Helsingin lämmittäminen…lukuja

Vihreät esittävät haasteen todellisista keinoista torjua ilmastonmuutosta. Aivan oikein kaivattiin konkretiaa ja lukuja pöytään.

kuulin “lukuja pöytään”-kutsun

Triggered. Laitan tässä joitain lukuja pöytään liittyen lähinnä pääkaupunkiseudun lämmitysratkaisuihin. Näitä voi hioa eikä niiden ole tarkoitus olla erityisen tarkkoja vaan lähinnä kartoittaa suuruusluokkia ja näiden suuruusluokkien implikaatioita. Siis tehdä sellaista mikä itsestäni on hauskaa. Joku muu saa täyttää yksityiskohdat.

Mitä vaihtoehtoja meillä on dekarbonisaatioon? Esimerkiksi Irti hiilestä kampanjassa ei enää innostuta biomassasta (aivan oikein), energiatehokkuudesta pidetään kuten myös maalämmöstä ja aurinkolämmöstä. Ydinlämpöä ei haluta (ei voi rakentaa lähelle keskustaa, ei ole relevantti ja erityisesti ei ole taloudellisesti kannattava…herättäen kysymyksen siitä, mikä vaihtoehto on?) . Tämä on ymmärtääkseni nykyään melko yleinen toivelista ja olkoonkin, että sille harvemmin lyödään lukuja pöytään, joilla sitä voisi konkretisoida. Moni on myös edelleen jonkinlaisessa kognitiivisen dissonanssin tilassa puunpolton suhteen. Sitä vaadittiin vielä muutama vuosi sitten paljon lisää, nyt se on hallituksen vika samaan aikaan, kun laiva ajautuu kohti haaksirikkoa hiljaisuuden vallitessa kunnallistasolla. Hiilentalteenottoa ei halua oikein kukaan, mutta jos en väärin muista joku vanhempi Helenin dekarbonisaatiostrategia nojasi sen maagiseen ilmestymiseen 2020-luvun lopulla. (Isossa-Britanniassa Greenpeace muuten ehdottaa raikkaasti fossiilisten polttoaineiden polttoa sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksissa. On siis niitäkin ympäristöjärjestöjä joiden mielestä Helsingin nykyinen lämmitysjärjestelmä kelpaa esikuvaksi. Hämmentävää, mutta totta.)

Sitten on vaihtoehtoja, jotka pistän toistaiseksi kategoriaan diiba-daaba. Näitä ovat: kunnianhimoinen, moderni, hajautettu, kestävä, ketterä, joustava, tulevaisuuden energiavaihtoehto, taloudellisesti kannattava hybridivaihtoehto, pienenergia ja puhtaampi vaihtoehto. Lista täydentyy, kun uutta höttöä pöhistään. Näitä ei ole ainakaan tällä hetkellä tarkoitettu valaisemaan todellista vaihtoehtoa vaan lähinnä kätkemään sen puute. Jos näihin joskus saadaan substanssia mukaan, voin toki vaihtaa niiden kategoriaa. (Joskus tenttejä korjatessa näen kuinka vähemmän opiskelleet heittelevät epätoivoisesti aiheeseen liittyviä termejä sinne tänne toivoen, että joku niistä tarttuu riittävän hyvin muutaman säälipisteen ansaitsemiseksi. Lähes poikkeuksetta suoritukset epäonnistuvat.)

Tarkastellaan nyt lyhyesti neljää “oikeaa” vaihtoehtoa. Ydinlämpö, maalämpö, aurinkolämpö ja energiatehokkuus. Laitan tavoitteeksi sen, että lämpöä tuotetaan noin 7.5TWh. Se mikä tarve tarkkaan ottaen on, on nyt epäolennaista. Tuollaisesta suuruusluokasta kuitenkin puhutaan mikäli Helsinki aiotaan dekarbonisoida. (Keskimääräinen lämpöteho olisi siis noin 900MWth tosin kausivaihtelu on hyvin suurta ja talven kulutuspiikkejä varten tarvittaneen erillisiä huippukulutuksen kattiloita ratkaisussa kuin ratkaisussa.) Suoran sähkölämmityksen sivuutan lähinnä siksi, koska olemassa olevan kaukolämpöverkon yhteydessä meidän pitäisi pystyä parempaankin. (Lisäksi osa sähkölämmittäjistä näkee tämän lähinnä keinona dumpata tuulivoiman mahdollisen ylituotannon lämmöksi. Tämä voi olla marginaalissa järkevää, mutta ei tuota vaadittua dekarbonisaatiota.)

Ydinlämpö: Voinemme olla samaa mieltä siitä, että Olkiluodon projekti sössittiin pahoin ja maksoi enemmän kuin mitä olisi voinut toivoa. Sanotaan, että siihen upotettiin noin 5.6 miljardia euroa/GWe. Mikäli lämpöä muutetaan sähköksi noin kolmanneksen hyösuhteella tuo tarkoittaisi lämpötehona noin 1900€/kWth (lopun “th” implikoi lämpöä). Mikäli meitä kiinnostaa pelkästään kaukolämmön tuotanto voisimme luopua generaattoreista eikä varmaan olisi mitään syytä korkeapaineiselle vedelle eikä siihen liittyvälle höyryräjähdyksen riskinhallinnalle. Pääomakustannukset voisivat siis olla huomattavasti tuota alhaisempiakin, mutta yritetään nyt olla asiaankuuluvan pessimistisiä. Elinikä laitoksella varmaan vähintään 60 vuotta…olisiko kenties enemmänkin, koska toimintaolosuhteet ovat vähemmän rasittavat? Tilankäyttö on epäselvää ja varmasti riippuisi nimbyilyn lisäksi siitä miten STUK tuollaista päättäisi säädellä. Varmaan joka tapauksessa olisi syytä sijoittaa se tiiviimmän asutuksen ulkopuolelle. Tuossa kuitenkin ensimmäinen luku pöydässä….jatketaan…

Maalämpö: Tätä on hankalampaa arvioida, koska erilaisia vaihtoehtoja voi olla monia riippuen siitä kuinka syvälle halutaan porata, käytetäänkö lämpöpumppuja, ollaanko maalla vai merellä jne. jne. Hankaluus ei ole kuitenkaan sama asia kuin mahdottomuus. Lähdetään nyt siitä reunasta liikkeelle minkä lukuja jo tunnemme omakotitalojen maalämpöratkaisujen kohdalta. Sanotaan, että tämän esimerkin (otan mahdollisimman alhaisen hinnan niin, että erehdyn luultavasti optimismin puolelle) mukaisesti 15000€ remontilla porataan 160 metrin kaivo ja siitä saadaan 27MWh lämpöä vuodessa. Keskiteho olisi siis noin 3kWth. Toisin sanoen saamme arvion noin 5000€/kWth. Toinen luku pöydässä. Great success! Laitteiston pyörittäminen vaatisi lisäksi näköjään keskimäärin noin 700W sähkötehoa. Jos se olisi tuulivoimaa ja integrointihaasteita ei ole (niitä tietenkin on, mutta ollaan asiaankuuluvan optimistisia)…ehkä noin 2000-3000€ hintalappu eli noin tonni lisää edelliseen per kWth arvioon.)

Näiden matalien maalämpökaivojen minimietäisyyden tulisi olla Espoossa (varmaan about sama muualla) noin 15 metriä. Jos tuottaisimme 7.5TWh lämpöä tuollaisilla, tilaa vaadittaisiin noin 63 neliökilometriä eli noin kolmannes Helsingin pinta-alasta. (Esimerkiksi Hiilivapaa Suomi kampanja kaipaa ratkaisut lähelle kaupunkikeskustaa eli jonkinlaisia vaikutuksia tuosta voi olla.) Kaupungin alla olevan kallion jäähtyminen olisi varmaan relevantti asia jo vuosikymmenen aikavakiolla eli kovin pitkäaikaiseksi ratkaisuksi en tuota uskaltaisi sanoa. (Niin ja maalämpöhän ei siis ole “uusiutuvaa lämpöä”. Kallio ei uudelleen lämpene meille nyt relevantissa aikaskaalassa.) Vaaditun pinta-alan ja korkeampien tuotantokustannusten vuoksi epäilen, että tämä on toimiva ratkaisu lähinnä yksittäisissä taloissa. Sitä on vaikeaa skaalata tasolle mikä olisi merkittävä koko kaupungin lämmöntarve huomioonottaen. Olisi tietenkin mukavaa olla väärässä.

Huom. (lisäys 13.9.2018): kommenteissa Petteri korjasi kerrostalo maalämpöjärjestelmien hintaa mahdollisesti alaspäin. Tässä on esimerkki järjestelmästä, joka ehkä maksoi noin 2500-4000€/kWth. Kaikkia tarvittavia lukuja ei annettu joten jouduin hiukan arvailemaan. Epävarmuutta aiheuttaa ennen kaikkea se mitä kaukolämmön hinnaksi oli oletettu päädyttäessä 90000€ vuosikustannuksiin ja mikä systeemin lämmöntuotanto oikeastaan on.

Voimme myös porata syvemmälle. Lämpötila nousee syvemmälle mennessä kuten myös kivimassan määrä mistä lämpöä voi louhia. Tällaisia reikiä ei tarvittaisi niin paljon, koska reikäparista saa suuremman lämpötehon ulos. Jos menemme riittävän syvälle, on lämpötila niin korkea, että lämpöpumppuja ei välttämättä edes tarvita. Suomi on kuitenkin paska maa…tässä asiassa. Siinä missä esimerkiksi Islannissa vesi voi kiehua jo alle kahden kilometrin reiässä, meillä pitää mennä yli 5 km. Otaniemessä porataan noin 7 km syvyyteen. Onko tällä väliä? No jos googlaan porauskustannuksia löydän geologin arvioita, joissa porauksen kustannukset nousevat jotakuinkin lineaarisesti pariin kilometriin saakka, mutta jonka jälkeen kustannus nousee nopeammin. Samaan lämpötilaan pääsy voi meillä edellyttää 7km reikää, kun muualla 2 km riittää. Kustannus voi meillä olla tästä noin 6 kertaa korkeampi kuin suotuisemmilla alueilla. (Siihen on kuitenkin syynsä miksi tätä harrastetaan enemmän Islannissa.) Toivottavasti St1 lyö luvut pöytään Otaniemen projektistaan (kun se joskus toivottavasti valmistuu) niin, että kustannuksia voi varmemmalta pohjalta vertailla. Lähtökohtaisesti kustannukset voinee olettaa korkeiksi, koska muussa tapauksessa tätä tehtäisiin jo nyt paljon meitä paljon suotuisimmilla alueilla.

Lämpötila 5 km syvyydessä

Aurinkolämpö: Esimerkkinä aurinkolämmön mahdollisuuksista on mainittu tanskalaiset, jotka ovat rakentaneet esimerkiksi Marstalissa aurinkolämpölaitoksen, joka kattaa noin puolet kylän lämmön tarpeesta (kesällä, syksyllä ja alkutalvella).

Kuvan lampaat eivät liity tapaukseen

On hyvä huomata, että Marstal tuottaa toisen puolen lämmöstään biomassaa polttamalla. Se ei siis ole tältä osin erityisen hieno esimerkki kestävästä energiantuotannosta. Mutta mihin Marstal kykenee ja mihin hintaan? Marstalissa kerätään auringosta lämpöä ja sitä varastoidaan lämmön kausivarastoon (27 asteessa, koska alhaisen lämmön varasto vuotaa vähemmän). Tästä varastosta lämpöä sitten käytetään nostamalla lämpötilaa lämpöpumppujen avulla korkeammaksi. Kun lämpö talvella loppuu, aletaan polttamaan puuta. Lystistä voi joutua maksamaan 15.1 miljoonaa euroa, jolla saa noin 2.8 MW keskimääräisen lämpötehon. Tuosta siis noin puolet oli peräisin puun poltosta. Kolmantena lukuna saamme siis 5400€/kWth ratkaisulle, jonka kestävyys on vielä puunpolton seurauksena hiukan work in progress asteella. Puunpolton vähentäminen nostaa hintaa merkittävästi.

Tilaa Marstal-ratkaisun aurinkolämpöosa voisi vaatia noin 20 neliötä per asukas eli neljän hengen kerrostalossa asuva perhe vaatii suunnilleen asuinneliöiden verran lisätilaa (ja sitä tilaa ei voida rakentaa kerroksittain). Jos tähtäisimme 7.5TWh tuottamiseen aurinkolämmöllä, tilaa vaadittaisiin yli 10% Helsingin pinta-alasta…3-4 keskuspuistoa riittänee. Laitan tuossa alla arvion kartalle. Vaikutukset maankäyttöön ovat riittävän suuret, että niistä varmaan pitäisi keskustella. Millainen hintalappu sille maalle pitäisi itse asiassa lätkäistä? Kuka tuo luvun pöytään? Mikään sotasuunnitelma ei kestä ensikosketusta viholliseen (von Moltke), mutta tässä se ei välttämättä kestä edes ensikosketusta omiin joukkoihin.

7.5 TWh aurinkolämpöä voisi vaatia suunnilleen tämän kokoisen alan.

Elinikä? Ehkä 25 vuotta? Aurinkolämmöllä voi olla oma roolinsa esimerkiksi lämmöntuotannossa kesällä yksittäisissä taloissa, mutta hiukan vaikuttaisi siltä, että koko kaupungin lämmöntarpeesta se tuskin tukee kattamaan kuin pienen osan.

Energiatehokkuus: Tämä on kategoria millä ongelman suuruus usein piilotetaan. Poistetaan vain taulukossa leijonan osa energiankulutuksesta tehokkuuden nimissä, niin luonnollisesti jäljelle jäänyt osa on merkittävästi pienempi. Mikäli tätä tekee vakavasti olisi kuitenkin syytä antaa niille negawateille hintalappu. Tämä monelta unohtuu. Tätä on oikeastaan mahdotonta arvioida ellei spesifioida tehtyä remonttia, lähtö- ja lopputilaa ja sitä osaa remontista mikä liittyy juuri energiansäästötoimiin. On kohteita missä hukkalämmön tiheys on niin suuri, että se voidaan lämpöpumpuilla kannattavasti käyttää hyväksi. Sekä Helsingissä, että Espoossa näin tehdään jätevesistä jo nyt. Nämä efektiivisesti tehostavat fossiilisten polttoa (hyvä asia), mutta eivät poista niiden tarvetta (ei niin hyvä asia).

Konkretian nimissä oletetaan kuitenkin esimerkiksi julkisivuremontti, joka leikkaa lämmityksen tarpeesta noin 10%. Remontti maksaa kolmiossa esimerkiksi 25000 €. Jos alussa lämpöä kului noin 15 MWh/vuosi ja KAIKKI kustannus pistetään energiansäästön piikkiin, päädymme lukuun 125000€/kWth. Ei se oikeasti noin paljon maksa, mutta jos edes 10% kokonaiskustannuksista liittyy energiansäästötoimiin, olemme vieläkin 10000€/kWth (neljäs luku pöydässä) kalliimmalla puolella. Pointti on, että kun negawatille aletaan etsimään hintaa, voimme usein löytää järkevän syyn miksi asunnonomistajat mieluummin ostavat lämpöä HELENiltä kuin sijoittavat rahansa negawatteihin. Joko saavutettu säästö on niin pieni, ettei se monia kiinnosta tai sitten se on niin kallis, ettei siitä haluta maksaa. Negawattien rakentamistahtia varmasti rajoittaa suurten remonttien harvinaisuus joten niillä saatava päästövähennystahti on riittämätön. Kerran 30-vuodessa aikaansaatu 10-20% säästö ei riitä yhtään mihinkään. Peukkuja kuitenkin niille, jotka tällaista remonttia jaksavat ajaa omassa taloyhtiössään esimerkiksi kerran vaalikaudessa. Onnistuminen vaatii melkoista neuvottelutaitoa, kun on niitäkin asukkaita, jotka eivät näistä remonteista erityisemmin pidä.

Summa summarum. On mahdollista lyödä joten kuten perusteltuja lukuja pöytään ilman suuria vaikeuksia ja näillä luvuilla pitäisi mielestäni olla joku rooli järkevässä keskustelussa.

Dekarbonisaatio, jossa sallitut vaihtoehdot rajataan lähtökohtaisesti ilman todellista vaihtoehtojen vertailua, ajautuu suurella todennäköisyydellä umpikujaan, jolloin jäljelle jäävät fossiilisten ja puiden poltto sekä dekarbonisaatiossa epäonnistuminen. Business as usual siis. Lisäksi vaarana on rajallisten paukkujen tuhlaaminen dekarbonisaation kannalta suhteellisen helpolla sektorilla niin, että niitä ei enää riitäkään hankalammille sektoreille kuten liikenteeseen. Epäonnistuminen on valitettavasti realistinen mahdollisuus.

Lisäys 13.9.2018: Tässä muuten tuoreesta Konsta Värrin gradusta arvio lämmön hinnalle eri vaihtoehdoilla. Gradussa tätä laskettiin oikeasti eikä tyydytty nopeasti tehtyihin arvioihin pääomakustannuksista kuten tässä blogikirjoituksessa.

Lisäys 22.9.2018: Tässä tuore esimerkki siitä kuinka tuulivoimaa halutaan muuttaa lämmöksi ja pistää kaukolämpöverkkoon. Laitetaan nyt sillekin luku pöytään. Voimala maksanee esim. 1300€/kW, sanotaan 30% kapasiteettikerroin…eli suora sähkölämmitys tuulivoimalla noin 4300€/kWth. Tuo ylijäämän dumppaaminen ei valitettavasti poista tarvetta poltolle ja tuottaa marginaalisia päästövähennyksiä. Nyt tarvitaan muutakin kuin kosmetiikkaa.

Lähde: “Market Potential of Small Modular Nuclear Reactors in District Heating”: Konsta Värri (SMR HOB tarkoittaa small modular reactor heat only boiler eli jotain sen suuntaista mitä itselläni oli mielessä)

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.

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.

40% aurinkosähköä

Luin äskettäin Satu Hassilta, että 40% Suomen sähköstä voitaisiin tuottaa aurinkosähköllä, jos vain käytössä olisi muutama kWh sähkövarastoa kutakin kapasiteetin kilowattia kohden. (Tai siis näin tulkitsen hiukan epäselvää lausetta.) Näitä varastointiratkaisuja taas voi tarjota Hassin mukaan Tesla (30). Tuttuun tapaan vertailu vaihtoehtoihin puuttui (1) joten täydennetään sitä hiukan. Mallinsin Suomen aurinkosähköntuotantoa perustuen Alaskan insolaatioprofiiliin ja kulutusprofiili on napattu Tanskasta. Linkki dataan jolla voi leikkiä on tässä.  Oletin ettei varastoinnissa ole mitään hukkia (optimistista) ja sen määräksi 3kWh/kW. Tätä varastoa sitten ladataan, kun on ylituotantoa ja puretaan muuten.

varastoinnista. (Varoitus: huomaa, että tuo linkattu kertomus perustuu artikkeliin, jossa akkujen kustannuksia on kerätty mm. googlaamalla uutisia netistä ja teollisuuden väitteitä. What could go wrong?)

No mitä opimme? Rakentamalla liki 40 GW paneeleita ja varastot voimme todellakin kattaa 38% kulutuksestamme (Kuva 1)! Tässä kohdin on yleistä ilmaista innostumista ja antaa tunnelinäön vahvistua. Katsotaan nyt kuitenkin mitä tuo oikeasti tarkoittaa.

Hyvältä näyttää!

Ensinnäkin maksaisimme paneeleista (siis paneeleista asennettuna) noin 56 miljardia ja 22 miljardia varastoinnista. (Jos unohdamme varaston, osuus jää 26% tasolle koska reilu 10TWh hukataan kirkkaina kesäpäivinä jolloin tuotanto ylittää kysynnän moninkertaisesti.) Lisäksi jäljelle jäävä 62% kulutuksesta näyttää kuvan 2 mukaiselta. Kolossaalinen aurinkosähkön rakentaminen jätti edelleen tarpeen kapasiteetille, joka voi kattaa kaiken kulutuksen. Sitten kukin voi miettiä mikä on se hiiletön energianlähde, joka on taloudellinen tuollaisella tuotantoprofiililla? Vesivoimaa ei ole tarpeeksi ja biomassa ei ole ilmastoneutraalia (eikä sitä ole tarpeeksi). Ydinvoimaa taas ei kannata ajaa tuollaisella profiililla, koska se voi aivan yhtä hyvin olla päällä 24/7.

Kuva 2: Se osa kulutuksesta jota aurinkosähkö ja varasto eivät kata. Vaadittu teho on sama kuin ilman aurinkosähköä.

No mitä jos päätämmekin kattaa 40% kulutuksestamme ydinvoimalla? Tulos on kuvan 3 mukainen. Pääomakustannukset ovat rajusti alhaisemmat, varastoa ei tarvita ja jäljelle jäävä kulutusprofiili on merkittävästi helpompaa dekarbonisoida. Jos paneeleiden elinikä on 30 vuotta, akkujen 15 vuotta (optimismia) ja ydinvoimalan 60 vuotta, aurinkosähköviritelmä vaatii pääomia noin 3350 miljoonaa/vuosi. Ydinvoimalla 270 miljoonaa/vuosi riittää. Toinen on toista suurempi tekijällä 12. Just sayin. Minusta on käsittämätöntä, että näin triviaalia asiaa tarvitsee edes erikseen sanoa yhä uudelleen ja uudelleen ja uudelleen…Huokaus.

Kuva 3: Tuotetaankin 40% ydinvoimalla. Varastoja ei tarvita. (Oletin 4000 €/kW pääomakustannukset). Alla jäljelle jäävä osa kulutuksesta, joka pitäisi vielä putsata. Vaadittu teho on pienentynyt noin 4 GW eli saman verran kuin ydinvoimaa rakennettiin.

P.S. Voimme muuten hullutella kuvittelemalla, että katamme 100% kulutuksestamme aurinkosähköllä. Tarvitsisimme 28TWh varastoja siirtämään kesäajan tuotantoa talveksi. Tesla lähettäisi meille tästä laskun joka olisi noin 30 kertaa bruttokansantuotteemme suuruinen.

Lisätty 15.4.2015: Unohdin mainita, että voimme toki leikkiä samalla tavalla, että rakennamme ydinvoimaloita tuottamaan kaiken kulutuksemme ja varastoimaan ylijäämätuotannon korkean kulutuksen hetkiä varten. Kuinka paljon varastoa tarvitsisimme? Aurinkosähköllä arvio oli 28 TWh ja osoittautuu, että ydinvoimalla 1.8TWh riittää. Kustannukset olisivat siis varastojen osalta alle kymmenesosa. Tämä on edelleen hullua ja on halvempaa rakentaa kapasiteettia kattamaan myös huippukulutus. Ydinvoimalla sen voi tehdä eikä varastointi ole pakollista.

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.

Energian ulkoiset kustannukset ja ECOFYS

Konsulttitalo ECOFYS on tehnyt EU:lle raportin energian kustannuksista, tukiaisista ja ulkoisista kustannuksista. ECOFYS on “aivot” esimerkiksi WWF:n energianvision takana ja heidän töitään linkitetään laajasti ympäristöpiireissä. Koska tätä tuoretta raporttia on kutsuttu EU:n tutkimukseksi, on ehkä hyvä siteerata komissiota itseään. “The studies have been carried out for the European Commission and express the opinions of the organisations having undertaken them. The views have not been adopted or in any way approved by the European Commission and should not be relied upon as a statement of the European Commission’s views. The European Commission does not guarantee the accuracy of the information given in the studies, nor does it accept responsibility for any use made thereof.”  Eli ei, kyseessä ei ole komission kanta.

Kuva 1: Yhteenveto

Raportista on yleensä siteerattu huomiota, että tuulivoima olisi EU:ssa halvin sähkön lähde. En nyt paneudu tähän sen syvällisemmin. Huomautan vain, että tämä tulos on aikaansaatu sillä, että ECOFYS käyttää kustannuksia laskiessaan eri korkoa tuulivoimalle ja ydinvoimalle. Ydinvoiman kustannuksia lasketaan 9-11% korolla ja tuulivoiman 5-7%. Tämä siksi koska ydinvoimalle lätkäistään “Technological risk premium”, joka on rajusti muita vaihtoehtoja korkempi. Joku yksityinen sijoittaja voi varmasti näin tehdäkin, mutta eiköhän syy tähän ole ennen kaikkea pelko siitä, että poliitikot ryhtyvät aktiivisesti romuttamaan investoinnin kannattavuuden ennen kuin se on maksettu takaisin. Kyseessä on siis suurelta osin ulkoinen kustannus, jonka ydinvoiman vastustus aiheuttaa.

Raportista löytyy yhtä sun toista kiinnostavaa. Ensimmäinen kuva antaa tiivistelmän tuloksista ja kuten voi heti todeta ydinvoiman tukiaiset ja ulkoiset kustannukset tuotettua energiayksikköä kohden ovat alhaisia. Aurinkosähkön ja tuulivoiman tuet ovat korkeimpia. Tässä ei ole mitään uutta ja kiinnostavaa on lähinnä se, että jopa ECOFYS on pakotettu tähän johtopäätökseen. Katsotaan tuota ulkoisten kustannusten laskua hiukan tarkemmin. Kuvasssa 2 se pilkotaan tarkemmin osiinsa. Taas on ilmeistä, että ydinvoima kuuluu alhaisten ulkoisten kustannusten energianlähteisiin. Sen ulkoinen kustannus on vain hitusen korkeampi kuin uusiutuvilla.

Kuva 2: Energian ulkoiset kustannukset ECOFYS:n mukaan.

Mutta mutta…huomaatteko kuinka ydinvoiman ulkoista kustannusta dominoi keltainen palkki “depletion of energy resources”? ECOFYS mainitsee tästä ohimennen seuraavaa: “This impact category is named ‘Fossil depletion’ in the ReCiPe methodology. We have renamed this to ‘Depletion of energy  resources’, because we also include uranium depletion in this category, moved from the metal depletion category it is categorised within ReCiPe. ”  Hmmm…kiinnostavaa. Miksi ihmeessä he alkavat siirtelemään uraania kategoriasta toiseen käyttämässään Recipe työkalussa? Kaivetaan syvemmälle.

Kuva 3: Uraania! Tarvitsen uraania!! On vuosi 2150 ja ihmiskunta kärsii, koska ihmiset vuonna 2014 tuottivat energiaa uraanilla. (Perustuu Ecofysin järkeilyyn ydinvoiman ulkoisista kustannuksista.)

Osoittautuu, että ECOFYS laskee sekä fossiilisille, että uraanille ulkoisen kustannuksen 0.05 euroa/(kg oil eq.) kategoriaan ‘Depletion of energy  resources’. Mutta miksi ihmeessä he näin tekevät? Recipe:n tekijät nimenomaan kertovat, että näin EI pidä tehdä.

“Unlike metals, we cannot use the concept of grade to express the quality of oil and gas resources. Conventional oil and gas will simply flow out of the well up to a certain point. After that point is reached it is still possible to extract more, but this will increase the production costs and the production energy requirement. Once the energy price increases, it also becomes possible to extract other unconventional resources, such as tar sands, the use of gas liquids, converting gas to oil or coal to oil etc. This means the increase of costs and energy is not caused by a gradual decrease of ore grade, but because more and more mankind will have to switch from conventional resources to unconventional resources…

Uranium was formed in the same way as all other metals, the characterisation factor for Uranium is thus included in the impact category for mineral depletion and not fossil fuels. ” 

(Lihavointi minun lisäämäni.) Mitä tapahtuisi, jos noudattaisimme työkalun tekijän ohjetta ja laskisimme uraanin “hupenemisen” ulkoisen kustannuksen normaalisti? ECOFYS antaa koko energiasektorin metallien hupenemisen ulkoiseksi kustannukseksi 1.3 miljardia (Annex 3, s. 105). Uraanin osuus voisi siis olla tuosta joku pieni siivu. Jos taas käytämme ECOFYS:n sormeilemaa laskutapaa, uraanin hupenemisen ulkoinen kustannus olisikin 8-9 miljardia. Voimme järkeillä tarkemman arvion lukemalla suoraan Recipen kuvausta. Siellä sivulla 116 kerrotaan, että uraanin hupenemisen kustannus on itse asiassa suunnilleen sama kuin öljyn hupenemisen kustannus PER KILO. Öljykilosta saa energiaa noin 50 MJ, kun taas kilosta uraania saa hyötävässä reaktorissa yli miljoona kertaa tuon verran ja kevytvesireaktorissakin noin 10000 kertaa enemmän. Eli sen sijaan, että hupenemisen kustannus per energia yksikkö olisi sama (niin kuin ECOFYS väittää), uraanille sen kustannus (heidän käyttämänsä lähteen mukaan) on 10000-miljoona kertaa alhaisempi. Tällä tempulla ECOFYS siis paisutti muuten yhdentekevän kustannuserän niin, että se muuttuikin dominoivaksi.

Voimme toki kysyä miksi he näin toimivat? Oma arvaukseni on se, että he tekivät arvion ensin järkevästi, mutta päätyivät tulokseen missä ydinvoiman ulkoinen kustannus oli rajusti alhaisempi kuin monilla uusiutuvilla (poista mielessäsi keltainen palkki kuvasta kaksi ja näet sen itse). Tässä vaiheessa hälytyskellot alkoivat soimaan, koska mitä heidän asiakkaansa sanoisivat, jos he kirjoittavat raportin, jossa on tällainen tulos? He tarvitsivat jonkin teknisesti pienen ja viattoman näköisen tempun, jolla tämä kiusallinen tilanne voitiin välttää. Tempun joka on helppo piilottaa liitteisiin ja niiden viitteiseen siihen luottaen, ettei niitä kukaan kuitenkaan lue.

Kovakaan uurastus tulosten mukiloimiseksi ei kuitenkaan kaikille riitä. Vihreät Euroopan parlamentissa valittavat kuinka raportti ei kuulemme laske ydinvoimaloiden purkamisen kustannuksia kunnolla. Tätä on kuitenkin käsitelty raportissa laajasti (Annex 3 sivulta 59 eteenpäin). He jatkavat purkaustaan tulosten inhottavuudesta…”However external cost calculations for nuclear power are incomplete and the transport sector has not been included at all. It will be a task for the next climate and energy commissioner to complete the interim report with the missing figures.”  Sitä missä laskut menevät pieleen ei kuitenkaan kerrota eivätkä he valita tässä kirjoituksessa keskustellusta ulkoisen kustannuksen paisuttelusta. Kaikkia on selvästi vaikeaa miellyttää.

Palaan varmaan tähän raporttiin joskus myöhemmin. Etenkin tukiaisten ja ulkoisten kustannusten laskeminen herätti minussa monia ajatuksia ja kysymyksiä.

Fennovoimasta

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

Kuumaa ilmaa

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

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

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

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

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.