Miksi uusiutuva energia ei vastaa odotuksiin?

Otsikko on raju, mutta todellisuus on vielä rajumpi. Ei ole kysymys vain pettymyksen tunteista vaan siitä, että valtavista satsauksista huolimatta päästöjen vähentäminen ei tuota tulosta. 

Vuoden 2017 tuoreet tilastot osoittavat sen, etteivät ennätyksiä rikkovat satsaukset ja julkiset tuet aurinkoon ja tuuleen merkitse päästöjen vähennystä. Päästöt ovat nousussa. BP:n tuoreen energia-analyysin mukaan energiantuotannon polttoaineiden käyttösuhde on pysynyt hyvin samanlaisena viimeiset 20 vuotta, siitä huolimatta, että julkinen panostus on ollut triljoonaluokkaa. Puhutaan luvuista, joita tuskin edes ymmärrämme. 

Ongelma on tuulen ja auringon vaihtelevuudessa. Keskeytymisille alttiit energiamuodot eivät kykene käytännössä korvaamaan ydinvoimaa ja hiiltä siten, että tuloksena olisi merkittäviä päästövähennyksiä. Mistä tämä johtuu? 

Koska tätä eivät ymmärrä edes asiasta päättävät ministerimme, uusiutuvilla bisnestä tekevistä professoreista puhumattakaan, koen tarpeelliseksi selittää ongelman laadun. Se liittyy sähköverkon toimintaan. 

Edellisessä blogissani viittasin yhdessä lauseessa tuuli- ja aurinkovoiman ympäristöhaittoihin. Nimimerkki KysymysViisaammille Iltalehden puolella halusi tarkentaa: ”Jos aurinkopaneeli yhdistetään suoraan sähköverkkoon (ilman akkuja) niin mikä tekee tästä aurinkoenergiasta ympäristöhaitallisen?”

Kysymys paljasti hänen tietämättömyytensä sähköverkon toiminnasta. Siinä ei maallikon ollessa kyseessä ole sinänsä mitään yllättävää. Mutta kun päättäjätkään eivät tätä käsitä, on syytä yrittää taustoittaa ongelmaa. 

Ensiksi poliitikolle pitää kertoa, että aurinkopaneelit tuottavat tasajännitettä, joka on muutettava täsmälleen oikeansuuruiseksi ja oikeataajuuksiseksi vaihtojännitteeksi. Sitten se on vaiheistettava sähköverkon kanssa täsmälleen oikeaan vaiheeseen ennen kytkemistä sähköverkkoon. Seuraavaksi pitäisi saada poliitikko ymmärtämään, miten sähköverkko toimii. 

Sähköverkko toimii vaihtojännitteellä, jota siihen tuottavat pääsääntöisesti kymmenet ja sadat isot pyörivät generaattorit. Vastaavasti tehoa siitä ottavat monenlaiset isot ja pienet kulutuslaitteet. Tuo kulutus vaihtelee tietysti jatkuvasti. Koska sähkön tuotannon ja kulutuksen pitää koko ajan olla täysin tasapainossa, noiden pyörivien generaattoreiden yhdessä sisältämä kineettinen energia on se ”akku”, joka kykenee nopeasti, sekunneissa hoitamaan tuon vaaditun tasapainotustehtävän. Silloin generaattorit joko nopeuttavat tai hidastavat tuotantoa kulutuksen vaihtelun mukaan. Kaiken aikaa niiden tehtävänä on ylläpitää verkon jännite ja taajuus hyvin tarkoin vakiona. 

Aurinkopaneelit eivät tietenkään kykene joustamaan kulutuksen mukaan, vaan päinvastoin tuottavat energiaa sitä mukaa ja sen määrän, kuin sitä syntyy. Esimerkiksi pilvet aiheuttavat nopeitakin vaihteluita, ja yöllä tuotanto on nolla. Vastaavat ongelmat on tuulella. Jos tämä teho kytketään verkkoon, niin kulutuksen vaihtelujen aiheuttama tasaustarve jää yksinomaan pyörivien generaattoreiden hoidettavaksi. Niin kauan kuin tuotetun ja verkkoon kytketyn sattumasähkön määrä on vähäinen, se ei aiheuta suurta ongelmaa, mutta jos tuo määrä kasvaa suureksi, syntyy varsinkin auringon laskun ja nousun aikana tilanteet, jolloin tuotannosta suuri osa siirtyy nopeasti aurinkovoimasta pyörivien generaattoreiden hoidettavaksi tai päinvastoin. 

Jos aurinkoenergiaa tuotetaan paljon, tullaan tilanteeseen, jossa vaatimus pyörivien generaattoreiden nopeaan reagointiin kasvaa niin suureksi, että ainakin hiilivoiman ollessa kysymyksessä olisi järkevintä pitää hiilivoimalaitokset käynnissä koko ajan. Niiden käynnistys tai sulkeminen on nimittäin päivien kysymys. Tällöin aurinkovoiman aiheuttama ylituotanto pyritään myymään naapurimaiden verkkoihin vaikka alennuksella tai jopa maksaen siitä. 

Yksinkertaistettuna voisi sanoa, että käytännössä aurinkovoimalla ei kyetä korvaamaan fossiilisilla tuotettua sähköä, koska sitä on kyettävä tuottamaan aurinkovoiman maksimimäärän verran silloin, kun aurinko ei paista. Tämä johtaa vuorostaan siihen, että hiilivoimalaitokset on pidettävä jatkuvasti käytössä. Niiden määrää ja tehoa voisi jonkin verran vähentää, mikäli säätövoimana käytettäisiin osaksi myös kaasuturbiineja. Ne ovat kuitenkin kalliita, ja jos niitä käytetään vain harvoin, tuotantokin on kallista. Lisäksi Euroopassa kaasun käyttö lisäisi riippuvuutta harvoista toimittajista. 

USA:ssa tilanne on toinen, ja siellä kaasuvoimaloita käytetään ympärivuorokautisesti, jolloin ne ovat osoittautuneet hiilivoimaloita halvemmiksi. Idea on joka tapauksessa siinä, että ei rakenneta ja ylläpidetä rinnakkaisia järjestelmiä, joita ei voida käyttää koko ajan.

Kun kysytään pelkästään aurinkovoiman ympäristöhaitoista, niin edellä oleva kuvaus sähköverkon toiminnasta pitäisi kertoa poliitikolle sen, että jo pakko ylläpitää rinnakkaisjärjestelmää tai -järjestelmiä aiheuttaa seurannaisvaikutuksena ympäristöhaitan, jäteongelman lisäksi. Pitäisi siis kysyä, mitkä ovat aurinkovoiman ympäristöhaitat, kun ottaa huomioon myös sen vaatiman säätövoiman ylläpidosta aiheutuvat haitat. Aurinkovoima vaatisi myös isot pinta-alat, ja olisi huomattavan kallista. Syntyvä jäte on haitallista ja energiayksikköä kohden huomattavan runsasta. Itse toki kannatan näistä syistä perusvoimaksi vähäpäästöistä ydinvoimaa. 

Koska sähköverkkoon kytketty aurinkovoima tarvitsee tuekseen säätövoiman, joka useimmiten on pakosta hiilivoimaa, on tarkasteltava aurinkovoiman ja säätövoiman yhdessä aiheuttamia ympäristöhaittoja. Olisi toki hienoa, jos vesivoimaa voisi hyödyntää säätövoimana tässä suhteessa enemmän. Norja ja Ruotsi ovat siinä vahvoilla mutta meillä ei ole sitä kovinkaan paljon, ja lisäksi on otettava huomioon poliittinen vastustus. 

Lukijoissani on myös valistuneita keskustelijoita, joilta opin koko ajan lisää. Nimimerkki Ben Olof täydensi kirjoitustani, että saksalaismedian mukaan Saksa ei tule pääsemään itselleen asettamiinsa ja EU:n vaatimiin päästövähennystavoitteisiinsa. Fraunhofer-instituutin tilastoviime vuodelta paljastaa, että Saksa tuottaa edelleen lähes puolet sähköstään fossiilisilla polttoaineilla. Nyt puhutaan EU:n mallimaasta uusiutuvaan energiaan panostajana. Vuonna 2011 sähkön tuonti ja vienti olivat lähellä tasapainotilaa, sen jälkeen vienti on kasvanut jokaisena vuonna, ja 2017 vienti oli peräti 79,8 TWh, tuonti 26,8 TWh. Miksi tällaiset lukemat? Juuri tämän sähköverkon vaatiman tasapainon takia. 

Ben Olof jatkaa: Fraunhofer-instituutin kaaviot aurinko- ja tuulivoiman huipputuotannon ajan energiapaletin koostumuksesta ovat paljon puhuvia: kun aurinko- ja tuulivoiman tuotanto on huippulukemissaan, on myös kivihiilisähkön tuotanto huipussaan. Tuolloin myös kaasuvoimaloiden tuotanto nousee, ja pumppuvoimaloiden varavoimaa käytetään. Tuuli- ja aurinkovoiman hiilijalanjälkeen tulisi siten laskea mukaan myös niiden vaatimat, verkon tasapainon ja sähkön laadun vaatimat osat kuten kivihiili- ja kaasuvoimaloiden lisäkäyttö. 

Joku toinen kerta kannattaa sitten perehtyä muihin ympäristöhaittoihin päästöjen kasvun lisäksi. Silloin katse kääntyy esimerkiksi tuulivoimaan, joka verottaa linnustoa ja eläimistöä. Kun asiaan tutustuu, se ei ole vitsin aihe. 

Kiitos hyville keskustelijoille. Yhdessä oppiminen on ilo.