Uusiutuvan ja päästöttömän energian mahdollisuudet Sähköurakoitsijapäivät 17.11.2011 Turku, Sokos Hotel Caribia Teknologiapäällikkö Tuula Mäkinen, VTT
16.11.2011 2 Sisältö Lyhyesti VTT:n energiatutkimuksen painopisteet Suomen energia-alan ominaispiirteitä Keskeiset haasteet ja muutosnäkymät energiatoimialalla Esimerkkejä uusiutuvien energialähteiden lisäämisen aiheuttamista muutoksista Esimerkkejä uudesta teknologiasta Yhteenveto
16/11/2011 3 VTT Group lyhyesti Liikevaihto 292 M (2010) Henkilöstö 3 167 (1.1.2011) Asiakastoimialat - Bio-, lääke- ja elintarviketeollisuus - Elektroniikka - Energia - ICT - Kiinteistöt ja rakentaminen - Koneet ja kuljetusvälineet - Palvelut ja logistiikka - Metsäteollisuus - Prosessiteollisuus ja ympäristö Teknologiapainoalat - Sovellettu materiaalitekniikka - Bio- ja kemianprosessit - Energia - Tieto- ja viestintäteknologiat - Teolliset järjestelmät - Mikroteknologiat ja elektroniikka - Palvelut ja rakennettu ympäristö - Liiketoimintatutkimus VTT:n toiminnot - Tutkimus ja kehitys - Strateginen tutkimus - Asiakasratkaisut - IP Business - Konsernipalvelut VTT:n yhtiöt - VTT Expert Services Oy (ml. Labtium Oy, Enas Oy) - VTT Ventures Oy - VTT International Oy - VTT Memsfab Oy
16/11/2011 4 VTT s RTD&D activities on energy Towards low carbon technologies and society - 400 experts Bioenergy Biofuel harvesting and processing Combustion and gasification Biorefinery solutions Biofuels for transport Combined heat and power (CHP) Solutions for waste to energy Energy systems Power grid assessment tools Optimization of energy production storage and use Risk and security assessment Model based analysis for technology scenario Analysis for climate change mitigation Energy systems Plant life assessment Materials ageing and performance Structural integrity Condition and life-cycle monitoring Component technology Wind power Solutions for cold climate Modelling and experimental operations Solutions for grid connection Innovative renewables Solutions for fuel cells Intelligent solutions for photovoltaic Small and medium size CHP Efficient use of energy Transport Industry Build environment Energy technologies Clean fossil energy Engine power plants Oxyfuel and CCS Advanced technologies and materials Emission control Nuclear Operational safety analysis Structural integrity and safety Nuclear waste management Nuclear power plant licensing support Advanced nuclear fission technologies
16.11.2011 5 Suomen energia-alan ominaispiirteitä Erittäin monipuolinen energian tuotannon rakenne: ydinvoima, fossiiliset, uusiutuvat energialähteet Tehokkaan yhdyskuntien ja teollisuuden yhdistetyn sähkön ja lämmön (CHP) tuotannon osuus kolmannes sähkön kulutuksesta Puulla tuotetaan peräti 20 % energiasta ja 10 % sähköstä Alhainen omavaraisuus, vain 1/3 tuotetaan kotimaisista energialähteistä Teknologinen edelläkävijä ja runsaasti laitevalmistajia mm. metsäteollisuuden energiaratkaisuissa, suuren kokoluokan monipolttoaine-chp-laitoksissa ja bioenergian tuotantoketjuissa. Natural gas 10% Hydro power 3% Wood fuels 20% Coal 11% Heat pumps, solid recovered fuels, other 2% Peat 5% Nuclear energy 19% Net imports of electricity 3% Wind power 0.08 % Total energy consumption by energy sources 1 327.7 PJ (368.8 TWh) Source: Energystatistics 2010 Oil 25 % Eija Alakangas, VTT
16.11.2011 6 Muutosnäkymiä energiatoimialalla Keskeiset haasteet Ilmastomuutoksen hillintä energiankulutuksen kasvu Energian toimitusvarmuus, raaka-aineiden saatavuus, riittävyys ja hinta Energiatehokkuuden parantaminen Ulkoinen toimintaympäristö haasteita Energian kasvanut kysyntä etenkin Kiinassa ja Intiassa Energian maailmanmarkkinahintojen useita vuosia jatkunut korkea taso ja hintatason muutosten vaikeasti ennakoitavat vaihtelut EU:n direktiiviohjaus: mm. päästökauppa, uusiutuva energia, energian säästö Ilmastonmuutoksen hillinnän kansainväliset sopimukset, tavoitteena kasvihuonekaasujen 50 80 % vähennys teollisuusmaissa vuoteen 2050 mennessä
16.11.2011 7 Ilmastonmuutoksen hillintä edellyttää muutosta maailman energian tuotannon ja käytön teknologioissa
16/11/2011 8 Energian tuotanto perustuu edelleen pääasiassa fossiiliseen energiaan, hitaasti muuttumassa
16/11/2011 9 Kivihiilisähköä: Kiina 80%, Intia 70%, USA 50%, EU 20% -Kiinan hiilen käyttö on lisääntynyt +50% 10 vuodessa -Kiina on raportoinut uusista suurista hiilivaroista - Kiinan energiankulutus on ylittänyt USA:n energiankulutuksen 3 500 3 000 Coal consumption, Mtoe 2 500 2 000 1 500 1 000 Other India China Former Soviet Union CHINA 500 US European Union 0 1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 European Union US Former Soviet Union China India Other Data: BP Statistical review of world energy 2010
16/11/2011 10 Kiina suurvalta myös energia-alalla: uusiutuvien lisäys, päästöjen lisäys Esimerkkinä tuulivoima
16.11.2011 11 Biomassa tärkein uusiutuva energialähde Bioenergian osuus 14% energian loppukulutuksesta maailmassa Bioenergian käytöstä 75% kehittyvissä maissa ja 25% teollisuusmaissa Kehittyvissä maissa biomassan osuus energian loppukulutuksesta keskimäärin 33%, useassa maassa 90% Biomassan perinteinen käyttö esim. polttopuuna 38±10 EJ/a Käyttö sähkön- ja lämmöntuotannossa ja liikenteen polttoaineena 7 EJ/a 1 EJ = 23,9 Mtoe Source: VTT, Energy Visions 2050
16.11.2011 12 Muutosnäkymiä energiatoimialalla Suomi osana EU:n päätöksentekoa EU:n päätökset vuoteen 2020 mennessä CO2-päästöjen tulee vähentyä 20 %:ia vuoteen 1990 verrattuna, ja jos muutkin maat sitoutuvat, niin vähennys 30 % uusiutuvien energialähteiden osuus 20 %:iin kaikesta energiasta > Suomi 28,5 % => 38 % energiatehokkuuden parantaminen 20 %:lla uusiutuvien osuuden nostaminen 10 %:in liikenteen polttoaineissa 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1960 1970 1980 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 TWh 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Muu Sähkön nettotuonti Ydinenergia Maakaasu Hiili Öljy Turve Tuulivoima Vesivoima Puun pienkäyttö Kiinteä puu Jäteliemet Energian kokonaiskulutus Suomessa energialähteittäin 1960-2010
16.11.2011 13 Muutosnäkymiä energiatoimialalla suomalaisen energiapolitiikan erityishaasteet Alhainen omavaraisuusaste: Suomi 30%, sähkön tuonti myös suurta, Venäjäriippuvuus (maakaasu, öljy, sähkö, hiili) Hintataso tärkeä perusteollisuuden (metsä, metalli) kilpailukyvylle Energian kulutus henkilöä kohti suuri, koska teollisuus käyttää peräti 50 % energiasta, lisäksi Suomen energiakäyttöä lisäävät ilmasto ja pitkät etäisyydet Keskeinen kysymys, miten energian ja sähkön käyttö kasvaa tulevaisuudessa Energy consumption by sector Other consumption 15% Transport 17% Space heating 21% Industry 44% Total energy consumption by sector was 1 034 PJ.
16.11.2011 14 Uusiutuvan energian velvoitepaketti 20.4.2010: 38 %:n osuus uusiutuvalla energialla tarkoittaa bioenergian lisäystä 2005-2020 yhteensä 28 TWh Käytön lisäys vuodesta 2005, TWh 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Metsähake Liikenteen biopolttoaine Pelletit Biokaasu Kierrätyspolttoaineet Lähde: Uusiutuvan energian velvoitepaketti 20.4.2010
16.11.2011 15 Teknisiä potentiaaleja bioenergian käytön lisäämiseksi eri sektoreilla Suomessa - yhteensä 60 TWh 30 25 20 15 10 5 0 Rakennusten lämmitys Lämpökeskukset Monipolttoaine- CHP-laitokset Liikenteen polttoaineet Kivihiilen korvaus Maakaasun korvaus Arvio: pelletit, bioöljyt Turpeen korvaus Turpeen korvaus, uusia CHPlaitoksia 10 % velvoite 50 % hiilipölypoltto- CHP-kattilat: biohiili, muut jalosteet CHP-laitosten maakaasunkäyttö: SNG, biokaasu
16/11/2011 16 Metsäteollisuuden tuotannon vaihtelut dominoivat edelleen Kiinteiden puupolttoaineiden energiakäyttö, milj. m 3 18 16 14 12 Recovered wood Wood pellets and briquettes 10 Other wood fuels 8 Bark 6 Sawdust and wood dust 4 2 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Industrial wood residue chips Forest chips Source: Metla 1 solid m 3 ~ 2 MWh
16/11/2011 17 Uusiutuvien lisäämiseen liittyviä infrastruktuuri- ja järjestelmämuutoksia - Rakentaminen ja asuminen Tavoitteena kulutuksen vähentäminen ja uusiutuvien käyttöönotto: Hybridijärjestelmät Lämmön talteenotto Aurinkoenergia Sähkön tuotanto Maalämpö Sähkön kulutuksen huippujen leikkaus Lämpöpumput Energianmyyntipalvelut Omatoimisuudesta palvelujen ostoon Tuusula 2000: 60 kwh/m 2 (13 kwh/m 3, 33 %) Esimerkkejä matalaenergiataloista Kotka 2002: 47 kwh/m 2 (50 %)
16/11/2011 18 Vuonna 2020 liikenteessä oltava vähintään 10 % uusiutuvia - selloloosa- ja jäteperäiset raaka-aineista valmistettavat biopolttoaineet tuplalaskettavia - uusiutuvaa sähköä henkilöautoihin - energian säästö (mm. joukko- ja raideliikenne kasvussa) Neste Oil UPM
16/11/2011 19 Vaihtoehtoisia teknologioita - bussit Biokaasu Biodiesel Hybridit, sähköautot ja polttokennot Etanoli
16/11/2011 20
16/11/2011 21 Uusiutuvien lisäämiseen liittyviä infrastruktuuri- ja järjestelmämuutoksia - Sähkön tuotanto Smart grids osana hajautettuja energiajärjestelmiä Varavoiman ja siirtoyhteyksien tarve kasvaa (tuuli, aurinko) Sähkön/energian tuottajia miljoonia lisää (pienissä kokoluokissa) Palvelujen tarve kasvaa: järjestelmien kehittäminen ja suunnittelu, asennus, käyttö, huolto, neuvonta
16/11/2011 22 Tuulivoima Lillgrun Markkinat Onshore-, Offshore-, Kylmien alueiden, Pienille tuulivoimaloille e 22
16/11/2011 23 Uusiutuvien lisäämiseen liittyviä infrastruktuuri- ja järjestelmämuutoksia - Integroidut järjestelmät tärkeitä Jätehuolto ja materiaalin kierrätys: Kaatopaikkakielto Yhdistetty materiaali- ja energiahyötykäyttö Biomassasta tehtävien jalosteiden käyttö kasvaa (kuljetustarve) Kiinteät: pelletit, briketit, muut puristeet, biohiili, Nestemäiset: bioöljy, liikenteen biopolttoaineet Kaasumaiset: synteettinen maakaasu, vety Biojalostamot Uusiutumattomien raaka-aineiden korvaaminen uusiutuvilla Kannattavimmissa konsepteissa mukana yhtenä lopputuotteena sähkö, lämpö tai energiajalosteet
Pyrolysis oil or torrefaction production concept as part of integrated saw or pulp mill biorefinery Biomass drying Pyrolysis or Torrefaction Bio-oil TOP Energy wood CHP plant Paper mill units Additional units Wood handling Fibre wood Paper or Saw mill Material flow Energy flow CHP = combined heat and power plant 24
Urban Forestry a New Approach to Bioenergy Production Minimisation of purchased fossil fuels by increasing the use of recovered fuels is the aim of this new approach. How much biopower and biofuels can be produced from low grade recycled paper and board instead of incineration and landfilling? Separated RCP grades Paper / re-use CIW 1/3 Paper & board Paper mill Fuel ethanol 1/3 1/3 Waste wood Plastics Power plant Bio-oil Power and heat Wood for growing green power market Currently: solid fuels and gas
16/11/2011 26 Uusiutuvien lisäämiseen liittyviä infrastruktuuri- ja järjestelmämuutoksia - Integroidut järjestelmät tärkeitä Fossiilisten ja uusiutuvien yhteiskäyttö Seospoltto (hyötysuhteen maksimointi) Uudet polttoaineet (jätteet, peltobiomassat) Yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto, biojalosteiden tuotanto CCS
16.11.2011 27 Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (carbon capture and storage, CCS)
16.11.2011 28 Hiilidioksidin talteenotto Talteenotto teollisuuden prosesseista kaupallista toimintaa Esim. PSA Rajoitettu potentiaali Voimalaitoksille kolme pääasiallista talteenottoteknologiaa Post-combustion Pre-combustion Oxyfuel combustion Ei selkeästi parasta teknologiaa hyötysuhdetappio 7-15 %-yksikköä Mikään teknologioista ei ole käytössä voimalaitoskokoluokassa VTT (2009), Energy Visions 2050
16/11/2011 29 Uusiutuvien lisäämiseen liittyviä infrastruktuuri- ja järjestelmämuutoksia - Esimerkkejä uusista liiketoiminta-alueista Maaperä ja kaivannaisteollisuus, materiaalit Kalliovarastot, maalämmön talteenotto Harvinaisten metallien tarve kasvaa: esim. Li akkuihin Uudet materiaalit Aineettomat hyödykkeet Sertifikaatit Päästövähennykset Päästöoikeudet Ympäristömerkityt tuotteet
16.11.2011 30 Suomen mahdollisuudet energiajärjestelmän rakenteen muuttuessa Energiateknologian vienti yli 5 mrd.euroa vuonna 2008, 8 % viennistä Johtavia yrityksiä monissa tuoteryhmissä: dieselmoottorit, sähkötekniset laitteet, koko bioenergiaketju: soodakattilat, leiju- ja arinakattilat, polttoaineiden korjuu ja käsittely Myös johtavat metsäteollisuuden laitevalmistajat Pitkäjänteinen tutkimustyö EU:n vuoden 2020 päästövähennysten ja uusiutuvien energialähteiden tavoite (20%) luo jo suuret markkinat Metsäteollisuuteen integroidut energiaratkaisut Hankalien biomassojen (pelto, jäte) hyödyntäminen korkealla hyötysuhteella Yhdistetty sähkön ja lämmöntuotanto (CHP) Biojalostamokonseptit Arktinen tuulivoima Energiatehokkuus
16.11.2011 31 Yhteenveto Ilmastonmuutoksen hillintä edellyttää muutosta maailman energian tuotannon ja käytön teknologioissa => siirtyminen lähes päästöttömiin järjestelmiin lähivuosikymmeninä. Avaa erittäin suuria mahdollisuuksia suomalaisen teknologian viennille. Useita uusia teknologia- ja liiketoimintamahdollisuuksia, tärkeätä panostus uuden teknologian kehitystyöhön ja demonstrointiin. Liikenteen biopolttoaineet Öljyn korvaus lämmityskäytössä: pelletit, bioöljyt Hiilen korvaus hiilipölykattiloissa: pelletit, biohiili, kaasutuskaasu Maakaasun korvaus: synteettinen maakaasu, biokaasu Sähkön tuotanto entistä korkeammilla hyötysuhteilla Energiatehokkuus Uudet liiketoiminta-alueet ja palvelut
16.11.2011 32 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa