Visions of Tomorrow – Engineered Today
Search

Millä tasolla energiavarmuutemme on?

Kirjoittanut Anssi Nevalainen
Julkaistu

Kestävän sähkön tarve kasvaa päivä päivältä samalla kun etsimme tietä ulos fossiilisten polttoaineiden käytöstä. Vähähiilisen energian tuotannossa on kuitenkin edelleen haasteita, erityisesti energianjakeluun ja korkeisiin investointikustannuksiin liittyen. Uusiutuvien energialähteiden syklinen luonne edellyttää myös uusia ratkaisuja, kuten power-to-x-teknologioita. Ennen kalliin investoinnin tekemistä on kuitenkin viisasta tutkia muitakin vaihtoehtoja energiankulutuksen vähentämiseksi ja sähköverkon tasapainottamiseksi. Energia- ja materiaalitehokkuuden mahdollisuuksia ei pidä unohtaa.

 

Energiantuotantomme päästöttömyys ja nettopositiivisuus ovat olleet valokeilassa kestävän kehityksen kulmakivinä jo pitkään. Maailmanlaajuisten tavoitteiden saavuttamiseksi on meidän toteutettava merkittäviä toimenpiteitä energiantuotantomme alkulähteillä. Toisin sanoen yleisesti käytetyt fossiiliset polttoaineet on korvattava kestävillä uusiutuvilla energialähteillä nopealla vauhdilla. Mutta se ei ole helppo tehtävä, sillä vähähiilisellä energiantuotannolla on omat ongelmansa, kuten energianjakelu ja korkeat investointikustannukset.

Kestävyystavoitteisiin on pyrittävä myös kulutuspuolella. Lyhyesti sanottuna: jos primäärienergian käyttöä voidaan vähentää kattavasti ja kulutusta pystytään järkeistämään ajallisesti, kestävän tai fossiilisen energian tarve on pienempi.

Osana päästöttömyystavoitteita haluan tässä yhteydessä mainita myös materiaalitehokkuuden. Raaka-aineiden tehokkaalla käytöllä voidaan vaikuttaa samoihin kestävän kehityksen tavoitteisiin. Mitä tehokkaampaa (erityisesti neitseellisen) materiaalin käyttö on, sitä vähemmän energiaa kuluu ja sitä pienempi on ympäristölle aiheutuva rasitus koko arvoketjussa.

Yrityksille kestävän tulevaisuuden pyrkimykset tuovat säästöjä ja parantavat kilpailukykyä globaaleilla markkinoilla. Erityisesti nykyisessä globaalissa taloudessa energiaintensiivisellä valmistusteollisuudella on edessään merkittäviä haasteita. Samoista syistä materiaalikustannukset ovat nousussa – raaka-aineiden jalostus on kuitenkin monilla aloilla erittäin energiaintensiivistä. Yhdessä nämä kulut vaikeuttavat kustannusrakenteiden ennakointia ja voivat heikentää yritysten kannattavuutta äärimmäisessä määrin.

Suomen energiavarmuus paranee tuulivoiman myötä

Suomen kokonaisenergiankulutus vuonna 2021 oli 1 277 041 GJ, josta 30 % oli tuotettu fossiilisilla polttoaineilla. Suomen rajojen sisältä ei löydy hiili-, öljy- tai maakaasuvarastoja, joten kaikki fossiiliset polttoaineet on tuotava ulkopuolelta. Noin puolet Suomessa käytetystä energiasta onkin tuotu ulkomailta, ja siitä noin 60 % Venäjältä.

Lisäksi maahamme tuodaan ydinpolttoainetta, joten senkään tarjonta ei ole täysin turvattua. On kuitenkin huomioitava, että nykyiset polttoainevarastot voivat kestää useista kuukausista jopa vuoteen, ja lisää voi ostaa monista OECD-maista. Fossiilisten tuontipolttoaineiden lisäksi suomalaisessa energiantuotannossa on käytetty laajalti halpaa venäläistä puuta, mutta vaikka sen tuonti pysähtyisi kokonaan, ei sen katsota olevan ongelma energiavarmuutemme kannalta.

Täysin omavaraisia energianlähteitämme ovat biomassa (puu ja biokaasu), vesivoima, tuuli ja aurinko. Vesivoiman kapasiteettia emme pysty lisäämään, mutta erityisesti tuulivoiman tuotanto kasvaa tulevaisuudessa. Aurinkovoiman käyttö on tällä hetkellä kokonaisuudessaan hyvin vähäistä, mutta teknologinen kehitys voi lisätä kiinnostusta ja kasvua tulevaisuudessa.

 

Taulukko: Energianlähteet Suomessa
Energianlähde Energia

[TJ]

Prosenttiosuus [%]
Puu 355 404 28%
Vesi 56 410 4%
Tuuli 28 577 2%
Muut uusiutuvat 62 085 5%
Öljy 267 428 21%
Hiili 70 363 6%
Maakaasu 74 586 6%
Muut fossiiliset polttoaineet 11 440 1%
Turve 43 116 3%
Ydinenergia 243 864 19%
Sähkö tuotuna 54 377 4%
Muut lähteet 9 391 1%
Kokonaiskäyttö 1 277 041 100%

 

Vihreä sähkö on tie kestävään tulevaisuuteen

Yleisesti sähkön tuotanto ja käyttö on pidettävä tasapainossa, jotta sähkönjakelu toimisi sujuvasti. Uusiutuvan energiantuotannon lisääntyessä verkon tasapainotus vaikeutuu merkittävästi uusiutuvien energianlähteiden syklisen luonteen vuoksi. Tuulivoimaa on saatavilla vain oikeissa tuuliolosuhteissa ja aurinkoenergiaa kertyy ainoastaan päivänvalossa. Puupohjaiset polttoaineet ja ydinvoima ovat hyviä peruskuormituksen tuotannossa, mutta erityisesti jälkimmäinen on huono tehonsäädössä. Vesivoimaa voidaan käyttää tehonsäätimenä, mutta sen nykyinen kapasiteetti ei riitä kattamaan tämänhetkistäkään tarvetta.

Näin ollen, kun tuuli- ja aurinkovoiman määrä kasvaa tulevaisuudessa, verkkovirtatasapainon hallinnan haasteet lisääntyvät. Fingrid on kerryttänyt kevyeen polttoöljyyn perustuvan tehonsäätökapasiteettia yli 900 MW:n edestä, ja vielä nykyäänkin osa tästä kapasiteetista on tarpeen verkon sähkötasapainon hallintaan ja ajoittain suuremmista vioista selviämiseen.

Toivottavasti nämä ongelmat voidaan ratkaista tulevaisuudessa erilaisilla energiankeräystekniikoilla. Tällä hetkellä sähköä voidaan varastoida esimerkiksi akkuihin, mutta suurten akkuvarastojen rakentaminen on kallista ja niihin tarvitaan merkittäviä määriä harvinaisia metalleja. Jotta akkuteknologia olisi vastaus energian varastointiongelmiin, tarvitsemme siis uutta teknologiankehitystä alalla.

On myös monenlaisia power-to-x-tekniikoita, kuten vesisäiliöitä, paineistettua ilmaa, mekaanisia ratkaisuja ja vety, muutamia mainitakseni. Nämä tekniikat käyttävät ylimääräistä sähköä ja muuntavat sen muotoa myöhempää käyttöä varten. Myös lämpöpumput saavat yhä enemmän huomiota, ja jopa vanhaa tekniikkaa, kuten sähkökattiloita, voidaan käyttää energian varastointiin, jos niitä käytetään veden lämmittämiseen ylijäämäaikana. Toimiakseen kaikki nämä teknologiat tarvitsevat kuitenkin sähköä.

Energia- ja materiaaliauditoinnit ovat hyvä tapa parantaa energiatehokkuutta

Kaikkeen energian muuntamiseen, varastointiin ja uuteen tekniikkaan liittyy investointikustannuksia ja rajoituksia. Ennen kalliisiin teknologioihin investoimista onkin viisasta tutkia muita vaihtoehtoja energiankulutuksen vähentämiseksi ja sähköverkon tasapainottamiseksi, jotta tulevat kustannukset saadaan minimoitua. Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi on hyvä huomioida energia- ja materiaalitehokkuuden tarjoamat mahdollisuudet.

Kaikkien säästökohteiden löytämiseksi paikallisen henkilöstön tulisi jatkuvasti pyrkiä parantamaan energia- ja materiaalitehokkuutta. Yleisesti kuitenkin ihmiset tulevat ”sokeiksi” jokapäiväisessä ympäristössään, tai kehityskohteita kyllä tunnistetaan, mutta niiden raportointiin ei ole tarpeeksi aikaa eikä henkilöstöä, jotta päätöksiä voitaisiin tehdä. Tällaisessa tapauksessa voi olla hyödyllistä palkata ulkopuolinen konsultti, joka näkee asian uudesta näkökulmasta ja jolla on aikaa laskea säästöt, investointikustannukset sekä takaisinmaksuajat löydetyille säästökohteille.

Energia-auditoinneilla on pitkä historia, kun taas materiaaliauditointi on suhteellisen uusi asia. Yritykselle voikin olla hyödyllistä aloittaa kestävän tulevaisuutensa rakentaminen energia-auditoinnista ja jatkaa kehitystä materiaaliauditoinnilla synergian saavuttamiseksi.

Energia-auditoinnin voi tehdä usealla tavalla:

  • Vapaaehtoiset tutkimukset paikan päällä (konsultin tekemänä)
  • Suurten yritysten pakolliseen energiakatselmukseen liittyvä tutkimus
  • Esimerkiksi Motivan suorittama energia-auditointi: teollisuuden tai prosessiteollisuuden energia-auditointi tai uusi tarkkuusauditointimalli.

Materiaaliauditoinnissa noudatetaan standardissa (ISO 14051) kuvattua MFCA-menetelmää (Material Flow Cost Accounting). Sen pystyy suorittamaan konsultti Motivan tekemien ja Business Finlandin hyväksymien ohjeiden mukaisesti. Tämä materiaalitarkastusmalli skaalautuu yhdestä tuotantolinjasta tehdasmittakaavaan ja keskittyy materiaali-, energia-, työvoima- ja muihin kustannuksiin koko prosessin ajan. Tehtaan henkilökunta on mukana etsimässä parhaita ratkaisuja löydettyihin säästökohteisiin, jolloin muutokset voivat käynnistyä auditoinnin lopussa.

Kysyntäpuolen hallinta on tärkeä osa turvattua energiantuotantoa

Kysyntäpuolen hallinta on toinen tapa vähentää energiankulutusta ja sähköverkon tasapainottamista. Se tarkoittaa sähkönkulutuksen siirtämistä suuren kysynnän ja hinnan tunneista edullisempaan aikaan tai kulutuksen väliaikaista säätämistä voimatasapainon hallintaa varten.

Suomessa Fingrid ylläpitää kysyntäpuolen hallinnan ja sähkövarastojen tasapainotusmarkkinoita yhdessä muiden pohjoismaisten siirtoverkonhaltijoiden kanssa. Ne tarjoavat taloudellista korvausta markkinoihin osallistuvalle toimittajalle. Periaatteessa kuka tahansa voi olla toimittaja, jos hän täyttää tekniset vaatimukset, markkinapaikkavaatimukset ja Fingridin toimittajien eettiset säännöt.

Suuri toimija voi olla markkinoiden ainoa tarjoaja, ja pienemmät toimittajat (esimerkiksi pienet valmistajat ja kotitalouskäyttäjät) voivat muodostaa suuremman reservin vaikka sähköntoimittajan toimesta. Tasapainotuspalvelujen tarjoajat ja varantotuotteet löytyvät Fingridin verkkosivuilta.

Kysyntäpuolen hallinnan lisääminen ei hyödytä toimittajia vain taloudellisesti, vaan se myös lievittää kestävän sähköinfrastruktuurin tulevia investointitarpeita, koska se vähentää huippukysyntää, hyödyntää ylijäämäsähköä ja alentaa sähkön hintoja kokonaisuudessaan.

Anssi Nevalainen

Senior Design Engineer
B.Eng. of Process Engineering

Anssi has been working on energy and material efficiency for several years. Anssi’s passion is focused on finding the best solutions for energy and material savings for the sustainable future, and he has strong and ever-growing expertise in his field of industrial efficiency.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

22/11/2022

Kuinka varmistamme teollisuuden resilienssin tulevana talvena?

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Meneillään oleva energiakriisi on pakottanut meidät miettimään, kuinka turvaamme kriittisen infrastruktuurin ja tuotantotoiminnan. Konkreettisia toimia ovat esimerkiksi varapolttoainejärjestelmien toteuttaminen ja siirtyminen pois maakaasusta tuotantolaitoksissa. Kun aivan akuuteimmasta tilanteesta on selvitty, on oman toiminnan uhkakuvia ja...

Read more » Lue lisää »
Blog
Siemens Energy

Teollisuuden sähköistyminen on tie hiilineutraaliuteen

Kirjoittanut Teemu Turunen
Julkaistu

Teollisuuden sähköistyminen on tärkeä elementti kasvihuonepäästöjen vähentämisessä, ja lämpöpumppujen rooli on tässä kehityksessä keskeinen. Erityisen tärkeää on tarkastella asioita laajemmasta perspektiivistä ja hyödyntää hukkalämmöt. Parhaassa tapauksessa useampi toimija pääsee hyötymään ratkaisusta. Prosessien monimutkaistuessa on kuitenkin muistettava niiden ohjaamisen merkitys.

 

Teollisuuden sähkönkulutuksen odotetaan kasvavan merkittävästi. Fingridin ääriskenaariossa se jopa tuplaantuu vuoteen 2030 mennessä. Toki on hahmoteltu maltillisempiakin kehityskulkuja, ja kasvu riippuu myös teollisuudenalasta.

Ennusteet eivät tule yllätyksenä, sillä teollisuuden sähköistymisellä on tärkeä rooli kasvihuonepäästöjen vähentämisessä. Toinen sähköistymisen iso ajuri, huoltovarmuus, on noussut Ukrainan sodan syttymisen jälkeen vahvasti esille. Käynnissä on jo mittaviakin hankkeita, kuten SSAB:n HYBRIT-hanke, joka on sähköistymistä mitä suurimmassa määrin.

Yksinkertaisimmillaan vanha ratkaisu korvataan sähköisellä

Sähköistyminen tarkoittaa esimerkiksi sitä, kun fossiilista polttoainetta käyttävä prosessilaite korvataan sähköisellä ratkaisulla: vaihdetaan vaikka kaasutrukki sähkötrukiksi tai polttava kattila sähkökattilaksi. Vaikka tämä saattaa kuulostaa helpolta ratkaisulta, on aina tärkeää ennakoida muutoksen vaikutukset prosessiin. Esimerkiksi leivän valmistus on erilaista sähkö- ja kaasu-uunilla.

Sähköistymistä voidaan toteuttaa myös epäsuorasti. Tällöin sähkön avulla valmistetaan esimerkiksi vetyä tai synteettisiä polttoaineita. Vetytalous onkin tulossa kovaa vauhtia, vaikka todennäköisesti menee ensi vuosikymmenelle ennen kuin sillä on vaikutusta koko energiajärjestelmäämme.

Lämpöpumput ovat avainroolissa teollisuuden sähköistymisessä

Lämpöpumppumaailmassa mukaan tulee energiatehokkuuselementti. Hyöty löytyy usein sitä kautta, että otetaan huomioon yhä laajempia kokonaisuuksia, ja lopulta koko prosessi. Oleellista on, että hukkalämmöt saadaan hyödynnettyä.

Pumppujen mahdollisuuksiin kuuluu myös, että jäähdytystä ja lämmitystä voidaan tehdä samalla järjestelmällä ja hyötyä pystytään jakamaan useammalle taholle. Tällöin mennään kohti sektori-integraatiota, jossa toisessa päässä on vaikka teollisuuden toimija ja toisessa päässä energiayhtiö – ja molemmat hyötyvät.

Prosessien ohjaamisen merkitys kasvaa

Kannattavuus on teollisuudessa tärkeää, ja siksi tarvitaan paljon hankkeita: teoreettisesti toimiva ei ole aina taloudellisesti kannattava. Teknologian kehitys avaa kuitenkin ikkunaa, kun lämpöpumpuilla päästään korkeampiin lämpötiloihin. Jatkossa myös prosessien ohjaamisen rooli korostuu, kun mennään kohti monimutkaisempia järjestelmiä.

Energiasta ei voi kuitenkaan puhua mainitsematta politiikkaa. Tällä hetkellä energian hintaa on vaikea ennakoida, kun sekä tuotanto että markkina ovat heiluvia. Löydyttävissä on kuitenkin hienoja juttuja, kun vain muistaa ison kuvan: aihetta kannattaa aina tarkastella kokonaisuutena.

Katso video Turusen puheesta Teknologiamessuilla – näet myös esimerkin prosessiteollisuuden edistyneestä sähköistymisratkaisusta >>

Teemu Turunen

Phil. Lic. (Env. Science)

Teemu Turunen has extensive experience in energy and process consulting in several industries. He currently works as Business Development Director in the energy and process business area. His focus is to lead the development of sustainable solutions for future needs.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

22/11/2022

Kuinka varmistamme teollisuuden resilienssin tulevana talvena?

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Meneillään oleva energiakriisi on pakottanut meidät miettimään, kuinka turvaamme kriittisen infrastruktuurin ja tuotantotoiminnan. Konkreettisia toimia ovat esimerkiksi varapolttoainejärjestelmien toteuttaminen ja siirtyminen pois maakaasusta tuotantolaitoksissa. Kun aivan akuuteimmasta tilanteesta on selvitty, on oman toiminnan uhkakuvia ja...

Read more » Lue lisää »
Blog

Copyright © 2020 – Elomatic, All rights reserved