Ohessa Energiauutiset 7/2016 paperinumerossa julkaistu kirjoittamani kritiikki/katsaus viime kesänä julkaistuun Nordic Energy Technology Perspectives (NETP)-raporttiin.

***

Energieteknologian pohjoismaisia perspektiivejä

IEA ja pohjoismaiset energiatutkijat julkaisivat kattavan Nordic Energy Technology Perspectives-raportin (jatkossa NETP[i]) Pohjoismaiden energiatulevaisuudesta kesäkuussa 2016. Raportissa kuvataan niitä valintoja ja polkuja, jotka veisivät Pohjoismaat edelläkävijöinä päästöneutraaliin yhteiskuntaan kolmessa vuosikymmenessä.

Raportti nostaa ansiokkaasti esille kaksi vähemmän puhuttua päästöongelmaa, teollisuuden sähkönkäytön ulkopuoliset päästöt ja liikenteen polttoaineet, ja tarjoaa runsaasti mielenkiintoista tietoa ja selkeitä graafeja lukijalle. Koska Pohjoismaiden sähköntuotanto on jo verraten puhdasta (ehkä Tanskaa lukuun ottamatta), olisi poliittiset toimet ja tutkimuspanokset syytä keskittää näiden kahden merkittävän päästölähteen pienentämiseen. Teollisuuden päästöjen osalta raportissa turvaudutaan lähinnä jatkuviin tehokkuusparannuksiin sekä hiilen talteenottoon ja varastointii. Jälkimmäiselle bisnestä etsitään myös hiilidioksidin käyttämisestä öljyntuotannon tehostamiseen, mikä on päästöjen kannalta vähintään ongelmallista. Hiilen talteenotto ja varastointi, CCS, on ilmastotaistelussa välttämättömäksi nähty teknologia, jota ei ole kaupallisessa mittakaavassa vielä juuri käytössä, ja jonka näkymät ovat heikot. Liikenteen polttoaineiden osalta raportti nojaa nopeaan sähköistykseen ja biopolttoaineisiin, joiden ongelmaksi nousee niiden riittämättömyys sekä olettamus päästöneutraaliudesta.

Kaikki tämä huomioiden on hieman kummallista, että ensimmäinen raportin ehdottama toimenpide on käytännössä rakentaa sähkön tuotantoinfrastruktuuri ja jakeluverkko uudelleen Pohjoismaihin. Miksi meidän kannattaisi pistää rajalliset panokset sen korjaamiseen, mikä ei ole varsinaisesti rikki, vaan on oikeastaan se ainoa asia, joka on jo kunnossa?

Kaiken takana on malli

Raportin taustalla on mallinnus, joka arvoja ja lähtöoletuksia syöttämällä mallintaa kustannustehokkaimman vaihtoehdon energiajärjestelmän puhdistamiseksi 2050 mennessä. Malleissa ja toisaalta niihin syötetyissä oletuksissa ja lähtöarvoissa on kuitenkin aina puutteensa ja epävarmuutensa, ja niin tässäkin tapauksessa. Tämä ei tietenkään tee malleista ja raporteista missään mielessä hyödyttömiä – päinvastoin, mallien ja skenaarioiden rakentaminen ja tehtyjen oletusten pohtiminen on erittäin hyödyllistä – mutta se rajoittaa niiden käyttöarvoa itse päätöksenteossa. Tämän vuoksi on hieman ongelmallista, että heti raportin alussa korostetaan, että Pohjoismaiden päästöttömyyteen on nyt saatavilla selkeä teknistaloudellinen polku. Suunnitelmat kuitenkaan harvemmin kestävät ensikosketusta todellisuuden kanssa.

Hieman niin kävi NETP:kin kanssa. Raportissa kerrotaan, että sähkömarkkinoiden suurin muutos on se, että ydinvoimaa korvataan uusiutuvilla, ja tämän syyksi ilmoitetaan ydinvoiman alas ajava politiikka (Ruotsissa) sekä uusiutuvien kasvava kilpailukyky. Samoihin aikoihin kun raportti julkaistiin, Ruotsi julkaisi tuoreen energiapolitiikka-linjauksensa. Sen mukaan ydinvoimaa taloudellisesti rasittanut tehovero (7 €/MWh) poistettaisiin parin vuoden siirtymäaikana, ja vanhojen reaktoreiden (10 kpl) tilalle saisi jatkossa rakentaa uusia. Tämä oli käytännössä täyskäännös Ruotsin ydinvoimapolitiikassa, joka NETP-raportissa nähtiin päätyvän joko nopeaan tai hieman hitaampaan ydinvoiman alasajoon. Vaikka politiikkaa on tietysti vaikea jättää huomiotta, on tällaisten vahvojen poliittisten linjausten tekeminen raportissa, jonka nimi on energian teknologiset perspektiivit lähtökohtaisesti hieman arveluttavaa.

Silmiinpistävimmät seikat mallin antamassa, oheisen kuvan mukaisessa skenaariossa, ovat biomassan käytön kasvu lähes puolella (1100 PJ -> 1600 PJ) ja sen ilmeinen olettaminen päästöneutraaliksi, tuulen viisinkertaistuminen kattamaan 30 prosenttia sähkön tuotannosta ja jo yllä mainittu ydinvoiman alasajo. Päästöneutraaliin järjestelmään mentäessä fossiilisesta öljystä ja kivihiilestä tulee pitkälti luopua, joten öljynkäytön raju supistuminen ei sinänsä pitäisi yllättää. Maininnan ansaitsee myös melko mittava primäärienergian kulutuksen supistuminen.

Raportin tulosten taustalla vaikuttavat muutamat kustannusoletukset ja toisaalta mallin heikkoudet, joiden yhteisvaikutus kertautuu mallin antamaan tulokseen.

Kustannukset, hinnat ja investoinnit

Yksi mallin syvempiä ongelmia, ainakin tulosten perusteella, tuntuu olevan se, että se toisaalta laskee kustannukset yhteiskunnan näkökulmasta, mutta toisaalta ei ota eri energiantuotantomuotojen laajempia kustannuksia yhteiskunnalle huomioon, eikä toisaalta kerro, miksi investoijien kannattaisi investoida juuri mallin esittämällä tavalla. Tämä kiteytyy siinä, että malli tuntuu olettavan tuulivoiman olevan kannattavaa korkeammillakin pitoisuuksilla, vaikka tämä ei tutkimusten mukaan pidä välttämättä lainkaan paikkaansa.

Tuore, varsin kattava metatutkimus (Hirth & co, 2015[ii]) paljastaa, että vaihtelevatuottoisen tuulivoiman niin sanotut integrointikustannukset nousevat varsin merkittäviksi, kun niiden suhteellinen osuus sähköverkon tuotannosta kasvaa. Vaikka tuulivoiman elinkaarikustannus olisi esimerkiksi 50 euroa / MWh, ei tämä kerro koko totuutta kyseisen tuulituotannon arvosta toisaalta sähkömarkkinoille ja toisaalta yhteiskunnalle, eikä sen dynaamisia vaikutuksia muualle energiajärjestelmään. Tutkimuksen mukaan 30-40 % osuus vaihtelevatuottoista tuulivoimaa (joka on NEPT-raportissa esitetty määrä) nostaa integrointikustannuksia 20-30 euroon / MWh. Ne jaetaan Hirth & CO:n tutkimuksessa kolmeen kategoriaan:

1. Verkon rakennus/laajennuskustannukset (noin ¼)
2. Verkon tasapainotuskustannukset (noin ¼)
3. Profiilikustannukset (noin ½)

Nämä kustannukset eivät kuitenkaan usein näy tuulivoiman kustannuksissa, ainakaan täysimääräisinä. Profiilikustannukset itse asiassa näkyvät muiden tuotantomuotojen kohoavina kustannuksina, sillä tuulivoima syö muiden tuotantolaitosten käyttöastetta korvaamatta niitä kuitenkaan kokonaan, sillä niitä tarvitaan edelleen tuulettomia päiviä varten. Tämä johtaa tehottomammin toimivaan järjestelmään ja kohonneisiin kustannuksiin, kun tehdyille investoinneille tulee vähemmän käyttötunteja. Vesivoimaa paljon omaavissa maissa arvioitu järjestelmäkustannus on lähempänä haarukan alarajaa.

Näiden kustannusten ongelma mallinnuksen kannalta on siinä, että ne kaatuvat suurimmalta osin muiden maksettavaksi, eivätkä siten näy tuulivoiman kannattavuuden heikkenemisenä mallissa. Kun markkinatoimijat joutuvat seuraamaan vaihtelevatuottoisten energialähteiden tuotantoa omalla tuotannollaan, jäävät rakennetut tuotantolaitokset vajaakäytölle, ja niiden käyttökustannukset tuotettua megawatti tuntia kohden kohoavat.

Lisäksi malli huomioi varsin puutteellisesti investoijan näkökulman. Sähkömarkkinoilla päivän hinta määritellään kysynnän ja tarjonnan mukaan. Koska tuulivoima kannattaa myydä vaikka ilmaiseksi silloin kun tuulee, painaa tuulivoima sähkön hintaa (ja arvoa) alas etenkin tuulisina päivinä. Vaikka markkinoiden keskihinta olisikin esimerkiksi 55 euroa per MWh (kuten raportissa oletetaan sähkön hinnan olevan pidemmällä aikavälillä), voi tuulituotanto raportissa esitettyinä pitoisuuksina vastata valtaosasta tuulisten päivien sähköntuotantoa ja painaa hinnan lähelle nollaa. Tätä kutsutaan kannibalisaatioksi. Kannibalisaatio ei toisaalta ole ongelma investoijalle, mikäli tuotannosta maksetaan takuuhinta yhteiskunnan toimesta – mutta tällöin yhteiskunta maksaa sellaisesta, jolla ei ole arvoa.

Malli siis olettaa, että tuulivoimaan investoidaan ja sen kapasiteetti kasvatetaan viisinkertaiseksi nykyisestä, vaikka ilman merkittäviä tukia tuulivoimainvestoinnit ovat käytännössä lähes kaikkialla nytkin jäissä, ja merkkejä tuulisten päivien vaikutuksesta sähkön hintaankin on jo havaittu. Miksi energiantuottajat investoisivat energiantuotantoon, jonka arvo markkinoilla putoaa muita energiantuotantomuotoja nopeammin sen osuuden kasvaessa?

Tämä kysymys ohitetaan raportissa toteamalla, että yhteiskunnan pitää investoida erilaisiin teknologioihin, jotta tuulivoimaan investoiminen kannattaa, ja toisaalta olettamalla, että poliittinen tahto ja sen mukanaan tuomat tukieurot massiiviseen tuulivoiman lisärakentamiseen löytyvät. Kustannukset siis pakotetaan yhteiskunnalle yhä suuremmassa määrin, koska malli itsepäisesti kertoo, että uuden tuulivoiman marginaalihinta on alhaisin, mutta jättää kertomatta, että suuremmilla pitoisuuksilla sekä uuden että vanhan tuulivoiman tuotannon arvo markkinoilla lähestyy nollaa ja/tai yhteiskunnan investointitarve kasvaa. Raportti teknologiaperspektiiveistä tekee tässäkin kohden mittavia poliittisia oletuksia. On lisäksi hieman omituista, että niitä tehdään Euroopan päästökaupan piiriin kuuluvalla sektorilla, jossa päästökauppajärjestelmä huolehtii siitä, että tietty määrä päästöjä päästetään, ja jossa järjestelmä hoitaa automaattisesti sen, että päästöt vähenevät kustannustehokkaimmista kohteista ensin.

Omituinen ydinvoima

Suhtautuminen ydinvoimaan on toinen raportin kummallisuuksista, sillä siitäkin huolimatta, että se on vesivoiman jälkeen ylivoimaisesti suurin puhtaan energian lähde niin Pohjoismaissa kuin maailmallakin, siihen ei juuri painomustetta tuhlattu. Tekijöiden mukaan malli ei osannut käsitellä pitkän aikavälin investointeja kunnolla, mikä aiheutti ongelmia ydinvoiman kohdalla. Niinpä ydinvoiman käsittely jätettiin kahteen parissa sivussa käsiteltyyn valittuun skenaarioon. Ensimmäisessä ”baseline”-skenaariossa ydinvoimaa ei rakennettu yhtään nyt rakenteilla ja suunnitteilla olevien lisäksi (OL3 ja HA1 hankkeet Suomessa). Toisessa pyrittiin huomioimaan ydinvoimaan liittyvät epävarmuudet, mutta ainoastaan negatiivisessa mielessä: Se oletti, että Fennovoiman HA1 ei koskaan valmistu ja että Ruotsin voimalatkin suljetaan ennen aikojaan 2030 mennessä. Mitään ydinvoimaan tai sen kehitykseen optimistisemmin suhtautuvaa skenaariota ei tehty. Miksi ei?

Raportti olettaa uuden ydinvoiman maksavan noin 65 €/MWh (Projected Costs of Generating Electricity, IEA 2015). Olemassa olevan nykyisen ydinvoiman hinta on haarukoitu 30 – 40 euroon per MWh, joista 40 euron hinta tarvitaan käyttöiän pidennyksiin tähtääviin investointeihin. Oletettu hinta on noin kolmanneksen korkeampi, mitä Fennovoiman HA1 reaktorille on sovittu (maksimissaan 50 €/MWh ensimmäiset 12 vuotta). Kuten vaihtelevatuottoisen järjestelmäkustannuksista yllä opimme, 65 €/MWh on varsin kohtuullinen hinta peruskuormaa luotettavasti tuottavasta ja kustannuksensa kattavasti sisältävästä päästöttömästä energiasta. Saman viestin antaa myös yllä mainittu ja NETP:issä lähteenä käytetty IEA:n hintaraportti, jossa ydinvoima on usein halvin tapa tuottaa perusvoimaa, ja erittäin kilpailukykyinen vaihtelevatuottoisten uusiutuvien kanssa. Siinä missä (3 % diskonttokorolla) ydinvoiman hintahaarukka per MWh on 25-65 euron välillä, edullisimman uusiutuvan, eli maalle rakennetun tuulivoiman, hinta vaihtelee 35-130 euron välillä (IEA 2015[iii]).

Vaikka kyseessä on tulevaisuuden teknologia-perspektiivejä esille tuova raportti, se jättää myös lähitulevaisuuden ydinvoimaan liittyvän teknologisen kehityksen täysin huomiotta. Tämä siitäkin huolimatta, että niitä kehitetään nimenomaan ratkaisemaan raportinkin mainitsemaa kahta tärkeää ongelmaa, teollisuuden lämpöä ja liikennepolttoaineita, jotka suorastaan huutavat uusia innovaatioita, varsinkin jos epävarma CCS ei pidä lupauksiaan. Yksi innovaatioiden esimerkki on Kanadalaisen Terrestrial Energyn IMSR (Integral Molten Salt Reactor), jonka erikokoisia versioita on suunnitteilla saada markkinoille vielä 2020-luvulla. Yhtiön antamat kustannusarviot 600 megawatin (lämpöteho) kokoiselle pikkureaktorille ovat reilusti alle kolme euroa per asennettu kilowatti sähkötehoa. Sähköntuotannossa hinta on alle 50 euroa megawattitunnilta, ja yli 600 asteista lämpöä teollisuuden käyttöön reaktorista saa ulos vielä huomattavasti edullisemmin[iv].

Teollisuuden ja voimalaitoksia myyvien yritysten antamiin arvioihin on toki syytä suhtautua terveen skeptisesti, mutta tämä koskee muidenkin energialähteiden, kulutusjoustojen ja kehittyneiden energiavarastojen kuten akkujen hintaprojektioita. Ja koska NEPT on nimenomaan energiateknologioita kartoittanut raportti, olisi nämä maailmalla kovan kehityksen alla olevat teknologiat ansainneet ainakin maininnan, mielellään syvemmänkin käsittelyn.

Lopulta tehdyt kustannusoletukset yhdessä vaihtelevatuottoisten integrointikustannusten kaatamisella yhteiskunnan maksettavaksi, mallin kyvyttömyys käsitellä pitkäaikaisia investointeja, oletus ydinvoiman poliittisesta epäsuosiosta (joka Ruotsin osalta on jo kääntynyt lähes päälaelleen) ja oletus siitä, että ydinvoima ei kehity jatkossakaan, naulitsivat raportissa ydinvoiman tiukasti supistuvaan marginaaliin. Herätyskellojen olisi luullut kuitenkin soivan, sillä kattavien tutkimusten mukaan ydinvoimaa käyttävät skenaariot ovat sekä useita kertoja nopeampia toteuttaa (Loftus & co 2015[v]), että useita kertaluokkia edullisempia (esim. Williams, J.H. & co 2014[vi] ja Charles R. Frank, Jr 2014[vii]) kuin ydinvoiman pois jättävät. Herääkin kysymys, olisiko jossain poliittista rohkeutta tehdä kansallisia skenaarioita, joissa ydinvoimakin otettaisiin tosissaan?

Tuontibioenergiaa

Bioenergiaan liittyy raportin kolmas ihmettelyä aiheuttanut tulos. Se olettaa, että Pohjoismaat tuovat jatkossa merkittävän määrän biopolttoaineita muualta maailmasta. Suomessa ja Ruotsissa on mittavat metsävarannot per asukas. Pohjoismaiden piti raportin mukaan olla edelläkävijöitä hiilineutraaliin järjestelmään siirryttäessä. Ja sitten Pohjolaan joudutaan tuomaan biomassaa muualta, ilmeisesti olettaen, että se on vähintään yhtä kestävästi tuotettua kuin meillä täällä? Ja tämä tilanteessa jossa kaikki muutkin halunnevat kasvattaa bioenergian tuotantoaan ja jossa Maapallon ekologisesti kestävä bioenergian tuotantopotentiaali on ainakin meneillään olevasta kuudennesta sukupuuttoaallosta päätellen siirtynyt jo vuosia sitten peruutuspeiliin.

Eikö tämän pitänyt mennä mieluummin toisin päin? Mitä väliä on kokonaisuuden kannalta sillä, poltammeko Pohjolassa sitten suoraan öljynjalosteita? Jos tuomme jostain muualta biomassaa, jotta saamme tyydytettyä biotalouden raaka-ainetarpeen, sähkön ja lämmön tuotannon tarpeen sekä liikenteen biopohjaisten nestepolttoaineiden tarpeen, tarkoittaa se, että siellä muualla kyseinen biomassa ei korvaa fossiilisia polttoaineita. Raportti olettaa myös varsin huiman liikenteen sähköistymisen, jossa noin 60 % henkilöajoneuvoista on sähköisiä tai töpselihybridejä 2050. Lisäksi biomassa aiheuttaa poltettaessa päästöjä, ja biomassan eri jakeiden kirjanpidollinen päästöneutraalius saatetaan hyvinkin kyseenalaistaa myös sopimuksissa. Miten tässä tilanteessa käy ”päästöneutraalin” Pohjolan, jos kolmannes sen energiasta tuotetaan biomassalla?

Ja tästä päädymme viimeiseen seikkaan, joka raportissa jäi kaihertamaan. Synteettiset polttoaineet (jolla tarkoitan tässä sähköstä elektrolyysillä tai lämmöstä termolyysillä valmistettuun vetyyn perustuvia polttonesteitä ja -kaasuja) jäivät raportissa kokonaan käsittelemättä. Tämä Power to Gas (P2G) konsepti mainitaan raportissa kerran, yhtenä mahdollisuutena parantaa aurinkopaneelien muuten varsin heikkoa kilpailukykyä Pohjoismaissa. Sen mahdollisuuksia, tai oikeammin sitä hyvin todennäköistä tilannetta, että liikennepolttoaineiden korvaamisen valtava mittakaava ja haasteet pakottavat meidät myös P2G-teknologian laajamittaiseen käyttöön ei raportissa tuoda esille lainkaan. Ehkä tämä varsin tuoreeltaan energiakeskusteluun noussut teknologia, kuten myös kehittynyt ydinvoima jonka yksi tähtäin on vedyn tuottaminen elektrolyysiä tehokkaammin termolyysin avulla, käsitellään raportin seuraavassa versiossa.

Tässä kirjoituksessa käsiteltiin vain osaa raportin esittelemistä asioista, ja valitettavasti raportin monet arvokkaat puolet jäivät kritiikin varjoon. Tuoretta energiaraporttia voi pitää arvokkaana, ja sen puitteissa tutkijat ja kirjoittajat ovat joutuneet miettimään monia asioita, myös yllä mainittuja ongelmia. Sen esittelemiä skenaarioita ei kuitenkaan pidä, kuten kirjoittajatkin mainitsivat, pitää ennustuksina. Tulevaisuus on liian monimutkainen ennustettavaksi.

***

Alaviitteet:

[i] Ladattavissa osoitteessa http://www.iea.org/etp/nordic/

[ii] Hirth, Lion, Falko Ueckerdt & Ottmar Edenhofer (2015): “Integration Costs Revisited – An economic framework of wind and solar variability”, Renewable Energy 74, 925–939. doi:10.1016/j.renene.2014.08.065.

[iii] Raportin tiivistelmä on saatavilla osoitteesta https://www.iea.org/Textbase/npsum/ElecCost2015SUM.pdf

[iv] Hinta-arviot perustuvat henkilökohtaiseen haastatteluun, ja yhtiön edustajan antamia summia on pyöristetty hieman ylöspäin.

[v] Loftus, P. J., Cohen, A. M., Long, J. C. S., & Jenkins, J. D. (2015). A critical review of global decarbonization scenarios: what do they tell us about feasibility?  Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change, 6(1), 93–112. doi:10.1002/wcc.324

[vi] Williams, J.H., B. Haley, F. Kahrl, J. Moore, A.D. Jones, M.S. Torn, H. McJeon (2014). Pathways to deep decarbonization in the United States. The U.S. report of the Deep Decarbonization Pathways Project of the Sustainable Development Solutions Network and the Institute for Sustainable Development and International Relations. http://www.deepdecarbonization.org/

[vii] Charles R. Frank, Jr (2014). The net benefits of low and no-carbon electricity technologies, The Brookings Institution, http://tinyurl.com/zbtlcm6