Sähköverkko
Valtioneuvoston kanslia on teettänyt selvityksen "Hiilineutraaliustavoitteen vaikutukset sähköjärjestelmään". Selvitys keskittyy nimensä mukaisesti "vihreään siirtymään", mutta sen lisäksi siitä saa hyvän kuvan Suomen sähköverkoston tilasta ja ongelmakohdista.
Selvitys on julkaistu keväällä 2021, joten siinä ei ole tietenkään voitu huomioida Ukrainan sodan ja sen johdosta asetettujen järjettömien pakotteiden vaikutusta. Sähköverkon kannalta nämä vaikutukset liittyvät lähinnä Hanhikiven ydinvoimalatyömaan keskeytykseen ja sähköntuonnin loppumiseen Venäjältä.
Sivun alkuunAurinko- ja tuulisähkö
"Vihreät" energiantuotantotavat ovat tietenkin hyvä asia, mutta siitä huolimatta nekään eivät ole ongelmattomia. Seuraavassa käsitellään lyhyesti "vihreän" sähköntuotannon aiheuttamia ongelmia sähköverkolle ja energiahuollolle. Tässä yhteydessä "vihreinä" tuotantomuotoina ovat aurinko ja tuuli.
Aurinkosähkön suurin ongelma Suomessa on pohjoinen sijainti. Usein väitetään, että Suomessa aurinko paistaa vuoden aikana yhtä monta tuntia kuin etelämmässäkin. Ehkä näin onkin, mutta siinä on merkittävä ajoitusongelma. Aurinko paistaa eniten kesällä, kun energian tarve on pienimmillään ja vähiten talvella, kun energiaa tarvittaisiin eniten. Aurinkosähköä pitäisi siis pystyä varastoimaan puoli vuotta ja sähkön (pitkäaikais)varastointia ei ole (ainakaan vielä) ratkaistu kustannustehokkaasti. Vuosivaihtelun lisäksi aurinkosähkön tuotannolla on myös vuorokausivaihtelu, mutta se on kuitenkin vuosivaihtelua huomattavasti pienempi ongelma. Aurinkosähkön tuotanto on, ainakin toistaiseksi, Suomessa niin vähäistä, että se ei aiheuta sähköverkolle merkittäviä ongelmia.
Tuulisähköä Suomessa alkaa olemaan jo aika runsaasti (yli 5GW) ja lisää on tulossa. Tuulisähkön suurin ongelma sähköverkon kannalta on tuotannon vaihtelu, joka voi olla nopeaakin. Silloin kun tuulee, sähköä tulee joskus liikaakin ja kun ei tuule, niin sähköä ei tietenkään tule. Tuotannon vuosijakauma tuulella on kuitenkin huomattavasti parempi kuin auringolla, koska talvella on keskimäärin tuulisempaa kuin kesällä.
Tuulisähkön tuotantokapasiteettia on Suomessa jo niin paljon, että se alkaa kannibalisoida omaa kannattavuuttaan eli tuulisähköstä saa huonomman hinnan kuin muilla tuotantotavoilla tuotetusta sähköstä. Tämä johtuu siitä, että tuulisina päivinä tuotantoa on niin paljon, että sähkön hinta laskee, joskus jopa lähelle nollaa. Tuulettomina päivinä hinta olisi korkea, mutta silloin tuulivoimalat eivät tietenkään tuota sähköä.
Tuulivoiman alueellinen jakauma on huono, koska Suomen tuulivoimalat ovat suurelta osin pohjoisessa: Lapissa ja Pohjanmaalla. Sähkön kulutus taas painottuu Etelä-Suomeen. Tuulisähkö siis kuormittaa merkittävästi Suomen kantaverkkoa ja sen kriittistä ns. P1-leikkausta. P1-leikkaus menee suunnilleen Kokkola-IIsalmi-linjaa ja sen pohjoispuolella on merkittävästi tuuli- ja vesivoimaa, kun taas sähkön kulutus keskittyy sen eteläpuolelle.
Molempien, sekä aurinko- että tuulisähkön tuotanto vaihtelee voimakkaasti sääolosuhteiden mukaan, joten ne tarvitsevat rinnalleen säätövoimaa. Ellei kulutus jousta, niin säätövoimaa pitäisi olla melkeimpä huipputehon verran. Säätövoimaa Suomessa ei kuitenkaan ole riittävästi tarjolla ja sen määrä vähenee edelleen lauhdevoiman vähentyessä. Tästä syystä "vihreä" sähköntuotanto tarvitsee tehokkaasti toimiakseen kulutusjoustoa eli nykytermein "älykästä" sähkönkulutusta.
Molempien, sekä aurinko- että tuulisähkön lisääntyminen ja lauhdesähkön väheneminen pienentävät sähköverkon inertiaa. Sähköverkon inertia on sen kyky vaimentaa nopeiden kulutus- tai tuotantovaihtelujen vaikutusta verkkoon. Sähköverkon inertia muodostuu suureksi osaksi voimalaitosten generaattoreiden pyörivistä massoista. Myös tuulivoimalassa on generaattori, mutta se on yleensä kytketty sähköverkkoon taajuusmuuttajan kautta, joten se ei tuota verkkoon inertiaa.
Sivun alkuunVenäjälle asetetut talouspakotteet
Päättäjiemme asettamissa järjettömissä pakotteissa on kaksi Suomen sähköverkkoon merkittävästi vaikuttavaa asiaa. Hanhikiven ydinvoimalaitoksen rakennustöiden ja Venäjältä tulevan sähköntuonnin pysäyttäminen.
Valtioneuvoston kanslian teettämässä selvityksessä nämä molemmat ovat mukana: sähkön tuonti Venäjältä 1,3GW ja Hanhikiven ydinvoimala 1,2GW vuodesta 2030 alkaen. Yhteensä 2,5GW. Sähkötehon lisäksi Hanhikivi olisi tuonut sähköverkkoon myös kaivattua inertiaa,
Selvityksen herkkyysanalyysissä on arvioitu Hanhikiven ydinvoimalan myöhästymistä: "Tämän lisäksi toimitusvarmuutta voi heikentää esimerkiksi Hanhikivi 1 -ydinvoimalaitoksen myöhästyminen, mikä on hyvä ottaa huomioon sähkön toimitusvarmuustarkasteluissa." Enää Hanhikiven ydinvoimalan myöhästyminen ei ole riski, vaan päättäjiemme tekemä tietoinen valinta. Tämän lisäksi tulee vielä toinen päättäjiemme tekemä tietoinen valinta eli sähköntuonnin lopettaminen Venäjältä.
Selvityksen "sähköistysskenaarioissa" on arvioitu olevan "vähäinen riski tehovajeelle" vaikka niissä sekä Hanhikivi että Venäjän tuonti ovat mukana. Nykytilanteessa tuohon arvioituun tehovajeeseen pitää laittaa vielä 2,5GW "päättäjälisää". Vertailun vuoksi Olkiluoto 3, joka on käynnistyessään Pohjoismaiden suurin sähköntuotantoyksikkö, on teholtaan 1,6GW.
Sivun alkuunVihreä siirtymä
Otetaan seuraavassa tarkasteluun muutamia julkisuudessa olleita "vihreän vedyn" suunnitelmia. Arvioidaan pintapuolisesti niiden taloudellisia toimintaedellytyksiä sekä ratkaisua vaativia teknisiä ongelmakohtia.
Sivun alkuunInkoon terästehdas
Norjalainen start-up-yritys suunnittelee Inkooseen "vihreää" terästehdasta, joka käyttää tuotannossaan tuulivoimalla tuotettua "vihreää" vetyä. Otetaan vertailukohdaksi Luleåssa oleva SSAB:n vastaava suunnitelma ja katsotaan näiden kahden keskinäistä kilpailuasetelmaa.
"Vihreä" terästehdas tarvitsee tuotantoonsa kahta pääraaka-ainetta: rautamalmia tai -rikastetta ja "vihreää" vetyä.Suomessa ei tietääkseni tällä hetkellä ole yhtään toiminnassa olevaa rautakaivosta, Luleån lähellä sen sijaan ovat isot Kiirunan rautakaivokset. Inkoon tehtaalla tarvittava rautamalmi tai -rikaste pitää siis tuoda jostakin, todennäköisesti laivaamalla. Rahtialuksiinkin pitäisi sitten saada "vihreä" polttoaine tai muuten lopputuotteena olevan teräksen "vihreys" saa kovan iskun. Suuremmat rahtikustannuksetkin pitäisi saada jotenkin kuitattua. Miten? Ensimmäinen erä meni selkeästi Luleån eduksi.
Suomen "vihreän" sähkön tuotanto, siis käytännössä tuulivoima, on suurelta osin pohjoisessa: Lapissa ja Pohjois-Pohjanmaalla. Inkoon tuleva terästehdas taas olisi Etelä-Suomessa, joten sen tarvitseman sähkön siirto kuormittaa Suomen kantaverkkoa merkittävästi ja (omalta osaltaan) edellyttää kantaverkon vahvistamista. Tuulisina päivinä sähkön hinta on suunnilleen sama Suomessa ja Pohjois-Ruotsissa. Vähätuulisempina päivinä tilanne muuttuu ja Pohjois-Ruotsin, siis Luleån alueen, sähkö on tyypillisesti huomattavasti halvempaa kuin Suomessa (Esim.). Tämä johtuu Pohjois-Ruotsin ja Norjan vesivoimalaitoksista, jotka toimivat tuulivoimaa tasaavana säätövoimana. Myös toinen erä meni selkeästi Luleån eduksi.
Raaka-aineiden lisäksi teräksen valmistaminen vaatii osaamista. Inkoon terästehdasta suunnitteleva yritys on start-up eli suomeksi aloittava yritys. Sen kokemus ja osaaminen raudan jalostuksesta on siis todennäköisesti aika vähäinen. Luleån hankkeen yritys, SSAB, taas on askarrellut raudanjalostuksen kanssa jo liki ikuisuuden. Ja näin kolmaskin erä meni Luleån hyväksi.
Jos pitäisi sijoittaa omia rahoja, niin kumpaan hankkeeseen sijoittaisit? Kysymys ei varmaankaan ollut kovin vaikea. Ongelmana onkin se, että poliitikot eivät ole sijoittamassa omia rahojaan.
Sivun alkuunVetyputkisto
"Vihreä" vety tuntuu olevan nyt se, mikä ratkaisee kaikki ongelmat. Sitä varten pitää tietenkin rakentaa oma verkosto, rahoittajista tosin ei (tässäkään) suunnitelmassa ole tietoa.
Pohditaanpas asiaa logistiikan kannalta. Tuulivoimalat ovat siis jossakin pohjoisessa, etteivät ne vaan häiritse ruuhka-Suomen asukkeja. Tuulivoimaloiden tuottamalla sähköllä tehdään sitten vetyä. Tuotettu vety johdetaan putkistolla käyttäjille Etelä-Suomeen tai jopa Eurooppaan asti.
Hyväksytään tällä kertaa se, että tuulivoimalat ovat pohjoisessa ja (vedyn) käyttö etelässä. Muistellaan seuraavaksi, mitä koulussa opetettiin kemian ja fysiikan tunneilla.
Vety on kevyin alkuaine ja siinä on vain yksi protoni ja yksi elektroni. Normaalisti vety on kahden atomin molekyylinä eli kaksi protonia ja kaksi elektronia. Vetymolekyylin (H2) moolimassa on siis 2g. Vertailun vuoksi maakaasumolekyylin (metaani) moolimassa on 16g. Mitä se tarkoittaa käytännössä? Vaikkapa sitä, että vety karkaa paljon pienemmästä huokosesta kuin maakaasu. Vetyputkiston pitää olla siis huomattavasti tiiviimpi kuin maakaasuputkiston ja siksi se tulee myös huomattavasti kalliimmaksi rakentaa ja ylläpitää. Lisäongelmana on vielä teräksen taipumus vetyhaurauteen.
Sähkön eduista kerrottiin, että se on monipuolisesti käytettävissä oleva "jalo" energiamuoto ja sen siirtäminen paikasta toiseen (johdoilla) on helppoa.
Edellisten pohjalta voisi, kun "vihreän" vedyn hype unohdetaan, päätellä, että energian siirto kannattaisi tehdä sähkönä ja muuttaa se vedyksi, jos tarpeen, vasta lähempänä käyttöpaikkaa. Sähkön siirto on koeteltua, luotettavaa tekniikkaa, kuten jokainen voi ympärilleen katsomalla todeta. Miksi siis rakentaa uutta energiansiirtoverkostoa vetyä varten, jos helposti siirrettävän sähkön voi muuttaa vedyksi lähempänä käyttöpaikkaa?
Entäs sitten vedyn kuljettaminen tankeissa? Vedyn energiasisältö painoyksikköä kohti on suuri, mikä on hyvä asia esim. lentokoneiden polttoaineissa. Vety on kevyttä, myös nesteenä, joten sen energiasisältö tilavuusyksikköä kohti ei olekaan enää hyvä. Nestemäisellä vedyllä noin neljäsosa bensiinin energiasisällöstä.
Kantaverkossa olevien 400kV sähkölinjojen tehonsiirtokapasiteetti on noin 800MW. Jos vastaava teho kuljetettaisiin nestemäisenä vetynä 30m3 säiliöautoilla, niin autoja menisi tiellä noin viiden minuutin välein. Ei tunnu oikein realistiselta vaihtoehdolta sekään.
Sivun alkuun