Tuuli ja aurinko valtaavat markkinat, kun sähköstä tulee ilmastoystävällistä

Tulevaisuudessa sähköä voidaan tuottaa Suomessa pelkästään uusiutuvilla energialähteillä, toisin sanoen tuulella, auringolla ja vesivoimalla. Ensin tavoitteena on kuitenkin, että sähköntuotannosta tulisi päästötöntä.

Jos ilmastonmuutos halutaan pysäyttää, hiilidioksidipäästöjä on vähennettävä radikaalisti. Puhutaan hiilineutraaliudesta, mikä tarkoittaa, että tuotamme vain sen verran hiilidioksidipäästöjä kuin pystymme sitomaan hiilinieluihin. EU on sitoutunut Pariisin ilmastosopimukseen, jonka tavoitteena on hiilineutraalius vuonna 2050.

Tavoitteen saavuttamisessa avuksi tarvitaan ydinvoimaa. Paljon nykyistä suuremman osan energian kokonaiskulutuksesta on lisäksi kohdistuttava sähköön.

– Teollisuuden, liikenteen ja lämmityksen on toimittava paljon nykyistä enemmän vähähiilisellä sähköllä, koska silloin päästään eroon näissä kulutuskohteissa nykyään käytettävästä fossiilisesta energiasta, toteaa energiapolitiikan tutkija ja Jean Monnet -professori Pami Aalto Tampereen yliopistosta.

Harppaus hiilineutraaliin sähköntuotantoon ei ole valtava, sillä jo nyt Suomen sähköntarjonnasta 82 prosenttia on hiilineutraalia, kun mukaan lasketaan myös sähkön tuonti. Jos katsotaan pelkästään teknologista kehitystä, Suomi voisi hyvin olla hiilineutraali jo 15 vuoden päästä eli vuonna 2035, kuten hallitus tavoittelee.

Sähköenergiatekniikan professori Seppo Valkealahti Tampereen yliopistosta laskee, että pelkästään tuulivoimalla voitaisiin 15 vuoden kuluttua tuottaa lähes 60 prosenttia ja aurinkovoimalla 25 prosenttia sähköstä.

– Tuuli- ja aurinkovoima ovat teknologian kehityksen ansiosta kilpailukykyisimpiä sähköntuotantomuotoja suurimmassa osassa maailmaa. Suomessa tuulisähkö on jo kannattavaa, mutta aurinkoenergia on vasta starttivaiheessa, Valkealahti sanoo.

Hän uskoo, että uusiutuva energia ajaa ohi muista energialähteistä ennemmin tai myöhemmin, koska se on tulevaisuudessa kaikkein halvin tapa tuottaa sähköä.

– Muutos tapahtuu joka tapauksessa markkinamekanismien ja teknologisen kehityksen ansiosta. Tuuli- ja aurinkosähkön lisäksi tarvitaan vesivoimaa.

 

Sää voi määrätä sähkön hinnan

Sähkön tuotannon ja kulutuksen on vastattava toisiaan joka hetki. Kun sähköä tuotetaan pääosin tai kokonaan uusiutuvilla energianlähteillä, tehotasapainon ylläpitäminen on huomattavasti vaikeampaa kuin tällä hetkellä, koska tuuli- ja aurinkosähkön tuotanto on sääriippuvaista.

Tulevaisuudessa sähköyhtiöiden leipätyöhön kuuluukin tiivis sääennusteiden seuraaminen. Jo nyt tuuli- ja aurinkosähkön tuotantoa pystytään sääennusteiden perusteella ennustamaan varsin hyvin vuorokauden päähän. Tuotannon tasaisuutta voidaan lisätä sillä, että voimaloita on eri puolilla Suomea.

– Jossain päin Suomea tuulee lähes aina, arvelee Seppo Valkealahti.

– Voi olla, että lisäksi tarvitaan sähkön siirtoyhteyksien vahvistamista, jotta tuotannon ja kulutuksen vaihteluita pystytään tasoittamaan Suomea laajemmalla alueella, sanoo Pami Aalto.

Myös sähkön kulutusta pystytään jo nyt ennustamaan lähes tunnin tarkkuudella. Ennusteet ovat tarpeen, sillä sähkön ylituotanto ja ylikulutus voivat molemmat aiheuttaa sähkön laadussa vaihteluita, jotka voivat rikkoa herkimpiä sähkölaitteita.

Sähköjärjestelmän on siis muututtava radikaalisti, jotta tuotanto ja kulutus saadaan vastaamaan toisiaan. Tärkein tasaamisen keino on niin kutsuttu säätövoima, toisin sanoen energianlähde, jonka tuotannon määrää voidaan säädellä sen mukaan, kuinka kovaa tuulimyllyt jauhavat tai aurinko porottaa.

Toistaiseksi säätövoimaa Suomessa riittää, siitä pitää huolen erityisesti vesivoima ja osaltaan myös sähkön tuonti.

Ydinvoima sen sijaan on tutkijoiden mukaan ongelmallista, koska sen tuotantovolyymia ei juuri voida säädellä. Eurajoella ja Loviisassa syntyy joka hetki yhtä paljon sähköä, tasaisesti vuoden ympäri. Tällainen joustamattomuus ei sovi yhteen uusiutuvan energiantuotannon runsaiden vaihteluiden kanssa.

– Jos ydinvoimaa alettaisiin käyttää säätövoimana, se joudutaan tekemään voimalan hyötysuhteen kustannuksella eli hukkaamalla ydinreaktioiden tuottamaa energiaa, Valkealahti sanoo.

Pitkällä tähtäimellä tärkeimmäksi kotimaiseksi säätövoimaksi jää siis vesivoima, jolla tuotetaan nyt alle 20 prosenttia Suomen sähköstä.  Bioenergiaa voitaisiin periaatteessa käyttää samaan tarkoitukseen, mutta toistaiseksi sitä ajetaan niin sanotusti perusvoimana.

– Teknisesti vesivoimaa olisi saatavilla lisääkin, mutta on yhteiskunnallinen päätös, että sitä ei rakenneta lisää, Valkealahti toteaa.

Vesivoimaloiden rakentaminen tarkoittaa luonnonvesien valjastamista ihmisen käyttöön, mikä ei onnistu luontoarvoja rikkomatta.

Jotta säätövaraa olisi riittävästi, on todennäköisesti väistämätöntä, että Suomeen tuodaan jatkossakin sähköä muista Pohjoismaista, lähinnä Ruotsista ja Norjasta. Nämä maat tuottavat jo nyt yli 90 prosenttia sähköstään hiilettömästi.

Suomessa tuulisähkö on jo kannattavaa, mutta aurinkoenergia on vasta starttivaiheessa.

Ydinvoiman rakentaminen ei kannata

Toistaiseksi ydinvoima on suurin yksittäinen sähköenergianlähde Suomessa. Välivaiheessa ydinvoiman merkitys on todella tärkeä, koska tarve siirtyä nopeasti hiilineutraaliin sähköntuotantoon on suuri ja uusiutuvaa energiantuotantoa vasta rakennetaan. Aalto ja Valkealahti eivät kumpikaan kuitenkaan näe pitkää tulevaisuutta ydinvoimalle.

– Uusi ydinvoima ei enää vuosiin ole ollut kilpailukykyistä, mutta vanha ydinvoima on suht edullista, koska siihen on investoinnit jo tehty. Siksi nykyisiä voimaloita kannattaa ajaa niin kauan kuin mahdollista, Valkealahti sanoo.

Ydinvoimalla tuotetun sähkön hinta on toisin sanoen jatkossa niin paljon kalliimpaa kuin uusiutuvan sähkön hinta, ettei voimaloiden rakentaminen ole järkevää.

– En usko, että uutta ydinvoimaa enää rakennetaan, sillä sille ei oikein ole rakentajia eikä rahoittajiakaan, Aalto sanoo.

Todennäköistä kuitenkin on, että ydinvoimalla tuotetaan sähköä vielä pitkään.

– Uusiutuvilla energialähteillä on vielä sähköntuotannosta niin pieni siivu, että ydinvoimalle on erittäin suuri tarve, kun fossiilisesta energiasta pyritään eroon, sanoo sähkötekniikan yliopettaja Aki Korpela Tampereen ammattikorkeakoulusta.

 

Kansalaiset mukaan kulutuksen säätelyyn

Tavallisen kansalaisen elämässä muutos sähköntuotannossa voisi näkyä esimerkiksi niin, että sähkölaitteet kysyvät, milloin ja millä tavoin niitä haluaa käyttää. Kuluttajat osallistuvat kulutuksen tasaamiseen sillä, että heitä ohjataan käyttämään sähköä silloin, kun sitä ei tarvita esimerkiksi teollisuudessa.

Kotien älykkäät järjestelmät osaavat kertoa, milloin sähkö on halpaa.

– Lisäksi kuluttajien käyttöön tulevat tehomaksut. Se voi tarkoittaa sitä, että sähkötehosta maksetaan enemmän kuin energiasta eli toisin sanoen on kalliimpaa käyttää sähköä nopeasti, Aki Korpela sanoo.

Vuosien päästä esimerkiksi sähkökiuas voi osata kertoa, kuinka paljon vähemmän maksaa, jos jaksat odottaa saunan lämpenemistä tunnin verran puolen tunnin sijaan.

Toinen suoraan kuluttajien elämässä näkyvä muutos on se, että kotitalouksista tulee energian tuottajia ja varastoijia. Aurinkopaneelit talon katolla tuottavat kotiin sähköä, valoisaan aikaan vuodesta usein niin paljon, ettei sähköverkosta tarvitse ostaa energiaa ollenkaan. Jos aurinkosähköä syntyy enemmän kuin kotona ehditään kuluttaa, varastossa nököttää akku, jonne energiaa säilötään yön varalle.

Sähköä tarvitaankin paljon entistä enemmän, sillä kodin lämmitys hoituu maa- ja ilmalämpöpumppujen avulla, ja ne tarvitsevat sähköä toimiakseen. Sähköä kuluu myös auton lataukseen.

Auton akku voi toimia varastona, johon energiaa ladataan tuotantopiikkien tai vähäisen kulutuksen aikana, mutta toisaalta autojen lataaminen voi aiheuttaa isoja kulutuspiikkejä, jos se halutaan tehdä nopeasti.

Tampereen ammattikorkeakoulun projektissa testataan sähköautojen tehokasta lataamista, kertoo Aki Korpela.

– Kun latauspisteelle tulee viisi Teslaa rinnakkain, verkosta otettavaa tehoa voidaan leikata energiavarastolla, jota sitten ladataan hiljaisina hetkinä.

Sähköautojen pioneeri, Tesla, kantaa sadan kilowattitunnin akustoa. Jos sen tahtoo ladata täyteen tunnissa, tarvitaan sata kilowattia lataustehoa. Sähköverkkoa kuormittaa huomattavasti vähemmän, jos Teslan tarvitsema sata kilowattituntia otetaan hitaammin, mikä toteutuu esimerkiksi yön yli ladattaessa.

Vertailun vuoksi, jos 10 kilowatin sähkökiuasta lämmitetään täydellä teholla tunnin ajan, se käyttää noin 10 kilowattituntia sähköenergiaa. Jos tehoa lasketaan 5 kilowattiin, kiukaan lämpeneminen kestää kaksi tuntia, vaikka kulutettu sähköenergian määrä on sama.

Osalla sähköyhtiöistä on jo nyt käytössä tehomaksuja, jotka mittaavat tehonkäytön huippulukemia.

Uusi ydinvoima ei enää vuosiin ole ollut kilpailukykyistä.

Tuulivoimasta suurin sähkön lähde

Viime vuonna tuulen voimalla tuotettiin maamme sähköstä 7 prosenttia, mutta tuotannon määrä kasvaa nyt hurjaa vauhtia. Alkuaikoihin verrattuna nykyiset tuulivoimalat ovat huomattavasti isompia ja korkeampia, millä on ratkaiseva merkitys niiden tuotantoteholle.

Ylempänä ilmakehässä tuulee enemmän ja useammin, monesti myös silloin, kun maan päällä on tyyntä. Uudet tuulivoimalat kykenevät myös paremmin hyödyntämään heikkoja tuulia.

Ja vaikka tuulivoimaa autettiin Suomessa alkuun tuotantotuilla, nyt tuulisähkö alkaa olla jo markkinaehtoisesti kannattavaa. Vuonna 2020 vireillä olevista tuulivoimahankkeista reilusti yli puolet aiotaan rakentaa kokonaan ilman yhteiskunnan tukea.

Sekä Seppo Valkealahti että Pami Aalto uskovat tuulen tuottavan tulevaisuudessa valtaosan Suomen sähköstä.

– Vain uusiutuvaa energiantuotantoa voidaan merkittävästi lisätä, ja tuulivoima on vaihtoehdoista helpoin ja nopein, Aalto toteaa.

Valkealahti perustaa näkemyksensä laskelmiin, joissa huomioidaan rakenteilla ja vireillä olevat tuulivoimahankkeet.

– Nyt rakenteilla on 1,64 gigawattia lisää tuulivoimaa, ja nämä voimalat valmistuvat todennäköisesti 2–3 vuoden sisällä. Pelkästään niiden ansiosta tuulivoiman osuus Suomen sähköntuotannosta lähes kaksinkertaistuu, Valkealahti sanoo.

Vireillä on lisäksi 16,5 gigawatin edestä tuulivoimahankkeita. Yhdessä nyt rakenteilla olevien voimaloiden kanssa ne kymmenkertaistaisivat tuulisähkön tuotannon.

Vaikka tuulisähkö ei tuota hiilidioksidipäästöjä, on silläkin haittapuolia. Jotta tuulella voidaan tuottaa isoja määriä sähköä, tarvitaan kymmeniä tuulipuistoja ja satoja voimaloita. Niitä ei saa kokonaan katseilta piiloon, ja maisemahaitan lisäksi jotkut kärsivät voimaloiden aiheuttamasta melusta.

 

Aurinkovoimalat ovat edullisia rakentaa

Aurinkoenergian kehitys on Suomessa vielä lähtökuopissa. Vuoden 2019 lopussa auringolla tuotettiin vasta 0,2 prosenttia maan sähköntuotannosta.

Siinä missä tuulivoimaloiden rakentaminen vaatii isoja investointeja ja paljon pääomaa alkuvaiheessa, aurinkosähkö on nyt jo monen kuluttajan ulottuvilla. Monet sähköyhtiöt esimerkiksi tarjoavat aurinkopaneelipaketteja, joilla voi kuitata osan vuosittaisesta sähkönkulutuksestaan.

Pami Aalto maalaa kuvaa tulevaisuudesta, jolloin kotien ja julkisten rakennusten pinnat on valjastettu aurinkovoiman tuottajiksi.

– Lisäksi voidaan käyttää aurinkokeräimiä, joissa lämmitetyllä vedellä lämmitetään rakennuksia ja niiden käyttövettä valoisaan aikaan vuodesta, Aalto sanoo.

Norja ja Ruotsi tuottavat jo nyt yli 90 prosenttia sähköstään hiilettömästi.

Monessa maassa juuri aurinko on kaikkein halvin energianlähde, mutta Suomessa pimeät talvikuukaudet haittaavat. Silti Seppo Valkealahti uskoo myös aurinkovoiman olevan tulevaisuudessa merkittävä energianlähde, sillä isoista aurinkovoimaloista tullaan saamaan selvästi halvempaa energiaa kuin mistään muualta.

– Globaalisti rakennetaan isoja, satojen megawattien voimaloita, koska niiden rakentaminen on edullisempaa kuin pientuotannon. Aurinkokennot ja -paneelit ovat parantuneet jatkuvasti ja samalla niiden hinta on laskenut 10 prosenttia vuodessa, Valkealahti kertoo.

Aurinkovoimaa on viimeisen kahdenkymmenen vuoden ajan rakennettu maailmassa joka vuosi keskimäärin 40 prosenttia lisää aiempaan verrattuna. Tähän kasvulukuun Valkealahti perustaa arvionsa siitä, että vuonna 2035 Suomessa voitaisiin tuottaa jo lähes 20 terawattitunnin edestä aurinkosähköä, mikä kattaisi 25 prosenttia Suomen sähköntarpeesta.

– Saksassa aurinko on jo käytännössä edullisin tuotantomuoto sähkölle, mutta siellä sähkö on kallista, toisin kuin Suomessa. Meillä on kuitenkin auringon säteilyä vuositasolla ihan yhtä paljon kuin Saksassa, sillä siellä on pilvisempää ja meitä auttavat pitkät kesäpäivät.

Aurinkoenergian hintaan Saksassa vaikuttaa myös se, että siellä valtio tuki aluksi aurinkovoiman rakentamista, kun samaan aikaan Suomessa päätettiin panostaa tuulivoimaan ja sen syöttötariffeihin.

Yritykset muutoksen ajureina

Merkittävä palanen uudesta sähköjärjestelmästä olisi sähköinen liikenne. Tällä hetkellä liikenne aiheuttaa viidenneksen Suomen päästöistä, ja niiden vähentäminen onnistuisi tutkijoiden mukaan sähköautoilla, mutta poliittisia päätöksiä autokannan uudistamiseksi on tehty hitaasti.

– Sähköautoilu pitäisi saada vauhtiin, ja vuonna 2030 pitäisi olla jo todella paljon kaksisuuntaisesti toimivia akkuja käytössä, Pami Aalto toteaa.

Muutos liikenteessä ei Aallon mukaan tapahdu yksin Suomen päätöksestä, vaan tarvitaan EU:n linjauksia. Esimerkiksi laajamittaisen sähköautoilun tarvitsema infrastruktuuri latauspisteineen ja energiavarastoineen ei synny, jos itse autoja ei ole riittävästi.

– Kun tavoitellaan hiilineutraaliutta, liikenne on Suomessa ehdottomasti seuraava asia, mikä pitäisi uudistaa. Muualla Euroopassa seuraava askel on useammissa maissa sähköntuotannon muuttaminen matalahiiliseksi.

Se, miten nopeasti muutos hiilineutraaliin sähköntuotantoon todella tapahtuu, riippuu paljon poliittisista päätöksistä. Vuonna 2019 Suomen sähköstä vielä 26 prosenttia tuotettiin lämpöä ja sähköä tuottavissa yhteistuotantolaitoksissa. Niissä poltetaan eniten metsäperäistä biomassaa, mutta myös täysin fossiilisia maakaasua, kivihiiltä ja turvetta.

Fossiilisista energianlähteistä on päästävä eroon nopeasti, mikä tarkoittaa vähintään sitä, että teollisuuden ja kuntien omistamissa yhteistuotantolaitoksissa on vaihdettava tuotantokoneistoja uusiin.

Iso kysymys on biomassan asema. Nyt se lasketaan ilmastoneutraaliksi energianlähteeksi, mutta viime vuonna kansainvälinen tutkijaryhmä vaati EU:ta luokittelemaan biomassan uudelleen. Perusteena oli, että se kiihdyttää metsien tuhoa, sen keräämiseen kuluu fossiilisia polttoaineita ja sen energiatiheys on niin alhainen, että suhteessa tuotettuun energiamäärään hiilidioksidipäästöt ovat jopa kivihiiltä suuremmat.

Kun katsotaan riittävän pitkälle tulevaisuuteen, Pami Aalto uskoo yhteistuotantolaitosten poistuvan aktiivituotannosta lähes kokonaan. Paikallinen pientuotanto teollisuuden ja kuluttajien tarpeisiin tulisi niiden sijaan esimerkiksi isoista tuulipuistoista, joista kunnat voisivat ostaa osuuden.

– Julkisten rakennusten ja esimerkiksi varastohallien pinnat voidaan lisäksi hyödyntää aurinkopaneelien alustoina.

Poliittisten päätösten ja ohjauksen rinnalle tarvitaankin yrityksiä, jotka luovat uusiutuvan sähköntuotannon ympärille uudenlaisia palveluita. Pami Aalto heittää esimerkin yrityksistä, joiden tarjoamat laitteet seuraavat sähkönkulutusta kuluttajien puolesta ja tuovat esiin, miten sähköä on edullisinta käyttää.

Toinen esimerkki ovat aggregaattorit, jotka voisivat ostaa sähköä useilta pientuottajilta ja myydä sitä verkkoon.

– Kuluttajien aktivointia tarvitaan, ja voi olla, että yritykset juoksevat siinä nopeammin kuin päättäjät. Kukaan ei pysty antamaan päätöstä 15 tuulivoimapuiston rakentamisesta, vaan tarvitaan pieniä päätöksiä siellä täällä, jotta muutos toteutuu.

EL-TRAN -konsortio tutkii, miten resurssitehokas sähköjärjestelmä toteutetaan. Mukana on Tampereen yliopiston ja Tampereen ammattikorkeakoulun lisäksi Itä-Suomen yliopisto, VTT ja Turun yliopiston Tulevaisuuden tutkimuskeskus.