Uudet energiatekniikat Professori Esa Vakkilainen 1
Energian käytön tulevaisuus? Lisää ihmisiä -> lisää energiaa Parempi elintaso -> lisää energiaa Uusia tarpeita -> lisää energiaa Ilmaston muutoksen hillintä -> lisää energiaa Öljyn loppuminen uhkaa -> kehitettävä vaihtoehto Energiansäästö etenee -> vähemmän energiaa Integroidumme Eurooppaan -> energian vienti ja tuonti 2
Uudet suunnat nostavat sähkön käyttöä Esimerkkejä 50 % henkilöautoista sähköllä 5 TWh lämmitystä lämpöpumpuilla 2*300000 t biodieseliä/a 50 % hiilisähköstä CCS* lisäsähkö 4600 GWh/a 2300 GWh/a 1200 GWh/a 800 GWh/a *sama määrä hiiltä sähköksi CCSn kanssa kuin ilman CCS 3
Uudet tavat nostavat sähkön käyttöä Esimerkkejä 5 TWh jäähdytystä lämpöpumpuilla Viihde ja tietotekniikka kotitaloudet 200000 kesämökin peruslämpö sähköllä lisäsähkö 2800 GWh/a 700 GWh/a 400 GWh/a Kotitalouksien sähkönkäyttö*(1993 2006) +3500 GWh/a Saadaanko siellä aikaan tulevaisuudessa laskeva trendi 4 *Adato Energia, 2006
Sähkökauppa laajenee P E GB F N DK NL B L D CH I S SF LV LT EE RU BY PL UA CZ SK MD A H RO SL HR HR BIH BH YU BG AL MZ GR TR Pohjoismaat käyvät laajaa sähkökauppaa Suomi käy kauppaa myös Venäjän ja Baltian kanssa Suomesta myyty sähköä myös Keski-Eurooppaan Koska Pohjoismaissa vesivoimaa, markkinat yhtenevät Sähkökauppa Keski-Eurooppaan yleistyy Sähkökauppaa käyvät alueet 5 Eurooppalaiset sähkömarkkinat?
Uuden sähköntuotannon rakentaminen 6
Uusi voimalaitos sähköntuotantoon 120 /MWh 100 CO2 kustannus Polttoainekustannus O&M kustannus Pääomakustannus 0.0 0.0 14.9 80 12.5 24.3 60 40 20 0 5.0 10.0 20.0 0.0 5.0 10.9 27.4 7.9 40.0 4.8 6.0 34.2 10.2 22.3 8.0 14.6 13.3 35.1 43.3 58.7 83.3 65.5 72.7 52.9 88.6 112.4 Ydin Ydin vanha paikka uusi paikka Kaasu Perus 3/2009, CO2 hinta 23 /t CO2, reaalikorko 5,00 % Hiili CCS Turve 8.8 23.4 Puu lauhde 0.0 11.0 41.9 Tuuli 2020 76.1 Tuuli nyt maa 97.5 Tuuli nyt meri 7
Suomalaisen toivoma lisäenergia Wind power Wood/bioenergy Hydro power Nuclear power Natural gas Peat Import Coal Oil 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % Increased Suitable Don't know Decreased 8 Lähde Energiateollisuus, 2009
Sähköntuotannon ulkoiset kustannukset* *kaikki ilmapäästöjen aiheuttamat kustannukset yhteiskunnalle 9 Lähde EEA, 2008
Uuden tuotannon vaikutukset 10
Sähkön tuotantokustannusten kotimaisuus Kotimaa Ulkomaa 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Biopolttoaine Puu lämpö Puu CHP Tuuli Lappi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Tuuli Maa Tuuli Meri Ydin Kustannustaso 3/2009, Tuulen feed-in 29 /MWh, reaalikorko 5,00 % 11
Työpaikat Biopolttoaine Puu lämmit. Puu CHP Tuuli Ydin Kapasiteetti MWe 781 1500 330 2272 6000 Sähkö GWh/a -970-62 1980 6000 48000 Lämpöä GWh/a 6248 3900 3960 0 0 Energiaa GWh/a 6248 3900 5940 6000 48000 Investointi M 1601 675 891 3643 8250 Työllistävyys Käytö vuotta/a 14400 8600 14300 2400 11500 Investointi vuotta 6200 1400 3600 34300 72600 12
Miten tuotetaan uusi energia? Tuuli ja ydin hyviä fossiilisen sähkön vähentämiseen Bio CHP tehokas tapa tuottaa CO 2 vapaata sähköä ja lämpöä Hiilijalanjälki sähköntuotanto lämmöntuotanto yhteensä yhteensä vähenemä 1 TWh e tco2e 2 TWh st tco2e tco2e % MtCO2e A) Biomassa-CHP bio-chp - bio-chp - 64588 4.1 % -1.50 Ba) Tuulisähkö+fossiilinen lämpö tuuli+säätö 23944 foss.lämpö 597025 620969 39.8 % -0.94 Bb) Tuulisähkö+biolämpövoimala tuuli+säätö 23944 biolämpö 36600 60544 3.9 % -1.50 C) Hiililauhde+fossiilinen lämpö fossiilinen 965101 fossiilinen 597025 1562126 100.0 % 0 Da) Ydinsähkö+biolämpövoimala ei CO2 - biolämpö 36600 36620 2.3 % -1.53 Db) Ydinsähkö+fossiilinen lämpö ei CO2 - biolämpö 597025 597045 38.2 % -0.97 13
Metsäteollisuuden energia 14
On valittava tulevaisuus 20000 16000 Uudet tuotteet GWh/a 12000 8000 4000 Prosessien uusiminen Lisätuotanto Biopolttoaine 0-4000 Nyt Tehtaita alas Xxx Bioteollisuus Yxx -8000 15
LUT Energia 16
LTY työskentelee energian parissa Tuulivoiman kehitys Ydinturvallisuuden edistäminen Biojalostamo puubiomassalle Ligniinin erotus ja talteenotto Uudet biovoimalaitoskonseptit Metsäteollisuuden uudet polttoaineet Lisäsähköä sellutehtailta Pieni bio-chp 17
Energiatutkimus LUT ILMASTOMUUTOS KESKEINEN TEKIJÄ Emissiot = Väestö x BKT/henki x Energia/BKT x Emissiot/energia Energiatehokkuus Korkea hyötysuhde Laitteet ja prosessit Energian säästö Vähäpäästöisyys Sähkön tuotanto Lämmön tuotanto Liikenne TEKNISET KEINOT 18
Esimerkki: Suurnopeustekniikka Suuri nopeus = pieni koko ja korkea hyötysuhde Kompressori, Suomi Ł ORC-voimalaitos Hollanti Kompressoreita USA Jäähdytystekniikkaa BrasiliaŁ Pumppuja erikoiskäyttöön Muut prosessit 19
Esimerkki: Lietteen kuivaus ja poltto 1. Höyrykattilalla poltetaan lietettä ja saadaan aikaan lämpöä/ höyryä 3. Lämmöllä tehdään tulistettua höyryä 4. Savukaasun puhdistus 2. Ympäristönormit täyttävä poltto 5. Tuhka poistuu sähkösuotimesta 20 Source: www.einco.fi
Esimerkki: Mallitus tavoitteena CCS VIRTAUS Partikkelit Mikrotaso Makrotaso Prosessimalli Kuva x REAKTIOT LÄMMÖNSIIRTO I 0 S r I I i i + 1 K i I n di λ dκ λ Ω0λ = iλ( κλ) + ( 1 Ω0λ) i λb( κλ) + i λ( κλ, ωi) Φ( λ, ω, ωi) dωi 4π ωi= 4π 21
Esimerkki: Pieni Biovoimala Sähkön tuotanto Biomassan poltto U-vaihdin 22
Esimerkki: Sähkökoneet ja -jakelu The Switch: Sähkönjakelu, isot tuulimyllyt 3-5 MW AXCO-Motors: Erikoismoottorit mm. tuulivoimala Metso: paperikoneen kuivausosa KONE: hissimoottorit 23