Risto-Matti Keski-Keturi Uusiutuvan energian paikalliset mahdollisuudet Kandidaatintyö Tarkastaja: Aki Korpela
II TIIVISTELMÄ TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Sähkötekniikan koulutusohjelma Risto-Matti Keski-Keturi: Uusiutuvan energian paikalliset mahdollisuudet Kandidaatintyö, 16 sivua, 0 liitesivua Toukokuu 2008 Pääaine: Moderni sähköenergiatekniikka Tarkastaja: Aki Korpela Avainsanat: Uusiutuva energia, Ylöjärvi, bioenergia Työssä selvitetään uusiutuvan energian mahdollisuuksia Ylöjärvellä. Erilaisten tuotantomuotojen soveltuvuutta Ylöjärvelle selvitetään mm. raaka-aineiden saatavuuden näkökulmasta. Lisäksi tarkastellaan tuotantomuotojen taloudellista järkevyyttä, ottaen huomioon myös tuotannolle maksettavien tukien vaikutus. Työssä kerrotaan lyhyesti myös sellaisista tuotantomuodoista, joiden soveltaminen Ylöjärvelle ei poikkea muista Suomen kunnista. Pääpaino on kuitenkin Ylöjärven erityispiirteiden huomioimisessa. Työssä havaitaan, että suurimmat potentiaaliset uusiutuvan energian hyödyntämiskohteet Ylöjärvellä ovat karjatalouden lannat sekä metsätalouden hakkuutähteet. Koko Ylöjärven energiankulutusta ei edellä mainituilla kuitenkaan pystytä kattamaan.
III ALKUSANAT Tämän kandidaatintyön kirjoittaminen on ollut mielenkiintoinen projekti. Työtä aloittaessani minulla ei juurikaan ollut käsitystä Ylöjärvestä, joten alussa aikaa kului paljon perustietojen selvittämiseen. Tässä minua auttoivat erityisesti kaupungintalolla kysymyksiini vastanneet, kiitos teille. Koska työn aihe oli tarkasti rajattu, oli lähdemateriaalista puutetta. Yllätyksekseni sain todella tarkkaa tietoa yksinkertaisesti kysymällä asiasta oikeilta tahoilta. Lähdeluettelossa mainitaankin muutaman henkilön kanssa käydyt keskustelut. Kiitokset teille sekä kaikille muille, joiden kanssa aiheesta keskustelin. Työn ulkoasun virheiden metsästämisestä kiitokset Aki Korpelalle. Hyvästä opponoinnista kiitos Jaakko Paavolalle, teit suuremman työn kuin opponentilta olisi vaadittu. Lopuksi kiitokset työn ohjanneelle Jorma Lehtoselle, palautteesi ansiosta pystyin keskittymään työn oleellisimpiin osiin. Seinäjoella, 11.5.2008 Risto-Matti Keski-Keturi
IV SISÄLLYS 1. Johdanto..................................... 1 2. Energiahuollon nykytilanne........................... 2 2.1 Energiankulutus.............................. 2 2.2 Energiantuotanto.............................. 3 3. Mahdolliset energianlähteet........................... 4 3.1 Teollisuuden sivutuotteet......................... 4 3.2 Maatalous.................................. 4 3.2.1 Peltoenergia.............................. 4 3.2.2 Karjatalous.............................. 5 3.2.3 Metsätalous.............................. 8 3.3 Tuulivoima................................. 8 3.4 Minivesivoima............................... 9 3.5 Aurinkoenergia............................... 11 4. Energiantuotannon rakentamiseen liittyviä seikkoja.............. 12 4.1 Pientuotannon liittäminen sähköverkkoon................ 12 4.2 Investointi- ja verotuet........................... 12 5. Yhteenveto.................................... 14 Lähteet....................................... 15
V TERMIT JA SYMBOLIT WAsP Wind Atlas Analysis and Application Program, tuulikartoitusten tekoon käytettävä ohjelma µ Voimalaitoksen hyötysuhde ρ Tiheys g Putoamiskiihtyvyys (9,81 m/s 2 ) MQ Vesivoimalaitoksen virtaama H Vesivoimalaitoksen putouskorkeus t h Voimalaitoksen huipunkäyttöaika E a Voimalaitoksen vuosienergia Voimalaitoksen nimellisteho P n
1 1. JOHDANTO Viime vuosina uusiutuvan energian hyödyntämistä on pyritty Suomessa ja koko Euroopassa lisäämään. Euroopan unionin tavoite on kasvattaa uusiutuvien energialähteiden osuus koko energiantuotannossa 20 %:iin vuoteen 2020 mennessä. Suomelle asetettu tavoite on 38 %, kun osuus oli 24 % vuonna 2006. Suurin uusiutuvan energian lähde Suomessa on puunjalostusteollisuuden jätelienten energiakäyttö. [1] Uusiutuva energia ei tuota ilmaston lämpenemistä aiheuttavia kasvihuonekaasupäästöjä. Uusiutuva energia voittaa usein keskitetyn energiantuotannon myös huoltovarmuuden kannalta siinä tapauksessa, että energia tuotetaan paikallisissa laitoksissa paikallisia energianlähteitä hyödyntäen. Pienten tuotantoyksiköiden vuoksi uusiutuvan energian hyödyntäminen luo myös uusia työpaikkoja. Uusiutuvasta energiasta puhuttaessa saatetaan viitata hyvinkin erilaisiin energiantuotantomuotoihin. Ei ole olemassa yhtä teknologiaa, jota voidaan loputtomasti lisärakentaa uusiutuvan energian tuotannon kasvattamiseksi, vaan tuotannon lisäyksissä on aina huomioitava paikalliset olosuhteet ja saatavilla olevat raaka-aineet. Tämän lisäksi uusiutuva energia on tähän asti usein hävinnyt taloudellisuusvertailun perinteisten teknologioiden kanssa - tosin päästökauppa ja polttoaineiden hintojen kohoaminen nostaa jatkuvasti perinteisten energiantuotantomuotojen kustannuksia. Tässä työssä selvitetään Ylöjärven alueen vaihtoehtoisen energian mahdollisuuksia. Tarkoitus on tutkia, mitkä tuotantomuodot soveltuvat Ylöjärvelle ja mikä on energiantuotantoon kelpaavien raaka-aineiden saatavuus. Ylöjärvi on 26 000 asukkaan kaupunki Pirkanmaalla, 14 kilometrin päässä Tampereesta. Alueen pinta-ala on 499 km 2. Kaupungin asutus koostuu lähinnä pientaloista. Kaupungin alueella on jonkin verran teollisuutta, sekä jonkin verran maanviljelystä ja karjataloutta. Mitään suuria raaka-ainemääriä käsittelevää teollisuuslaitosta, kuten paperitehdasta, alueella ei kuitenkaan ole.
2 2. ENERGIAHUOLLON NYKYTILANNE 2.1 Energiankulutus Energiateollisuus ry:n vuonna 2004 tekemän tilaston mukaan Ylöjärven ja siihen vuoden 2007 alusta liitetyn Viljakkalan kunnan yhteenlaskettu sähkönkäyttö oli noin 170 GWh. Sähkönkulutuksen jakautuminen eri käyttäjäryhmien kesken on esitetty kuvassa 2.1. Kulutuksesta suurin osa, noin 60 %, on yksityistä. Koko Suomen tasolla sähkönkulutuksesta vain 22 % oli samana vuonna yksityistä. Jalostus sen sijaan kattoi nykyisen Ylöjärven alueella vain 18 % kokonaiskulutuksesta, kun sen osuus koko Suomen tasolla oli 56 %. Muiden käyttäjäryhmien osuus kulutuksesta oli Ylöjärvellä samaa tasoa kuin koko maassa. [2] Kuva 2.1: Sähkön kulutuksen jakautuminen nykyisen Ylöjärven kunnan alueella vuonna 2004. Kokonaiskulutus oli 170 472 MWh. Ylöjärven keskusta-alueella on Tampereen sähkölaitoksen kaukolämpöverkko. Kaukolämpöä kuluu vuodessa noin 55 GWh. Liittymiä kaukolämpöverkossa on noin 270, joista noin puolet omakotitaloja. Pääosa lämmöstä saadaan sähkön ja lämmön yhteistuotannolla Tampereella sijaitsevista Lielahden ja Naistenlahden voimaloista. [3]
2. Energiahuollon nykytilanne 3 2.2 Energiantuotanto Ylöjärvellä ei ole sähköntuotantoa, mutta kunnan alueelta löytyy neljä lämpövoimalaa. Niistä kaksi toimii Tampereen sähkölaitoksen vara- ja huippuvoimaloina. Kolmas on Vattenfall Sähkönmyynti Oy:n hallinnassa ja tuottaa lämpöä Pilkington Lamino Oy:n lasituotetehtaalle. Näiden lisäksi entisen Viljakkalan kunnnan alueella on Hietaniemen Saha Oy:n lämmityslaitos. Tampereen sähkölaitoksen voimaloiden tehot ovat 6,6 MW [4, s. 2] ja 13,2 MW [5, s. 2]. Pilkingtonin lämpövoimalan teho on 2 MW [6, s. 2]. Molemmissa Tampereen sähkölaitoksen voimaloissa käytetään pääpolttoaineena maakaasua ja varapolttoaineena kevyttä polttoöljyä. Pilkingtonin voimalaitoksen pääpolttoaine on puupelletti, ja varapolttoaineena käytetään kevyttä polttoöljyä. Tampereen sähkölaitoksen voimaloista ei tehdä kunnan ympäristöhallintoon polttoaineiden vuosiraportteja niiden pienen kokonaistuotannon vuoksi. Vattenfallin hallinnoimasta Pilkingtonin lämpövoimalasta nämä tiedot sen sijaan ovat saatavilla. Vuosina 2005 ja 2006 laitos tuotti lämpöä noin 2,3 GWh. Tuotannossa käytettiin noin 500 000 kg pellettejä sekä noin 30 m 3 kevyttä polttoöljyä. [6, polttoaineselvitys]
4 3. MAHDOLLISET ENERGIANLÄHTEET 3.1 Teollisuuden sivutuotteet Ylöjärvellä ei ole teollisuutta, jossa syntyisi suuria määriä energiakäyttöön soveltuvia sivutuotteita. Sähköntuotannon kannalta mielenkiintoisimpia yrityksiä lienevät lämpöeristeitä valmistava Huurre ja muovituotteita valmistava Plastiroll. Muuten energiakäyttöön soveltuvat lähinnä yrityksissä syntyvät pakkausjätteet. Huurre Groupin Ylöjärven tehtaalla syntyy yrityksen mukaan muun energiajätteen lisäksi jonkin verran poltettavaksi soveltuvaa polyuretaanivaahtoa. Osa tästä käytetään toisarvoisiin eristystöihin, kuten routaeristyksiin. [7] Jätehuollosta vastaa Ylöjärvellä Pirkanmaan Jätehuolto, joka kerää energiajätettä yrityksiltä. Kuntakohtaisia tilastoja energiajätteen määristä ei ole saatavilla. Jotain kokonaiskuvaa voi antaa Satakunnan energiatoimiston selvitys vuodelta 2002, jossa arvioitiin energiajätteen hyödyntämispotentiaaliksi koko Pirkanmaan alueella 600-900 GWh. Tämä vastaa 30-45 % selvityksessä löydetystä kokonaisenergiamäärästä, ollen hakkuutähteen kanssa parhaaksi arvioitu uusiutuvan energian lisäyskohde. [26, s. 12] 3.2 Maatalous 3.2.1 Peltoenergia Pelloilta saadaan energiaa joko hyödyntämällä elintarviketuotantoon kelpaamaton olki tai viljelemällä kasvia pelkästään energiakäyttöön. Olkien hyödyntäminen ei estä pellon käyttöä elintarviketuotantoon, mutta hehtaaria kohti saadut energiamäärät ovat olemattomat verrattuna suoraan energiaviljelyyn. Ruokohelven käyttöä energiakasvina lienee Suomessa tutkittu eniten. Ruokohelpi on helposti viljeltävä monivuotinen heinäkasvi, joka kasvaa 1,5-2 m korkuiseksi. Eniten työtä aiheuttaa viljelmän perustaminen, jolloin rikkakasvien torjunnasta tulee huolehtia. Satoa päästään korjaamaan keväällä kahden vuoden kuluttua viljelmän perustamisesta. Viljelmä tuottaa satoa kylvämisen jälkeen yli kymmenen vuotta. Ruokohelven viljely ei vaadi erityisiä koneita, joten sen viljelyyn siirryttäessä ei tarvitse tehdä investointeja. Kasvi kestää hyvin sekä kosteutta että kuivuutta, ja sen lannoitustarve on vähäinen. [8]
3. Mahdolliset energianlähteet 5 Ruokohelven sato on 6-8 tonnia hehtaarilta ja lämpöarvo 3,7-3,9 MWh/tonni. Tästä saadaan yhden hehtaarin kokoisen viljelmän vuotuiseksi energiantuotannoksi 22-31 MWh. [8] [9] Painoon suhteutettu energiasisältö on ruokohelvellä hieman yli puolet kivihiilen vastaavasta. Taloudellinen kuljetusetäisyys ei kuitenkaan ole läheskään samaa luokkaa, sillä ruokohelven energiasisältö tilavuusyksikköä kohden on huono, noin 0,3 MWh/m 3. [10] Ylöjärven alueella oli viljelyalaa vuonna 2007 noin 4500 hehtaaria, josta ruokohelpeä viljeltiin 1,8 hehtaarin alalla (kts. kuva 3.2.1). Koko viljelyalasta kesannolla oli noin 500 hehtaaria, josta edelleen 230 hehtaaria oli velvoitekesantoa.[11] Velvoitekesanto tarkoittaa lain määräämää kesantoalaa, joka vaaditaan maataloustuen saamiseksi. Velvoitekesantoalalla kasvavia kasveja ei saa käyttää taloudellisesti hyödyksi, joten myöskään energiaviljelyä ei tällä alalla saa harjoittaa. [12] Vuonna 2007 kesannointivelvoite oli 5 %. Lisäksi on todettava, että kesannoitavat pellot saattavat olla keskimäärin huonommasta päästä saavutettavuuden kannalta, siis pieninä paloina kaukana muista viljelijän pelloista. Ei siis voida olettaa, että kaikkien näiden peltojen käyttö muuttuisi energiaviljelyyn siirryttäessä taloudellisemmaksi. Ruokohelpeä voidaan käyttää turpeeseen seostettuna turvevoimalassa, siitä voidaan puristaa pellettejä tai sitä voidaan seostaa biokaasumädättämössä prosessoitavaan lietteeseen kaasuntuotannon optimoimiseksi. 3.2.2 Karjatalous Karjankasvatuksessa syntyy sivutuotteena lantaa, joka voidaan käyttää peltojen lannoitukseen. Lannasta voidaan kuitenkin valmistaa mädättämällä biokaasua ja silti käyttää saatua jätettä myös lannoitukseen. Mädätyslaitos toimii tehokkaammin, mikäli lannan sekaan sekoitetaan myös kiinteää biojätettä, kuten peltobiomassaa. Puujäte tosin ei kelpaa mädättämöön, sillä bakteerit eivät pysty hajottamaan puussa olevaa ligniiniä. [13, s. 20] Paras metaanintuotanto saavutetaan, kun biohajoavasta aineksesta noin 30 % tulee kasveista. Tämä vastaa noin 5 % lietteen märkäpainosta. [25, s. 81] Taulukossa 3.1 on esitetty joidenkin eläinten vuotuisia lannantuotantomääriä sekä näiden eläinten lukumäärä Ylöjärvellä vuonna 2007. Tiedot eläinmääristä on saatu Ylöjärven maataloussihteeriltä. Yhdestä kilosta kuivalantaa saadaan biokaasua 0,4-0,7 m 3, joten Ylöjärven vuotuinen biokaasun tuotanto voisi olla 1 000 000-1 800 000 m 3. Tämän biokaasumäärän energiasisältö olisi 65 % metaanisisällöllä 6-12 GWh. Käsittelyssä on otettava lisäksi huomioon, että lietteen kuiva-ainepitoisuus on 5-7 %, joten todellinen käsiteltävä lietemäärä on huomattavasti suurempi. [14, s. 148] Biokaasun käyttöä rajoittaa sen epäpuhtaus. Tyypillinen metaanipitoisuus on biokaasussa 55-70 %, kun maakaasussa se on vastaavasti 80-98 %. Metaanin lisäksi bio-
3. Mahdolliset energianlähteet 6 Kuva 3.1: Kevättalvella otettu kuva Ylöjärven ainoalta, 1,8 hehtaarin ruokohelpiviljelmältä. Satoa ei ole vielä ehditty korjata, koska viljelmä on vasta vuoden ikäinen, mutta ensimmäisen vuoden jälkeen syyskesällä kasvusto oli viljelijä Jorma Hirvijärven mukaan odotetusti noin 70 cm korkuinen. Sato käytetään todennäköisesti kuivikkeena, sillä energiaviljelysopimuksia ei näin pienelle peltoalalle tehdä. Eläin Kuivalantaa (kg/a) Eläimiä Yhteensä (kg/a) Nauta 1600 1500 2 400 000 Sika 104 1800 187 200 Kana 6,2 2700 16 740 Yhteensä 2 603 940 Taulukko 3.1: Eri eläinten lannantuotantomääriä. [14, s. 148]
3. Mahdolliset energianlähteet 7 kaasu sisältää hiilidioksidia, joka pienentää kaasun energiasisältöä. Lisäksi biokaasu sisältää pieniä määriä muita haitta-aineita, jotka voivat aiheuttaa ongelmia käytettäessä kaasua polttomoottorissa tai polttokennossa. [13, s. 40] Kuvassa 3.2 on esitetty Ylöjärven viiden suurimman nautatilan maantieteellinen sijoittuminen. Koska lannan energiakäytössä tarvittavat lähtötuotteen määrät ovat suuria tuotettuun energiamäärään suhteutettuna, on kuljetusetäisyydet syytä ottaa huomioon laitosten sijoittelua pohdittaessa. Kartasta nähdään, että mikäli näiden tilojen lietteet käsiteltäisiin yhdessä laitoksessa, keskimääräiseksi kuljetusetäisyydeksi tulisi parhaassa tapauksessa noin 10 km. Mikäli kolme entisen Viljakkalan alueella sijaitsevaa tilaa rakentaisivat mädätyslaitoksen, voisi keskimääräinen kuljetusetäisyys pudota alle neljään kilometriin. Kuva 3.2: Viiden suurimman nautatilan sijoittuminen Ylöjärvelle. [11] Mädätyslaitoksen suunnittelussa tulee myös huomioida, että lainsäädäntö vaatii ympäristövaikutusten arvioinnin yli 20 000 tonnin vuosittaisen lietemäärän käsitteleviltä laitoksilta. [13, s. 35] Tämä vastaa noin noin 800 lypsylehmää, joten tässä tapauksessa kriteeri täyttyy.
3. Mahdolliset energianlähteet 8 3.2.3 Metsätalous Metsää on Ylöjärvellä 29 000 hehtaaria. Pirkanmaan metsäkeskus on vuonna 2006 tehnyt selvityksen metsien energiapotentiaalista. Selvityksessä energiapotentiaalille on laskettu ylärajat sekä tekniseltä että taloudelliselta kannalta. Tekninen yläraja tarkoittaa metsänhoidollisesti kestävän puunkäytön ylärajaa. Taloudellinen yläraja huomioi lisäksi mm. kuljetusetäisyydet olemassaoleviin energiantuotantolaitoksiin. Selvityksen tulokset on esitetty taulukossa 3.2. Ylöjärven metsistä on siis taloudellisesti saatavilla noin 63 GWh energiaa. Mikäli puun hyötykäyttö muissa kohteissa, kuten paperiteollisuudessa vähenee, järkevästi hyödynnettävissä oleva energiapotentiaali voi olla huomattavastikin suurempi. Puun hyötykäytön lisääminen energiantuotannossa vaatii poltto-, kaasutus tai pelletöintilaitoksen. Tällä hetkellä lähin pelletöintilaitos sijaitsee Parkanossa noin 70 kilometrin päässä. [16, s. 18] Keräyskohde Tekninen (m 3 /a) Taloudellinen (m 3 /a) Hakkuutähde 24 873 16 117 Kannot 21 021 12 804 Nuoren metsän kunnostus 24 831 2 512 Yhteensä 70 725 31 433 Taulukko 3.2: Ylöjärven metsien energiakäytön arvioitu potentiaali. Määrät kuutioina, energiasisältö 2 MWh/m 3 [15] 3.3 Tuulivoima Perinteisesti tuulivoiman ajatellaan soveltuvan parhaiten rannikko- ja tunturialueille. Suuren mittakaavan tuulivoimahankkeet lieneekin järkevintä toteuttaa sisämaata edullisempiin paikkoihin, mikäli suinkin mahdollista. Markkinoilla on kuitenkin pientuulivoimaloita, jotka on suunniteltu tuottamaan energiaa jo pienemmilläkin tuulennopeuksilla. Kuvassa 3.4 näkyy Pirkkalan säähavaintoaseman mittauksiin perustuva tuulennopeuden todennäköisyysjakauma alueelle. Rosoisuusluokka on WAsP-analyysiohjelman käyttämä tunnusluku, joka kuvaa voimalan sijoituspaikan maastoa. Sen laskennassa otetaan huomioon mm. alueen korkeuskäyrä ja tuulen esteet. Kuvassa 3.3 on näkyvissä Finnwind Oy:n valmistaman nimellisteholtaan 4 kw:n Tuule T188-pientuulivoimalan energiantuotannon pysyvyyskäyrä 10 m korkeudessa 1 olevalle voimalalle rosoisuusluokassa 3. Pysyvyyskäyrän perusteella voidaan arvioida voimalan tuottavan vuoden aikana noin 5 MWh sähköä. Tämä vastaa valmistajan 1 Tuule T188:n mukana toimitetaan 12 m masto.
3. Mahdolliset energianlähteet 9 4 3.5 3 2.5 P (kw) 2 1.5 1 0.5 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 t (h) Kuva 3.3: Tuule T188-pientuulivoimalan sähköntuotannon arvioitu pysyvyyskäyrä valmistajan ilmoittaman tehokäyrän mukaan rosoisuusluokan 3 maastossa[17, s. 4]. arviota kyseisen tuulivoimalan tuotosta sisämaassa. Voimalan hinta on tällä hetkellä 12 800 euroa, joten 20 vuoden investointiajalla ja 5 % korolla sähkön hinnaksi saadaan 20 c/kwh, mikäli ylläpitokulut oletetaan merkityksettömiksi. 3.4 Minivesivoima Minivesivoimalla viitataan alle yhden megawatin tehoisiin vesivoimaloihin. Kunnan alueella on useita pieniä koskia, joihin on 1900-luvun alkupuolella rakennettu myllyjä tai sahoja, jotka sittemmin on poistettu käytöstä. Näiden koskien energia on mahdollista hyödyntää sijoittamalla vanhan laitoksen yhteyteen pieni turbiini. Mikäli työ tehdään huolella, ei maisema välttämättä muutu oleellisesti. Nykyaikainen minivesivoimalaitos ei tarvitse paikalle käyttöhenkilökuntaa, sillä laitosta voidaan ohjata automatiikalla. Kosken teho voidaan laskea kaavalla P m = µ ρ g MQ H (3.1) jossa µ on laitoksen hyötysuhde, ρ veden tiheys (1000 kg/m 3 ), g putoamiskiihtyvyys (9,81 m/s 2 ), MQ virtaama ja H putouskorkeus. Taulukon 3.3 koskista pienin on Haapakoski, jonka teho on kaavan mukaisesti noin 8 kw. Suurimpien koskien teho on vajaa 40 kw. Valitettavasti putouskorkeudeltaan suurimmasta Riihikoskesta ei ole saatavilla virtaamatietoa. Minivesivoiman investointikustannukset ovat noin 1200-3000 e/kw. Kokonaiskus-
3. Mahdolliset energianlähteet 10 0.3 0.25 0.2 rosoisuusluokka 0 rosoisuusluokka 1 rosoisuusluokka 2 rosoisuusluokka 3 rosoisuusluokka 4 rosoisuusluokka 5 p 0.15 0.1 0.05 0 0 5 10 15 20 Tuulen nopeus (m/s) Kuva 3.4: Weibull-jakauma Pirkkalan säähavaintoaseman mittausten perusteella 10m korkeudella. [18, s. 192] Nimi Valuma-alue Virtaama Putouskorkeus Rakenteet Haapakoski 21 km 2 0,2 m 3 /s 4,4 m mylly Pengonkoski 85 km 2 0,8 m 3 /s 5 m mylly Kylmäkoski 85 km 2 0,8 m 3 /s 5 m saha Koivistonkoski 85 km 2 0,8 m 3 /s 5 m saha, mylly Hyyrynkoski 85 km 2 0,8 m 3 /s 5 m saha, mylly Myllykoski 85 km 2 0,8 m 3 /s 5 m mylly Lahden myllykoski 75 km 2 0,7 m 3 /s 5 m mylly Riihikoski - - 8,5 - Taulukko 3.3: Ylöjärven kosket. [19] tannukset muodostuvat pääosin investointikustannuksista, käyttökustannukset ovat hyvin pienet. Investointikustannukset taas määräytyvät pitkälti sen mukaan, miten paljon rakennustöitä padon kunnostaminen tai rakentaminen vaatii. [20, s. 12] Tuotetun sähkön hinnaksi muodostuu ennen tukia 2-5 c/kwh. Valtion pienvesivoimalle myöntämistä investointi- ja verotuista kerrotaan tarkemmin luvussa 4.2. Minivesivoiman hyötysuhde ei ole perinteisen vesivoiman tasoa. Tämä johtuu minivesivoimalan pienestä putouskorkeudesta. Putouskorkeus määrittää vesisuihkun nopeuden turbiinille, mikä taas pakottaa valitsemaan pienemmillä virtausnopeuksilla toimivan turbiinityypin. Tyypillisesti minivesivoiman hyötysuhde on 50 ja 60 prosentin välillä. Perinteisten veden potentiaalienergiaa hyödyntävien voimaloiden lisäksi on olemassa Tyson-turbiineja, joiden toiminta perustuu virtaavan vesimassan turbiinin la-
3. Mahdolliset energianlähteet 11 poihin aiheuttamaan nosteeseen. Toiminta on siis periaatteeltaan samanlaista kuin tuulivoimalassa. Tyson-turbiini ei siis vaadi virran patoamista, pelkkä liikkuva vesimassa riittää. Hyötysuhdetta Tyson-turbiinissa rajoittaa Betzin laki, jonka mukaan korkeintaan 59 % väliaineen kineettisestä energiasta voidaan muuntaa pyörimisenergiaksi. 3.5 Aurinkoenergia Auringon säteilyenergiaa tulee maan pinnalle parhaimmillaan noin 1 kw neliötä kohden. Saatuun energiamäärään vaikuttaa suuresti kellonaika sekä vallitsevat sääolot. Auringon säteilyenergiaa voidaan hyödyntää muuntamalla se suoraan sähköksi aurinkopaneelilla, tai sillä voidaan lämmittää kiertovettä, jonka lämpöenergia sitten hyödynnetään kiinteistön lämmityksessä lämpöpumpun avulla. Kaupallisten aurinkopaneelien sähköntuotannon hyötysuhteet ovat nykyään reilun 15 % luokkaa. Aurinkolämpöjärjestelmissä hyötysuhde on tyypillisesti 30-50 %. Ylöjärvestä parinkymmenen kilometrin päässä sijaitsevalla Tampereen Teknillisellä Yliopistolla on tutkittu aurinkosähkön soveltuvuutta energiantuotantoon. Tutkimuksen mukaan aurinkoenergiaa ei ole juurikaan saatavilla marraskuusta helmikuuhun. [21, s. 42] Aurinkosähkön tuotannon tehokkuutta eri paikoissa voidaan vertailla huipunkäyttöajalla, jonka kaava on t h = E a P n (3.2) jossa E a on vuodessa tuotettu energia ja P n on nimellisteho. Tampereen tutkimuksessa saatiin järjestelmän huipunkäyttöajaksi 936 tuntia. [21, s. 66] Esimerkiksi Saksassa, jossa aurinkosähkön hyödyntäminen on huomattavasti Suomea laajempaa, huipunkäyttöajat ovat samaa luokkaa. Kunnan alueella on pienehkö asukastiheys ja paljon pientaloja, joten aurinkopaneelien ja aurinkolämpöjärjestelmien sijoittaminen niiden katoille onnistunee useimmissa tapauksissa helposti. Aurinkopaneelien hinnat ovat vielä huomattavan suuret tuotettuun energiamäärään nähden. Nykyään hintataso on noin 7000 e/kw. Mikäli voimalan käyttöiäksi lasketaan 20 vuotta, koroksi 5% ja huipunkäyttöajaksi 900 h, saadaan aurinkosähkön hinnaksi 62 c/kwh. Mikäli oletetaan aurinkoenergiahankkeille tyypillinen 30 % investointituki(kts. s. 12), sähkön hinnaksi tulee 43 c/kwh.
12 4. ENERGIANTUOTANNON RAKENTAMISEEN LIITTYVIÄ SEIKKOJA 4.1 Pientuotannon liittäminen sähköverkkoon Verkkoyhtiö on velvoitettu liittämään verkkonsa alueella toimivat tuotantolaitokset sähköverkkoon. Ylöjärvellä toimii kolme eri sähköverkkoyhtiötä. Keskusta-alueella toimii Leppäkosken Sähkö, jonka lisäksi kunnan alueella verkkoa omistavat Vattenfall ja Tampereen Sähkölaitos. Leppäkosken sähkön verkkoon liityttäessä tuotantolaitoksilta ei peritä erillistä liittymismaksua, mikäli tuotantolaitoksen teho ei ylitä olemassaolevan sähköliittymän tehoa. Leppäkosken sähkö ei myöskään peri alle 1 MVA:n laitoksilta sähkön siirtomaksua, mutta liittymän vaatima mittaus maksaa 10 e/kk, jonka lisäksi veloitetaan 220 e suuruinen kertaluontoinen mittarinasennusmaksu. [22] Tuotantolaitoksen sähkölle täytyy myös löytää ostaja. Sähköä voidaan myydä joko sähkökauppaa käyvälle sähköyhtiölle, sähkömarkkinameklarille tai pienkäyttäjille. Sähköä myytäessä on kuitenkin muistettava maksaa sähköverot. [20, s. 33] 4.2 Investointi- ja verotuet Suomessa maksetaan uusiutuvan energian tuotantohanketta toteuttaville yrityksille tai yhteisöille harkinnanvaraista investointitukea. Tukea myönnetään sekä selvityshankkeille, että itse investoinneille. Valtio määrittää vuosittain jaettavan tukimäärän, joka jaetaan eri hankkeille. Tuen suuruus on maksimissaan 40 % investoinnista. [23, s. 56] Keskimääräisiä toteutuneiden hankkeiden tukiprosentteja Ylöjärven kannalta kiinnostavissa hanketyypeissä on kerätty taulukkoon 4.1. Uusiutuvalle sähkölle maksetaan myös tuotetun energiamäärän perusteella vero- Hanketyyppi Teknologiataso Keskimääräinen tukiprosentti Aurinkolämpö/sähkö 30 Pienvesivoima ( <1 MVA) 20 Biokaasu 20 Pienvoimalaitos (puu) tavanomainen 15-20 Pienvoimalaitos (puu) uusi 20-30 Taulukko 4.1: Myönnettyjen energiatukien keskimääräiset avustusprosentit [23, s. 58]
4. Energiantuotannon rakentamiseen liittyviä seikkoja 13 tukea. Tuen perusmäärä on 0,42 c/kwh ja suuruudet eri tuotantomuodoille on esitetty tarkemmin taulukossa 4.2. Kierrätyspolttoaineella tuotetulle sähkölle maksetaan alennettua verotukea. Vesivoimasta tuen piiriin kuuluvat alle yhden megavolttiampeerin laitokset. Metallurgisen teollisuuden jätekaasuilla ja kemiallisten prosessien reaktiolämmöllä tuotettu sähkö saa perustasoista verotukea. [23, s. 52] Tuulivoima ja metsähake Perustaso Kierrätyspolttoaine 0,69 c/kwh 0,42 c/kwh 0,25 c/kwh Taulukko 4.2: Uusiutuvan sähkön verotuet Lisäksi Ylöjärven energiahankkeiden kannalta oleellisia valtion tukimuotoja saattavat olla asuntojen energia- ja korjausavustukset sekä maa- ja metsätalousministeriön tuki energiapuun korjuuseen ja haketukseen. Asuntojen energia- ja korjausavustusta jaetaan harkinnan perusteella asuntojen energiatehokkuutta parantavien hankkeiden toteuttamiseen. Energiapuun korjuuseen maksetaan tukea 7 euroa kiintokuutiolta ja haketukseen 1,70 euroa irtokuutiolta. [23, s. 63] Vuoden 2007 hallitusohjelmassa luvataan ottaa käyttöön biokaasulla tuotetun energian syöttötari alle 20 MW:n energiantuotantolaitoksille. Syöttötarilla on tarkoitus kattaa sähkön markkinahinnan ja biokaasusta tuotetun sähkön tuotantokustannusten välinen erotus. [24, s. 45]
14 5. YHTEENVETO Uusiutuvan energian lisääminen Ylöjärvellä on haastavaa, sillä maa- ja metsätaloutta lukuunottamatta taloudellisesti järkeviä uusiutuvan energian tuotantomahdollisuuksia ei nykyisillä energian hinnoilla ja tuotantotuilla välttämättä löydy. Ehkä taloudellisesti realistisin uusiutuvan energian tuotantolaitos olisi karjanlantaa ja peltobiomassaa hyödyntävä mädätyslaitos, jonka kaasu käytettäisiin yhdistetyssä sähkönja lämmöntuotannossa. Mikäli biokaasusähkön syöttötari otetaan käyttöön, olisi hanke hyvin suurella todennäköisyydellä kannattava. Kunnan alueen energiantarpeesta sillä katettaisiin kuitenkin vain pieni osa. Suurin energiapotentiaali on metsien hakkuutähteissä. Niiden hyödyntäminen on jossain määrin mahdollista jo nyt Parkanossa sijaitsevan pellettitehtaan kautta, mutta energiatehokkaampi hyödyntäminen vaatisi lähialueelle puuenergiaa hyödyntävän energiantuotantolaitoksen. Pienvesivoimainvestoinnit saattaisivat joissain tapauksissa tuottaa sähköä hyvinkin edulliseen hintaan, mutta valitettavasti sitä voidaan rakentaa parhaassakin tapauksessa vain joitakin satoja kilowatteja. Oikeastaan ainoa kaupallisesti saatavilla oleva uusiutuvan energian lähde, jota voidaan rakentaa lähes rajattomasti, on aurinkoenergia. Aurinkosähkön kustannukset vain ovat nykyisillä aurinkopaneelien hinnoilla aivan liian suuret, minkä lisäksi aurinkoenergiaa saadaan Suomen oloissa käytännössä vain kesällä, silloinkin pelkästään päivällä. Sähköverkosta täysin riippumatonta energiaratkaisua ei onneksi tarvitse Ylöjärvellä etsiä, joten aurinkosähkö voi muuttua varteenotettavaksi tuotantomuodoksi paneelien hintojen laskiessa tai uusiutuvan energian tukijärjestelmien uudistamisen myötä.
15 LÄHTEET [1] 2007. Uusiutuvan energian käyttö suomessa. Motiva. http://www.motiva.fi/ fi/toiminta/uusiutuva-energia/uusiutuvanenergiankayttosuomessa/, 25.3.2008 [2] 2004. Sähköpostivaihto: Sähkön kulutus kunnittain. Energiateollisuus. [3] 2008. Puhelinkeskustelu. Timo Pesonen, Tampereen sähkölaitos. [4] Ympäristolupa. Tampereen sähkölaitos, 6MW lämpölaitos. [5] Ympäristolupa. Tampereen sähkölaitos, 12MW lämpölaitos. [6] Ympäristolupa. Vattenfall, 2MW lämpölaitos. [7] 2008. Sähköpostivaihto. Markku Lehti, Huurre insulation Oy. [8] Pahkala, K., Isolahti, M., Partala, A., Suokannas, A., Kirkkari, A-M., Peltonen, M., Sahramaa, M., Lindh, T., Paappanen, T., Kallio, E., Flyktman, M. 2005. Ruokohelven viljely ja korjuu energian tuotantoa varten. MTT. [9] 2007. Biopolttoaineiden lämpöarvoja. Motiva. http://www. motiva.fi/fi/toiminta/uusiutuva-energia/bioenergia/ biopolttoaineidenlampoarvoja/, 25.3.2008 [10] 2007. Ruokohelpi polttoaineena. Vapo. http://www.vapo.fi/filebank/ 3260-polttoesite.pdf, 25.3.2008 [11] 2008. Sähköpostivaihto. Mirja Venesmäki, maaseutusihteeri, Ylöjärvi. [12] 2006. Maa- ja metsätalousministeriön asetus suorien tukien täydentäviin ehtoihin liittyvistä hyvän maatalouden ja ympäristön vähimmäisvaatimuksista (183/2006). [13] Lehtomäki, A., Paavola, T., Luostarinen, S., Rintala, J. 2007. Biokaasusta energiaa maatalouteen - raaka-aineet, teknologiat ja lopputuotteet. Jyväskylän yliopiston bio- ja ympäristötieteiden laitoksen tiedonantoja 85. [14] Alakangas, E. 2000. VTT tiedotteita 2045: Suomessa käytettävien polttoaineiden ominaisuuksia. VTT. [15] Raitila, J. 2006. Pirkanmaan puuenergiaselvitys. Pirkanmaan metsäkeskus. [16] Paju, P., Alakangas, E. 2002. Puupellettien tuotanto-, jakelu- ja käyttöketjun tekniikka, talous ja markkinat. OPET Finland, VTT Prosessit. http://tekes. fi/opet/pdf/opet_raportti1_2002.pdf
LÄHTEET 16 [17] 2008. Tekninen kuvaus, Tuule T188 tuulivoimala. Finnwind Oy. http://www.finnwind.fi/web-content/esitteet/tekniset/tuulet188_ tekninenkuvaus_fin.pdf, 25.3.2008 [18] Tammelin, B. 1991. Suomen tuuliatlas. Ilmatieteen laitos. [19] 1980. Koski-inventointi. Vesihallitus. [20] Pöyry Energy Oy. 2006. Sähkön pientuotannon liittäminen verkkoon. Motiva. [21] Kitunen, J. 2007. Aurinkosähkön soveltuvuus hajautettuun energiantuotantoon Suomessa, Diplomityö. Tampereen Teknillinen Yliopisto, sähkötekniikan koulutusohjelma. [22] 2008. Sähköpostikeskustelu. Jukka Leikkanen, Leppäkosken sähkö. [23] Tervo, P., Vuori-Karvia, H. 2004. EU:n päästökaupan, energiaverotuksen ja energiantuotannon tukien yhteensovittaminen. Työryhmän mietintö. Kauppaja teollisuusmenisteriön julkaisuja 35/2004. [24] Pääministeri Matti Vanhasen II hallituksen hallitusohjelma [25] Lehtomäki, A. 2006. Biogas production from energy crops and crop residues. Jyväskylän yliopisto. http://www.kolumbus.fi/suomen.biokaasukeskus/ docs/annimari_lehtomaki.pdf [26] 2002. Pirkanmaan energiatase ja kasvihuonekaasupäästöselvitys, loppuraportti. Satakunnan energiatoimisto. http://www.pirkanmaa.fi/suomi/pdf/ Energiatase.pdf, 10.5.2008