Energiatulevaisuus: integroitu energiajärjestelmä 18.5.2017 Professori Sanna Syri, Energiatekniikka ja energiatalous Aalto-yliopisto
Sisältö Ilmastonmuutoksen tehokkaan hillinnän aiheuttamat vaatimukset EU-tason energiatrendit nyt Suomen trendit nyt: energiaturvallisuus, Winland-hanke ja toimenpidesuositukset Integroitu energiajärjestelmä Reino-tutkimushanke Miten ala muuttuu?
Ilmastonmuutoksen tehokas hillintä vaatii globaalia energiavallankumousta (koko energiajärjestelmä, ei vain sähkö!) 2 ºC lämpeneminen: vihreän alueen alaosa. Lähde: IPCC, 2007. Synthesis Report. Negatiiviset päästöt: esim. Biomassa+CCS, metsitys, levän kasvatus+ccs Pariisi 2015 tavoitteeseen (1,5 ºC) ei ole olemassa maakohtaisia velvoitteita Nykyisillä velvoitteilla edessä on noin 3,5 4 ºC lämpeneminen
EU on edelleen riippuvainen fossiilisesta energiasta ei ole tapahtunut nopeaa muutosta Kuvassa on EU:n kokonaisenergiankulutus 1990-2015. Huom: y-akseli ei ala nollasta. Lähde: Eurostat, 2017.
Fossiilisten osuus kokonaisenergiankulutuksesta EU-maissa Lähde: Eurostat, 2017.
Fossiilisten tuontiriippuvuus kasvaa tasaisesti Lähde: Eurostat, 2017.
Päätelmiä Keskittymällä vain sähköntuotantoon ei nähdä kokonaisuutta oikein: Tapahtuneet muutokset ovat hitaampia kuin esim. yksittäisten maiden sähköntuotannon muutokset Tehokas fossiilisista irtoaminen on vaikeampaa Tehokas CO2-päästöjen vähentäminen on vaikeampaa Tehokas päästöjen ja fossiilisten polttoaineiden vähentäminen vaatii koko energiajärjestelmän ottamista (esim. lämmitys, jäähdytys, liikenne) mukaan tarkasteluihin ja vähennysstrategioihin Esimerkki: suunta kohti sähköautoilua on erittäin tervetullut. Julkisessa keskustelussa on myös tunnistettu miten haastavia ajoneuvokannan suuret muutokset ovat. Lataus pitäisi myös toteuttaa vaihtelevaa tuotantoa ja energiajärjestelmää tukemaan eikä lisäämään tehopiikkejä.
Suomen ajankohtaisia energiatrendejä Sähkömarkkinoiden hinnat ovat olleet alhaiset jo monta vuotta Suomesta on kolmessa vuodessa poistunut lauhdetuotantoa jo yli 1000 MW Myös CHP-laitoksilla kannattavuusongelmia Trendinä kaupunkien CHP:n korvaaminen pienehköillä lämpölaitoksilla Trendi on ongelmallinen talviaikaisen sähköntuotantokapasiteetin riittävyyden kannalta CHP:n kannattavuusongelman ratkaisuksi ehdotettu esim. kapasiteettimarkkinaa Miksi muokata koko sähkömarkkina? Yhtenäiset Pohjoismaiden ja Itämeren alueen markkinasäännöt olisi toivottava kehitys. Suuri tuontiriippuvuus rasittaa kauppatasetta turhaan toisaalta tuonnin kautta hyödymme tehokkaasta monikansallisesta markkinasta Sähköjärjestelmämme kestää koviakin stressitilanteita.
Akatemian strategisen tutkimuksen hanke: Winland-tutkimushanke 2016-2019 Winlandtutkimus.fi Energiasidosryhminä mm. Energiateollisuus ry, Fingrid, Gasum, TEM ja Huoltovarmuuskeskus.
Esimerkki Aallon Winland-työstä Simuloitu 7.1.2016 pakkaspäivän tilanne (ennätyskulutus 15100 MW) + oletettu eri ongelmatilanteita: - Kuvassa Fennoskan 1 (1100 MW) poissa käytöstä - Vasta kun oletetaan että samaan aikaan myös OL1 (880 MW) poissa käytöstä, tulisi todellinen sähköpula - Simuloitu yhden maan mallilla (EnergyPLAN), tuontihinnat eivät välttämättä realistisia OL3:n myötä tilanne tulee helpottamaan. Jaakko Jääskeläinen, Behnam Zakeri, Sanna Syri, 2017. Adequacy of Power Capacity during Winter Peaks in Finland. IEEE International Conference on European Energy Market, June 2017, Dresden, Germany.
Winland-työ jatkuu tulevaisuusskenaarioilla Talviaikainen sähkötehon riittävyys energia- ja ilmastostrategian mukaisissa skenaarioissa vuosina 2020 ja 2030 Lisäksi skenaario, jossa pessimistisempiä oletuksia investoinneista uuteen sähköntuotantokapasiteettiin ja uusiin rajasiirtoyhteyksiin. SYKE: miten edellisen vuosisadan pahin kuivuusjakso vaikuttaisi Suomen vesivoiman saatavuuteen? Sähkötehon riittävyys paranee merkittävästi strategian skenaarioissa verrattuna vuoden 2016 huippukysyntätilanteeseen. Tilannetta vuodelle 2020 helpottaa huomattavasti Olkiluoto 3:n valmistuminen. Suunnitellut kaksi uutta siirtolinjainvestointia ja Hanhikiven ydinvoimalaitos kasvattavat saatavilla olevaa kapasiteettia vuonna 2030 enemmän kuin mitä sähkön kysynnän kasvu ja poistuva kapasiteetti kiristävät tilannetta. Viiveet Hanhikiven tai toisen uuden siirtolinjan valmistumisessa heikentäisivät tilanteen taas selvästi huonommaksi kuin vuonna 2016. SYKE:n virtaamamallinnus osoittaa, että äärimmäisen kuivana vuonna vesivoiman vuosituotanto olisi vain hieman yli puolet keskimääräisen vuoden tuotannosta. Kapasiteettia voitaisiin ohjata talven huippukulutukseen melkein kaksi kolmasosaa normaalin vuoden kapasiteetista. => Jatkamme tutkimalla kuivuusjaksoa, joka koskisi samalla myös Ruotsia, Norjaa ja läntistä Venäjää.
Winland-työn ensimmäisiä politiikkasuosituksia Uhka: Energiamurros epäonnistuu energiajärjestelmän hallittu systeemimurros vähähiiliseen energiantuotantoon huoltovarmuusnäkökulman säilyttäminen ja laajentaminen energiamurroksessa sähköjärjestelmän kehittäminen vastaamaan muuttuvan tilanteeseen sekä kustannusvastaava ja joustoihin kannustava sähkön hinnoittelu aktiivinen yhteistyö eri maiden toimijoiden kanssa sähkömarkkinoiden pirstoutumisen ehkäisemiseksi Sannan kommentti: => sähkömarkkinoiden hintasignaaleja kannattaa voimistaa myös tulevaisuuden kehityskulkujen ohjaamiseksi oikeaan suuntaan (rakennusten älykäs energiankulutus, sähköautojen lataus järjestelmää tukemaan eikä lisäkuormittamaan)
Integroitu energiajärjestelmä pohjoisissa oloissa: koko järjestelmän joustokyky helpottaa uusiutuvan energian hyödyntämistä ja edesauttaa tehokkuutta Polttoaineet Lämmitys Sähkö Jäähdytys Asuinrakennukset Liike- ja julkiset rakennukset Teollisuus Liikenne Maa- ja metsätalous Jne.
Aallon tutkimushanke REINO = Rakennusten käyttäjät huomioiva Esineiden internet (IoT) energiankulutuksen optimoinnissa osana kestäviä energiajärjestelmiä 14
REINO -projekti Päärahoittaja Tekesin Challenge -instrumentti 2017-2018. Partnerit: Energiateollisuus, Fidelix, Fourdeg, Granlund, Residentia, Solixi, SRV, Aalto - yliopistokiinteistöt. Projektin vetäjät prof. Sanna Syri ja prof. Risto Kosonen (LVI-tekniikka). Käytännön testit mm. Aallon toimistokiinteistöissä: kaukolämmityksen kysyntäjousto, älykäs ohjaus olosuhteiden, simuloidun hintasignaalin ja käytön perusteella. Käyttäjäkokemus keskeisessä osassa. Lisäksi sähkölämmityksen testejä muissa rakennuksissa. Työpaketit myös lainsäädännön muutostarpeista kysyntäjouston mahdollistamiseksi (prof. Ari Ekroos, Aalto) ja kyberturvallisuudesta älykkäässä ohjauksessa (prof. Kary Främling, Aalto). 15
Millainen jousto on mahdollinen ilman mukavuushaittaa? - Testeissä mukana simuloitu muuttuva lämmön hinta sekä käyttäjäkokemus - Toisaalta myös rakennustason mallinnus sekä kaupunkitason KL-järjestelmän mallinnus Kuvan lähde: Fourdeg oy.
Kilpailutilanteen muuttuminen ja hyötyjen jakautuminen sähkömarkkinoilla Sähkömarkkinoilla muutos on jo pitkällä: spot-hinta tulossa vauhdilla myös pienkulutukseen, älykkäät sähköverkot ovat valtava globaali trendi Sähkömarkkinan kilpailutilanne tulee muuttumaan älyverkkojen myötä: kuluttajien uusi aktiivinen rooli myös tuottajana ja erityisesti jouston tarjoajana Aktiiviset palveluntuottajat, jotka tarjoavat win-win-asetelman. Ketterät uudet toimijat tulevat. Kysyntäjouston toteutuksessa keskeistä ovat toimijoiden roolit ja hyödynjako. Tulevaisuuden menestyjät löytyvät niistä toteutuksista, joissa on aito win-win tilanne eli riittävä osa hyödystä menee myös kuluttajalle.
Kaukolämmön murrostilanne Asiakkaiden kiinnostus sekä hybridiratkaisuihin että aktiiviseen kysyntäjoustoon on kasvanut voimakkaasti. Nyt ovat liikkeellä edelläkävijät? Lämmityksen (kaukolämpö + hajautettu tuotanto + ulkoiset tuottajat) toimintalogiikka ja kilpailutilanne tulevat muuttumaan Kaukolämmön markkinarakenne kohti sähkömarkkinoiden rakennetta vain ajan kysymys? Tuotanto ja siirto eriytetty, tuotannossa kilpailu tai käyttäjä myös tuottaja. Kohti marginaalihinnoittelua ja hintasignaalia asiakkaalle, milloin? Toinen keskeinen murroksen tekijä on älykkään ohjauksen hintakehitys. Tuotteita on jo, alalla on menossa erittäin kiinnostava kehitysvaihe. Milloin ohjauksen (rauta + softa) hinta laskee niin että alkaa hurja yleistyminen? Myös kaukolämmön tulevaisuudessa keskeistä ovat toimijoiden roolit ja hyödynjako. Tulevaisuuden menestyjät löytyvät niistä, joissa aito win-win tilanne. Ketterät uudet toimijat tulevat.