Bioenergialla työtä ja toimeentuloa Pielisen Karjalaan Pielisen Karjalan bioenergiaverkostot ja -virrat osana Pohjois-Karjalan energiaomavaraisuutta -hankkeen vuosiraportti 2013-2014 Lasse Okkonen, Niina Huikuri & Heidi Tanskanen (toim.)
ISBN 978-952-275-113-3 (painettu) ISBN 978-952-275-114-0 (verkkojulkaisu) Julkaisija: Karelia ammattikorkeakoulu Oy Biotalouden keskus Sirkkalantie 12 A, 80100 Joensuu Kannen kuvat: Common Power / Jussi Ratilainen
Bioenergialla työtä ja toimeentuloa Pielisen Karjalaan Pielisen Karjalan bioenergiaverkostot ja -virrat osana Pohjois-Karjalan energiaomavaraisuutta -hankkeen vuosiraportti 2013-2014 Lasse Okkonen, Niina Huikuri & Heidi Tanskanen (toim.)
Alkusanat PIKES Oy:n ja Karelia-ammattikorkeakoulun hanke, Pielisen Karjalan bioenergiaverkostot ja -virrat osana Pohjois-Karjalan energiaomavaraisuutta, tavoittelee alueen energiaomavaraisuuden nostoa ja uutta liiketoimintaa hajautetun energiantuotannon avulla. Energiaa tarvitaan pääosin kolmeen tarkoitukseen, jotka ovat lämpö, sähkö ja liikenne. Pielisen Karjalassa valtaosa lämmöntuotannosta tapahtuu jo nyt biopolttoaineilla. Bioenergiaan tai muihin uusiutuviin energianlähteisiin perustuvat lämmitysratkaisut yleistyvät kaiken aikaa ja pyrkimys fossiilisesta öljystä luopumiseen elää nyt vahvana. Lämpöenergian osalta jopa täydellinen energiaomavaraisuus on mahdollisuuksien rajoissa Pielisen Karjalassa. Liikennepolttoaineiden ja sähköenergian tuotanto sen sijaan on Pielisen Karjalassa lähes nollatasolla ja bioenergiaratkaisuihin siirtymisen kynnys on varsin korkealla. Liikennepolttoaineiden osalta Pielisen Karjalan suurin potentiaali on biokaasussa. Lieksassa keväällä 2013 järjestetty biokaasukoulutus keräsi motivoituneen joukon oppijoita. Vuoden aikana alueella tehtiin useita biokaasulaitosselvityksiä. Näistä saatujen kokemusten yhteenvetona voidaan todeta, että biokaasun tuotanto liikennepolttoaineeksi maatilayhteistyönä on biokaasun eri liiketoimintamalleista tällä alueella taloudellisesti potentiaalisin vaihtoehto. Kannattavuuden elinehto on toki liikennebiokaasun kysynnän kehittyminen kaasuntuotantoa vastaavaksi. Laitosten perustamisedellytyksiä voidaan parantaa selvittämällä kaasua käyttäviä yhteistyökumppaneita jo laitoksen suunnitteluvaiheessa. Biokaasun tuotantoa jarruttavat ennen kaikkea biokaasulaitosten korkeat rakentamiskustannukset ja suomalaisen energiapolitiikan linjattomuus: uusiutuvaa energiaa sanotaan haluttavan edistää mutta mm. pienet biokaasuntuotantolaitokset putoavat lähes kokonaan tukien ulkopuolelle eikä kaasun käyttöön kannusteta verohelpotuksin. Ilmasto- ja aluetalousnäkökulmasta olisi suotavaa, että uusiutuvan energian tuotantoa ja jätteiden hyötykäyttöä tuettaisiin Suomessa systemaattisesti myös pienessä mittakaavassa. On arvioitu, että sähkönsiirtoverkkojen maahankaivamisen kustannukset siirtyvät tuntuvassa määrin harvaanasuttujen alueiden asukkaiden sähkölaskuun. On siis hyvä hetki ryhtyä kehittämään omavaraisia, uusiutuviin luonnonvaroihin pohjautuvia ratkaisuja myös sähköntuotantoon. Pielisen Karjalassa on 2013 keväästä saakka toiminut maatilojen energiaratkaisujen rohkea edelläkävijä eli Kuittilan tilan CHP -laitos, joka puunkaasutustekniikalla tuottaa tilalle lämpöä ja sähköä. Myös perinteinen klapi puolustaa paikkaansa asumisen ja matkailun energiavaihtoehtona. Vuonna 2013 valmistuneessa markkinaselvityksessä havaittiin, että klapiliiketoiminnalla on edelleen kasvumahdollisuuksia Pielisen Karjalassa. Tulosraportin lopussa esitetään näkymiä vuodelle 2014. Hankkeen viimeisenä toimintavuotena luvassa on biokaasun tuotannon ja käytön edistämistä, bioterminaaliverkostoselvityksen tekemistä ja maatilojen energiaomavaraisuuden parantamista. Lisäksi hanke jatkaa bioenergia-alan yrittäjien aktivointia, uusien tekniikoiden ja hyvien käytäntöjen levittämistä sekä laajaa tiedottamista hankkeen tuloksista. Vuoden aikana suunnitellaan ja vahvistetaan jatkotoimenpiteet bioenergian ja energiaomavaraisuuden edistämiseksi Pielisen Karjalassa ja luodaan tulevia aktiviteetteja tukevia yhteistyöverkostoja. Tähän julkaisuun on koottu katsaus hankkeen keskeisiin toimenpiteisiin ja tuloksiin 2013. Toivomme, että raportti tarjoaa lukijoilleen hyödyllistä tietoa ja kimmokkeen osallistua bioenergia-alan eteenpäin viemiseen. Lämpimät kiitokset hyvästä yhteistyöstä kaikille, jotka osallistuivat tämän raportin kirjoittamiseen, valmisteluun ja osahankkeisiin. Nurmeksessa 20.1.2014. Heidi Tanskanen, PIKES Oy & Lasse Okkonen, Karelia-amk 3
Sisällysluettelo Alkusanat... 3 Bioenergia osana elinkeinostrategiaa Aluetaloudellisten vaikutusten mallinnus Pielisen Karjalan bioenergiahankkeista... 9 Tiivistelmä 11 Johdanto 11 Tutkimusalue 12 Aluekehitys Pielisen Karjalassa 13 Pielisen Karjalan elinkeinostrategia 14 Aineistot ja menetelmät 15 Elinkeinostrategiaan liittyvät investoinnit 15 Aluetalousmallinnuksen tulokset Pielisen Karjalassa 17 Elinkeinostrategian toteuttamisen tulovaikutukset 17 Elinkeinostrategian toteuttamisen vaikutukset työllisyyteen 19 Työllisyysvaikutukset suhteessa aluekehityksen trendeihin 20 Johtopäätökset 22 Lähteet 23 Energiaomavarainen talo Selvitys energiaomavaraisen talon lämmön- ja sähköntuottojärjestelmästä... 25 Johdanto 27 Energiankulutus 27 Lämmöntuotto 29 Sähköntuotto aurinkovoimalalla 33 Kolin Takametsä - energiaratkaisun esiselvitys... 39 Taustaa 41 Energiantuotantojärjestelmät 43 Energiantuotantojärjestelmän vaihtoehtoja 44 Esisuunnitelma Valtimon biokaasulaitoksesta... 49 Tiivistelmä 51 Biokaasun tuotanto maataloudessa 52 Tuotantoteknologiat 53 Raaka-aineet 54 Biokaasulaitoksen taloudellinen hyödyntäminen 55 Valtimon biokaasulaitos 57
Toteutussuunnitelma omakotitalon biokaasulaitoksesta... 61 Tiivistelmä 63 Biokaasuteknologian levinneisyys ja hyödyt 63 Biokaasun tuotantoprosessi 64 Kotitalouden biokaasulaitos 64 Kannattavuus 66 Lähteet 67 Nurmeksen biokaasulaitoksen kannattavuusarviointi... 69 Johdanto 71 Taustatiedot ja skenaariomallien oletukset 71 Prosessioletukset 72 Esikäsittely ja vastaanotto 72 Mädätysprosessi 73 Biokaasun käsittely 73 Mädätysjäännöksen käsittely ja hyödyntäminen 74 Sivutuoteasetuksen mukainen hygienisointi 74 Jätevesien käsittely 74 Hajuhaittojen ehkäiseminen 74 Kannattavuusmalli 75 Markkinaolettamat 75 Investointikustannukset 76 Operointikustannukset 76 Vaihtoehtojen kannattavuusvertailu 77 Hake- tai puupellettilämmityksen toteutuksen arviointi: Koli Spa Lotus- kylpylä ja hotelli...79 Kohteen lämmön tuotannon suunnitelmat ja vaihtoehdot 80 Lämpökeskuksen sijoituspaikka ja polttoainevarastot 82 Lämpökeskuksen käyttökustannusten muodostuminen 83 Lämpökeskuksen toteutusvaihtoehtojen investointikustannukset 85 Muut kylpylän läheisyydessä olevat kiinteistöt 86 Lämpölaitostekniikan esimerkkiratkaisuja hakkeella ja puupelletillä 86 Hakelämpökeskus 86 Pellettilämpökeskus 750 kw 88 Pielisen Karjalan peltobioenergiapotentiaalin kartoitus... 91 Johdanto 93 Aineisto ja menetelmät 93 Bioenergiapotentiaalin arviointi 96 Yhteenveto 97 Lähteet 98
Alueellisen ympäristöhallintajärjestelmän (REMS) askeleet Pielisen Karjalan alueelle... 99 Johdanto 101 Teollinen ekologia 101 Alueellinen teollinen ekologia 103 Ekoteollinen puisto 104 Alueellinen ympäristöhallintajärjestelmä, REMS 105 REMS -käsitteen määrittely 105 REMS esimerkkejä maailmalta 106 Ehdotus REMS -askeleiksi Pielisen Karjalassa 109 Johtopäätökset 113 Lähteet 114 Hankkeen toimenpiteitä vuoden 2014 aikana... 117 Opinnäytetöiden tiivistelmät...121 Liitteet...125
Bioenergia osana elinkeinostrategiaa Aluetaloudellisten vaikutusten mallinnus Pielisen Karjalan bioenergiahankkeista Lasse Okkonen, Karelia-amk Olli Lehtonen, Itä-Suomen yliopisto 9
Tiivistelmä Biotalous voi olla hyvin merkittävä aluetaloudellisesti erityisesti harvaan asutuilla ja luonnonvaroiltaan rikkailla alueilla, kuten Pielisen Karjalassa. Biotalouteen liittyviä hyötyjä ovat kasvavat tulo- ja työllisyysvaikutukset sekä parantuva energiahuoltovarmuus. Tässä tutkimuksessa selvitetään bioenergiaan painottuvan paikallisen elinkeinostrategian aluetaloudellisia vaikutuksia. Tutkimuksen aineistona ovat suunnitteilla olevat bioenergia-alan investointihankkeet Nurmeksen Pitkänmäen uudella teollisuusalueella. Tutkimuksen keskeisenä tavoitteena on mallintaa aluetaloudellisia vaikutuksia alueella, joka sijaitsee kasvukeskusten aluekehitysvaikutuksen ulkopuolella. Tutkimuksen tulokset ennakoivat, että paikallisella bioenergialla voi olla hyvin huomattavia hyötyjä: parhaimmassa tapauksessa yli 12 miljoonan euron vuotuinen tulovaikutus ja 280 henkilötyövuoden vaikutus. Uusi aluetaloudellinen vaikutus voi auttaa katkaisemaan alueella pitkään vallinneen negatiivisen kehityspolun. Toisaalta epätasaisen aluekehityksen juuret ovat niin syvällä, että nyt tutkittavat hankkeet ovat vain osaratkaisu alueellisiin kehityseroihin. Syrjäisillä alueilla, kuten Pielisen Karjalan kunnat, on rajallinen määrä mahdollisuuksia hyötyä kasvukeskusten kehitysvaikutuksesta. Uusi bioenergian ja biotalouden kehitys tarjoaa kuitenkin mahdollisuuksia paikkaperusteiseen aluekehitykseen. Johdanto Nykyisessä aluekehityksen vaiheessa syrjäiset eurooppalaiset maaseutualueet tarvitsevat uusia taloudellisia mahdollisuuksia (Whitley ym. 2004; Lehtonen & Tykkyläinen 2008; Okkonen 2008). Investoinnit biotalouteen voivat lisätä paikallisten luonnonvarojen käyttöä ja tehostaa infrastruktuurin työvoiman ja koneiden käyttöä. Ne myös tarjoavat työmahdollisuuksia sekä pitävät ihmisiä poismuuttoalueilla, mikä mahdollistaa ja on edellytys resurssipohjaisen talouden myöhemmälle kehittymiselle (Lehtonen & Tykkyläinen 2008). Aluekehityksen näkökulmasta biotalous on merkittävä sillä sen avulla voidaan luoda uutta ja ylläpitää nykyistä taloudellista toimintaa taantuvilla haja-asutusalueilla (Johansson ym. 2005; Mirata ym. 2005). Investoinnit ja resurssien tehokkaampi hyödyntäminen voivat jarruttaa maaseutualueiden taantumaa: työllisyys- ja tulovaikutukset parantavat osaltaan väestörakennetta ja auttavat palvelujen järjestämistä. Biotalouden investointien aluetalousvaikutukset ovat kuitenkin edelleen heikosti tunnettuja, samoin kuin sen mahdollisuudet kääntää alueiden negatiivisia kehitystrendejä positiiviksi. Nettomuuttoon ja työttömyyteen keskittyvä tutkimus on osoittanut, että muuttoliike ei ole tasoittanut Itä- ja Pohjois-Suomen työttömyyseroja, jotka ovat jääneet pysyväisluonteisiksi. (Lehtonen & Tykkyläinen 2009; 2010). Muuttoalttius on maaseutualueilla alhainen, sillä poismuuton esteenä on asunnon myynnistä ja sosiaalisista verkostoista irrottautumisesta syntyviä kustannuksia. Poismuuton kustannukset vähentävät muuttoliikettä kasvualueille ja luovat siten paikallisia alhaisen hyvinvoinnin kehitystaskuja. Näiden alueiden kehittämisessä voidaan hyödyntää paikkaperusteista paikallisiin vahvuuksiin keskittyvää kehitysstrategiaa. Aikaisempien tutkimusten mukaan paikkaperusteinen aluekehitys ja uusien työllisyysmahdollisuuksien luominen heikommin liikkuvan työvoiman alueilla auttaa erityisesti vaikeammin työllistyviä (Partridge & Rickman 2008; Betz & Partridge 2010). Paikallisten menestyksekkäiden strategioiden tunnistamiseksi ja vaikutusten selvittämiseksi tarvitaan kuitenkin lisää tutkimustietoa. Yhtenä vaihtoehtona on pienen ja keskisuuren yritystoiminnan edistäminen, joka on todettu lupaavaksi maaseutualueiden kehittymiselle (Goetz & Rupasingha 2009; Stephens & Partridge 2011). 11
Paikkaperusteisen aluekehityksen näkökulmasta kehitysstrategioiden pitäisi keskittyä paikallisen osaamisen luomiseen, sisäisten ja ulkoisten toimijoiden yhteistyön edistämiseen ja innovointiin sekä tulosten hyödyntämiseen päätöksenteossa (Rodrik 2005) Aluepolitiikassa on huomioitava, että samat kehitystoimenpiteet eivät ole soveltuvia eri alueille, sillä alueet ovat lähtökohtaisesti hyvin erilaisia (Barca ym. 2012). Paikkaperusteisessa aluepolitiikassa huomioidaan, että maaseutualueilla on erilaisia vahvuuksia ja haasteita (Blank 2005). Mikäli kehittämispolitiikka ei onnistu keskittymään näihin, sillä ei kyetä myöskään estämään maaseutualueiden taantumista (Markey, Halseth & Manson 2008). Maaseutualueiden vahvuuksia globaalin talouden näkökulmasta ovat mm. luonnonvarat, luonto ja elinympäristöt (emt.). Tämän tutkimuksen tarkoituksena on analysoida paikallisen elinkeinostrategian toteuttamisen tulo- ja työllisyysvaikutuksia Pielisen Karjalan seutukunnan alueella. Elinkeinostrategia on esimerkki paikkaperusteisesta kehittämisestä, jossa keskitytään erityisesti uuteen luonnonvaratalouteen. Tutkimuksen tehtävänä on selvittää, millaisia tulo- ja työllisyysvaikutuksia strategialla on kunnan ja seutukunnan alueella, ja kuinka strategian mukaiset toimenpiteet vaikuttavat alueen kehitystrendeihin. Analyysi kohdistuu Nurmekseen, joka on resurssi-periferiassa sijaitseva pieneen ja keskisuureen yrittäjyyteen keskittynyt kaupunki. Kaupungin haasteena on jo yli 20 vuotta jatkunut negatiivinen työllisten määrän kehitys. Tutkimusalue Tutkimusalueemme sijoittuu Pohjois-Karjalaan, yhteen 20 suomalaisesta maakunnasta, jonka pinta-ala vastaa noin Belgian pinta-alaa. Pohjois-Karjala sijoittuu pohjoiselle havumetsävyöhykkeelle ja sen vahvassa resurssiperustassa painottuvat erityisesti metsävarannot. Metsät kattavat n. 85 % maa-alasta (1,5 miljoonaa hehtaaria) ja vuotuiset ainespuun hakkuut vuonna 2011 olivat 4,77 miljoonaa kuutiota, kun arvioitu kestävän hakkuun määrä on n. 5,75 miljoonaa kuutiota (Metla 2012). Pohjois-Karjala on myös esimerkki resurssiriippuvaisesta NUTS- 3 (nomenclature of territorial units for statistics) alueesta Pohjois-Euroopassa, jonka kehitykseen vaikuttaa olennaisesti valtiojohtoinen innovaatiopolitiikka ja monet maakunnalliset kehittämistoimet. Kasvu keskittyy pääasiassa Joensuun maakuntakeskuksen vaikutusalueelle ja sen työssäkäyntialueen ulkopuolella on pääasiassa negatiivinen väestökehitys (Lehtonen & Tykkyläinen 2011). Tutkimuksen kohteena oleva Nurmeksen kaupunki sijaitsee n. 125 km:n päässä Joensuusta. Pielisen Karjalan seutukunnan kehitystrendiä kuvaavat negatiivinen väestö ja työllisyyskehitys. Vuosina 2000 2011 seutukunnan väestö laski 16,5 %:lla. Vuonna 2011 alueella asui 23 381 asukasta. Seutukunnan väestöntiheys on 3,97 asukasta /km 2. Väestönkehitys on ollut samankaltainen myös Nurmeksessa, jossa lasku oli samana aikana 14,5 %. Nurmeksen asukasluku vuonna 2011 oli 8 359 asukasta. Väestötrendit korreloivat vahvasti työttömyyden kanssa. Vuonna 2011 työttömyys oli Pielisen Karjalassa 17,9 %, Nurmeksessa 16,9 % ja Joensuun seutukunnassa 14,0 %. Korkeahkot työttömyysluvut näkyvät myös tulotasossa, sillä vuonna 2011 keskitulo Pielisen Karjalassa oli 28 823, joka on 11,6 % alhaisempi kuin Joensuun seudun 32 607. Kun Pielisen Karjalan seutukunnan ominaisuuksia verrataan Pohjois- Karjalan kasvavaan keskukseen, havaittuja puutteita ovat talouden kasvukeskittymien, kasvuun tarvittavien talouden rakenteiden ja nuoren koulutetun ja yrittäjyyteen suuntautuvan työvoiman puutteet (Lehtonen & Tykkyläinen 2012). 12
Aluekehitys Pielisen Karjalassa Maaseutututkimukset ovat todenneet kehittyneiden talouksien kaupunki ja maaseutualueiden kehitystrendeissä eroavaisuuksia (Partridge & Rickman 2008; Lehtonen & Tykkyläinen 2012). Tutkimuksen perusteella työpaikkojen kasvu on koskenut etupäässä yliopistokaupunkeja samalla kun pienet kaupungit ovat menettäneet työpaikkoja teollisuudessa (Huovari 2012). Suomessa aluekehitystä kuvaa hidas keskittyminen, sillä kymmenen suurimman työssäkäyntiseutukunnan osuus työpaikoista on noussut vuoden 1990 58:sta 63,8 prosenttiin vuonna 2009. Työpaikkojen lukumäärässä tämä kasvu tarkoitti näissä seutukunnissa noin 109 000 lisätyöpaikkaa, kun koko maan työpaikkamäärä väheni samaan aikaan 42 000. (Myrskylä 2012) Keskittymisestä huolimatta työpaikkojen lukumääräinen kasvu on tapahtunut maantieteellisesti laajana, sillä vuosina 2006 2010 tapahtunut 1442 postialueen työllisyyden kasvu edustaa 57 % tutkituista alueista. Työpaikkojen lukumäärän kasvu on luonteeltaan keskittyvää, koska 94 % työllisyyden kasvusta tapahtui 25 %:lla postialueista ja yli 43 % työllisyyden kasvusta tapahtui vain 4 %:lla postialueista (n=53). (Lehtonen, Muilu, & Wuori 2014). Analyysin perustella voidaan erottaa alueet, jotka hyötyvät keskusten vaikutuksesta ja alueet, joiden talous perustuu edelleen luonnonvaratalouteen, kuten maa- ja metsätalouteen, kaivostoimintaan ja jalostustoimintaan. Jälkimmäiset ovat tyypillisesti myös taantuvia alueita; samaan kategoriaan kuuluu myös Pielisen Karjalan seutukunta. Aikaisemmassa tutkimuksessa on analysoitu keskusten kehitysvaikutusten maantieteellistä leviämistä suhteessa kasvualueiden lukumäärään ja työmatkaliikenteen taloudellisiin mahdollisuuksiin, jota tarkastellaan asumisen ja työmatkaliikenteen kustannuksen summana (Lehtonen, Muilu, & Wuori 2014). Tulokset kuvaavat harvaan asuttujen alueiden haasteita keskusten vaikutusten suhteen (Kuva 1). Menetettyjen työpaikkojen korvaaminen tutkimusalueella on ollut haastavaa, sillä alueen kilpailukyky ei ole tukenut uusien työpaikkojen syntymistä. Toisaalta negatiivista kehitystä selittää tutkimusalueen sijainti, sillä Joensuun seudun kasvuvaikutukset eivät ulotu Pielisen Karjalan seutukunnan alueelle. Joensuuhun verrattuna Pielisen Karjalassa on alhaisempi todennäköisyys työllisyyden kasvulle ja siten työllisyys keskittyy kasvukeskuksen ympärille. Korkeat työmatkaliikenteen kustannukset alentavat kotitalouksien muun käytettävissä olevan tulon määrää vaikka asuminen on halvempaa Nurmeksessa kuin Joensuussa. (Kuva 1). Siten työssäkäynti Joensuussa ei ole vaihtoehto Nurmeksessa asuvalle eikä Joensuun kasvuvaikutus ulotu Nurmekseen tai muualle Pielisen Karjalaan. Tämä edellyttää päätöksentekijöitä suunnittelemaan elinkeinopolitiikkaa paikallisista lähtökohdista. Aikaisemmissa tilastollisissa mallinnuksissa on havaittu, että maaseutualueet ovat kilpailukykyisiä, kun työpaikkojen syntyminen on keskittynyt luonnonvaratalouteen (Lehtonen & Tykkyläinen 2012). 13
Kuva 1. Asumisen ja työmatkaliikenteen kustannukset suhteessa kotitalouksien tuloihin (Lehtonen, Muilu, & Wuori 2014). Keskimäärin kotitaloudet käyttävät 30 40 % tuloista asumiseen ja työmatkaliikenteeseen ja tarvitsevat 20 % peruselinkustannuksiin (ruoka, kommunikaatio ja terveys). Siten 80 % on taloudellinen raja-arvo asumisen ja työmatkaliikenteen kustannuksille. Pielisen Karjalan elinkeinostrategia Negatiivisista kehitystrendeistä huolimatta taantuvat kunnat ja seutukunnat ovat pyrkineet turvaamaan taloudellista perustaansa ja löytämään uusia kasvavia tuotannonaloja. Kunnat pyrkivät turvaamaan keskeisiä resursseja ja luomaan tasapainoista, uusia perheitä ja työvoimaa houkuttelevaa kehitystä. Joissain kunnissa tämä voi tarkoittaa passiivista aluekehityksen strategiaa, jossa nojaudutaan läheisen kasvukeskuksen tuomiin hyötyihin. Syrjäisemmillä alueilla tarvitaan kuitenkin aktiivista paikallista kehittämisstrategiaa, joka perustuu paikallisesti määriteltyihin vahvuuksiin ja haasteisiin. Kuntien on keskeistä turvata verotuloja, sillä ne vastaavat monista palveluista, kuten kouluista, terveyspalveluista ja kunnallistekniikasta. Kunta on myös hyvin käytännöllinen aluekehityksen yksikkö, jonka kautta aluekehityspolitiikkaa voidaan välittää aluekehityksen toteutuksen toimenpiteiksi. Pielisen Karjalan elinkeinostrategia vuosille 2011 2013 tunnisti luonnon ja luonnonvarojen hyödyntämisen keskeiseksi kehittämisen teemaksi (Pielisen Karjalan kehittämiskeskus 2010). Luonto teeman alle sisältyvät mm. hajautetut energiajärjestelmät, metsäbiotalous, ja muut kestävät maaseutuelinkeinot. Strategian teema kaikkea puusta kuvaa hyvin kehitysstrategiaa ja toteutuksen toimenpiteitä, kuten suunniteltuja investointeja biohiilen ja pyrolyysinesteiden tuottamiseksi. Uusiutuminen -teema viittaa alueen vetovoiman parantamiseen, osaamisen ja tietopohjan vahvistamiseen keskeisillä tuotannonaloilla, yrityspalvelujen kehittämiseen sekä uusien räätälöityjen teollisuusalueiden strategiseen suunnitteluun. Kehittämisstrategiaan sisältyy monia toteuttamisen toimenpiteitä, sekä julkisia että yksityisiä. 14
Pielisen Karjalassa elinkeinostrategian luonnonvaratalouteen liittyviä hankkeita ovat mm. EAKR -osarahoitteiset Pielisen Karjalan bioenergiaverkostot ja -virrat osana Pohjois-Karjalan energiaomavaraisuutta (PKBEV), sekä Grow Green Nurmes -hankkeet. PKBEV keskittyy uuden bioenergiaan ja hajautettuun uusiutuvaan energiaan liittyvän elinkeinotoiminnan edistämiseen, ml. maatilakohteiden oma sähkön ja lämmön pientuotanto ja biokaasuntuotanto. Grow Green Nurmes keskittyy uuden teollisuusalueen suunnitteluun, ml. biohiilen ja pyrolyysinesteiden tuotantolaitos, siihen kytkeytyvät terminaali- ja logistiikkatoiminnot ja muut puuraaka-aineiden jalostustoiminnot. Edellä mainitut julkisrahoitteiset hankkeet tarjoavat osaltaan asiantuntemusta ja tukea yksityisille yhteensä n. 40 miljoonan euron laajuisille investointihankkeille. Lisäksi Lieksassa on suunnitteilla vastaavan kokoluokan biojalostusta. Tässä tutkimuksessa analysoidaan Nurmekseen suunniteltujen hankkeiden eli elinkeinostrategian toteuttamisen aluetaloudellisia tulo- ja työllisyysvaikutuksia. Aineistot ja menetelmät Elinkeinostrategiaan liittyvät investoinnit Aluetaloudellisen analyysin aineistot on koottu suoraan investointeja suunnittelevilta yrityksiltä. Aineisto sisältää budjettitiedot, joista investoinnit on edelleen jyvitetty eri sektoreille. Investointi ja budjettisuunnitelmat ovat riittävällä tarkkuudella ja niiden avulla on arvioitu Pohjois-Karjalan alueelle tulevat investoinnit ja alueen ulkopuolelle suuntautuvat investoinnit. Perinteisimmissä toiminnoissa, kuten maanrakennuksessa ja talonrakennuksessa, paikallisuuden aste on n. 80 % ja pidemmälle kehittyneiden teknologioiden (asennus ja laitetekniikka) osalta n. 35 %. Paikallisuuden osuudet on arvioitu yhdessä yritysten edustajien kanssa. Investointeja suunnittelevat yritykset ovat lisäksi toimittaneet tutkimuksessa tarvittavia tietoja vuotuisesta raaka-aineiden käytöstä, tuotantomääristä sekä liikevaihdoista. Kunnallistekniikkaan liittyvät investointiarviot on saatu Nurmeksen kaupungin tekniseltä toimelta. Tutkimuksen aineistona olevat investointihankkeet sijoittuvat pääosin Nurmekseen Pitkänmäen uudelle teollisuusalueelle. Näihin lukeutuvat biohiilen tuotantolaitos, joka käyttäisi loppuvaiheessa 550 000 k-m 3 puuraaka-ainetta ja tuottaisi 100 000 tonnia biohiiltä ja 95 000 tonnia pyrolyysinesteitä. Lisäksi investointeihin kuuluu terminaali, joka toimittaisi n. 50 000 k-m 3 metsäpolttoaineita, sekä 20 000 tonnia vuodessa käsittelevä biokaasulaitos. Näiden lisäksi aineistoon kuuluu kaksi hajautetun uusiutuvan energian kohdetta: metsähakkeella toimiva maatilan 140 kw:n omasähkölaitos, sekä matkailuyritys, jossa yhdistyvät paikallinen puurakentaminen, energiatehokkuus ja uusiutuvan energian ratkaisut. Taulukko 1 sisältää elinkeinostrategian toteuttamisen investoinnit sektoreittain kolmena eri skenaariona. Skenaariot kuvaavat teollisuusalueen raaka-aineen käyttöä ja skaalantuvat sarjassa arvioidun tuotantovolyymin suhteessa. Skenaario A:n mukainen metsäraaka-aineen käyttö on 175 000 k-m 3, skenaario B:n 350 000 k-m 3 ja skenaario C:n 525 000 k-m 3. Rakennusvaiheen kokonaisinvestoinnit vaihtelevat skenaarioittain 11,183 ja 12,290 miljoonan euron välillä. Vaihtelut vuotuisessa toiminnassa ovat suuremmat vaihdellen 16,060 ja 35,206 miljoonan euron välillä (taulukko 1). 15
Taulukko 1. Elinkeinostrategian toteuttamiseen liittyvät bioenergiahankkeiden alueelliset investoinnit toimialoittain (miljoonaa euroa). Alkuvaiheen investoinnit Toimiala Skenaario A Skenaario B Skenaario C Koneiden ja laitteiden valmistus 1,610 2,123 2,637 Perusmetallit/metallituotteet 0,091 0,091 0,091 Toimistolaitteiden ja tietokoneiden valmistus 0,080 0,120 0,160 Rakentaminen 5,815 5,815 5,815 Maanrakennus 3,123 3,123 3,123 Sahatavaran sekä puu- ja korkkituotteiden valmistus (pl. huonekalut); olki- ja 0,149 0,149 0,149 punontatuotteiden valmistus Tukku- ja vähittäiskauppa 0,012 0,012 0,012 Sähkö, kaasu ja lämmöntuotanto 0,302 0,302 0,302 Kokonaisinvestoinnit 11,183 11,736 12,290 Vuotuinen loppukysynnän kasvu Metsätalous 6,139 10,899 16,339 Sähkö, kaasu ja lämmöntuotanto 9,000 13,500 18,000 Kuljetusvälineiden valmistus 0,360 0,360 0,360 Koksi, jalostetut öljytuotteet, kemikaalit, kemialliset tuotteet, kumi- ja 0,461 0,461 0,461 muovituotteet Hotellit ja ravintolat 0,100 0,100 0,100 Yhteensä 16,060 25,320 35,260 Bioenergia-alan hankkeisiin liittyvät aluetaloudelliset vaikutukset mallinnettiin muokatulla panos-tuotos mallilla Alueellinen tulo- ja työllisyysvaikutusten mallinnuksen tausta-aineistona käytetään julkaistua alueellista panos-tuotos taulukkoa 30 toimialalta (Tilastokeskus 2006). Muokattu alueellinen malli perustuu Pohjois-Karjalan panos-tuotos tietoihin, mutta pääosa vaikutuksista kohdentuu Nurmekseen. (menetelmästä tarkemmin, ks. Lehtonen & Okkonen 2014). 16
Aluetalousmallinnuksen tulokset Pielisen Karjalassa Elinkeinostrategian toteuttamisen tulovaikutukset Elinkeinostrategian toteuttamisen sosioekonomiset vaikutukset analysoitiin kahdessa vaiheessa: investoinnin ja tuotannon vuotuisina vaikutuksina. Tulovaikutukset osoittavat, kuinka paljon kotitalouksien tulot kasvavat alueella kehittämisstrategian ansiosta. Taulukossa 2 esitetään investointien tulovaikutukset toimialoittain. Kokonaistulovaikutukset vaihtelevat 6,7 ja 7,2 miljoonan euron välillä riippuen biojalostamon kapasiteetista kolmessa eri skenaariossa A, B ja C. Investointien tulovaikutukset ovat suurimpia rakentamisen toimialalla, jossa kokonaisvaikutus on 2 miljoonaa euroa, eli 29 % investoinnin kokonaistulovaikutuksesta (taulukko 2). Maanrakennuksen toimialalla tulovaikutus on 1,2 miljoonaa euroa, joka vastaa toiseksi suurinta tulovaikutusta. Yhdessä rakentamisen kanssa se muodostaa 46 % aluetalouteen kohdistuvasta kokonaistulovaikutuksesta. Pienempiä tulovaikutuksia kohdistuu kotitalouksien, koneiden ja laitteiden valmistuksen, liikenteen sekä tukku- ja vähittäiskaupan toimialoille (taulukko 2). Taulukko 2. Investointien tulovaikutukset toimialoittain (miljoonaa euroa) Toimiala Investointien tulovaikutukset Skenaario A Skenaario B Skenaario C Koneiden ja laitteiden valmistus 0,378 0,483 0,588 Perusmetallit/metallituotteet 0,248 0,259 0,270 Rakentaminen 2,035 2,0038 2,041 Maanrakennus 1,186 1,187 1,187 Sahatavaran sekä puu- ja korkkituotteiden valmistus (pl. huonekalut); olki- ja punontatuotteiden 0,172 0,173 0,174 valmistus Tukku- ja vähittäiskauppa 0,322 0,335 0,347 Hotellit ja ravintolat 0,062 0,065 0,068 Liikenne 0,371 0,387 0,403 Kiinteistönvälitys ja muut liiketoiminnot; kone- ja laitevuokraus, kotitaloustuotteet; tutkimus- 0,213 0,224 0,235 ja kehitystoiminta Kotitaloudet 0,715 0,746 0,777 Muut toimialat 0,985 1,022 1,058 Alue yhteensä 6,693 6,923 7,152 17
Taulukossa 3 esitetään kehittämisstrategian toteuttamisen vuotuiset tulovaikutukset. Riippuen biojalostamon raaka-aineskenaariosta, kokonaistulovaikutukset vaihtelevat 5,3 ja 12,1 miljoonan euron välillä. Korkein vaikutus, 2,2 5,8 miljoonaa euroa, syntyy metsätaloudessa biojalostuksen vaatiman suuren raaka-ainemäärän vuoksi. Skenaarioiden välillä metsätalouden osuus vaihtelee 41 ja 48 %:n osuuksina toiminnan kokonaistulovaikutuksista. Metsätaloutta (raaka-aineen hankintaa), biojalostusta ja kotitalouksia lukuun ottamatta toimialakohtaiset tulovaikutukset ovat vähäisiä. Kotitalouksissa tulovaikutus on 0,7-1,5 miljoonaa, mikä vastaa 12 % ja 10 % alueellisista kokonaisvaikutuksista; biojalostuksessa vaikutukset ovat 11 % ja 10 % kokonaisvaikutuksista. Taulukko 3. Vuotuiset tulovaikutukset toimialoittain (miljoonaa euroa) Toimiala Vuotuiset tulovaikutukset Skenaario A Skenaario B Skenaario C Metsätalous 2,203 3,903 5,843 Koksi, jalostetut öljytuotteet, kemikaalit, kemialliset tuotteet, kumi- ja 0,172 0,191 0,211 muovituotteet Hotellit ja ravintolat 0,089 0,124 0,128 Sähkö, kaasu ja lämmöntuotanto 0,578 0,869 1,159 Kuljetusvälineiden valmistus 0,058 0,059 0,060 Tukku- ja vähittäiskauppa 0,193 0,309 0,433 Liikenne 0,362 0,556 0,756 Kiinteistönvälitys ja muut liiketoiminnot; kone- ja laitevuokraus, kotitaloustuotteet; 0,171 0,258 0,347 tutkimus- ja kehitystoiminta Kotitaloudet 0,660 1,068 1,511 Muut toimialat 0,812 1,246 1,695 Alue yhteensä 5,302 8,585 12,147 18
Elinkeinostrategian toteuttamisen vaikutukset työllisyyteen Kehittämisstrategiaan liittyvien investointien kokonaistyöllisyysvaikutukset vaihtelevat 155, 160 ja 166 työpaikan välillä, riippuen biohiilen tuotantolaitoksen volyymista (skenaariot A, B ja C) (taulukko 4.). Nämä pienet erot skenaarioiden välillä johtuva siitä, että laitosinvestoinnista merkittävä osa suuntautuu Pohjois-Karjalan ulkopuolelle. Suurin työllisyysvaikutus on rakentamisessa, jonne syntyisi 43 työpaikkaa, mikä vastaa 28 % investoinnin vaikutuksesta. Maanrakennuksen työllisyysvaikutus on 25 työpaikkaa, joka on toiseksi suurin vaikutus. Yhdessä rakentamisen kanssa se muodostaa 43 % investoinnin työllisyysvaikutuksesta. Pienempiä vaikutuksia muodostuu tukku- ja vähittäiskaupassa (13-15 työpaikkaa), koneiden ja laitteiden valmistuksessa (8-9 työpaikkaa), kiinteistöalalla (9-10 työpaikkaa) ja perusmetallien ja metallituotteiden valmistuksessa (5-6 työpaikkaa) (taulukko 4.). Taulukko 4. Investointien vuotuiset työllisyysvaikutukset toimialoittain (työpaikkojen lukumäärinä) Toimiala Investointien työllisyysvaikutukset Skenaario A Skenaario B Skenaario C Koneiden ja laitteiden valmistus 9,6 12,2 14,9 Perusmetallit/metallituotteet 6,5 6,8 7,1 Rakentaminen 43,5 43,5 43,5 Maanrakennus 25,3 25,3 25,3 Sahatavaran sekä puu- ja korkkituotteiden valmistus (pl. huonekalut); olki- ja punontatuotteiden 4,0 4,0 4,0 valmistus Tukku- ja vähittäiskauppa 13,7 14,2 14,7 Hotellit ja ravintolat 3,0 3,1 3,2 Liikenne 6,7 6,9 7,3 Kiinteistönvälitys ja muut liiketoiminnot; kone- ja laitevuokraus, kotitaloustuotteet; tutkimus- 9,0 9,5 10,0 ja kehitystoiminta Muut toimialat 33,6 34,9 36,2 Alue yhteensä 155,2 160,9 166,7 Toiminnan vuotuiset työllisyysvaikutukset vaihtelevat enemmän skenaarioittain kuin investoinnin työllisyysvaikutukset. Työllisyyden vuotuinen kasvu vaihtelee 126 ja 280 työpaikan välillä, mikä tarkoittaa 4 %:n ja 10 %.n osuuksia vuoden 2011 työllisyydestä Nurmeksessa. Suurimmat vuotuiset vaikutukset kohdentuvat metsätalouteen, koska paikallista puuraakaainetta käytetään suuria määriä biohiilen ja pyrolyysinesteiden tuotantoon. (taulukko 5). Mikäli puuraaka-ainetta käytetään 175 000 k-m 3, työllisyysvaikutus on 46 työpaikkaa (skenaario A). Raaka-aineen käytön kasvaessa 550 000 k-m 3 tasolle, työllisyysvaikutus on 123 työpaikkaa (skenaario C). Toiseksi suurin vaikutus on biohiiltämön laitostyössä (toimialana sähkö, kaasu, ja lämmöntuotanto), jossa vaikutus on 20 40 työpaikkaa riippuen tuotantovolyymista. (taulukko 5). Kokonaisuutena biohiilen tuotanto ja puuraaka-aineen hankinta muodostavat 52-58 % työllisyysvaikutuksesta. Muita huomattavia toimialoja ovat tukku- ja vähittäiskauppa, liikenne ja kiinteistöala, joilla kullakin vaikutus on 10 12 uutta työpaikkaa (taulukko 5). Nämä toimialat ovat metsätalouden ja biohiilen tuotannon tukialoja paikallistaloudessa. 19
Taulukko 5. Toiminnan vuotuiset työllisyysvaikutukset toimialoittain (työpaikkojen lukumäärinä). Toimiala Vuotuiset työllisyysvaikutukset Skenaario A Skenaario B Skenaario C Metsätalous 46,7 82,7 123,8 Koksi, jalostetut öljytuotteet, kemikaalit, kemialliset tuotteet, 3,0 3,4 3,7 kumi- ja muovituotteet Hotellit ja ravintolat 4,3 6,0 6,2 Sähkö, kaasu ja lämmöntuotanto 20,0 30,0 40,0 Kuljetusvälineiden valmistus 2,8 2,9 2,9 Tukku- ja vähittäiskauppa 8,1 13,1 18,3 Liikenne 6,5 10,0 13,6 Kiinteistönvälitys ja muut liiketoiminnot; kone- ja laitevuokraus, kotitaloustuotteet; tutkimus- 7,2 10,9 14,7 ja kehitystoiminta Muut toimialat 52,2 42,2 55,6 Alue yhteensä 126,3 201,3 281,2 Työllisyysvaikutukset suhteessa aluekehityksen trendeihin Kehittämisstrategian vuotuisia työllisyysvaikutuksia suhteessa alueen kehitystrendeihin voidaan tulkita aikasarja-analyysin avulla. Kuvassa 2 esitetään Nurmeksen ja Pielisen Karjalan työllisten määrän kehitys 1994 2011 sekä ennustetut muutokset 2012 2016 (katkoviivalla) 95 %:n luottamusvälillä. Kuviossa on mukana skenaarioiden A, B ja C mukaiset ennustetut muutokset vahvennettuna mustana viivana. Kuvan 2 mukaan Nurmeksen ja Pielisen Karjalan työllisten määrät ovat laskeneet vuodesta 1994 lähtien; Nurmeksessa muutos työllisten määrässä on ollut 13,1 % eli 436 työntekijää. Elinkeinostrategian vuotuiset työllisyysvaikutukset voivat muuttaa työllisyyden kehitystrendiä Nurmeksessa (kuva 2). Erityisesti C -skenaario mahdollistaisi jopa negatiivisen kehitystrendin murtamisen, sillä työllisten määrän kehitys ylittää 95 %:n luottamusvälin. Tämä tarkoittaa, että työllisten määrän kehitys eroaa merkittävästi aikaisemmasta trendistä työllisten määrän noustessa takaisin vuoden 1994 tasolle. Vaikka tuolloin Suomen talous oli taantumassa, asukasluku ja työllisten lukumäärä Nurmeksessa oli huomattavasti nykyistä korkeampi. Myös skenaario B ylittää 95 %:n luottamusvälin ja tarkoittaa huomattavaa muutosta kehitystrendissä; työllisten lukumäärä on B-skenaariossa vuoden 1997 tasolla. Pielisen Karjalan seutukunnan alueella työllisten määrä on laskenut vuodesta 1994 lähtien 17,4 %, mikä vastaa 1 652 työpaikkaa. Seutukunnan tasolla tarkasteltuna työllisyysvaikutukset ovat kohtuullisempia, sillä työllisten määrä vastaa vuoden 2005 tasoa (kuva 2). Nurmeksen ja Pielisen Karjalan vertailun perusteella voidaan todeta, että kehittämisstrategian toimenpiteet voivat paikallisesti murtaa negatiivisen kehityksen, mutta seututasolla tarvitaan lisää biotalouteen liittyviä vastaavia investointeja. Tämä on tärkeää, koska negatiivinen kehitys laajemmalla alueella voi ylläpitää taantuvaa trendiä positiivisesta paikallisesta kehityksestä huolimatta. Toisaalta biojalostukseen liittyviä muitakin investointeja on vireillä koko Itä-Suomen alueella, mikä ennakoi tutkimusaluettamme laajempaa positiivista aluekehitystä. 20
Kuva 2. Pielisen Karjalan ja Nurmeksen työllisten määrän kehitystrendit 1994 2016. Vuodet 2012, 2013 ja 2014 perustuvat ARIMA (4,0,1) mallin arvoihin. Vuosi 2015 sisältää trendin sekä siihen yhdistetyn investointien tuoman työllisyyden. Vuosi 2016 sisältää 2014 työllisyystrendin ja siihen lisätyt skenaarioiden mukaiset vuosittaiset työllisyysvaikutukset. Pisteinä merkitty viiva on arvio kehitystrendistä vuosina 2012 2016 ja vahvennettu viiva osoittaa kehittämisstrategian mukaisten investointien vaikutuksen. Harmaa alue kuvaa aikasarja-arvioiden 95 %:n luottamusväliä. 21
Johtopäätökset Nurmeksen tapauksessa kehittämisstrategian menestymisen perustana ovat kilpailukykyiset tuotannontekijät. Harvaan asutut alueet eivät yleensä ole kilpailukykyisiä tietopohjaisessa taloudessa vaan niitä kuvaa alhaisempi koulutusaste, vanhempi ikärakenne, pienemmät markkinat ja vakiintunut teollisuuden rakenne. Siten näiltä alueilta puuttuvat usein monia tietopohjaisen talouden keskeisiä tuotannontekijöitä (Lehtonen & Tykkyläinen 2012). Nurmeksessa kehittämisstrategian ennakoidut positiiviset vaikutukset perustuvat alueen omiin vahvuuksiin, kuten huomattavaan metsäraaka-aineperustaan, kuljetuksiin ja logistiikkaan, paikalliseen rakennus- ja maanrakennustoimintaan, metallialan pk-yritystoimintaan ja rakennus- ja prosessitekniikan osaamiseen. Kehittämisstrategia on esimerkki paikallisia vahvuuksia hyödyntävästä paikkaperusteisesta aluekehittämisestä. Tutkimus osoittaa myös, että kaupunkiseutujen ja niiden lähialueiden kehittämisstrategiat eivät sovellu suoraan perifeerisille alueille, joilla ei ole vaadittavia tietopohjaisen talouden tuotannontekijöitä. Taantuvan alueen ominaispiirre on alhainen kilpailukyky tietopohjaisen talouden kasvavilla toimialoilla. Ilman aktiivisia kehitystrendin huomioivia toimia lukkiutunut negatiivinen kehityskierre jatkuu, mikä johtaa hitaaseen talouden uudelleenrakentumiseen, väestötappioihin ja tulotason laskuun. Negatiiviseen kierteeseen liittyvät mm. jatkuva poismuutto, alueen kilpailukyvyn heikentyminen, työllisten määrän lasku, teollisuuden ja infrastruktuurin taantuminen. Tällaisessa tilanteessa työvoiman saatavuus voi heikentää myös luonnonvarojen laajamittaista hyödyntämistä. Elinkeinostrategian positiivinen vaikuttavuus perustuu uuteen luonnonvaratalouteen eli puuraaka-aineen uuteen jalostustoimintaan. Syrjäiset luonnonvaroiltaan rikkaat alueet voivat hyötyä tästä kehityksestä, mikäli se onnistutaan kytkemään alueen vahvuuksiin ja kehittämisen strategioihin. Tutkimuksessa havaittiin, että bioenergian aluetaloudellinen mallinnus paikallistasolla on haastavaa, johtuen alueellisen mallin herkkyydestä. Siten tuloksia voidaan pitää vaikutusten suuruusluokkaa kuvaavina. Tulokset tarjoavat tietoa aluesuunnitteluun ja ennakoivat myös elinkeinostrategian toimenpiteiden vaikuttavuutta. Tulokset auttavat myös työvoimaan kohdentuvien toimenpiteiden ennakoivaa suunnittelua. 22
Lähteet Barca, F. McCann, P. Rodriguez-Pose, A. 2012. The case for regional development intervention: place-based versus place-neutral approaches, Journal of Regional Science 52 (2012) 134-152. Betz, M. Partridge, M. 2013. Country road take me home: Migration patterns in Appalachian America and place -based policy, International Regional Science Review 36 (2013) 267-295. Blank, R. M. 2005. Poverty, policy, and place: How poverty and policies to alleviate poverty are shaped by local characteristics, International Regional Science Review 28 (2005) 441 464. Goetz, S. Rupasingha, A. 2009. Determinants of growth in non-farm proprietor densities in the US, 1990-2000, Small Business Economics 32 (2009) 425 438. Huovari, J. 2012. Globalisaatio ja tuotannon sijoittuminen. Pellervon taloustutkimus PTT. PTT raportteja 235, Helsinki. Johansson, A. Kisch, P. Mirata, M. 2005. Distributed economies A new engine for innovation, Journal of Cleaner Production 13 (2005) 971 979. Lehtonen, O. Tykkyläinen, M. 2008. The emerging shortage of labour in forestry in a remote coniferous region: A brake on the massive use of biofuels, in: K. Andersson, E. Eklund, M. Lehtola, P. Salmi (Eds.), Beyond the rural-urban divide, Emerald, Bingley, 2008, pp. 25 55. Lehtonen, O. Tykkyläinen, M. 2009. Regional formations and pulse of migration in Finland, 1980-2006, Terra 121 (2009) 119 137. Lehtonen, O. Tykkyläinen, M. 2010. Self-reinforcing spatial clusters of migration and socio-economic conditions in Finland in 1998-2006, Journal of Rural Studies 26 (2010) 361-373. Lehtonen, O. Tykkyläinen, M. 2011. Spatial divergence in living stan dards during an economic growth phase in the periphery: A case study of North Karelia, Fennia 189 (2011) 47 62. Lehtonen, O. Tykkyläinen, M. 2012. Spatial processes of job growth in Eastern Finland, 1994 2003, Terra 124 (2012) 85 105 Lehtonen, O. Muilu, T. Wuori, O. 2014. Comparing the extent of the spread effects: ruralurban commuting in the Finnish working regions. Submitted to Journal of Rural Studies (2014). Lehtonen, O., Okkonen, L. 2014. Socio-economic impacts of a local bioenergy-based development strategy the case of Pielinen Karelia, Finland. Submitted manuscript to Renewable Energy. Markey, S. Halseth, G. Manson, D. 2008. Challenging the inevitability of rural decline: Advancing the policy of place in northern British Columbia, Journal of Rural Studies 24 (2008) 409-421. Metla (Metsäntutkimuslaitos) 2012. Metsätilastollinen vuosikirja, Helsinki, 2012. 23
Mirata, M. Nilsson, H. Kuisma, J. 2005. Production systems aligned with distributed economies: Examples from energy and biomass sectors. Journal of Cleaner Production 13 (2005) 981 991. Myrskylä, P. 2012. Alueellisten työmarkkinoiden muutos. Työ- ja elinkeinoministeriön julkaisuja 1/2012. Helsinki. Okkonen, L. 2008. From exogenous to endogenous development in Scottish forestry: The feasibility of small-scale wood energy enterprise, Journal of Environmental Planning and Management 51 (2008) 221 232 Partridge, M. Rickman, D. S. 2008. Place-Based Policy and Rural Poverty: Insights from the Urban Spatial Mismatch Literature, Cambridge Journal of Regions, Economy and Society 1 (2008) 131 56. Pielisen Karjalan kehittämiskeskus. 2010. Pielisen Karjalan elinkeinostrategia 2010 2013, Nurmes, 2010. Rodrik, D. 2005. Growth Strategies, in: P. Aghion, S.N. Durlauf (Eds.), Handbook of Economic Growth, Elsevier Academic Press, North Holland, 2005, pp. 967-1014. Stephens, H. Partridge, M. 2011. Do entrepreneurs enhance economic growth in lagging regions? Growth & Change 42 (2011) 431 65. Tilastokeskus. 2006. Alueelliset panos-tuotos -taulukot. Helsinki. Whitley, M. Zervos, A. Timmer, M. Butera, F. 2004. Meeting the targets and putting renewables to work, Directorate General for Energy and Transport, Energy for Sustainable Development, Corsham. 24
Energiaomavarainen talo Selvitys energiaomavaraisen talon lämmön- ja sähköntuottojärjestelmästä Ville Väinämö, Villeco Oy 25
Johdanto Tämä selvitys on tehty PIKES Oy:n hallinnoiman ja Karelia-ammattikorkeakoulun osatoteuttaman Pielisen Karjalan bioenergiaverkostot ja -virrat -hankkeen tilauksesta ja käsittelee energiaomavaraisen talon energiantuotantomallia. Kohteena on Nurmekseen rakennettava nettoalaltaan 196,5 neliöisen kohteen lämmön- ja sähköntuottojärjestelmä. Talo vastaa sähkö- ja lämpöenergiantarpeeltaan keskimääräistä suomalaista pientaloa. Kohteen lämmitys ja sähköntuottojärjestelmä toteutetaan kuitenkin selvityksessä niin, että rakennus on nettoenergiantarpeeltaan omavarainen. Selvityksessä käsitellään bio- ja aurinkoenergiaratkaisuja, niiden energiantuottoa kohteessa sekä järjestelmien hintatasoa. Selvitys sisältää tarkastelut talon lämmitysjärjestelmästä sekä sähköntuotannosta. Selvityksen on tehnyt Villeco Oy, joka on kestävään rakentamiseen ja rakentamisen energiatehokkuuteen keskittynyt yritys. Villecon toimenkuvaan kuuluvat selvitystöiden lisäksi myös suunnittelu ja LVIS -järjestelmien toimittaminen niin osa- kuin kokonaisratkaisuina. Tämän selvityksen kohteena olevassa uudisrakennuksessa tullaan harjoittamaan matkailu- ja majoitusliiketoimintaa. Raportissa jäljempänä on esitetty kohteen energiankulutukseen vaikuttavat tarkemmat tiedot. Talo pyritään toteuttamaan energiaomavaraisena nettoenergiatasolla tarkasteltuna. Toisin sanoen energiaa on tarkoitus tuottaa vähintään yhtä paljon kuin kulutetaan vuoden aikana. Sillä ei kuitenkaan ole merkitystä tarvitaanko ajoittain myös ostoenergiaa, kunhan tämä pystytään myöhemmin täysin kompensoimaan tarjoamalla energiaa kiinteistön ulkopuolella käytettäväksi. Alueen sähköverkkoyhtiö on todennut ostavansa verkkoonsa syötetyn sähkön. Ostohinnasta tai siitä menettelystä millä verkkoon syötetty sähkö korvataan, on vielä sovittava. Talon arkkitehtisuunnitelmat ja rakenneratkaisut oli tehty jo ennen tämän selvitystyön aloittamista. Tilaajan pyynnöstä talon lämmöntuottomuotona tarkastellaan selvityksessä yhdistettyä puu- sekä aurinkolämpöjärjestelmää. Sähköntuotantomuotona on pyydetty tarkastelemaan aurinkosähköjärjestelmää. Kohde toteutetaan verkkoon liitettynä järjestelmänä. Energiankulutus Vierellä on kohteen energialaskennassa käytettyjä tietoja, jotka vaikuttavat lämpöja sähköenergian kulutukseen kohteessa. Kohteen muoto, rakenteet ja sijoittelu on valittu kohteeseen ennen tämän selvityksen toteuttamista. Rakenteen lämmönläpäisykertoimet ovat kaikilta osin joko vertailuarvoa parempia tai yhtäläisiä. Rakennuksen muoto on suhteellisen energiatehokas muotokertoimen ollessa 0,85. Itse rakennus tai sen sijoittelu ei ole ihanteellinen energiatehokkuutta eikä energian tuotantoa ajatellen. Esimerkiksi kohteeseen aiotulle aurinkosähköjärjestelmälle ei ole paikkaa rakennuksessa ja toisaalta ikkunapinta-alaa pystyttäisiin hyödyntämään Laskentatietoja lämmitetty nettoala 196,5 m² rakenteen U-arvo 0,21 W/ m²k rakennusvaipan pinta-ala 410 m² ilmanvuotoluku 1 m³/h m² ilmanvaihdon LTO:n hyötysuhde 90 % ilmanvaihdon SFP-luku 0,9 kw/m³/s lämmitysjärjestelmä lattialämmitys valaistus 8 W/m² kuluttajalaitteet 3 W/m² henkilömäärä 6 hlö 27
enemmänkin ja sitä voitaisiin keskittää enemmän auringon mukaan. Näin myös varjostusta sekä energiantuotantoa voitaisiin integroida ja saavuttaa säästöjä kokonaisinvestoinneissa, mikä tekisi edelleen mielekkäämmäksi ja houkuttelisi tekemään omavaraisenergiaan kohdistuvia investointeja. Rakennuksen suunnitteluratkaisu rajoittaa myös kohteeseen ajatellun puulämmitysjärjestelmän tehoa ja siten hankaloittaa energiaomavaraisuuden saavuttamista kohteessa. Tulevia hankkeita varten suosittelemme energiateknisen suunnittelun tai selvitystyön aloittamista heti rakennushankkeen suunnittelun alkuvaiheilla. Rakennuksen energiatehokkuuden, kosteusteknisen turvallisuuden sekä sisäilman terveellisyyden kannalta rakennusvaipan ilmanvuotoluku saisi olla enintään 1 m³/h m². Tämä on valittu myös laskenta-arvoksi, johon tullaan todennäköisesti myös rakennustyön aikana pyrkimään. Tavoitearvon aito tavoitteleminen edellyttää vähintään kaksivaiheista tiiviyden mittausta. Tarkoittaen, että sen lisäksi että tiiviys todetaan rakennuksen valmistuttua, tulee se mitata myös rakennusaikana niin, että voidaan aidosti pyrkiä tavoitteeseen ja löytää mahdolliset vuotokohdat riittävän ajoissa. Energialaskennassa ilmanvaihtojärjestelmän oletetaan koostuvan vastavirtakanavalämmönvaihdinta hyödyntävästä lämmöntalteenotto- ja ilmanvaihtolaitteesta, jossa tehokkaat tasavirta-keskipakopuhaltimet. Ulkoilmakanavassa ennen ilmanvaihdon lämmöntalteenottolaitetta on maalämmönvaihtimen sisäyksikkö eli nestekiertoinen patteri, johon tuodaan lämpöä/viileä maaperästä. Näin voidaan estää lämmönvaihtimen jäätyminen ja/tai muun energiatehokkuutta tai kohteen sisäilman laatua heikentävien toimintojen käyttöön turvautuminen. Kohteeseen oli valittu lämmitysjärjestelmäksi lattialämmitys. Valaistus ja kuluttajalaitteiden energiakulutus arvioidaan Suomen Rakennusmääräyskokoelman energialaskennasta annettuja määräyksiä soveltaen. Kaaviossa 1 on esitetty kohteen lämmitysenergian kulutus tilojen, ilmanvaihdon ja käyttöveden lämmityksen osalta. Kaaviosta voidaan huomata, että energiaa kuluu paljon käyttöveden lämmitykseen, mikä myös jakautuu tasaisesti eri vuoden ajoille. Tilojen lämmitystarve on suunnilleen yhtä suuri, painottuen kuitenkin lämmityskaudelle. Kaavio 1. Rakennuksen lämpöenergiantarve. 28
Lämmöntuotto Kohteeseen on valittu päälämmönlähteeksi kiuas. Lämmöntuottomuodon valinnalla on haluttu lisätä myös kohteen matkailullista arvoa ja siten tukea kohteessa harjoitettavaa liiketoimintaa. Kiuas lämmitysjärjestelmän lämmöntuotossa kompensoi myös suurta lämpimänkäyttöveden kulutusta, koska saunan lämmitys ja lämpimän käyttöveden kulutus liittyvät majoitusliiketoimintaa harjoittavassa kohteessa ehkä normaaliakin vahvemmin yhteen. Kiukaan tehon valintaan vaikuttaa kohteessa saunan koon vuoksi myös saunan ominaisuudet sekä lämmöntuottoon saunan käyttötottumukset. Sauna on suhteellisen pieni ja siksi kiukaan teho jää lämmitysjärjestelmän kannalta pieneksi ja vaatisi energiaomavaraisuuteen pyrittäessä lämmöntuottamiseksi pitkiä käyttöaikoja. Toisaalta kohteen sauna on myös mahdollista toteuttaa massiivisilla suuren lämpökapasiteetin omaavilla seinillä, jolloin kiukaan tehoa voidaan mahdollisesti lisätä. Kiukaan teho riippuu saunan ominaisuuksista sekä kiuas ratkaisusta. Kiuas on mahdollista toteuttaa joko vesikiertoisena, jolloin lämmitystehoa veteen saadaan lisättyä tai tavanomaisella kiukaalla, jolloin lämmitysteho jää pienemmäksi. Tavallisella puukiukaalla toteutettuna lämmitysteho veteen toteutetaan ainoastaan hormissa olevan lämmönvaihtimen kautta. Vesikiertoisessa kiukaassa lämmönvaihdin on sijoitettuna pesän yläpuolelle hormilähtöön. Vesikiertoinen kiuas ja lämmöntalteenottohormin periaate on esitetty kuvassa 1. Kuva 1. Vesikiertoisen kiukaan rakenne. (1. hormilähtö; 2. lämmönvaihdin; 3. vaihdettavissa oleva suoja lämmönvaihtimelle) ja lämmöntalteenottopiipun toimintaperiaate. Lähteet: Ekolämmöx ja Savumax. Saunan koko on kohteessa rajoittava tekijä ja sellaisenaan sinne voitaisiin sijoittaa noin 22 kw tehoinen kiuas. Vesikiertoisena ratkaisuna tämä tuottaisi lämmitystehoa veteen noin 12 kw edestä. Pelkästään vesikiertoisella hormilla lämmitysteho olisi noin 6 kw, mikä tarkoittaa, että ilman vesikiertoa kiuas tulisi toteuttaa isommalla polttoteholla ja näin myös saunan ominaisuuksiin on kiinnitettävä huomiota tai kasvatettava saunan kokoa, jotta isompi kiuas voitaisiin sinne sijoittaa. Vastaava lämmitysteho pelkästä lämmöntalteenottohormista saadaan noin 50 kw:n polttoteholla. Kohteessa arvioidaan lämmitettävän saunaa joka toinen päivä. Kaaviossa 2 on esitetty arvioitu kiukaan lämmöntuotto kun lämmitysteho veteen on 12 kw ja saunaa lämmitetään noin 3 ½ h ajan. 29
Kaavio 2. Lämpöenergian tarve sekä arvioitu lämmöntuotto kiukaan normaalilla käytöllä kohteessa. Koska päälämmönlähteenä toimivaa kiuasta ei käytetä lämmöntarpeen mukaan eikä saunan normaali käyttö kohteessa ole riittävä tyydyttämään lämpöenergiantarvetta tarvitaan kohteeseen lisälämmönlähde. Lisälämmönlähteeksi on ajateltu aurinkolämpöä. Kohteessa aurinkolämpökeräimien optimaalinen sijoituspaikka on eteläjulkisivu. Lisäenergiantarpeen mukaan mitoitettu aurinkolämpöjärjestelmän absorptiopinta-ala tulisi olla noin 8 m². Tämä riittää tuottamaan keväästä syksyyn kaiken lisälämmön kun keräimet ovat 90 kulmassa etelä seinämällä. Kaaviossa 3 on esitetty kiukaan ja aurinkolämpöjärjestelmän lämmöntuotto yhteensä verrattuna lämmöntarpeeseen. Kaavio 3. Lämmöntuotto saunan normaalin käytön ja aurinkolämpöjärjestelmän avulla. Aurinkolämpö painottuu kuitenkin kevättalven ja syksyn välille, jolloin loka-maaliskuun lisäenergian tarvetta ei pystytä riittävästi vähentämään. Tällöin puu-aurinko -järjestelmällä kiukaan käyttöä tulisi lisätä talven aikana lämmöntarpeen mukaan. Kaaviossa 4 alla on esitetty kiukaan käyttötarve (krt/vrk), jos sitä lämmitetään lämmöntarpeen mukaan puu-aurinkojärjestelmässä niin, että kohde on lämpöenergian osalta omavarainen. 30
Kaavio 4. Kiukaan arvioitu käyttötarve (krt/vrk) jos kohteesta halutaan energiaomavarainen. Pystyakselilla on kiukaan käyttökerrat vuorokaudessa (0 1 krt/vrk). Vaaka-akselin alapuolella riittää arvioitu tuleva saunan käyttö kohteessa eli joka toinen päivä lämmittäminen kun taas vaakaviivan yläpuolella lämmityskertoja tarvitaan enemmän. Lämmityskaudella sauna tulisi lämmittää joka päivä lämmitysenergiantarpeen tyydyttämiseksi. Sauna tulisi siis lämmittää päivittäin lämmityskaudella. Lisäksi lämmitystä tulisi pitää yllä pitempiä aikoja lämmityskaudella noin 4 7 h. Lyhyemmillä lämmitysajoilla ja joka toinen päivä tapahtuvalla lämmityksellä selvitään kesällä. Puuta kuluisi vuoden aikana lämmitykseen noin 19 p-m³, kun kaikki lämmitysenergia tyydytetään puu-aurinkolämpöjärjestelmän avulla. Todellista lämmitystarvetta arvioitaessa voidaan huomioida, että kulutus on arvioitu kuuden henkilön mukaan, jolloin käyttöveden lämmityksen tarve on hyvin suuri. Riippuen majoitettavien henkilöiden määrästä kulutus voi siis olla paljon pienempi ja vähemmällä saunan lämmittämisellä voi myös pärjätä hyvin kulutuksesta riippuen. Jos kiukaalla ei sitouduta lämmittämään lämmöntarpeen mukaan lämmityskaudella useammin kuin joka toinen päivä, jää lisälämmöntarpeeksi noin 10 000 kwh vuodessa. Energiaomavaraisuuteen pyrittäessä tämä tarkoittaa siis joko sähköntuottojärjestelmän tehon suhteellisen suurta lisäystä tai vaihtoehtoisesti lämpöpumppua lisälämmönlähteeksi. Lämpöpumppu on kustannustehokkaampi ratkaisu pyrittäessä energiaomavaraisuuteen kuin sähköntuoton lisääminen omalla aurinko- tai tuulivoimalla. Lämpöpumpulla sähköenergiantarve pystyttäisiin lämmöntuoton osalta vähentämään noin 2 500 kwh:in vuodessa. Tällöin sähköenergian kokonaiskulutus kohteessa olisi noin 8 200 kwh vuodessa. Vastaava energiamäärä pystyttäisiin Nurmeksen korkeudella tuottamaan noin 10 kw aurinkosähköjärjestelmällä. Vaihtoehtona on myös tuulisähkö, mikä voisi vastata paremmin marras-tammikuun aikana energiankulutukseen. Esimerkiksi 5 m potkurihalkaisijaltaan oleva laite tuottaa 3 4 m/s keskimääräisellä tuulen nopeudella noin 200 400 kwh/kk, mikä riittäisi esimerkiksi talviajan lisälämmöntuotantoon lämpöpumppujärjestelmän avulla. Tuulivoiman vuosituotto on kuitenkin sisämaan vähätuulisilla paikoilla huonompi verrattuna aurinkovoimalaan ja voi jäädä 2500 5000 kwh. Seuraavalla sivulla on esitetty järjestelmän yleinen kuvaus (kuva 2). Kuvan 2 järjestelmää ei ole tarvetta toteuttaa kokonaisuudessaan vaan edellytykset huomioiden voidaan siitä koota kohteeseen sopiva kokonaisuus. Järjestelmävaihtoehdot ovat esitetty taulukossa 1. 31