Olen peruspositiivinen kaveri. Minusta meillä on todella suuri määrä mahdollisuuksia. Meillä on koulutettua työvoimaa kaikkiin työtehtäviin. Meillä on näyttöä siitä, että pystymme tekemään maailmanluokan tuotteita. Pystymme mihin vain.
Silti on tunnustettava tosiasiat. Viime aikoina olen kirjoittanut tuulivoiman mahdollisuuksista. Kiitos kaikesta palautteesta. Tiukkaa palautetta on herättänyt erityisesti tuulivoiman tuotannon vaihtelun käsittelemättä jättäminen.
Huomasin asiaa pohtiessani, että Suomen tuulivoimapotentiaali on valtava. Se on niin suuri luonnonvara, että itse asiassa jo Ruotsin nykyistä tahtia etenevä tuulivoimarakentaminen riittäisi Suomeen kopioituna kattamaan yli puolet sähkönkulutuksestamme vuoteen 2040 mennessä. [1]
Vakavasti puhuen - puolet sähköstä
Kaikkea Suomen energiaa ei kukaan ehdota tuulella tuotettavan. Vakavasti esitetyissä skenaarioissa puhutaan kuitenkin suurista luvuista.
Viimeisin tietooni tullut skenaariotarkastelu on tehty Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa (LUT). Ajatuksena tutkimuksessa on ollut selvittää, miten Suomen energiajärjestelmä voitaisiin toteuttaa päästöttömiä energiantuotantomuotoja hyödyntäen vuoteen 2050 mennessä.
Skenaarioissa tuulivoiman määrä vaihtelee välillä 16 - 44 GW asennettua kapasiteettia vuonna 2050. Tuo maksimiarvo tarkoittaa tuotettuna energiana enemmän sähköä kuin nykyinen sähkönkulutus. Pienempi määrä tuottaisi noin puolet nykyisestä sähkönkulutuksesta. Se riittää, jos rakennetaan lisää ydinvoimaa. [2] Alla yhteenveto tutkimuksesta.
Sähkön käytön oletetaan tässä tutkimuksessa jopa tuplaantuvan, sillä osa sähköstä käytetään tuottamaan sähköstä kaasua, jota voidaan sitten muuttaa takaisin esimerkiksi sähköksi ja lämmöksi niinä talven kylmimpinä hetkinä. [2]
Tuulivoimatuotanto vaihtelee
Toinen tosiasia on, että tuulivoima ei tuota sähköä erityisen tasaisesti. Tämän huomaa heti, kun katsoo tuulivoiman tuottamaa energiaa terawattitunteja tarkemmin.
Alla on kuukausitason dataa suomalaisista tuulivoimaloista. Kuten nähdään, tuotanto ei ole erityisen tasaista kuukausien välillä. Myös erityisesti talvikuukausina tuulivoimatuotannon vaihtelu Suomessa on ollut melko suurta. Tuulivoima tuottaa kuitenkin keskimäärin enemmän energiaa talvella kuin kesällä, ja noudattelee siten melko mukavasti keskimääräistä sähkönkulutuskäyrää. [3]
Huom! Kuva on yksinkertaistus tarkemmasta VTT:n kuvasta. Katso lähteet, jos olet kiinnostunut tarkoista arvoista!
Tuulivoima tuottaa eniten talvella, ja hieman vähemmän kesäaikaan. Tämähän lupaa hyvää, vai mitä? Suomessa energiantarve on tunnetuista syistä johtuen suurimmillaan talviaikaan.
Ennen kuin innostutaan liikaa, on hyvä huomata ja muistaa toinen vertailukohta. Päästöttömistä tai vähäpäästöisistä vaihtoehdoista ydin- tai bioenergian aiheuttama tarve energian varastoinnille talvella on ymmärtääkseni käytännössä nolla, sillä niitä voi pääsääntöisesti käyttää silloin kun niille on tarvetta. Tuulivoima tuottaa kun tuulee.
Silti ainakin edellä mainitun LUT:n tutkimuksen mukaan varastoinnin kustannukset huomioiden uusiutuviin energiamuotoihin perustuva energiajärjestelmä on kilpailukykyinen vaihtoehto. Käytetyt oletukset on nähtävillä tutkimustuloksia esittelevän dokumentin lopussa. [2]
Tuulivoiman tuotanto vaihtelee päivätasolla
Otetaan viimeisin data käyttöön ja katsotaan elokuun 2015 tilastoja. Elokuu näyttäisi edellisen kuvan perusteella olevan kaikkein tasaisimman tuulivoimatuotannon aikaa. Elokuun sisällä viikottain tuotettu energiamäärä onkin hyvin stabiili, kuten seuraavasta kuvasta voidaan nähdä. [4]
Mennään hieman syvemmälle. Jo kuukauden sisällä, jopa historian valossa tuotannoltaan tasaisen elokuun aikana tuulivoima paljastaa ominaispiirteensä. Seuraavan kuvaajan pystyakselilla on Suomen tuulivoimatuotannon keskimäärin tuottama teho, ja vaaka-akselilla elokuun 2015 päivät. Tuulivoimatuotannon teho on vaihdellut valtavasti. 10.8.2015 tuulivoima tuotti energiaa keskimäärin 17 MW teholla, kun taas muutama päivää myöhemmin keskimääräinen teho oli 296 MW.
Tuotantotehon keskiarvo elokuulle 2015 oli 137 MW.
Se, mikä dataa tuijottamalla ei kuitenkaan välttämättä avaudu on, että vaikka tuulivoima vaihtelee rajusti, se on yllättävän ennustettavaa.
Kuinka ennustettavaa tuulivoima on?
Otetaan esimerkki elävästä elämästä: Alla on merisää tiistaiaamulle. Ennuste löytyy kahden päivän päähän - tunnin tarkkuudella. [5]
Oletko katsellut tv-uutisten säätiedotusta? Tai kuunnellut merisäätä? Tuulen nopeus voidaan melko hyvin ennustaa seuraavalle päivälle. Siitä kertoo myös se, että tuulivoima voi osallistua sähkömarkkinoille.
Jokainen voimalaitos tekee tarjouksen sähköpörssiin ja tarjoaa tuotantoaan seuraavien päivien markkinoille. Tuulivoiman myyjän on tiedettävä mihin aikaan tuulivoima tulee tuottamaan ja kuinka paljon energiaa. Jos ennuste menee väärin, eli voimala ei kykene tuottamaan tarvittavaa määrää tai tuottaakin enemmän, täytyy yhtiön tasata tilit.
“Tuulivoiman tuotannon vaihtelut 12–24 tuntia eteenpäin ovat paljon suurempia kuin tuntivaihtelut. Ne pystytään ennustamaan melko hyvin, mutta silti myös tuulettomat ja tyynet päivät aiheuttavat joustotarvetta sähkömarkkinoille.“ [6]
Tyypillisesti ennusteiden epätarkkuuksista seuraa kustannuksia, jotka ovat luokkaa 1-2 euroa per tuotettu MWh, pahimmillaan jopa 3 euroa per MWh. [6]
Vertailun vuoksi: Pörssisähkön keskimääräinen hinta on viimeiset 10 vuotta vaihdellut välillä 30-56 EUR / MWh. [7]
Tarvitaanko kaksi rinnakkaista energiajärjestelmää?
Kuitenkaan tuulivoiman hyvä ennustettavuus ei poista tarvetta varavoimalle, sähkön varastoinnille tai kulutuksen joustolle.
“Aluksi säätövoiman lisäystarve on marginaalista, mutta tuulivoiman osuuden kasvaessa vaikutus alkaa näkyä. Pohjoismaissa tuotettiin alle 5 % sähköstä tuulivoimalla ja Suomessa alle yhden prosentin vuonna 2012. Tuulivoiman on osoitettu lisäävän säätösähkön tarvetta Saksassa, Espanjassa, Portugalissa, Irlannissa ja Tanskassa, joissa tuulivoimalla tuotetaan sähköstä jo 10–30 %. “ [6]
Ainakaan toistaiseksi kulutus ei liiemmin ole piitannut tuuliolosuhteista, vaan ihmiset paistavat joulukinkkujaan riippumatta sähkön hinnan pienestä vaihtelusta. Tyypillisesti hinta nousee talvella, muun muassa koska on kylmä, ja sähkön kulutus on suurempaa kuin kesällä.
Paljonko säätövoimaa tuulivoima ja muu vaihteleva tuotanto siis tarvitsee? Täytyykö meidän rakentaa käytännössä vastaava määrä varavoimaa, koska aina ei tuule?
Ainakin edellä mainituissa LUT:n skenaarioissa homma hoidetaan seuraavasti
- Rakentamalla reilusti huippukulutusta enemmän uusiutuvaa energiantuotantokapasiteettia
- Varastoimalla ylimääräinen sähkö kaasuverkkoon sekä akkuihin
- Käyttämällä kaasu mm kylmimpinä ja pimeimpinä talvipäivinä
Paljonko tuulettomia hetkiä varten täytyy rakentaa ja/tai ylläpitää varavoimaa? Sähköverkon on voitava välittää haluttu määrä sähköä joka ikinen hetki, jokaisen tunnin ajan.
VTT:n mukaan kaikkein kylmimpinä ajanhetkinä keskimäärin 23 % tuulivoimakapasiteetista tuottaa energiaa. [3] Voidaanko tästä vetää nyrkkiarvio, että jotain muuta energiantuotantokapasiteettia on oltava nyt ainakin tuo 80% tuulivoimakapasiteetista, jotta kylmistä päivistä selvitään?
Kenties. On kuitenkin otettava huomioon myös olemassaolevat CHP-laitokset, ydinvoimalat, vesivoimalaitokset, sekä tulevaisuuden mahdollisuudet kysyntäjoustossa sekä sähköautojen tuottama tehoreservi. Yksittäisten tuntien joustoon nämä pari viimeksimainittua voivat antaa huomattavaa apua. Tarvittava varakapasiteetti on monen asian summa.
Yhteenveto
- Tuulivoima siis todella on sähköjärjestelmän kannalta haastava energiantuotantomuoto. Silti sen laajamittaisempi lisääminen ei vaikuta ainakaan tässä blogissa käyttämieni lähteiden pohjalta mahdottomalta - edes taloudellisesti, vaikka tämän väitteen pohjaksi mielelläni näkisin useampia eri tahojen tekemiä analyysejä.
- Varsinainen tuulivoiman lisäämisen haaste ei vaikuttaisi olevan pitkän aikavälin energian varastointi. Aurinkovoimasta poiketen tuulivoima seuraa vuositasolla varsin hyvin kulutusta eli tarvetta.
- Tuulivoiman suurin haaste näyttäisikin olevan energian varastointi päivä- ja viikkotasolla, jotta tuulettomista useiden päivien jaksoista selvitään kunnialla.
P.S. Jos sinulla on tiedossa avoimesti saatavilla olevaa tuntidataa tuulivoimatuotannosta, niin olen pelkkänä korvana!
Lähteet:
[1] Tuulivoiman tuottama energia = tuulivoiman maksimiteho (nimellisteho) * kapasiteettikerroin * tuntien määrä vuodessa. Tässä tapauksessa:Energia = 25 GW * 0,25 * 8760 h [2] Vision and initial feasibility of a recarbonised Finnish energy system for 2050
Slideshare-esitys:
http://www.slideshare.net/lappeenranta-university-of-technology/
Pdf: http://www.lut.fi/documents/10633/70751/ [3] VTT:n selvitys tuulivoiman tuotannon vaihtelusta, 2013. http://www.vtt.fi/files/projects/windenergystatistics/ s.20. [4] Energiateollisuus, elokuun pikatilasto, 2015.
http://energia.fi/sites/default/files/a_pikatilasto_e_august.pdf [5] Merisää, ilmatieteenlaitos.
http://ilmatieteenlaitos.fi/merisaa-ja-itameri [6] VTT tiedote, tuulivoiman vaihtelua Pohjoismaissa.
http://www.vtt.fi/medialle/uutiset/vtt-tutki-tuuliennusteiden-tarkkuutta [7] NordPool Spot - sähköpörssin Suomen hinta-alueen hintatiedot.
http://www.nordpoolspot.com/Market-data1/Elspot/Area-Prices/FI/Yearly/?view=chart