Energiaturvallisuutta Suomessa

Suomen energiajärjestelmän hiilidioksidipäästöjä pienennetään, mutta energian hinnan täytyy silti pysyä kohtuullisena ja sen tuontiriippuvuutta pitäisi vähentää. Samalla sähkötehoa tarvitaan myös kovimmille pakkasille. Esimerkiksi näiden tavoitteiden välillä tasapainoilua voidaan kutsua energiaturvallisuudeksi.

Teksti ja kuvat: Piritta Porthan

Diplomi-insinööri Jaakko Jääskeläinen väitteli 22.3.2019 Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulun konetekniikan laitoksella. Väitöskirja on nimeltään Poikkitieteellinen analyysi energiaturvallisuusriskeistä Suomen energiamarkkinoilla, englanniksi An interdisciplinary assessment of energy security risks in the Finnish energy market.

Energiaturvallisuudelle löytyy Jääskeläisen mukaan akateemisesta kirjallisuudesta yli 80 määritelmää, muun muassa ”kohtuuhintaisen energian jatkuva ja keskeytyksetön saatavuus” ja ”elintärkeiden energiajärjestelmien alhainen haavoittuvaisuus”. Alun perin energiaturvallisuus liittyi lähinnä tuontiriippuvuuteen fossiilisista polttoaineista 1970-luvun öljykriisien jälkeen.

Väitöksessään Jääskeläinen viittaa energiaturvallisuudella energiajärjestelmän eri tavoitteiden väliseen osin ristiriitaiseen tasapainoiluun. Tavoitteita on paljon: järjestelmäkustannukset, ympäristöystävällisyys, kysynnän ja tarjonnan tasapaino, sähkötehon riittävyys huippukysynnän aikana sekä energian huoltovarmuus, omavaraisuus ja tuontiriippuvuus.

”Tutkimuksen pääteemat ovat sähkötehon riittävyys talvipakkasella, äärimmäisen kuivuuden vaikutukset pohjoismaisilla energiamarkkinoilla, investointien kannattavuusnäkymät Suomessa, CHP-tuotannon tulevaisuus Suomessa sekä Suomen riippuvuus tuontienergiasta”, Jääskeläinen kertoo.

Väitöskirja tehtiin osaksi From Failand to Winland -projektia, jossa tutkittiin Suomen vesi-, ruoka- ja energiaturvallisuutta sekä Suomen kokonaisturvallisuutta ja resilienssiä.

Paukkupakkasillakin pärjätään

Väitöskirjan tutkimuskysymykset keskittyivät oleellisimpiin markkinalähtöisiin energiaturvallisuusuhkiin Suomen energiamarkkinoilla tällä hetkellä ja lähitulevaisuudessa. Sekä siihen, miten vastustuskykyinen Suomen energiajärjestelmä näitä uhkia vastaan on.

Isona tutkimusteemana oli sähkötehon riittävyys talvipakkasilla. Aihe näkyi paljon mediassa vuonna 2016, kun Suomen energiajärjestelmä kohtasi ennätyskovan kysyntäpiikin: noin 15 105 megawattia.

”Kantaverkkoyhtiö Fingrid arvioi, että Suomella oli kyseisen piikin aikana omaa tuotantoa vain 11 600 megawattia”, Jääskeläinen sanoo. ”Suomesta on 2000-luvun alun jälkeen poistunut yli 2000 megawattia lauhdekapasiteettia taloudellisen kannattamattomuuden takia. Lisäksi kysyntäpiikit ovat kasvaneet ja sääriippuvainen tuotanto eli käytännössä tuulivoima on lisääntynyt merkittävästi.”

Jääskeläisen väitöskirjassa mallinnettiin erilaisia teknisiä vikoja nykyisessä energiajärjestelmässä. Mallinnuksissa päädyttiin siihen, että Suomi olisi selvinnyt vuoden 2016 kysyntäpiikistä, vaikka Suomen ja Ruotsin välinen siirtolinja ja Olkiluodon ydinvoimala olisivat olleet nurin. Tulevaisuudessa tilanne on luultavasti vain parempi.

”Tehoreservejä ei ole koskaan aktivoitu tehopulan takia, minkä lisäksi järjestelmässä on lukuisia erilaisia hätäkeinoja. Väitöskirjan kolmannessa artikkelissa tutkittiin, miten sähkötehon riittävyys kehittyy Suomen nykyisen energiapolitiikan mukaan. Tuloksena oli, että kaksi uutta suunnitteilla ja rakenteilla olevaa ydinvoimaprojektia ja uudet siirtolinjainvestoinnit Suomen ja Ruotsin välillä johtavat siihen, että sähkötehoa on paremmin saatavilla.”

Investointien kannattavuusnäkymiä

Väitöskirjassa tutkittiin myös investointien kannattavuusnäkymiä tulevaisuudessa sähkötehon riittävyyden kannalta.

”On hyvin epätodennäköistä, että Suomeen rakennettaisiin uutta hiilivoimalaa tai edes uutta kaasuvoimaa, ja öljyllä ei juuri sähköä tuoteta. Joten käytännössä ne rajattiin tästä pois”, Jääskeläinen kertoo.

”Mahdolliset tutkitut tuotantomuodot olivat tuulienergia, aurinkoenergia, ydinvoima ja biomassaan perustuva yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto. Näistä halvimmat olivat tuulivoima ja bio-CHP, ja nekin olivat selkeästi kannattamattomia vuosien 2012–2017 hintatasolla.”

Sähköntuotannon kannattavuutta tutkittiin huomioimalla vain ylimääräiset kustannukset verrattuna lämpökattilainvestointiin vastaavalla lämpökapasiteetilla. Oletuksena pidettiin esimerkiksi ison kaupungin lämpöjärjestelmää, jossa on vanheneva CHP-laitos ja vuonna 2020 tarve 200 megawatin uudelle lämpöteholle.

Tämän tilanteen investointinäkymiä tarkasteltiin kolmessa eri hintaskenaariossa. Vaihtoehtoina oli investoida lämpökattilaan, CHP-laitokseen tai höyrykattilaan, joka jättäisi mahdollisuuden myöhempään turbiini-investointiin. Höyrykattilainvestoinnin turbiinioptio ei kannattanut missään skenaariossa.

”Matalassa hintakehitysskenaariossa sähkön hinta pysyi 30 eurossa, eikä siinä ole järkeä investoida CHP-tuotantoon. Korkea hintakehitys otettiin Suomen energiailmastostrategian oletuksista, ja siinä CHP-laitosinvestointi kannatti. Kolmas skenaario oli näiden keskiarvo. Siinä kannatti investoida vain lämmöntuotantoon, mutta CHP-laitos oli hyvin lähellä kannattavaa.”

Väitöskirjassa tutkittiin myös Helsingin, Suomen ja Pohjois-Euroopan tasolla vaikutuksia Suomen energiajärjestelmälle siinä tapauksessa, että merkittävä määrä CHP-kapasiteettia poistuisi 2020-luvulla.

”Helsingin tasolla halvin ratkaisu oli rakentaa biomassaan perustuvia lämpökattiloita, mikä tarkoittaisi rekkarallia Helsinkiin. Helsingin lähettyvillä ei ole riittävästi biomassaa saatavilla ja lämmön tarve on suuri.”

”Eli siinä alkaisi paukkua Suomen kestävyysraja biomassan käytöstä aika nopeasti. Tässä analyysissä oletettiin, että lämpö tuotettaisiin pelleteillä, koska niitä on helppo kuljettaa ja varastoida. Siinäkin paukkuu Suomen potentiaali pelletin tuotannossa, eli tätä on vaikea perustella omavaraisuudella.”

Suomen tasolla uusien ydinvoima- ja siirtolinjainvestointien pitäisi väitöksen tulosten mukaan kattaa poistuva sähköteho, vaikka Suomesta poistuisi merkittävä määrä CHP-sähköntuotantokapasiteettia. Primäärienergian omavaraisuuteen kapasiteetin poistuminen ei juuri vaikuttaisi, koska CHP-tuotanto perustuu tällä hetkellä niin paljon ulkomailta tuotavaan hiileen ja kaasuun.”

”Pohjois-Euroopan tasolla tilanne oli aika mielenkiintoinen. Sähkön kysyntä ei jousta hirveästi, kun menet saunaan, menet saunaan riippumatta sähkömarkkinoiden tilanteesta. Jos Suomesta siis poistuu tuotantokapasiteettia, isommassa kuvassa se kuitenkin todennäköisesti tuotetaan jossain.

Ja sitä ei tulla tuottamaan ylimääräisellä tuulivoimalla, ydinvoimalla tai vesivoimalla, koska ne pusketaan verkkoon jo niin suurissa määrin kuin mahdollista.”

Todennäköisesti tuotanto Jääskeläisen mukaan korvautuisi esimerkiksi Puolassa, Saksassa, Virossa tai Tanskassa hiileen perustuvalla lauhdetuotannolla.

”Eli vaikka sillä ei olisi Suomen päästöjen kannalta niin suurta merkitystä, niin pohjoiseurooppalaisella tasolla se olisi huono. Suomi menettäisi myös verotuloja.”

Entäpä kuivuus ja tuontienergia?

Viime vuosisadan pahin kuivuusjakso oli vuosina 1939–1942, mikä myös mallinnettiin väitöskirjassa. Tulosten mukaan Suomen energiajärjestelmä kestäisi myös näin suuren kuivuuden vaikutukset, mikäli kuivuus koettelisi vain Suomea.

”Kuivuus pudottaisi vesivoiman vuosituotannon Suomessa puoleen, mutta vesivoimaa olisi kuitenkin hyvin saatavilla talven kovimpien kysyntäpiikkien aikaan. Pahemmin kuivuus vaikuttaisi, jos se koskisi myös Ruotsia ja Norjaa. Suomen energiajärjestelmä on enenevässä määrin riippuvainen sähkön tuonnista välillisesti Norjasta ja suoraan Ruotsista.”

Suomi tuo primäärienergiastaan noin kaksi kolmasosaa, ja siitä noin kaksi kolmasosaa Venäjältä. Tuontienergiasta kriittisimmät ovat maakaasu ja sähkö, sillä ne ovat voimakkaimmin sidoksissa olemassa olevaan infrastruktuuriin. Niiden tuonti on myös merkittävästi vähentynyt. Esimerkiksi hiilen, öljyn ja uraanin kuljetus ja varastointi taas on melko helppoa, ja niillä on maailmalla laajasti globaaleja toimittajia.

Jääskeläisen mukaan Suomen riippuvuus venäläisestä tuontienergiasta ei ole aiheuttanut teknistaloudellisia haasteita Suomen energiaturvallisuudelle. Väitöskirjassa tutkittiin kolmea eri skenaariota siitä, miten tuonti tulee todennäköisesti kehittymään erilaisissa globaaleissa energiamarkkinaskenaarioissa.

Ensimmäinen skenaario oli markkinatrendien mukainen status quo -polku, toinen skenaario taas pohjautui osittain Pariisin ilmastokokoukseen, jossa ilmaston lämpeneminen pyritään pitämään alle kahdessa asteessa. Kolmas oli korkean hiilen skenaario, joka on hyvin lähellä Venäjän optimistista skenaariota.

”Kaikissa näissä skenaarioissa energian tuonti Venäjältä tulee lähivuosikymmeninä vähenemään. Korkean hiilen skenaariossa huomattavasti vähemmän kuin matalan hiilen tai markkinatrendien mukaisessa skenaariossa.”