Liikenteen ja lämmityksen sähköistyminen Juha Forsström, Esa Pursiheimo, Tiina Koljonen Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy
Tarkastellut toimenpiteet Rakennusten lämmitys Öljylämmityksen korvaaminen Korvaavat lämmitysmuodot Kaukolämmitys Lämpöpumppulämmitys Biopolttoaineet Loppukäyttö ei tehostu perusuraan verrattuna Liikenne Sähköautojen markkinaosuuden kasvu 31.3.2015 2
EU 2030 skenaario muodostaa perusuran Tarkastelujen painopiste on vuodessa 2030, mutta laskelmat ulottuvat vuoteen 2050 Päästö- ja ei-päästökauppasektorin (EPKS) jako säilyy nykyisenä Fossiilisten polttoaineiden hinta noudattaa IEA:n (World Energy Outlook) referenssihintoja Rakennussektorilla huomioidaan energiatehokkuusdirektiivin velvoitteet Teollisuus kehittyy aiemmin mukaisesti, VTT Technology 86, Espoo 2013 EU:n 2030 ilmasto- ja energiapaketin vaikutukset Suomen energiajärjestelmään ja kansantalouteen. VTT Technology 170, Espoo 2014 31.3.2015 3
TIMES-VTT mallin keskeiset piirteet Malli kattaa koko energiajärjestelmän: polttoaineiden ja energian tuotannon, siirron, jakelun sekä käytön kaikilla sektoreilla. Teknologiatietokanta koostuu suuresta määrästä energian (ja polttoaineiden) tuotannon, siirron ja käytön prosesseja. Ne muuttuvat teknisen kehittymisen myötä. Energiajärjestelmän kehityksessä huomioidaan sekä teknologian että kustannusten kehittyminen. Annetut politiikkatavoitteet toteutetaan minimikustannuksin. 31.3.2015 4
Skenaariot EU 2030 EPKS-päästövähennys 36% vuodesta 2005 FT-biodieselin valmistusprosessille investointituet Sähköautojen markkinaosuus enintään 22 % Päästöoikeuden hinta10 /t 2020, 50 /t vuonna 2030; Öljylämmitykselle alaraja voimassa vuosina 2020-2030 FIN 1 FT-biodieselin investointituet on poistettu Biodieselin tuonti rajoitettu (10 PJ) vuosina 2020-2030 Öljyn lämmityskäyttö mahdollista, ei alarajaa öljylämmitykselle Liikenteen päästöt korkeintaan EU 2030 tasolla Muut EPKS-päästöt korkeintaan EU 2030 tasolla 31.3.2015 5
Skenaariot FIN 2 Kotitalouksien ja palvelusektorin öljylämmitys häviää vuonna 2030 Sähköautojen osuus henkilöautoliikenteestä vähintään 5% (2020) ja 15% (2030), yläraja 35%. FIN 3 Biopolttoneisteiden tuotanto EU 2030 -skenaarion mukainen Kotimaan kulutuksen ylittävä osuus viedään 31.3.2015 6
Rakennusten lämmitysenergian käyttö Palvelu- ja asuinrakennukset 31.3.2015 7
Energiankäyttö rakennusten lämmitykseen Lämmitysenergiaa kuluu sisätilojen lämmitykseen käyttöveden lämmitykseen Muutokset vuodesta 2010 vuoteen 2030 Rakennuskanta kasvaa, mikä lisää lämmöntarvetta Ominaislämmöntarve (kwh/m2) vähenee, mikä vähentää energialähteiden (polttoaineet, sähkö, lämpö) tarvetta Paikallisesti tuotetun lämmön tuotantotekniikka paranee, mikä vähentää energialähteiden tarvetta Millaiset ovat ym. muutosten yhteisvaikutukset? 31.3.2015 8
Lämmöntuotannon tehostuminen: Loppukäytön hyötysuhteet 0,75-0,80 0,85 1,0 Biomassakattila Kaukolämmitys 1,0 Öljylämmitys Sähkölämmitys 3,3 Maalämpöpumppu 31.3.2015 9
Lämmityksen energianlähteet 80,0 70,0 60,0 50,0 Rakennusten energiankäyttö TWh 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 2010 EU2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Öljy+muu 11,1 3,4 2,4 1,2 1,1 Sähkö 12,6 8,0 8,0 8,2 8,4 Biomassa 17,4 17,6 18,3 18,4 17,8 Kaukolämpö 33,7 27,3 27,8 28,2 28,3 Lämmöntarve 66,1 69,5 69,5 69,7 69,6 31.3.2015 10
Lämmön tuotannon hyötysuhteen paraneminen Rakennusten polttoaineet 100 % Rakennusten lämmön hankinta 100 % 90 % 90 % 80 % 80 % 70 % 70 % MArkkinaosuus 60 % 50 % 40 % Akselin otsikko 60 % 50 % 40 % 30 % 30 % 20 % 20 % 10 % 10 % 0 % 2010 EU203 0 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Öljy+muu 15% 6% 4% 2% 2% Sähkö 17% 14% 14% 15% 15% Biopolttoaine 23% 31% 32% 33% 32% Kaukolämpö 45% 49% 49% 50% 51% 0 % 2010 EU2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Öljy+muu 11% 5% 3% 2% 2% Sähkö 16% 40% 39% 40% 41% Biopolttoaine 17% 24% 25% 25% 24% Kaukolämpö 44% 43% 43% 44% 44% 31.3.2015 11
Muutos energialähteissä ja lämmöntuotannossa 2010 2030 Akselin otsikko Energiankäytön muutos 2010 / 2030 [TWh] 5,0 0,0-5,0-10,0-15,0-20,0-25,0 EU2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Öljy+muu -7,7-8,7-9,9-10,0 Sähkö -4,6-4,6-4,4-4,1 Kaukolämpö -6,4-5,9-5,5-5,4 Biomassa 0,2 1,0 1,0 0,4 Akselin otsikko Muutos tuotetussa lämmössä 2010 / 2030 [TWh] 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0-5,0-10,0-15,0-20,0 EU2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Biopolttoaine 1,9 2,6 2,6 2,1 Sähkö 13,2 12,9 13,7 14,1 Öljy+muu -5,4-6,3-7,3-7,4 Kaukolämpö -6,3-5,8-5,4-5,3 31.3.2015 12
Lämmön tuotanto ja päästöt TWh 35 30 25 20 15 10 5 0 Rakennusten lämmöntuotanto 2010 EU20 30 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Öljy+muu 8,3 2,9 2,1 1,1 1,0 Biopolttoaine 13,0 15,0 15,6 15,6 15,1 Sähkö 11,7 24,9 24,6 25,4 25,8 Kaukolämpö 33,1 26,8 27,3 27,6 27,7 Mt CO2 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Rakennukset 3,6 0,9 0,6 0,3 0,3 31.3.2015 13
Palvelut ja kotitaloudet Vaikka hyötylämmön tarve kasvaa, niin energialähteiden tarve vähenee lämmöntuotannon hyötysuhteen paranemisen johdosta Öljylämmitys korvautuu kaukolämmöllä, biomassalla ja sähköperusteisella lämmityksellä Suorasta sähkölämmityksestä siirrytään myös osittain lämpöpumppulämmitykseen Viimeaikaisen öljyn hinnan laskun ei odoteta muuttavan pitkän aikavälin odotuksia öljyn käytöstä 31.3.2015 14
Liikenne 31.3.2015 15
Autokannan ja käyttövoiman kehitysvaihtoehdot EU 2030 -skenaariossa biopolttonesteet osoittautuivat edullisimmaksi tavaksi vähentää liikenteen KHK-päästöjä. Vaihtoehtoisissa FIN-skenaarioissa poistetaan biojalostamoiden investointituki, jolloin sähköautojen kilpailukyky paranee biopoltonesteitä vastaan. FIN 3 -skenaariossa tarkastellaan tilannetta, jossa biodieselin tuotantoinvestoinnit ovat EU 2030 -tapauksen mukaiset. Jos biodieseliä ei käytetä täysin kotimaassa, niin ylijäämä jalosteesta viedään. 31.3.2015 16
Henkilöautokanta milj. kappaletta M kpl 4,5 2010 2030 4 3,5 3 2,5 2 1,5 Muut Sähkö Diesel Bensiini 1 0,5 0 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 31.3.2015 17
Henkilöautokanta milj. kappaletta milj.kpl 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Bensiini 2.300 1.388 1.388 1.388 1.388 Diesel 0.550 2.296 1.681 1.344 1.344 Sähkö 0.000 0.030 0.655 1.087 1.087 Muut 0.000 0.000 0.073 0.073 0.073 31.3.2015 18
Liikenneskenaariot Bensiini- ja dieselautojen osuuksille määritelty kehitysputki, eli osuuksien ylä- ja alarajat vuosittain Sähköautojen markkinaosuuden yläraja vuonna 2030 EU 2030 ja FIN1: 22 % FIN 2 ja FIN 3: 35 % EU 2030 -skenaarion mukainen päästöyläraja 7 Mt (2030) Tämä kiinnittää maaöljypohjaisten polttoaineiden määrän Biodieselin investointituen poistaminen tekee sähköautot kilpailukykyisiksi päästötavoitteen saavuttamisessa Sähkö syrjäyttää biodieseliä, ei maaöljyä Puulle on kilpailevaa käyttöä Liikenne sisältää ilmailua lukuun ottamatta muun liikenteen 31.3.2015 19
Liikenteen energiankäyttö [TWh] ja liikennemäärä vuosina 2010 ja 2030 80,0 70,0 60,0 50,0 Liikenteen polttoainekäyttö TWh 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Sähkö 0,7 1,9 4,3 5,3 5,3 Biopolttoaine 2,4 16,4 9,7 7,5 7,6 Fossiiliset 49,3 28,1 29,5 28,7 28,6 Liikennemärä 52,4 62,0 62,0 62,0 62,0 31.3.2015 20
Liikenteen hyötysuhteen paraneminen 120% Energiaosuudet 120% Liikennemäärän osuudet 100% 100% 80% 60% 80% 60% 40% 20% 0% 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Sähkö 1% 3% 8% 11% 11% Biopolttoaine 4% 30% 19% 15% 15% Fossiiliset 95% 67% 73% 74% 74% 40% 20% 0% 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Sähkö 1% 10% 20% 25% 25% Biopolttoaine 4% 28% 16% 13% 13% Fossiiliset 95% 62% 64% 63% 62% 31.3.2015 21
Liikenteen energiankäyttö ja liikennesuorite: vuoden 2030 tilanne verrattuna vuoteen 2010 TWh Energiankäyttö 2010 vs. 2030 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0-5,0-10,0-15,0-20,0-25,0 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Sähkö 1,1 3,5 4,6 4,6 Biopolttoaine 14,0 7,2 5,1 5,1 Fossiiliset -21,1-19,7-20,5-20,7 Akselin otsikko 50% 40% 30% 20% 10% 0% -10% -20% -30% Suorite 2010 vs. 2030 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Sähkö 13% 25% 32% 32% Biopolttoaine 34% 18% 13% 13% Fossiiliset -28% -25% -27% -27% 31.3.2015 22
Liikenteen biopolttoaineet TWh 20 2010 2020 2030 15 10 5 0-5 Etanoli - nettotuonti Etanoli - valmistus Biodiesel - nettotuonti Biodiesel - puubiomassa Biodiesel - kasviöljyt ja biojäte -10-15 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 31.3.2015 23
Liikenteen biopolttoaineet 31.3.2015 24
Biokomponentti polttoaineessa 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Diesel, TWh 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Bio 1,1 15,2 8,6 6,5 6,5 Fossiilinen 30,9 19,8 19,7 19,8 21,1 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Bensiini, TWh 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Bio 1,3 1,2 1,1 1,1 1,1 Fossiilinen 18,2 8,1 7,3 7,3 7,3 31.3.2015 25
Polttoainekäyttö ja päästöt 60 Polttoainekäyttö Liikenne, milj. ton CO2 14,0 50 12,0 40 10,0 TWh 30 20 10 Akselin otsikko 8,0 6,0 0 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Fossiiliset 49,3 28,1 29,5 28,7 28,6 4,0 2,0 Biopolttoaine 2,4 16,4 9,7 7,5 7,6 Sähkö 0,7 1,9 4,3 5,3 5,3 0,0 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Liikenne CO2 12,7 7,0 7,0 7,0 7,0 31.3.2015 26
Liikenteen sähköistyminen TWh 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Sähkö 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Sähkö 0,7 1,5 3,2 4,4 4,4 31.3.2015 27
Liikenteen energiakäytön muutokset Sähköauto on liikenteen lämpöpumppu Sähköauton tehokkuus on yli kolminkertainen polttomoottoriautoon verrattuna Energian (polttoaineen) käytön muutos on paljon pienempi kuin tuotetun liikennesuoritteen polttoainekohtainen muutos hyötysuhdemuutoksista johtuen Siirtymällä fossiilisista polttoaineista sähköön siirretään samalla päästöjä ei-päästökauppasektorilta päästökauppasektorille 31.3.2015 28
EPKS päästövaikutukset 31.3.2015 29
EPKS-taakanjako EPKS:n kokonaispäästöt eivät muutu vuonna 2030 skenaariosta toiseen, ne pysyvät tavoitearvossa Jos jokin osa-alue vähentää päästöjään perusuraan verrattuna, antaa se mahdollisuuden jättää joitain kalliita toimenpiteitä toteuttamatta muilla osa-alueilla 31.3.2015 30
35,0 EPKS-sektorin päästöt EU 2030 -skenaario 30,0 25,0 milj.ton CO2 20,0 15,0 Palvelut ja kotitaloudet Liikenne CO2 Metaani Maatalous CO2 Dityppioksidi EPKS teollisuus/energia F-kaasut 10,0 5,0 0,0 31.3.2015 31
EPKS-päästöt 14,0 Päästöt [milj.ton CO2] 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 0,0 31.3.2015 32
EPKS-päästöt 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Liikenne CO2 12.7 7.0 7.0 7.0 7.0 EPKS teollisuus/energia 3.6 3.3 3.1 3.3 3.5 Maatalous CO2 1.9 1.4 1.3 1.4 1.4 Dityppioksidi 5.2 4.6 5.0 5.0 5.0 Palvelut ja kotitaloudet 3.6 0.9 0.6 0.3 0.3 Metaani 4.6 2.8 2.9 2.9 2.8 F-kaasut 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 31.3.2015 33
EPKS-päästöt Mt 35 30 25 20 15 2005 2010 2020 2030 F-kaasut Dityppioksidi Metaani Liikenne CO2 Kotitaloudet CO2 Palvelut CO2 Maatalous CO2 EPKS teollisuus/energia 10 5 0 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 31.3.2015 34
Muutokset energiajärjestelmässä 31.3.2015 35
EPKS PKS -vuorovaikutus Energian loppukäyttö muuttuu: Paikallisen polttamisen väheneminen kasvattaa sähkön ja kaukolämmön kysyntää: energian tuotanto siirtyy päästökauppasektorille ei-päästökauppasektorilta Liikenteen biopolttonesteiden tuotantomäärän aleneminen vapauttaa biomassaa muuhun energiakäyttöön Energiamarkkinat siirtävät muutosten vaikutukset yli hallinnollisen rajan 31.3.2015 36
Öljyn kotimainen käyttö Öljytuotteiden kulutus sektoreittain 2030 9 8 7 6 Mtoe 5 4 3 2 1 0 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Liikenne 4,926 3,163 3,055 3,068 3,175 Kotitaloudet ja palvelut 0,866 0,269 0,156 0,007 0,007 Maatalous 0,605 0,437 0,437 0,437 0,437 Teollisuus + energia 1,724 0,547 0,546 0,546 0,547 31.3.2015 37
Puuperäisen biomassan käyttö TWh 80 70 60 50 40 2010 2020 2030 Biopolttoöljyn valmistus Biobensiinin valmistus Biodieselin valmistus Maatalous Kotitalous- ja palvelusektori Teollisuus Energiasektori 30 20 10 0 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 31.3.2015 38
Puuperäisen biomassan käyttö TWh 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Energiasektori 9.60 15.47 23.03 25.25 15.47 Teollisuus 17.96 17.88 21.36 22.98 17.88 Kotitalous- ja palvelusektori 17.37 11.86 12.60 12.60 12.02 Maatalous 1.78 1.95 2.34 2.34 1.95 Biodieselin valmistus 0.00 20.42 6.69 2.85 20.26 Biobensiinin valmistus 0.00 1.59 1.59 1.59 1.59 Biopolttoöljyn valmistus 0.00 0.45 2.00 2.00 0.45 31.3.2015 39
Sähkönkulutus TWh 110 100 90 80 70 60 50 40 30 2005 2010 2020 2030 Häviöt Liikenne Kotitaloudet ja maatalous Palvelut Muu teollisuus Kemianteollisuus Metalliteollisuus Metsäteollisuus 20 10 0 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 31.3.2015 40
Sähkönkulutus TWh 2005 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Metsäteollisuus 23.6 21.0 22.4 22.4 22.4 22.4 Metalliteollisuus 6.3 6.3 8.5 8.5 8.5 8.5 Kemianteollisuus 5.5 6.0 8.9 7.3 7.3 8.8 Muu teollisuus 9.0 8.9 11.6 13.0 13.1 11.6 Palvelut 15.6 17.8 18.8 18.6 18.8 19.0 Kotitaloudet ja maatalous 21.4 24.6 23.1 23.2 23.3 23.4 Liikenne 0.6 0.7 1.5 3.2 4.4 4.4 Häviöt 2.9 2.7 3.4 3.3 3.1 3.3 31.3.2015 41
Sähköntuotannon polttoaineet TWh 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 2005 2010 2020 2030 Nettotuonti Muut polttoaineet Puupolttoaineet Mustalipeä Turve Hiili Maakaasu Tuuli Vesi Ydin 0-10 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 31.3.2015 42
Sähköntuotannon polttoaineet, TWh 2005 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Ydin 22.21 21.68 52.32 52.32 52.32 52.32 Vesi 13.10 12.81 13.80 13.80 13.80 13.80 Tuuli 0.17 0.30 9.04 9.04 9.04 9.04 Maakaasu 7.90 12.92 3.35 3.93 3.74 3.19 Hiili 9.56 14.35 6.28 4.88 5.12 7.22 Turve 5.41 4.50 4.62 4.51 3.62 4.55 Mustalipeä 4.94 5.01 5.40 5.40 5.40 5.40 Puupolttoaineet 3.95 5.05 5.59 7.01 8.24 5.67 Muut polttoaineet 1.37 1.28 0.77 0.91 0.91 0.86 Nettotuonti 14.01 10.13-3.06-2.32-1.38-0.73 31.3.2015 43
Primäärienergia: Koti- ja ulkomaiset sekä päästölliset ja päästöttömät TWh 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 2005 2010 2020 2030 Sähkön tuonti Ydinvoima Maakaasu Öljytuotteet Hiili ja koksi Vesi ja tuuli Puupolttoaineet Mustalipeä Muut polttoaineet Turve 0 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 31.3.2015 44
Primäärienergia: Koti- ja ulkomaiset sekä päästölliset ja päästöttömät TWh 2005 2010 EU 2030 FIN 1 FIN 2 FIN 3 Vesi ja tuuli 13.39 13.26 23.67 23.67 23.67 23.67 Ydinvoima 70.53 69.10 147.77 147.77 147.77 147.77 Mustalipeä 36.70 37.69 36.62 36.62 36.62 36.62 Puupolttoaineet 42.40 47.25 75.19 75.19 75.19 75.19 Öljytuotteet 126.86 119.18 78.36 75.99 74.32 75.45 Maakaasu 41.56 52.97 33.35 34.87 34.48 34.66 Turve 19.18 21.22 21.42 20.88 18.37 21.42 Hiili ja koksi 40.24 55.08 38.76 34.17 34.58 41.68 Muut polttoaineet 2.61 6.04 13.02 13.41 13.37 3.49 Sähkön tuonti 15.94 10.14 0.00 0.00 0.00 0.00 31.3.2015 45
Kasvihuonekaasupäästöt Mt CO2 eq. 50 45 40 35 30 25 20 15 PKS EU 2030 PKS FIN 1 PKS FIN 2 PKS FIN 3 EPKS EU 2030 EPKS FIN 2 EPKS FIN 2 EPKS FIN 3 10 5 0 2005 2010 2015 2020 2025 2030 31.3.2015 46
Kasvihuonekaasupäästöt MtCO2 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2020 2030 EPKS FIN 1 32.5 32.6 32.9 32.0 30.7 32.0 27.3 20.8 EPKS FIN 2 32.5 32.6 32.9 32.0 30.7 32.0 27.2 20.8 EPKS FIN 3 32.5 32.6 32.9 32.0 30.7 32.0 27.2 20.8 EPKS EU 2030 32.5 32.6 32.9 32.0 30.7 32.0 27.2 20.8 PKS FIN 1 36.1 47.3 45.3 38.3 35.4 42.5 36.5 28.1 PKS FIN 2 36.1 47.3 45.3 38.3 35.4 42.5 36.4 26.8 PKS FIN 3 36.1 47.3 45.3 38.3 35.4 42.5 36.5 30.7 PKS EU 2030 36.1 47.3 45.3 38.3 35.4 42.5 36.1 30.0 31.3.2015 47
TEKNOLOGIASTA TULOSTA