Uusiutuvan ja päästöttömän energian mahdollisuudet

Transkriptio

1 Uusiutuvan ja päästöttömän energian mahdollisuudet Sähköurakoitsijapäivät Turku, Sokos Hotel Caribia Teknologiapäällikkö Tuula Mäkinen, VTT

2 Sisältö Lyhyesti VTT:n energiatutkimuksen painopisteet Suomen energia-alan ominaispiirteitä Keskeiset haasteet ja muutosnäkymät energiatoimialalla Esimerkkejä uusiutuvien energialähteiden lisäämisen aiheuttamista muutoksista Esimerkkejä uudesta teknologiasta Yhteenveto

3 16/11/ VTT Group lyhyesti Liikevaihto 292 M (2010) Henkilöstö ( ) Asiakastoimialat - Bio-, lääke- ja elintarviketeollisuus - Elektroniikka - Energia - ICT - Kiinteistöt ja rakentaminen - Koneet ja kuljetusvälineet - Palvelut ja logistiikka - Metsäteollisuus - Prosessiteollisuus ja ympäristö Teknologiapainoalat - Sovellettu materiaalitekniikka - Bio- ja kemianprosessit - Energia - Tieto- ja viestintäteknologiat - Teolliset järjestelmät - Mikroteknologiat ja elektroniikka - Palvelut ja rakennettu ympäristö - Liiketoimintatutkimus VTT:n toiminnot - Tutkimus ja kehitys - Strateginen tutkimus - Asiakasratkaisut - IP Business - Konsernipalvelut VTT:n yhtiöt - VTT Expert Services Oy (ml. Labtium Oy, Enas Oy) - VTT Ventures Oy - VTT International Oy - VTT Memsfab Oy

4 16/11/ VTT s RTD&D activities on energy Towards low carbon technologies and society experts Bioenergy Biofuel harvesting and processing Combustion and gasification Biorefinery solutions Biofuels for transport Combined heat and power (CHP) Solutions for waste to energy Energy systems Power grid assessment tools Optimization of energy production storage and use Risk and security assessment Model based analysis for technology scenario Analysis for climate change mitigation Energy systems Plant life assessment Materials ageing and performance Structural integrity Condition and life-cycle monitoring Component technology Wind power Solutions for cold climate Modelling and experimental operations Solutions for grid connection Innovative renewables Solutions for fuel cells Intelligent solutions for photovoltaic Small and medium size CHP Efficient use of energy Transport Industry Build environment Energy technologies Clean fossil energy Engine power plants Oxyfuel and CCS Advanced technologies and materials Emission control Nuclear Operational safety analysis Structural integrity and safety Nuclear waste management Nuclear power plant licensing support Advanced nuclear fission technologies

5 Suomen energia-alan ominaispiirteitä Erittäin monipuolinen energian tuotannon rakenne: ydinvoima, fossiiliset, uusiutuvat energialähteet Tehokkaan yhdyskuntien ja teollisuuden yhdistetyn sähkön ja lämmön (CHP) tuotannon osuus kolmannes sähkön kulutuksesta Puulla tuotetaan peräti 20 % energiasta ja 10 % sähköstä Alhainen omavaraisuus, vain 1/3 tuotetaan kotimaisista energialähteistä Teknologinen edelläkävijä ja runsaasti laitevalmistajia mm. metsäteollisuuden energiaratkaisuissa, suuren kokoluokan monipolttoaine-chp-laitoksissa ja bioenergian tuotantoketjuissa. Natural gas 10% Hydro power 3% Wood fuels 20% Coal 11% Heat pumps, solid recovered fuels, other 2% Peat 5% Nuclear energy 19% Net imports of electricity 3% Wind power 0.08 % Total energy consumption by energy sources PJ (368.8 TWh) Source: Energystatistics 2010 Oil 25 % Eija Alakangas, VTT

6 Muutosnäkymiä energiatoimialalla Keskeiset haasteet Ilmastomuutoksen hillintä energiankulutuksen kasvu Energian toimitusvarmuus, raaka-aineiden saatavuus, riittävyys ja hinta Energiatehokkuuden parantaminen Ulkoinen toimintaympäristö haasteita Energian kasvanut kysyntä etenkin Kiinassa ja Intiassa Energian maailmanmarkkinahintojen useita vuosia jatkunut korkea taso ja hintatason muutosten vaikeasti ennakoitavat vaihtelut EU:n direktiiviohjaus: mm. päästökauppa, uusiutuva energia, energian säästö Ilmastonmuutoksen hillinnän kansainväliset sopimukset, tavoitteena kasvihuonekaasujen % vähennys teollisuusmaissa vuoteen 2050 mennessä

7 Ilmastonmuutoksen hillintä edellyttää muutosta maailman energian tuotannon ja käytön teknologioissa

8 16/11/ Energian tuotanto perustuu edelleen pääasiassa fossiiliseen energiaan, hitaasti muuttumassa

9 16/11/ Kivihiilisähköä: Kiina 80%, Intia 70%, USA 50%, EU 20% -Kiinan hiilen käyttö on lisääntynyt +50% 10 vuodessa -Kiina on raportoinut uusista suurista hiilivaroista - Kiinan energiankulutus on ylittänyt USA:n energiankulutuksen Coal consumption, Mtoe Other India China Former Soviet Union CHINA 500 US European Union European Union US Former Soviet Union China India Other Data: BP Statistical review of world energy 2010

10 16/11/ Kiina suurvalta myös energia-alalla: uusiutuvien lisäys, päästöjen lisäys Esimerkkinä tuulivoima

11 Biomassa tärkein uusiutuva energialähde Bioenergian osuus 14% energian loppukulutuksesta maailmassa Bioenergian käytöstä 75% kehittyvissä maissa ja 25% teollisuusmaissa Kehittyvissä maissa biomassan osuus energian loppukulutuksesta keskimäärin 33%, useassa maassa 90% Biomassan perinteinen käyttö esim. polttopuuna 38±10 EJ/a Käyttö sähkön- ja lämmöntuotannossa ja liikenteen polttoaineena 7 EJ/a 1 EJ = 23,9 Mtoe Source: VTT, Energy Visions 2050

12 Muutosnäkymiä energiatoimialalla Suomi osana EU:n päätöksentekoa EU:n päätökset vuoteen 2020 mennessä CO2-päästöjen tulee vähentyä 20 %:ia vuoteen 1990 verrattuna, ja jos muutkin maat sitoutuvat, niin vähennys 30 % uusiutuvien energialähteiden osuus 20 %:iin kaikesta energiasta > Suomi 28,5 % => 38 % energiatehokkuuden parantaminen 20 %:lla uusiutuvien osuuden nostaminen 10 %:in liikenteen polttoaineissa TWh Muu Sähkön nettotuonti Ydinenergia Maakaasu Hiili Öljy Turve Tuulivoima Vesivoima Puun pienkäyttö Kiinteä puu Jäteliemet Energian kokonaiskulutus Suomessa energialähteittäin

13 Muutosnäkymiä energiatoimialalla suomalaisen energiapolitiikan erityishaasteet Alhainen omavaraisuusaste: Suomi 30%, sähkön tuonti myös suurta, Venäjäriippuvuus (maakaasu, öljy, sähkö, hiili) Hintataso tärkeä perusteollisuuden (metsä, metalli) kilpailukyvylle Energian kulutus henkilöä kohti suuri, koska teollisuus käyttää peräti 50 % energiasta, lisäksi Suomen energiakäyttöä lisäävät ilmasto ja pitkät etäisyydet Keskeinen kysymys, miten energian ja sähkön käyttö kasvaa tulevaisuudessa Energy consumption by sector Other consumption 15% Transport 17% Space heating 21% Industry 44% Total energy consumption by sector was PJ.

14 Uusiutuvan energian velvoitepaketti : 38 %:n osuus uusiutuvalla energialla tarkoittaa bioenergian lisäystä yhteensä 28 TWh Käytön lisäys vuodesta 2005, TWh Metsähake Liikenteen biopolttoaine Pelletit Biokaasu Kierrätyspolttoaineet Lähde: Uusiutuvan energian velvoitepaketti

15 Teknisiä potentiaaleja bioenergian käytön lisäämiseksi eri sektoreilla Suomessa - yhteensä 60 TWh Rakennusten lämmitys Lämpökeskukset Monipolttoaine- CHP-laitokset Liikenteen polttoaineet Kivihiilen korvaus Maakaasun korvaus Arvio: pelletit, bioöljyt Turpeen korvaus Turpeen korvaus, uusia CHPlaitoksia 10 % velvoite 50 % hiilipölypoltto- CHP-kattilat: biohiili, muut jalosteet CHP-laitosten maakaasunkäyttö: SNG, biokaasu

16 16/11/ Metsäteollisuuden tuotannon vaihtelut dominoivat edelleen Kiinteiden puupolttoaineiden energiakäyttö, milj. m Recovered wood Wood pellets and briquettes 10 Other wood fuels 8 Bark 6 Sawdust and wood dust Industrial wood residue chips Forest chips Source: Metla 1 solid m 3 ~ 2 MWh

17 16/11/ Uusiutuvien lisäämiseen liittyviä infrastruktuuri- ja järjestelmämuutoksia - Rakentaminen ja asuminen Tavoitteena kulutuksen vähentäminen ja uusiutuvien käyttöönotto: Hybridijärjestelmät Lämmön talteenotto Aurinkoenergia Sähkön tuotanto Maalämpö Sähkön kulutuksen huippujen leikkaus Lämpöpumput Energianmyyntipalvelut Omatoimisuudesta palvelujen ostoon Tuusula 2000: 60 kwh/m 2 (13 kwh/m 3, 33 %) Esimerkkejä matalaenergiataloista Kotka 2002: 47 kwh/m 2 (50 %)

18 16/11/ Vuonna 2020 liikenteessä oltava vähintään 10 % uusiutuvia - selloloosa- ja jäteperäiset raaka-aineista valmistettavat biopolttoaineet tuplalaskettavia - uusiutuvaa sähköä henkilöautoihin - energian säästö (mm. joukko- ja raideliikenne kasvussa) Neste Oil UPM

19 16/11/ Vaihtoehtoisia teknologioita - bussit Biokaasu Biodiesel Hybridit, sähköautot ja polttokennot Etanoli

20 16/11/

21 16/11/ Uusiutuvien lisäämiseen liittyviä infrastruktuuri- ja järjestelmämuutoksia - Sähkön tuotanto Smart grids osana hajautettuja energiajärjestelmiä Varavoiman ja siirtoyhteyksien tarve kasvaa (tuuli, aurinko) Sähkön/energian tuottajia miljoonia lisää (pienissä kokoluokissa) Palvelujen tarve kasvaa: järjestelmien kehittäminen ja suunnittelu, asennus, käyttö, huolto, neuvonta

22 16/11/ Tuulivoima Lillgrun Markkinat Onshore-, Offshore-, Kylmien alueiden, Pienille tuulivoimaloille e 22

23 16/11/ Uusiutuvien lisäämiseen liittyviä infrastruktuuri- ja järjestelmämuutoksia - Integroidut järjestelmät tärkeitä Jätehuolto ja materiaalin kierrätys: Kaatopaikkakielto Yhdistetty materiaali- ja energiahyötykäyttö Biomassasta tehtävien jalosteiden käyttö kasvaa (kuljetustarve) Kiinteät: pelletit, briketit, muut puristeet, biohiili, Nestemäiset: bioöljy, liikenteen biopolttoaineet Kaasumaiset: synteettinen maakaasu, vety Biojalostamot Uusiutumattomien raaka-aineiden korvaaminen uusiutuvilla Kannattavimmissa konsepteissa mukana yhtenä lopputuotteena sähkö, lämpö tai energiajalosteet

24 Pyrolysis oil or torrefaction production concept as part of integrated saw or pulp mill biorefinery Biomass drying Pyrolysis or Torrefaction Bio-oil TOP Energy wood CHP plant Paper mill units Additional units Wood handling Fibre wood Paper or Saw mill Material flow Energy flow CHP = combined heat and power plant 24

25 Urban Forestry a New Approach to Bioenergy Production Minimisation of purchased fossil fuels by increasing the use of recovered fuels is the aim of this new approach. How much biopower and biofuels can be produced from low grade recycled paper and board instead of incineration and landfilling? Separated RCP grades Paper / re-use CIW 1/3 Paper & board Paper mill Fuel ethanol 1/3 1/3 Waste wood Plastics Power plant Bio-oil Power and heat Wood for growing green power market Currently: solid fuels and gas

26 16/11/ Uusiutuvien lisäämiseen liittyviä infrastruktuuri- ja järjestelmämuutoksia - Integroidut järjestelmät tärkeitä Fossiilisten ja uusiutuvien yhteiskäyttö Seospoltto (hyötysuhteen maksimointi) Uudet polttoaineet (jätteet, peltobiomassat) Yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto, biojalosteiden tuotanto CCS

27 Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (carbon capture and storage, CCS)

28 Hiilidioksidin talteenotto Talteenotto teollisuuden prosesseista kaupallista toimintaa Esim. PSA Rajoitettu potentiaali Voimalaitoksille kolme pääasiallista talteenottoteknologiaa Post-combustion Pre-combustion Oxyfuel combustion Ei selkeästi parasta teknologiaa hyötysuhdetappio 7-15 %-yksikköä Mikään teknologioista ei ole käytössä voimalaitoskokoluokassa VTT (2009), Energy Visions 2050

29 16/11/ Uusiutuvien lisäämiseen liittyviä infrastruktuuri- ja järjestelmämuutoksia - Esimerkkejä uusista liiketoiminta-alueista Maaperä ja kaivannaisteollisuus, materiaalit Kalliovarastot, maalämmön talteenotto Harvinaisten metallien tarve kasvaa: esim. Li akkuihin Uudet materiaalit Aineettomat hyödykkeet Sertifikaatit Päästövähennykset Päästöoikeudet Ympäristömerkityt tuotteet

30 Suomen mahdollisuudet energiajärjestelmän rakenteen muuttuessa Energiateknologian vienti yli 5 mrd.euroa vuonna 2008, 8 % viennistä Johtavia yrityksiä monissa tuoteryhmissä: dieselmoottorit, sähkötekniset laitteet, koko bioenergiaketju: soodakattilat, leiju- ja arinakattilat, polttoaineiden korjuu ja käsittely Myös johtavat metsäteollisuuden laitevalmistajat Pitkäjänteinen tutkimustyö EU:n vuoden 2020 päästövähennysten ja uusiutuvien energialähteiden tavoite (20%) luo jo suuret markkinat Metsäteollisuuteen integroidut energiaratkaisut Hankalien biomassojen (pelto, jäte) hyödyntäminen korkealla hyötysuhteella Yhdistetty sähkön ja lämmöntuotanto (CHP) Biojalostamokonseptit Arktinen tuulivoima Energiatehokkuus

31 Yhteenveto Ilmastonmuutoksen hillintä edellyttää muutosta maailman energian tuotannon ja käytön teknologioissa => siirtyminen lähes päästöttömiin järjestelmiin lähivuosikymmeninä. Avaa erittäin suuria mahdollisuuksia suomalaisen teknologian viennille. Useita uusia teknologia- ja liiketoimintamahdollisuuksia, tärkeätä panostus uuden teknologian kehitystyöhön ja demonstrointiin. Liikenteen biopolttoaineet Öljyn korvaus lämmityskäytössä: pelletit, bioöljyt Hiilen korvaus hiilipölykattiloissa: pelletit, biohiili, kaasutuskaasu Maakaasun korvaus: synteettinen maakaasu, biokaasu Sähkön tuotanto entistä korkeammilla hyötysuhteilla Energiatehokkuus Uudet liiketoiminta-alueet ja palvelut

32 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa