4.Luento: Energiankäyttö Suomessa Rakennusten lämmitys Teollisuus tärkein Liikenteen energiankulutus lähes kaksinkertaistunut 80- luvusta Sähkön osuus kulutuksessa kasvanut nopeasti
Suomen energiantuotannon trendi Mm. sähköntuonti Kotimainen puuym. polttoaine Hiilen tuonti: sähkö ja lämpö (CHP) Maakaasun tuonti: sähkö ja lämpö (CHP), teollisuuskäyttö Öljyn tuonti: Liikenne, lämmitys Huom! Tässä kaikki energia (=sähkön + lämmön hankinta Suomessa)
Sähköntuotannon historiaa
Energia Suomessa: keskeisiä lukuja 1500 PJ = 10^15 J: vuotuinen kokonaisenergiankäyttö Suomessa 85 90 TWh: vuotuinen sähkönkulutus Suomessa 400 TWh: Pohjoismaisen sähkömarkkinan vuosikulutus 1000-2000 kwh: kerrostaloasukkaan vuotuinen sähkönkulutus (ei sähkölämmitystä, laitteet ja koneet) 20 000 kwh: sähkölämmitteisen omakotitalon vuotuinen kokonaissähkönkulutus Sähkön hinta pörssissä 40-70 /MWh = 4-7 cnt/kwh 50-55 MtonniaCO2/v: Suomen vuotuiset hiilidioksidipäästöt N. 70 MtonniaCO2-ekv./v: Suomen vuotuiset kasvihuonekaasujen päästöt (CO2, CH4, N2O, F-kaasut)
Energiankäytön kehitys Suomen energiaintensiteetti on korkea Vaikeat olosuhteet Energiaintensiivinen teollisuus
Sähkön kokonaiskulutus TWh 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 0 Teollisuus Muu kulutus * Häviöt * Pitää sisällään asumisen, maatalouden, palvelut ja rakentamisen Lähde: Energiateollisuus ry, 2013.
Sähkön kokonaiskulutus 2010 87,5 TWh Metallinjalostus 9 % Kemianteollisuus 7 % Muu teollisuus 6 % Asuminen ja maatalous 28 % Teollisuus yhteensä 47 % Muu kulutus yhteensä 50 % Metsäteollisuus 25 % Häviöt 3 % Palvelut ja rakentaminen 22 % Lähde: Energiateollisuus ry, 2011.
Sähkön hankinta energialähteittäin 2010 (87,5 TWh) Ydinvoima 25,0 % Jäte 0,8 % Turve 6,0 % Kivihiili 16,3 % Öljy 0,6 % Vesivoima 14,6 % Biomassa 11,9 % Nettotuonti 12,0 % Tuuli 0,3 % Maakaasu 12,5 % Lähde: Energiateollisuus ry, 2011.
Sähkö: mitä voimalaitoksia ja miksi? Puuta, hiiltä ja vesivoimaa on ollut sähköjärjestelmässämme koko ajan 1970-luvun globaalit öljykriisit (syinä Lähi-Idän levottomuudet): öljyn hinta moninkertaistui ja länsimaat huolestuivat toden teolla energian saatavuudesta. Vaikutuksia: Öljylämmityksen suosio alkoi laskea Öljyn käyttö voimalaitoksissa alkoi vähentyä Rakennusten eristykseen ja energiansäästöön alettiin panostaa Monet maat aloittivat voimakkaan ydinenergian rakentamisen (Ranska, Iso- Britannia, Saksa, USA, Suomi, Neuvostoliitto, Japani,...). Ydinpolttoainetta on helppo varastoida laitoksella usean vuoden tarpeisiin, siksi ydinvoiman katsotaan olevan huoltovarmuuden kannalta varsin hyvä.
Sähkö: mitä voimalaitoksia ja miksi? Kaikkia laitoksia ei tarvita koko vuotta! Siksikin järjestelmässä on hyvä olla erilaisia laitoksia. Muita monipuolisen tuotantorakenteen hyviä puolia ovat: Huoltovarmuus Omavaraisuus Monipuolinen tuki oman maan energia-alan teollisuudelle (osaaminen eri teknologioissa) Sähköjärjestelmän on oltava: Luotettava kutakuinkin 8760 tuntia vuodessa Tuotettava sähkö mahdollisimman halvalla kokonaishinnalla Pystyttävä vastaamaan päästöjen vähentämisvaatimuksiin Lisäksi EU:lla on sitovat uusiutuvan energian lisäämisen velvoitteet v. 2020 mennessä. (tähän lasketaan sekä sähkö että lämpö loppukulutuksena)
Sähkö: mitä voimalaitoksia ja miksi? Ydinvoima: kalliit investointikustannukset (=rakentaminen), melko halpaa käyttää => kannattaa rakentaa vain jos tuotannossa lähes koko vuoden Vesivoima: investointi vaihtelee tapauksittain halvasta kalliiseen, käyttö hyvin halpaa. Sen sijaan ympäristösyyt rajoittavat lisärakentamista (Suomessa Natura-alueet : Vuotos, Kollaja) Kivihiili, ruskohiili, maakaasu, turve: Yleensä kotimainen polttoaine on halvempaa kuin tuontitavara (esim. Saksassa kotimainen ruskohiili halvempaa kuin tuontikivihiili, Suomessa turve. Valtiot tukevat kotimaista polttoainetta lainsäädännön rajoissa). Hiilen ja maakaasun hintasuhteet vaihtelevat. Samoin kustannukseen vaikuttava CO2-päästöoikeus EU:n alueella vaihtelee. Tällä hetkellä Suomessa maakaasun käyttö on kalliimpaa kuin hiilen. (HUOM: CO2-päästöt säädellään EU:n päästökaupassa! )
Sähkö: mitä voimalaitoksia ja miksi? Tuulivoima: kalliihko rakentamiskustannus, käyttö hyvin edullista, vain huoltokustannukset Aurinkosähkö: kallis rakentamiskustannus (jos vaatimuksena tuotto kaikkina aikoina), käyttö hyvin edullista, vain huoltokustannukset => tuuli, aurinko: muun tuotannon on joustettava, back-up. EU-lainsäädäntö takaa että kaikki tuuli- ja aurinkosähkö on otettava verkkoon (ei markkinaehtoisesti) => hetkittäin negatiivisia sähkön pörssihintoja Eri teknologiat: -lauhde: tuotetaan vain sähköä - CHP (Combined Hear and Power): tuotetaan samassa laitoksessa sähköä ja lämpöä, kalliimpi kuin lauhde, mutta lämpö tulee lähes ilmaiseksi - kaasuturbiinit: halpa rakentaa, kallein tuotantomuoto käyttää: käytetään huippupakkasten tai suurhäiriöiden aikana, esim. Keski- Euroopassa myös päivän kulutushuipun tuottamiseen (<= tähän aurinkosähkö on järkevä!)
Sähkön hankinnan aikavaihtelu 2010 (viikkokeskiteho) MW 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 viikko Ydinvoima Yhteistuotanto kaukolämpö Yhteistuotanto, teollisuus Erillistuotanto Vesivoima Nettotuonti Lähde: Energiateollisuus ry, 2011.
Sähkön tuonti ja vienti Tuonti Vienti 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 TWh 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0-2 -4-6 -8 Pohjoismaat Venäjä Viro Tuonnin osuus on suuri. Riittääkö tuontia myös huippupakkasilla? Tuonti Venäjältä on vähentynyt nopeasti. Tänä talvena on tuotu paljon Ruotsista, koska vesivoimaa on tarjolla runsaasti.
Lämmityksen markkinaosuudet Asuin- ja palvelurakennukset Lähde: Tilastokeskus Lämmityksen hyötyenergia, 2009 kaukolämpö 49 % maakaasu 1 % raskas polttoöljy 1 % puu 14 % sähkö 18 % Suora sähkölämmitys on halpa investoida, mutta melko kallis käyttää. kevyt polttoöljy 12 % lämpöpumppu 5 % Lähde: Energiateollisuus ry, 2011.
Lämmitysmuotojen ominaisuuksia (1/2) Suora sähkölämmitys on halpa investoida, mutta melko kallis käyttää. Rakennusliikkeiden suosima, aina kun kaava ei velvoita kaukolämpöön. Suora sähkölämmitys lisää koko maan järjestelmän huipputehon tarvetta pakkasilla. Öljylämmitys yleistyi Suomessa 1960- ja 1970-luvuilla, kun öljy oli halpaa. Tällä hetkellä harvinainen uusien talojen lämmitysvalintana. Fossiilinen tuontipolttoaine. Molempia korvataan tällä hetkellä mm. lämpöpumpuilla. Ilmalämpöpumppu on edullinen, mutta teho heikkenee Suomessa pakkasella. Maalämpöpumppu ottaa lämmön maaperästä, joten toimii mitoitustehollaan myös pakkasilla. Maalämpö on siksi myös kalliimpi asentaa. Maalämpöpumpuissa on yleensä lisänä sähkövastus tai öljylämmitin huipputarpeeseen.
Lämmitysmuotojen ominaisuuksia (2/2) CHP ja kaukolämpö on Suomen kaupungeissa erittäin yleinen. CHP-laitokset mitoitetaan yleensä n. -5 C asti. Tätä kylmemmällä tarvitaan lisäksi ns. huippukattiloita, usein öljyllä toimivia lisälämpölaitoksia. CHP sopii sikäli hyvin Suomen energiajärjestelmään, että sähkön ja lämmön tarve lisääntyvät samaan aikaan. Sekä ilmalämpöpumput ja alimitoitetut maalämpöpumput johtavat kokonaisenergiankulutuksen vähenemiseen, mutta eivät vähennä samassa suhteessa huipputehon tarvetta => huippukysyntä talvella edelleen sähköjärjestelmän ongelmana. Samoin sähköverkot on mitoitettava maksimitarpeen mukaan.
Kaukolämmön ja siihen liittyvän sähkön tuotantoon käytetyt polttoaineet 100 % muu uusiutuvat 80 % turve 60 % maakaasu 40 % 20 % 0 % öljy Nykyään lähinnä tukipolttoaineena (käynnistys, huippukattilat) kivihiili 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 Lähde: Energiateollisuus ry, 2011.
Kaukojäähdytysenergian myynti ja sopimusteho 120 100 Myynti GWh Yleistynyt nopeasti Helsingin ydinalueilla Merivesijäähdytys, lämpöpumput Sopimusteho MW 160 140 120 80 100 60 80 40 60 40 20 20 0 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 myynti sopimusteho Lähde: Energiateollisuus ry, 2011.
Teollisuuden energiankäyttö Suomen teollisuuden tärkeimmät energiankuluttajat ovat olleet jo pitkään metsä-, kemian- ja metalliteollisuus
Teollisuuden sähkönkulutus TWh 60 50 40 30 20 10 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 0 Metsäteollisuus Kemianteollisuus Metallinjalostus Muu teollisuus Lähde: Energiateollisuus ry, 2011.
Puumassan ja paperin valmistus ovat suurimmat energiankuluttajat
Puumassan tuotanto Kemiallinen massa eli selluloosa (kuvassa) Neljäsosa vientiin Sellua kuljetetaan laivoilla ympäri maailmaa Suomessa mänty ja koivu (muualla esim. Eucalyptus) Vuokeitto 2.sukupolven eräkeitto Merkittävä lämmöntarve Mustalipeä => käytetään laitoksen yhteydessä energiantuotantoon Mekaaninen massa Käyttö Suomessa Tuotanto yleensä paperitehtaan yhteydessä Kuusi Hioke ja hierre Energiantarve riippuu tuotteen laadusta Laadun nosto, tekniikan kehitys Eri paperilajeissa mekaanisen, kemiallisen ja kierrätysjakeen suhteet vaihtelevat
Paperin valmistus
Paperin valmistus
Metsäteollisuus ja energia: CASE UPM Energia on oma liiketoiminta-alueensa Myy ja ostaa sähköä pörssiin/stä, Suomessa sähkön nettomyyjä Myy ja ostaa lämpöä / höyryä Omistaa voimalaitoksia PVO:n ja TVO:n kautta sekä suoraan (mm. 479 MW OL3:ssa) Metsäteollisuus on Suomessa keskeinen bioenergian tuottaja (ja käyttäjä) Lähde: UPM: vuosikertomus 2010.
Metsäteollisuus ja energia: CASE UPM Lähde: UPM: vuosikertomus 2010.
Kemian teollisuus
Kemian teollisuus
Öljyjalosteet
Metalliteollisuus
Teräksen valmistus
Muu energiankulutus Rakennusten lämmitys Liikenne Kotitaloudet Palvelut ja julkinen kulutus Maa- ja metsätalous
Lämmitys Kaukolämmön käyttö on kasvanut nopeasti 1970-luvulta lähtien, samalla fossiilisten polttoaineiden pienkäyttö on vähentynyt Lämmityksen energiankulutuksen trendi on lievästi vähenevä
Liikenne
Liikenne Autojen keskikulutus laskee, VTT:n LIISA-malli olettaa: bensiini 1,5 % vähenemä per vuosimalli diesel 1 %.
Kotitaloudet Lähde: Adato Energia 2008.
Kotitaloudet Lähde: Adato Energia 2008.
Palvelut Palvelujen ja julkisen kulutuksen osuus Suomen sähkönkulutuksesta on kasvussa 16% 20% 19% 19% 18% 18% 17% 17% Palvelujen ja julkisen kulutuksen osuus Suomen sähkönkulutuksesta Series1 Lähde: Tilastokeskus, 2008.
Maa- ja metsätalous