on muutama GWh ja pienet korkeintaan GWh luokan projektit ovat R&D vaiheessa.

Huokaus. Tämä on niin ihmeellistä, että pää menee pyörälle. Ikään kuin asia on realistista, kun numero on fysikaalisesti mahdollista kirjoittaa Excel-taulukon soluun. Jos tämä taas on mahdollista, on se myös helppoa ja taloudellisesti kannattavaa todellisuudessa. QED.

Koska on aivan ilmeistä, että näitä skenaarioita ei tehtailla niiden toteuttamiskelpoisuuden vuoksi, miksi tätä tehdään? Itse näen ongelmakentän yksittäistä tutkijaa laajempana ongelmana. Myyttien tehtailu tulee nähdä sosiaalisessa kontekstissaan. Myyteille on kysyntää ja tämä  kysyntä nähdään siitä kritiikittömästä vastaanotosta minkä ne monissa piireissä saavat. Ihmiset kaipaavat mm. teknologiamyyttejä, joilla voivat rationalisoida sen mitä tekevät ja mitä haluavat tehdä joka tapauksessa. Myyttiä voidaan käyttää kätkemään muuten kiusallinen todellisuus ja sovittaa yhteen de facto status quon pönkitys ja omakuva radikaalina muutosvoimana.

Lisäys 8.5: Tässä vielä yksi esimerkki siitä miksi näitä on niin vaikeaa lukea. Paikka paikoin kummallisuudet ovat kerroksittain toistensa päällä.

1. 1. Annetut pääomakustannukset CSP:lle (concentrated solar power) ovat selvästi pielessä.
   2. Annettu viite ei tue annettuja lukuja eikä edes liity samaan teknologiaan!
   3. Luvut mitä Excel-taulukossa on eivät edes perustu paperissa olleen taulukon arvoihin. Siellä pääomakustannus näyttää olevan merkittävästi korkeampi.

Lisäys 12.6.2019: Luin teollisuuden lobbausjärjestön “SolarPower Europe”:n tuoreinta markkinaraporttia aurinkosähköstä. Vertasin sen arvioita siihen mitä tässä kirjoituksessa käsitellyssä skenaariossa oli. Eroa on taas jonkin verran.

Breyer et al. punaisella

 

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.

Uudet energiat ja totuudenpuhujat

Puhtaan energian saaminen massiiviseen käyttöön on lähivuosikymmenten välttämättömin, mutta myös vaikein tehtävä. Rinnastamme sen itse vaikeusasteeltaan Manhattan-projektiin, mutta ehkä kymmenen tai sata kertaa suurempana. Lisäksi Manhattan-projektin osallistujilla oli selkeä vihollinen, selkeä motivaatio, ja selkeä konkreettinen päämäärä  jota haettiin. Massiivisten resurssien saaminen oli siis mahdollista, jopa helppoa.

Kuvalähde: Wikimedia Commons

 Ilmastonmuutoksen torjunnasta puuttuvat kaikki ne edut jotka Manhattan-projektilla oli. Vihollista ei ole; selkeää konkreettista käsin nähtävää päämäärää ei ole; ja ihmisten motivointi uhrauksiin on vaikeaa. Juuri kukaan ei halua laskea  elintasoaan, koska juuri kukaan muukaan ei näytä laskevan.

Tilanne voi silti olla edelleen ratkaistavissa, kunhan vain tilannekuva on koko ajan realistinen. Jos sen sijaan alalle alkaa tulla toimijoita, jotka väheksyvät tilanteen vakavuutta, olemme todellisissa vaikeuksissa. Mitä keinoja sitten esitetäänkin, niiden täytyy olla oikeasti toteutettavissa, eivätkä ne saa sisältää täysin järjettömiä oletuksia.

ONGELMA USA:SSA

USA:ssa Stanfordin yliopiston professori Mark Jacobson näyttää osoittautuneen toimijaksi, jonka kirjoitukset sisältävät perusteettomia oletuksia. Jacobson et al. väittivät vuonna 2015 osoittaneensa, että 100% vesi-,  tuuli- ja aurinkovoimaan perustuva energiaratkaisu olisi halvin tapa täyttää USA:n energiantarve. Artikkeli on saanut valtavasti julkisuutta, ja esimerkiksi Bernie Sanders on viitannut siihen politiikassaan.

Valitettavasti vertaisarviointi on hidas mutta vääjäämätön prosessi, ja vasta tänä kesänä Clack et al. julkaisivat arvion, jonka mukaan Stanfordin ryhmän työ on lähinnä kuumaa ilmaa. Artikkelin abstrakti kannattaa siteerata kokonaan:

“Previous analyses have found that the most feasible route to a low-carbon energy future is one that adopts a diverse portfolio of technologies. In contrast, Jacobson et al. (2015) consider whether the future primary energy sources for the United States could be narrowed to almost exclusively wind, solar, and hydroelectric power and suggest that this can be done at “low-cost” in a way that supplies all power with a probability of loss of load “that exceeds electric-utility-industry standards for reliability”. We find that their analysis involves errors, inappropriate methods, and implausible assumptions. Their study does not provide credible evidence for rejecting the conclusions of previous analyses that point to the benefits of considering a broad portfolio of energy system options. A policy prescription that overpromises on the benefits of relying on a narrower portfolio of technologies options could be counterproductive, seriously impeding the move to a cost effective decarbonized energy system.”

Artikkelin supplementary materialissa käydään läpi ongelmia tarkemmin. Myös Jacobsonin vastine julkaistiin samassa lehdessä kuin Clackin kritiikki. Väittely käy edelleen kuumana, mutta Jacobsonin uskottavuus on kärsinyt joka tapauksessa pysyvän kolauksen. Ks. mm. Scientific American, NY Times, Jetson).

Oma näkemyksemme on, että Jacobsonin ryhmä on osittain täysin oikeassa: jos halutaan päästä todella suuriin päästövähennyksiin, on sähköistettävä kaikki mahdollinen. Väärään suuntaan ryhmä menee siinä, että se on luonut itselleen dogmin siitä, että vain tietyt keinot kelpaavat tähän. Katastrofiksi ryhmän toiminta muuttuu sillä, että se ohittaa täysin kaikki todelliset ja merkittävät käytännön ongelmat, jotka sen esittämiin ratkaisuihin liittyvät.

Francois-Xavier Chevallerau on kaikkein parhaiten tiivistänyt, miksi Jacobsonin kaltaiset ylioptimistiset mallinnukset ovat niin vaarallisia.

“There is obviously a natural tendency in Western societies, among policy makers and also in civil society, to wish that the transition to renewables can be done, that it can be done quickly, and that it can be done relatively painlessly, i.e. without affecting too much the essence of the social, political and economic setup we are used to, or the balance(s) of power that are ingrained in it. Hence a favorable disposition towards scientists coming up with seemingly robust models showing that a clear and quick pathway towards 100% renewable energy exists, and proposing a roadmap to get there. This is somehow reassuring, and this is actually what a lot of us want to hear and to believe.

Yet, scientific studies that focus solely or mostly on the technical feasibility of a full-scale transition to renewables are probably inherently misleading, as they are based on technical and economic assumptions and models that are likely to be made invalid, obsolete or irrelevant by the set of societal, economic, political and technical changes that the transition process itself will set in motion. These kinds of studies may in fact have the effect of obscuring rather than shedding light on the stakes of the transition, by drowning them into complex models and calculations that few outside very limited scientific circles can really comprehend and appraise.”

Mitä hienompi malli, sitä mahdottomampi ulkopuolisen on sitä ymmärtää — ja sitä helpompi siihen on työntää oletuksia, jotka tuottavat täsmälleen niitä tuloksia joita kirjoittaja toivoo saavansa.  Tässä ei siis tarvitse edes olettaa, että tekijät olisivat epärehellisin ajatuksin liikkeellä. Todennäköisesti Jacobson uskoo täysin vilpittömästi omaan asiaansa — mutta tiede ei ole uskon asia.

ONKO ONGELMAA MYÖS SUOMESSA?

Nyt tiedeyhteisön olisi selvitettävä pikaisesti, onko meilläkin vastaavia toimijoita. Työ on syytä aloittaa Lappeenrannasta. Siellä (Lappeenrannan ja VTT:n yhteinen) Neo Carbon Energy-ryhmä on ainakin ulkopuolisen silmin esittänyt aivan yhtä villejä tulevaisuusskenaarioita kuin Jacobsonkin, on siteerannut Jacobsonia laajasti, ja sen metodit ovat täysin samanlaisia kuin Jacobsonilla (ks. mm. Heard et al. 2017).  

 Alaa tuntemattoman on vaikea tai mahdoton arvioida, onko myös näiden mallien pohja yhtä hutera kuin Jacobsonilla.  Neocarbon-ryhmälle on tyypillistä esittää villejä lukuja joiden todellisia implikaatioita ei mietitä, esittää sisäisesti ristiriitaisen näköisiä väitteitä, ja kuittata kritiikki asenneongelmana.

Ylipäätään Neocarbon-ryhmän viestintä on äärimmäisen hypettävää. Milloin ryhmä aikoo ratkaista maailman nälänhädän tekemällä ruokaa sähköstä ja ilmasta; milloin ryhmä tekee Internet of Energyn joka näyttää miten koko maailma pyörii pian uusiutuvalla energialla; milloin ryhmä todistaa, että vuonna 2050 täysin uusiutuville perustuva energiajärjestelmä on Suomessa edullisin.

 Suhtautuminen kritiikkiin on ollut varsin agressiivista. Varsinkin ryhmän Twitter-tili kunnostautui pitkään kriitikoiden solvaamisessa, mutta on nyttemmin selkeästi rauhoittunut.

Toistaiseksi kritiikkiä ovat esittäneet yksittäiset bloggaajat (Mearns, Martikainen 1 Martikainen 2, Martikainen 3). Varsinainen tiedeyhteisö on ollut hiljaa. Nyt tarvittaisiin siis tiedeyhteisön aktivoitumista.

KUKA LÄHTEE SELVITTÄMÄÄN?

 Ryhmän viimeisimmässä julkaisussa (Child et al. 2017) on kenties kummallisin abstrakti, jota olemme itse missään tieteellisessä artikkelissa nähneet.

“In terms of public policy, several mechanisms are available to promote various forms of RE. However, many of these are contested in Finland by actors with vested interests in maintaining the status quo rather than by those without confidence in RE conversion or storage technologies. These vested interests must be overcome before a zero fossil carbon future can begin.”

Toisin sanoen: “me olemme oikeassa, mutta muilla on asenneongelmia tai piilointressejä”. Tällaiset väitteet ovat aktivismia, eivät tiedettä.

Heitämme nyt suomalaiselle tiedeyhteisölle haasteen. Me maallikot voimme valittaa miten paljon tahdomme, mutta sillä ei ole arvoa. Tarvitaan vertaisarviointia ja analyysi lienee syytä ulottaa myös tutkimusartikkeleista tehtyihin lehdistötiedotteisiin ja tulosten perusteella julkisuudessa esitettyihin politiikkasuosituksiin. Neocarbon-ryhmän tutkimuksille on tehtävä yhtä perusteellinen läpivalaisu kuin Jacobsonin tutkimuksille. Ryhmä on saanut niin paljon palstatilaa julkisuudessa, että sen tekemisiä ei voi ohittaa olankohautuksella. Jos tehty tiede ei ole asiallisessa suhteessa sen markkinointiin, toisilla tutkijoilla on eettinen velvollisuus tuoda se esille.

Child et al. 2017 saattaisi olla hyvä ja konkreettinen artikkeli arvioitavaksi, tai vaihtoehtoisesti hiukan vanhempi mutta enemmän julkisuutta saanut Child and Breyer 2016.  Kuka tiedeyhteisössä haluaa ottaa tämän tehtäväkseen?

Kirjoittajat: Jakke Mäkelä, Rauli Partanen, Kaj Luukko, Antti van Wonterghem, Heidi Niskanen, Jani-Petri Martikainen,Ville Tulkki, Markus Norrgran

Kirjoitus julkaistaan samaan aikaan useiden kirjoittajien omissa blogeissa. Osa kirjoittajista on vuonna 2016 osallistunut Teraloop-yrityksen kriittiseen arviointiin.

Sitran raportti Pariisin ilmastotavoitteista…jatkoa

Kesän aikana selvitin hiukan syvemmälle oletuksia mitä Sitran raportin ytimessä olevaan malliin (MESSAGE) oli laitettu. Suomen osuus rakentui Global Energy Assessment (GEA) Skenaarioiden pohjalle ja niihin liittyvän tietokannan löydät täältä. Minulle tuli (taas) järkytyksenä massiivinen bioenergian lisäys ja jäin ihmettelemään miten moinen on voitu perustella. Mallintajien lähteenä potentiaalille oli VTT:n tutkijoiden artikkeli (Arasto et al. “Bio-CCS: Feasibility comparison of large scale carbon-negative solutions”).

Artikkelin kirjoittajat arvioivat, että teknispoliittinen (techno-political) maksimi bioenergialle hiilensidonnalla on 45 Mt hiilidioksidia vuodessa ja tämä on arvio mitä Sitran raportin tekjät ovat käyttäneet. Kirjoittajien arviota seuraavia varoituksia ei kuitenkaan kerrota. He kertovat mm. että maksimipotentiaali vaatii kaiken kasvun valjastamista hiilen talteenottoon eikä se ole kustannustehokas ja arvioivat realistisemman potentiaalin olevankin jossain 10 Mt nurkilla.

“Reaching these magnitudes (45 Mt CO2/a) of emission reduction stated above would require use of nearly all sustainable forest growth in addition to all forest residues available in Finland. The raw material availability in relation to cost of raw material will most likely limit the exploited potential to the range of 10 MtCO2/a.“

Termi sustainable taas tässä yhteydessä tarkoittaa vain puiden kasvua eikä minkäänlaista arviota aiheutetusta ekologisesta vahingosta tai vaikkapa maaperän hiilitaseesta ole itse asiassa tehty. Tämän valossa olisikin kiinnostavaa nähdä ne ympäristönsuojelijat, joiden mielestä Sitran raportin tiekartta on seuraamisen arvoinen, koska Pariisin ilmastosopimus niin “vaatii”. Fyysikot tekevät mielellään idealisointeja esimerkiksi olettamalla yksinkertaisuuden vuoksi vaikkapa pallon muotoisen lehmän. Tällä on paikkansa, mutta idealisointi näyttää skenaariotehtailussa karanneen käsistä. Luontoarvoja mitataan vain sidotun hiilen avulla eikä muiden aspektien anneta häiritä mallinnusta.

Entä mitä MESSAGE malliin sisältyi? Keskityn parhaiten esillä oleviin “illustrative pathways” vaihtoehtoihin. Ensinnäkin siellä on itse asiassa kolme skenaarioiden pääluokkaa. Supply-skenaarioissa energiankulutus kasvaa ja rakennetaan melkein mitä vain. Efficiency-skenaariot ovat lienee perinteisten ympäristöjärjestöjen unelmia. Niissä energiankukutus laskee, ydinvoima ajetaan alas ja uusiutuvat dominoivat energiantuotantoa. Sitran raporttiin on ilmeisesti valittu vain tuo “Efficiency”-pääluokka ilman, että muita vaihtoehtoja edes mainitaan. Kuka teki valinnan, miksi ja miksi sen pohjalla olevista syistä ei keskustella? Nyt jollekin voi tulla se väärä käsitys, että ikäänkuin asiantuntijat olisivat osoittaneet jonkin politiikan oikeammaksi vaikka todellisuudessa vaihtoehtojen olemassaolosta vaiettiin.

Laitan tähän alle joitain kuvaajia (vain vanha EU eli aluekoodi WEU), jotka loin tietokannan pohjalta.

Kuva 1: primäärienergian kulutuksessa tapahtuu sitä sun tätä.

Kuva 2: Vau! Katsokaa kuinka fossiilisten avulla tuotettu vety dominoi Supply-skenaariota vuosisadan lopulla. Yksi uusi vallankumous muiden lisäksi.

Kuva 3: Sähkön kulutus nousee kaikissa skenaarioissa…eli ehkä voisi unohtaa sen “emme tarvitse lisää sähköä”-argumentin?

Kuva 4: Tuulta lisää. Vähiten tuulta Efficiency-skenaariossa.

Kuva 5: Aurinkosähköä lisää. Taas vähiten Efficiency-skenaariossa.

Kuva 6: Ydinvoima.Omituisuutta vuosisadan puoliväliin asti. Sitten massiivinen kasvu yhden sukupolven aikana paitsi Efficiency-skenaariossa missä ydinvoima päätettiin ajaa alas.

Kuva 7: Hiiltä ajetaan alas, mutta sitten…kreivin aikaan… CCS pelastaa sen vuosisadan loppupuolella Supply-skenaariossa.

Miten näihin eri tuloksiin päädytään? Tulosten hajonta tietenkin johtunee siitä, että mallintajat arvaavat sisäänmenevät oletukset eri tavalla. Jos sinulla on kokemus, että energiankulutus kasvaa ja CCS on hauskaa, he näpyttelevät sellaiset oletukset, että toiveesi toteutuu. Jos kaipaat energiatehokkuutta ja uusiutuvia, tässä sinun toiveisiisi sopivat oletukset. Tämä on tietenkin osin ymmärrettävää, mutta muuttuu arvelluttavaksi, kun ensin fantasioidaan toivotut kustannukset ja vaaditut teknologiat jonnekin tulevaisuuteen ja sitten matkustetaan aikakoneella takaisin nykypäivään ja todetaan kuinka olemme nyt osoittaneet, että visio, josta me pidämme on taloudellisesti ja teknisesti kaikkein paras ja siksi yhteiskunnan resursseja tulisi siirtää meille. On muuten myös kiinnostavaa huomata, että GEA mallien kustannusoletukset näyttävät olevan ristiriidassa esimerkiksi yleisesti (väärin) käytetttyjen oppimiskäyräargumenttien kanssa. Katsokaapa esim. seuraavaa kuvaajaa aurinkosähkön oletetuista pääomakustannuksista.

Kuva 8: Aurinkosähkön pääomakustannukset.

Supply-skenaariossa rakennettiin eniten aurinkovoimaa joten eikö sen pääomakustannusten tulisi silloin olla alhaisimmat? Koska mallintajat olettavat erilaisen asymptoottisen kustannuksen, pääomakustannukset voivat poiketa toisistaan tekijällä 5 eli olla käytännössä mitä sattuu. (Tällä hetkellä Efficiency-käyrä on lähinnä toteutunutta.) Jos vastaavaa tehtäisiin ydinvoiman kohdalla, yhdessä skenaariossa sen pääomakustannus voisi olla 5000$/kW ja toisessa 1000 $/kW. Ihan miten vain asian koet. Ydinvoiman kohdalla tätä ei tietenkään tehdä vaan kustannukset on oletettu konservatiivisesti haarukkaan 3824-6170 $/kW niin, että kustannuksissa ei vuosisadan aikana tapahdu suuria muutoksia..mitä nyt kustannukset jonkin verran nousevat Efficiency-skenaariossa. Sen sijaan mallintajat kyllä olettavat rajuja hinnanalennuksia fossiilisia polttaville voimalaitoksille etenkin Supply-skenaarioissa. Miksi näin?

Globaalilla tasolla mallintajat haaveilevat muuten noin 15Gt edestä negatiivisia päästöjä vuosisadan lopulla, mutta ällös pelkää. Länsi-Eurooppalaisilla päästöt painetaan vain nollaan ja nämä negatiiviset päästöt aikaansaadaan ennen kaikkea Latinalaisessa Amerikassa ja Afrikassa. Pohjois-Amerikassa, entisessä Neuvostoliitossa ja Kiinassa puhutaan myös gigatonnitason negatiivisesta päästöistä. Afrikassa noin gigatonnin päästöt tällä hetkellä maankäytön muutoksista korvautuvat maagisesti yli 1.5 Gt hiilidioksidin sidonnalla vuosisadan loppuun mennessä samalla, kun väkiluku yli tuplaantuu ja bioenergian määrä kasvaa noin tekijällä kymmenen (josta noin puolet olisi varustettu hiilidioksidin talteenotolla). Mutta kun kerran malli näin vaatii, niin varmastihan niin tulee tapahtumaan. Latinalaisessa Amerikassa bioenergian määrän olisi myös tarkoitus noin kuusinkertaistua eli voipi olla syytä pitää sademetsistä kiinni, kun mallintajat ovat lähistöllä.

On myös kiinnostavaa huomata mitä skenaarioiden välillä ei varioida. Kaikissa malleissa talous kasvaa tismalleen samalla tavalla. Eli mallin sisään laitettu oletus on, ettei harjoitettu energia-politiikka vaikuta talouskasvuun mitenkään. Onko jossain joku, joka pitää tätä järkevänä oletuksena? Kaikki mallit myös kasvattavat bioenergian määrän EU:ssa noin nelinkertaiseksi nykyisestä tasosta (liki kaikki varustetaan hiilen talteenotolla). Eli jos mallin bioenergiapainotus vaikuttaa järkyttävältä Suomessa, se on vielä kamalampi muualla eikä tälle tarjota vaihtoehtoa. Tästä Arasto et alilla onkin varoituksen sana.

“Forest biomass is the biggest biomass raw material stream in Europe. As one sixth of European forest biomass is utilised in Finland and the maximum Bio-CCS potential is 45 Mtons/a it is difficult to imagine the European potential for Bio-CCS would be proportionally a lot higher. 45Mt/a is a large amount, but this highlights the need of revising some of the Bio-CCS potential estimates presented in the public.“

Tällainen häiritsevä nyanssi on siivottu Sitran raportista pois. Tuloksista on poimittu vain se numero jota kaivataan ja muu keskustelu sivuutetaan. Hallelujaa! Negatiiviset päästöt bioenergiasta hiilentalteenotolla vaaditaan, jotta lämpötilatavoitteisiin päästään vuosisadan lopussa (säteilypakote olisi maksimissaan vuosisadan puolivälin tienoilla) ja tämä monomania pakottaa vaihtoehdottomuuden skenaarioihin riippumatta siitä mitä haittavaikutuksia tällä oikeasti olisi. Kun vain yksi ongelma tunnistetaan, ei ole yllättävää, jos ehdotetut vaihtoehdot aiheuttavat valtavia riskejä siellä mihin mallintajat eivät halunneet katsoa.

Lisäys 19.8.2016: Vieläkin täytyy ihmetellä. Mallintajat siis oikeasti kokevat helpommaksi rusikoida oletuksensa niin, että hiili ja sen talteenotto halpenevat sillä seurauksella, että vuosisadan lopussa poltamme massiivisesi enemmän hiiltä kuin nyt, kuin olettaa esimerkiksi oppimiskäyrät ydinvoimalle niin, että sitä rakennetaan merkittävästi halvemmalla. Tämä tietenkin on saksankielisessä maailmassa valitettavan yleinen sekopäinen prioriteetti. Väärää vaihtoehtoa ei saa edes esittää, ettei ihmisille tule hassuja ajatuksia.

Energiaskenaarioita Lappeenrannasta…miljardeja sinne miljardeja tänne

Kesällä Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun professori Christian Breyer tuli julkisuuteen kalvonipun kanssa, jossa hän sanoi osoittavansa kuinka pelkästään uusiutuviin nojaava energiajärjestelmä on oikein hyvä ajatus. Ymmärtääkseni työtä ei missään vaiheessa ole oikeasti julkaistu ja pidän arvelluttavana tuollaista “science by press release” tyyppistä toimintaa.
Tämä postaus tulee kamalasti myöhässä, mutta en ole aikaisemmin jaksanut/ehtiä kirjoittaa huomioitani ylös. Parempi kuitenkin myöhään kuin ei milloinkaan. (Kalvoista on muuten eri versioita. Tässä yksi ja tässä toinen. Niissä on joitain eroja. Esimerkiksi “low biomass” skenaarion PtG prosessin hyötysuhde on mystisesti muuttunut matkan varrella. Oikeissa julkaisuissa tuollaiset muutokset hoidetaan erratalla.)

Media vastaanottaa Lappeenrannan “tutkimuksen”, joka osoittaa pelkästään uusiutuviin nojaavan energiajärjestelmän loistavaksi ideaksi.

Poimin esityksistä kolme kalvoa, joista voi nähdä joitakin skenaarioiden peruspiirteitä. Ensin kuva asennetuista kapasiteeteista.

Asennetut kapasiteetit eri skenaarioissa. Huomaa massiivinen rooli PtG laitoksille. Niiden kapasiteetti on skenaarioissa suurempi kuin koko maan huippukulutus tällä hetkellä.

Sitten kuva primäärienergian tuotannosta.

Primäärienergia Breyer&Child skenaarioissa

Huomatkaa kuinka kaikki skenaariot nojaavat vahvasti bioenergiaan ilman, että sen ilmastovaikutuksia olisi missään otettu huomioon. Jopa “low biomass” skenaariossa bioenergian käyttö on jotakuinkin sama kuin muissakin skenaarioissa. Teollisuus käyttäisi kaikissa RES-skenaarioissa enemmän biomassaa kuin nyt. Silmämääräisesti kalvoista lukemalla kasvua olisi noin 15 TWh. Liikennepolttoaineista noin 20TWh olisi biomassasta tuotettuja. Tällä suorituksellaan Breyer ja Child ansaitsevat paikkansa innokkaiden puunpolttajien joukossa.

Sitten vielä kuva vuosittaisista investointikustannuksista. Ne kasvaisivat rajusti ja sähköautojen akut muodostuisivat keskeiseksi menoeräksi.

Oletetut investointikustannukset eri skenaarioissa.

Kahlataan nyt hiukan syvemmälle skenaarioiden oletuksiin. Koska tuloksia on markkinoitu osoituksena täysin uusituviin pohjaavan energiajärjestelmän taloudellisuudesta, keskityn oletuksiin hinnoista. Breyer haluaisi, että esimerkiksi Bill Gates perehtyisi genren kirjallisuutteen. Hän antoi vihjeen sivustosta, jossa markkinoitiin mm. Mark Jacobsonin töitä osoituksena vision realistisuudesta. (Jacobsonia markkinoi muuten myös National Geographic yhdessä Shellin kanssa. I kid you not!)  Käytin siis hänen työtään vertailukohtana. Lisäksi kurkistin IPCC:n mallien oletuksiin sekä Tanskan energiaviranomaisten tietoihin,  joita Breyer ja Child käyttivät monin paikoin lähteinään.

Tiedon puutetta voi korjata sivulta, joka nojaa mm. Jacobson et al. tuloksiin. Kiitos vihjeestä! Löysin Excel taulukon Jacobson et al. oletuksista.

Ensimmäiseksi silmille pomppaa Breyerin olettama pääomakustannus aurinkosähkölle. Toisin kun esimerkiksi tuulivoiman kohdalla hän ei halua käyttää lähteenään tanskalaisia tai muutakaan “virallista” tahoa. Hän esittää aurinkosähkön pääomakustannukseksi vuonna 2050 300€/kW mikä on noin viidesosa nykyisestä hinnasta. Lähteenä on hänen oma ymmärtääkseni ei-vertaisarvioitu kirjoitus “Photovoltaic technology platform”:lle.  Kummallista. Miksi hän ei käytä tässä uskottavamman oloista lähdettä? Tarkistin siis muiden oletukset aurinkosähkön pääomakustannuksista. Ensin IPCC:n mallien oletuksia…

Mallien oletuksia aurinkosähkön pääomakustannuksista. Ei ihan 300 €/kW.

Sitten tanskalaisilta…

“Danish energy agency”:n datasivu aurinkosähköstä. Tästä lähteestä Breyer et al. poimivat monet käyttämänsä kustannusoletukset…paitsi aurinkosähkön. Ei vieläkään ihan 300 €/kW!

Hmmm. Nämä eivät ole likimainkaan Breyerin oletuksen suuntaisia. Jacobsonkin olettaa vähintään 1163$/kW vuonna 2050. Olisiko joku, jonka oletukset olisivat luultavasti erityisen ruusuisia? No, ehkä teollisuuden lobbausjärjestö SolarPowerEurope, joka on kirjoittanut Greenpeacen Energy [R]evolution raporttia? Selaan sivulle 68 ja löydän heidän arvauksensa vuodelle 2050…658 €/kW! Ts. Breyer ja Child olettavat aurinkosähkön pääomakustannuksen rajusti alhaisemmaksi kuin kukaan muu ja he tekevät tämän ilman, että edes keskustelisivat tähän oletukseen johtaneista syistä.

Kokoan seuraavaan kuvaan eri tahojen arvaukset pääomakustannuksista.

Vertailu eri lähteiden olettamista aurinkosähkön pääomakustannuksista. Edes teollisuuden lobbausjärjestöt eivät lupaa yhtä alhaista kustannusta kuin Breyer et al.

Jos oikein ymmärsin, Breyer päätyy näihin lukuihin soveltamalla oppimiskäyriä siihen saakka kunnes pääomakustannus on toivottu ilman minkäänlaista harkintaa siitä mihin asti ekstrapolointia on järkevää tehdä. Toisin sanoen jos oletamme, että kapasiteetin tuplaus laskee hintoja noin 20% olisi kapasiteetin kasvettava noin tekijällä 100, jotta pääsisimme Breyerin arvaukseen. Tällöin maailman aurinkosähkökapasiteetti olisi moninkerraisesti keskikulutuksen verran, kun taas Saksassa aurinkosähkön asennukset romahtivat, kun aurinkosähkökapasiteetti oli vain noin puolet Saksan keskimääräisestä kulutuksesta. Miten Breyer perustelee integrointihaasteiden, materiaalirajoitteiden tai esim. tuotantokapasiteetin rajoitteiden sivuuttamisen, jää mysteeriksi. Oppimiskäyrien ekstrapoloiminen loputtomiin on hölmöä. Jossain vaiheessa tekniikka kypsyy ja oppimiskäyrät muuttuvat. Ei ole viisasta kohdella marginaalista teknologiaa samalla tavalla kuin merkittävää. Ensimmäisen kohdalla materiaali yms. rajoitteet eivät ole relevantteja, kun taas jälkimmäisen kohdalla usein ovat. Jos kaipaamme tästä varoittavaa 
esimerkkiä, voimme katsoa vaikkapa tuulivoiman oppimiskäyrää. Kehitys seurasi oppimiskäyrää suunnilleen siihen asti kunnes kapasiteetti oli n. 10 GW. Sen jälkeen oppimista on vaikeaa nähdä. Melkein koko maailman tuulivoimakapasiteetti on asennettu tuossa kuvaajan alueessa missä oppimisefektejä ei näe. Miksi vastaava ei voisi tapahtua myös aurinkosähkön kohdalla?

IRENA:n sivulta poimittu tuulivoiman oppimiskäyrä. Huomaa, että suurin osa kapasiteetista on asennettu ilman mitään havaittavia oppimisefektejä.

Arvauksia on tietenkin koko kalvosetti täynnä. Esimerkiksi ydinvoiman kohdalla Breyer olettaa pääomakustannuksen 6500€/kW. Tämä on “off-scale” alla olevasta kuvasta mihin kokosin IPCC:n käyttämien mallien oletuksia. Breyer et al. päätyvät tuohon lukuun olettamalla Olkiluoto 3:n tyypilliseksi projektiksi ja sitten lisäämällä vielä kustannuksia sen päälle. Tämä on kirsikanpoimintaa. Käyttökustannukseksi he olettavat 3.5% pääomakustannuksista. Lähde on asiallinen eli IEA:n World energy outlook 2014, mutta koska Breyer et al. päättivät poimia raportista vain tuon luvun konteksti taitaapi olla väärä. Minulla ei nyt ole pääsyä tuohon samaan julkaisuun, mutta toisaalla IEA kertoo olettavansa USA:n ja Euroopan hintatason lähestyvän Korean hintatasoa samalla, kun Aasian hintataso pysyy vakiona. Korean hintatasoksi on taas annettu n. 3700 $/kW eli 1.1 $/€ vaihtokurssilla IEA olettaa ydinvoiman pääomakustannukseksi noin puolet Breyerin olettamasta. Breyerin käyttämä käyttökustannus on siis 2-3 kertaa liian suuri. (Tämän voi toki myös todeta lukemalla esimerkiksi Lappeenrannassa kirjoitettuja tutkimusraportteja.)

Otos mallien oletuksista ydinvoiman pääomakustannuksista. Breyer et al. olettavat 6500 €/kW.

Fossiilisten polttoaineiden hinnat Breyer puolestaa oletettaa jatkuvasti nouseviksi ja niin, että muutaman vuoden päästä esimerkiksi öljynhinta on yli kaksinkertainen verrattuna nykyhintaan. Vuonna 2050 hintojen pitäisi olla yli kolminkertaiset nykytasoon verrattuna. Minusta on jännittävää huomata kuinka kaikki oletukset asioista mistä Breyer et al. eivät pidä ovat niille ikäviä, kun taas kaikki oletukset kivoista asioista ovat niille suotuisia. Aivan kuin joku uskoisi, että mailmankaikkeus on heidän puolellaan.

Päätin summailla sähköntuotannon pääomakustannuksia yhteen saadakseni tuntumaa siihen kuinka suuria kustannuksia arvausten virheet voivat aiheuttaa. Laskin siis vain yhteen sähköntuotannon (mukaan lukien PtG laitokset) pääomakustannukset. Oletin ydinvoiman pääomakustannukseksi 4000€/kW. Tämän alle voidaan päästä, kun rakennamme paljon ja annamme oppimiskäyrien vaikuttaa (ks. yllä IEA:n oletus), mutta pidetään nyt kuitenkin jalat maassa.  Seuraava kuva näyttää kahdessa ensimmäisessä palkissa Breyerin arvaukset heidän “basic 100% RE” skenaarion pääomakustannuksista perustuen hintoihin vuonna 2050 ja 2020. Kolmas vihreä palkki perustuu nykyisiin hintoihin. Jos hinnat eivät putoa niin kuin Breyer olettaa, hänen täysin uusiutuviin perustuvien järjestelmien pääomakustannuksissa on helposti yli 100 miljardin ylimääräinen kustannus. Eikö 100 miljardia ole aika paljon? Kuka tuon riskin kantaa? Millä korolla tuo pitäisi diskontata? Millä hinnalla pankit myisivät Suomelle suojan tuota riskiä vastaan? Miksi Breyer ei huomauta sen olemassaolosta?

Kuvassa viimeiset kolme palkkia näyttävät muuten saman “Business As Usual” skenaariolle. Kuten näkyy niissä hintariski on merkittävästi alhaisempi. Breyerin oletukset pääomakustannuksista ovat melko hyvin linjassa sen kanssa mitä ne ovat nykyäänkin.

Hokkus pokkus. 100 miljardia sinne tai tänne.

Päätin vielä tarkistaa hinnat parissa vaihtoehtoisessa skenaariossa. Ensinnäkin skenaario missä korvaan “low bio 100% RE” skenaarion tuuli- ja aurinkovoimalat lähinnä ydinvoimalla. Pidän kuitenkin saman verran vesivoimaa kuin “low bio” skenaariossa oli. Ydinvoima kapasiteetti on sellainen, että sähköntuotanto on sama kuin Breyerin skenaariossa ja ylijäämä tuotanto syötetään power to gas laitoksiin (minimi sähkön kulutukseksi oletin n. 6 GWe). Koska ydinvoimaloiden kapasiteettikerroin on korkeampi, PtG laitosten kapasiteetti voi olla paljon alhaisempi. Arvioin pääomakustannusten olevan n. 90 miljardia alhaisemmat kuin Breyerin skenaariossa. Jos oletamme saman hyötysuhteen PtG prosessille kuin Breyer (ja mysteerilähteen hiilidioksidille), tämä skenaario muuten tuottaisi kaasua suunnilleen sen verran, että energiasisältö on liki sama kuin liikenteessä kuluva energia nykyään. Koska kaasua ei tarvita sähköntuotannon heilahtelun paikkaamiseen, se voisi potentiaalisesti dekarbonisoida myös liikenteen, poistaen tarpeen biopolttoaineille (ja niiden aiheuttamalle ympäristövahingolle) sekä sähköautojen akuille. Ydinvoimalat toki tuottaisivat myös valtavasti lämpöä, jonka turvin myös lämmitystä voisi dekarbonisoida (tai lämpöä voisi käyttää hiilidioksidin hankkimiseen).

Kuvan viimeinen palkki näyttää vastaavan skenaarion, mutta siinä ydinvoimaloiden kapasiteetti valittiin sellaiseksi, että ne riittävät kattamaan maksimikulutuksen. Ylijäämä syötettiin sitten taas PtG laitoksiin. Nyt kaasua tuotetaan noin puolet vähemmän, mutta pääomakustannukset ovat tietenkin alhaisempia. Säästöä Breyerin visioon n. 144 miljardia.

Pääomakustannukset kolmessa eri vaihtoehdossa. Keskimmäinen nojaa ydinvoimaan (+vesivoima) ja tuottaa sillä saman sähkömäärän kuin Breyer et al. low bio 100% RE skenaario. Viimeinen nojaa myös ydinvoimaan, mutta kapasiteetti on “vain” riittävä kattamaan huippukulutus. Molemmissa ylijäämäsähkö syötetään PtG prosessiin samoin kuin Breyer et al. skenaariossa.

Olen aikaisemmin leikkinyt ajatuksella synteettisistä polttoaineista. Viimeisessä kuvassa näytän kapasiteetin käyttöasteen PtG laitoksille eri skenaarioissa. Kuten on ilmeistä ydinvoimapohjaisissa skenaarioissa käyttöaste on paljon korkeampi. Jos käytän Breyerin kustannuslukuja (eletään vaarallisesti) vuodelle 2020, tämä näyttää tarkoittavan, että synteettisen kaasun hinta enemmän ydinvoimaa sisältävässa skenaariossa on yli 40% alhaisempi kuin Breyerillä. Just sayin.

PtG laitosten käyttöasteet kolmessa vaihtoehdossa.

Breyer ja Child toteavat esityksessään:
“Results suggest that a 100% RE scenario is a highly competitive cost solution compared to other test scenarios with increasing shares of nuclear power and a Business As Usual (BAU) scenario”. Perustuen ylläolevaan, minusta he eivät osoittaneet tätä. Teemasta enemmän kiinnostuneiden kannattaa muuten tulla mukaan Suomen ekomodernistien Facebook-ryhmään.

Lisäys: Tämä ei siis ollut missään nimessä perinpohjainen kommentaari kaikesta minkä uskon olevan pielessä Lappeenrannan skenaarioissa. Niissä tuulisena kesäpäivänä tuotanto olisi paljon suurempi kuin mitä nykyinen verkko voi siirtää, mutta keskustelu verkkokustannuksista yms. puuttui täysin. Synteettisen kaasun tuotanto on myös esitetty ympäripyöreästi. Eräässä paperissa Breyer et al. väittävät CO2 tonnin hinnan ilmasta kerättynä olevan alle kymmenesosa siitä mitä asiaa tutkineet tutkijat sanovat. Lähteenä oli jonkun yrityksen verkkosivut ja keskustelut yrityksen edustajien kanssa. Olisi myös kiinnostavaa tarkistaa vaadittava investointitahti vuodessa. Koska minun esittämissäni skenaarioissa infrastruktuuri on pidempi ikäistä, tällä olisi ikävä taipumus suosia niitä.

Kumulatiivinen nykyarvo: aurinkosähkö vs. ydinvoima

Törmäsin FinSolarin esitykseen aurinkosähkön mahdollisuuksista Suomessa. He jakavat myös hienosti kustannusten arviointiin Excel-tiedostoa, joka laskee sijoituksen “kumulatiivisen nykyarvon”. Heidän tehtävänään on toki markkinoida omaa vaihtoehtoaan joten ei ole yllättävää, että he eivät esitä kysymystä voisiko nykyarvo kenties olla korkeampi, jos sijoitammekin rahat johonkin muuhun vaihtoehtoon. Excel-tiedoston pohjalta on tietenkin helppoa tehdä sama lasku samoin periaattein myös ydinvoimalle. Meidän täytyy vain vaihtaa kapasiteetin vuosituotanto, elinikä sekä pääomakustannukset. Tiedosto ei ota huomioon käyttökustannuksia, mutta koska ne ovat alhaisia sekä aurinko- että ydinvoimalla vertailuun tällä ei ole suurta merkitystä.

Tässä siis minun FinSolarin tiedoston pohjalta täydentämäni taulukko, jossa vertaan aurinkosähkön ja ydinvoiman “kumulatiivista nykyarvoa”. Yhteenvetona esitän kaksi kuvaajaa tuloksista. Ensimmäisessä sähkönhinta nousee 2% vuodessa ja jälkimmäisessä hinta pysyy vakiona. Pikaisella katsomisella vaikuttaa melko selvältä kumpi vaihtoehto on kannattavampi.

Kumulatiivinen nykyarvo suhteessa pääomakustannuksiin nollakorolla. Oletin aurinkosähkölle pääomakustannuksen 1500€/kW ja ydinvoimalle 4000-5600 €/kW.

Kumulatiivinen nykyarvo suhteessa pääomakustannuksiin nollakorolla ja ilman sähkönhinnan vuosittaista 2% nousutahtia. Oletin samat pääomakustannukset kuin edellisessä kuvassa.

Kirja: Uhkapeli ilmastolla

Sopivasti vaalien alla ilmestyi uusi kuvia kumartamaton kontribuutio ilmasto- ja energiakeskusteluun. Janne Korhosen ja Rauli Partasen kirja “Uhkapeli ilmastolla” kannattaa ehdottomasti hankkia. Kirja keskittyy moniin teemoihin, joita itsekin olen nostanut esiin. Kirja ei myöskään ole paksu vaan on selvästi tarkoitettu nopeasti luettavaksi ajatusten herättäjäksi ja (kuten kirjoittajat itsekin kertovat) keskustelun avaajaksi. He perustavat väitteensä asiallisiin tutkimuksiin ja lähteisiin, joita esimerkiksi ympäristöjärjestöt itse tuntuvat pitävän luotettavina ainakin silloin, kun viesti sopii ennakkoasenteisiin. (Itse asiassa osa lähteistä on järjestöjen itse tilaamia tai kirjoittamia raportteja.)

Kirja paneutuu ympäristöjärjestöjen huolestuttavaan sinisilmäisyyteen uusiutuvan energian mahdollisuuksista ja etenkin väitteisiin, että mitään muuta kuin uusiutuvia ei tarvita. Kirjassa esitetään esimerkiksi oheinen IPCC:n SSREN raportiin perustuva kuva 164 skenaariosta ja siitä minkälainen rooli uusiutuvilla voisi olla vuonna 2050. AINUTKAAN skenaario ei kyennyt tyydyttämään edes nykyistä energiankulutusta pelkästään uusiutuvilla ja tämä raportissa, jonka tekijät omasivat positiivisen ennakkoasenteen alaa kohtaan.

Keskusteltuaan tämän uskomuksen vaarallisuudesta suhteessa ilmaston muutoksen torjuntaan kirjoittajat jatkavat käsittelemään laajalle levinnyttä vääristelyä  ydinvoimasta ja säteilysuojelusta. Tiiviissä ja hyvin luettavassa paketissa he debunkkaavat yleisimmin esitetyt uskomukset sekä teemaan liittyvästä tieteestä kuin myös keskustelusta eri energialähteiden taloudellisuudesta.

Tekijät varoittavat harjoitetun epärehellisyyden vaarantavan ei ainoastaan työn ilmastonmuutoksen torjumiseksi vaan myös nakertavan pohjan uusiutuvan energian lisäämiseltä. (Amen to that!)  He ilmoittavat myös olevansa valmiita korjaamaan väitteitään mikäli kuulevat parempia perusteluja. Eli jos olet kirjan luettuasi heidän kanssaan eri mieltä, ryhdy pohtimaan järkevämpiä argumentteja kuin ne mitkä tässä kirjassa ammutaan alas.

Ensi keskiviikkona 11.3 järjestetään muuten Bio Rexissä Helsingissä energiakeskustelu. Jos olet onnekas, saatat saada kirjan paikan päältä.

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.

Wallstreetin ihanat pankkiirit

Nyt ympäriinsä poukkoilee “uutisia” siitä kuinka UBS ja Citi pankit ovat kirjoitelleet uusiutuvia hehkuttavia “tutkimuksia”.  UBS hehkuttaa sähköautoja, niiden lataamiseen käytettäviä aurinkopaneeleita ja akkuja. Sähköauton hinta on kuulemma jo nyt kilpailukykyinen konventionaalisen auton kanssa. Tavalliseksi autoksi on valittu noin 100000 euroa maksava Audi A7. “An Audi limo for those who like to drive as well as waft about in luxury”. Nämä ihmiset eivät tunne häpeää. Koko raporttia en ole lukenut, mutta perustuen “kopioi ja liitä”- toimittajien kertomaan, sen täytyy olla naurettava. Kustannussäästöjä kuvitellaan saataviksi siitä, että nämä Audi A7:n sähköautoon vaihtavat voivat välttää verkkosähköön liittyviä siirtomaksuja ja energiaveroja. Visio on vakavalla naamalla esittää, että muu yhteiskunta maksaa näiden talouksien edelleen vaatimat verkkoinvestoinnit ja että valtio ei nosta energiaverojen tuoton pienentyessä muita veroja…etenkään näille joilla on varaa auton ympärille kasattaviin satojen tuhansien investointeihin.

Tavallinen auto

Citi taas kertoo meille avuliaasti seuraavaa…
“In the US, the cost of equity is being lowered by the emergence of “YieldCos” – a tax efficient structure that creates dividend growth for equity investors. With reduced equity costs, buyers of contracted solar assets are able to pay for these with 7-10 per cent IRRs on equity in current market conditions…Citi says the industry continues to make meaningful advances in financial and tax structures to create stability in cash flow for renewable assets… Once developed, certain companies have structured vehicles to efficiently transfer cash flow between jurisdiction and ultimately their shareholders. These developments, coupled with lower debt and equity costs is making solar more affordable and increasing demand for solar power.”

Tällä ei ole mitään toistan MITÄÄN tekemistä raportin sisällön kanssa!

Jipii! He ovat siis innoissaan kehittämässä uusia innovatiivisia instrumentteja, jolla veroja voidaan vältellä ja riskejä voidaan paketoida ja siirtää sijoittajalta toiselle. Riskien ostajille ne myydään alhaisen riskin sijoituksena (eihän lueta pienellä kirjoitettuja varoituksia) sen varaan, että hintojen lasku jatkuu ikuisesti ja markkinat paisuvat. Tässä mikään ei voi mennä pieleen! Erityisesti sitä, että alan yritykset ovat tappiollisia jopa Kiinassa, ei todellakaan tarvitse pohtia. Raportin lopussa kerrotaan pikaisesti, että heillä on merkittäviä taloudellisia intressejä juuri niissä firmoissa joiden osakkeita he suosittelevat (äkkiä! Tickerit ovat FLSR, SPWR ja EIX). Tällä ei tosin selvästikään ole mitään tekemistä yhtään minkään kanssa, koska kaikkihan tietävät, että investointipankkiirit tekevät pyyteettömästi tutkimuksia ihan tavallisten ihmisten hyödyksi.

Minua muuten ihmetyttää (edelleen) se miksi niin moni itsensä vasemmistolaiseksi mieltävä on kieli pitkällä Wallstreetin suuntaan, kun kyse on uusiutuvista. Logiikka menee ehkä jotenkin näin. 1) Hyvät tyypit puhuvat kivasti uusiutuvista. 2) Wallstreetin pankkiirit eivät ole kivoja ja näkevät voitonteko mahdollisuuksia uusiutuvissa. Näistä sitten seuraa konkluusio, että uusiutuvat ovat mahtavia. Jossain tuossa on looginen virhepäätelmä.

Näillä Wallstreetin “tutkimuksilla” näyttää olevan yhteisenä piirteenä, että niitä ei tahdo löytää niistä kertovien juttujen seasta. Pankit ilmeisesti lähettävät “tutkimukset” toimittajille tai markkinamiehille, jotka he tietävät sinisilmäisiksi. Nämä sitten kirjoittavat kritiikittömiä juttuja, jotka leviävät mediassa ilman, että juuri kukaan edes vaivautuu (tai kykenee) lukemaan alkuperäisiä väitteitä ja niiden tueksi esitettyjä argumentteja. Tämä taktiikka maksimoi “positiivisen” buzzin ja minimoi kriittisen tarkastelun. Mutta koska pohjalla olevat “tutkimukset” ovat järjestään hyvin pintapuolista ja tarkoituksenhakuista hömppää, varsinaista positiivista kontribuutiota ymmärryksen edistämiseen ei ole.

Sivistynyt yhteiskunta ja sen vaatima teholähde

1: Choose what you want in society (Prieto&Hall) 2: Choose an energy source that can power it (Weißach) #energy #EROI pic.twitter.com/tFSX5O24rT

— John Morgan (@JohnDPMorgan) July 20, 2014

John Morgan tiivisti asian hyvin kahteen kuvaan twitterissä. Ensimmäinen kuva antaa arvion siitä kuinka paljon energiaylijäämää (EROEI) tarvitaan erilaisten yhteiskunnan aktiviteettien pyörittämiseen. Historian lukeminenkin opettaa,että moni mukavan sivistyneen yhteiskunnan ominaispiirteistä (terveydenhuolto, kulttuuri, koulutus…) syntyi vasta, kun korkean EROEI:n polttoaineita/tekniikoita alettiin käyttämään. Hallin ja Prieton arvio on, että nämä aktiviteetit vaativat EROEI:n, joka on yli 10.

Jos näitä asioita arvostaa ja ne haluaa omaan ihanneyhteiskuntaansa, loogisesti herää kysymys mitkä energian lähteet voivat riittävän korkean EROEI:n aikaansaada? Morganin toinen kuva vastaa tähän kysymykseen perustuen tuoreeseen D. Weißbach et al. tutkimukseen. Valitettavasti sen enempää tuulivoima, aurinkosähkö kuin bioenergiakaan ei tähän pysty, kun energian varastoinnin tarve otetaan (jossain määrin) huomioon. Jos haluamme energianlähteen, jonka hiilidioksidipäästöt ovat pienet ja joka pystyy sivistynyttä yhteiskuntaa pyörittämään (kuulostaa kivalta eikö totta?), jäljelle jää kaksi vaihtoehtoa — vesivoima ja ydinvoima. Aiheesta lisää esimerkiksi täältä.