TAAMIR FAREED VILLE LAMBERG JOUNI LANTTO TUOMO VORNANEN. HAJAUTETTU ENERGIANTUOTANTO Harjoitustyö. Tarkastaja: Aki Korpela



Samankaltaiset tiedostot
AIRIA BioHAT UUSI VOIMALAITOSKONSEPTI. Reijo Alander TTY

Energian tuotanto ja käyttö

Hallituksen linjausten vaikutuksia sähkömarkkinoihin

PVO-INNOPOWER OY. Tuulivoima Suomessa ja maailmalla Tuulta Jokaiselle, Lapua Suunnitteluinsinööri Ari Soininen

Kohti uusiutuvaa ja hajautettua energiantuotantoa

HELSINGIN ENERGIARATKAISUT. Maiju Westergren

Aurinkosähkö ympäristön kannalta. Asikkala tutkimusinsinööri Jarmo Linjama Suomen ympäristökeskus (SYKE)

Sähkön ja lämmön yhteistuotanto biomassasta

Metsäbioenergia energiantuotannossa

Paikallinen ja palveleva kumppani jo vuodesta Tapamme toimia. Leppäkosken Sähkö Oy. Arvomme. Tarjoamme kestäviä energiaratkaisuja asiakkaidemme

Tuulivoima Suomessa. Anni Mikkonen, Suomen Tuulivoimayhdistys Tuulikiertue

Hajautetun energiatuotannon edistäminen

SMG-4500 Tuulivoima. Kolmannen luennon aihepiirit TUULEN TEHO

Ilmastoystävällinen sähkö ja lämmitys Energia-ala on sitoutunut Pariisin sopimukseen

Fossiiliset polttoaineet ja turve. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

TUULIVOIMATUET. Urpo Hassinen

Lähienergialiiton kevätkokous

STY:n tuulivoimavisio 2030 ja 2050

Fortum Otso -bioöljy. Bioöljyn tuotanto ja käyttö sekä hyödyt käyttäjälle

Uusiutuva energia ja hajautettu energiantuotanto

Onko puu on korvannut kivihiiltä?

Tekijä: Markku Savolainen. STIRLING-moottori

Tuotantotukisäädösten valmistelutilanne

HELEN KOHTI ILMASTONEUTRAALIA TULEVAISUUTTA. Rauno Tolonen Ilmasto- ja energiatehokkuuspäällikkö Laituri

Valtakunnallinen energiatase ja energiantuotannon rakenne Suomessa

Metsätalouteen ja metsäteollisuuteen perustuvan energialiiketoiminnan mahdollisuudet

TuuliWatti Oy Pohjois-Suomen tuulivoimahanke

Tulevaisuuden puupolttoainemarkkinat

Energiaa luonnosta. GE2 Yhteinen maailma

SMG-4500 Tuulivoima. Viidennen luennon aihepiirit YLEISTÄ ASIAA GENERAATTOREISTA

TUULIVOIMA JA KANSALLINEN TUKIPOLITIIKKA. Urpo Hassinen

Mauri Pekkarinen Energiateollisuuden kevätseminaari Oulu Energiahaasteet eivät pääty vuoteen 2020 miten siitä eteenpäin?

Ilmastonmuutoksessa päästöt voimistavat kasvihuoneilmiötä

Tuulivoima. Energiaomavaraisuusiltapäivä Katja Hynynen

Hiilineutraalin energiatulevaisuuden haasteet

VIISI RATKAISUA KOHTI ILMASTONEUTRAALIA TULEVAISUUTTA

Viikinmäen jätevedenpuhdistamon Energiantuotannon tehostaminen

Juha Hiitelä Metsäkeskus. Uusiutuvat energiaratkaisut ja lämpöyrittäjyys, puuenergian riittävyys Pirkanmaalla

Ajan, paikan ja laadun merkitys ylijäämäenergioiden hyödyntämisessä. Samuli Rinne

Mistä joustoa sähköjärjestelmään?

Teollisuus- ja palvelutuotannon kasvu edellyttää kohtuuhintaista energiaa ja erityisesti sähköä

[TBK] Tunturikeskuksen Bioenergian Käyttö

SMG-4450 Aurinkosähkö

Kotkan Energia Uusiutuvan energian ohjelma

AURINKOSÄHKÖN HYÖDYNTÄMISMAHDOLLISUUDET SUOMESSA

Turun Seudun Energiantuotanto Oy Naantalin uusi voimalaitos. Astrum keskus, Salo

Energiateollisuuden isot muutokset ja ilmastopolitiikka. Jukka Leskelä Energiateollisuus ry Hallitusohjelmaneuvottelut Helsinki 15.5.

Energiajärjestelmän tulevaisuus Vaikuttajien näkemyksiä energia-alan tulevaisuudesta. Helsingissä,

Tuulienergialla tuotetun sähköntuotannon lisäys Saksassa vuosina Ohjaaja Henrik Holmberg

Sähköntuotannon näkymiä. Jukka Leskelä Energiateollisuus ry Pyhäjoki

Energian tuotanto haasteita ja mahdollisuuksia Pohjois- Suomessa. Pekka Tynjälä Ulla Lassi

Kaukoluettavine mittareineen Talouslaskelmat kustannuksineen ja tuottoineen on osattava laskea tarkasti

Mistä sähkö ja lämpö virtaa?

Puuhiilen tuotanto Suomessa mahdollisuudet ja haasteet

Maapallon energiavarannot (tiedossa olevat)

Ajankohtaista Fortumissa. Jouni Haikarainen Johtaja, Fortum Heat-divisioona, Suomi

Käyttötoimikunta Sähköjärjestelmän matalan inertian hallinta

ENERGIAMURROS. Lyhyt katsaus energiatulevaisuuteen. Olli Pyrhönen LUT ENERGIA

Energialaitosten polttoainevaihtoehdot nyt ja tulevaisuudessa - nestemäiset ja kaasumaiset vs. kiinteä biomassa

Kaukolämmitys. Karhunpään Rotaryklubi

Kivihiilen merkitys huoltovarmuudelle 2010-luvulla

Sähkön tuotannon ja varavoiman kotimaisuusaste korkeammaksi Sähkö osana huoltovarmuutta

Tuulivoiman ympäristövaikutukset

Hämeen uusiutuvan energian tulevaisuus (HUE)

Energiaturpeen käyttö GTK:n turvetutkimukset 70 vuotta seminaari Esa Lindholm, Bioenergia ry,

Farmivirta. Oulun Energia / Oulun Sähkönmyynti Olli Tuomivaara OULUN ENERGIA

SMG-4500 Tuulivoima. Neljännen luennon aihepiirit. Tuulivoimalan rakenne. Tuuliturbiinin toiminta TUULIVOIMALAN RAKENNE

Energian talteenotto liikkuvassa raskaassa työkoneessa Heinikainen Olli

SMG-4300: Yhteenveto ensimmäisestä luennosta

Energiasektorin globaali kehitys. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

Aurinkolämpöjärjestelmät

SMG-4450 Aurinkosähkö

METSÄBIOMASSAN KÄYTTÖ SÄHKÖN JA KAUKOLÄMMÖN TUOTANNOSSA TULEVAISUUDESSA Asiantuntijaseminaari Pöyry Management Consulting Oy

Puuperusteisten energiateknologioiden kehitysnäkymät. Metsäenergian kehitysnäkymät Suomessa seminaari Suomenlinna Tuula Mäkinen, VTT

Mitä uutta kaasualalla? Tallinna

TuuliWatti rakentaa puhdasta tuulivoimaa

Naps Systems Group. Aurinko, ehtymätön energialähde. Jukka Nieminen Naps Systems Oy

TEKNOLOGIANEUTRAALIN PREEMIOJÄRJESTELMÄN VAIKUTUKSIA MARKKINOIHIN

Energiaa ja elinvoimaa

KUIVAN LAATUHAKKEEN

Johdanto Tavoitteet Työturvallisuus Polttokennoauton rakentaminen AURINKOPANEELITUTKIMUS - energiaa aurinkopaneelilla...

Tuotantorakenteen muutos haaste sähköjärjestelmälle. johtaja Reima Päivinen Käyttövarmuuspäivä

SMG-4450 Aurinkosähkö

SMG-4500 Tuulivoima. Kuudennen luennon aihepiirit. Tuulivoimalan energiantuotanto-odotukset AIHEESEEN LIITTYVÄ TERMISTÖ (1/2)

Sähkön tuotantorakenteen muutokset ja sähkömarkkinoiden tulevaisuus

Energiamurros - Energiasta ja CO2

Lämpöä tuulivoimasta ja auringosta. Kodin vihreä energia Oy

Maakaasu kaukolämmön ja sähkön tuotannossa: case Suomenoja

Liisa Haarla Fingrid Oyj. Muuttuva voimajärjestelmä taajuus ja likeenergia

A sivu 1(4) AMMATTIKORKEAKOULUJEN TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN VALINTAKOE

Pumppuvoimalaitosten toiminta

Tekniset vaihtoehdot vertailussa. Olli Laitinen, Motiva

Energia-ala matkalla hiilineutraaliin tulevaisuuteen

Pienimuotoisen energiantuotannon edistämistyöryhmän tulokset

Kohti puhdasta kotimaista energiaa

Case EPV Tuuli: Suomen suurimmat tuulivoimalaitokset Tornioon. Tomi Mäkipelto johtaja, strateginen kehitys EPV Energia Oy

Energia ja kasvihuonekaasupäästöt Suomessa. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

Green Lappeenranta. Lappeenranta A Sustainable City

Metsäenergian asema suhteessa muihin energiamuotoihin: Ekonomistin näkökulma

Case Oulun Energia: Lähienergian hyötykäyttö

Transkriptio:

TAAMIR FAREED VILLE LAMBERG JOUNI LANTTO TUOMO VORNANEN HAJAUTETTU ENERGIANTUOTANTO Harjoitustyö Tarkastaja: Aki Korpela

II SISÄLLYS 1. Johdanto...1 2. Hajautetun energiantuotannon määritelmä...2 3. Hajautetun energiantuotannon menetelmät...3 3.1. Polttokennot...3 3.2. Tuulivoima...3 3.3. Aurinkosähkö...4 3.4. Yhdistetty sähkön- ja lämmön tuotanto (CHP)...5 3.4.1. Kaasu- ja dieselmoottorit...5 3.4.2. Mikroturbiinit...6 3.4.3. Höyryturbiinit ja -koneet...6 4. Hajautetun energiantuotannon tavoitteet...7 4.1. Vaikutus kasvihuonekaasupäästöihin...7 4.2. Energiahuollon varmuus...7 4.3. Vaikutukset työllisyyteen ja talouteen...7 5. Hajautetun energiantuotannon haasteet ja ongelmat...8 5.1. Hajautetun energiantuotannon vaikutus sähköverkkoon...8 5.2. Aurinkokennojen ympäristökysymyksiä...8 5.3. Biopolttoaineiden keräilyn vaikutukset...9 5.4. Polttokennojen haasteet...9 5.5. Tuulivoimaloiden vaikutukset sähköverkkoon...9 6. Yhteenveto...10 Lähteet...11

1 1. JOHDANTO Tässä työssä esitellään menetelmiä, jotka yleisesti katsotaan kuuluvan hajautettuun energiantuotantoon. Hajautetulla energiantuotannolla joskus käsitetään vain uudet uusiutuvat energianlähteet, mutta yhtä lailla niihin kuuluu vesivoima ja pienen mittakaavan voimalat, joissa käytetään fossiilisia polttoaineita. Työn tarkoituksena on esitellä lyhyesti käytettäviä tekniikoita, jonka jälkeen pohditaan hajautetun energiantuotannon vaikutuksia energiahuoltoon ja sähkönjakeluun. Hajautetun energian yhtenä päätavoitteena on vähentää kasvihuonekaasupäästöjä. Tässä työssä pyrimme arvioimaan esiteltyjen tuotantomuotojen mahdollisuuksia ja niihin liittyviä onglemia ottaen huomioon tuotannon koko elinkaaren.

2 2 2. HAJAUTETUN ENERGIANTUOTANNON MÄÄRITELMÄ Yleisin tapa määritellä hajautettu energiantuotanto riippuu laitoksen nimellistehosta. Raja voi vaihdella ja siinä on olemassa poikkeuksia, mutta Suomessa yleisesti alle 10MW laitokset lasketaan hajautetuiksi ja yli 10MW keskitetyiksi energiantuotannoksi. Yhdistetyn sähkön ja lämmön tuotannon laitoksissa 10MW:n raja koskee nimellissähkötehoa. Vaikka hajautetun energiantuotannon määritelmä ei varsinaisesti sulje pois eri polttoainevaihtoehtoja, hajautettu energiantuotanto liittyy usein vahvasti uusiutuviin energianlähteisiin, kuten biomassoihin tai aurinko- ja tuulisähköön. Hajautettu energiantuotanto sijaitsee lähellä sen loppukäyttäjää, jolloin voimalat liitetään keskijännite- tai pienjännitejakeluverkkoon. Tuulivoimapuistot lasketaan yhdeksi laitokseksi, ja vaikka nykyaikaisilla tuulivoimakoneilla niiden teho ylittää helposti 10MW:n rajan, lasketaan ne silti hajautetun energiantuotannon piiriin.

3 3 3. HAJAUTETUN ENERGIANTUOTANNON MENETELMÄT Seuraavassa kappaleessa esitellään lyhyesti tuotantomuotoja, jotka kuuluvat hajautettuun energiantuotantoon. 3.1. Polttokennot Polttokenno on sähkökemiallinen laite, joka muuntaa kemiallisen energian suoraan sähköksi. Polttokenno koostuu anodista, katodista sekä elektrolyytistä. Polttokennon polttoaine (vety, maakaasu) syötetään anodille, jossa se reagoi vapauttaen elektroneja. Anodilla vapautuvat elektronit kulkevat kuorman läpi katodille synnyttäen virran ulkoiseen piiriin. Vetyionit kulkevat elektrolyytissä katodille. Katodilla oleva happi reagoi elektronien ja vedyn kanssa vedeksi. Polttokennoissa siis syntyy sivutuotteena vettä. Kuvassa 1 on esitetty polttokennon toimintaperiaate. Kuva 1. 3.2. Tuulivoima Tuulivoiman perusideana on hyödyntää tuulen energiaa ja muuntaa sitä sähköenergiaksi. Tuulen liike-energia muunnetaan pyörimisliikkeeksi siipien avulla. Roottori, jossa siivet ovat kiinni, on yleensä kytkettynä vaihteeseen joka välittää pyörimisenergian generaattorille. Generaattori muuntaa pyörimisenergian sähköenergiaksi.

4 Toisinkuin polttokennoilla, tuulivoimalla tuotetaan jo nykyisin paljon sähköä. Tuulivoimalaitosten koot ovat kasvaneet jopa 3 MW yksikkökokoon joka mahdollistaa suuremmankin sähköntuotannon, ja siten tuulivoima soveltuu hajautettuun energiantuotantoon mainiosti. Tuulivoimalat voidaan jakaa kahteen kategoriaan. Yleisimpiä tuulivoimaloita ovat vaaka-akseliset (HAWT) voimalaitokset, mutta myös pysty-akselisia (VAVT) sovelluksia on olemassa. Tässä työssä käsittelemme vaaka-akselisia tuulivoimala sovelluksia ja niiden hyödyntämistä hajautetussa energian tuotannossa. Vaaka-akselisia tuulivoimaloita hyödynnetään sähköntuotannossa niiden lukuisten hyvien ominaisuuksien vuoksi. Vaaka-akselisessa tuulivoimalassa on korkea torni joka mahdollistaa pääsyyn kovempiin tuuliin. Nykyaikaisissa HAWT voimaloissa on usein säädettävä lapakulma, joka antaa lavalle optimaalisen kulman tuuleen nähden. Lapakulmaa säätämällä on mahdollista optimoida energian tuotanto kaikilla tuulennopeuksilla. Säätyvä lapakulma mahdollistaa myös hyvän starttimomentin, joten tuulivoimala käynnistyy jo varsin pienillä tuulennopeuksilla. Kun tuulennopeus lähestyy kriittistä rajaa, ovat voimalat pysäytettävä tai niiden pyörimisnopeutta rajoitettava. Säätyvällä lapakulmalla voidaan pyörimisnopeutta säätää tai voimala voidaan pysäyttää. Toinen hieman vanhempi ja yksinkertaisempi säätö pyörimisnopeuden rajoittamiseksi on sakkaussäätö. Sakkaussäädössä pyörimisnopeus pienenee kun tuulivoimalan lavat alkavat sakkaamaan. Sakkaussäätöinen tuulivoimala voidaan pysäyttää suuren mekaanisen jarrun avulla. Huono puoli vaaka-akselissa tuulivoimalassa on se, että kaikki tekniset osat sijaitsevat tornin yläosassa. Tällöin paino on sijoittunut tornin yläosaan ja tornin pitää olla massiivinen rakenteeltaan. Kyseinen rakenne vaikeuttaa myös huoltotoimenpiteitä merkittävästi. 3.3. Aurinkosähkö Aurinkokennossa auringon valon tuoma energia muutetaan sähköenergiaksi. Tämä tapahtuu siten, että saapuva fotoni synnyttää absorboituessaan puolijohteeseen elektroni-aukko -pareja, jolloin elektroneja siirtyy valenssivyöltä johtavuusvyölle (Kuva 1.). Fotonin energia noudattaa yhtälöä E=hc/λ. Materiaalina kennoissa käytetään tavallisesti piitä. Pii jaetaan kiderakenteensa perusteella joko yksikiteiseen tai monikiteiseen piihin. Yksikiteisessä piissä kiderakenne muodostuu siten, että kaikki kiteet ovat keskenään samanmuotoisia. Monikiteisessä piissä kiteet ovat keskenään erimuotoisia. Yksikiderakennetta hyödyntävät kennot ovat hyötysuhteeltaan hieman parempia (n. 2 prosenttiyksikköä) mutta ne ovat kalliimpia valmistaa. Piitä on niin sanotusti doupattava, jotta sähköenergian tuottaminen olisi mahdollista. Tämä johtuu siitä, että pelkästä puolijohteesta valmistetussa kennossa johtavuusvyölle siirtynyt elektroni palaa takaisin valenssivyölle. Tätä tapahtumaa kutsutaan rekombinaatioksi. Puolijohteiden douppaamiseen käytetään booria ja fosforia. Boorilla doupattua puolijohdetta kutsutaan p-tyypiksi, jossa sidokseen jää yhden elektronin vaje. Fosforilla doupattua kutsutaan n-tyypiksi. Tässä sidoksessa on yksi ylimääräinen elektroni. Kun p-

5 ja n-tyyppi liitetään, saadaan aikaan pn-liitos. Valon osuessa n-puoleen syntyy liitokseen sähkövirta. Aurinkosähkö ei ole ainoa auringosta suoraan hyödynnettävä energiamuoto. Lämmintä käyttövettä valmistettaessa ja kylmäilmakuivureiden esilämmitysasteena aurinkolämpöä on käytetty suomessa jo vuosikymmeniä. Varsinkin Keski-Euroopassa aurinkolämpöä käytetään huomattavasti enemmän esim. Itävallassa 15 % omakotitaloista käyttää aurinkolämpöä. Aurinkolämpö toimii hyvin alueilla joissa kylmät kaudet eivät ole kovin ankaria ja auringon valoa on kohtuullisesti tarjolla. Suurimmissa aurinkolämpövoimalaitoksissa päästään jopa kymmenen megawatin tehoihin. 3.4. Yhdistetty sähkön- ja lämmön tuotanto (CHP) CHP:lla eli yhteistuotannolla tarkoitetaan sähköntuotannossa syntyvän hukkalämmön hyötykäyttöä kaukolämmityksessä tai teollisuudessa. Kauko- tai aluelämmityskäytössä lämpö otetaan talteen lämmönsiirtimellä, mutta se voidaan hyödyntää myös prosessihöyrynä. 3.4.1. Kaasu- ja dieselmoottorit Moottorivoimalaitos koostuu sähkögeneraattorista ja sitä pyörittävästä mäntämoottorista. Polttomoottorissa polttoaine palaa koneen sylinterissä, jossa se sytytetään sähkökipinällä tai ilmaa puristamalla. Polttoaineseoksen palaessa paine kasvaa sylinterissä ja työntää mäntää, joka pyörittä generaattoria. Megawattiluokan voimaloilla päästään hyvään sähköhyötysuhteeseen, yli 40 prosenttiin. Yhteistuotannossa kokonaishyötysuhde nousee jopa 85...90 prosenttiin. Moottoreita löytyy laajalta tehoalueelta (kymmenistä kilowateista ylöspäin) ja niillä on laaja polttoainevalikoima, yleisimpien polttoaineiden ollessa maakaasu ja dieselöljy. Voimalaitoksen hyötysuhde pysyy korkeana osakuormallakin. Moottorin aiheuttaman melun takia ne soveltuvat pientaloja paremmin kaukolämmitykseen, pk-teollisuuteen ja suurten palvelu- ja hallintorakennusten (sairaalat, koulut) energiantuotantoon.

6 3.4.2. Mikroturbiinit Mikroturbiinit ovat pienitehoisia (25...250 kw) kaasuturbiineja. Voimalaitokseen kuuluu kompressori, polttokammio, turbiini ja generaattori. Kompressorissa syöttöilma puristetaan suuren paineeseen. Ilma ja polttoaine syötetään polttokammioon, josta palamistuotteet purkautuvat turbiinissa pyörittäen siipiä, teho välittyessä akselin kautta generaattoriin. Sähköhyötysuhde nousee rekuperaattorilla varustetuilla voimaloilla yli 30 prosentin, yhteistuotannossa päästään yli 80 prosentin hyötysuhteeseen. Polttoaineena käytetään kaasu- tai nestemäisiä polttoaineita, yleisin on maakaasu, nestemäisistä polttoaineista dieselöljy. Osakuormalla kaasuturbiinin hyötysuhde heikkenee, joten se soveltuu paremmin teollisuussovellutuksiin, joissa voidaan hyödyntää tehokkaasti 400...600 asteisen pakokaasun hukkalämpö. 3.4.3. Höyryturbiinit ja -koneet Höyrykone ja -turbiini eroavat toisistaan siinä, että höyrykoneessa korkeapainehöyry liikuttaa sylinterissä olevaa mäntää, joka pyörittää generaattoria, kun taas höyryturbiinissa höyry liikuttaa turbiinin siipiä. Molemmissa laitteistoissa höyry tuotetaan erikseen höyrykattilassa, joten voimalassa voidaan käyttää teknisesti mitä tahansa polttoainetta. Yleisimpiä ovat hiili, turve, kierrätyspolttoaineet ja biomassa. Hyötysuhteiltaan höyrykoneet ja -turbiinit ovat diesel-moottorien tasoisia. Käyttökohteiksi soveltuvat erityisesti pk-teollisuus ja kaukolämmitys. Tulevaisuudessa uusiutuvia poltoaineita käyttävät mikro-chp-voimalaitokset määrä kasvanee merkittävästi. Tähän vaikuttaa kuitenkin sähkön hinnan kehitys. Yksi lupaava vaihtoehto polttoaineeksi on kaasuttimen käyttö kiinteän biomassan tai kierrätyspolttoaineiden kanssa.

7 4. HAJAUTETUN ENERGIANTUOTANNON TAVOITTEET 4.1. Vaikutus kasvihuonekaasupäästöihin Yksi hajautetun energiantuotannon päätavoitteista on vaikuttaa kasvihuonepäästöjen vähentämiseen. Päästöoikeuskaupan tultua fossiilisilla polttoaineilla tuotetun sähkön hinta on noussut. Hajautetulla energiantuotannolla voidaan korvata fossiilisilla polttoaineilla tuotettua sähköenergiaa, mutta ydinvoimaa näillä pienillä järjestelmillä tuskin koskaan voidaan korvata. Nykyään ihmiset ovat kiinnostuneet ympäristöstään ja siihen vaikuttavista tekijöistä. Tämän takia myös monet hajautetut järjestelmät ovat myös mediassa pinnalla ja niiltä odotetaan paljon. 4.2. Energiahuollon varmuus Suomen energiahuollon varmuus perustuu riittäviin polttoainevarastoihin sekä omavaraiseen tuotantoon. Kylmistä talvista ja syrjäisestä sijainnista johtuen Suomessa joudutaan pitämään suhteellisen runsaita polttoainevarastoja. Öljyä, kivihiiltä ja uraania varastoidaan viiden kuukauden tarpeisiin sekä valtion että yritysten varastoissa. Lisäämällä hajautettua energiantuotantoa pystytään vähentämään Suomen riippuvuutta tuontipolttoaineista. Varmistaakseen monipuolisen sähköntuotannon valtio tukee uutta hajautettua energiantuotantoa huomattavilla summilla. Uusiutuviin energianlähteisiin perustuvia tuotantoinvestointeja tuetaan maksimissaan 40 %:n valtion tuella. Esimerkiksi tuulivoiman tuottaminen suomessa ei olisi kannattavaa, ellei valtio olisi mukana rahoittamassa projekteja. Lisäksi hajautetussa energiantuotannossa syntyvää sähköä tuetaan valtion toimesta. Metsähakkeella ja tuulivoimalla tuotetussa sähkössä tuen osuus on 6,9 /MWh ja kierrätyspolttoaineella 2,5 /MWh. 4.3. Vaikutukset työllisyyteen ja talouteen Energiahuollon varmuuden lisäksi hajautetussa energiantuotannossa nähdään etuja myös valtion talouden kannalta. Suomessa kehitettävästä tekniikasta uskotaan tulevaisuudessa tulevan merkittävä vientituote. Tekes aloitti vuonna 2003 DENSYohjelman, jonka tavoitteena on ollut kehittää hajautettuun energiantuotantoon liittyviä tuotteita sen kustannustehokkuuden parantamiseksi. Yli 50 miljoonaa euroa maksavan ohjelman tulokset julkaistaan lokakuussa 2007 pidettävässä seminaarissa. Tekesin laskelmien mukaan hajautetun energiantuotannon markkinat kasvavat Euroopassa 15 prosentin vuosivauhdilla, ja ohjelman tavoitteena on luoda uusia tuotteita avautuville markkinoille. Tekes listaa ohjelman konkreettisiksi tavoitteiksi alalle 6 miljardin euron liikevaihdon vuoteen 2010 mennessä (vuonna 2002 80 Me), josta viennin osuus on 90 %. Alan työllisyyden tavoitellaan nousevan 5500 henkilöstä 13 000 henkilöön samassa ajassa. Tutkimuksen ja kehityksen lisäksi bioenergian tuotannon lisääntyessä voidaan lisääntyvän työvoiman tarvetta arvioida karkeasti siten, että 1 TWh:n lisäys biopolttoaineella tuotettua sähköä tarkoittaa 250 henkilötyövuoden lisäystä polttoaineen keräilyssä ja käsittelyssä.

8 5. HAJAUTETUN ENERGIANTUOTANNON HAASTEET JA ONGELMAT 5.1. Hajautetun energiantuotannon vaikutus sähköverkkoon Hajautettujen järjestelmien lisääntyminen ympäri Suomea keventää pitkien siirtolinjojen kasvavaa kuormaa sekä luo lisä kilpailua sähköhintaan. Suomessa sähkönkulutus on ollut jo useita vuosia kasvussa, eikä kasvu näytä loppuvan. Suomen sähköverkko on vanhaa ja vaatii suuria investointeja, jotta luotettavuus ja käyttövarmuus säilyisivät hyvällä tasolla myös tulevaisuudessa. Omakotitalojen sähkön- ja lämmönkulutus on merkittävässä osassa Suomen koko energiankulutusta. Sähköverkot eivät joutuisi niin koville, mikäli hajautetut energiantuotantojärjestelmät yleistyisivät ja sähköä tuotettaisiin lähellä sen käyttöpaikkaa. Tämä säästäisi merkittävän määrän rahaa tulevaisuudessa, sekä lisäisi sähköverkkojen käyttövarmuutta. Tämä kehityssuunta olisi myös hyvä ilmastonmuutoksen kannalta. Mikäli hajautettujen energiatuotantolaitosten rakentamista ruvetaan tukemaan, kuten mm. Saksassa, uskomme niiden yleistyvän melko nopeasti suomalaisiin omakotitaloihin. Mikäli Suomeen tulisi myös syöttötariffihinnoittelu, eli sähköverkon omistaja olisi velvollinen ottamaan verkkoon syötetyn sähkön vastaan kiinteään hintaan, kiihdyttäisi se hajautettujen järjestelmien yleistymistä merkittävästi. Tällöin jokainen pienikin hajautettu järjestelmä voisi tuottaa sähköä verkkoon ja saisi ylimääräisestä sähköstä asianmukaisen korvauksen. Tämä helpottaisi järjestelmän takaisinmaksuajan arvioimista ja helpottaisi investointipäätöksen tekemistä. 5.2. Aurinkokennojen ympäristökysymyksiä Aurinkoenergiaa pidetään yleisesti saasteettomana energiantuotantomenetelmänä. Jos asiaa tarkastellaan energiataseen näkökulmasta, on tilanne kuitenkin monimutkaisempi. Piin erottaminen hiekasta vaatii energiaa 50 kwh/kg. Piin valmistaminen puolijohdeteollisuudelle kelpaavaksi tehdään niin kutsutulla Siemens-prosessilla, joka vaatii energiaa 200 kwh/kg. Yksikiteistä piitä valmistettaessa yhtä kiloa kohti kuluu energiaa vielä lisäksi 100 kwh/kg. On siis selvää, että aurinkokennolla menee useampi vuosi ennen kuin se maksaa itsensä takaisin.

9 5.3. Biopolttoaineiden keräilyn vaikutukset Biopolttoaineiden keräilyn vaikutuksia metsän kasvuun on tällä hetkellä todella vaikea arvioida. Hakkuutähteen kerääminen energiantuotantoon on suhteellisen uusia asia, ja sen ympäristövaikutuksista ei vielä ole tutkimuksia, koska sellaisen tekeminen vaatii pitkän tarkasteluajan. Joidenkin arvioiden mukaan hakkuutähteiden kerääminen voi aiheuttaa maaperän köyhtymistä, mikä tulee lisäämään keinotekoisen lannoituksen tarvetta metsissä. Kiintoaineen poistaminen voi lisätä myös eroosioita. Vaikutusten arviointi on kuitenkin arvailujen varassa vielä jonkin aikaa, koska tutkimustuloksia ei lähivuosina vielä ole saatavilla. 5.4. Polttokennojen haasteet Polttokennosovellusten suurimpia ongelmia ovat niiden hinta sekä alhainen käyttöikä. Toinen merkittävä ongelma polttokennojen käytössä on polttoaineen saatavuus. Vedyn tuottaminen ja varastointi vaatii paljon energiaa. Nykyisin myös maakaasuverkostot ovat rajalliset, joten maakaasulla toimivien kiinteäoksidikennojen käyttömahdollisuudet ovat rajalliset. Polttokennot tulevat varmasti olemaan osana tulevaisuuden energiataloutta. Polttokennoilla tuotettu sähkö- ja lämpöenergia on ympäristöystävällistä, koska sivutuotteena syntyy vain vettä. 5.5. Tuulivoimaloiden vaikutukset sähköverkkoon Tuulen nopeuden muutokset ovat suhteellisen nopeita. Niiden ennustettavuus on myös heikkoa. Koska sähköntuotanto on verrannollinen tuulen nopeuden kolmanteen potenssiin, tuulen nopeuden muuttuessa tuulivoimaloiden tuottama sähkö on sähköverkon stabilisuuden kannalta häiriö, jonka kompensoimiseen tarvitaan erikseen säätökapasiteettia. Suomessa vesivoima toimii tällä hetkellä säätövoimana, mutta suuret lisäykset tuulivoiman tuotantoon vaativat rinnalleen uutta säätökapasiteettia. Biopolttoaineita käyttävät kattilat eivät tähän tarkoitukseen ole riittävän nopeita, jolloin säätöön joudutaan käyttämään fossiilisia polttoaineita, kuten esimerkiksi maakaasukäyttöisiä kombivoimaloita.

10 6. YHTEENVETO Hajautetun sähköntuotannon idea liittyy läheisesti haluun torjua ilmastonmuutosta ja vähentää energiantuotannon ympäristövaikutuksia muutenkin. Lisäämällä ympäristöystävällistä energian-tuotantoa lähellä kuluttajaa vähennetään tarvetta fossiilisten polttoaineiden käytölle lauhdevoima-laitoksissa ja mahdollisesti vältetään tarve suurten voimalaitosten kertainvestoinneille. Pienten voimalaitosten lisääminen verkkoon tuo joustavuutta sähköntuotantokapasiteetin lisäämiseen ja tällöin pystytään välttämään Olkiluodon uuden ydinreaktorin viivästymisen kaltaiset tapahtumat. Paikoin kasvava sähkönkulutus voi vaatia investointeja verkkoon, jotka voidaan välttää hajautetulla tuotannolla. Hajautettuun sähköntuotantoon jo soveltuvia, kypsiä tekniikoita on jo olemassa (esim CHP), osa taas vaatii tuotekehitystä tullakseen teknistaloudellisesti järkeväksi vaihtoehdoksi (polttokennot). Toisaalta esimerkiksi tuulivoimatekniikka on jo sinällään valmista tekniikkaa, ongelmaksi muodostuu tuotannon vaihtelevuus. Tuuli- ja aurinkovoiman laajaa käyttöönottoa jakeluverkko-tasolla edesauttaisi energian varastointimenetelmien kehittyminen. CHP-tekniikoiden käyttöönoton järkevyyteen hajautetussa tuotannossa vaikuttaa sekä taloudel-lisessa mielessä että ympäristöystävällisyyden kannalta käytettävät polttoaineet. Fossiilisten polttoaineiden hinnat voivat jättää ainoaksi taloudellisestikin järkeväksi vaihtoehdoksi erilaisten bio- ja jätepolttoaineiden käytön. Paikallisilla primäärienergianlähteillä on tässä suuri merkitys.

11 LÄHTEET Luentomoniste: Risto Mikkonen, Tampere 2006. Polttokennot ja vetyteknologia. Sähkömarkkinaseminaari 2006, Helsinki http://akseli.tekes.fi/opencms/opencms/ohjelmaportaali/ohjelmat/polttokennot/fi/etusiv u.html (1.10.2007) Kyseiseltä sivulta löytyvät tiedostot polttokennot_esitysdiat.pdf sekä Polttokennot_ohjelmasuunnitelma.pdf http://www.energia.fi/fi/julkaisut/ymparistopooli/hajautettuenergiantuotanto.html (1.10.2007) Kyseiseltä sivulta löytyy Gaia Group Oy:n tekemä tutkimusraportti hajautetusta energiantuotannosta. Sähkömagnetiikan laitos: http://webhotel.tut.fi/units/smg/course.php?id=16 TEKES projekti 594/480/00, Yhdysvaltain energiaministeriö http://www.nrel.gov/docs/fy05osti/37322.pdf, International energy agency http://www.iea-pvps.org/ http://www.e-leeh.org/tuotanto/kuva11_1.gif Opintomoniste: Energiatekniikan perusteet, Risto Raiko & Katriina Kirvelä 2005 Bergman, Lankila, Kässi, Teknologiaohjelma DENSY - Hajautetun energiantuotannon tulevaisuusskenaariot ja vaikutukset liiketoimintamalleihin. www.tbrc.fi/pubfilet/densy_skenaariot_2019.pdf Rintala et al, Arvio biomassan pitkän aikavälin hyödyntämismahdollisuuksista Suomessa. http://www.ktm.fi/index.phtml?s=198 Luentomoniste: Pentti Lautala, Tampere 2007, Prosessiautomaation sovellukset