Energia ja vesi
www.vesitalous.fi 4/2011 Irtonumero 12 € Energia ja vesi AUTOMAATIO 4/2011 4 Sisältö Hyvät, pahat ja rumat OLLI VARIS VOL. LII EnErgia ja VEsi julkaisija Ympäristöviestintä YVT Oy Annankatu 29 A 18, 00100 Helsinki. Puhelin (09) 694 0622 5 MARKO KESKINEN Sekä energia- että ympäristöpolitiikan nykyiset suuntaviivat nostavat kokonaisvaltaisuuden suunnittelun keskiöön. Luonnonvarojen käyttöön vaaditaan laaja-alaisempaa näkökulmaa, jossa eri sektorit ja mielipiteet huomioidaan mahdollisimman tasapainoisella tavalla. kustantaja Talotekniikka-Julkaisut Oy Harri Mannila E-mail: [email protected] PäätoiMittaja Timo Maasilta Maa- ja vesitekniikan tuki ry Annankatu 29 A 18, 00100 Helsinki E-mail: [email protected] toiMitussihteeri Tuomo Häyrynen Puistopiha 4 A 10, 02610 Espoo. Puhelin 050 585 7996 E-mail: [email protected] tilaukset ja osoitteenMuutokset Taina Hihkiö Maa- ja vesitekniikan tuki ry Puhelin (09) 694 0622, faksi (09) 694 9772 E-mail: [email protected] ilMoitukset Harri Mannila Koivistontie 16 B, 02140 Espoo. Puhelin 050 66174 E-mail: [email protected] tai [email protected] ulkoasu ja taitto Jarkko Narvanne Puhelin 050 523 27 68 PainoPaikka FORSSA PRINT 2011 | ISSN 0505-3838 Asiantuntijat ovat tarkastaneet lehden artikkelit. toiMituskunta Minna Hanski dipl.ins. Maa- ja metsätalousministeriö Esko Kuusisto fil.tri, hydrologi Suomen ympäristökeskus, hydrologian yksikkö Riina Liikanen tekn.tri, vesihuoltoinsinööri Vesi- ja viemärilaitosyhdistys Hannele Kärkinen dipl.ins., ympäristöinsinööri Uudenmaan elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus Saijariina Toivikko dipl.ins., vesihuoltoinsinööri Vesi- ja viemärilaitosyhdistys Riku Vahala tekn.tri., vesihuoltotekniikan professori Aalto-yliopisto, Teknillinen korkeakoulu Olli Varis tekn.tri, vesitalouden professori Aalto-yliopisto, Teknillinen korkeakoulu Erkki Vuori lääket.kir.tri, oikeuskemian professori Helsingin yliopisto, oikeuslääketieteen laitos Lehti ilmestyy kuusi kertaa vuodessa. Vuosikerran hinta on 55 €. Tämän numeron kokosi Olli Varis E-mail: [email protected] Kannen kuva: Fred Fokkelman Kohti kokonaisvaltaisempaa veden hallintaa – mutta miten? 8 Uusiutuvat energialähteet Suomessa ja maailmalla VILLE SATKA JA JUKKA PAATERO EU on asettanut tavoitteen, että 20 prosenttia sen energiantuotannosta tulee perustua uusiutuviin energialähteisiin vuoteen 2020 mennessä. Tavoitteeseen pääseminen vaatii suuria investointeja kaikissa EU-maissa riippumatta siitä, mitä uusiutuvia energiamuotoja tullaan käyttämään. 12 Vesivoima ja pohjoismaiset sähkömarkkinat VILLE SATKA JA JUKKA PAATERO Sähkön hinta Suomessa riippuu sähkön kysyntä-tarjonta tilanteesta koko Pohjoismaissa. Pohjoismaissa yli puolet sähköstä tuotetaan vesivoimalla ja siten sähkön hinta Suomessa on tiukasti kytköksissä vesivoimaan, vaikka Suomen omasta sähköntuotannosta vain noin 1 prosenttia tulee vesivoimasta. 15 Suomen uusi suostrategia ja vaikutukset vesien tilaan BJÖRN KLÖVE Eri ministeriöt asettivat vuonna 200 työryhmän valmistelemaan Suomen soiden ja turvemaiden kansallista strategiaa. Strategian tavoitteena on soiden kestävä ja vastuullinen käyttö sekä eri käyttötarpeiden yhteensovittaminen. 18 Jäteveden lämmön hyötykäyttö – uusiutuvan energian käyttöä vai energian säästöä? ANNE SALMINEN Kun noin puolet jokaisen eurooppalaisen päivässä käyttämästä noin 10 litran vesimäärästä on lämmintä, viemäriin virtaavan jäteveden sisältämä lämpöpotentiaali on valtava. Tämä ympäristöystävällinen lämmönlähde ei ole saanut vielä riittävää yleistä huomiota osakseen. näkökulma 24 Vesi ja energia – oiva pari yhdessä PIA OESCH sEdimEnttiprosEssit 28 Sedimenttiprosessien vaikutukset luonnonmukaisten uomien suunnitteluun KAISA VÄSTILÄ, JOHANNA JALONEN JA JUHA JÄRVELÄ tutkimus 32 Suolattoman veden simpukankuoren kasvu ympäristöolojen indikaattorina SAMULI HELAMA JA ILMARI VALOVIRTA kEhitystyö 36 Suomalais-namibialainen kehitysyhteistyöhanke vesihävikkien pienentämiseen Keetmanshoopissa RISTO TULENHEIMO, ARTO LÖPPÖNEN JA PEKKA PIETILÄ uutisia 40 PRECIKEM-projektissa kehitetään kemiallisia menetelmiä happamien sulfaattimaiden aiheuttamien haittojen torjuntaan Seuraavassa 41 Suomalaisen elintarviketuotannon asialla numerossa 43 Ajankohtaista Vesiyhdistykseltä teemana on 44 Liikehakemisto Vesihuoltolaitosten 50 Abstracts hallinto ja talous. 51 Vesi ja energia – tieto, teknologia ja kohtuus Vesitalous 5/2011 ilmestyy 14.10. ALEKSI NEUVONEN Ilmoitusvaraukset 12.09. mennessä. Pääkirjoitus Hyvät, pahat ja rumat T öpseli seinään ja koneet toimii! Hyvä homma. Ja sitten vastustamaan pahaa vesivoimaa, rumaa tuulivoimaa, pahaa ydinvoimaa, rumaa hiilivoimaa... No, sähkön tarvitsee tuottaa töpseliin jollain tavalla. Olli Varis Professori Aalto-yliopisto E-mail: [email protected] Huoli maapallon ilmaston lämpenemisestä kasvihuoneilmiön johdosta on nostanut paineita päästä eroon – tai ainakin vähentää riippuvuutta – fossiilisten polttoaineiden käytöstä. Tällä hetkellä maailmanlaajuisesti kaikesta maailmalla tuotetusta primäärienergiasta noin 80 prosenttia tapahtuu fossiilisten polttoaineiden avulla. Johannesburgin kestävän kehityksen huippukokous linjasi vuonna 2002 maailman energiapolitiikan tärkeimmäksi suuntaviivaksi juuri fossiilisten polttoaineiden käytön vähentämisen. Tätä ei kuitenkaan ole vielä tapahtunut, eikä vallitsevien skenaarioiden valossa näytä tapahtuvankaan vielä kymmeniin vuosiin. Yksi suomalainen tuottaa hiilidioksidipäästöjä yhtä paljon kuin kymmenen intialaista tai sata afrikkalaista. Paljon parjattu energiaa tuhlaileva jenkkikin tuottaa reilusti vähemmän päästöjä kuin kaksi suomalaista. Maailman energian kysyntä kasvaa vuosittain noin puolitoista prosenttia, josta kehittyvien maiden osuus on reilusti yli 90 prosenttia. Maailmassa on kuitenkin vielä puolitoista miljardia ihmistä ilman töpseleitä, ja kasvu kohdistuu alueille, jotka kaupungistuvat ja teollistuvat ripeästi. Kiinan hiilidioksidipäästöt kasvoivat vuosien 2000 ja 2010 välillä 2,4-kertaisiksi. Tuotantotapoja pitää muuttaa kestävämmiksi, mutta se ei riitä: myös energian kysyntää pitää pystyä hallitsemaan – meillä ja muualla. Kohti uusiutuvia energialähteitä pitäisi mennä, mutta niiden suhteellinen osuus maailman energiataloudessa tuntuu polkevan paikallaan. Eifossiilisista energialähteistä mittavimmin on sen sijaan kasvanut ydinvoima. Muuttaako Fukushiman katastrofi tämän kehityksen suuntaa jää nähtäväksi. Globaalilla tasolla uusiutuvan energian tuotannosta biomassan osuus on neljä viidennestä, ja vesivoiman noin 16 prosenttia. Nämä kaksi yhdessä kattavat siis 96 prosenttia koko uusiutuvasta energiantuotannosta. Nämä molemmat kytkeytyvät erittäin läheisesti vesiin. Paineet uusiutuvien energialähteiden hyödyntämisen kasvattamiseksi lisäävät voimakkaasti myös paineita vesivarojen suuntaan. Sekä bioenergian että vesivoiman tuotanto aiheuttavat voimakkaita reaktioita puolesta ja vastaan, eikä niiden volyymin lisääminen ole missään kovin helppoa. Tuuli ja aurinkoenergia ovat kyllä nopeassa kasvussa, mutta niiden osuus maailman energiakakusta on vielä hyvin pieni. Toivotan niille kuitenkin ripeää kasvua. Tässä erikoisnumerossa pohditaan veden ja energiantuotannon moninaisia kytkentöjä. Painopiste on kotimaisissa energiaratkaisuissa, ja ne pyritään suhteuttamaan maailmanlaajuiseen kehitykseen. Vesistöihin, kosteikkoihin, metsiin, peltoihin ja niin edelleen kohdistuu hurjia paineita energiasektorin puolelta. Vesitalous 4/2011 EnErgia ja VEsi Kohti kokonaisvaltaisempaa veden hallintaa – mutta miten? Sekä energia- että ympäristöpolitiikan nykyiset suuntaviivat nostavat kokonaisvaltaisuuden suunnittelun keskiöön. Luonnonvarojen käyttöön vaaditaan laaja-alaisempaa näkökulmaa, jossa eri sektorit ja mielipiteet huomioidaan mahdollisimman tasapainoisella tavalla. Päätöksiä pyritään arvioimaan laajasti niiden kerrannaisvaikutukset huomioiden. Kaikki nämä tavoitteet pätevät myös vesivarojen käyttöön ja hallintaan, ja ne ovat erityisen keskeisiä mietittäessä veden ja energiantuotannon välisiä mutkikkaita kytköksiä. Mutta mitä tavoitteet tarkoittavat käytännössä? Marko keskinen Vesi & kehitys –ryhmä, Aalto-yliopisto E-mail: [email protected] Kirjoittajan vesivarojen hallinnan integroituja lähestymistapoja tarkasteleva väitöskirja julkaistiin viime syksynä. K okonaisvaltaisuus on päivän sana sekä energia- että ympäristöpolitiikassa. Laaja-alaista, poikkileikkaavaa näkökulmaa pyritään edistämään ennen kaikkea niin sanotuilla integroiduilla eli yhdennetyillä lähestymistavoilla, joista löytyy esimerkkejä jo usealta eri sektorilta. Vesialalla keskeisin tällainen lähestymistapa on ns. integroitu vesivarojen hallinta (Integrated Water Resources Management, IWRM). IWRM:ää voidaan pitää tämän hetken vaikutusvaltaisimpana vesivarojen hallinnan globaalina näkökulmana, sillä siihen kannustetaan niin YK:n julkilausumissa, vesifoorumien sessioissa kuin eri organisaatioiden tavoitteissakin. Laaja-alaista näkemystä peräänkuulutetaan toki myös alueellisella ja kansallisella tasolla. Esimerkiksi EU:n vesipuitedirektiivin (kts. Vesitalous 2/2001) tavoitteena on lisääntyvä vuoropuhelu sekä vesien suojelun läheisempi linkittyminen muihin sektoreihin kuten energiapolitiikkaan, maatalouspolitiikkaan ja aluepolitiikkaan. Myös ministeriöiden veteen liittyvät strategiat ja toteutussuunnitelmat nostavat eri sektoreiden välisen yhteis- työn ja toiminnan laaja-alaisuuden keskiöön. Samaan aikaan veden läheinen kytkös ilmastonmuutokseen – sekä hillintään että sopeutumiseen – korostaa veden poikkileikkaavaa luonnetta (Vesitalous 5/2007). Ilmastonmuutos on samalla tuonut vesivoiman tuotannon aiempaa voimallisemmin tapetille sekä Suomessa että kansainvälisesti (Vesitalous 2/2008). On siis selvää, että vesivarojen hallintaa tulisi toteuttaa kokonaisvaltaisesti ja eri sektoreiden ja käyttäjien tarpeet yhtäaikaisesti huomioiden. Integroidut lähestymistavat tarjoavat lupaavan tavan tällaisten tavoitteiden toteuttamiselle. Mutta mitä integraatio käytännössä oikein tarkoittaa – ja miten se eroaa kokonaisvaltaisuudesta? Teoriasta käytäntöön Integroiduissa lähestymistavoissa näkyy keskeisesti kestävän kehityksen tavoite: taloudelliset, sosiaaliset ja ympäristölliset kysymykset tulee huomioida yhtä aikaa ja mahdollisimman tasapainoisella tavalla. Integraatio ei kuitenkaan pysähdy tähän, vaan myös esimerkiksi erilaiset tiedon muodot, menetelmät, ja toimintapolitiikat pyritään www.vesitalous.fi EnErgia ja VEsi sovittamaan yhteen. Integroidut lähestymistavat vastaavat osaltaan siiloutumisen ja sirpaloitumisen aiheuttamiin ongelmiin: sektoreiden, tieteenalojen ja hallintoyksiköiden väliset raja-aidat pyritään ylittämään. Kapea-alaisesta erikoistumisesta ollaan siis siirtymässä eri toimijoiden väliseen yhteistyöhön, jossa lopputuloksen uskotaan olevan enemmän kuin tekijöidensä summa. Integroidut lähestymistavat tarjoavat hyvän lähtökohdan uudistaa veden hallinnan käytäntöjä sekä vastata veden käytön muuttuviin ja monipuolistuviin tarpeisiin. Samaan aikaan lähestymistapojen toteutus kuitenkin laahaa yllä kuvattujen hienojen periaatteiden perässä (esim. Biswas 2010, Keskinen 2010). Eräs suurimmista haasteista on –ironista kyllä– pyrkimys kokonaisvaltaisuuteen. Moninaisten näkemysten huomioiminen tekee integroiduista prosesseista usein raskaita ja teknisiä. Prosessin perusteellisuudesta huolimatta se voi johtaa mitäänsanomattomaan kompromissiin, johon harva prosessiin osallistunut on lopulta valmis sitoutumaan. Toinen haaste on – yhtä ironisesti – lähestymistapojen sektoraalinen luonne: vaikka tavoitteena on sektoreiden välisten raja-aitojen ylittäminen, ovat integroidut lähestymistavat usein itsessään sektoraalisia. Siispä lähestymistapoja löytyy lähes kaikilta ympäristönhallinnan sektoreilta, joista jokainen määrittelee integraation omista lähtökohdistaan. Täten esimerkiksi veteen liittyvät integroidut lähestymistavat näkevät maankäytön osana omaa viitekehystään, kun taas maankäytössä vesi nähdään alisteisena maankäytön suunnittelulle. Vastaavasti vesivoima on veden hallinnassa vain yksi käyttömuoto muiden joukossa, kun taas energiantuotantoa mietittäessä se muodostaa keskeisen näkökulman vesivarojen hyödyntämiselle. Mitä näille haasteille voisi tehdä? Ensinnäkin tulee ymmärtää että kokonaisvaltaisuus ja integraatio eivät ole synonyymeja, vaan kaksi erilaista lähestymistapaa veden hallinnan eri tasoilla. Kokonaisvaltaista näkemystä tarvitaan strategisemmalla tasolla: tällöin on tärkeää ymmärtää kaikki veden hallintaan kyseisessä kontekstissa – oli kyseessä sitten vesivoiman hyödyntäminen jollain Vesitalous 4/2011 jokialueella tai kansallinen vesivarastrategia – liittyvät tekijät. Tästä syystä tärkeää on myös vuoropuhelu mahdollisimman monen eri sektorin ja toimijan välillä. Integroitu lähestymistapa tarjoaa puolestaan työkalun veden hallinnan käytännön toteuttamiselle. Tällöin oleellista on tunnistaa kyseisessä kontekstissa tärkeimmät ulottuvuudet ja keskittyä ennen kaikkea niihin. Integroitu lähestymistapa siis tarkentaa kokonaisvaltaisen näkökulman kunkin tapauksen kannalta keskeisimpiin teemoihin, laaja-alaisen perspektiivin kuitenkin säilyttäen. Vuorovaikutusta! Kokonaisvaltaisuus ja integraatio korostavat vuorovaikutuksen merkitystä hallinnon ja suunnittelun eri tasoilla. Koska veden hallinnassa on poikkeuksetta mukana useita toimijoita, integroidussa suunnittelussakaan ei ole kyse vain mekaanisesta menettelystä vaan pitkäkestoisista, osallistavista prosesseista. Tärkeää ei ole vain se miten integraatio teknisesti toteutetaan, vaan myös se millä tavoilla eri toimijat tekevät yhteistyötä ja sitoutuvat integraatioprosessiin. Sekä kokonaisvaltaiset että integroidut näkökulmat vaativatkin totuttujen toimintatapojen muutosta, jossa teknisten ja taloudellisten laskelmien ohella keskeiseksi nousevat osallistuminen, avoimuus sekä suunnittelun iteratiivinen luonne. Vuorovaikutus on tärkeää myös siksi, että käytännössä kaikki veden hallintaan liittyvät prosessit ovat luonteeltaan poliittisia. Eri käyttäjäryhmillä on erilaisia, joskus hyvinkin voimakkaita ja keskenään ristiriitaisia intressejä veden käyttöön – ja käyttämättä jättämiseen– liittyen. Poliittisuus on erityisen voimakasta silloin, kun suunnitteluprosessin tavoitteena on löytää tasapaino sellaisten teemojen välillä, jotka todellisuudessa eivät ole yhteismitallisia ja ovat siksi voimakkaasti arvolatautuneita. Ympäristönsuojelun sekä vesivoimasta saatavan taloudellisen hyödyn välinen ristiriita patorakentamisessa on ehkä klassisin esimerkki tällaisesta tasapainottelusta ja siitä kumpuavista haasteista. EnErgia ja VEsi Yhteenveto Energia- ja ympäristöpolitiikan uudet tuulet haastavat myös veden hallinnan toimintatavat: veden käyttöä suunniteltaessa täytyy huomioida laaja joukko eri sektoreita ja käyttäjäryhmiä. Jotta kokonaisvaltainen näkökulma säilyisi toteuttamiskelpoisena, tarvitaan kuitenkin tiettyä fokusta. Toiminnan painopiste täytyy asettaa sinne, missä se kussakin kontekstissa on tärkeintä: tässä integroidut lähestymistavat voivat olla avuksi. Lisääntyvä näkemysten ja intressien kirjo tarkoittaa myös, että teknisen osaamisen ohella yhä tärkeämmäksi nousee vuorovaikutus sekä sen edistämistä tukevat taidot. Vuoropuhelua tarvitaan kahdella eri tasolla. Veden käytön kestävän toteuttamisen kannalta keskeistä on laaja-alainen yhteistyö eri toimijoiden välillä, mukaan lukien viranomaiset, yksityisen sektorin toimijat, tutkijat, kansalaisjärjestöt kuin muutkin sidosryhmät. Esimerkiksi vesivoiman suunnittelussa tällaisia useita sidosryhmiä yhteen tuovia osallistavia prosesseja (multistakeholder platforms) käytetään jo eri puolilla maailmaa, vaihtelevalla menestyksellä (esim. Warner 2007). Yhtä tärkeää – mutta vähemmälle huomiolle jääneenä– on vuorovaikutus erilaisten suunnittelu- ja hallintatiimien sisällä. Kokonaisvaltaisen näkökulman huomioiminen vaatii monialaisia tiimejä, joissa on edustettuna asiantuntemusta eri tieteenaloilta ja sektoreilta. Tällaisten monialaisten tiimien sisäinen yhteistyö vaatii kuitenkin sekä aikaa että panostusta, ja ilman sektorirajat ylittävää vuoropuhelua tiimityön lopputulos kutistuu pienemmäksi kuin jäsentensä osaamisen summa. Kirjallisuus • Biswas, Asit K. (2010). Integrated Water Resources Management: Is It Working?, International Journal of Water Resources Development, 24(1): 5-22. • Keskinen, Marko (2010). Bringing back the common sense? Integrated approaches in water management: Lessons learnt from the Mekong. Väitöskirja, Aaltoyliopisto. http://users.tkk.fi/u/mkeskine/Thesis.pdf • Vesitalous-lehti 2/2001, teemana vesipolitiikan puitedirektiivi. • Vesitalous-lehti 5/2007, teemana vesi ja ilmastonmuutos. • Vesitalous-lehti 2/2008, teemana padot ja vesivoima. • Warner, Jeroen (Ed.) 2007. Multi-stakeholder platforms for integrated water management, Ashgate Publishing. www.vesitalous.fi EnErgia ja VEsi Uusiutuvat energialähteet Suomessa ja maailmalla Ville satka dipl.ins. Aalto-yliopisto, energiatekniikan laitos E-mail: [email protected] jukka Paatero tekn.tri. Aalto-yliopisto, energiatekniikan laitos E-mail: [email protected] Vesitalous 4/2011 Euroopan unioni on asettanut tavoitteen, että 20 prosenttia sen energiantuotannosta tulee perustua uusiutuviin energialähteisiin vuoteen 2020 mennessä. Suomen tavoitteeksi on asetettu 38 prosenttia, kun vertailuvuotena 2005 uusiutuvan energian osuus koko energiankulutuksesta oli 28,5 prosenttia. Kunnianhimoisiin tavoitteisiin pääseminen tulee vaatimaan suuria investointeja kaikissa EU-maissa riippumatta siitä, mitä uusiutuvia energiamuotoja tullaan käyttämään. T ärkein peruste uusiutuvan energian osuuden kasvattamisessa on pyrkimys vähentää kasvihuonepäästöjä. Päästöjen hallinnan kannalta energiasektorilla ja liikenteellä on suuri vaikutus. Energiasektori ja liikenne synnyttävät noin kaksi kolmannesta globaaleista kasvihuonepäästöistä. Toinen uusiutuvan energian käyttämistä puoltava tekijä on energiaomavaraisuus. Heikko energiaomavaraisuus johtaa väistämättä suuriin rahavirtoihin maan ulkopuolelle ja kotimaisten energialähteiden hyödyntäminen lieventäisi vaikutusta selvästi. Monessa maassa uusiutuvat energiavarat ovat ainoa tie energiaomavaraisuuteen, koska fossiiliset energialähteet ovat jakautuneet maapallolla hyvin epätasaisesti. CO2-vapaan energiantuotannon kasvattaminen vaatii merkittäviä investointeja ja monissa tapauksissa myös julkista tukea. Siten monessa tilanteessa taloudellisesti edullisimmaksi muodostuva keino on energian säästäminen ja energiatehokkuus. Energian säästämisestä ja energiatehokkuudesta huolimatta Suomessa ja muissa maissa tarvitaan tulevina vuosina runsaasti uutta energiantuotantokapasiteettia muun muassa vanhan kapasiteetin ikääntyessä. Tästä uudesta kapasiteetista aiempaa suurempi osa tulee todennäköisesti olemaan uusiutuviin energialähteisiin perustuvaa tuotantoa. Vuonna 2009 jo noin 62 prosenttia EU:ssa asennetusta sähköntuotantokapasiteetista perustui uusiutuviin energialähteisiin. Tuulivoiman osuus oli 37 prosenttia ja aurinkoenergian osuus 21 prosenttia. Merkittävin uusiutumattoman sähköntuotannon lisäys tuli maakaasuun perustuvasta tuotannosta. Tämän osuus kaikesta uudesta sähköntuotantokapasiteetista vuonna 2009 oli 24 prosenttia. Uusiutuva energia Suomessa Suomen energiantuotanto perustuu yhä suurelta osin fossiilisiin polttoaineisiin. Vuonna 2008 kyseisen tuotannon osuus oli noin 46 prosenttia, kuten Taulukko 1 osoittaa. Taulukko 1. Suomen energianhankinta vuonna 2008. Öljy Puu Ydin Kaasu Hiili Turve Vesi Tuuli Muut uusiutuvat Muut ei-uusiutuvat Sähkön tuonti Yhteensä Energia (PJ) 351,9 296 240,4 149 141,5 80,7 60,8 0,9 23,1 10,1 Osuus 25,1 % 21,1 % 17,2 % 10,6 % 10,1 % 5,8 % 4,3 % 0,1 % 1,6 % 0,7 % 46 3,3 % 1400,4 Uusiutuvan energian osuus oli vastaavasti noin 27 prosenttia, mikä on kansainvälisesti vertailtuna korkea luku. Euroopan Unioni on kuitenkin antanut Suomelle velvoitteen nostaa uusiutuvan energian osuus koko energiankulutuksesta 38 prosenttiin vuoteen 2020 mennessä. Tämän velvoitteen toteuttamiseksi Suomi pyrkii muun muassa nostamaan metsähakkeen vuotuisen käytön 2…3 -kertaiseksi verrattu- na nykyiseen eli 76 PJ:een (1 TWh = 3,6 PJ), kasvattamaan tuulivoiman tuotannon 22 PJ:een vuodessa sekä lämpöpumppujen tuottaman vuotuisen energian 18 PJ:een. Liikenteen osalta EU edellyttää jäsenmaitaan nostamaan biopolttoaineiden osuuden 10 prosenttiin. Suomessa vuodelle 2020 on asetettu vieläkin kunnianhimoisempi tavoite, 20 prosenttia. Energiassa mitattuna tämä on noin 30 PJ vuodessa. Ylivoimaisesti tärkein uusiutuvan energian lähde Suomessa on puuperäinen biomassa. Biomassan korkea osuus koko energiantuotannosta johtuu pitkälti metsäteollisuuden omasta energiantuotannosta ja -käytöstä. Puun polttaminen nähdään myös tärkeänä tekijänä EU:n Suomelle asettaman uusiutuvan energian velvoitteen saavuttamisessa. Sähkön- ja lämmön tuotantoon käytettävän sekä teollisuuden omassa energiantuotannossa käytettävän puun lisäksi liikenteen nestemäiset biopolttoaineet nähdään keskeisenä tekijänä uusiutuvan energian velvoitteen täyttämisessä. Liikenteen biopolttoainetavoite pyritään täyttämään bioetanolilla sekä biodieselillä. Näiden mahdollinen raaka-ainepohja on laaja ja lopullisen biopolttoaineen taloudellisuus ja vaikutukset ympäristölle riippuvat hyvin paljon juuri käytetystä raaka-aineesta. Suomessa biopolttoaineita on tarkoitus alkaa tuottamaan muun muassa erilaisista metsätähteistä sekä jätteistä. Arvio kotimaisen bioenergian käytön potentiaalista Suomessa vaihtelee merkittävästi lähtöoletuksista riippuen. Puun polttoa pystyttäisiin kasvattamaan metsäteollisuuden raaka-aineen saatavuutta vaarantamatta noin 100 PJ (27,8 TWh) vuodessa. Lukuun sisältyy kannot, latvusmassat ja vastaavat. Ruuan tuotannon lisäksi Suomen pelloilta olisi mahdollisuus saada biomassaa energiassa mitattuna noin 30 PJ (8,3 TWh) edestä. Lisäksi jätteiden energiankäytön potentiaaliksi on arvioitu noin 10 PJ (2,8 TWh). Suomessa energiantuotannossa ja liikenteessä käytettävästä biomassasta kaikki ei ole kuitenkaan alkuperältään kotimaista. Esimerkiksi jo tällä hetkellä osa rannikon tuntumassa olevien voimalaitosten käyttämästä biomassasta tulee kustannussyistä ulkomailta. Lisäksi Suomen kunnianhimoiset liikenteen biopolttoainetavoitteet tulevat johtamaan todennäköisesti näiden polttoaineiden tuontiin, esimerkiksi sokeriruokoon perustuvan etanolin tuontiin Brasiliasta. Biomassan kerääminen ja kuljettaminen vievät energiaa ja siten bioenergian energiatase muodostuu heikommaksi, mitä lopullinen hyödynnettävä energiamäärä antaa ymmärtää. Lisäksi keräämisen ja kuljettamisen energiankäytöstä syntyy erilaisia päästöjä, joten siten bioenergia ei ole täysin kasvihuonekaasuneutraalia. Tässä on kuitenkin hyvä muistaa, että myös esimerkiksi fossiilisten polttoaineiden hankinta ja kuljettaminen vaatii energiaa ja aiheuttaa päästöjä. Lisäksi viime aikoina on keskustelu lisääntynyt siitä, onko esimerkiksi puu täydellinen hiilinielu. Lyhyellä tähtäimellä, mikä on oikea tarkastelunäkökulma pyrittäessä nopeisiin päästövähennyksiin, puuston kasvu sitoo ilmakehästä vain osan siitä hiilestä, mikä vapautuu puun polttamisesta energiantuotannossa. Vertailtaessa bioenergian energiatasetta tai päästöjä nykyisin käytössä oleviin polttoaineisiin, tulisi se tehdä ensi sijassa suhteessa marginaalituotantoon, eikä keskimääräiseen tuotantoon. Esimerkiksi nestemäisten polttoaineiden kohdalla energiataseeseen ja päästöihin perustuva vertailua ei tulisi tehdä suhteessa konventionaaliseen öljyyn. Konventionaalisen eli perinteisen öljyn tuotanto ei enää kasva ja nestemäisten polttoaineiden tuotannon kasvu tulee biopolttoaineiden lisäksi energiataseeltaan konventionaalista öljyä huomattavasti heikommasta epäkonventionaalisesta öljystä kuten öljyhiekasta ja maakaasusta tuotetusta nestemäisestä polttoaineesta. Siten myös biopolttoaineiden energiatasetta ja päästövaikutuksia pitäisi vertailla näihin. Bioenergian jälkeen toiseksi tärkein uusiutuvan energian muoto Suomessa on vesivoima. Sen osuus koko energi- ankulutuksesta on noin 4 prosenttia ja sähköntuotannosta noin 15 prosenttia, riippuen vuodesta. Kaikkiaan Suomessa on tällä hetkellä yli 200 vesivoimalaa. Näiden yhteenlaskettu kapasiteetti on noin 3 000 MW. Viime vuosina vesivoimakapasiteetin lisääminen Suomessa on ollut vähäistä. Vesivoiman tuotantokapasiteettia voidaan pääasiassa lisätä kahdella tavalla: joko rakentamalla uusia voimalaitoksia tai tekemällä tehonkorotuksia vanhoihin voimaloihin. Suomessa arvioidaan olevan rakentamatonta uutta vesivoimapotentiaalia 1 710 MW, josta 934 MW on teknistaloudellisesti merkittävää. Tästä määrästä 365 MW on suojelemattomissa joissa. Tehonkorotuksien kokonaispotentiaaliksi on arvioitu noin 500 MW. Uusi vesivoimakapasiteetti olisi jo energiassa laskettuna taloudellisesti merkittävä lisä, mutta erityisesti merkittäviksi sähköjärjestelmän kannalta muodostuisivat sellaiset uudet vesivoimalat, joiden yhteyteen pystyttäisiin rakentamaan tekojärvi tuotannon säätelyä varten. Tulevaisuudessa yksi nopeimmin kasvavista uusiutuvan energian- www.vesitalous.fi EnErgia ja VEsi muodoista Suomessa on tuulivoima. Marraskuun 2010 lopussa Suomessa oli noin 170 MW tuulivoimakapasiteettia. Tuulivoiman tuotanto vuonna 2009 oli Suomessa noin 0,28 TWh. Vuodeksi 2020 Suomessa on asetettu tavoite tuulituotannolle 6 TWh:iin. Kapasiteetissa mitattuna tämä tarkoittaa noin 2 000 MW uutta tuulikapasiteettia. Tuulivoiman tekninen potentiaali on Suomessa pitkästä rannikosta johtuen suuri, mahdollistaen jopa Suomen vuotuista sähkönkulutusta vastaavan määrän tuulisähköä tuottamisen. Uusiutuva energia maailmalla Uusiutuvien energiamuotojen osuus maailman primäärienergiakäytöstä vuonna 2008 oli 12 prosenttia eli reilut 65 EJ. Osuus on pysynyt samassa suuruusluokassa jo pitkään. Tästä uusiutuvan energian käytöstä noin kaksi kolmasosaa oli bioenergiaa. Sähköntuotannossa uusiutuvien energialähteiden osuus oli hieman suurempi kuin primäärienergiassa, noin 19 prosenttia. Tästä kolme neljäsosaa oli vesivoimaa. Bioenergian ja vesivoiman lisäksi globaalilla tasolla muita kaupallisessa käytössä olevia uusiutuvia energialähteitä ovat muun muassa tuulivoima, aurinkovoima ja geoterminen energia. Tarkempia tietoja eri energiamuotojen globaalista käytöstä ja potentiaaleista on esitetty Taulukossa 2. Teknisesti käytettävissä oleva potentiaali viittaa siihen energiamäärään, mikä olisi vuositasolla mahdollista käyttää ottaen huomioon nykyinen teknologia ja esimerkiksi maankäytön aiheuttamat rajoitteet. Taloudellinen potentiaali viittaa taas siihen tekniseen potentiaaliin, joka olisi kaupallisin ja kestävän kehityksen perustein mahdollista ottaa käyttöön. Vertailun vuoksi voi todeta, että vuonna 2008 maailman energiankulutus oli noin 515 EJ, josta sähkön osuus oli noin 73 EJ. Maailman vesivoimatuotanto oli vuoden 2008 aikana 3 300 TWh. Toisaalta taloudellisen kokonaispotentiaalin uskotaan olevan lähes kolminkertainen, eli 30 EJ, josta reilu 40 prosenttia on Aasiassa ja noin 20 prosenttia Etelä-Amerikassa. Näillä alueilla taloudellisesta potentiaalista vasta noin kolmannes on hyödynnetty, joten globaali vesivoimatuotanto tulee todennäköisesti kasvamaan vielä merkittävästi. Sen 10 Vesitalous 4/2011 Taulukko 2. Vuosittainen uusiutuvien energiamuotojen käyttö maailmalla ja potentiaalit yksikössä EJ per vuosi. Vesivoima Bioenergia Tuulivoima Aurinkosähkö Geoterminen energia Tämänhetkinen käyttö 11,8 51 1,2 0,3 2 sijaan Euroopassa suurin osa taloudellisesta potentiaalista on jo käytössä ja siten mahdollisuudet tuotannon merkittävään kasvattamiseen ovat rajallisia. Maailman suurimmat yksittäiset voimalaitokset ovat vesivoimaloita. Maailman suurin voimalaitos on Kolmen rotkon padon voimalaitos Kiinassa. Sen kapasiteetti on tällä hetkellä 18,2 GW ja täydessä kapasiteetissaan sen tulee olemaan 22,5 GW. Valmiin laitoksen vuosittaisen sähköntuotannon on arvioitu olevan 100 TWh eli suurempi kuin koko Suomen vuosittainen sähkönkulutus. Muita yli 10 GW tehoisia vesivoimaloita maailmalla on Itaipun voimalaitos Paraguayn ja Brasilian rajalla sekä Gurin padon voimalaitos Venezuelassa. Lisäksi Kiinassa on tällä hetkellä rakenteilla yksi uusi yli 10 GW vesivoimala. Yhteensä Kiinassa on yli 50 kappaletta valmiita tai rakenteilla olevia yli 1 GW kapasiteetin omaavia vesivoimalaitoksia. Maailman bioenergiankäyttö oli vuonna 2008 noin 51 EJ (mukana jätteen poltto) eli noin 10 prosenttia maailman energiankulutuksesta. Bioenergian teoreettinen hyödyntämismahdollisuus on sama kuin biomassaan vuosittain sitoutuva auringonsäteilyenergia. Tämä on noin 3 000 EJ. Kun huomioidaan energiantuotantoalueiksi soveltuvat alueet pois lukien ruuantuotantoalueet ja luonnonsuojelualueet, niin teknisen potentiaalin arvioidaan olevan vajaa 400 EJ. Jos lisäksi pyritään tuottamaan bioenergia kestävän kehityksen mukaisesti eli esimerkiksi trooppisia metsiä ei muuteta energiantuotantoalueiksi, niin potentiaalin arvioidaan olevan enää 100 EJ, eli noin viidesosa nykyisestä energiankäytöstä. Tästä noin 40 prosenttia tulee metsäteollisuuden ylijäämävirroista ja vajaa 40 prosenttia energiakasveista. Loput tulevat jätteiden ja lannan polttamisesta. Aasiaa lukuun ottamatta bioenergian käytössä on Taloudellinen potentiaali 30 100 140 30 Tekninen potentiaali 50 390 1000 1600 - vielä merkittävää kasvuvaraa. Kyseisessä 100 EJ arvioissa energiaviljelmät kattaisivat noin 330 miljoonaa hehtaaria maata eli 2,5 prosenttia maapallon maa-alasta. Eri lähteissä esiintyvät potentiaalit eroavat toisistaan kuitenkin merkittävästi riippuen muun muassa siitä, miten maankäytölliset tekijät on arvioitu mukaan. Bioenergia on teknisten ja taloudellisten syiden takia tällä hetkellä käytetyin uusiutuvan energian muoto maailmalla. Se ei kuitenkaan ole tehokkain tapa tuottaa uusiutuvaa energiaa. Auringonsäteilyenergiaa pystytään muuttamaan biomassan kasvun kautta loppuenergiankäytöksi maksimissaan hyötysuhteella 2…3 prosenttia. Usein hyötysuhde jää kuitenkin selvästi tämän alle. Esimerkiksi kaupallisessa käytössä olevat aurinkopaneelit pystyvät muuttamaan auringon säteilyenergiaa sähköksi parhaimmillaan noin 20 prosentin hyötysuhteella ja termisessä aurinkoenergiassa päästään tätäkin paljon suurempiin hyötysuhteisiin. Maailman tuulivoimatuotanto oli vuonna 2008 noin 340 TWh eli noin 2 prosenttia maailman sähkönkulutuksesta. Lähes puolet maailman tuulisähköstä tuotetaan EU:ssa. Jos tuulivoimatuotantoa suhteuttaa kaikkeen energiankäyttöön, niin sen osuus jää alle yhden prosentin. Tuulivoiman käytössä on kuitenkin alueellisesti suuria eroja. Maita, joissa yli 10 prosenttia sähköstä tulee tuulivoimasta, ovat Tanska, Portugali ja Espanja. EU:n alueella tuulivoima kattoi noin 5 prosenttia sähkön kulutuksesta. Asennetun tuulivoimakapasiteetin määrä nousi vuoden 2009 lopussa vajaaseen 160 GW:iin, josta noin 38 GW asennettiin vuonna 2009. Vuosittain asennettavan uuden kapasiteetin määrä onkin kasvanut 20…30 prosenttia 2000-luvulla. Tähän tulee kuitenkin poikkeus vuonna 2010 yleisen taloudellisen tilanteen takia. Viime vuosina selvästi nopeimmin EnErgia ja VEsi 45 Asennettu aurinkopaneelikapasiteetti (GW) kasvanut markkina-alue on ollut Kiina. Kun mitataan kumulatiivisesti asennettua kapasiteettia, niin vuoden 2009 lopussa suurimpia maita olivat Yhdysvallat, Kiina, Saksa, Espanja ja Intia. Tuulivoiman teknisen potentiaalin arvioidaan olevan noin 1 000 EJ. Tähän kuuluvat myös merelle rakennettavat offshore-voimalat. Oletuksena on, että yli 40 metrin syvyyteen ei voimaloita enää rakenneta. Kestävän kehityksen mukaisen potentiaalin arvioidaan olevan noin 140 EJ, eli yli satakertainen verrattuna nykyiseen tuotantoon. Aurinkoenergian potentiaali maapallolla on hyvin suuri. Aurinkoenergiaa voidaan hyödyntää sekä lämpönä käyttäen aurinkokeräimiä, että sähkönä. Sähkösovelluksissa saatavilla olevat teknologiat ovat aurinkopaneelit sekä termiset aurinkovoimalat. Vuoden 2010 lopussa asennetun aurinkopaneelikapasiteetin määrä oli noin 40 GW. Kasvu on ollut nopeaa, sillä asennetun kapasiteetin määrä on kymmenkertaistunut kuudessa vuodessa. Kuva 1 esittää asennetun aurinkopaneelikapasiteetin kasvua. Lähes puolet tästä kapasiteetista on asennettu Saksaan. Maapallolle vuosittain tuleva auringon säteilyenergia on noin 3 900 000 EJ eli noin 7 500 kertaa suurempi kuin vuotuinen energiankulutus. Tästä kuitenkin vain pieni osa on teknisesti hyödynnettävissä olevaa. Tekniseksi potentiaaliksi onkin arvioitu noin 1 600 EJ, mikä on vielä yli kolminkertainen luku verrattuna maapallon nykyiseen energiankäyttöön. Taloudellinen potentiaali riippuu hyvin paljon teknologioiden kustannuskehityksestä. Geotermisen energian lähteeksi luetaan maapallon ytimestä kohti pintaa tuleva lämmönsiirtyminen sekä joskus myös auringonsäteilystä maahan sitoutuneen lämmön hyödyntäminen. Maapallon ytimen lämmöstä sekä maankuoressa hajoavien radioaktiivisten aineiden muodostamasta lämmöstä syntyy maapallon pinnalle lämpövirta. Tämä lämpövirta vastaa vuositasolla energiassa mitattuna noin 2 300 EJ:a. Tästä kuitenkin hyvin pieni osa on teknisesti käytettävissä ja taloudellisesti vieläkin pienempi osa. Kestävän ja taloudellisen potentiaalin määräksi on arvioitu vuositasolla noin 30 EJ. 40 35 30 25 20 15 10 5 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Vuosi Kuva 1. Asennetun aurinkopaneelikapasiteetin määrä vuosina 2000-2010. Vesivoima henkeä kohden Vesivoiman taloudellinen potentiaali, tämän hetkinen tuotanto sekä vielä käyttämätön taloudellinen potentiaali henkeä kohden maanosittain: Eurooppa Pohjois-Amerikka (sis. Väli-Amerikan) Etelä-Amerikka Afrikka Aasia Oseania Vesivoimapotentiaali GJ/henkilö 3,8 10,2 9,7 3,9 3,1 11,1 Henkeä kohden laskettu vesivoiman taloudellinen potentiaali on suurin PohjoisAmerikassa sekä Oseaniassa. PohjoisAmerikan potentiaalia nostavat Kanadan pohjoiset, pitkälti vielä hyödyntämättömät vesivoimavarat. Oseaniassa taas väestön pieni määrä nostaa potentiaalin henkeä kohden suureksi. Vesivoimatuotanto henkeä kohden on suurin Amerikoissa. Afrikassa ja Aasiassa tuotanto henkeä kohden on matalaa, johtuen muun muassa siitä, että suurin osa maista on kehitysmaita, joissa energiankulutus ei ole vielä suurta. Vesivoimatuotanto GJ/henkilö 3,1 4,6 6,6 0,3 1,0 3,3 Käyttämätön potentiaali GJ/henkilö 0,7 5,7 3,1 3,5 2,2 7,8 Euroopassa vesivoimapotentiaalista on selvästi suurin osa jo hyödynnettyä. Siten potentiaali vesivoiman lisäämiseen on matalin. Suurin kasvuvara vesivoimatuotannossa henkeä kohden on Pohjois-Amerikassa ja Oseaniassa. Kuitenkin energiankulutuksen kasvu näillä alueilla on varsin rajallista, joten laajamittainen tuotannon kasvu on epätodennäköistä. Sen sijaan nopeasta talouskasvusta nauttiva Aasia tulee lisäämään tuotantoaan tulevaisuudessa. Lisäksi Afrikassa vesivoimapotentiaalista on hyödynnetty vasta pieni osa ja jatkohyödyntämiseen on osoitettu kiinnostusta. Lisää aiheesta • Tilastokeskuksen Suomen energiatilastot: http://www.stat.fi/til/ene.html • Kansainvälisiä energiatilastoja: http://www.bp.com/productlanding.do?categoryId=6929&contentId=7044622 • Kansainvälistä energiatietoa: http://www.iea.org/ www.vesitalous.fi 11 EnErgia ja VEsi Vesivoima ja pohjoismaiset sähkömarkkinat Ville satka dipl.ins. Aalto-yliopisto, energiatekniikan laitos E-mail: [email protected] jukka Paatero tekn.tri. Aalto-yliopisto, energiatekniikan laitos E-mail: [email protected] Suomi on osa pohjoismaisia sähkömarkkinoita ja siten sähkön hinta Suomessa riippuu sähkön kysyntä-tarjonta tilanteesta koko Pohjoismaissa, ei pelkästään Suomen sisäisestä tilanteesta. Pohjoismaissa yli puolet sähköstä tuotetaan vesivoimalla ja siten sähkönhinta Suomessa on tiukasti kytköksissä vesivoimaan, vaikka Suomen omasta sähköntuotannosta vain noin 15 prosenttia tulee vesivoimasta. V eden mekaanista energiaa on hyödynnetty Suomessa jo pitkään. Ensimmäisenä vesivoimaa alettiin hyödyntää teollisuudessa, esimerkiksi myllyjen voiman lähteenä. 1920-luvulla mukaan tulivat sähköntuotantoon suunnatut vesivoimalat. 40-, 50- ja 60-luvuilla sähköntuotantoon suunniteltujen vesivoimaloiden rakentaminen oli voimakkaimmillaan ja suuri osa Suomen vesivoimaloista onkin näiltä vuosikymmeniltä. Nykyään vesivoiman tärkein sovelluskohde on siirtymässä puhtaasta sähköenergian tuotannosta kohti säätösähkön tuotantoa. Vesivoimalla on hyvin tärkeä merkitys Pohjoismaiden sähkömarkkinoille. Vesivoimalla tuotetaan vuodesta riip- 1.5% 1.1% 4.9% 2.6% 0.5% puen 50…60 prosenttia Pohjoismaiden sähköstä. Tarkempi jakauma eri energialähteiden osuuksista Pohjoismaiden sähköntuotannossa on esitetty kuvassa 1. Vuonna 2008 Pohjoismainen vesivoimatuotanto oli 226 TWh, josta 62 prosenttia tuotettiin Norjassa, 30 prosenttia Ruotsissa ja 7 prosenttia Suomessa. Suuri osa Pohjoismaisesta vesivoimakapasiteetista on varastoaltaan yhteydessä, joka mahdollistaa tuotannon ajoittamisen haluttuun ajankohtaan pitkänkin ajanjakson, jopa puolen vuoden yli. Ajoittamiselle aiheuttaa jonkin verran rajoitteita varastoaltaiden koot, mutta yleisesti altaiden varastointikapasiteetit ovat niin suuria, että ne eivät vaikuta merkittävästi tuotantoon erittäin satei- 0.3% Vesivoima Ydinvoima 5.1% Hiili Biopolttoaineet 6.3% Maakaasu Tuulivoima 56.9% 21.0% Turve Jäte Öljy Muut Kuva 1. Sähköntuotannon jakautuminen Pohjoismaissa eri energialähteiden mukaan vuonna 2008. Kokonaistuotanto oli tällöin 398 TWh. 12 Vesitalous 4/2011 Energia ja vesi 90 % Mediaani 2008 2009 2010 80 % 70 % 60 % Täyttöaste 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 52 49 43 46 37 40 Viikko 34 28 31 22 25 16 19 7 10 13 4 0% 1 sia syksyjä lukuun ottamatta. Suomessa sen sijaan varastoaltaita on vähemmän ja tuotanto määräytyy enemmän virtausmääristä ja säännöstelyohjeesta. Siten myös vesivoimatuotannon ajoittaminen sähkön kysynnän mukaan lyhyitä ajanjaksoja lukuun ottamatta on Suomessa vähäistä. Vesivoimatuotannolle on ominaista Pohjoismaissa, että se on energiarajoitteista. Tämä tarkoittaa, että vuosittaiselle sähköntuotannolle antaa ylärajan saatavilla olevan veden määrä, eikä käytettävissä oleva voimalakapasiteetti. Tämä johtaa siihen, että vesivoimatuottajien vuosittainen tuotantomäärä riippuu sademääristä ja että he pyrkivät ajoittamaan tämän tuotannon siten, että he saavat sähkömarkkinoille myymälleen sähkölle mahdollisimman hyvän hinnan. Varastoaltaiden suuret koot mahdollistavat tehokkaasti tuotannon ajoittamisen tuottajan kannalta edullisimmalla tavalla. Joskus on kuitenkin mahdollista, että varastoaltaat uhkaavat täyttyä ja tuottajan on tuotettava sähköä suurella kapasiteetilla riippumatta sähkön sen hetkisestä hinnasta. Kysymyksen vesivoimatuotannon oikeasta ajoituksesta voi muuttaa kysymykseksi varastoaltaassa olevan veden arvosta. Tämä vesiarvo tarkoittaa varastoaltaassa olevan veden arvoa sähköntuotannon kannalta ja se voidaan ilmaista esimerkiksi yksikössä €/MWh. Vesiarvo on kyseisestä vesimäärästä vallitsevat olosuhteet huomioon ottaen odotettavissa oleva tulo, kun vedellä tuotettu sähkö myydään markkinoille. Vesivoiman tuottajan kannattaa tuottaa sähköä silloin, kun se saa sähkömarkkinoilta vähintään vesiarvoa vastaavan hinnan tuottamalleen sähkölle. Vesiarvon numeeriseen arvoon vaikuttavat muun muassa varastoaltaan täyttöaste ja muiden sähköjärjestelmässä olevien voimalaitosten kustannusrakenne. Melkein täyden altaan veden arvo alkaa laskea lisääntyvän ohijuoksutusriskin vuoksi. Toisaalta mitä korkeamman käyttökustannuksen voimalaitoksia joudutaan ottamaan käyttöön seuraavana talvena, niin sitä suuremmaksi vesiarvo nousee. Yleisesti ottaen vesiarvo on lähellä marginaalituotantomuodon muuttuvia kustannuksia. Marginaalituotanto Kuva 2. Pohjoismaisten varastoaltaiden täyttöasteet vuoden eri aikoina. Varastoaltaiden kokonaiskapasiteetti on noin 120 TWh, joka vastaa yli puolta Pohjoismaiden vuosittaisesta vesivoimatuotannosta. muodolla tarkoitetaan sitä sähkömarkkinoilla olevaa tuotantoa, jonka muuttuvat kustannukset ovat korkeimmat ja jonka mukaan sähkön hinta markkinoilla määräytyy. Jos tiettynä vuotena on runsaasti vesivoimaa ja muuta tuotantoa on hyvin saatavilla, ei kalleimpia tuotantomuotoja joitain huipputunteja lukuun ottamatta tarvitse käyttää ja siten sähkön hinta ja vesiarvo pysyvät matalana. Koska seuraavan talven marginaalituotantomuotoa ei voi täydellä varmuudella tietää etukäteen, on ennusteiden teko tärkeää. Ennuste suurimman osan talvesta marginaalituotantomuodon asemassa olevasta sähköntuotantomuodosta perustuu eri tuotantomuotojen saatavuuteen ja odotettuun sähkön kysyntään. Koska vettä pystytään varastoimaan hyvin, noudattelee sähkön markkinahinta jo odotettavissa olevaa talven tilannetta kesällä ja siten erot sähkönhinnassa ennusteiden osuessa kohdalleen ovat eri vuodenaikoina verrattain pienet. Sen sijaan jos kysyntä-tarjonta tilanne muuttuu tai ennusteissa esiintyy jostain muusta syystä virhe, heilahtaa myös sähkön hinta. Jos ennuste on ollut liian optimistinen ja vesivoimatuotanto on perustunut näihin optimistisiin ennusteisiin, niin sähkön hinta nousee. Päinvastaisessa tilanteessa sähkön markkinahinta laskee. Tämän lisäksi lyhyitä hintapiikkejä voi tulla tilanteissa, joissa vesivoimatuotannon tai siirtokapasiteetin rajat eivät mahdollista varastoaltaissa olevan veden tehokkaampaa hyödyntämistä korkeasta sähkön kysynnästä huolimatta. Vesivoimatuotannon ajoitus vesiarvoa käyttäen johtaa siihen, että vuosina, jolloin vesivoimaa ja muuta tuotantoa on normaalia vähemmän saatavilla, vesiarvo nousee ja siten vesivoimatuottajat myyvät tuotantoaan matalan hintatason aikana normaalia vähemmän. Tällöin vettä säästyy ajanjaksoon, jolloin kulutus ja siten sähkönhinta ovat korkeammat. Vesivoimatuotannon ollessa energiarajoitteista sillä voidaan siis merkittävästi tasoittaa sähkön markkinahinnan vuotuista vaihtelua. Pohjoismaisten vesivoimaloiden varastoaltaiden täyttöasteet sekä pidemmän ajan mediaani on esillä kuvassa 2. Kuvasta näkyy hyvin altaiden täyttöasteiden vuotuinen vaihtelu ja kuinka sekä alku- että loppuvuodesta 2010 altaiden täyttöasteet ovat olleet selvästi alle mediaanitason. Tämä aiheutui pienistä sademääristä, Ruotsin ydinvoimaloiden ongelmista ja kylmän sään aiheuttamasta korkeasta kulutuksesta. Vastaavina www.vesitalous.fi 13 EnErgia ja VEsi 1 Vesitalous 4/2011 100 90 Sähkön hinta (€/MWh) ajankohtina sähkön markkinahinta on myös ollut Pohjoismaissa merkittävästi keskimääräistä tasoa korkeampi. Pohjoismaisten varastoaltaiden täyttöasteen yksityiskohtaisempi vaikutus sähkön markkinahintaan on nähtävissä kuvasta 3. Kuvaan on koottu vuosilta 2009 ja 2010 sähkön viikoittaiset markkinahinnat sekä viikoittainen varastoaltaiden vaje. Varastoaltaiden vaje kertoo, kuinka monta prosenttiyksikköä varastoaltaiden täyttöaste on ollut alle mediaanin. Koska vajeet ovat positiivisia arvoja, oli vuosina 2009-2010 varastoaltaiden täyttöaste koko ajan alle mediaanin. Kuvasta nähdään miten varastoaltaiden tyhjeneminen vaikuttaa lähes lineaarisesti sähkön markkinahintaan. Edullisen vesivoiman suurella määrällä on ollut merkitystä myös energiateollisuuden ulkopuolelle. Esimerkiksi Norjaan on syntynyt hyvin energiaintensiivistä teollisuutta, kuten alumiiniteollisuutta, juuri edullisen sähkön vuoksi. Lisäksi laaja Pohjoismainen sähköjärjestelmä on taannut, että norjalaiset vesivoimantuottajat saavat aiempaa paremman hinnan myymälleen sähkölle. Toisaalta esimerkiksi Suomessa sähkön hinta on matalampi kuin mitä se olisi tilanteessa, jossa suurta määrä edullista vesivoimatuotantoa ei olisi samassa sähköjärjestelmässä Suomen kanssa. Sähkön hinnan lisäksi vuotuisilla sademäärillä Norjassa ja Ruotsissa on suuri merkitys päästöihin. Hyvinä vesivuosina lauhdetuotantoa tarvitaan vain vähän. Huonoina vesivuosina sen sijaan puuttuvaa vesivoimatuotantoa joudutaan korvaamaan lauhdetuotannolla, esimerkiksi hiililauhteella. Hiililauhteen kasvihuonepäästöt tuotettua energiayksikköä kohden ovat suuret, joten sen lisääntynyt käyttö kasvattaa suoraan Pohjoismaiden kasvihuonepäästöjä. Tulevaisuudessa Pohjoismaisen vesivoiman merkitys tulee todennäköisesti kasvamaan, kun Eurooppaan rakennetaan lisää tuuli- ja aurinkovoimaa. Suuret varastoaltaat mahdollistavat Norjan ja Ruotsin vesivoiman käytön sähkön kulutuksen ja tuotannon vaihteluiden tasoittamiseen sekä Pohjoismaissa että KeskiEuroopassa. Riittävän suuren Norjasta ja Ruotsista muihin maihin suuntautuvan sähkönsiirtokapasiteetin avulla muualla ei tarvitse investoida yhtä runsaasti no- 80 70 60 50 40 30 20 0% 5% 10 % 15 % 20 % 25 % 30 % Varastoaltaiden vaje suhteessa mediaaniin Kuva 3. Veden varastoaltaiden täyttöasteen ero normaalista on merkittävä sähkönhintaan vaikuttava tekijä. peasti säädettävään tuotantokapasiteettiin kuin ilman Pohjoismaisen vesivoiman hyödynnettävyyttä. Siten Norjan ja Ruotsin vesivoimalla voidaan laskea uusiutuvien energiantuotantomuotojen integrointikustannuksia eurooppalaiseen sähköjärjestelmään. Suomessa kyseinen kehitys voi kuitenkin näkyä vesivoimasäädön kalliimpana hintana ja sen huonompana saatavuutena. Lisää aiheesta • Pohjoismaisten sähkömarkkinoiden markkinainformaatio: http://www.nasdaqomxcommodities.com/ • Tietoa pohjoismaisista sähkömarkkinoista: http://www.nordpoolspot.com/ • Tietoa Euroopan laajuisesta sähköjärjestelmästä: https://www.entsoe.eu/ EnErgia ja VEsi Suomen uusi suostrategia ja vaikutukset vesien tilaan Eri ministeriöt (TEM, YM ja MMM) asettivat vuonna 2009 työryhmän valmistelemaan Suomen soiden ja turvemaiden kansallista strategiaa (MMM 2011). Strategian tavoitteena on soiden kestävä ja vastuullinen käyttö sekä eri käyttötarpeiden yhteensovittaminen. Yhteen on sovitettava soiden yhteiskunnallinen, taloudellinen ja ekologinen hyöty. Tavoitteena on turvata maa-, metsä- ja turvetuotantotalouden tarpeet, vähentää haitallisia vesistö- ja ilmastovaikutuksia, saavuttaa suotuista suojelutaso sekä turvata suon muu moninaiskäyttö. Björn klöVe Professori Oulun yliopisto, vesi- ja ympäristötekniikan laboratorio E-mail: [email protected] V aikka strategia on varsin yleinen, esitetään siinä joitakin uusia mekanismeja soiden alueiden käytön suunnitteluun kuten esimerkiksi ”luonnontila-asteikko”, jonka avulla soiden käyttöä voidaan ohjata muuttuneille soille, ja ”vaihtomekanismin” käyttö, jonka avulla turvetuottajien omistamat luonnontilaiset suot voidaan vaihtaa luontoarvoiltaan vähempiarvoisiin soihin. Strategia ottaa myös kantaa tulevaan tutkimustarpeeseen. Alustava strategia on parhaillaan lausuntokierroksella. Soiden käytön tulevat tarpeet Suostrategia esittää maa-, metsä- ja turvetuotantotalouden tulevat tarpeet. Strategia tukeutuu aiempiin sopimuksiin, lainsäädäntöön, ja tarpeiden selvityksiin (mm. Kansallinen metsäohjelma 2015). Suopeltoja on Suomessa noin 250 000 ha eli 12 prosenttia peltoalasta. Peltoja on raivattu vuosina 1995–2006 noin 57 000 ha. Ojitus viime vuosina johtuu maatalousyrittäjien pyrkimyksestä parantaa tuottavuutta tilakokoa laajentamalla. Peltoa tarvitaan myös lannan levitykseen erilaisten ympäristötukien ja säädöksien tavoitteiden täyttämiseksi. Strategian mukaan suopeltoja tarvitaan tulevaisuudessa takaamaan myös kotimaista ruokahuoltoa mm. maanviljelyn vaikeutuessa ilmaston lämpenemisen myötä. Metsätalouskäytössä on noin 6 300 000 ha suota, josta suuri osa on ojitettu. Metsätalouden kunnostusojitustarve on noin 80 000 ha vuodessa. Strategian mukaan suometsät tuottavat tulevaisuudessa kasvavassa määrin raaka-ainetta ja bioenergiaa biotalouden tarpeisiin. Kannattamattomat ojitukset siirtyvät joko luonnonsuojeluun, hiilen varastointiin, biomassojen korjuuseen tai turvetuotantoon. Turvetuotannossa on noin 60 000 ha. Uutta turvesuota tarvitaan 58 000 ha vuoteen 2020 mennessä. Strategian mukaan turpeella on asema kotimaisena energiana ja seospolttoaineena ja sitä käytetään mm. kasvualustoina sekä ympäristön ja terveydenhoidon kohteissa. Strategian esitettyjen lukujen valossa ojitustarve näyttää olevan noin 6 000 ha sekä maatalouden että turvetuotannon tarpeisiin ja metsätaloudessa noin 80 000 ha vuodessa eli yhteensä noin 100 000 ha vuodessa. Suostrategia ja ympäristö Strategian tavoitteena on, että ojituksesta ja turvemaiden käytöstä koituvat ympäristöhaitat vähenevät. Strategia painottaa soiden käytön ohjautuvan jo ojitetuille soille, jotka ovat luontoarvoiltaan usein vähäarvoisempia kuin täysin luonnontilaiset suot. Ojitus on luvanvaraista turvetuotannon tarpeisiin, ja edellyttää siten ympäristöluvan. Luvan saannin yhteydessä tarkistetaan ojituksesta koituvat haitat. Maa- ja metsätalouden ojitus ei pääsääntöisesti vaadi lupaa. Strategia käsittelee soiden käytön vaikutuksia myös vesistöjen ainehuuhtoumiin. Joitakin hydrologisia vaikutusta on käsitelty lyhyesti omalla liitteellä. Strategia arvioi hyvin soiden käytön vaikutusta kiintoaine- ja ravinnehuuhtoumiin. Mahdollisiin vaikutuk- www.vesitalous.fi 1 Energia ja vesi siin vesistöissä laajemmin ja ekologisiin vaikutuksiin strategia ei juuri ota kantaa. Keskeisenä tavoitteena strategiassa on vesien tilan parantaminen, jota Suomessa ohjaa vesipuitedirektiivin vesienhoitosuunnitelmat. Strategia kokoaa ja nimeää erilaisia vesiensuojelun kehityshankkeita joiden avulla vesien tilaa voidaan parantaa. Perusteet soiden käytön vesistövaikutuksista Soiden käyttö vaikuttaa vesien määrään ja laatuun. Luonnontilassa suo koostuu pääasiassa vedestä, kuolleista kasveista ja elävästä pintakerroksesta. Suossa hajoamistuotteena syntyvät humusaineet. Siksi suovesi on luonnollisesti ruskea. Soihin on kertynyt orgaanisen kasvimassan (hiilen) lisäksi myös ravinteita ja metalleja. Soihin on kulkeutunut valuma-alueilta pinta- ja pohjavesien mukana 10 000 vuoden ajan rapautumistuotteita, joista osa on pidättynyt soihin erilaisten biogeokemiallisten prosessien tuloksena. Tästä esimerkkinä voidaan mainita rauta, joka esiintyy paikoitellen 16 Vesitalous 4/2011 suuria määrinä (suomalmi). Ojituksen vesistövaikutuksia tarkasteltaessa on ymmärrettävä soiden kehityshistoria ja soiden rooli koko valuma-alueen kannalta. Suot siis pidättävät ja puhdistavat luonnontilassa osan valuma-alueen aineista kuten raudan ja fosforin. Suo on luonnontilaisenakin jatkuvan hajoamisprosessin alla ja suo päästää siten hiiltä vesistöihin humusaineina, joka näkyy TOC ja DOC -arvoina ja ilmakehään hiiltä, etenkin metaania. Ojituksen jälkeen vesistövaikutukset voidaan karkeasti jakaa kahteen osaan: Suon valuma-alue: valuma-alueen vedet kulkeutuvat nopeasti ojissa suon läpi. Keskeinen vaikutus lienee veden nopeampi purkautuminen alapuoliseen vesistöön. Tämä tarkoittaa vesistössä tulvavirtaamien kasvua ja alivirtaaminen vähenemistä. Vaikutuksen suuruus riippuu valuma-alueen koosta ja etenkin suoalan osuudesta koko valuma-alueessa. Vaikutukset riippuvat siis tarkasteltavasta kohteesta. Siitä miten luonnontilainen suo vaikuttaa valuma-alueen vedenlaatuun, on vähemmän tietoa. Suo: ojituksen ja kuivatuksen myötä soiden vedenpinta laskee. Suon pintakerros hapettuu ja vapauttaa hiilidioksidia ilmakehään ja muun muassa typpeä vesistöön. Ojituksen myötä suosta purkautuu yhä enemmän vettä soiden syvemmistä kerroksista, jossa on usein enemmän fosforia ja humusta. Usein huuhtoutuminen vähenee ajan saatossa. Luonnontilassa soista purkautuu vettä eniten suon pintakerroksesta, jossa on vähemmän humusta ja ravinteita. Ojitus vaikuttaa keskeisesti kiintoaineen huuhtoutumiseen. Kiintoainetta huuhtoutuu eri prosessien seurauksena. Kiintoaine on peräisin joko suosta (orgaaninen aines eli turve) tai ojien mineraalimaasta (hiekka, siltti, savi, jne). Soiden ojituksen vaikutukset kohdistuvat pinta- ja pohjavesiin. Pintavesien kannalta keskeinen vaikutus on nähdäkseni pienvesien morfologiset muutokset. Latvavesien ojitus on jo laajasti muuttanut luonnontilaisia vesiuomia. Nykyään arvokkaisiin pienvesiin ei puututa. Ojituksen myötä latvavesiin sedimentoituu turvetta ja hiekkaa. Monet EnErgia ja VEsi latvapurot ovatkin hiekan peittämiä ja suvannot voivat olla osin turpeen peittämiä. Turve kulkeutuu pidemmälle ja laskeutuu vasta virtausnopeuden hidastuessa. Kiintoaine voi vaikuttaa jokien ja järvien ekologiaan sekä virkistyskäyttöön. Vaikka kiintoaine on soiden ojituksen keskeinen vesistöhaitta, ei kiintoaineen kulkeumaa koko valuma-alueen tasolla ole Suomessa juurikaan tutkittu. Sen sijaan tiedämme jonkun verran enemmän siitä, mitä itse ojitusalueella tapahtuu ja miten kiintoaine sieltä kulkeutuu. Pintavesiin kulkeutuu myös typpeä ja fosforia ojituksen jälkeen. Tosin pitoisuudet ovat yleensä aika pieniä. Esimerkiksi turvetuotannon vesissä on fosfaattifosforia yleensä 30…80 μg/l riippuen alueen geologiasta ja typpeä 1 000…6 000 μg/l. Typpipitoisuus on luultavasti huomattavasti pienempi metsätalouden kunnostusojituksen valumavesissä. Vaikutuksista pohjavesiin on vielä vähän tietoa. Suot sijaitsevat pohjaveden purkautumisalueella tai muodostumisalueella. Ojitus lisää pohjavesipurkaumaa. Purkautuminen on suurinta jos ojitetaan syviä suokerroksia, jos suon alapuolella pohjavesi on paineellista. Tämä on päinvastaista tietoa, mitä aiemmin luultiin. Jos suoojitus johtaa pohjavesien purkautumiseen, voi tämä johtaa pohjavesijärvien pinnan laskuun niin kuin on todettu Pohjois-Pohjanmaalla Rokuan arvokkaissa suppajärvissä. Ojitus muodostumisalueella voi johtaa suovesien sekoittumiseen pohjavesiin. Tosin tästä ei ole tutkimustietoa ja suo-ojituksen vaikutuksista pohjavesiin tarvitaan lisää tietoa. Vesistövaikutusten arviointi suostrategiassa? Suomen uusi suostrategia osoittaa suonkäytön tavoitteita. Strategian ovat koonneet eri intressiryhmät, sidosryhmät ja alojen asiantuntijat. Ympäristövaikutuksia käsitellään nähdäkseni pääasiassa lähtien vaikutuksista suoluontoon ja kasvihuonepäästöihin. Strategia ei juuri sisällä hydrologisia tai vesiekologisia vaikutusten analysointia ja strategian arvio vesistöihin ja pohjavesiin jää siten pintapuoliseksi ja joitakin vaikutuksia on siksi nostettu esille tässä artikkelissa. Ottaen huomioon että vesistöihin kohdistuvat vaikutukset ovat varsin monen kansalaisen ja mökkiläisten huolena, on ehkä yllättävää, että strategian työryhmään ei näytä kuuluvan vesistöjen asiantuntijoita. Strategia soveltaa ekosysteemipalvelujen käsitettä. Tosin tämä esitetään varsin yleisellä tasolla. Strategia ei sisällä eri käyttömuotojen hyötyjen ja haittojen arviointia. Kuten ympäristöpolitiikassa muutoinkin, strategia linjaa ristiriitaisia tavoitteita kuten bioenergian lisääminen ja vesiensuojelun lisääminen. Soiden käytön kannalta olisi keskeistä, että käytöstä aiheutuu taloudellista hyötyä. Ekosysteemikäsitteen valossa taloudellinen hyöty tarkoittaa kokonaishyödyn arviointia. Tämä sisältää kaikkien haittojen ja hyötyjen puntarointia ja arvottamista. Asia ei vesitalouden suunnittelussa sinänsä ole uusi, mutta hyödyn arviointi on nyt kokonaisvaltaisempaa sisältäen myös vaikeammin arvioitavat hyödyt ja haitat. Turvemaiden käytöstä hyötyvät monet tahot kuten maanomistajat, kunnat ja kaupungit. Haittoja kokevat mm. vesistöjen käyttäjät ja luonnon monimuotoisuus. Vaikka ilma- ja vesistöpäästöt tunnetaan jollakin tarkkuudella, on haittojen kokonaisarviointi vaikeampaa ja siihen sisältyy epävarmuutta. Haittoja voidaan paikallisesti vähentää mm. eri vesisuojelumenetelmiä käyttämällä ja kehittämällä. Tulevat tutkimustarpeet ja ekosysteemipalvelut Strategia linjaa tulevia tutkimustarpeita. Jotta ekosysteemikäsitettä voitaisiin paremmin soveltaa, pitäisi tutkimus kohdentaa haittojen arviointiin sekä suon elinkaarianalyysiin. Strategian kansikuvaa osoittaa soiden historian ennen ojituksia. Miltä tämä kuva näyttää tulevaisuudessa? Olisin kaivannut strategiaan laajempia näkökantoja soiden käytölle ja etenkin niiden jälkikäytölle. Soiden viljelyssä suota häviää ilmakehään suon hapettuessa 1…4 cm vuodessa. Jos suota viljellään tai sieltä nostetaan turvetta, häviää suo ennen pitkään ilmakehään hiilidioksidina ja tilalle jää mineraalimaa. Onko siis järkevämpää polttaa turvetta energiaksi kuin viljellä suopeltoja? Voidaanko suopohjat palauttaa kostei- koiksi osaksi luonnon ympäristöä suon käytön loputtua? Sitovatko suot silloin taas hiilidioksidia ja toimivat tulvan tasaajina? Strategia ei ota kantaa maankäytön ja ympäristöpolitiikan muutoksiin, jotka pitkälti ohjaavat soiden käyttöä. Soiden käytön historian valossa on todennäköistä, että tavoitteet ovat tulevaisuudessa erilaiset kuin nyt. Ennen soita ojitettiin joutomaina valtion tuen turvin pelloiksi, nykyään soita ennallistetaan EU -tukirahoilla. Miten erilaiset muutokset vaikuttavat päätöksentekoon? Onko soiden tuottama bioenergia varmasti kestävä ratkaisu energian tarpeeseen? Onko puun ja energiakasvien tuotto kannattavaa ja hyödyt suuremmat kuin haitat. Metsäojitus pilaa helposti arvokkaita latvavesiä. Voiko suopellolla tuotettua ruokaa kutsua luomuruoaksi ja onko tuotanto silloin ekologisesti kestävää? Kokonaisvaltaista lähestymistapaa tarvitaan suon käytössä ja vaikutusten ymmärtämisessä. Lopuksi Turvetuotannossa ja jossakin määrin myös metsätaloudessa on kehitetty erilaisia ratkaisuja vesiensuojeluun, jotka vähentävät suo-ojituksen haittoja. Monet ratkaisut ovat edelleen testaamatta ja vaativat edelleen kehittämistä, jotta ne olisivat käytäntöön soveltuvia. Tutkimusta tarvitaan edelleen myös koko valuma-alueen mittakaavassa, jossa huomioidaan kaikki kuormittajat ja vaikutukset vesistöissä. Koska vaikutukset näkyvät joskus hitaasti, tarvitaan pitkäjänteistä tutkimusta. Koska monet vaikutusmekanismit ovat tuntemattomia, tarvitaan myös perustutkimusta. Tuotekehityksellä ja soveltavalla tutkimuksella voidaan luoda ratkaisuja vesistöhaittojen vähentämiseen. Ottaen huomioon että 30 prosenttia Suomen pinta-alasta on suota ja Suomi on keskeinen soiden käyttäjä, voisi olettaa että soiden käyttöä ja sen vaikutuksia tutkittaisiin vielä enemmän. Kirjallisuus MMM 2011. Ehdotus soiden ja turvemaiden kestävän ja vastuullisen käytön ja suojelun kansalliseksi strategiaksi. Maa- ja metsätalousministeriö, työryhmämuistio, MMM 2011:1. Helsinki. 159 s. www.vesitalous.fi 1 EnErgia ja VEsi Jäteveden lämmön hyötykäyttö – uusiutuvan energian käyttöä vai energian säästöä? anne salMinen Tekesin VESI-ohjelman koordinaattori Pöyry Finland Oy E-mail: [email protected] 1 Vesitalous 4/2011 Kun noin puolet jokaisen eurooppalaisen päivässä käyttämästä noin 150 litran vesimäärästä on lämmintä, viemäriin virtaavan jäteveden sisältämä lämpöpotentiaali on valtava. Tämä ympäristöystävällinen lämmönlähde ei ole saanut vielä riittävää yleistä huomiota osakseen, jotta sitä olisi systemaattisesti ja kattavasti hyödynnetty potentiaalisilla alueilla. Viime vuosien aikana laajempi kiinnostus on herännyt Suomessa ja lähitulevaisuus näyttää, tuleeko jäteveden lämmön hyötykäytöllä olemaan merkittävämpi rooli yhä haasteellisempien energiatehokkuuteen ja ilmastovaatimuksiin liittyvien tavoitteiden toteuttamisessa. E nsimmäisen kerran jäteveden lämpöpotentiaalia tarkasteltiin tarkemmin jo 1970–80-luvuilla öljykriisin jälkeen, kun vaihtoehtoisten energialähteiden selvittäminen oli hyvin ajankohtaista. Tuon ensimmäisen heräämisen jäljiltä syntyi harvoja, osaltaan kokeiluluontoisia jäteveden hukkalämpöä hyödyntäviä sovelluksia. Suomessa tehtiin 1990-luvun alkupuolelta lähtien lähinnä joitakin kiinteistökohtaisia ratkaisuja mm. uimahalleissa, joissa suihkuvesien lämpöä hyödynnetään veden esilämmittämiseen, sekä jätevedenpuhdistamoilla (esim. Lapua ja Kitee), joissa puhdistusprosessista otettu lämpö hyödynnetään lämpöpumpun avulla omalla laitoksella. Ruotsissa ja Norjassa jäteveden lämpöä on hyödynnetty suuremmassa mittakaavassa jo 1980-luvulta alkaen ja Keski-Euroopassa perehtyminen jäteveden lämmön hyötykäyttöön alkoi tiiviimmin 1990-luvulla. Erityisesti Sveitsissä ja Saksassa on tehty systemaattista työtä sen eteen, että jäteveden lämmön hyötykäyttö saisi merkittävämmän roolin yhtenä primäärienergiaa korvaavien ja CO2-päästöjä alentavien toimenpiteiden joukossa. Tämä työ on tuottanut mm. runsaasti saksankielistä tutkimus- ja suunnittelumateriaalia aiheesta, joka on edesauttanut projektien toteuttamista. Suomessa on muutaman viime vuoden aikana herätty aiheen pariin uudelleen. Tämän myötä muutama menestyksekäs projekti on toteutettu ja joitakin uusia on suunnittelupöydällä - vielä on kuitenkin runsaasti matkaa laajempaan läpimurtoon jäteveden lämmön hyödyntämiseksi lämmön tuotannossa. Aiheen kansallinen edistäminen vaatii yleisesti laajempaa perehtyneisyyttä aiheeseen ja sen tuomiin mahdollisuuksiin, avointa yhteistyötä relevanttien sidosryhmien välille ja ennen kaikkea tahtoa siirtyä eteenpäin. Vaikka kehitystyötä edelleen tarvitaan, alkaa konkretiaa olla tarpeeksi tarjolla erilaisten sovellusten toteuttamiseksi laajemmin. Tekniikka Jäteveden hukkalämmön hyödyntämiseen tarvittava tekniikka on periaatteeltaan varsin yksinkertaista ja käytössä koeteltua. Teknisiä perusvaihtoehtoja on kaksi: pelkästään lämmönvaihdinta hyödyntävä suora esilämmityssysteemi tai lämpöpumppu, jolla voidaan tehostaa lämmöntuottoa ja toisaalta myös tuottaa jäähdytysenergiaa. Erään arvion mukaan maailmanlaajuisesti jätevettä hyödyntäviä lämpöpumppuja on käytössä jo yli 500 kappaletta, teholtaan 10 kW – 20 MW (Schmid 2008). EnErgia ja VEsi Periaatteessa lämmön talteenotto jätevedestä voi tapahtua kolmessa eri sovelluskohteessa: kiinteistössä, kiinteistön jälkeen viemäriputkesta (putkeen asennettu tai ulkoinen lämmönvaihdin) tai jätevedenpuhdistamolla puhdistusprosessin jälkeen (Kuva 1). Kiinteistökohtaisesti hyödynnetään usein niin sanotun harmaan jäteveden lämpöä, vaikkakin sovelluksia on tehty myös mustalle jätevedelle. Jäteveden avulla tuotettu lämpö voi- daan hyödyntää lämmitykseen paikallisesti talteenottokohteessa tai sen lähistöllä, tai soveltuvin osin lämpö voidaan johtaa kaukolämpöverkkoon. Lämmön talteenoton kannalta taloudellisesti mielenkiintoisia voivat olla Kuva 1. Lämmön talteenottomahdollisuudet jätevedestä (Schmid 2008). www.vesitalous.fi 1 Energia ja vesi kohteet, joissa jäteveden määrä on suhteellisen suuri ja virtaus jokseenkin jatkuvaa. Tällaisia kohteita ovat esimerkiksi suuret asuinkiinteistöt ja -alueet, uimahallit ja kylpylät, pesulat, sairaalat, hotellit, teollisuuskiinteistöt, pääviemärit, jätevedenpumppaamot ja jätevedenpuhdistamot. Harvojen 1980–90 -luvuilla käyttöönotettujen järjestelmien tekniikka alkaa olla elinkaarensa päässä. Viime vuosina lämpöpumppujen, lämmönsiirtotekniikan ja pintamateriaalien kehittyminen sekä osittainen puhdistustekniikan käyttö (puhdistamatonta jätevettä käytettäessä) on merkittävästi parantanut jäteveden hukkalämmön talteenoton tehokkuutta ja siten edesauttanut sen laajempaa hyödyntämistä. Jäteveden lämmön talteenoton mahdollisuuksien arviointia varten määritetty joitakin kannattavuuteen vaikuttavia ja suunnittelua tukevia peruskriteerejä, vaikkakin olosuhteista ja valitusta tekniikasta riippuen vaihtelua esiintyy ja sen vuoksi jokainen tapaus on erikseen huolellisesti suunniteltava. Pelkkää lämmönvaihdinta käytettäessä systeemin on sijaittava varsin lähellä varsinaista lämmityskeskusta (<50 m), koska lämmönvaihtimella esilämmitettyä vettä joudutaan yleensä vielä lämmittämään käyttökohteessa tarvittavaan loppulämpötilaan. Käyttökohteena olevan kiinteistön tai paikallisen lämpöverkon lämmityksen tehontarve tulisi olla vähintään 50…100 kW ja käytettävän veden määrä riittävä; esimerkiksi yli 20 talouden asuintalot, uimahallit, pesulat ja teollisuuskiinteistöt ovat yleensä soveltuvia. Lämmön talteenottosysteemin tehokkaan toiminnan takaamiseksi jäteveden virtauksen ja lämmitettävän veden tarve pitäisi yleensä olla jokseenkin samanaikaista. Systeemin vuosittaisten käyttötuntien määrän maksimointi luonnollisesti lyhentää suoraan investoinnin takaisinmaksuaikaa. Lämpöpumpulla lämmön talteenottosysteemin tehokkuutta voidaan oleellisesti parantaa. Lämpöpumpulla voidaan potentiaalisesti hyödyntää jätevettä taajama-alueella, jossa asukasvasteluku on yli 5 000, tai alueella, jossa muutoin on riittävän suuri kokoojaviemäri tai jätevedenpumppaamo. Jäteveden keskimääräinen virtaa- 20 Vesitalous 4/2011 ma tulisi olla vähintään 36…54 m³/ h (10…15 l/s) ja suhteellisen jatkuvaa (verkostossa ilman hulevesiä); varsinainen minimivirtaama voidaan kuitenkin määrittää vasta tiedossa olevan lämmitys- / jäähdytystehon tarpeen perusteella. Lämmönkäyttökohteessa lämmitystehon tarve tulisi olla vähintään 100…200 kW (vastaa 40…50 asuinhuoneistoa tai 2 000…5 000 m² liikekiinteistöä) ja tulisi sijaita alueesta riippuen maksimissaan 100…500 metrin etäisyydellä tuotetusta lämmöstä; jätevedenpuhdistamon puhdistettua jätevettä hyödynnettäessä alle 1 000 m etäisyydellä. Jätevedenpuhdistamon yhteyteen tai teollisuuslaitoksen yhteyteen tehtävä lämmön talteenottoinvestointi on yleensä helpompi saada kannattavalle tasolle jäteveden suurempien virtaamien vuoksi. Kannattavuutta voidaan yleensä myös parantaa yhdistämällä lämmön ja kylmän tuotanto, jos molemmille tuotteille on markkinat olemassa. Potentiaali, markkinat, käyttöoikeus Ruotsissa on nykyään toiminnassa 40…50 puhdistettua jätevettä hyödyntävää suurta lämpöpumppua (>1 MW), jotka toimittavat 6 200 GWh lämpöenergiaa kaukolämpöverkkoihin. Vaikka Ruotsissa on edetty jo varsin pitkälle ja jäteveden lämmön hyödyntämisen suosio on hieman hiipunut biomassan ja jätteenpolton kilpailukyvyn vuoksi lämmön tuotannossa, on merkittävää potentiaalia edelleen olemassa ja aihe on kiinnostava esimerkiksi pienemmille jätevedenpuhdistamoille korvaamaan sähkön ja öljyn käyttöä omalla laitoksella, sekä kiinteistöille, joissa passiivisen systeemin käyttäminen on mahdollista (lämmönsiirtimet). Ruotsissa arvioidaan, että jäteveden lämmön hyödyntämispotentiaalia olisi edelleen noin 1 700 GWh vuodessa. Muutamissa muissa maissa on arvioitu jäteveden hyödynnettävissä olevaa lämpöpotentiaalia vuositasolla seuraavasti: Saksa 11 000 GWh, Sveitsi 2 000 GWh, Norja 1 500 GWh ja Itävalta 500 GWh. Suomessa jäteveden lämpöpotentiaalin voi arvioida olevan vähintäänkin Norjan luokkaa. Kenelle jäteveden lämpö ja siten sen käyttöoikeus oikein kuuluu? Viemärissä ja jätevedenpuhdistamon jälkeen lämpöä talteen otettaessa tilanne on usein melko selkeä, kun osapuolina yleensä ovat kunnallinen viemärilaitos ja lämpöä hyödyntävä taho, tyypillisesti (kunnallinen) energiayhtiö. Näiden tahojen välille tehtävässä sopimuksessa sovitaan kriteerit ja vastuut lämmön käytölle, sekä siitä mahdollisesti perittävät maksut. Omassa kiinteistössä jäteveden lämmön hyödyntämiselle ei periaatteessa esteitä pitäisi olla kunhan vesi- ja viemärilaitoksen sopimusehdot täyttyvät. Lisäksi on toki huomioitava rakentamiseen ja energian tuotantoon liittyvä luvanvaraisuus. Esimerkiksi Ruotsissa vesi- ja viemärilaitosten yleisten sopimusehtojen mukaan kiinteistön omistaja saa käytännössä hyödyntää sen verran jätevedessä oleva lämpöä kuin mitä itse siihen tuottaa – eli lämmön talteenottoa ei saa tapahtua siten, että kunnalliseen viemäriin menevän veden lämpötila on alle kiinteistöön toimitettavan veden lämpötilaa. Suomessa vastaavaa kohtaa jäteveden lämmön hyödyntämisestä ei VVY:n ja Suomen Kuntaliiton yhteistyössä laatimissa vesilaitosten yleisissä toimitusehdoissa ole mainittuna, mutta eri paikkakunnilla tosin voi olla poikkeuksia vesilaitoksen omissa toimitusehdoissa. Sovelluskohteita Suomessa on viime vuosina otettu käyttöön jätevedenpuhdistamon puhdistettua jätevettä hyödyntävät Katri Valan lämpöpumppulaitos Helsingissä ja Turun Kakolanmäen jätevedenpuhdistamon lämpöpumppulaitos. Katri Valan lämpöpumppulaitos on sekä prosessikokonaisuuden että koon puolesta ainutlaatuinen maailmassa ja sen hiilidioksidipäästöt ovat 20 prosenttia siitä, mitä vastaavan energiamäärän tuottaminen kuluttaa fossiilisia polttoaineita käyttäen. Lisäksi puhdistetun jäteveden lämpöä hyödyntävän lämpöpumppulaitoksen kannattavuutta tarkastellaan ainakin Tampereella, Oulussa, Kuopiossa, Vaasassa ja Joensuussa. Tämänkin jälkeen potentiaali on vielä suuri: Suomessa kunnallisten ja ylikunnallisten laitosten EnErgia ja VEsi osuus vesihuollon kokonaisvolyymistä on yli 90 prosenttia, josta 25 suurimman vesilaitoksen osuus vedenmyynnistä on lähes 60 prosenttia. Näiden laitosten toimintaalueet lienevät hyvä lähtökohta potentiaalisimpien jäteveden lämmön hyötykäyttökohteiden tarkastelussa. Viemäreistä ennen jätevedenpuhdistamoa lämpöä talteen ottavat sovellukset ovat saaneet suuren huomion Keski-Euroopassa ja toteutettuja projekteja on jo lukuisia. Tämä sovellus on nostanut Suomessa esiin yleisiä arveluja, että lämmön talteenoton aiheuttaman lämpötilan liiallinen aleneminen haittaisi typenpoistoa jätevedenpuhdistamolla. Tämä asia on myös KeskiEuroopassa olevissa systeemeissä tarkkaan huomioitu ja sieltä saatujen käyttökokemusten mukaan alle 0,5 °C lämpötilan lasku verkostossa on usein riittävä kannattavan lämmön talteenottosysteemin rakentamiseksi. Koska viemärit ovat yleensä kunnallisen laitoksen omistuksessa, tämä sovellusalue laajentaa edelleen mahdollisuuksia jäteveden lämmön hyötykäyttöön kuntatasolla. Runsaasti vettä käyttävän teollisuuden piirissä on myös laajat mahdollisuudet suuriin primäärienergian säästöihin jäteveden hukkalämpöä hyödyntämällä. Nykyisellä tekniikalla investointien takaisinmaksuajat teollisuuden sovelluksissa ovat erittäin kiinnostavia, ja potentiaalisia kohteita on runsaasti. Lämpöpumpputekniikka sopii hyvin erityisesti elintarviketeollisuudelle, koska se käyttää paljon lämmintä pesuvettä ja toisaalta myös jäähdytystä voidaan hyödyntää. Esimerkiksi Snellmannin tuotantolaitoksella Pietarsaaressa vuonna 2007 käyttöön otettu, jäteveden hukkalämpöä hyödyntävä lämpöpumppu säästää energiakustannuksissa jopa 100 000 euroa vuodessa. Pelkästään lämmönvaihdinta käyttäviä kiinteistökohtaisia ratkaisuja on tehty jonkin verran uimahalleissa sekä yksittäisissä pesuloissa (suihku- ja pesuvesien lämmön talteenotto), mutta potentiaalisia kohteita on edelleen hyödyntämättä lukemattomia. Kodin energiankäytöstä jopa 50 prosenttia kuluu lämmitykseen ja muodostaa siten asuinrakennusten suurimman yksittäisen kustannuserän. Tästä lämmöstä valutetaan yleisesti reilu viidennes suoraan viemäriin, jota on nykyisellään helppo hämmästellä kun samalla koko ajan puhutaan asumisen energiatehokkuuden parantamisesta. Hämmästys vain lisääntyy, kun katselee Valurautainen paineputkijärjestelmä juomavedelle OD90/110/125 Muoviputken ja valurautaputken parhaimmat ominaisuudet on nyt yhdistetty uudeksi Blutop-järjestelmäksi. Valurautaputken kestävyys, jäykkyys ja liitosmenetelmä sekä muoviputken keveys ja asennettavuus laajentavat käsitystä putken käytettävyydestä. Blutop-järjestelmään kuuluvat osat ovat suoraan yhdistettävissä PE- ja PVC-linjoihin. Saint-Gobain Pipe Systems Oy Nuijamiestentie 3 A, 00400 HELSINKI Merstolantie 16, 29200 HARJAVALTA Puh. 0207 424 600, fax 0207 424 601 E-mail: [email protected] www.sgps.fi www.vesitalous.fi 21 EnErgia ja VEsi matalaenergia- ja passiivitalorakentamiseen liittyviä ohjeita ja käytäntöjä: (harmaan) jäteveden lämmön hyötykäyttö saatetaan mainita yhtenä mahdollisuutena, mutta asian sovellukset, tekniset vaihtoehdot ja toteutukset näyttävät puuttuvan Suomesta melkeinpä kokonaan. Joissain yhteyksissä on viitattu, että jäteveden lämmön talteenottosysteemit saattaisivat olla Suomen Rakennusmääräyskokoelman D1-vaatimusten vastaisia, mutta nykytekniikan suomilla mahdollisuuksilla nuo D1vaatimukset lienevät kuitenkin melko helposti täytettävissä. Villisti voisi arvella, että energiatehokkaan rakentamisen tuomat haasteet ja jäteveden lämmön tuomien energiansäästömahdollisuuksien yhdistäminen esimerkiksi kiinteistöjen putkisaneerauksiin ja uudisrakentamiseen ylipäätään loisivat sellaista kysyntää, johon teknologiatoimittajat voisivat vastata ja siten markkinat alkaisivat kehittyä myös tällä osa-alueella. Taulukossa 1 on koottuna esimerkkejä Euroopassa toteutetuista lämpöpumppua hyödyntävistä lämpölaitoksista erilaisissa sovelluskohteissa. Ympäristö- ja investointinäkökohtia Energiaa säästävien toimenpiteiden toteuttaminen vähentää ilmastonmuutosta vauhdittavien hiilidioksidipäästöjen syntymistä ja siten tarkoituksenmukainen ja tehokas energiankäyttö on osa Taulukko 1. Lämpöpumppua hyödyntäviä lämmön talteenottojärjestelmiä. Sijainti / vuosi Asiakas / käyttökohde Itävalta, Wien 2006 Toimisto, varasto Ruotsi, Alvesta 1981, 2002 Tuotettu lämpö / kylmä (MWh) COP* 190 / 149 366 / - 3,7 JV-puhdistamo 214 1 000 3 Sveitsi, Binningen 2001 Kerrostalo (300 asuntoa) 380 2 400 3,2 Saksa, Lingen 2004 KL-yhtiö (31% lämmöstä) 120 460 3,4 Norja, Skoyen (Oslo) 1980, 2006 KL-yhtiö (10% lämmöstä) 18 400 85 000 2,85 Norja, Sandvika (Oslo) 1989 KL-yhtiö (52% lämmöstä) 13 000 / 9 000 47 000 / 11 000 3,1 Ruotsi, Örebro 1984, 2005 KL-yhtiö (10% lämmöstä) 40 000 / - 120 000 / 9 000 3 Suomi, Helsinki (Katri Vala) 2006 KL-yhtiö 90 000 / 60 000 n. 200 000 / na 3,5 (L) / 5,5 (L+K) Suomi, Turku (Kakolanmäki) 2009 KL-yhtiö (8% lämmöstä, 90% kylmästä) 19 500 / 13 000 150 000 / 25 000 3,1 * Lämpökerroin 22 Lämpö- / kylmäteho (kW) Vesitalous 4/2011 JV lämmön talteenottopaikka, T, Q viemäri (puhdistamaton) ǻT= 0,2°C, Qmin= 300 l/s JV-puhdistamo (puhdistettu) ǻT= 4°C, Q= n/a viemäri (puhdistamaton) ǻT=0,3°C, Qmin = 200 l/s viemäri teollisuuslaitokselta (puhdistamaton) ǻT= n/a, Qmin= 42 l/s viemäritunneli (puhdistamaton) ǻT= 5°C, Qave=n/a viemäritunneli (puhdistamaton) ǻT= 8°C, Qave=3000 l/s JV-puhdistamo (puhdistettu) ǻT=5°C, Qmin = n/a JV-puhdistamo (puhdistettu) ǻT=6°C, Qave = 3000 l/s JV-puhdistamo (puhdistettu) ǻT= n/a, Qave = 1300 l/s EnErgia ja VEsi yritysten, kuntien ja muiden yhteisöjen yhteiskunnallista vastuuta. Jäteveden sisältämän lämmön hyötykäyttömahdollisuudet tuovat tähän energiatehokkuuden kokonaistarkasteluun lisää vaihtoehtoja, joita ei kannata jättää punnitsematta. Tämän artikkelin otsikossa pohditaan jäteveden lämmön hyötykäytön kategorisointia, eikä vastaus kysymykseen ole selkeä. Esimerkiksi joissakin kuntien energiastrategioissa mainitaan, että jäteveden lämmön hyödyntäminen lämpöpumpulla olisi uusiutuvan energian tuotantoa. Tämä lausuma hukkalämmöstä uusiutuvana energialähteenä on ainakin osaltaan virheellinen, erityisesti EU:n RES-direktiivin ja kansallisen energiatukirahoitusten näkökulmasta. Jäteveden sisältämä hukkalämpö (kuten ilmastoinnissa poistoilmasta hyödynnettävä hukkalämpökin) on ihmisen toimesta lämmitetty korkeampaan lämpötilatasoon, eikä se siten varsinaisesti vastaa uusiutuvan energian kriteereitä. Poistoilmalämpöpumppujen lämmöntuotantoa ei lasketa RES-direktiivin mukaiseksi uusiutuvaksi energiaksi, ja vaikka jätevesilämpöpumppua ei selkeästi ole direktiivissä mainittu, se tulkitaan myös ei-uusiutuvaan kategoriaan esimerkiksi TEM:ssä energiatukihakemuksia käsiteltäessä. Jäteveden hukkalämmön hyödyntäminen olisi monessa tapauksessa järkevää energiansäästön kannalta, jolloin se usein myös vähentää fossiilisten poltto- aineiden käyttöä ja CO2-päästöjä. Muut kuin suoraan energiansäästöön liittyvät asiat saattavat kuitenkin ohjata lopullista energiantuotantoinvestoinnin muotoa: esimerkiksi biopolttoaineita hyödyntävä voimalaitos uusinvestointina voi mennä hukkalämmön hyödyntämisen edelle uusiutuvan energiatuotannon tavoitteiden ja toisaalta myös uusiutuvan energian käytön kannustamiseen liittyvän tukijärjestelmän vuoksi. On hyvä kuitenkin muistaa, että esimerkiksi energiatukea voi Suomessa saada harkinnanvaraisesti myös tavanomaisella teknologialla tehtävään energiansäästöinvestointiin, jollainen esimerkiksi jätevesilämpöpumppuinvestointi yleensä on. Tuen saamiseksi hakijan tulee pystyä osoittamaan, että lämpöpumpulla saavutetaan energiansäästön lisäksi merkittävä CO2-päästöjen alenema koko energiajärjestelmän tasolla. Lämpöpumpun käyttämän sähköenergian päästökerroin on pääsääntöisesti paljon suurempi kuin esimerkiksi sillä korvattavan kaukolämmön päästökerroin. Kylmäntuotannon tullessa kuvaan mukaan, energiatukimuoto voi osaltaan muuttua riippuen siitä, miten kaukokylmä tuotetaan (esim. merivesi, uusiutuva energia). Katsaus tekeillä – kommentit tervetulleita Jäteveden lämmön hyötykäyttöön liittyvään aiheeseen on tekeillä katsaus Tekesin Vesi-ohjelman toimesta. Katsauksen tarkoituksena on koota yhteen perustietoa ja kokemuksia jäteveden lämmön talteenottoon liittyen sekä sen nykytilasta ja potentiaalista Suomessa. Katsaukseen on koottu tietoa mm. tekniikasta, laitetoimittajista, toteutetuista kohteista sekä pohdittu joitakin aiheeseen liittyviä erityiskysymyksiä. Koska katsausta on työstetty hyvin pitkälle avoimesti saatavilla olevien dokumenttien perusteella, löytynee sen sisältöön paljonkin täydennettävää. Katsaus on tarkoitus julkistaa Vesi-ohjelman nettisivuilla syksyllä 2011 (www.tekes.fi/vesi ), jonka jälkeen sen tietosisällön täydentäminen on edelleen mahdollista. Ohjelman puolelta kannustamme asiaan tai sen osa-alueisiin perehtyneitä lukijoita vapaaseen kommentointiin. Kirjallisuus • Runsaasti saksankielistä materiaalia aiheesta saatavissa internetissä* • Schmid F. 2008. Sewage Water: Interesting Heat Source for Heat Pumps and Chillers, Swiss Energy Agency for Infrastructure Plants. • WasteWaterHeat Consortium, Intelligent Energy Europe Programme of the European Community, Project Development Guideline • WasteWaterHeat Consortium (2007), Intelligent Energy Europe Programme of the European Community, Heating with wastewater Heat, Bestpractice catalogue. • WasteWaterHeat, Intelligent Energy Europe Programme of the European Community, Energikontor Sydost, Vägledning for återvinning * http://www.bfe.admin.ch/infrastrukturanlagen/01076/01077/index.html?lang=en Hallitsemme vesihuollon koko elinkaaren. FCG:n suunnittelema Kakolanmäen jätevedenpuhdistamo voitti vuoden 2009 RIL-palkinnon. FCG Finnish Consulting Group Oy 9HVLWDORXVBB[LQGG • FCG – Hyvän elämän tekijät • www.fcg.fi www.vesitalous.fi 23 näkökulma Vesi ja energia – oiva pari yhdessä Vesi on keskeinen tuotannontekijä, kun puhutaan pohjoismaisista sähkömarkkinoista. Yhteispohjoismaisilla markkinoilla yli puolet sähköstä tuotetaan vesivoimalla. Vesi ja sen määrä vaikuttavat oleellisesti sekä sähkön hintaan että tuotannon päästöihin. Vesivoiman rooli sähköjärjestelmän toimivuuden ylläpitäjänä korostuu sähköntuotantorakenteen muuttuessa vastaamaan niin ilmastonmuutoksen kuin fossiilisten polttoaineiden niukkuuden asettamiin haasteisiin. Energiantuotantorakenteessa kivihiilestä luovutaan ja aluetta valtaavat tuulivoima, ydinvoima ja kotimaiset polttoaineet, joista merkittävimmät Suomessa ovat puu ja turve. Pia oesch asiantuntija Energiateollisuus ry E-mail: [email protected] 2 Vesitalous 4/2011 S uomessa toimii noin 220 vesivoimalaitosta, joilla tuotetaan keskimäärin 18 prosenttia Suomen sähköstä. Vesivoiman kokonaiskapasiteetti on 3 127 MW ja sen tuotanto normaalivesivuonna reilu 13 TWh. Tärkeimmät voimatalousvesistömme ovat Iijoen, Kemijoen, Kokemäenjoen, Kymijoen, Oulujoen ja Vuoksen vesistöt. Vesivoimalla on ylivoimaisia ominaisuuksia verrattuna moneen muuhun sähköntuotantomuotoon. Se on uusiutuvaa, kotimaista ja päästötöntä. Lisäksi tuotanto on hajautettua ja soveltuu erinomaisesti säätökäyttöön. Vesivoima vaikuttaakin olevan vastaus kaikkiin energiapoliittisiin tavoitteisiin. Vesivoimaa voidaan maassamme lisätä, mutta sähkönkulutuksemme kasvavaan tarpeeseen vesivoimasta ei ole vastaamaan. Energiateollisuus selvitti vuonna 2007 kauppa- ja teollisuusministeriön sekä maa- ja metsätalousministeriön tukemana vesivoiman lisäämismahdollisuudet (http://www.energia.fi/fi/julkaisut). Raportti pyrki selvittämään, mikä vesivoiman rooli tulevaisuuden energiahuollossa on, missä Suomen rakentamaton vesivoima sijaitsee, mitä sen käyttöön ottamiseksi olisi tehtävä ja miten tulvariskien hallintaa voitaisiin parantaa. Vesivoiman lisärakentamista arvi- oitiin energiatalouden lisäksi aluetalouden näkökulmasta. Muita merkittäviä näkökulmia olivat kalatalous ja vaelluskalakannat sekä ilmastonmuutoksen vaikutus vesivoimatuotantoon. ”Voimaa vedestä 2007. Selvitys vesivoiman lisäämismahdollisuuksista.” osoitti, että Suomessa voitaisiin järkevästi rakentaa ainakin 470 MW uutta vesivoimaa vuoteen 2020 mennessä (Kuva 1). Lisäys edellyttää kaikkien tärkeimmiksi arvioitujen vesivoimahankkeiden toteuttamista, mikä puolestaan osin edellyttää vahvaa poliittista tahtoa ja yhteiskunnallista hyväksyttävyyttä. Keskeisiä hankkeita ovat muun muassa rakennettujen voimalaitosten koneistojen uusinta, joita yritykset ovatkin jo tehneet ja tekevät jatkuvasti omien investointiohjelmiensa mukaisesti, sekä Kemijoen Sierilä ja Kemihaaran allas ja Iijoen Kollaja. Edellä mainittujen lisäksi keskeisiä hankkeita on Pohjanmaan joissa sekä Pielis- ja Kymijoen vesistöissä. Paikallisesti vesivoiman tuottajilla on merkittävä vaikutus kuntien talouteen kiinteistöveron maksajina. Suomen vesivoimalaitosten kiinteistövero on vuosittain noin 30 miljoonaa euroa, joka vastaa yli 6000 työpaikan kunnallisverotuottoa. Pienessä kunnassa voimalaitosten kiinteistövero voi nousta puoleen tavanomaisista kunnallisverotuloista. Näkökulma Sähköntuotannon on kohdattava jokaisena hetkenä kulutusta Sähköä ei voida varastoida, vaan tuotannon on vastattava joka hetki muuttuvaa kulutusta. Vesivoima toimii erinomaisena säätövoimana, koska sen tuotantoa voidaan lyhyellä aikavälillä joko lisätä tai vähentää veden virtaamaa muuttamalla. Mitä enemmän vesivoimaturbiinin kautta vettä kulkee, sen enemmän sähköä syntyy. Pääosa tunti- ja päivätasoisesta kulutuksen vaihtelusta hoidetaan vesivoiman lyhytaikaissäännöstelyllä (Kuva 2). Vuorokaudessa säätötehon tarve on keskimäärin 2 000 MW. Säätötehon tarpeen on arvioitu kasvavan merkittävästi, kun sähköntuotantorakenne niin Suomessa kuin koko Pohjois-Euroopassa on muuttumassa. Mikäli myönteisen periaatepäätöksen saaneet ydinvoimalayksiköt toteutuvat, ydinvoimalla katetaan 2020-luvulla noin 60 prosenttia sähköenergian kysynnästä. Tuulivoimaa rakennetaan kymmenessä vuodessa 2 500 MW, joka vastaa 6 TWh vuosituotantoa. Vastaavasti säätöön kykenevää fossiilisiin polttoaineisiin perustuvaa lauhdesähköntuotantoa poistuu. Pohjois-Euroopassa muutos on vieläkin merkittävämpää erityisesti tuuli- ja aurinkosähkön lisääntymisen myötä. Tällainen muutos lisää entisestään säätötehon tarvetta. Ydinvoima tuottaa tasaisesti ja tuulivoima silloin kun tuulee. Kumpikaan tuotantomuoto ei huomioi sähkön kysynnässä tapahtuvia muutoksia. Suomen sijainti maantieteellisesti sähkömarkkinoiden laidalla luo meille myös lisätarpeen kasvattaa omavaraisuuttamme säätövoimassa, jotta voimme varmistaa oman korkeatasoisen sähköntoimitusvarmuutemme kaikissa tilanteissa. Sähköntuotantojärjestelmän toimintavarmuuden ylläpitämisessä vesivoiman ominaisuudet ovatkin ylivoimaiset. Vesivoimalla voidaan erilaisiin häiriötilanteisiin reagoida muutamassa sekunnissa. Vesivoima on myös hajautettua tuotantoa, mikä lisää toimintavarmuutta, sillä liian keskittynyt tuotantorakenne voi vaarantua esimerkiksi sähköverkon häiriötilanteissa. vesipy Kuva 1. MWh MWh 2500 16000 14000 2000 12000 10000 1500 8000 1000 6000 4000 500 2000 0 0 14.2.11 15.2.11 16.2.11 17.2.11 18.2.11 19.2.11 20.2.11 Vesivoimatuotanto Sähkönkulutus Kuva 2. Säätövoiman muut vaihtoehdot ovat huomattavasti kalliimpia ja perustuvat fossiilisiin tuontipolttoaineisiin. Vesivoiman painolastit Vesivoimalla on myös haitallisia ympäristövaikutuksia. Merkittävimmät niistä ovat virtaamien muuttumisen aiheuttamat muutokset vesiluonnolle ja patojen aiheuttamat kulkuesteet. Vesivoimaan liittyy myös paljon historian luomaa painolastia. Pääosa eteläisen Suomen joista rakennettiin jo ennen toista maailmansotaa, mutta kiivain vesivoiman rakentamisvaihe alkoi sodan jälkeen, kun Suomi menetti suuren osan voimantuo- tantokapasiteetistaan Neuvostoliitolle. Suomen sähköntarve tuolloin oli noin 3 TWh, minkä vuoksi arvioitiin Pohjois-Suomen jokien tarjoavan ”ehtymättömän” tuotantoresurssin. Maamme teollisuuden ja talouden saattamiseksi jaloilleen sähköä tarvittiin nopeasti. Myös sosiaaliselta kannalta työ oli ensiarvoisen tärkeää. Vesivoiman käyttöönoton nopeuttamiseksi säädettiin poikkeuslaki, jonka henkeen kuului, että vahinkokysymykset hoidettaisiin viipymättä rakentamisen jälkeen. Vahinkoasioiden ratkaiseminen viivästyi suhteettomasti monestakin syystä. Erityisesti ratkaisemattomat vaellus- www.vesitalous.fi 25 näkökulma kalavahingot sekä joilla että merialueella tulehduttivat ilmapiirin niin, että 1970-luvulle tultaessa asia oli kehittynyt yhteiskunnalliseksi konfliktiksi. Tilanne johti koskiensuojelulain säätämiseen, mikä lakkautti vesirakentamisen Suomessa lähes kokonaan. Vesivoimatuotannon tärkein ympäristönäkökohta edelleenkin on kalakysymys, erityisesti vaelluskalakysymys. Merellisten vaelluskalojen kannat pidetään vahvoina istutuksin. Sisävesillä vesirakentamisen vaikutukset kompensoidaan joko kalatalousmaksuilla tai istutuksilla. Kalateihin kohdistuu nykyään erittäin suuri yleinen mielenkiinto. Vesienhoitolain puitteissa laadituissa vesienhoidon toimenpideohjelmissa kirjattiin lukuisa määrä kalatiehankkeita eri vesistöalueille. Suomessa onkin parhaillaan valmisteilla kansallinen kalatiestrategia, joka lähti tarpeesta erottaa tärkeimmät hankkeet monista kalatiehankesuunnitelmista ja jonka tavoitteena on arvioida, milloin ja missä kalatie olisi paras tapa hoitaa vaelluskalojen luonnonkiertoa. Yksin kalatiet eivät vaelluskalakysymystä kykene hoitamaan, vaan kaikkia kalaston hoitomuotoja tarvitaan. Myös hoitomuotojen kustannustehokkuus rajallisten taloudellisten resurssien vallitessa on tärkeää. Vesipintojen ja jokiuoman muutoksista aiheutuu monenlaisia ympäristöön ja kiinteistöihin kohdistuvia vaikutuksia. Ne ovat luonteeltaan paikallisia ja valtaosin hoidettavissa teknisin toimenpitein. Vesivoiman tuotantoon käytettävillä vesillä on aina lukuisia muita käyttömuotoja, kuten kalastus, veneily, vapaa-ajan asuminen, uiminen ja monet muut virkistyskäytön muodot. Eri käyttömuotojen yhteensovittaminen on aikojen saatossa onnistunut ja vesivoiman paikallinen hyväksyttävyys onkin hyvällä tasolla. misen aiheuttamat riskit. Kehittyneille teollisuusmaille vähennystarpeen on arvioitu olevan 80…95 prosenttia vuoden 1990 tasosta vuoteen 2050 mennessä. Neljänkymmenen vuoden päästä nykyisestä sähköntuotannostamme on käytössä lähinnä nykyinen vesivoima ja rakenteilla oleva ydinvoimalaitosyksikkö. Koko muu sähköntuotanto pitää rakentaa uudelleen. Se on valtava haaste, mutta tarjoaa samalla huikean mahdollisuuden siirtyä hyvin vähäpäästöiseen tulevaisuuteen. Sähkön käytön jatkaessa kasvuaan on oleellista, että sähkö voidaan tuottaa lähes päästöttä. Näistä lähtökohdista Energiateollisuus otti toimialana haasteen vastaan ja laati visionsa energiatulevaisuudesta 2050. Tavoitteena oli luoda tulevaisuudenkuva, jossa sähkön ja kaukolämmön käyttö on hiilineutraalia. Yhtä tärkeiksi tavoitteiksi asetettiin tulevaisuuskuvan toteuttaminen siten, että energiaomavaraisuus paranee, energian toimitusvarmuus säilyy vähintään nykyisenä ja toimet toteutuvat kustannustehokkaasti. Energiateollisuuden visiosta www.energia.fi/fi/julkaisut/visiot2050 muodostui alan tahtotila tulevaisuudesta. Osoittautui, että haasteet on mahdollista voittaa siten, että energia säilyy kilpailukykytekijänä ja että energian hinta nousee vähemmän kuin kansalaisten ostovoima. Rakenteellinen sähkön tuontiriippuvuus on purettavissa ja energiakauppatase on paran- 2 Vesitalous 4/2011 Kotimaisten polttoaineiden rooli korostuu Kotimaisten polttoaineiden käyttö tukee vision tavoitteita sekä energiaomavaraisuuden että vähäpäästöisen tuotannon kasvusta. Visiossa on myös Sähköntuotanto2050 Sähköntuotanto 2050 Tuulivoima 13 % 15—20 TWh Ydinvoima 40 % 40—60 TWh Yhteistuotanto 21 % 25—30 TWh Sähkössä ja kaukolämmössä ratkaisu tulevaisuuteen Ilmastonmuutos on aikakautemme suurin ympäristöuhka. Kansainvälinen tiedeyhteisö on arvioinut, että kasvihuonekaasupäästöjen pitäisi puolittua vuoteen 2050 mennessä, jotta maapallon lämpötilan nousu voitaisiin rajoittaa alle 2 asteeseen ja välttää mahdolliset lämpene- nettavissa miljardeilla euroilla vuodessa. Kasvihuonekaasupäästöt puolestaan vähenevät sekä sähkön ja kaukolämmön osalta että niiden käytön avulla enemmän kuin päästöt nykyään ovat. Lappeenrannan teknillinen yliopisto laati arvion energian käytöstä, mikä osoitti, että energian kokonaiskäyttö voi kääntyä Suomessakin laskuun, vaikka bruttokansantuote kasvaa 2 prosentin vuosivauhdilla. Tämä perustuu uuden teknologian tuomaan tehokkaampaan energiankäyttöön ja siirtymiseen fossiilisten polttoaineiden käytöstä sähkönkäyttöön. Sähkön osuus kaikesta energian loppukäytöstä nousee visiossa reilusta neljänneksestä melkein puoleen. Sähköllä voidaan korvata fossiilisia polttoaineita lämmityksessä, liikenteessä ja teollisuudessa. Teollisuudessa jo pitkään vallinnut trendi energiankäytön tehostumisesta jatkuu ja energiatehokkaan rakentamisen ansiosta rakennusten lämmitysenergian tarve laskee, vaikka rakennustilavuus kasvaa reilulla kolmanneksella. Erityisesti liikenteessä siirtyminen sähköiseen liikenteeseen vähentää oleellisesti energiakäyttöä. Lauhdetuotanto 10 % 10—15 TWh Vesivoima 13 % 16—18 TWh Pientuotanto 4% 3—7 TWh 2007 2050 Hiilidioksidin talteenotto kattaa reilun kolmanneksen polttoaineista vuonna 2050. Kuva 3. Muut Hiili Maakaasu Öljy Turve Puu ja muu uusiutuva näkökulma perustellusti oletettu, että hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (CCS) on kaupallisessa käytössä olevaa tekniikkaa. Kun hiilidioksidin talteenottoa ja varastointia sovelletaan myös puuta energialähteenä käyttävillä tuotantolaitoksilla, niistä muodostuu hiilidioksidinieluja. Metsäenergian ja muun uusiutuvan energian käyttö lisääntyy erityisesti sähkön ja kaukolämmön yhteistuotannossa, jossa käytön arvioidaan kaksinkertaistuvan nykyisestä (Kuva 3). Kaukolämpöä tai teollisuushöyryä sekä sähköä tuottavissa yhteistuotantolaitoksissa puu on yleensä pääpolttoaineena ja turve toinen merkittävä polttoaine. Puun ja turpeen yhteiskäyttö parantaa polttoprosessia ja polttoaineen saatavuutta läpi vuoden. Tulevaisuudessa turpeen käyttö lisääntyy kivihiilen menettäessä kilpailukykyään ja hiilidioksidin talteenoton mahdollistaessa turpeen kilpailukykyisen käytön myös sähköntuotannossa. Turpeen käyttö pysynee nykytasolla pitkälle tulevaisuuteen tai voi jonkin verran jopa nousta, kun hiilen käyttö puolestaan vähenee oleellisesti, selvästi alle puoleen. Tämä kuitenkin edellyttää toimivia polttoainemarkkinoita, jotka ovatkin fossiilisten polttoaineiden vahva etu. Vastavalmistunut kansallinen suoja turvemaiden strategia luo puitteet soiden energiakäytön kestävälle hyödyntämiselle. Strategian mukaan kestävää ja vastuullista käyttöä sovitetaan yhteen kohdentamalla soita merkittävästi muuttava toiminta jo ojitetuille tai muuten luonnontilaltaan merkittävästi muuttuneille soille ja turvemaille. Turvetuotannon sijoittamisella voidaan vaikuttaa myös sen vesistökuormitukseen. Kuormitusta vähennetään lisäksi monin menetelmin, kuten sarkaojarakentein, laskeutusaltain, virtaamansäätöpadoin, pintavalutuskentin ja kosteikoin sekä kemiallisin käsittelyin. Turpeen vesistövaikutuksista oli oma teemanumeronsa Vesitalous 1/2009. Käytön kestävyyteen liittyy monia kysymyksiä myös metsäenergian puolella. Suomessa meillä on vahva osaaminen niin metsä- kuin ympäristöasioissa sekä metsätalouden pitkät perinteet, mikä antaa hyvät lähtökohdat metsäenergian käytön kehittämiselle. www.vesitalous.fi 2 sEdimEnttiprosEssit Sedimenttiprosessien vaikutukset luonnonmukaisten uomien suunnitteluun Sedimenttiprosessit vaikuttavat mm. uomien eroosioon ja liettymiseen, eliöiden elin- ja lisääntymisalueisiin sekä ravinteiden ja haitallisten aineiden kulkeutumiseen. Kirjoitus käsittelee uomien suunnittelun kannalta merkittäviä sedimenttiprosesseja sekä luonnonmukaisia keinoja niiden hallintaan. Suunnittelun tueksi tarvitaan uutta tutkimustietoa sedimenttiprosesseista Suomen olosuhteissa, jotta maaperään ja pieniin uomiin liittyvät erityspiirteemme tulevat huomioiduiksi. kaisa Västilä dipl.ins., tutkija E-mail: [email protected] johanna jalonen dipl.ins., tutkija E-mail: [email protected] juha järVelä dos., opettava tutkija E-mail: [email protected] Kirjoittajat työskentelevät Aalto-yliopiston Vesitekniikan ryhmässä, missä heidän tutkimusalanaan on ekohydrauliikka ja luonnonmukainen vesirakentaminen. 2 Vesitalous 4/2011 M aa-aineksen eli sedimentin eroosio, kulkeutuminen ja sedimentaatio ovat luonnollisia prosesseja vesistöissä. Ihmisen aiheuttamat muutokset maankäytössä ja virtavesien rakenteessa ovat kuitenkin horjuttaneet sedimenttiprosessien tasapainoa, kuten kasvattaneet kuivatetuilta maa- ja metsätalousalueilta uomiin tulevaa kiintoainekuormaa. Vaikka prosessit ovat Suomessa maanpinnan vähäisen kaltevuuden vuoksi hitaita, on niiden pitkän ajan kuluessa aiheuttama vaikutus huomattava. Esimerkiksi liettyneitä maatalousuomia joudutaan usein uudelleen perkaamaan vedenjohtokyvyn ylläpitämiseksi, mikä kustannusten lisäksi aiheuttaa pitkän ajan häiriön uoman ekologialle ja sedimenttiprosesseille sekä estää uoman luontaisen elpymisen. Toisaalta purojen ja jokien kunnostustarpeista suurin osa liittyy aiemmin suoritettuun perkaukseen tai liialliseen sedimenttikuormaan (Lehtinen ym. 2002; Kuva 1). Sedimenttiprosessien huomioiminen uomien suunnittelussa edellyttää ymmärrystä prosessien kannalta olennaisista syy–seuraussuhteista ja tietämystä kyseisiin olosuhteisiin soveltuvista mitoitusparametreista. Suomessa virtavesien sedimentteihin liittyvä tutkimus on tarkastellut pääasiassa jokien kiintoainekuormia, eri maankäyttömuotojen ja maa- ja metsätaloustoimenpiteiden aiheuttamia ominaiskuormituksia sekä jokien morfologista muotoa. Maa-ainesominaisuudet ja virtausolosuhteet säätelevät sedimenttiprosesseja Maa-aineksen käyttäytymiseen virtauksessa vaikuttaa keskeisesti se, onko kyseessä hiekasta tai sitä karkeammista rakeista muodostunut kitkamaa vai savea tai turvetta sisältävä koheesiomaa. Kitkamailla partikkelit vaikuttavat toisiinsa niiden välillä vallitsevan kitkan kautta, kun taas koheesiomailla prosessit ovat monimutkaisempia partikkeleiden välisten sähkökemiallisten vuorovaikutusten takia. Molemmilla mailla fysikaalisia sedimenttiprosesseja säätelevät virtauksen nopeus, turbulenttisuus sekä uoman reunoihin kohdistuva voima eli leikkausjännitys. Uomassa olevaa sedimenttiä lähtee liikkeelle, kun virtauksen aiheuttama leikkausjännitys ylittää materiaalin kriittisen leikkausjännityksen, joka kitkamailla on verrannollinen aineksen raekokoon. Kitkamaat liikkuvat pääasiassa pohjakulkeumana, jolloin partikkelit vierivät pohjaa pitkin. Pohjakulkeuman laskemiseksi on kehitetty kymmeniä puoliempiirisiä yhtälöitä erilaisille kaltevuusolosuhteille ja raekokoluokille. Näistä yleisimmät käyttävät leikkausjännitykseen perustuvaa, raekoosta riippuvaa nk. Shieldsin kriteeriä. Yhtälöt voivat kuitenkin antaa useita kertaluokkia mitatuista poikkeavia arvoja, minkä vuoksi niiden toimivuus sovellettavissa olosuhteissa tulee arvioida. Sedimenttiprosessit Kuva 1. Kuivatushankkeissa uomia on usein levennetty moninkertaiseksi luonnontilaiseen poikkileikkaukseen nähden, mikä on aiheuttanut uomien liettymistä. Nuuksion Myllypuron perattu (vas.), kunnostettu (kesk.) ja luonnontilainen (oik.) uomajakso. Koheesiomailla virtauksen aiheuttaman leikkausjännityksen ylitettyä kriittisen arvonsa irtautuvan aineksen määrää säätelee erodoituvuus. Koheesiomailla kriittiseen leikkausjännitykseen ja erodoituvuuteen vaikuttavat useat niin fysikaaliset, kemialliset kuin biologisetkin tekijät. Erodoituvuus riippuu voimakkaasti mm. maan kosteus- ja orgaanisen aineksen pitoisuudesta, kuiva- ja märkätiheydestä sekä konsolidoitumisajasta. Erodoituvuus voi toisaalta merkittävästi vähentyä bakteerien erittämien aineiden vuoksi mutta kasvaa pohjaa möyhentävien eliöiden takia. Suspensiona kulkeutuva koheesioaines laskeutuu vedessä hitaasti gravitaation vaikutuksesta, mutta luonnonvirtausten voimakas turbulenttisuus usein sekoittaa ainesta takaisin ylempiin vesimassoihin. Koheesiivinen aines voi kuitenkin aggregoitua suuremmiksi flokeiksi, mikä kasvattaa sen laskeutumisnopeutta. Pohjan lähelle laskeutunut kiintoaine kasautuu pohjalle eli sedimentoituu, jos virtauksen turbulenssi ja leikkausjännitys alittavat sedimentaation kannalta kriittiset arvot (Maa ym. 2008). Sedimentoitunut kiintoaine konsolidoituu eli tiivistyy ajan kuluessa. Suspensiokulkeumaa säätelevät sekä kuljetukseen tarjolla olevan aineksen määrä että uoman kuljetuskapasiteetti. Kulkeutumista laskettaessa tuleekin huomioida sekä valuma-alue- että uomaprosessit. Uomaan tulevaa kuor- maa voidaan karkeasti arvioida maankäyttömuotojen ominaiskuormitustietojen perusteella tai käyttämällä samantyyppisille valuma-alueille kehitettyjä virtaaman ja kiintoainekuorman välisiä regressioyhtälöitä. Tietynsuuruista virtaamaa vastaava kuljetuskapasiteetti puolestaan riippuu etupäässä virtausnopeudesta ja turbulenttisuudesta. Suspensiokulkeutumista voidaankin tarkimmin kuvata erilaisilla turbulenssimalleilla, jotka perustuvat virtauksen ja kiintoainepitoisuuden jakaumaan uoman poikkileikkauksessa. Koheesioaineksen eroosion ja sedimentaation mallintaminen uomissa vaatii lisäksi tiedon näihin prosesseihin liittyvien parametrien arvoista. Suomen koheesiomaat ja pienet uomat monimutkaistavat prosessien mallinnusta Voimakkaimmin ihmiskäytössä olevat uomamme sijaitsevat suurelta osin koheesiomailla: maatalousalueiden virtavedet usein savi- ja silttimailla ja metsäpurot ja -ojat turvemailla. Koheesiomaiden eroosio-ominaisuudet vaihtelevat huomattavasti olosuhteista ja maatyypistä riippuen. Niitä ei voidakaan luotettavasti johtaa muualla tehdyistä mittauksista, vaan kunkin maan ominaisuudet tulisi selvittää erikseen. Suomessa esimerkiksi Marttila & Kløve (2008) ovat tutkineet turvemaiden eroosio- ja sedimentaatio-parametrien arvoja. Valtaosa Suomen uomista on niin pieniä, etteivät tavanomaiset hydrauliset mallit ole riittäviä kuvaamaan näiden uomien prosesseja. Pienissä uomissa esimerkiksi kasvillisuus, isot kivet, puunrungot ja rummut vaikuttavat huomattavasti virtaukseen ja sitä kautta sedimenttiprosesseihin. Kasvillisuus pääasiassa vähentää eroosiota, koska kasvillisuuden aiheuttama virtausvastus alentaa pohjaan kohdistuvaa voimaa. Harva tai puumainen kasvillisuus voi toisaalta lisätä pohjanläheisen virtauksen turbulenttisuutta ja siten sedimentin irtautumista pohjasta (Baptist 2005). Kasvillisuuden vaikutusten mallintaminen vaatiikin tietoa kasvillisuuden ominaisuuksista, kuten lehtialasta, biomassasta ja vertikaalisesta rakenteesta. Toisaalta myös kasvien juurien aiheuttama maan erodoituvuuden aleneminen tulisi olla tiedossa. Vuodenaikaisvaihtelu ja talviolosuhteet vaikuttavat paitsi koheesiomaiden eroosio-ominaisuuksiin (Wynn ym. 2008) myös morfologisten prosessien keskinäiseen merkittävyyteen. Esimerkiksi luiskaeroosiota aiheuttavat sulan veden aikana virtaava vesi tai geotekniset sortumat, kun taas keväällä sen pääsyy voivat olla liikkuvat jäälautat. Useammin kuin kerran viidessä vuodessa toistuvien jääpatojen onkin havaittu selvästi vaikuttavan uoman poikkileikkauksen muotoon (Boucher ym. 2009). Jääkannen on toisaalta todettu vähentävän eroosiota uoman pohjasta (Muste ym. 2000). www.vesitalous.fi 29 Sedimenttiprosessit Kuva 2. Kaksitasoisella poikkileikkauksella pyritään vähentämään uomaeroosiota ja pääuoman liettymistä. Sipoon Ritobäcken ennen tulvatasanteen kaivamista (vas.) ja sen jälkeen (oik.). Luonnonuomien rakenteen soveltamismahdollisuudet uomasuunnittelussa Luonnontilaisissa uomissa merkittävää liettymistä ja syöpymistä ei juuri esiinny, ja niiden mittasuhteita ja muita ominaisuuksia voidaankin käyttää referenssinä sedimenttiprosessien hallitsemiseksi uomien suunnittelussa. Luonnonuomissa sedimenttiprosessit ovat yleensä dynaamisessa tasapainossa, sillä uomien geometria on muokkautunut vastamaan kuljetettavan aineksen tarjontaa. Dynaamisesti tasapainoisissa uomissa keskimääräinen leveys, syvyys ja pituuskaltevuus pysyvät pitkällä aikavälillä vakioina (Shields ym. 2003), mikä on edellytys myös esimerkiksi kuivatusuomien vedenjohtokyvyn säilyvyydelle. Dynaamisesti tasapainoiset uomat eivät kuitenkaan ole staattisia tai homogeenisiä, vaan niissä tapahtuu morfologisia prosesseja kuten meanderoinnin aikaansaamaa mutkittelua sekä paikallista eroosiota ja sedimentaatiota. Luonnonuomien poikkileikkausgeometria suojaa uomia eroosiolta ja liettymiseltä, sillä se on luontaisesti muokkautunut erisuuruisille virtaamille. Useimmiten luonnonuomat kykenevät tulvimatta johtamaan noin 1…2,5 vuoden välein toistuvan virtaaman, jota suuremmilla virtaamilla vesi nousee uomia ympäröiville tulvatasanteille. Monitasoiset eli tulvatasanteelliset uomat voivat olla yksi ratkaisu vedenjohtokyvyn pitkäaikaiseksi säilyttämiseksi esimerkiksi maatalo- 30 Vesitalous 4/2011 usuomissa (Näreaho ym. 2006; Kuva 2). Tällöin pienillä ja keskisuurilla virtaamilla virtausnopeus pysyy pääuomassa riittävänä, jotta merkittävää liettymistä ei tapahdu. Suurilla virtaamilla tulvatasanteellisen poikkileikkauksen uskotaan vähentävän uomaeroosiota perinteisesti käytettyyn puolisuunnikas-muotoon verrattuna. Kasvitettu tulvatasanne mahdollistaa luonnolliset morfologiset prosessit, kuten sedimentoitumisen tulvatasanteelle (Kuva 3), ja voi lisätä valuma-alueelta tulevien ravinteiden pidättymistä. Uomaeroosiota voidaan usein riittävästi hallita palauttamalla uomiin niissä luonnollisesti esiintyviä elementtejä, kuten kasvillisuutta, kiviä ja puuainesta. Elementtien soveltuvuus riippuu kuitenkin kyseiseen virtavesistöön tulevasta sedimenttikuormasta sekä ympäröivän maankäytön ja vesiekosysteemin tarpeista. Esimerkiksi maatalousalueilla eroosiosuojaksi sopivat matalat pajut ja ruohot, jotka eivät merkittävästi varjosta peltoja. Tällaista kasvillisuutta voidaan myös helposti karsia tai niittää mikäli Kuva 3. Perniön Juottimenojalle kaivettuun tulvatasanteeseen kehittynyt ruohomainen kasvillisuus suojaa maata eroosiolta ja pidättää kulkeutuvaa kiintoainetta. sEdimEnttiprosEssit sen kehittyminen aiheuttaa haitallisen voimakasta sedimentoitumista tai vedenkorkeuksien nousua. Raskaiden teknisten suojausten sijaan eroosiota voidaan tarvittaessa tehokkaasti hillitä myös luonnonmukaisilla pohjapadoilla ja luiskasuojauksilla (Jormola ym. 2003). Johtopäätökset Hyvä ymmärrys sedimenttiprosesseista on edellytys uomien pitkäaikaisen kehityksen ja sitä kautta mm. tulvatilanteiden ja aineiden kulkeutumisen hallitsemiseksi. Suomessa on toistaiseksi selvitetty erityisesti maankäyttömuotojen ja erilaisten toimenpiteiden aiheuttamia ominaiskuormituksia, mutta uomissa tapahtuvia sedimenttiprosesseja ja niihin vaikuttavia tekijöitä ei kuitenkaan vielä täysin tunneta. Prosessiymmärryksen parantamiseksi tarvitaan niin perustutkimusta kuin vesirakennushankkeiden vaikutusten seurantaa Suomen oloissa. Sedimenttien huomioiminen uomien suunnittelussa edellyttää eri vuodenajat kattavia maastotutkimuksia prosessien suhteellisen merkityksen selvittämiseksi. Uomien suunnittelun tueksi tarvitaan pieniin uomiin soveltuvia, parametreiltaan riittävän yksinkertaisia hydraulisia malleja. Mallien tulee kuvata olennaisimmat prosessit, kuten kasvillisuuden vaikutus virtausvastukseen ja virtausnopeusjakaumaan. Tällaiset mallit mahdollistavat lisäksi uomaeroosion ja -sedimentaation mallintamisen, mikä kuitenkin vaatii mittauksia koheesiosedimenttiemme eroosio- ja sedimentaatioparametrien arvoista. Maastotutkimus sedimenttiprosesseista luonnonmukaisessa maatalouden kuivatusuomassa Aalto-yliopiston Vesitekniikan ryhmässä käynnissä olevan kolmivuotisen tutkimuksen päämääränä on lisätä ymmärrystä sedimenttiprosesseista luonnonmukaisissa uomissa. Uudenmaan ELY-keskus toteutti Sipoon Ritobäckenillä vuonna 2010 luonnonmukaisen kuivatushankkeen, missä puron vedenjohtokykyä kasvatettiin kaivamalla sen laitaan 4…6 m leveä tulvatasanne (Kuva 2). Tulvatasanteelle on perustettu kasviton seuranta-ala sekä nurmea, pajua ja luontaisesti kehittyvää kasvillisuutta kasvavat koealat. Koealoilla seurataan mm. kasvillisuuden rakenteen, biomassan ja lehtialan kehitystä sekä vaikutusta kiintoaineen kasautumiseen, eroosioon ja uoman virtausvastukseen. Sedimenttiprosessit valuma-alueen mittakaavassa Uoman virtaama ja kiintoainepitoisuus määritetään automaattisten anturien 5…15 minuutin välein mittaamasta vedenkorkeudesta ja sameudesta. Aineiston perusteella suurin osa kiintoainekuormasta oli peräisin uoman ulkopuolelta. Uomaeroosio oli kuitenkin merkittävää kaivun jälkeisellä ensimmäisellä kevättulvalla, kun tulvatasanne oli paljas. Sadantatapahtumien aikana kiintoainepitoisuus oli virtaaman nousuvaiheessa selvästi suurempi kuin laskuvaiheessa. Tämä kiintoainepitoisuuden positiivinen hystereesi johtui todennäköisesti eroista kuivatustehokkuudessa maatalous- ja metsäalueiden välillä. Salaojitettujen maatalousalueiden suurempi ominaiskuormitus selitti virtaaman nousuvaiheiden suuret pitoisuudet. Laskuvaiheissa pitoisuudet olivat pienempiä, sillä pääosin ojittamattomien metsäalueiden tuottaman valunnan osuus kasvoi. Maatalous- ja metsäalueilta tulevan valunnan sekoittuminen aiheutti huomattavaa hajontaa laskennassa yleisesti käytettäviin virtaama–kiintoaine-korrelaatioihin. Tulokset viittaavat siihen, että uoman ulkopuoliset prosessit säätelivät uomaan tulevan kiintoaineen määrää ja ajoitusta. Uomia suunniteltaessa tulisikin kiinnittää huomiota valuma-alueen maankäyttöön ja kuhunkin maankäyttötyyppiin liittyvään kiintoainekuormaan. Lisätietoja: • Västilä, K. 2010 Cohesive sediment processes in vegetated flows: preliminary field study results. Proceedings of River Flow 2010 conference, 8.–10.9.2010, Braunschweig, ss. 317–324. • Västilä, K. & Järvelä, J. 2011 Environmentally preferable two-stage drainage channels: considerations for cohesive sediments and conveyance. International Journal of River Basin Management. DOI: 10.1080/15715124.2011.572888. Kirjallisuus • Baptist, M. 2005 Modelling floodplain biogeomorphology. Delft University of Technology. Doctoral thesis. 213 s. • Boucher, É, Bégin, Y. & Arseneault, D. 2009 Impacts of recurring ice jams on channel geometry and geomorphology in a small high-boreal watershed. Geomorphology 108(3–4): 273–281. • Jormola , J., Harjula, H. & Sarvilinna, A. (toim). 2003 Luonnonmukainen vesirakentaminen: Uusia näkökulmia vesistösuunnitteluun. Suomen ympäristö 631. Suomen ympäristökeskus, Helsinki. 168 s. • Lehtinen, A., Sammalkorpi, I., Harjula, H. & Ulvi, T. 2002 Vesistöjen kunnostuksen tilanne ja ongelmat. Vesitalous 2002(6): 7–12. • Maa, J., Kwon, J.-I., Hwang, K.-N. & Ha, H.-K. 2008 Critical bed-shear stress for cohesive sediment deposition under steady flows. Journal of Hydraulic Engineering 134(12): 1767–1771. • Marttila, H. & Kløve, B. 2008 Erosion and delivery of deposited peat sediment. Water Resources Research 44, W06406, doi:10.1029/2007WR006486. • Muste, M., Braileanu, F. & Ettema, R. 2000 Flow and sediment transport measurements in a simulated ice-covered channel. Water Resources Research 36(9): 2711–2720. • Näreaho, T., Jormola, J., Laitinen, K. & Sarvilinna, A. 2006 Maatalousalueiden perattujen purojen luonnonmukainen kunnossapito. Suomen ympäristö 52. Suomen ympäristökeskus, Helsinki. 64 s. • Shields, F.D., Jr., Copeland, R.R., Klingeman, P.C., Doyle, M.W. & Simon, A. 2003 Design for stream restoration. Journal of Hydraulic Engineering 129(8): 575–584. • Wynn, T.M., Henderson, M.B. & Vaughan, D.H. 2008 Changes in streambank erodibility and critical shear stress due to subaerial processes along a headwater stream, southwestern Virginia, USA. Geomorphology 97(3–4): 260–273. www.vesitalous.fi 31 tutkimus Suolattoman veden simpukankuoren kasvu ympäristöolojen indikaattorina Simpukoiden pitkäikäisyys ja kasvunvaihtelun tallentuminen niiden kuoren rakenteisiin mahdollistavat vesistössä tapahtuneiden vaihteluiden jälkikäteisen arvioimisen. Kuoren tarkkapiirteisellä tutkimuksella voidaan ympäristömuuttujista ennallistaa sellaisia vaihteluita, joiden korrelaattina kuoren kasvu kullakin lajilla ja kasvupaikalla toimii. saMuli helaMa Arktinen keskus, Lapin yliopisto E-mail: [email protected] Samuli Helama toimii tutkijatohtorina Arktisessa keskuksessa Rovaniemellä. Simpukoiden tutkimuksen parissa hän on työskennellyt niin ekologisten ja paleontologisten kuin myös arkeologisten kysymysten ratkaisemiseksi. ilMari ValoVirta Luonnontieteellinen keskusmuseo, Helsingin yliopisto E-mail: [email protected] Ilmari Valovirta on johtanut Luonnontieteellisen keskusmuseon ja WWF:n jokihelmisimpukkatyöryhmää vuodesta 1978. Suomen WWF myönsi vuonna 2008 tunnustuspalkinnon Valovirralle tämän elämäntyöstä nilviäisten tutkimuksen ja suojelun edistämiseksi. 32 Vesitalous 4/2011 V esistöjen pohjaeläinten kartoitus ja seuranta muodostavat oleellisen osan jokien ja järvien biologisista tarkasteluista. Pohjaeläimistä simpukat ovat selkärangattomia, kaksikylkisesti symmetrisiä nilviäisiä. Ihminen on tuntenut simpukat jo esihistoriallisella ajalla kerätessään niitä ravinnoksi. Simpukoita oli kuvattu taiteessa kauan ennen kuin tieteellinen tutkimus lainkaan niistä kiinnostui. Ovatpa kuorten keräilijät aikoinaan maksaneet tavoitelluimpien lajien kuorista huimaavia summia. Ei olekaan liioiteltua todeta, että simpukoilla on oma sinällään hyvin merkittävä roolinsa osana ihmiskunnan historiaa. Vesistöjemme pohjaeläiminä simpukat voidaan luokitella suodattajiksi niiden pääasiallisen ravinnonottotavan mukaan, sillä ne pyydystävät ravinnokseen virran mukana ajautuvaa hienojakoisinta orgaanista ainesta. Viimeaikainen tutkimus on tuonut esiin nilviäisten ja erityisesti simpukan kuoren kasvun eri tavoin määriteltävien osatekijöiden käyttökelpoisuuden, ei vain biologisessa tutkimuksessa (esim. Bauer 1992) vaan myös tutkittaessa vesiympäristöjä ja niihin vaikuttavia luontaisia ja kulttuuriperäisiä muutoksia (esim. Dunca 1999; Flessa 2002; Black ym. 2010). Kuoren kasvun vaihtelua voidaan tutkia erikseen tai yhdistää se kasvuympäristön ajalliseen ja paikalliseen muutokseen. Tämän lisäksi on useiden nilviäislajien esiintymisellä ja lajinsisäisten populaatioiden elinvoimaisuudella havaittu olevan huomattavaa indikaatioarvoa veden laadun ja ympäristön ominaisuuksien suhteen (esim. Valovirta ym. 2003). Tässä artikkelissa esitellään nimenomaisesti simpukan kuoren kasvun ja kasvunvaihtelun tutkimusta. Erityisesti kirjoituksessa käydään läpi jokihelmisimpukan (Margaritifera margaritifera (Linnaeus 1758)) kasvuun paneutuvaa tutkimusta ja luodataan sen mahdollisuuksia vesistötutkimukselliselta kannalta. Kyseinen lajikohtainen painopiste on seurausta viimeaikaisen tutkimuksen keskittymisestä biologisesti pitkäikäisiin lajeihin. Erityisen tärkeäksi jokihelmisimpukan tutkimuksen tekee lajin uhanalaisuus. Kirjoituksen lopussa käsitellään lyhyesti menetelmää, joka mahdollis- Tutkimus taa uhanalaisten lajien tutkimuksen yhä olemassa olevia populaatioita ja yksilöitä häiritsemättä. Pohjamudista parrasvaloihin Nilviäisten kuorten kasvututkimuksen voidaan todeta olevan varsinaista lajimääritykseen tähtäävää kuoritutkimusta myöhäisempää perua. Verrattuna kuoritutkimukseen (konkologia), tarvitsee kuoren kasvuun perehtyvä tarkastelu informaatiota, joka voidaan luotettavasti sitoa eliön biologiseen ikään. Vasta tällöin päästään määrittämään kuoren kasvunopeus (pituusyksikkö per aikayksikkö). Ikämääritysten monitahoisuus lieneekin selittävänä tekijänä kasvututkimuksen suhteellisen verkkaiselle kehitykselle: nilviäisten ja simpukoiden ikämäärityksestä ei ole tullut arkirutiinia edes tämän päivän tutkimuslaboratorioille. Simpukan ikä voidaan määrittää tarkimmin sen kuoren sisäisistä rakennepiirteistä erotettavien vuosikasvujen, lustojen, perusteella (Kuva 1). Näiden tarkastelu ja tutkimus vaativat toisaalta (tyhjän) kuoren sahaamista, leikkauspinnan hiontaa ja Kuva 1. Hahmotelma kuoren sisäisten kasvurakenteiden havainnoinnista kuoren poikkileikkauspinnalta. Tyhjästä kuoresta sahataan siivu (yläkuva) jonka hiotulta, kiillotetulta ja värisyövytetyltä leikkauspinnalta (keskikuva) voidaan laskea ja mitata (alakuva) yksittäisten lustojen leveydet (nuoli). Kuva 2. Jokihelmisimpukkapopulaatioiden kuoren kasvunopeus von Bertalanffyn kasvukertoimen keinoin määritettynä Suomesta, Skotlannista, Saksasta ja Espanjasta. Tulokset julkaisusta Helama & Valovirta (2008a). kiillottamista, sekä usemmiten myös värisyövyttämistä. Suomessa esiintyvien suolattoman veden simpukkalajien kuoritutkimukselle soveliaita menetelmiä on kehitetty eritoten Luonnonhistoriallisessa valtionmuseossa (Naturhistoriska riksmuseet), Tukholmassa. Simpukankuorista johdettua informaatiota on käytetty niin virtavesiympäristöjen luontaisten kuin kulttuuriperäisten muutosten tutkimukseen (esim. Dunca 1999). Tutkimukset on mahdollistanut kuorista saatava kasvutieto, joka voidaan simpukan biologisen iän lisäksi sitoa myös kalenterivuosiin. Tämä mahdollistaa kasvunvaihtelun aikaan sidotun tarkastelun, sekä kasvunvaihtelun vertaamisen tunnettuja ympäristömuutoksia kuvaavien havaintosarjojen kesken. Tuoreet tutkimukset ovatkin osoittaneet juuri tämänkaltaisen kasvutiedon arvon niin ekologisessa- kuin ilmastonmuutostutkimuksissa. Kuoren kasvutietoja käytetään tutkittaessa ilmastonmuutoksen vaikutuksia vesiekosysteemin toiminnassa samoin kuin muistikirjana vesistössä tapahtuneista muutoksista ennen nykyisiä mittalaitteistoilla havainnoitavia ympäristövaihteluita (Black ym. 2010). Kasvukäyriä Euroopan laidoilta Simpukan kuori kasvaa sen koko eliniän ajan. Tämä onkin tutkimuksen kannalta eräs kuoren ja sen kasvun merkityksellisimpiä piirteitä. Toisaalta kasvu ei ole lineaarista, vaan siinä tapahtuu hidastumista nuoruuden kasvupyrähdyksen jälkeen. Mittauksin selville saatavaa kasvukäyrää voidaan puolestaan numeerisesti mallintaa tehtävään soveltuvin yhtälöin. Eräs yleisimmin käytetyistä yhtälöistä on von Bertalanffyn kaava, joka kehitettiin alun perin ihmisen kasvututkimuksiin. Tulkinnallisesti kaavan huomionarvoisin parametri on tässä yhteydessä kasvukerroin (k), jonka arvo kuvastaa kuoren kasvun hidastumista simpukan biologisen iän suhteen. Kuvassa 2 on kasvukerroin selvitetty useille toisistaan hyvin loitolla kasvaville jokihelmisimpukkapopulaatiolle. Euroopan laitamilla elävien jokihelmisimpukoiden kasvu on huomattavan erilaista (Kuva 2). Kasvussa havaitaan selvää hidastumista kohti pohjoista. Maantieteellisesti toiseen suuntaan muutosta kuvastaa kasvukertoimen saavuttamat korkeammat arvot www.vesitalous.fi 33 Tutkimus (Helama & Valovirta 2008a). Kuvatun kaltaisen eliömaantieteellisen muutoksen on päätelty johtuvan pääsääntöisesti samassa suunnassa ilmenevästä lämpötilagradientista. Lämmön väheneminen saisi aikaan vesistöjen pohjaeläinten aineenvaihdunnan hidastumisen kohti pohjoista, mikä edelleen heijastuisi kasvuun sen hidastumisena (Bauer 1992). Toisaalta simpukoiden saavuttama maksimi-ikä kasvaa huippuunsa pohjoisessa. Myös tämän muutoksen on päätelty johtuvan jokiveden lämpötilan vaikutuksista eläimen aineenvaihduntaan (Bauer 1992). Luonnontieteellisen keskusmuseon kokoelmista (Helsingin yliopisto) tutkituista kookkaista jokihelmisimpukan kuorista on mitattu yli sata ja biologisesti kaikkein vanhimmasta jopa 161 vuosikertaa. Tämä kertoo lajin saavuttavan, jos ihmisen ei sitä häiritse, parhaimmillaan ainakin parin sadan vuoden iän (Helama & Valovirta 2008b). Sen sijaan Euroopan eteläisimmissä osissa elävissä Galician populaatioissa on havaittu huomattavasti nuorempia yksilöitä, parhaimmillaankin näiden simpukoiden iät ovat olleet vain jonkin verran yli puoli vuosisataa. Joen yli puiden siimekseen Simpukoiden kuoren kasvu pysähtyy syksyllä, alkaakseen taas seuraavana keväänä. Talven aikainen seisahdus kasvussa jättää jälkensä kuoreen. Näin syntyy vuosilusto. Simpukankuoren vuosilustoja tutkimalla ei saada selville pelkästään yksilön saavuttamaa biologista ikää, vaan lisäksi lustojen leveydet kuvastavat kuoren kasvussa vuosi vuodelta tapahtuneita vaihteluita. Koska kuori jatkaa kasvuaan koko simpukan eliniän, voidaan lustoja tutkimalla saada tarkkaa tietoa vesistön pohjalla eläneen nilviäisen kasvun vaihtelusta yli vuosikymmenten, parhaimmillaan parin vuosisadan ajalta. Koska kuori kasvaa kunakin kalenterivuonna pääsääntöisesti vuotta tarkasti vastaavan lustoyksikön verran, voidaan saatu informaatio sitoa tarkkaan aikaan. Näin voidaan tuottaa akvaattista vaihtelua yllättävän tarkasti kuvastavia aikasarjoja. 34 Vesitalous 4/2011 Kuva 3. Simpukan lustonleveyden vaihtelut kertovat elinympäristön lämpötilavaihteluista. Vertailussa jokihelmisimpukan lustokalenteri Lapista ja alueen lämpötilahistoria keski- ja myöhäiskesän osalta. Kuvan lustokalenterin arvot on tuotettu poistamalla biologinen kasvuvaihtelu yksittäisistä alkuperäissarjoista ja muuntamalla näin aikaansaatu keskiarvosarja vastaamaan keskiarvoltaan ja -hajonnaltaan lämpötilahistorian arvoja (Helama 2011). Pearsonin korrelaatiokerroin sarjojen välille (1876-1979) laskettuna on 0,62. Edellä kuvattu tuo simpukankuoren lustotutkimuksen hyvin lähelle puiden vuosilustoihin kohdistuvaa tutkimusta, dendrokronologiaa (esim. Helama ym. 2006). Kasvavathan myös puuvartiset kasvit luston vuodessa, kasvunvaihtelun tallentuessa rungon vuosirenkaisiin. Puiden vuosilustot ovatkin huomattavasti tunnetumpi luonnonilmiö kuin simpukan vuosilustot. Puiden vuosirenkaat tulevat esiin siellä täällä, hirrenpäissä ja kannonnokissa, siinä missä simpukan kuoren lustot ovat näkymättömissä, jokien ja järvien pohjalla elävien simpukoiden kuorilla. Todellisuudessa simpukankuoriin kohdistuva lustotutkimus, sklerokronologia, omaa huomattavan määrän menetelmiä, jotka ovat suoraan lainattu dendrokronologian piiristä. Tämä lienee osaedellytyksenä tieteenalan viimeaikaiselle nopealle kehitykselle. Valmiiksi luodut, varsinkin numeeriset menetelmät, on voitu omaksua lähes sellaisinaan puututkimuksen piiristä simpukkatutkimukseen (Helama 2011). Kyseinen yhteys on luonnollisesti täysin ennalta-arvaamaton, lusto- rakenteiden muodostaessa metodologisen sillan kahden toisilleen melko kaukaisen tieteenalan välille. Lustokalenterin korrelaatiot Puulustotutkimuksen perusperiaate on nk. ristiinajoitus, jonka perusteella kaksi tai useampi lustosarja voidaan rinnastaa toisiinsa niiden vuosi vuodelta osoittaman kasvunvaihtelun samantahtisuuden vuoksi. Sama periaate luo pohjan myös vesistöjen osalle kohdistuvaa lustotutkimukseen, sklerokronologialle (Helama 2011). Samoin kuin puiden vuosilustojen tutkija voi ristiinajoituksen keinoin yhdistää lustosarjoja elävien puiden lustoista ja rakennushirsistä, voidaan simpukkatutkimuksessa yhdistellä lustosarjoja ainakin osittain samoina kalenterivuosina eläneiden nilviäisyksilöiden kuorista. Näin edeten voidaan rakentaa entistä pidempiä keskiarvoaikasarjoja - nämä puolestaan kuljettavat lustotutkijaa ajassa taaksepäin vesistössä tapahtuneita muutoksia lustokalenterista seuraillen. Lapin alueelle on menetelmää seuraten mudostettu lustokalente- tutkimus ri (Kuva 3). Kuoren kasvua vuodesta toiseen tarkoin kuvaavaa lustokalenteria ja sen kasvunvaihteluihin johtaneita syitä voidaan tarkemmin selvittää vertaamalla lustokalenterin vaihtelua ympäristöoloissa tapahtuneisiin vaihteluihin. Lapin tapauksessa voidaan havaita, että simpukankuoren kasvunvaihtelu korreloi tilastollisesti merkitsevästi lämpötilaoloissa tapahtuneiden vaihteluiden kanssa. Erityisen korkea korrelaatio saavutetaan keski- ja myöhäiskesän keskilämpötilan ja lustonleveyden välille. Toisin sanoen, lustot ovat kasvaneet sitä paksummiksi, mitä lämpimämpiä kesät ovat olleet. Toisaalta viileät kesät ovat tuottaneet kapeita lustoja simpukankuoriin. Näin on ajan suhteen saatu laskennallinen riippuvuussuhde (Kuva 3) kuoren kasvun ja lämpötilan välisestä korrelaatiosta, mikä on samansuuntainen kuin yllämainittu eliömaantieteellinen riippuvuus (Kuva 2). löiden kuorien kerääminen luonnosta on kielletty ilman erillistä lupaa (Luonnonsuojelulaki, 6. luku, 40 §). Tässä työssä esitellyt tutkimukset on suoritettu Luonnontieteellisen keskusmuseon kokoelmien kuorille. Niiden keräämiseen on tarvittu ympäristöministeriön tai paikallisten ympäristökeskusten myöntämä lupa. Paleontologisen suojelubiologian ensisijaisena etuna saavutetaan elävien yksilöiden ja niiden elinympäristöjen koskemattomuus. Toisaalta menetelmä mahdollistaa uhanalaisten lajien tutkimuksen, myös ajalta jolloin ko. lajit eivät olleet uhanalaisia. Lajien levinneisyysalueet saattoivat olla huomattavasti laajempia kuin nykyään, ja niiden kannat sekä kasvunvaihtelu saattoivat poiketa tämän hetkisestä, ihmistoiminnan alaisuudessa tapahtuvasta vaihtelusta. Tämän lisäksi tutkimus joka kohdistuu fossiilien sijaan museonäytteisiin, täyttää niin ikään paleontologisen suojelubiologian kriteerit. Paleontologinen suojelubiologia Lopuksi Useat suolattoman veden simpukkalajeista ovat uhanalaisia. Tämä asettaa huomattavia rajoituksia lajiin ja sen elinympäristöön kohdistuvalle tutkimukselle. Toisaalta uhanalaisten lajien tutkimus on tärkeää, antaahan se vastauksia uhanalaisuuteen johtaneista syistä (Valovirta ym. 2003). Tämä on paradoksi, jonka mukaan uhanalaisten lajien tutkiminen voi samaan aikaan olla sekä hyödyllistä että haitallista, vältettävää että aiheellista. Tilanteeseen on tarjolla varsin innovatiivinen ratkaisu – paleontologisen suojelubiologian menetelmät. Paleontologinen suojelubiologia (engl. conservation paleobiology) on eräs käytännönläheisistä geobiologisista menetelmistä. Yksinkertaisimmillaan sen ideana on soveltaa suojelubiologisia menetelmiä ja hypoteeseja nykyisin uhanalaisena esiintyvien lajien fossiiliseen materiaaliin (Flessa 2002). Paleontologisen suojelubiologian ideaa on Suomen oloissa sovellettu jokihelmisimpukan tutkimukseen (esim. Helama ym. 2007). On huomattava, että Suomen lain mukaan uhanalaisia lajeja kuten jokihelmisimpukkaa ei saa häiritä luonnossa millään tavoin. Jopa kuolleiden yksi- Simpukankuoritutkimuksessa on tapahtunut viime vuosikymmeninä aimo harppauksia. Aivan erityisellä tavalla tutkimus on kehittynyt kuoren sisäisten rakenteiden paremman tuntemuksen ansiosta, mikä on luonut kehykset varsinaiselle lustotutkimukselle, sklerokronologialle. Simpukkalustotutkimus puolestaan on hyötynyt, ja tulee vastaisuudessakin suuresti hyötymään puulustotutkimuksen, dendrokronologian, puitteissa kehitetyistä numeerisistä menetelmistä. Menetelmäpohja parantaa niin kasvun aikamäärityksen tarkkuutta ja mahdollistaa varsinaisten lustokronologioiden populaatiokohtaisen rakentamisen. Lustokronologioiden avulla voidaan tarkastella niin ekologisia kuin vesistöntutkimuksellisia kysymyksiä. Yhtäällä kronologiat tarjoavat mahdollisuuden tarkastella ja määrittää tarkasti simpukoiden kasvuun vaikuttavia ympäristötekijöitä, toisaalla simpukankuoren kasvu toimii samaisten ympäristöolojen indikaattorina, muistikirjana, ajassa taaksepäin. Kansainvälisen kuoritutkimuksen määrän kasvu mahdollistaa alueellisesti laaja-alaiset tarkastelut, joiden tärkeyden voidaan ennustaa entisestään kasvavan tulevina vuosina lustotietomäärän karttuessa yhä useammilta aluilta. Paleontologisen suojelubiologian menetelmiä hyväksi käyttäen voidaan kuoritutkimuksia suorittaa olemassa olevia populaatioita ja yksilöitä häiritsemättä. Tämä on erityisen tärkeää sillä useat suolattoman veden simpukkalajeista ovat uhanalaisia. Kirjallisuus • Bauer, G. 1992. Variations in the life span of the freshwater pearl mussel. Journal of Animal Ecology 61: 425-436. • Black, B. A., Dunham, J. B., Blundon, B. W., Raggon, M. F. & Zima, D. 2010. Spatial variability in growthincrement chronologies of long-lived freshwater mussels: Implications for climate impacts and reconstructions. Écoscience 17: 240-250. • Dunca, E. 1999. Bivalve shells as archives for changes in water environment. Vatten 55: 279-290. • Flessa, K. W. 2002. Conservation paleobiology. American Paleontologist 10: 2-5. • Helama, S. 2011: Sclerochronology – Mussels as Bookkeepers of Aquatic Environment. Teoksessa: McGevin L. E. (toim.) Mussels: Anatomy, Habitat and Environmental Impact. Nova Science Publishers. ISBN 978-1-61761-763-8. • Helama, S., Lindholm, M. & Meriläinen, J. 2006. Hydrologisia aikasarjoja puiden vuosilustoista. Abstract: Hydrological time series from annual tree rings. Vesitalous 47: 31-33, 49. • Helama, S., Nielsen, J. K. & Valovirta, I. 2007. Conchology of endangered freshwater pearl mussel: conservation palaeobiology applied to museum shells originating from northern Finland. Bollettino Malacologico 43: 161-170. • Helama, S. & Valovirta, I. 2008a. Ontogenetic morphometrics of individual freshwater pearl mussels (Margaritifera margaritifera (L.)) reconstructed from geometric conchology and trigonometric sclerochronology. Hydrobiologia 610: 43-53. • Helama, S. & Valovirta, I. 2008b. The oldest recorded animal in Finland: ontogenetic age and growth in Margaritifera margaritifera (L. 1758) based on internal shell increments. Memoranda Societatis pro Fauna et Flora Fennica 84: 20-30. • Valovirta, I., Tuulenvire, P. & Englund, V. 2003. Jokihelmisimpukan ja sen elinympäristön suojelun taso LIFE-Luonto -projektissa. Luonnontieteellinen keskusmuseo, 53s. www.vesitalous.fi 3 kEhitystyö Suomalais-namibialainen kehitysyhteistyöhanke vesihävikkien pienentämiseen Keetmanshoopissa Namibia on eteläisen Afrikan kuivin valtio, joka kärsii äärimmäisestä veden niukkuudesta. Vesijohtoverkostojen vuodot ja vesihäviöt ovatkin suuri ongelma sekä taloudellisesti että yleisten vesivarojen vähyyden vuoksi. Suomalais-namibialaisen kehitysyhteistyöhankkeen (PLDDSI) tavoitteena onkin tuottaa ratkaisuja näiden ongelmien korjaamiseksi hankkeen toisessa kohdekunnassa Keetmanshoopissa. risto tulenheiMo dipl.ins. CADWES-tutkijaryhmä Tampereen teknillinen yliopisto arto löPPönen tekn. kand. Tampereen teknillinen yliopisto Kuva 1. Putkirikon korjaaminen paikallisin menetelmin (Kuva: Arto Löppönen). N Pekka Pietilä tekn.tri., tutkijatohtori CADWES-tutkijaryhmä Tampereen teknillinen yliopisto 3 Vesitalous 4/2011 amibiassa kunnat ovat vastuussa ihmisten perustarpeista kuten juomaveden johtamisesta. Veden riittävyys on maassa vakava ongelma, koska luonnollisia vesilähteitä on vähän. Kuntien omavaraisuusaste veden suhteen on hyvin pieni ja useimmissa tapauksissa kunnat ostavat veden valtion omistamalta vesitukkuyhtiöltä NamWaterilta. Hyvää pohjavettä on saatavissa vain rajallisesti ja suurimmaksi osaksi vedenhankinta perustuu sade- kauden aikana suuriin patoaltaisiin kerättyyn veteen. Lisäksi Namibian pohjois- ja etelärajoilla olevista suurista joista johdetaan vettä sisämaahan. Kuntien, lukuun ottamatta suurimpia kaupunkeja, vesijohtoverkostot ovat suhteellisen vanhoja ja ne on rakennettu pääosin 1900-luvun puolivälin jälkeen siirtomaavallan aikana. Vesijohtoverkoston huolto on pääosin ad hoc –tyyppistä eikä pitkän tähtäimen kehityssuunnitelmia juuri ole. Vesihuoltoalan osaajista Kehitystyö Kuva 2. Yleisnäkymä Keetmanshoopista (Kuva: Risto Tulenheimo). on suuri pula ja päteviä työntekijöitä puuttuu jokaiselta tehtävähierarkian tasolta. Vesijohtoverkoston hallinnan ongelmat ja NamWaterilta ostetun veden hinnan jatkuva nousu ovat johtaneet siihen, että kuntien veden myynnistä saamat tuotot eivät riitä kattamaan kasvavia menoja. Ongelmien ratkaisemiseksi PLDDSI (Partnership for Local Democracy, Development and Social Innovation) hankkeen osapuolet sopivat, että vesihuollon kehittäminen otetaan yhdeksi toiminnan pääosa-alueista. PLDDSIhanke on aloitettu vuonna 2007 ja toteutettu Suomen ulkoasiainministeriön rahoituksella neljän kunnan välisenä kehitysyhteistyönä. Sen suomalaisina osapuolina ovat Lempäälä ja Kangasala ja namibialaisina Keetmanshoop ja Ondangwa. Hankkeen yleisenä tavoitteena on edistää monikulttuurista yh- teistyötä osapuolten välillä ja tukea erilaisia yhteistyöprojekteja. Merkittävänä osana kokonaisuutta on vesihuollon kehittäminen molemmissa Namibian kunnissa. Vesihuollon kehittämisen koordinointivastuussa on Tampereen teknillinen yliopisto, jonka kautta maassa on erilaisissa tehtävissä ollut tähän mennessä viisi rakennus- ja vesialan opiskelijaa. Hankkeen alkuvaiheessa laadittiin kartta Keetmanshoopin vesijohtoverkostosta ja seuraavina vuosina analysoitiin vesijohtoverkoston hallintaa. Keetmanshoopin kunnan vesihuollon ongelmien ratkaisusta on syntynyt yksi diplomityö, ja toinen on valmistumassa keväällä 2011. Puutetta osaavasta henkilöstöstä Keetmanshoop on noin 20 000 asukkaan kunta Namibian erittäin kuivas- sa eteläosassa, jossa vuotuinen sademäärä on keskimäärin vain 160 mm. Käytännössä kaikki Keetmanshoopin asukkaat saavat nauttia juoksevasta vedestä, koska kunta on rakentanut vesijohdot kaikille tonteille. Kaikki vesijohtoverkkoon johdettava vesi ostetaan vesitukkuyhtiö NamWaterilta. Kunnalla on kolme omaa porakaivoa, mutta niiden tuottamaa vettä ei puhdisteta eikä johdeta vesijohtoverkostoon. Keetmanshoopin vesijohtoverkoston hallinnointi kuuluu tekniselle osastolle, jolla on oma johtajansa. Teknisen osaston alla toimivat ympäristö- ja terveysasioista vastaava virkamies ja teknisen toimialan päällikkö. Teknisen toimialan päällikön alaisuudessa toimivat rakennusvalvonta, rakennusryhmät ja keskusvarasto. Keetmanshoop on tyypillinen esimerkki vakavasta ammattitaitoisen henkilökunnan puutteesta Namibiassa. www.vesitalous.fi 37 Kehitystyö Kuva 3. Veden osto- ja myyntitariffien kehittyminen Keetmanshoopissa vuosina 2002–2010. Teknisen osaston johtajan ja teknisen toimialan päällikön tehtävät ovat olleet pitkään täyttämättä. Vaihtuvuus on myös suurta suorittavassa portaassa ja hiljaisen tiedon siirtämiseksi ei ole välineitä. Keetmanshoopissa puutteellisten henkilöstöresurssien ohella ikääntyvä verkostoinfrastruktuuri ja suhteettoman suuret paineet verkoston ääriosissa aiheuttavat jopa Namibian mittapuulla suuren luokan verkostohäviöt. Kokonaisuudessaan 150 km pitkän vesijohtoverkoston putkista yli puolet on ennen 1960-lukua asennettuja asbestisementtiputkia, jotka aiheuttavat korjaustöitä lähes päivittäin. Myös sulkuventtiilien puute ja toimimattomuus kriittisissä paikoissa tekevät usein tietyn johto-osuuden eristämisen mahdottomaksi, ja monesti joudutaankin sulkemaan koko lähiö vedentulon pysäyttämiseksi korjaustöiden ajaksi. Kunnossapitokulttuuriin ei kuulu testata venttiilien toimivuutta systemaattisesti, vaan ennemminkin ne jätetään suosiolla koskematta ja näin ummistetaan silmät ongelmalta. Keetmanshoopissa vesi johdetaan jakeluverkostoon pumppaamatta kolmesta vesisäiliöstä. Kun jakeluverkko on yh- 38 Vesitalous 4/2011 tä painepiiriä, niin kaupungin alavilla alueilla verkostopaineet ovat tarpeettoman suuria. Suurimmat mitatut vedenpaineet ovatkin yli 90 metriä, mikä on omiaan lisäämään sekä putkirikkojen määrää että vuotojen kautta häviävää vettä. Vesihävikistä miljoonatappiot Vuonna 2009 laskuttamattoman vedenkulutuksen osuus oli 38 prosenttia kaikesta NamWaterilta ostetusta ja verkostoon johdetusta vedestä. Tästä noin viisi prosenttiyksikköä koostuu kunnan omasta vedenkäytöstä muun muassa teiden ja urheilukenttien kasteluun sekä sammutustöihin, ja loppuosa eli noin kolmannes koko volyymista on varsinaista vesihävikkiä. Vesihävikin jakautumisesta eri komponentteihin ei ole tarkkaa tietoa, mutta havaintojen ja arvioiden mukaan suurin osa hävikistä koostuu putkivuodoista, luvattomasta vedenkäytöstä sekä mittarivirheistä. Laskuttamattoman veden osuus on myös ollut jatkuvassa nousussa, kun se esimerkiksi vielä vuonna 2006 oli noin 31 prosenttia. Laskuttamaton vesi maksoi Keet manshoopin kunnalle vuonna 2009 yli neljä miljoonaa Namibian dollaria (400 000 euroa). Kompensoidakseen massiiviset taloudelliset tappiot kunta on ollut pakotettu nostamaan omaa myyntitariffiaan lähes vuosittain (Kuva 3), ja kunnan köyhimmällä väestöllä on yhä suurempia vaikeuksia maksaa käyttövedestään. Tämä asettaakin kunnan johdon erityisen tukalaan tilanteeseen. Kunnan velvollisuuksiin kuuluu taata veden tulo talouksiin, mutta maksamattomat laskut johtavat tonttijohdon sulkemiseen, kunnes lasku on maksettu. Myös kunnalla itsellään on ollut muutamia vuosia sitten suuria maksuvaikeuksia NamWaterille. Pahimmillaan ne ovat johtaneet jopa vedenjakelun säännöstelyyn, mutta vuonna 2010 tilit olivat tasan. Verkostopainetta alentamalla vuodot pienemmiksi Keväällä 2011 valmistuvan diplomityön pääpaino on pitkän aikavälin saneeraussuunnitelman laatimisessa Keetmanshoopiin. Suunnitelman ensimmäisessä vaiheessa hankitaan elintärkeää tietoa verkostosta virtaama- ja painemittauksilla sekä testataan vesimittarien tarkkuutta kulutuspisteissä. Saadun tiedon avulla kalibroidaan verkostomallia, joka on myös kehitetty tässä diplo- kEhitystyö 6XO]HU3XPSVtYHVLKXROORQ KXLSSXRVDDPLVWDNDXWWDPDDLOPDQ 7KH+HDUWRI<RXU3URFHVV 2TKYDQ/TLORNML@@HKL@MINGS@U@ UDCDMRHHQSN I@ O@HMDDMJNQNSTR OTLOOTIDMU@KLHRS@I@ /TLOOTLLDNMRTTMMHSDKST SNHLHL@@M SDGNJJ@@RSH I@ JDR SĔLĔĔM JĔXSŅRRĔ OHSJĔĔM (MMN U@SHHUHRDS I@ KTNSDSS@U@S Q@SJ@HRTS STNU@S @RH@JJ@HKKDLLD JHKO@HKTDST@ U@@SHUHRR@JHMRNUDKKTJRHRR@ 6XO]HU3XPSV 2TKYDQ/TLOR%[email protected] /+*NSJ@ /TGDKHM VVVRTKYDQOTLORj mityössä. Mallin avulla pyritään selvittämään paras tapa jakaa verkosto paine- ja kulutusalueisiin. Saneeraussuunnitelman toisessa vaiheessa verkostoon asennetaan paineenalennusventtiileitä ja alueellisia vesimittareita paljastamaan vuotojen kannalta ongelmallisimmat alueet. Täten verkostosaneerausta voidaan lähteä tekemään systemaattisesti pahimmilta ongelma-alueilta lähtien. Vesimittarien tarkistusohjelman avulla saadaan parempi käsitys mittarien aiheuttamien näennäishäviöiden suuruudesta ja voidaan vaihtaa toimimattomat mittarit uusiin. Suunnitelmassa terävöitetään myös tiedon keräämisen ja säilyttämisen merkitystä, koska tällä hetkellä tehtyjä kunnossapitotöitä ei tallenneta mihinkään tietokantaan. PLDDSI-hanke on saanut ulkoasianministeriöltä lisärahoituksen seuraavalle kolmivuotiskaudelle 2011–2013. Lisäksi hankkeelle on haettu projektirahoitusta Euroopan Unionilta Keetmanshoopin jakeluverkoston kehittämiseksi. Erityisesti Keetmanshoopin vesihuollon parantamisen kannalta hankkeen jatkuminen olisi elintärkeää. Ilman merkittäviä toimia saneeraussuunnitelman aloittamiseksi ongelmat tulevat kärjistymään tulevaisuudessa yhä enemmän. www.vesitalous.fi 3 uutisia PRECIKEM ”Kemisk precisionsbehandling av sura sulfatjordar för att förhindra uppkomsten av syra” ”Kemiallinen täsmäkäsittely sulfaattimailla tapahtuvan haponmuodostumisen estämiseksi” PRECIKEM-projektissa kehitetään kemiallisia menetelmiä happamien sulfaattimaiden aiheuttamien haittojen torjuntaan Vuodenvaihteessa käynnistyneen, pääosin Pohjanmaan ELY-keskuksen rahoittaman PRECIKEMprojektin yhdeksän hehtaarin suuruinen koekenttä Vaasan Risöfladanilla valmistui kesäkuun alussa. Kolmivuotista projektia koordinoi Yrkeshögskolan Novia muiden projektiosapuolten ollessa Vaasan ammattikorkeakoulu, Åbo Akademi ja Yrkesakademin i Österbotten. Y hteistyössä ProAgria Pohjanmaan (ÖSL, Österbottens svenska lantbrukssällskap), Nordkalkin ja KWH Pipen kanssa toteutettavan projektin perimmäisenä tavoitteena on kehittää menetelmiä, joiden avulla Pohjanmaalla yleiset happamat sulfaattimaat voidaan säilyttää ympäristön kannalta kestävällä tavalla maanviljelyskäytössä. Projektissa kehitetään erityisesti säätökastelua lisäämällä kasteluveteen sulfidien hapettumista estäviä aineita kuten hienojakoista kalsiumkarbonaattia. Pohjanmaan rannikolla on jopa 2 000 km² happamia sulfaattimaita, jotka sisältävät sulfidimineraaleja. Maankohoamisen ja kuivattamisen myötä pohjaveden pinta laskee ja ilman happi pääsee reagoimaan sulfidimineraalien kanssa. Reaktiotuotteena muodostuu happoa ja happamia valumavesiä, jotka uuttavat mukaansa haitallisia metalleja. Seurauksena on pahimmillaan vastaanottavien vesistöjen happamoituminen ja kalakuolemat. PRECIKEM-projektin koekentällä pumpataan ympäristölle haitattomia ja maatalouskäyttöön soveltuvia sulfidien hapettumista estäviä liuoksia tai suspensioita salaojaputkia pitkin suoraan happamuutta aiheuttavan sulfidikerroksen hydrologisesti aktiivisiin makrohuoko- 0 Vesitalous 4/2011 PRECIKEMin projektiryhmä koekentällä Vaasan Risöfladanilla. Henkilöt vasemmalta, Rainer Rosendahl (ProAgria Pohjanmaa), Sten Engblom (Yrkeshögskolan Novia), Thomas Andersson (Yrkeshögskolan Novia), Pekka Stén (Vaasan ammattikorkeakoulu), Peter Österholm (Åbo Akademi) ja Kjell-Erik Lall (Yrkesakademin i Österbotten). Kuva: Pekka Mäkynen. siin. Säätösalaojitettu ja hydrogeokemiallisiin mittauksiin tarvittavilla instrumenteilla varustettu kenttä muodostuu yhdeksästä hydrologisesti eristetystä hehtaarin suuruisesta ruudusta, joilla testataan kemiallisia käsittelyjä sulfidien hapettumisen ja siitä johtuvan haponmuodostumisen estämiseksi. ProAgria Pohjanmaan salaojitusteknikko Rainer Rosendahlin suunnitteleman koekentän urakoi maalahtelainen Nybacks Gräv hyödyntäen kehittämäänsä uutta tekniikkaa hydrologiseen eristykseen käytettävän muovikalvon asentamisessa. Kemialliset käsittelyt Yrkesakademin pellolle rakennetulla koekentällä toteutetaan kesällä 2012 ja 2013, kesällä 2011 kerätään hydrogeokemiallista vertailuaineistoa ja seurataan säätösalaojituksen sekä hydrologisen eristyksen uutisia Suomalaisen elintarviketuotannon asialla Maatalous- ja metsätieteiden tohtori Liisa Pietola on nimitetty uudeksi MTK:n ympäristöjohtajaksi. Pietola näkee keskeisenä tehtävänään tehokkaan ja ympäristöystävällisen kotimaisen elintarviketuotannon toimintaympäristön turvaamisen. L Bo Nyback (lapion varressa) ja Mikael Nyback (salaojituskoneessa) asentavat hydrologiseen eristykseen käytettyä muovikalvoa PRECIKEMprojektin koeruutujen väliin. Kuva: Rainer Rosendahl. toimivuutta. Ammattikorkeakoulujen Technobothnian ympäristölaboratorioissa tehtävillä kokeilla valitaan olosuhteet suuressa mittakaavassa tehtäviin kenttäkokeisiin. Åbo Akademissa kehitettyjä menetelmiä käytetään kokeiden seurannassa ja koekentän karakterisoinnissa. Projektin päärahoitus tulee Pohjanmaan ELY-keskuksen kautta Euroopan maaseudun kehittämisen maatalousrahaston Manner-Suomen maaseudun kehittämisohjelmasta 2007–2013. Ohjelman edellyttämän yksityisen rahoituksen ovat myöntäneet Salaojituksen tutkimusyhdistys, Maaja vesitekniikan tuki, MTK:n säätiö, Österbottens svenska producentförbund sekä MTK Etelä-Pohjanmaa. Näiden lisäksi projektia tukevat Nordkalk sekä KWH Pipe ja siihen liittyvät investoinnit rahoittaa K. H. Renlundin säätiö, Oiva Kuusisto Säätiö ja Vaasan Aktiasäätiö. iisa Pietola on tehnyt pitkän työuran opettajana, tutkijana, asiantuntijana ja projektijohtajana maaperäfysiikan ja kasvinravitsemuksen alalla. Aiemmin hän on työskennellyt mm. Helsingin yliopiston ja lannoiteyhtiö Yaran palveluksessa. Pellon ominaisuudet ja toiminta ovat tulleet tutuksi paitsi teoriassa, myös käytännön kautta; Pietolan perhe viljelee omaa 50 peltohehtaarin tilaa. Maa- ja metsätaloustuottajain Keskusliiton (MTK) ympäristöjohtajan tehtävä kiinnosti Pietolaa, koska siinä hän näki hyvät mahdollisuudet vaikuttaa suomalaisen elintarviketuotannon kehittämiseen. Uuteen tehtävään Pietola siirtyi toukokuun alussa. ”Suomalainen maanviljelijä ja ympäristöystävällinen ruoantuotanto ovat aina olleet tärkeitä lähtökohtia työssäni. Kuinka pelto toimii, miten ravinteet liikkuvat maaperässä ja millä tavoin viljelijän tulisi työskennellä tehokkaan tuotannon ja ympäristön turvaamiseksi? Nämä ovat erittäin tärkeitä kysymyksiä myös kuluttajien kannalta”, arvioi Liisa Pietola. MTK:n ympäristöjohtajan toimenkuvaan kuuluu monipuolinen kirjo niin kotimaisia kuin EU-tason ympäristöasioita kuten luonnon monimuotoisuus, vesiensuojelu, ilmastonmuutos, jätevesiasiat ja uusiutuva energia. Ajankohtaisia meneillään olevia hankkeita ja asiakokonaisuuksia ovat mm. maatalouden ympäristötuen uudistaminen, EU:n biodiversiteettistrategian toimeenpano, alkutuotannon vaikutukset ilmastonmuutokseen, haja-asutusalueiden jätevesiasetuksen täytäntöönpano sekä puhdistamolietteiden hyötykäyttö peltoviljelyssä. ”Lainsäädäntöhankkeissa on muistettava turvata maanomistajien oikeu- det ja varmistaa, Liisa Pietola aloitti MTK:n että maa- ja metsäympäristöjohtajana talouden toimintatoukokuussa. edellytyksistä pidetään huolta. Hajaasutusalueiden jätevesiasetus on esimerkki lainsäädännöstä, jonka toimeenpano vaatii tietoa ja tiedottamista. Puhdistamolietteiden hyötykäytön aloittaminen vaatisi lisää tutkimusta erityisesti orgaanisten haitta-aineiden osalta. Haittojen toteaminen käytännön tasolla voi kestää vuosikausia. Maaperänsuojelu on erityisen tärkeää ruoantuotantoalueilla ja meidän tulee olla varmoja lietteiden vaikutuksista ennen kuin voimme suositella niiden peltokäyttöä ”, Pietola sanoo. Yksi tärkeimmistä ajankohtaisista huomiota vaativista aiheista Liisa Pietolan mukaan on edelleen maatalouden vesiensuojelu. Keskeistä ravinnekuormien vähentämisessä on huolehtia peltojen kasvukunnosta ja riittävästä kuivatuksesta. Toinen keskeinen toimenpide olisi suojavyöhykkeiden ja -kaistojen vihermassojen palauttaminen pellolle ja kolmas lannan ravinteiden tehokkaampi hyödyntäminen. ”Suomessa pelloista 40 prosenttia on vuokramaita, ja tarvitaan lisää kannustimia ojituksen lisäämiseksi. Runsaiden sateiden aikaan pellolta edellytetään kykyä imeä vettä, sillä muuten syntyy pintavaluntaa, joka aiheuttaa eroosiota ja vaikuttaa ravinnekuormituksen määrään. Myös peltojen ja vesistöjen väliseen suojavyöhykkeeseen on kiinnitettävä huomiota. Vyöhykkeitä tulisi ulottaa laajemmalle ja siirtää vihermassat suojavyöhykkeiltä takaisin pellolle tai käyttää esimerkiksi energiantuotannossa. Jos suojavyöhykkeet jätetään syksyllä mätänemään lähelle vesirajaa, lisää ravinteita pääsee huuhtoutumaan vesistöön”, sanoo Liisa Pietola. www.vesitalous.fi 1 N[MM[[VV¼XGFGPOKVVCWMUGGP 'V¼NWGPVCVWQCLCPVCUCKUGPMWNWVWUVKGFQPO[ÑUXGUK[JVKÑKFGPWNQVVWXKNNG /DQGLV*\ULQHWÁOXHWWDYDWYHVLPLWWDULWMDÁO\NÁVHWÁOXHQ WDUDWNDLVXWXRYDWYHGHQNXOXWXVWLHGRWUHDDOLDLNDLVHQDQ\W P\ÓVYHVL\KWLÓLGHQVDDWDYLOOH7HNQRORJLDPPHRQMRNÁ\ WÓVVÁOXNXLVLVVDVÁKNÓNDXNROÁPSÓMDPDDNDDVX\KWL ÓLVVÁ7DUNDQWXQWLSRKMDLVHQPLWWDXNVHQDQVLRVWDYHVL\KWLÓ VDDDMDQWDVDLVWDLQIRUPDDWLRWDYHGHQNXOXWXNVHVWDMDYHVL YHUNRQWLODVWD (WÁOXHQWDWDUMRDDWHKRNNDDWW\ÓNDOXWYHUNRVWRQKDOOLQWDDQ 5HDDOLDLNDLVWHQWLODMDKÁO\W\VWLHWRMHQDQVLRVWDPDKGROOLVHW YXRWRNRKGDWOÓ\GHWÁÁQWDUNHPPLQMDQRSHDPPLQMDYHU NRVWRQK\GUDXOLLNDQKDOOLQWDDYRLGDDQNHKLWWÁÁ0\ÓVDVLD NDVSDOYHOXQODDWXSDUDQHHNXQNXOXWXVWDYRLGDDQVHXUDWD DOXHLWWDLQDVLDNDVW\\SHLWWÁLQWDLHULYXRURNDXGHQDLNRLQD /DQGLV*\ULOOÁRQ\OLYXRGHQNRNHPXVHQHUJLDPXR WRMHQV\QHUJLDSRWHQWLDDOLVWD7DUMRDPPHWÁPÁQDVLDQ WXQWHPXNVHPPHDVLDNNDLGHPPHK\ÓG\QQHWWÁYÁNVLWRL PLWWDPDOODNRNRQDLVUDWNDLVXQMRNDVLVÁOWÁÁVXXQQLWWHOXQ ODLWWHHWMÁUMHVWHOPÁWDVHQQXNVHWMDSURMHNWLQKDOOLQQDQ /LVÁWLHWRDZZZODQGLVJ\UƄ Suomen Vesiyhdistys r.y. Ajankohtaista Vesiyhdistykseltä Pertti Seuna EWA:n presidentiksi P rofessori, tekniikan tohtori Pertti Seuna on aloittanut EWA:n (European Water Association) presidenttinä heinäkuun alusta 2011. Toimikausi on kaksi vuotta. Pertti on ollut Suomen Vesiyhdistys ry:n puheenjohtajana vuosina 1995–2004 ja on nyt varapuheenjohtajana. Pertin edeltäjä EWA:n presidenttinä oli Jean Philippe Torterotot Ranskasta. Presidentti johtaa EWA:n johtokuntaa ja koko järjestön toimintaa. Jäsenmaita on 26 ja niissä kansallisten vesiyhdistysten jäseninä 55 000 vesialan ammattilaista. EWA:lla on myös jäseninä yrityksiä ja yhteisöjä. EWA:n presidentin tehtävän saaminen suomalaiselle on merkittävä saavutus ja korostaa Suomen asemaa Euroopan vesialalla. Suomen Vesiyhdistys ry onnittelee Pertti Seunaa ja toivottaa hänelle menestystä tässä merkittävässä tehtävässä. Vesihuoltojaoston syysseminaari 2.11.2011 V esihuoltojaoston jo perinteinen vuosikokous ja syysseminaari järjestetään ke 2.11.2011 alkaen klo 16:00 Ramboll Finland Oy:n uudella pääkonttorilla. Vuosikokouksessa valitaan uusi työvaliokunta seuraavalle vuodelle. Syysseminaarin aihe on ”Muuttuva lainsäädäntö vesihuoltokentässä”. Syyseminaarin ohjelma valmistuu syyskuun alkupuolella. Euroopan Vesijärjestö EWA 30 vuotta K esäkuun 22. päivänä tuli kuluneeksi 30 vuotta EWA:n (European Water Association) perustamisesta. Alun perin nimi oli European Water Pollution Control Association (EWPCA), mutta se muuttui nykyiseen muotoonsa tehtäväkentän samalla laajentuessa vuonna 1999. Syntymäpäiviä vietetään EWA:n Brysselin konferenssin yhteydessä 24.-25. loka- kuuta 2011 Baden-Württembergin osavaltion tiloissa Brysselissä. Konferenssin aiheena on ”Effective Urban Wastewater Treatment: A Key Prerequisite of Successful Implementation of the Water Framework Directive”. Vuotuiset Brysselin konferenssit järjestetään yhteistoiminnassa EU:n vesiasioiden johdon kanssa, ja kutsuttuina puhujina on tavallisesti useita korkeita EU:n virkamiehiä. Konferenssiin osallistuminen tarjoaa siten suoran ja edullisen kanavan EU:n vesiasioiden päätöksenteon huipulle. Tämän vuoden tilaisuuteen ehtii vielä mukaan; lisätietoja löytyy EWA:n kotisivuilta. Organisaationa EWA on ammatillinen, riippumaton, voittoa tavoittelematon järjestö, ns. NGO, jonka toiminta perustuu pääosin vapaaehtoistoimintaan. EWA:an kuuluu tällä hetkellä 26 maata Venäjän tultua jäseneksi tänä vuonna. Henkilöjäseniä on kansallisissa jäsenjärjestöissä noin 55 000, ja ne muodostavat erittäin suuren ja laaja-alaisen ammatillisen potentiaalin toiminnalle. Yritys- ja yhteisöjäseniä on 21, ja jäsenyyden kautta niillä on mahdollisuus mm. päästä vaikuttamaan Euroopan vesipolitiikan kehittämiseen. Samalla yritykset saavat kansainvälistä näkyvyyttä, minkä vuoksi useat Euroopan ulkopuoliset yritykset ovat osoittaneet kiinnostusta partner-jäsenyyttä kohtaan. Jäsenyyden edellytyksenä on vesialaa edistävä toiminta Euroopassa; muuten yrityksen ei välttämättä tarvitse olla puhtaasti eurooppalainen. EWA muodostaa laajan pan-eurooppalaisen keskustelu-, koulutus-, vaikutus- ja informaatiokanavan vesipolitiikan ja -tekniikan asioille Euroopassa, ja se lienee lajissaan Euroopan suurin. Tunnuslauseena on ”Clean water for Europe”. EWA järjestää konferensseja ja seminaareja sekä harjoittaa julkaisutoimintaa mm. julkaisemalla sähköistä E-WAter lehteä. Manifesto eli julkilausuma ottaa kantaa keskeisiin ja ajankohtaisiin vesiasioihin Brysselin konferenssin yhteydessä. EWA:lla on merkittävä rooli Münchenissa pidettävillä IFAT:in suurmessuilla; sen yhteydessä EWA järjestää 8.-9. toukokuuta 2012 kansainvälisen symposiumin ”Sustainable Wastewater Management – New Solutions for New Problems”. Tiivistelmien jättöaika tähän symposiumiin päättyy jo 16. syyskuuta 2011. Maaliskuun 27.-28. päivinä ensi vuonna järjestetään Risk management workshop Englannissa Pembrokessa. Näidenkin tilaisuuksien lisätietoja voi seurata EWA:n kotisivuilta. Pertti Seuna professori EWA:n presidentti www.vesitalous.fi 43 liikEhakEmisto AUTOMAATIOJÄRJESTELMÄT Logica_Vesitalous_liikehakemisto.FH11 Tue Mar 25 12:51:52 2008 C M Y CM MY CY CMY K Vesihuollon monipuolinen yhteistyökumppani www.slatek .fi Composite JÄTEVESIEN- JA LIETTEENKÄSITTELY Kaikki laitteet mekaaniseen jätevedenkäsittelyyn: WASTE WATER Solutions ROTAMAT® ja ESCAMAX® välpät HUBER WAP välppeen pesu/puristus COANDA hiekkapesuri ROTAMAT® lietteenkäsittelylaitteet CONTIFLOW hiekkasuodatin Hydropress Huber Ab Hankasuontie 9, 00390 Helsinki, puh. 0207 120 620, fax 0207 120 625 [email protected], www.huber.fi ECONET Water for Life 9HGHQMlWHYHGHQOLHWWHHQ MDELRNDDVXQNlVLWWHO\SDOYHOXW (FRQHW2\ 0DOPLQNDDUL+(/6,1., 3XK)DNVL HFRQHW#HFRQHWJURXSÀZZZHFRQHWJURXSÀ Tässä voisi olla sinun ilmoituksesi! (FRQHWLOPRB[LQGG Ilmoitus Vesitalous-lehden liikehakemistossa 18 € / pmm tai pyydä tarjousta puh. 050 66 174 / Harri Mannila. [email protected] Vesitalous 4/2011 liikEhakEmisto SUUNNITTELU JA TUTKIMUS Asemakatu 1 62100 Lapua Puh. 06-4374 350 Fax 06-4374 351 &R K x x x x x Kiuru & Rautiainen Oy Vesihuollon asiantuntijatoimisto Laitosten yleis- ja prosessisuunnittelu Vesihuollon kehittämissuunnitelmat Talous- ja organisaatioselvitykset Taksojen määritysennusteet Ympäristölupahakemukset SAVONLINNA puh. 010 387 2550 fax 010 387 2559 www.kiuru-rautiainen.fi VESIHUOLTOPALVELUA Hitsaajankatu 4 c 00810 Helsinki puh. 044 091 77 77 [email protected] www.veela.fi RAMBOLLISTA VESIHUOLTORATKAISUT ASIAKKAAN TARPEIDEN JA YMPÄRISTÖN HYVINVOINNIN MUKAAN. www.ramboll.fi •vesihuollon projektit •biokaasulaitokset •palveluiden kilpailuttaminen •riskienhallintasuunnitelmat •ympäristöluvat Edelläkävijän palvelut koko elinkaareen www.poyry.fi Vesi ja ympäristö PL 50, 01621 VANTAA Puh. 010 33 11 www.vesitalous.fi liikEhakEmisto VEDENKÄSITTELYLAITTEET JA -LAITOKSET Pyörreflotaatio – Vedenkäsittelyn hallintaa – Tehokkain flotaatio maailmassa Flotaatiolaitossuunnittelua ja toimituksia yli 45 vuotta SIBELIUKSENKATU 9 B PUH. 09-440 164 • •Automaattiset Automaattisetsuotimet suotimetvedenkäsittelyyn vedenkäsittelyyn • Erilaiset säiliöt vaihteleviin prosesseihin • RO-laitteistot ja Nanosuodatuslaitteet • UV-lamput ja Otsoninkehityslaitteistot • pH-, Cl2- ja johtokykysäätimet uima-allas- ja vesilaitoskäyttöön • Vedenkäsittelyjärjestelmien komponentit • Vedenkäsittelyn prosessisuunnittelu 00250 HELSINKI FAX 09-445 912 Nuijamiestentie 5 A, 00400 HELSINKI, puh. 042 494 7800, fax 042 494 7801 Email: [email protected], internet: www.dosfil.com, Antti Jokinen GSM 0400 224777 www.kaiko.fi x Vuodonetsintälaitteet x Vesimittarit x Annostelupumput x Venttiilit x Vedenkäsittelylaitteet Kaiko Oy Henry Fordin katu 5 C 00150 Helsinki Puhelin (09) 684 1010 Faksi (09) 6841 0120 S-posti: [email protected] VERKOSTOT JA VUOTOSELVITYKSET VERKOSTOT, SANEERAUS Omega-Liner® Viemärisaneeraukset Puhelin (02) 674 3240 Flexoren® Pyydä tarjous viemärisaneerauksesta! Juha Kangasniemi Puh. 0400 484 802 www.nrgroup.fi VPP SUJU –pätkäputkilla Vaakaporauspalvelu VPP Oy Infra www.vppoy.com INFRA JA YMPÄRISTÖNSUUNNITTELU Tässä voisi olla sinun ilmoituksesi! Ilmoitus Vesitalous-lehden liikehakemistossa 18 € / pmm tai pyydä tarjousta puh. 050 66 174 / Harri Mannila. [email protected] Vesitalous 4/2011 liikEhakEmisto VESIHUOLLON KONEET JA LAITTEET pumppaamot jätevesipumput kaukolämpöpumput ABS Nopon/Oki ilmastimet ABS HST turbokompressorit epäkeskoruuvipumput työmaauppopumput potkuripumput tyhjöpumput sekoittimet *'+!* "($! &* -,,,('%*&fi Paanutie 8, Keuruu p. 0207 199 700 TUOTTEITAMME: Välppäysyksiköt EDULLISET JA LUOTETTAVAT VENTTIILIT VEDENKÄSITTELYYN KEYFLOW OY Paalukatu 1 Satamatie 25 53900 LAPPEENRANTA Puh. 020 7191 200, fax. 020 7191 209 [email protected] www.keyflow.fi Hiekanerotus- ja kuivausyksiköt Lietekaapimet Sekoittimet Ruuvipuristin FW 400/1250/0.5, Q = 150 kgDS/h Lastausväylä 9, 60100 Seinäjoki Karjalankatu 2 A 17, 00520 Helsinki Puh. 06 – 420 9500, Fax. 06 – 420 9555 Lietteentiivistys- ja kuivausyksiköt Kemikaalinannostelulaitteet Flotaatioyksiköt Biologiset puhdistamot www.fennowater.fi Kokonaisratkaisut vesihuoltoon Puhdas- ja jätevesipumput, uppopumput, pumppaamot, upposekoittimet, venttiilit ja käynnissäpito KSB Finland Oy Savirunninkatu 4, 04260 Kerava Puh. 010 288 411, www.ksb.fi www.vesitalous.fi liikEhakEmisto VESIKEMIKAALIT Water is the connection Kemira Oyj PL 330 00101 Helsinki Puh. 010-86 11 www.kemira.fi Polyalumiinikloridit Natriumaluminaatti Natriumhypokloriitti Suolahappo Natronlipeä Eka Chemicals Oy, Tammasaarenkatu 15a B, 00260 Hki Puhelin 0207 515 600, Faksi 0207 515 630 Nordkalk-kalkkituotteet vedenkäsittelyyn kalkkikivirouheet kalkkikivijauheet sammutettu kalkki poltettu kalkki Nordkalk Oy Ab puh. 020 753 7000 www.nordkalk.com/watergroup ESIKÄSITTELYKEMIKAALIT • PINTAKÄSITTELYKEMIKAALIT • PERUSKEMIKAALIT VEDENPUHDISTUSKEMIKAALIT • SAOSTUSKEMIKAALIT • RASKASMETALLIEN SAOSTUS Algol Chemicals Oy • Karapellontie 6 • PL 13, 02611 Espoo • Puhelin (09) 50 991 • Faksi (09) 5099 254 w w w. a l g o l . f i Vesitalous 4/2011 www.vesitalous.fi ÄLÄ VAJOA SYVYYKSIIN! Ilmoita Vesitalous-lehden LIIKEHAKEMISTOSSA Ilmoitus liikehakemistossa 18 € / pmm tai pyydä tarjousta puh. 050 66 174 / Harri Mannila. Valitse osastosi ja nosta yrityksesi tunnettavuutta näkyvällä toistolla. Toista tai vaihda ilmoitusta numeroittain. Palstan leveys liikehakemistossa 80 mm, kaksi palstaa 170 mm. [email protected] www.vesitalous.fi aBstraCts Finnish journal for professionals Finnish journal in the water sectorfor professionals in the water sector Published six times annually Editor-in-chief: Timo Maasilta Address: Annankatu 29 A 18, 00100 Helsinki, Finland Marko Keskinen: Towards more comprehensive water management – but how? resent-day guidelines for energy and environmental policy put holistic planning in the spotlight. A broaderbased perspective is required for the use of natural resources, in which different sectors and opinions are factored in on a balanced basis. Efforts are made to assess decisions on a broad front, figuring in their multiplier effects. All of these objectives also apply to the use and management of water resources, and they are particularly crucial in the consideration of the complex interrelationships between water and energy generation. But what do these goals mean in practice? P Ville Satka and Jukka Paatero: Renewable energy sources in Finland and abroad he European Union has set a target for 20 per cent of its energy production to be based on renewable energy sources by the year 2020. The target for Finland has been set at 38 per cent, whereas in the comparison year 2005, renewable energy’s share of total energy consumption was 28.5 per cent. Achieving these ambitious targets will demand large investments in all EU countries irrespective of what forms of renewable energy will be used. T Ville Satka and Jukka Paatero: Hydropower and the Nordic electricity market inland is part of the Nordic electricity market; therefore the price of electricity in Finland depends on the situation for electricity demand and supply throughout the Nordic region, not just the internal situation in Finland. In the Nordic countries, more than half of electricity is generated by hydropower, so the price of electricity in Finland is closely tied to hydropower, although only about 15 per cent of Finland’s own electricity is generated by hydropower. F Björn Klöve: Finland’s new wetland strategy and impacts on the state of waterways n 2009, various ministries appointed a committee to prepare a national strategy for Finland’s wetlands and peat areas. The aim of the strategy is sustainable and responsible exploitation of marshlands and the integration of the needs of various forms of exploitation. The fields to be harmonised are the societal, economic and ecological uses of marshlands. The objective is to secure the requirements of I 0 Vesitalous 4/2011 agriculture, forestry and peat harvesting activities, to reduce harmful impacts on waterways and the environment, to attain a favourable level of conservation, and to secure other multifarious uses of wetlands. Pia Oesch: Water and energy – an excellent pair together W ater is a crucial factor of production in terms of the Nordic electricity market. On the common Nordic market, more than half of the electricity is generated by hydropower. Water and the quantity thereof crucially affect both the price of electricity and the emissions caused by production. The role of hydropower as a maintaining factor in the functioning of the electricity system will be emphasised as the electricity production structure adjusts to meet the challenges set by climate change and by the scarcity of fossil fuels. In the structure of energy production, coal is being wound up and wind power, nuclear energy and domestic fuels are gaining ground, among which wood and peat are the most prominent in Finland. Other articles: Olli Varis: The good, the bad and the ugly (Editorial) Anne Salminen: Utilising wastewater heat – renewable energy use or energy conservation? Kaisa Västilä, Johanna Jalonen and Juha Järvelä: Impacts of sediment processes on the planning of natural-type channels Samuli Helama and Ilmari Valovirta: Growth of salt-free water shellfish shells as an indicator of environmental conditions Risto Tulenheimo, Arto Löppönen and Pekka Pietilä: Finnish-Namibian development cooperation scheme for the reduction of water wastage in Keetmanshoop Aleksi Neuvonen: Water and energy – information, technology and moderation Vesi ja energia – tieto, teknologia ja kohtuus K eskustelu ihmiskunnan perusresursseista, energiasta, ruoasta ja vedestä, on saanut uuden sävyn viimeisen viiden vuoden aikana. Energian ja elintarvikkeiden hintapiikit 2007–2008 vahvistivat ymmärrystä siitä, että energia, ruoka ja vesi kytkeytyvät yhä enemmän globaaleilla markkinoilla yhteen. Talouden vauhdikas kasvu erityisesti nopeasti kehittyvissä maissa heiluttelee hyödykkeiden hintoja kaikkialla maailmassa. Samalla energian kulutuksen kasvu vaikuttaa ruoan hintaan ja ruoan kulutuksen kasvu veden hintaan jne. Yhä selkeämmäksi on käynyt, että kasvavan niukkuuden ja hintakehityksen pohjalla on nimenomaan kulutuksen hillittömän nopea kasvu: esimerkiksi Kiinan energiankulutus kasvaa jatkuvasti nopeammin kuin mitä vielä muutama vuosi sitten osattiin ennustaa. Teknologiset kehitysaskeleet tai uusien varantojen hyödyntäminen ei pysy tässä vauhdissa. Yhä selvemmäksi tulee, mitä Paul Crutzenin vuonna 2000 esittelemä ajatus siirtymästä uuteen geologiseen aikakauteen, antroposeeniin, tarkoittaa: maapallo ja sen resurssit näyttäytyvät yhä selkeämmin ihmiskunnan toimien muokkaamana, ei vain geologisten prosessien tuloksena syntyneenä. Koska haasteet ovat globaaleja, myös ehdotetut ratkaisut lähtevät globaalista perspektiivistä. Ajatuksena on ollut, että jos kerran energia, ruoka ja vesi muodostavat globaalit markkinat, voidaan noita markkinoita korjaamalla vaikuttaa kulutukseen ja rakentaa viisaan hallinnan malleja. Ongelmana on kuitenkin se, että markkinat ovat vasta osittain globaalit. Monilla alueilla joko energiaa tai vettä on hyvinkin yltäkylläisesti. Kuluttajien on vaikea ymmärtää sekä energian että veden välillistä/ virtuaalista kulutusta, jonka kautta itse kukin meistä kytkeytyy näiden resurssien globaaliin markkinaan. Siksi on myös vaikeaa oikeuttaa sitä, että markkinoiden nykyisiä pelisääntöjä alettaisiin muokata – osalle ihmiskunnasta asiassa kun ei ole ongelmaa. Kilpailevana mallina globaaleille markkinamekanismeille ja niiden ylhäältä alas rakennettavalle ohjaukselle on tarjottu ajatusta paikallisen yhteisoman (commons) hallinnasta. Eritoten talousnobelisti Ellinor Ostromin teorioihin pohjautuen on alettu kiinnittää huomiota niihin paikallisiin ratkaisuihin, joilla vesi-, metsä- ja kalavaroja sekä laidunmaita on traditionaalisesti hallittu. Ajatuksena on, että nämä mallit ovat muodostuneet hyvin paikallisesti ja käyttäjien kesken, ei ylhäältä-alas annettujen sääntöjen pohjalta. Ostromin mukaan etsimme monissa tilanteissa turhaan ainoaa oikeaa globaalisti toimivaa ratkaisumallia, perustui se sitten markkinoihin tai globaaliin regulaatioon. Tuntuu kuitenkin vaikealta mieltää sitä, miten paikallisilla hallintamalleilla voitaisiin ratkaista globaalia resurssihaastetta. Etenkin, kun resurssien niukkeneminen on ennätyksellisen nopeaa ja kehityskulkujen vaikutukset kumuloituvia. Millaista on se globaali yhteisoma, jolle voisi kehittyä hallinnan malli? Käytännössä energiaan ja veteen liittyvät haasteet jakautuvat kahteen, osin erilaiseen ongelmaan: yhtäältä kyse on teknologian uudistamisesta, toisaalta säällisten inhimillisten tarpeiden jatkuvasta kasvusta. Teknologian puolella ongelma on se, että meillä on suuria teknologisia järjestelmiä, jotka ohjaavat tapaamme käyttää resursseja ja joiden uudistaminen on hidasta: suuret, keskitetyt energia- ja sanitaatiojärjestelmät tai vaikkapa polttomoottoriautojen tuotantoketjut. Näillä vanhoilla järjestelmillä on merkittävä hintaetu suhteessa uusiin, kilpaileviin järjestelmiin. Kulutuksen puolella ongelma on se, että suuretkin teknologialla saavutetut tehokkuushyödyt häviävät yleensä siihen, että tehokkuuden parantuessa ja kustannusten laskiessa myös kulutus kasvaa. Esimerkiksi tehokkaampi, edullisempi valaistus johtaa siihen, että koteja, työpaikkoja ja katuja myös valaistaan enemmän. Köyhimmissä yhteiskunnissa tehokkuus usein käytännössä johtaa resurssien kokonaiskulutuksen kasvuun. Mitä näiden haasteiden hallitsemiseksi sitten on tehtävissä? Tarvitaan nykyistä tarkempia ja monipuolisempia resurssikarttoja. Ymmärrys resursseista, niiden paikallisesta jakautumisesta ja käyttötavoista on yhä globaalilla tasolla ohutta. Näiden hahmottaminen luo pohjan myös paikallisten resurssien hallintakäytäntöjen ymmärtämiselle, jalostamiselle ja mahdolliselle levittämiselle ja monistamiselle sekä konfliktien ehkäisemiselle. Pitemmällä aikavälillä oikeudenmukaisten globaalien markkinoiden pelisääntöjen aleksi neuVonen Demos Ajatushautomo, Helsinki E-mail: [email protected] rakentaminen edellyttää tietoa resurssien määrästä ja jakautumisesta. Teknologian levittäminen vaatii monia vaihtoehtoisia reittejä. Puhtaan teknologian kaupalliset markkinat näyttäytyvät tällä hetkellä valtavana lupauksena. Esimerkiksi Kiina panostaa nyt enemmän kuin mikään muu maa uusiutuvaan energiaan juuri siksi, että kysyntä on koko ihmiskunnan laajuinen. Yrityksille on syntymässä uudenlainen tapa hahmottaa strategisia mahdollisuuksia: kyse ei ole vain yksittäisen teknologian soveltamisesta tai tietyn, rajatun käyttäjäryhmän tarpeiden tyydyttämisestä vaan ratkaisujen luomisesta tarpeeseen, joka koskee koko ihmiskuntaan. Mutta tämäkään ajattelumalli ei välttämättä tarkoita, että kaikki teknologiset ratkaisut leviäisivät niin nopeasti kuin tarve olisi. Vaikka ratkaisulle olisi tehokas levittämisreitti ja käyttäjiä, ei sen ympärille välttämättä synny suoraan kannattavaa bisnestä. Tätä korvaamaan tarvitaan esimerkiksi open source -tyyppistä suhtautumista, jossa liiketoimintamallit syntyvät vasta kun ratkaisulla on jo käyttäjiä. Tällöin kehittäjä ei välttämättä saa suoraan korvausta innovaatiostaan. Osa teknologioista vaatii levitäkseen myös suuria julkisia investointeja, yritysten ja kuluttajien raha tulee vasta perässä. On tärkeää, valtiot kykenevät jatkossakin tekemään investointeja, joiden kautta uudet teknologiat leviävät. Julkinen keskustelu inhimillisestä kohtuudesta on syytä aloittaa. Puhtaasti teknologista ratkaisumallia energia- ja vesivarojen kestävälle käytölle ei ole olemassa niin kauan kuin väestö globaalisti kasvaa. On varsin mahdollista, että jonkin perusresurssin ehtyminen johtaa jonkintasoiseen globaaliin kriisiin. Kun tällaisesta tilanteesta sitten yritetään elpyä, on tärkeää että kohtuuden teemoista on olemassa yhteiskunnallinen visio ja sitä pohjustanut laaja keskustelu. www.vesitalous.fi 1 Fusamatic – lujia liitoksia Suomessa jo yli 20 vuotta Fusamatic-sähköhitsausjärjestelmä on kevyt, varma ja nopea liitosmenetelmä polyeteeniputkille. Fusamatic on todistanut luotettavuutensa: sillä on aikaansaatu itse putkea lujempia liitoksia jo yli 20 vuotta. Fusamatic on helppokäyttöinen: Fusamatic Q-Box -sähköhitsausautomaatti ohjaa hitsaajaa alusta loppuun ja tallentaa sähköisesti hitsaustapahtuman keskeiset tiedot. Q-Box on saatavana kolmena eri versiona, joista kerromme mielellämme lisää. Fusamatic tarjoaa pitkäikäisen, luotettavan tekniikan ja markkinoiden laajimman osavalikoiman. Toimiva huoltopalvelu huolehtii, että työ jatkuu. Fusamatic-sähköhitsaustuotteet toimittaa KWH Pipe – putkiasiantuntija, jolla on jo 50 vuoden kokemus muoviputkien liittämisestä hitsaamalla. • • • • • • • Oy KWH Pipe Ab PL 21, 65101 Vaasa Lujat, luotettavat liitokset Lyhyt asennusaika Helppo käyttö – vähemmän virheitä Turvallinen 40 V sähköjärjestelmä Ei korroosiota Helppokäyttöiset, luotettavat aputyökalut Mahdollisuus automaattiseen dokumentointiin Puhelin 06 326 5511 Telefax 06 315 3088 Saatavana myös hyvin varustetuista LVI-tukkuliikkeistä www.kwhpipe.fi Member of the KWH Group
© Copyright 2024