1. No category

Uusiutuva energia
ja
energiatehokkuus
Peter Lund
Aalto yliopisto
[email protected]
Rovaniemi 9.10.2012
Peter Lund 2012
Arktinen tuulivoima
•
•
Kemijoki Oy aloitti 1990-luvun alussa (Pyhätunturi, Lammasoaivi);
VTT & Ilmatieteen laitos mukana; huippututkimusta
Suunnitelmissa oli vesi- ja tuulivoiman kytkentä
Peter Lund 2012
Pohjois-Suomen tuuliolosuhteet
- Euroopan huippua?
Peter Lund 2012
Mutta miten kävi?
”Miksi sinä etelänmies huidot?
Miksi sinä et käytä ohvia?”
Peter Lund 2012
Kauppalehti
Peter Lund 2012
Perinteinen ajatusmalli
energiassa
Energian
hinta
Energian
saatavuus
Ympäristönäkökohdat
Peter Lund 2012
Vihreä talouskasvu
Talous, energia ja osaaminen yhtenä kokonaisuutena
Osaaminen
ja
innovaatiot
“ Shifting to a greener economy could generate up to
60 million additional jobs over the next two decades
and lift millions of people out of poverty, UN agencies
and trade unions said recently, urging governments
to use the Rio+20 summit to turn this potential into
reality.”
Talous ja
työpaikat
Energia
ja ilmasto
Peter Lund 2012
Cleantech- talouden uusi veturi?
Hallituksen tavoitteet (2018):
1. Suomi cleantechin kärkimaaksi
2. 50.000 uutta työpaikkaa
3. Alan liikevaihdon 2x (20€40 mrd)
Peter Lund 2012
Ympäristöliiketoiminnan
maailmanlaajuinen kasvu (2007-2020)
Energiatehokkuus
Vesihuolto
Sähkötuotanto (uusiutuvat)
Materiaalitehokkuus
Liikkuminen
Jätehuolto ja kierrätys
0
HS 26.11.11, Cleantech Finland
200 400 600 800 1000 1200
Mrd €
•
Globaalit investoinnit uusiutuvaan energiaan: 150 (2007),180 (2008), 187
(2009), 242 (2010) mrd $
•
Uusiutuvat 60% uudesta sähköntuotantokapasiteetista EU:ssa;
•
Useat kansainväliset tutkimukset ennustavat alueellisesti korkeita
osuuksia (80-100%) uusiutuville energialähteille vuonna 2050
Peter Lund 2012
Globaali perspektiivi energiaan
• 80% hyvinvoinnista menee 15%:lle väestöstä
• Puolet maapallon ihmisistä tienaa 2$ päivässä
Primary energy consumption per capita 2008
Tonnes oil equivalent
BP Statistical Review of World Energy, June 2009
Peter Lund 2012
Globaalit muutostekijät
1.
2.
3.
4.
Fossiiliset polttoaineet >80% energiasta, öljy>98% liikenteestä
Kivihiili (sähkö) ja öljy (liikenne) 80% CO2 päästöistä
CO2 alas 60% 2050, >80% teollisuusmaissa, >85% Suomessa
65% energiasta kulutetaan kaupungeissa (80% vuonna 2040)
Ref: Linda Gratton, London Business School, 2010
Peter Lund 2012
Energia- ja ilmastokysymykset eivät
ratkea ilman energia- ja resurssivallankumosta
•
Uudet energiteknologiat 75% ilmastoratkaisuista; Energian käytön
tehostaminen Nr 1 (n ½ ilmasto-ongelman ratkaisusta)
Peter Lund 2012
Vähemmän on enemmänenergiatehokkuus politiikan perustaksi
• Usein negatiiviset kustannukset = säästää rahaa
• 50% päästövähennyksistä tehostamisen kautta
Peter Lund 2012
Source:Vattenfall, McKinsey
Energian käytön
tehostaminen säästää rahaa
Jos Kreikka, Portugali ja Espanja olisivat
määrätietoisesti tehostaneet energiankäyttöään
vuodesta 1974, olisivat maat säästäneet 1 BKT/vuosi
verran rahaa eli lähes valtiovelan verran
Peter Lund 2012
Useat kansainväliset tutkimukset
ennustavat korkeita osuuksia (>80%)
uusiutuville energialähteille v2050
Peter Lund 2012
Tanska
vihreä energia= vihreää talouskasvua
•
•
Ilmastoneuvosto: 2050 nollapäästöt, 100% uusiutuvaa
Tanskan uudet tavoitteet: CO2-päästöjä pudotetaan 40% v.2020
Peter Lund 2012
Saksassa energia on myös osa
teollisuus- ja teknologiapolitiikkaa
•
Syöttötariffi laskee sähkön keskihinta
– kuluttajat hyötyvät enemmän kuin maksavat
syöttötariffista (määrättyyn pisteeseen saakka)
•
Muita hyötyjä: lisää verotuloja, vuokratuloja
maa-alueista, uusia työpaikkoja
–
–
–
–
•
Kunnat saivat verotuloja 6,6 mrd€/2009
>300.000 työpaikkaa,100.000 lisää tulossa (10v)
Saksa kolmen kärjessä uusiutuvissa teknologiassa
Yksityiset taloudet investoivat v 2009 yli 6,2 mrd€
aurinkoenergiajärjestelmiin Saksassa (vrt E.ON,
EnBW, RWE ja Vattenfall kaikkeen tuotantoon
yhteensä 4,3 mrd€)
Liittohallituksen tavoitteet uusiutuville
energialähteille sähköntuotannossa (9/2010,
ennen Fukushimaa):
– Vuonna 2009 uusiutuvien osuus sähköstä 16,3%
– Vuonna 2020 tavoite 30%
– Vuoden 2040 tavoite 50%
– Vuoden 2050 visio 80%
Peter Lund 2012
Itävalta – Güssingin ihme
•
•
1990: Güssing taantuva köyhä maatalousvaltainen 5000-asukkaan
kaupunki Itä-Itävallassa
2010: Güssing esimerkki ”vihreästä” energiavallankumouksesta, 50 uutta
yritystä, 1000 uutta työpaikkaa
Lähde: Wikipedia
Peter Lund 2012
Hajautettu paikallinen uusiutuva
energia – paljon valinnanvaraa
Peter Lund 2012
Uusi energiateknologia siirtymässä
suureen mittakaavaan
 Tuulivoima: 2 % maailman sähköstä,
5% 2020, 25% 2050 ; Tuulivoiman
pohjahinta n ½ nykytasosta
 Aurinkosähkö (PV) : ½% maailman
sähköstä ($100 mrd business), 5-25%
2050; Hinta $1/Wp, massatuote?
 Bioenergia: 4% EU:n energiasta,
potentiaali 15%; Energia asettaa
hinnan, ympäristö ja ruoka ylärajan
käytölle; Suuri kehityspotentiaali
(2&3&4 sukupolven biopolttoaineet)
Peter Lund 2012
Suuren mittakaavan tuulivoiman
integrointi maisemaan
Peter Lund 2012
Biokaasulaitos (“mädätyslaitos”)
Peter Lund 2012
Aurinkosähkö – hinta tippuu ja
lähestyy sähkön kuluttajahintaa
2012
• Aurinkosähköbusiness $100mrd
• Aurinkosähkön hintataso <€2/Wp !
Kotitaloussähkö = 3 kWp= 50006000 €=100% sähköstä ja ’ilmaista’
seuraavien 40 vuoden aikana
2050
• 5-25% sähköstä vuonna 2050
• Aurinkosähkö on massatuote
Ref Lund PD. Fast market penetration of energy technologies in retrospect
with application to clean energy futures. Appl Energy (2010),
doi:10.1016/j.apenergy.2010.05.024
Peter Lund 2012
Ref. P.D. Lund:Exploring past energy changes and their implications for
the pace of penetration of new energy technologies. Energy 35 (2010) 647–
656
Miten energiajärjestelmä hallitaan?
- rakennettu ympäristö, ”älyjärjestelmät” ja
infrastruktuurit ovat avainasemassa
EU: 50000 km uutta sähkönsiirtokapasiteettia
tai parannuksia vuoteen 2020 (€1000 mrd)
Peter Lund 2012
Helsinki (Ekovikki) – aurinkoenergiaa
kaupunkiympäristössä
Viikki is a suburb
combining Science and
Ecology – one of the
first ”ecocites” in the
world
Peter Lund 2012
courtesy: Helsinki City
Suomi EU vertailussa
Peter Lund 2012
Kuinka tehokkaasti energiaa
käytetään taloudessa?
• Energiaintensiteetti (toe/M€)
koe/$05p
Peter Lund 2012
Energia Suomessa
•
•
•
Energian ja sähkön tarve, päästöt per capita EU:n korkeimpia
½ sähkön tarpeesta teollisuudesta
Sähkön tarvevertailu Suomi - Ruotsi
Peter Lund 2012
Maakaasu
Puubio
Puubio
Maakaasu
Hiili
Aurinkoenergia
Öljy
Jätebio
Hiili
Jätebio
Peter Lund 2012
Peltobio
Suomen energiavarat ovat
merkittävät
•
Suomen bruttovarat 2-3x oma energian käyttö;
tehostamismahdollisuuksia löytyy
• Paljon biomassaa
•
•
Puu 50, maatalous 8, jäte 5 Mt/yr
Turvevarat 2060 Mt (yht)
• Paljon merituulta
•
•
•
0,03 TWh/km2, max 300 TWh/v (”120 Mt biomassaa”)
tunturituuli
sähkömarkkinat hoitavat säädön (n 20% saakka)
• Paljon tehostamisen varaa
•
•
CO2-päästöt,Energian/Sähkön käyttö per henkilö
teollisuusmaiden korkeimpia
Vain osa potentiaalistista voidaan hyödyntää
erilaisista rajoituksista johtuen
Peter Lund 2012
Moderni näkemys
energiakysymykseen Suomessa
• Laajempi pohja uusiutuvien energialähteiden hyödyntämiselle
– Erilaiset biomassan muodot (puunjalostuksen jätteet, metsä- ja harvennustähteet, biokaasu, energiaviljelmät, kierrätyspolttoaineet, maatalouden jätteet)
– Uudet uusiutuvat (rannikko- ja merituulivoima, tunturituuli
aurinkolämpö- ja sähkö, maa/ilmalämpö, pienvesivoima,
vesivoimaloiden saneeraukset)
• Energian käytön tehostaminen on järkevää eikä tiputa elintasoa
(“vähemmällä saadaan enemmän”)
– Tehostamisen kustannukset ovat useimmiten negatiiviset
– Potentiaali on suuri, etenkin kuluttajasektoreilla
Peter Lund 2012
Sähköntuotannon vaihtoehtoja
(2030)
Kotimainen energia ja
tehostaminen= sähköä 3
suurvoimalan verran
Kotimainen teknologia
ja osaaminen+
kotimarkkinat 
uutta vientiä 
30.000-40.000 uutta
työpaikkaa v 2020-30
Peter Lund 2012
Alueellinen vihreän energiatalouden
malli: Rovaniemi - Ruávinjargâ
• Vahvuudet: suuret kotimarkkinat (energiankäyttäjä), hyvä
osaaminen (RAMK, yliopisto), vahvat energiayhtiös (Rovaniemen
Energia, Kemijoki), infrastruktuuri, kansainvälinen näkyvyys ja
verkostot, paikalliset energiavarat, yms
•
Rovaniemen energia: ”Olemme paikallisen energiantuotannon edelläkävijä,
bioenergian suunnannäyttäjä ja lappilaisen elinvoimaisuuden edistäjä”;
€50M liikevaihto, €10M investoinnit,100 hk, 0,5 TWh/lämpöä; 0,3 TWh/sähköä;
0,45TWh/turve, 0,3 TWh/biopolttoaineet, 0,18 MtCO2/v
• Rovaniemen kaupunki: 65.000 asukasta, yl €200 M lasku (ol)
– Ol. Perhe/4 hk; 20 MWh/lämpöä; 5 MWh/sähköä; 20000km/v
– Energialasku: 1000€+1000€+3000€=5000€/perhe + palvelut yms
– Rovaniemen energialasku noin €200M/vuosi
• Energia työllistäjänä (keski-Euroopan malli)
– Energiaratkaisuna paikallinen energia, osaaminen ja teknologia
– Tähdätääm osaamisen myyntiin ja vientiin
– €200M  max €800M/v talousvaikutus 1000-2000 uutta työpaikkaa
Peter Lund 2012
energian käytön tehostamiseen ja uusiutuviin energialähteisiin?
Alueellinen vihreän energian
talouskasvun malli
Vaihe I Paikallisen menestyksen avaimet:
•
•
•
•
Tausta: alue on tehokas puhtaan energian
tuottaja, käyttäjä ja osaaja
Tavoite: pääosa energiasta paikallista ja
uusiutuvaa; uutta liiketoimintaa,
työpaikkoja
Työkalut: kaupallistamisprosessien ja
innovaatioketjuen hallinta,
kotimarkkinoiden ja markkinavoimien
hyödyntäminen (=osaaminen, resurssit,
markkinat)
Tärkeitä elementtejä:
– Oikeat ratkaisut(mm. kysyntä)
– Organisointi ja verkostointi
– Panostukset ja rahoitus
– Julkiset ohjauskeinot
– EU:n hyödyntäminen ja yhteistyö
– Strategiset kumppanuudet
Peter Lund 2012
Expansion phase
Domestic
production
start-up phase
Home
market
•
growth
phase
Foreign
production
Foreign
market
Global
production
Global
market
Vaihe II Maailmanmenestyksen avaimet:
Kilpailukykyinen teknologia ja
innovaatiot, innostava
ympäristö, vahva yrittäjyys,
riittävät kotimarkkinat ja
kasvavat globaalit markkinat
Lähde P.D. Lund, Effects of energy policies on industry
expansion in renewable energy Renewable Energy 34
(2009) 53–64
Liitteet
Peter Lund 2012
Euroopan energia- ja
ilmastohaasteet 2050
CO2 päästöt
(1990=100%)
Peter Lund 2012
Energian käytön tehostaminen >40%
Uusiutuvien osuus energiasta 55%
Uusiutuvien osuus sähköstä 64-97%
Integrated Nordic electricity market
– a system innovation for large-scale deployment of
intermittent renewables
•
Nordic electricity market has a common
power reserve (Norway, Sweden) which can
be accessed through the power exchange
•
How much wind power is possible without
major reserve power increase?
– If wind 10% of all electricity  extra cost
for reserve power is 1 €/MWh
– If 20% 1-7 €/MWh
Peter Lund 2012
(source: H.Holttinen, VTT)
•
Vision: 20-25 % of all Nordic electricity
wind power by 2030; Norwegian
hydropower buffers
•
Could this be extended to BSR ?
U.S. Renewable Electricity Futures
Study (RE Futures)
• Renewable electricity is
more than adequate to
supply 80% of U.S.
electricity in 2050;
• Increased electric system
flexibility is needed
(supply- and demand-side
options);
• Multiple combinations of
renewable technologies
possible.
Source: NREL: Exploration of High-Penetration Renewable Electricity Futures,
2012
Peter
Lund 2012
Erilaiset biojätevirrat tärkeä biomassan
lähde
Peter Lund 2012
lähde: EEA
Dongtan – kiinalainen ekokaupunki
• 70% energiansäästö rakennuksissa
• Energiaomavarainen (tuuli,
aurinko, jäte, biokaasu)
• Ruokaomavaraisuus
• Päästötön liikenne
Lähde: Le Monde Diplomatique, Ympäristöatlas
Peter Lund 2012
Lahti
– ”cleantech” kaupunki
• Tavoite: 15-25% vähemmän energiaa
2015; 2025 CO2 päästöt puolitettu
• Uusiutuvaa energiaa, tehokas
yhdyskuntasuunnitelu, liikenne
• Jätteiden talteenotto (96%) ja kaasutus
energiaksi (160 MW, $240 miljoonaa)
Peter Lund 2012
Picture: Lahti City
District heating
Kotka
in Kotka
– ”vihreän energian” kaupunki
•
•
•
•
DH-network
150 KM
Heat sales
400 GWh
Connected heat load 200 MW
Citizens in DH-houses 35.000
• Päästöt tippuneet 40% •kymmenssä
Heat price 60 eur/MWh (vat 22%)
vuodessa uusiutuvan kautta (bio+jäte)
• Uutta teollisuutta:Biojalostamot,
tuulivoimaklusteri
• Energiainvestointeja (bio-CHP, jätteestä
energiaa, $150 miljoonaa)
Photo: Kotka Energia
Peter Lund 2012
Helsinki
– Suomen pääkaupunki
• Kaukolämmön osuus 92%,CHP 98% sähköstä
• 100% fossiilista energiaa,40% sähköstä
myydään
• Päästrategia: Kivihiilen+biohakkeen (20%)
yhteispoltto
• Kaukokylmä, ekokaupunkiosat, älyverkot
Picture: Helsinki Energy
Annual Report 2010
Peter Lund 2012
Energy systems perspective to
high-share of renewable electricity
 Q1: matching supply and demand of electricity with RE sources
 Q2: integrating distributed RE power into the energy system
Examples of solutions:
1. RE in urban context
2. Grid infrastructures
3. Smart Grids
4. Electricity markets
5. Co-generation (CHP)
6. RE coupled with end-use
7. Vehicle-to-Grid
4
1
3
5
2
Peter Lund 2012
Minne sijoittua uusiutuvissa
energialähteissä?
(case aurinkosähkö)
•
•
Case: Start-up, tehdas, työpaikka aurinkosähköteknologiassa
Tekijät: Osaaminen, kustannukset, markkinat, innovaatiot, riskinotto, tuki
start-up
Peter Lund 2012
tehdas
työpaikka
Miltä tulevaisuus näyttää
energiaevoluution kannalta?
(case aurinkosähkö)
2010:
•
•
•
2050:
Aurinkosähkö ½% maailman sähköstä
Kasvu 40%/vuosi, v 2010 ~100%
lähes100 mrd $ business
Peter Lund 2012
•
•
5-25% sähköstä vuonna 2050
Aurinkosähkö on massatuote
Ref Lund PD. Fast market penetration of energy technologies in retrospect with application to clean energy futures. Appl
Energy (2010), doi:10.1016/j.apenergy.2010.05.024
Ref. P.D. Lund:Exploring past energy changes and their implications for the pace of penetration of new energy
technologies. Energy 35 (2010) 647–656
Arktinen aurinkoenergia
•
•
•
Pohjoisilla leveysasteilla lämpö dominoi rakennusten energiankäyttöä;
Lapissa lämmityksen tarve ulottuu pitkälle kesään
Aurinkoenergian erikoispiirteet: kevätlumi, keskiyön aurinko, lämmön
varastointi
Peter Lund 2012
Onko helpon öljyn (ja kaasun) ajat
takanapäin?
milj.barr/päivä (öljy+kaasu)
160
Vaje
120
80
Nykyinen tuotantokapasiteetti
Luvut: Exxon Oil
1980
Peter Lund 2012
2005
2020
Rioranking 1972-2012
Peter Lund 2012