Kohti fossiilivapaata Suomea teknologiamurroksessa 10.1.2019 Eduskunta, YmV Helsinki Smart Energy Transition-hankkeen vuorovaikutusjohtaja ja tutkija Karoliina Auvinen, Aalto-yliopisto, karoliina.auvinen@aalto.fi
Käynnissä on globaali energiamurros, joka vaikuttaa Suomeen väistämättä Ajurit: Ilmastonmuutos Teknologian kehitys Tuulivoimaloiden, aurinkopaneelien, akkujen, sensorien, lämpöpumppujen, ledien jne. hinnat alenevat Digitalisaatio
Tuulivoiman läpimurto HuoltoTuotantohinta sopimusten (ilman korkoja ja pituus tuottovaatimuksia) 2012 10 vuotta 60 euroa/mwh 2018 30 vuotta 30-35 euroa/mwh Tuulivoima on nyt halvin tapa tuottaa sähköä!
Fossiiliteollisuus Puhdas energialiiketoiminta
Fossiilisista polttoaineista pitää luopua Pariisin ilmastosopimuksen tavoitteisiin pääsy edellyttää kaikista fossiilisista polttoaineista luopumista Pois polttamisesta -> lämpö- ja liikennesektorit tulisi sähköistää Hiilen korvaaminen muilla polttoaineilla ei edistä tarpeellista systeemistä muutosta
Miten kaukolämpö toimii fossiilivapaassa Suomessa? Smart Energy Transition julkaisi 11/2018 keskustelupaperin, jossa esitettiin: Miten puhdas kaukolämpöverkko toimii 100% fossiilivapaa skenaario Suomelle 100% fossiilivapaa skenaario Helsingin lämmitykselle http://smartenergytransition.fi/wp-content/uploads/2018/11/clean-dhc-discussion-paper_set_2018.pdf Skenaariot laadittiin Energy Plan -mallinnusohjelmalla, jossa tarkastellaan tuntitasolla, miten tuotanto ja teho vastaa kulutukseen vuoden ympäri mahdollisimman kustannus- ja resurssitehokkaasti.
Sähkönkulutus ja -tuotanto fossiilivapaassa skenaariossa tunneittain Kulutus Aurinko Tuuli Vesi Kaukolämpö- CHP Teollisuus-CHP Ydin
Toimistotaloissa, konesaleissa ym. aurinkosähköä, sähköautoja, lämpöpumppuja ja lämpökaivoja Fossiilivapaa kaukolämpöverkko Sähkövarasto Joustava bio-chp (varavoimana) Uusissa asuintaloissa aurinkosähköä, sähköautoja ja lämminvesivaraajia Aurinkolämpökeräimiä Koulussa aurinkosähköä Kaukokylmäverkko Kaukolämpöverkko Tuulivoimaa Vanhoissa rakennuksissa aurinkosähköä, sähköautoja, lämpöpumppuja ja lämminvesivaraajia Teollisia lämpöpumppuja Lämpövarastoja
Keskeiset lähtökohdat ja oletukset Tuulivoiman raju kasvu, aurinkosähkö tukena -> lämmön, liikenteen ja teollisuuden sähköistyminen Ympäristö- ja hukkalämmön hyödyntäminen lämpöpumpuilla Liikenne sähköllä 80% + biokaasu & synteettiset polttoaineet Biomassan hyödyntäminen mahdollisimman kestävästi ja tehokkaasti nopeasti säädettävässä CHP-laitoksissa ja huippukapasiteettina/varavoimana Kulutusjoustot, lämmön ja sähkön varastointi Optimointi: tehotasapaino, kustannustehokkuus, resurssitehokkuus
Fossiilivapaassa skenaariossa sähköntuotanto kasvaa 85 -> 125 TWh/v Kulutus 2017 Uudet lämpöpumput kaukolämpöverkoissa Hiilen korvaus terästeollisuudessa 50% vain lämpöä tuottavien kattiloiden polttoaineesta korvataan sähköllä Liikenne, 80% polttoaineista korvataan sähköllä
Suomen energialähteet v. 2017 ja fossiilivapaassa skenaariossa Kulutus Suomessa 2017 Primäärienergialähteet Kulutus 100% fossiilivapaassa skenaariossa Tuulivoima 5 TWh 60 TWh Ympäristö- ja hukkalämpö 6 TWh 38 TWh Biomassa 100 TWh 110 TWh Ydinpolttoaineet, uraani 65 TWh 106 TWh (36 TWh sähköä) Aurinkovoima 0 TWh 3 TWh Puhtaat polttoaineet (tuuli, aurinko, uraani, biomassa) Vienti/tuonti Fossiiliset polttoaineet 16 TWh 20 TWh tuonti 5 TWh vienti Maakaasu 18 TWh, öljy 87 TWh, kivihiili 33 TWh ja turve 15 TWh - Vesivoima 15 TWh, kierrätyspolttoaineet 9 TWh ja teollisuuden reaktiolämpö 2 TWh on oletettu pysyvän samoina, joten ne eivät ole mukana taulukossa.
Energiantuotanto v. 2017 ja fossiilivapaassa skenaariossa Teollisuus-CHP- ja vesivoimakapasiteetit säilyvät samana (n. 2000 + 2700 MW). Kapasiteetti 2017 Sähkö Tuulivoima Aurinkovoima Sähkö 19 000 MW 70 MW 4 000 MW 3 200 MW Ydinvoima 2 700 MW Lämpöpumput kaukolämpöverkoissa Pelkkää lämpöä tuottavat kattilat Sähkökattilat kaukolämpöverkoissa Lämpö 2 000 MW Yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto (CHP), kaukolämpö Lauhdevoima Kapasiteetti 100% fossiilivapaassa skenaariossa 2 000 MW 4 600 MW 1 500 MW Lämpö 2 300 MW 4 300 MW 250 MW 6 000 MW 12 000 MW 4 000 MW 12 000 MW 1 600 MW 1 000 MW
Pitkän matkan ja lentoliikenteen polttoaineet - metsästä vai tuulesta?
Vetybussi ja sähkötraktori
Miten vaihteleva tuotanto hallitaan? Aikajakso: Tuuli- ja aurinkoenergian tuotantovaihtelu sekunteja minuutteja tunteja päiviä viikkoja kuukausia vuosi Tuulivoima Aurinkosähkö ja -lämpö Lämpövarastot Varastot ja kysyntäjousto Kysyntäjousto teollisuusrakennuksissa ja varastoissa Kysyntäjousto asuin- ja toimistorakennuksissa Akut sähkön varastointiin Varastot eivät tarpeen
Tuotannon ja kulutuksen yhteensovittaminen talvella Aurinko Ylijäämäsähköä varastoidaan pääosin lämpönä. Kysyntäjousto, sähkökattilat ja vienti ovat myös mahdollisuuksia käyttää ylituotantoa. Biolauhdevoima Sähkönkulutus Tuuli Vesi KL-CHP Teollisuus-CHP Ydin Viikko tammikuussa Kun tuuli- ja muu tuotanto ei riitä, kulutusta vähennetään lämmityksessä, sähköautojen latauksessa ja teollisuudessa. Kaukolämpö-CHP ja vesivoima tuottavat täydellä teholla.
Tuotannon ja kulutuksen yhteensovittaminen kesällä Aurinko Lauhde Tuuli Vesi Teollisuus-CHP Ydin Ylijäämäsähköä voi käyttää lisäjäähdytykseen rakennuksissa, lämminvesivaraajien ja sähköautojen lataukseen, teollisuusprosessien tehostamiseen tai vientiin. Kaukolämpö-CHP
Politiikkasuosituksia 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Päästöoikeuksille lattiahinta Kovempia veroja fossiilisille polttoaineille päästökaupan ulkopuolella Sähköveron alennus ja dynaaminen malli Sähköverkkojen vahvistaminen Geolämpökartat kaupunkeihin Kaukolämmön hinnoittelumallien regulointi tuntienergia+huipputeho Kaukolämpöverkkojen datan avaaminen T&K&I panostuksia teknologiaan, asiakaspalveluihin, markkinamalleihin jne. http://smartenergytransition.fi/fi/kahdeksan-politiikkasuositusta-fossiilivapauden-edist amiseksi/?fbclid=iwar1fbhtv-8-99sww-s-ztwtmxehnjngctl27zmzxkb7qf8wuf2 WiMRp8bGM
Tervetuloa keskustelemaan 100% puhtaan energian skenaariosta Smart Energy Talks tilaisuuteen 10.1.2019 Lisätietoja pian: www.smartenergytransition.fi
Tutkimuskonsortion vetäjä: Aalto-yliopiston kauppakorkeakoulu Rahoitus: Strateginen tutkimusneuvosto Budjetti: 5,5 M Aikataulu: 2015-2020 Päämäärä: Viitoittaa tietä, miten Suomi voi paremmin hyötyä energiamurroksesta Lisätietoja: www.smartenergytransition.fi Vuorovaikutusjohtaja, tutkija Karoliina Auvinen karoliina.auvinen@aalto.fi, +358 50 4624727 @karoliinauvinen
Suomi voi hyötyä energiamurroksesta olemalla aktiivisesti mukana teknologia- ja markkinakehityksessä www.smartenergytransition.fi
Extramateriaalit Q&A varten
Tarvittavat investoinnit Kapasiteetti, MW tai MWh Hinta, /MW tai /MWh Investointi, M Vuosikustannus, M Tuulivoima 3200 sähköä 1 300 000 4 200 298 Bio-CHP, uusi 250 sähköä 2 000 000 500 36 Bio-CHP, päivitys 100% puulle 1250 sähköä 400 000 500 36 Lämpöpumput 6000 lämpöä 2 400 000 7 200 512 Vain lämpöä tuottavat kattilat, uudet 500 lämpöä 400 000 200 14 Lämpövarastot 4 000 /MWh 400 28 100 000 MWh lämpöä + Muuttuvat kulut : Vuosimäärä, MWh Käyttö- ja kunnossapitokustannus, /MWh Muuttuvat kustannukset yhteensä vuodessa, M Lämpöpumpun muuttuvat 30 000 000 1 30 Puu ja muu biomassa + muuttuvat käyttökulut 10 000 000 30 300 Tuulivoimaloiden huolto 10 000 000 7 70 Sähkön siirto 10 000 000 10 100 Muuttuvat kustannukset Vuosikustannukset yhteensä, arviolta = 1 417 M Kokonaisuutena, 1400 M / 45 TWh lämpöä/vuosi = 31 eur/mwh
Sähkön pörssihinta Nordpool 15.5. - 22.5.2018: vaihteluväli 6,6-249 euroa/mwh (0,6-24,9 snt/kwh) Sähkön säästö kysyntäjoustolla: esim. lämpöpumput, ilmastointi ja sähköauton lataus pienemmälle tai pois päältä Sähkön varastointi lämmöksi
Tuulivoimatuotanto vuoden aikana tunnittain Itämeren alueella 2017
Sähkönkulutus sekä tuuli- ja aurinkosähkön tuotanto tunneittain vuodessa Sähkönkulutus Tuulivoiman tuotanto Aurinkosähkön tuotanto Yksi vuosi
Helsingin tuotantokapasiteetti ja energialähteet Helen Oy lämmöntuotannon kapasiteetti vuonna 2017 Helsingin lämmöntuotannon kapasiteetti 100% fossiilivapaassa skenaariossa Lämpöpumput 100 MW (+ rakenteilla Katri Valan laajennus ja 1 100 MW, joissa energialähteenä hukka- ja Esplanadin lämpöpumppulaitos yht. noin 50 MW) ympäristölämpö sekä lähinnä tuuli- ja aurinkovoima, ja varavoimana biosähkö (CHP) Sähkön ja lämmön yhteistuotanto CHP 1 300 MW, jossa polttoaineina hiili, kaasu, öljy ja biomassa Lämpökattilat 2 000 MW, jossa polttoaineina lähinnä kaasu, öljy 1 100-2000 MW, jossa polttoaineina biomassa sekä ja biomassa esim. tuuli- ja aurinkovoimasta valmistetut synteettiset neste- ja kaasupolttoaineet Sähkökattilat Lämpövarastot 300 MW (+ 200 MW sähköä), jossa polttoaineena biomassa 200 MW, jossa energialähteenä lähinnä tuulivoima 2 GWh (+ rakenteilla 14 GWh Mustikkamaan lämpövarasto) 15-30 GWh (järjestelmä voi toimia jo hyvin, kun Mustikkamaan lämpövarasto valmistuu)
Helsingin kaukolämpö tunneittain fossiilivapaassa skenaariossa
Miltä tulevaisuus näyttää? Friisinmaan esimerkki:
Puhtaassa energiajärjestelmässä tuuli- ja aurinkovoimalla tuotetaan energiaa liikenne- ja lämpösektoreille
Taloja optimoimalla voidaan optimoida koko kaukolämpöverkko. Taloa voidaan käyttää lyhytaikaisena lämpöakkuna. Eli taloon voi varata lämpöä ja purkaa sitä tehopiikin aikana. https://www.tekniikkatalous.fi/tekniikka/energia/kerrostaloje n-lammityksen-perusteet-ovat-vaarat-ulkolampotila-selittaavain-osan-siita-mita-sisalla-tapahtuu-6741929