JOENSUUN YLIOPISTO
TEKNILLINEN KORKEAKOULU
TIEDOTE  25.4.1988
Lyhennetty internetversio 1999

Sähköhuollon vaihtoehtoja tutkittu

Kauppa- ja teollisuusministeriön rahoittama tutkimus sähkön säästön mahdollisuuksista ja sähköntuotannon vaihtoehdoista on valmistunut. Se on toteutettu Joensuun yliopiston ja Helsingin teknillisen korkeakoulun yhteistyönä. Tutkimuksen päätarkoituksena on ollut kartoittaa energiapolitiikan liikkumavaraa sähkösektorin osalta (maamme energiasta neljännes kulutetaan sähkön muodossa). Siinä on selvitetty sähkön säästön ja paikallisen sähköntuotannon teknillisiä mahdollisuuksia ja näihin perustuvan vaihtoehdon taloudellisuutta sekä ohjauskeinoja sen toteuttamiseksi. Tutkimus on julkaistu Teknillisen korkeakoulun Energiatekniikan laitoksen julkaisusarjassa (nro. 24, 1988).

Lähtökohtana on taloudellinen kehitys, joka vuoteen 2000 asti on sama kuin Kauppa- ja teollisuusministeriön ns. ylemmässä skenaariossa ja vuoteen 2020 kansantalouden toimintojen on oletettu kaksinkertaistuvan.

Tutkimuksen perusvuonna 1986 sähkön kulutus Suomessa oli 53 TWh (teravattituntia). KTM:n vuonna 1986 tekemän arvion mukaan se nousee vuonna 2000 noin 70 TWh:iin. Tutkimuksessa esitettyjen säästötoimien avulla sähkön kulutus vuonna 2000 olisi edelleen 53 TWh eli neljännes KTM:n arviota alempi. ...       ... sähkön kulutus vuonna 2020 olisi 42 TWh eli lähes puolet pienempi kuin nykyisen energiapolitiikan jatkuessa.

Nykyisistä sähköntuotantomuodoista on joka tapauksessa oletettu jatkuvan yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto (12 TWh vuonna 1986) ja vesivoima (myös 12 TWh ). Yhdistetyn kaukolämmön ja sähkön sekä prosessilämmön ja sähkön tuotantomahdollisuuksia selvitettiin kaukolämpökulutuksen perusteella kuntaryhmittäin sekä metsäteollisuuden tuotantoarvion pohjalta. Näiden tuotantomuotojen käyttö voitaisiin kaksinkertaistaa vuoteen 2000. Lisäksi hajautettuun skenaarioon sisältyy teollisuuden jätelämpöä hyödyntäviä pienoisvoimaloita, tuulivoimaa ja pienvesivoimaa yhteensä 5 TWh vuonna 2000. Vuonna 2020 kaikki sähkö voitaisiin hankkia hajautetulla tuotannolla ja vesivoimalla, kun taas vertailuskenaariossa suurvoimaloita tarvittaisiin lähes kaksinkertainen määrä nykyiseen verrattuna. ...

Sähkön säästön ja hajautetun tuotannon taloudellisuutta tarkasteltiin koko sähkönhuoltojärjestelmän kannalta vertaamalla kustannuksia syntyviin säästöihin. Monissa hajautetun säästövaihtoehdon teknologioissa on aivan viime vuosina tapahtunut merkittäviä läpimurtoja. Energiatehokkaat valaisimet ja moottoreiden säästöelektroniikka ovat halventuneet, jätelämpöä hyödyntävä pienoisvoimala ja tuulivoimala ovat tulleet kaupalliseen myyntiin jne.

Energiataloudellinen tehokkuus toteutuu, kun varoja voidaan kanavoida samoilla ehdoilla esim. näihin laitteisiin kuin suurvoimaloiden rakentamiseen. Tämä ehto ei tänään toteudu. Tutkimuksessa onkin käyty läpi eri ohjauskeinoja, joilla energiataloudellisesti kannattavia muutoksia voidaan edistää. Missään maassa ei ehdotetun laajuista säästöohjelmaa toteuteta, mutta erillisiä keinoja käytetään eri maissa.

Sähkön säästö

...  Sähkön säästö ja sen kustannukset:
 
 
SäästökohdeSäästötulos v. 2000vuonna 2020Investointikustannuksetvuonna  2000 
Valaistus2 000 GWh/v5 500 GWh/v2 000 Mmk183 Mmk/v9,2 p/säästetty kWh
Moottorikäytöt3 0007 1002 06032610,9
Kotitalouskoneet2 5002 9008601126,2
Metsäteollisuus4 50010 200000
Sähkölämmitys4 0009 1009 20093623,4
Yhteensä16 00034 80014 1201 55710,6

...
Valaistuksessa säästöä saavutetaan tehokkailla valaisimilla ... Suurin yksittäinen kohde on hehkulamppujen osittainen korvaaminen ns. miniloisteputkilla ...

Moottorikäyttöjen tärkein säästökohde on teollisuuden, erityisesti metsäteollisuuden pumppujen varustaminen elektronisella pyörimisnopeussäädöllä. ...

Kotitalouskoneista on tarkemmin tutkittu vain jääkaappeja ja pakastimia. Kaupan olevien mallien sähkönkulutus vaihtelee melko paljon, kertoimella 2-3. Yksittäiselle taloudelle sähköä säästävän laitteen hankkiminen ei merkitse suuria kustannussäästöjä, mutta yleisesti asetettu laitenormi aiheuttaisi yhteensä suuren säästön. ...

Suurimmat säästöt saavutettaisiin metsäteollisuudessa. Aiemmin käsiteltyjen valaistuksen ja moottorikäyttöjen lisäksi on kartoitettu prosessiteknillisiä säästömahdollisuuksia mekaanisten massojen, sellun ja paperin valmistuksessa 3,5 TWh. Tuotantosuuntavalinnoilla säästettäisiin lisäksi 0,6 TWh ja ennustettua suuremmalla jätepaperin käytöllä 0,4 TWh vuonna 2000. Lähtökohtana on samat lopputuotteet kuin vertailuskenaariossa, mutta hieman eri prosesseilla ja raaka-aineilla. Erityisesti on kartoitettu mahdollisuuksia korvata osa kuumahierremassasta painehiokkeella ja siistatulla jätepaperimassalla.

Lämmityssähkön säästö perustuu sähköllä lämmitettyjä taloja varten säädettäviin energiansäästönormeihin. ...

Hajautettu sähköntuotanto

...  Hajautetun sähköntuotannon lisäys ja sen kustannukset:
 
 
TuotantokohdeSähkön tuotanto
vuonna 2000
vuonna 2020Investointikustannukset
vuonna 2000
  
Kaukolämpövoima2 200 GWh/v6 200 GWh/v2 030 Mmk444 Mmk/v20,2 p/kWh
Prosessivoima1 0001 00084515015,0
Tuulivoima2 0005 0006 68054027,0
Pienoisvoimalat1 5002 0001 50519513,0
Pienvesivoima1 5001 5003 26021014,0
Aurinkokennot-1 500---
Yhteensä8 20017 20014 3201 53918,8

Kaukolämmön yhteydessä tuotettiin vuonna 1986 noin 6 TWh sähköä ja KTM:n ennusteen mukaan tuotanto nousee vuonna 2000 noin 12 TWh:iin. ... Hajautetussa skenaariossa KTM:n kaukolämpövoiman arvioon on lisätty 2,2 TWh (=2 200 GWh), kuten taulukosta ilmenee. Kaukolämpövoiman lisäysarvio perustuu paikkakuntakohtaiseen selvitykseen kaukolämmön käytöstä ja laajentamismahdollisuuksista. ...

Tuulivoiman potentiaali- ja kustannusarvio perustuu Tanskalaisiin kokemuksiin, siellä myytäviin halvempiin sarjavalmistettuihin voimaloihin sekä suomalaisiin tuuliolosuhteisiin. Arvioitu keskimääräinen tuotantohinta tuulivoimalla on 27 p/kWh, mikä on 8-12 p/kWh korkeampi kuin tuulivoiman hyöty sähkönhuoltojärjestelmän kannalta. Käytetty esimerkkivoimala on teholtaan 150 kW, sillä on 11 m siivet ja rannikolla 20 - 30 m masto, sisämaassa 30 - 40 m masto ja sisämaahan erityisesti suunniteltu mitoitus. Näitä voimaloita tarvittaisiin 10 000 kpl hajautetussa skenaariossa vuonna 2 000.

Pienoisvoimala perustuu ns. Rankine-kiertoprosessiin. Se hyödyntää mm. uunien ja kattiloiden kuumia poistokaasuja teollisuudessa.

Taloudellisuus

Hajautetun skenaarion säästö- ja tuotantoinvestointien taloudellisuutta koko sähköhuoltojärjestelmän kannalta tarkasteltiin YK:n atomienergiajärjestön kehittämällä Wasp-tietokonemallilla. Malli huomioi mm. voimaloiden kustannusrakenteet ja sähkön tuotannon ajallisia vaihteluja. Hajautettu ohjelma osoittautui valituilla kustannustiedoilla halvemmaksi kuin vertailuskenaario. Etu vaihtelee laskentaperusteista riippuen lievästä tappiosta 0,8 miljardin markan vuosisäästöihin vuonna 2000.

Hajautettuun skenaarioon sisältyvät säästö- ja tuotantokeinot mahdollistavat suurvoimaloiden sulkemisia alkaen vuonna 1992 ja esimerkiksi niin, että viimeinen ydinvoimala olisi suljettu vuonna 2003. Tällainen vaihtoehto osoittautuu kustannuksiltaan samanarvoiseksi KTM:n vertailuskenaarion kanssa.

Ohjauskeinot

… Seuraavassa taulukossa on merkitty rasteilla ne ohjauskeinot, joilla ensimmäiseksi tulisi edistää sähkön säästöä valaistuksessa, moottorikäytöissä, kotitalouskoneissa, metsäteollisuudessa ja sähkölämmityksessä sekä hajautettua sähköntuotantoa. Katsaus ohjauskeinojen tehoon perustuu eri maissa saatuihin kokemuksiin.
 
EdistämiskeinoValaistusMoottoriKotit.kon.MetsäteollSähkölämmHajaut.tuot
Kilpailutilanteen edistäminen: tuotanto/säästö/haj.tuot. 
X
 
X
X
X
Voimayhtiöiden motivoiminen säästöpalvelujen markkinoimiseen
X
X
X
X
 
X
Julkisten hankintojen suuntaaminen säästäviin tuotteisiin
XX
X
Tariffirakenne marginaalikustannusten mukaan porrastettu
XX
XX
X
Hajautetun tuotannon verkkoonliitännän edistäminen
X
Esittely- ja koestuslaitokset
X
X
 
X
X
Laitteiden kulutusnormit ja -selosteet
X
XX
XX
Neuvonta 
X
 
X
 
X
X
Rahallinen tuki
XX
 
X
 
X
XX
Verovähennysoikeus      
Lainat
X
X
 
X
  
Tutkimuksen suuntaaminen säästöön
X
X
X
X
X
X
Verotuksen kohdentaminen 
X
 
X
X
X
Ympäristönormien kohdentaminen 
X
 
X
X
X
Sähkölämmityksen luvanvaraisuus    
X
 
Rakennusnormit    
X
 
Tehonvarausmaksu    
X
 
Konkreettiset tavoitteet
X
 
X
 
X
X
Tuki kansalaisjärjestöille
X
 
X
 
X
X

Ympäristövaikutukset

Hajautetun vaihtoehdon rikki-, typpi- ja hiilidioksidipäästöt laskettiin polttoainekulutuksen ja voimalatyyppien perusteella. ...todettiin, että pienimpiä kaukolämpövoimaloita, jotka perustuvat dieselmoottoreihin, olisi varustettava katalyyttisella typen oksidien poistolla.

Hajautetun skenaarion päästöt ovat huomattavasti pienemmät kuin KTM:n vertailuskenaarion vastaavat, samoin ydinvoimaan liittyvät riskit vähenisivät. Lisäksi todettiin, että vaihtoehto soveltuu rakenteeltaan ja tuotantokoneistoltaan myös uusiutuville energialähteille. Esim. maakaasua ja kaasutettua turvetta käyttävissä "pienissä ja keskisuurissa" laitoksissa voidaan siirtyä kaasutettuun puuhun ja biokaasuun.

Varaohjelma

Kustannukset laskettiin myös eräänlaiselle hätäohjelmalle, joka voitaisiin toteuttaa, jos syystä tai toisesta sähkön kulutus nousee nopeammin kuin mitä hajautetussa skenaariossa odotetaan. Varaohjelma perustuu kaasuturbiinivoimaloihin, joita voidaan rakentaa vuodessa, jos suurvoimalapäätöksiä on lykätty liian pitkälle. Kaasuturbiinivaihtoehto osoittautui yllättävän edulliseksi, jopa edullisemmaksi kuin vertailuohjelma. Tämä johtuu siitä, että sähköntuotannossa on nyt liikaa ns. pohjavoimaa (mm. suurvoimaloita) verrattuna huippuvoimaan (mm. kaasuturbiinit ja osa vesivoimasta).

Jouko Petäjä & Henrik Hausen (1988) Sähkön säästön ja hajautetun sähköntuotannon mahdollisuudet 1986- 2020, Teknillinen Korkeakoulu, Konetekniikan osasto, Energiatekniikan laitos, raportti 24, Otaniemi.

Henrik Hausen

Palaute: henhaus@mbnet.fi

Takaisin alkuun

Takaisin etusivulle