Energiajärjestelmät murroksessa

Viikon blogikirjoitus on teemaltaan ja kirjoittajiltaan poikkeuksellinen. Kirjoitus käsittelee sähkön tuotantoa ja sähkömarkkinoita kaupallisesta, juridisesta ja teknisestä näkökulmasta. Kirjoitus on tehty yhdessä uusiutuvaan energiaan ja kiertotalouteen erikoistuneen konsulttiyhtiö MACON Oy:n konsultti ja toimitusjohtaja Mikko Ahokkaan kanssa. Yhteistyöstämme voit lukea lisää:

https://www.kpflaki.com/macon

Kirjoituksessa analysoimme uutta kansainvälisen energiajärjestön IEA:n (International Energy Agency) julkaisemaa raporttia sekä käsittelemme miten sähköntuotanto muuttuu globaalisti, mitä EU ja Suomi tekevät kiihdyttääkseen energia-alan muutosta ja miten se tulee näkymään teollisuudessa ja kuluttajilla käyttäytymisen muutoksena.

Sähköntuotannon murros Euroopassa

Uuden koronavirustaudin (Covid-19) aiheuttama sähkön ylitarjonta on useissa Euroopan maissa aiheuttanut sen, että sähkön tukkuhinta on laskenut alle nollan. Esimerkiksi Belgiassa sähkön kulutus on laskenut 16 % ja sähkön tukkuhinnat ovat pudonneet alle nollan monta viikonloppua peräkkäin. Mikä tämän on aiheuttanut? COVID on aiheuttanunt sen, että monet yritykset ovat pysähdyksissä tai toimivat vain osittain ja tämän vuoksi sähkön tarve on vähentynyt radikaalisti.

Muun muassa tuulivoimayhtiö Eneco on joutunut pysäyttämään tuulipuistot, koska niiden tuottama sähkö aiheuttaa vain kuluja yhtiölle. Sähkön hinta on voinut olla negatiivinen useamman tunnin ajan, koska joitain laitoksia on halvempi pitää käynnissä kuin ajaa alas tai käynnistää uudestaan. Normaalisti megawattitunnin sähkön myynti ammatillisessa päivittäiskaupassa tuottaa 40–50 euroa. Koska sähköä on vaikea varastoida, kysynnän ja tarjonnan on oltava tasapainossa koko ajan. Negatiiviset hinnat poistavat ylitarjonnan ja varmistavat, että verkko ei ylikuormitu.

Jos puhutaan tekniikasta, niin aurinkosähköjärjestelmät tarjoavat nyt historian halvimman sähkön.

Tämä väittämä on kansainvälisen energiajärjestön IEA:n julkaisemassa 464-sivuisessa raportissa. IEA:n pääskenaariossa sähkön tuotannossa on globaalisti 43 % enemmän aurinkosähköä kuin aikaisemmassa ennusteessa. Ero johtuu yksityiskohtaisen analyysin perusteella siitä, että aurinkoenergia on 20–50 % halvempaa kuin luultiin aiempaa raporttia laatiessa.

Tämä muutos on seurausta Word Energy Outlook -tiimin suorittamasta uudesta analyysistä, jossa tarkastellaan keskimääräisiä pääomakustannuksia kehittäjille, jotka haluavat rakentaa uutta aurinkovoiman tuotantokapasiteettia. Aurinkokennon pääomakustannukset ovat paljon pienemmät: 2,6–5,0 % Euroopassa ja Yhdysvalloissa, 4,4–5,5 % Kiinassa ja 8,8–10,0 % Intiassa, lähinnä seurauksena uusiutuvien investointien riskien vähentämiseen tähtäävästä politiikasta.

Pääoman kustannus on käytännössä sijoittajan tuottovaatimus, joka perinteisen rahoitusteorian perusteella lasketaan niin sanotun riskittömän tuoton, esimerkiksi valtion velkakirjojen, ja sijoituksen riskin perusteella. Kun valtiot pyrkivät erilaisilla tuilla ja muilla sääntelykeinoilla vähentämään riskiä, sijoittajat sijoittavat rahaa mieluummin tällaisiin tuettuihin kohteisiin. Tämä taas johtaa siihen, että sijoittajat vaativat pienempää tuottoa pääomalleen.

IEA:n mukaan parhaissa paikoissa aurinko voi nyt tuottaa sähköä 20 dollaria tai alle sen alle megawattitunnilta (MWh). Syynä tähän ovat matalat rahoituskustannukset ja erilaiset julkiset tuet. Tällä hetkellä maaliman halvinta sähköä tarjotaan Dubaissa. Halvimmat sähköhinnat, jossa ei ole käytetty julkista tukea löytyvät Intiasta. IEA:n mukaan uudet hyötykäyttöiset aurinkohankkeet maksavat nyt 30–60 dollaria / MWh Euroopassa ja Yhdysvalloissa, ja vain 20–40 dollaria / MWh Kiinassa ja Intiassa, joissa on käytössä ”tulotuen mekanismit”, kuten taatut hinnat verkkoon tuotetulle sähkölle. Aurinkosähkön tuotantokustannus on suurin sähkön hintaan vaikuttava tekijä. Tämän lisäksi kuluttajan maksama hinta koostuu sähköntuottajan pyytämästä tuottomarginaalista, siirtohinnasta sekä veroista ja muista julkisista maksuista.

Ensimmäistä kertaa IEA sisällyttää selvitykseensä yksityiskohtaisen mallinnuksen 1,5 C°: n reitistä eli miten ilmastonmuutos voitaisiin rajatta alle 1,5 C°:seen. Tässä skenaariossa maailmanlaajuiset hiilidioksidipäästöt ovat nolla vuoteen 2050 mennessä. Sen mukaan yksilön käyttäytymisen muutoksilla, kuten kotona työskentelyllä kolme päivää viikossa, olisi olennainen rooli nollapäästöjen vuoteen 2050 mennessä (NZE2050) saavuttamisessa.

Koronapandemian aiheuttaman kriisin odotetaan aiheuttavan dramaattisen maailmanlaajuisen energiankysynnän laskun vuonna 2020, ja lasku osuu vahvimmin fossiilisiin polttoaineisiin. Erityisesti uusiutuvat energialähteet muodostavat suurimman osan kysynnän kasvusta kaikissa skenaarioissa. Sitä vastoin fossiilisten polttoaineiden kasvu hidastuu vähitellen jyrkkenevään laskuun, kun globaalin ilmastopolitiikan kunnianhimo kasvaa.

Kaiken kaikkiaan uusiutuvat energialähteet - "uuden kuninkaan" aurinkovoiman johdolla - täyttävät valtaosan uudesta sähkön kysynnästä, ja niiden osuus kasvusta arvioidaan olevan 80 % vuoteen 2030 mennessä. Tämä tarkoittaa sitä, että ne ohittavat kivihiilen maailman suurimpana voimanlähteenä vuoteen 2025 mennessä. Tuotannoltaan vaihtelevien uusiutuvien energialähteiden kasvu tarkoittaa, että sähköverkoilta vaadittu joustavuus lisääntyy.

Päästökauppa ja fossiilinen energia

Olen kirjoittanut päästökaupasta aikaisemminkin, kirjoitus on saatavilla:

https://www.kpflaki.com/post/mist%C3%A4-p%C3%A4%C3%A4st%C3%B6kaupassa-on-oikeastaan-kyse-ja-toimiiko-se

Päästökauppa on työkalu, jolla puututaan yksinkertaiseen markkinahäiriöön: fossiilinen energia on halvempaa kuin sen pitäisi olla, koska kaikki saastumisen ja ilmastonmuutoksen kustannukset eivät ole mukana energian tuottamisen tai kuluttamisen kustannuksissa. Päästökauppa johtaa siihen, että hiilidioksidipäästöjä tuottavat tahot joutuvat maksamaan hiilidioksidin ilmaan päästämisestä markkinahinnan, joka ratkeaa yritysten välisessä kaupankäynnissä.

Päästöoikeuksien määrä vähenee joka vuosi, jolloin joidenkin yritysten on pakko leikata hiilidioksidipäästöjään. Tämän vuoksi energiantuotannon kustannukset fossiilisella energialla nousevat vuosi vuodelta, mikä antaa uusiutuvalle energialle kilpailuetua.

Suomessa sähköntuotantoa ei veroteta energiaveroilla tuotannon hiilidioksidipäästöjen perusteella. Polttoaineiden muuta käyttöä taas verotetaan pääasiassa niiden hiilidioksidipäästöjen perusteella. Verotuksen tavoitearvo polttoaineiden käytössä on tällä hetkellä noin 60 e/hiilidioksiditonni. OECD on arvioinut, että hiilidioksiditonnin pitäisi maksaa Suomessa noin 30–60 e/t, jotta se kattaisi kaikki saastumisen ja ilmastonmuutoksen aiheuttamat kustannukset.

Suomessa on arvioitu, että päästökauppa vaikuttaa energiantuotantoon riittävästi, jotta vero-ohjausta ei tarvita. Tämän vuoksi sähköä verotetaan ainoastaan sen kuluttajan mukaan. Sähkövero on eri teollisuudelle ja kuluttajille. Teollisuuden vero on noin 0,87 e/kWh ja muiden sähkönkäyttäjien 2,29 e/kWh. Sähkönjakeluyhtiö laskuttaa veron sähkön kuluttajalta.

Päästökauppa ei kuitenkaan tällä hetkellä toimi tehokkaana ohjausmekanismina uusiutuvaan sähköntuotantoon. Päästöoikeuksien määrä on suuri, jolloin tuota OECD:n mainitsemaa 30–60 e/t ei saavuteta, vaan päästöoikeuden markkinahinta pyörii 20–25 e/t. Koronapandemian aikana sähköntuotanto ja muu energiankulutus ovat laskeneet, mikä vähentää päästöoikeuksien tarvetta ja sitä kautta niiden hintaa. Tällöin myös fossiilisen energian tuottaminen muuttuu halvemmaksi, mikä alentaa sähkön hintaa ja lisää päästöjä.

Valtiontuet

Päästökauppa ei ole ainoa mekanismi, jolla EU:ssa pyritään vähentämään päästöjä. Koska päästökauppa on ainoastaan EU:n sisäinen eikä globaali mekanismi, liian raju energiantuotannon kustannusten lisääminen johtaisi siihen, että paljon energiaa kuluttava teollisuus siirtyisi sellaisiin maihin, joissa hiilidioksidipäästöjen kustannukset eivät ole mukana sähkön kuluttajahinnassa. Tämän vuoksi EU:n valtiontukisääntöjä on tulkittu niin, että uusiutuvan energian tuotannon ja kapasiteetin rakentamisen tukeminen on sallittua. Olen kirjoittanut aiheesta väitöskirjani ja siihen liittyvän blogikirjoituksen:

https://www.kpflaki.com/post/v%C3%A4it%C3%B6skirjani-valtiontuista-mist%C3%A4-siin%C3%A4-onkaan-kyse

Tätä teollisuuden muuttoa vähemmän kunnianhimoisen ilmastopolitiikan maihin kutsutaan hiilivuodoksi. Pahimmillaan tämä neutraloi ilmastopolitiikan vaikutukset. Tämän vuoksi EU on mahdollistanut, että sen jäsenvaltiot saavat tukea energiantuotantoa, mikä painaa sähkön hintaa alas. EU:n jäsenvaltiot ovatkin tukeneet uusiutuvan energian energiainvestointeja ja tuotantoa todella aktiivisesti. Tämän lisäksi EU:ssa on erikseen sallittu energiaintensiivisen eli paljon energiaa käyttävän teollisuuden tukeminen erikseen, koska päästökauppa on nostanut niiden toiminnan hintaa. Myös Suomi on jakanut näitä tukia runsaasti, vaikka se onkin luopumassa energiaintensiivisten yritysten tuesta ja alentamassa näillä rahoilla sähköveroa.

Myös nämä valtiontuet alentavat uusiutuvan energian hintaa. Erityisesti tuotantotuet vaikuttavat voimakkaasti sähkön hintaan, koska ne on kohdistettu jokaiselle tuotetulle MWh:lle. Investointituet taas jakautuvat tuotetun sähkön mukaan: mitä enemmän sähköä tuotetaan, sitä vähemmän tukea kohdistuu yhdelle MWh:lle. Suomessa ja useimmissa muissa EU-maissa myönnetään molempia tukia, vaikka investointituet ovatkin yleistymään päin. Nämä taas vaikuttavat sähkön hintaan vähemmän erityisesti kun uusiutuvan energian tuotantomäärät kasvavat.

Tukiin käytetty euromäärä on kasvanut vuosien varrella ja on kasvamaan päin, mutta toisaalta yhtä MWh:a kohden käytetty rahamäärä on vähentynyt. Tämän vuoksi vaikutukset sähkön hintaan ovat vähenemään päin, vaikka uusiutuva energia ja sen tukeminen kokonaisuudessaan laskevatkin sähkön hintaa.

Net Zero Emission 2050

World Energy Outlookin Sustainable Development Scenario eli SDS tarkoittaa sitä, että noudatetaan globaalisti Pariisin sopimuksen mukaisia tavoitteita. Hiilen poistaminen käytöstä Euroopassa vuoteen 2040 mennessä tarkoittaisi 197 GW:n poistumista tuotannosta.

Tämä merkitsisi sitä, että Euroopassa vuoteen 2040 mennessä öljystä ja kaasusta sähkön tuotannossa olisi täysin luovuttu, mutta koko maailman energiakuvassa (WEO SDS) öljy ja kaasu olisivat edelleen ensimmäinen ja toiseksi suurin primäärienergian lähde, mutta kokonaisuudessaan fossiilisten polttoaineiden käyttö olisi vähentynyt. Hiilen käyttö olisi laskenut kaksi kolmasosaa, öljy kolmanneksella ja kaasu 12 % verrattuna vuoden 2019 tasoon. Tässä tapauksessa muut uusiutuvat energialähteet - pääasiassa tuuli ja aurinko - olisivat nousseet tuotantomäärissä kolmannelle sijalle ja nousseet melkein 700 % näiden kahden vuosikymmenen aikana (+ 662 %). IEA:n ennusteen mukaan vesivoiman (+ 55 %), ydinvoiman (+ 55 %) ja bioenergian (+ 24 %) lisäykset ovat pienempiä, mutta silti huomattavia. (Lähde: IEA World Energy Outlook SDS 2040)

Skenaarion mukaan vähähiiliset lähteet muodostavat yhdessä 44 % maailmanlaajuisesta energialähteistä vuonna 2040, kun ne vuonna 2019 olivat 19 %. Hiili putoaisi 10 %:iin, mikä on IEA:n mukaan alin taso teollisen vallankumouksen jälkeen. Viimeisten 18 kuukauden aikana useat suuret taloudet ovat ilmoittaneet tai ottaneet käyttöön sitovia nollapäästötavoitteita. Näitä ovat esimerkiksi Iso-Britannia ja EU. Vastikään Kiina ilmoitti aikomuksestaan saavuttaa hiilineutraalius vuoteen 2060 mennessä.

IEA:n Ennusteen (NZE2040) mukaan teollisuuden hiilidioksidipäästöt vähenisivät noin neljänneksellä vuoteen 2040 mennessä, ja sähköistys ja energiatehokkuus muodostavat suurimman osan ponnisteluista. Tässä skenaariossa energiankulutus vähenisi myös siksi, että yli 2 miljoonaa taloa vuosittain saisi energiatehokkuuden jälkiasennuksen tämän vuosikymmenen aikana, tosin tämä luku koskee vain kehittyneitä talouksia. Tämän ennusteen mukaan liikennealalla hiilidioksidipäästöt vähenisivät viidenneksen. Vuoteen 2030 mennessä yli puolet uusista autoista olisi sähkökäyttöisiä, kun niiden osuus vuonna 2019 oli noin 2,5 prosenttia.

Käyttäytymismuutokset ja niiden vaikutukset

Käyttäytymismuutoksilla, kuten lentojen ja ilmastointilaitteiden vähentämisellä, on raportin mukaan tärkeä rooli nettopäästöjen saavuttamisessa. Raportti sisältää yksityiskohtaisen analyysin arvioiduista päästövähentymisistä, jotka johtuvat tiettyjen toimien maailmanlaajuisesta hyväksymisestä. Tällaisia toimintoja ovat esimerkiksi globaali siirtyminen pyykin kuivausrumpuun, hitaampiin ajonopeuksiin ja kotona työskentelyyn.

Raportin kirjoittajat arvioivat, että hallitukset voivat vaikuttaa 60 prosenttiin näistä muutoksista vedoten laajaan lainsäädäntöön autojen käytön valvomiseksi ja rajoittamiseksi kaupungeissa ja Japanin pyrkimyksiin rajoittaa ilmastointia kodeissa ja toimistoissa.

Noin 7 % autojen globaaleista hiilidioksidipäästöistä tulee alle kolmen kilometrin matkoilta, joiden pituisen matkan "pyöräily vie noin 10 minuuttia" kirjoittajien mukaan. NZE2050-skenaariossa kaikki nämä matkat korvataan kävelyllä ja pyöräilyllä.

Raportissa arvioidaan, että käyttäytymismuutokset voivat vähentää lentämisestä aiheutuvia päästöjä noin 60 % vuonna 2030. Näihin sisältyy merkittäviä muutoksia, kuten alle tunnin pituisten lentojen poistaminen sekä kauko- että liikelentojen määrän vähentäminen kolmella neljänneksellä. Silti muuten odotetun ilmailun kasvun takia koko lentotoiminta vuonna 2030 pysyisi tässä skenaariossa edelleen vuoden 2017 tasolla. Loput säästöt syntyvät päätöksistä rajoittaa energian käyttöä kodeissa, kuten sekä lämmitys- että ilmastointijärjestelmien käytön vähentämisestä.

Kotona työskenteleminen voi säästää päästöjä kokonaisuudessaan, koska työmatkojen päästövähennys on yli kolme kertaa suurempi kuin asuntojen päästöjen kasvu.

Raportissa arvioidaan, että jos 20 % maailman työvoimasta, joka pystyy työskentelemään kotona, tekisi niin edes yhden päivän viikossa, säästää se vuonna 2030 maailmanlaajuisesti noin 18 miljoonaa tonnia hiilidioksidia (MtCO2) vuonna 2030. Itse asiassa NZE2050-skenaariossa oletetaan, että kaikki, jotka pystyvät siihen, työskentelevät kotona kolme päivää viikossa, mikä on suhteellisen vaatimaton 55 Mt CO2-säästö.

Vaikka raportissa keskitytään energiajärjestelmän hiilidioksidipäästöihin, siinä viitataan myös metaanin ja typpioksidin korkeisiin tasoihin, jotka johtuvat maailmanlaajuisesta maataloudesta ja erityisesti karjankasvatuksesta. Raportissa todetaan, että ilman siirtymistä kasvisruokavalioon on "erittäin vaikea saavuttaa päästövähennyksiä nopeasti". Kirjoittajat myöntävät, että ehdotettujen käyttäytymismuutosten yleinen hyväksyminen on epätodennäköistä, mutta he ehdottavat, että on olemassa "vaihtoehtoisia tapoja", joilla tällaiset muutokset voisivat yhdessä tuottaa samanlaisia tuloksia.

Käyttäytymismuutos teollisuudessa

Alhainen sähkön hinta voi aiheuttaa myös merkittäviä rakenteellisia muutoksia teollisuudelle. Esimerkiksi selluteollisuuden osalta uudentyyppiset energiaratkaisut, kuten isot sähköllä toimivat lämpöpumppuratkaisut (MVR) tulevat hallitsevaksi teknologiaksi.

Tämä johtaisi siihen, että mustalipeää ei enää käytettäisikään polttoon, vaan sen sisältämästä ligniinistä pyrittäisiin valmistamaan muita tuotteita ja kemikaaleja. Mustalipeää poltetaan suomessa noin 38 TWh. Jos koko lipeämäärä saataisiin jalostettua polttoaineeksi, se kattaisi koko suomen raskaan liikenteen polttoaineet. Uuden tyyppinen lämpöpumppuratkaisu on otettu käyttöön mm. Kotkamillssin tehtaalla:


Toinen merkittävä murros on tapahtumassa terästeollisuudessa. Terästeollisuus on yksi suurimmista hiilidioksidipäästöjen lähteistä. Sen osuus globaaleista hiilidioksidipäästöistä on noin 7 %. SSAB vähentää hiilidioksidipäästöjään Ruotsissa 25 %:lla vuoteen 2025 mennessä vaihtamalla masuunin fossiilivapaaseen sähköä käyttävään valokaariuuniin sekä vetyyn. Myöhemmin on tarkoitus korvata myös muut masuunit. Tämä mahdollistaisi kansainvälisten ilmastotavoitteiden saavuttamisen Ruotsin ja Suomen kansallisten tavoitteiden osalta. SSAB:n mukaan fossiilivapaa terästeollisuus on jo nyt mahdollista. Potentiaali on valtava.

Jätevesien käsittely


Monet teollisuuden jätevedet ovat haastavia käsitellä perinteisin (biologisin) menetelmin, ja tämän lisäksi teollisuus tarvitsee puhdasta vettä prosesseihinsa. Alhainen sähkönhinta suosii MVR-haihdutustekniikkaa sekä kalvotekniikkaa vesien käsittelyssä. MVR-haihduttimella saavutetaan hyvin vähäinen energiakulutus (10 kWh per haihdutettu vesitonni). Jos sähkön hinta on luokkaa 2 snt / Kwh, niin se tarkoittaisi, että puhtaan veden valmistamiseen kuluisi energiaa vain 20–40 cnt haihdutettua vesitonnia kohden. Tiivistetty jätevesiliete voidaan edelleen kuivata ja sen sisältämät ravinteet ovat helpommin talteenotettavissa.

Puun ja biomassojen kuivaaminen


Puu- ja elintarviketeollisuuden yksi energiaintensiivisimmistä vaiheista on kuivaaminen. Kuivaus toteutetaan tällä hetkellä suorasti tai epäsuorasti höyryä käyttäen ilmaa lämmittämällä. Uusimmat lämpöpumpputekniikat mahdollistavat materiaalien kuivauksen niin, että energiakulutus voidaan pudottaa kolmannekseen. Kuivaus käyttää perinteisesti noin 1 MW haihdutettua vesitonnia kohden, kun taas lämpöpumpulla päästään noin 330 kW:n tehontarpeeseen. Tällöin esimerkiksi sahojen sivutuotteet (hake tai kuori) vapautuvat vaikkapa biopolttoaineiden valmistukseen tai muuhun jatkojalostukseen.

Johtopäätökset

Sähkön hinta tulee laskemaan tulevaisuudessa tekniikan kehityksen myötä. Hinnan laskua rajoittavat lähinnä julkisen vallan toimet: energian yleinen verotus sekä fossiilisten polttoaineiden päästökauppa ja verotus lisäävät sähkön hintaa jossain määrin. Toisaalta uusiutuvan energian tukeminen laskee sähkön hintaa yleisesti, energian tukeminen tuskin vähenee Euroopassa lähivuosina.

Energian ja erityisesti sähkön hinta tulee laskemaan tulevaisuudessa vielä nykyisestä. Tämä taas tulee muuttamaan teollisuuden toimintatapoja radikaalisti. Sähkön halventuessa teollisuudessa on kannattavampaa vaihtaa muista käyttövoimista sähköön, mikä taas vähentää hiilidioksidipäästöjä. Tämä toisaalta helpottaa ilmastotavoitteiden saavuttamista, mutta toisaalta hidastaa sähkön hinnan laskua kysynnän kasvaessa.


Lue lisää ympäristöoikeudellisia kirjoituksiamme:

https://www.kpflaki.com/blog/categories/ymp%C3%A4rist%C3%B6oikeus

Eelis Paukku

OTT, KTM (Laskentatoimi ja yritysjuridiikka), DI (Tuotantotalous)

Lakimies, toimitusjohtaja

Lakitoimisto KPF






















Mikko Ahokas

Toimitusjohtaja

Mikko Ahokas Consulting Oy




© 2018 KPF GROUP OY

  • Facebook Social Icon
  • LinkedIn Social Icon
  • Twitter Social Icon
  • Instagram