Tuulivoima veturina energian vientimaaksi
Vihreä vetytalous tulee nyt vauhdilla. Ympäri Eurooppaa kehitellään tapoja tuottaa ja hyödyntää vihreää vetyä ilmastopäästöjen vähentämiseksi mutta myös taloudellisista syistä. Se maa, joka pääsee vihreän vedyn markkinaan vahvasti kiinni, kerää suurimmat vetytalouden synnyttämät voitot. Suomella on LUT-yliopiston näkemyksen mukaan kaikki valttikortit olla mukana vetymurroksen eturintamassa, jos vain haluamme. Avainasemassa on jo olemassa olevan korkean teknologiaosaamisen lisäksi tuulivoimaloiden tuottama edullinen sähkö.
LUT-yliopisto (Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto) on yksi vetytaloutta, sen liiketoimintamalleja ja power-to-X -teknologioita (P2X) laajasti tutkineista tutkimuslaitoksista Suomessa. Kuten monessa muussakin tiedeyhteisössä, myös LUT:issä on vahvistunut näkemys, jonka mukaan uusiutuvalla sähköllä tuotettu vety voisi olla yksi keskeisistä ratkaisuista kasvihuonepäästöjen vähentämiseksi globaalisti. Vetyä voitaisiin hyödyntää paitsi uusiutuvan sähkön varastointiin, myös teollisuudessa nyt käytetyn fossiilisen vedyn korvaajana ja vähäpäästöisten synteettisten liikennepolttoaineiden valmistuksessa.
LUT-yliopiston energiajärjestelmien yksikön dekaani Olli Pyrhösen äänessä kuuluu innostus, kun hän kuvailee vetytalouden potentiaalia Suomelle. ”Suomi ei ole ollut energiamurroksen edelläkävijä mutta meillä olisi mahdollisuus tulla siksi, jos olemme nyt rohkeita. Mahdollisuudet ja markkinat vihreälle vedylle ovat tulevaisuudessa valtavat,” Pyrhönen kiteyttää.
Käytännössä kaikki teollisuuden käytössä oleva fossiilinen vety valmistetaan tällä hetkellä reformoimalla maakaasusta. Lopputuotteen lisäksi prosessissa syntyy suuret hiilidioksidipäästöt, jolloin puhutaan mustasta tai harmaasta vedystä. Sinistä vetyä saadaan, kun prosessissa syntyvää hiilidioksidia kerätään hiilen talteenotolla ja varastoidaan. Täysin päästötön tapa valmistaa vetyä on veden elektrolyysi, jossa veden molekyylit pilkotaan uusiutuvan sähkön avulla vedyksi ja hapeksi. Elektrolyysissä syntyy vihreää vetyä, joka tulee todennäköisesti mullistamaan energiajärjestelmän.
Sähkön hinta on A & O
Pyrhösen mukaan vihreän vedyn valmistus on vielä tällä hetkellä selkeästi kalliimpaa fossiiliseen vetyyn verrattuna – puhutaan jopa kolminkertaisesta hinnasta. Vihreän vedyn valmistuksen olennaisimpia kustannustekijöitä ovat elektrolyysilaitoksen elinkaarikustannukset ja sähkön hinta. ”Veden elektrolyysi vaatii paljon sähköä ja keskeinen asia uusiutuvan vedyn valmistuksessa onkin se, kuinka paljon siihen käytetty sähkö maksaa. Ilman halpaa uusiutuvaa sähköä ei ole vetytaloutta”, tiivistää Pyrhönen.
Suomella on kaikki edellytykset vastata euroopanlaajuiseen kilpailuun vetymarkkinoilla – jos vain keskitymme oikeisiin asioihin. ”Kuten nyt jo tiedetään, on maatuulivoima hyvällä paikalla ylivoimaisesti edullisin tapa tuottaa sähköä Suomen leveysasteilla. Suomessa on vielä paljon maatuulivoimalle hyvin soveltuvia alueita ja siksi olemmekin paremmassa asemassa kuin moni Euroopan maa, joka tähyää maa-alueiden puutteessa vielä nykyisin reilusti kalliimpaa merituulivoimaa. Meillä sen sijaan on mahdollisuus kasvattaa kilpailukykyistä maatuulivoimatuotantoa voimakkaasti”, Pyrhönen toteaa.
Elektrolyysilaitoksen maltillisten elinkaarikustannusten ja edullisen sähkön lisäksi kolmas tärkeä tekijä vihreän vedyn kilpailukyvyn kannalta on Euroopan laajuinen säätely. Pyrhösen mukaan olemme Euroopan tasolla nyt vedenjakajalla. ”Eurooppalainen regulaatio vaikuttaa paljon siihen, miten vetytalous lähtee kehittymään. Tällä hetkellä ilman regulaatiota on selvää, ettei kukaan lähde investoimaan vielä kolme kertaa kalliimpaan vihreään vetyyn. Jos taas aletaan nostaa hiilidioksidipäästöjen hintaa, nostaa se myös fossiilisen vedyn hintaa nopeasti ja merkittävästi, jolloin vihreän vetytalouden edellytykset paranevat. Ja kasvava markkina luo edellytykset myös vetyteknologian kehitykselle. Jos Euroopassa päätetään, että tämä on se suunta mihin lähdetään, olemme pian tilanteessa, jossa vihreän vedyn hinta on kilpailukykyinen. Sen jälkeen markkina on huikea. Meidän tulisi olla kansakuntana valmiina, kun tämä tilanne koittaa.”
Vedyn – ja tuulivoiman – avulla energian viejäksi
Suomessa vetymarkkinamahdollisuudet ovat korkean teknologiaosaamisen ja edullisen uusiutuvan sähköntuotantopotentiaalin, mutta myös runsaan biopohjaisen hiilidioksidilähteen, vuoksi erinomaiset. Pyrhönen väläytteleekin tulevaisuutta, jossa Suomi on paitsi polttoaineomavarainen, myös vedyn ja vedystä valmistettujen polttoaineiden ja muiden raaka-aineiden vientimaa.
”Vetymarkkinoiden todenteolla syntyessä ei puhuta enää nappikaupasta, ja Suomen kohdalla sen mahdollisuudet ovat kansantaloudellisesti merkittävät. Jo esimerkiksi elintarvike-, teräs-, sementti- ja kemianteollisuuden käyttämän fossiilisen vedyn korvaaminen vihreällä vedyllä olisi iso askel, mutta vielä suuremmasta mahdollisuudesta puhutaan, jos vedystä alettaisiin valmistaa synteettisiä polttoaineita P2X-teknologian avulla”, kertoo Pyrhönen.
Käytännössä P2X-prosessissa valmistetaan ensin vety, josta voidaan talteenotetun hiilidioksidin avulla syntetisoida kemiallisilla prosesseilla hiilivetyjä, eli polttoaineita, kuten bensiiniä, kerosiinia, dieseliä tai metanolia.
”Meillä on Suomessa suuri selluteollisuus, jonka biopohjaiset hiilidioksidivirrat toimisivat P2X-prosessissa erinomaisesti. Mikäli Suomessa otettaisiin kaikki selluteollisuuden hiilidioksidipäästöt talteen ja aloitettaisiin polttoainevalmistus P2X-menetelmillä sellutehtaiden yhteyteen rakennetuissa biojalostamoissa, puhuisimme karkeasti arvioiden noin 40 – 60 miljardin investoinneista. Tähän päälle tulisivat noin 60 – 70 miljardin investoinnit tuulivoimaan. Säästöt polttoainetuonnissa ja tulot polttoaineiden viennissä näkyisivät Suomen vaihtotaseessa jopa 10 miljardin euron ylijäämänä vuosittain. Lisäksi etuina olisivat hiilineutraali liikenne, 30 000 teollista työpaikkaa sekä kuntiin tuulivoimarakentamisesta jäävät maanvuokra- ja kiinteistöverotulot”, Pyrhönen listaa.
Myös Itä-Suomen tuulivoimapotentiaali hyödynnettävä
Tuulivoiman lisärakentaminen Suomeen on Pyrhösen maalaileman tulevaisuuden yksi edellytys. Mikäli edellä kuvattu tuotantoketju haluttaisiin toteuttaa, pitäisi Suomeen rakentaa 25-kertainen määrä tuulivoimaa nykyiseen verrattuna. ”Jos meillä on rohkeutta rakentaa merkittävästi lisää uusiutuvaa sähkötuotantoa Suomeen, mahdollistaisi se energiaviennin. Tuulivoimateknologia kehittyy hämmästyttävällä nopeudella ja huipunkäyttöajat, joihin jo nyt moderneilla tuulivoimaloilla päästään, ovat tuoneet sähkön hintaa alas ja tuovat jatkossakin”, uskoo Pyrhönen.
Vaikka tuulivoimaa rakennetaankin Suomeen nyt vauhdilla, on rakentaminen tällä hetkellä rajoittunut voimakkaasti länsirannikon läheisyyteen. Myös Itä-Suomessa olisi paljon tuulivoimalle potentiaalisia alueita mutta siellä rakentamisen esteenä on tuulivoimaloiden vaikutus Puolustusvoimien tutkien toimintaan. Ongelmaan etsitään parhaillaan ratkaisua ja se pitäisikin löytää nopeasti, mikäli Suomen uusiutuvan sähköntuotannon potentiaali halutaan hyödyntää tulevaisuuden vetymarkkinoilla. Tuulivoimahankkeen kehittäminen kestää monia vuosia ja vitkastelemalla saatamme jäädä rannalle soittelemaan vetymarkkinoiden syntyessä toisaalle. ”Vetymarkkinoita silmällä pitäen momemtum on nyt. Voimme katsoa vierestä, kun naapurimaat rakentavat uuden energiajärjestelmän, tai voimme olla itse osa muutosta”, Pyrhönen päättää.
Termit haltuun:
Vety
Vety (H) on universumin yleisin alkuaine mutta vapaana alkuaineena vety on maapallolla harvinainen. Se on siis poikkeuksetta valmistettava. Vetyä esiintyy lähes aina sitoutuneena kemiallisiksi yhdisteiksi, kuten vedeksi, joka on vedyn ja hapen yhdiste. Vetyä on sitoutuneena myös fossiilisissa polttoaineissa, kuten maakaasussa. Yleisin vedyn valmistuksen tapa onkin tällä hetkellä maakaasun reformointi, jossa vedyn ja hiilen väliset kemialliset sidokset rikotaan ja hiili hapetetaan hiilidioksidiksi. Reaktion tuotteena saadaan vetyä ja hiilidioksidia. Hiilineutraaliin yhteiskuntaan pyrkiessä voimakkaimmin kehittyvä teknologia on kuitenkin veden elektrolyysi, eli sen hajottaminen sähkön avulla vedyksi ja hapeksi. Kun prosessissa käytetty sähkö tuotetaan esimerkiksi tuuli- tai aurinkoenergialla, on vedyn poltosta syntyvä energia käytännössä päästötöntä.
Power-to-X (P2X)
P2X-teknologiat ovat prosesseja, joissa uusiutuvaa energiaa kuten tuuli- tai aurinkovoimaa, voidaan varastoida synteettisiksi polttoaineiksi, tai muiksi yhdisteiksi. Käytännössä P2X-prosessissa valmistetaan ensin vety, josta voidaan esimerkiksi teollisuudesta talteen otetun hiilidioksidin avulla syntetisoida kemiallisilla prosesseilla hiilivetyjä, eli polttoaineita.
Power-to-X nimityksessä X viittaa prosessissa syntyvään tuotteeseen. Tuotteet voidaan lajitella esimerkiksi niiden olomuodon mukaan. Tällöin Power-to-X teknologian tuotteet ovat Power-to-Heat, Power-to-Liquids, Power-to-Gas sekä Power-to-Food.
Smart Energy Åland -projekti etsii vastauksia suuriin kysymyksiin
Ilmastonmuutoksen hillintä tehokkaasti vaatii murrosta ja toimia koko energiajärjestelmän tasolla. Ahvenanmaalla käynnissä oleva Smart Energy Åland -projekti (SEÅ) on globaalisti omaa luokkaansa, sillä se syntyi pilotoimaan energiamurrosta kokonaisen yhteiskunnan mittaluokassa. Tavoitteena on luoda ja kaupallistaa puhdas ja toimiva energiajärjestelmä, jota voitaisiin soveltaa ympäri maailman.
SEÅ-projekti lähti liikkeelle kunnianhimoisesta tavoitteesta tutkia energiakäännettä käytännössä kokonaisen yhteiskunnan kokoluokassa. Koko Suomen kokoluokassa tutkimus olisi ollut liian haastava toteuttaa, joten sijainniksi valikoitui Ahvenanmaa – toimiva yhteiskunta, joka on osa pohjoismaisia sähkömarkkinoita.
Projektin tavoitteena on luoda Ahvenanmaasta täysin uusiutuva ja itsenäinen energiajärjestelmä tarjoamalla yrityksille paikka demota ja pilotoida uusia energiaratkaisuja. Projektin priimusmoottorina toimiva Flexens Oy yhdistää pilottiyritysten tuotteet, taidot ja osaamisen sekä toimii projektin keskiössä integraattorin roolissa. Flexens muodostaa pilottiyritysten kanssa uusien energiaratkaisujen ekosysteemin, jossa kehitettyjä ratkaisuja voidaan vielä uusiin lokaatioihin. Projekti siis tarjoaa uusille energiaratkaisuille ponnahduslaudan maailmalle.
Mitä kaikkea hankkeessa sitten tutkitaan? ”Uusien ratkaisujen skaala on valtava”, kertoo Flexensin energia-asiantuntija Juhani Riikonen.
”Energiantuotannon lisäksi monet pilotit liittyvät energian varastointiin, kysyntäjoustoon, uusiutuviin polttoaineisiin ja niin edelleen. Toki teknisten pilottien lisäksi myös markkinanäkökulma on oleellinen, eli myös uusia markkinapaikkoja tullaan testaamaan esimerkiksi joustolle. Projektin oleellinen osa on myös huomioida paikalliset asukkaat, sillä puhtaan ja älykkään energiajärjestelmän läpimurrossa paikallisten ihmisten tuki on äärimmäisen tärkeää. Paikallisille on oleellista pystyä viestimään tehokkaasti hankkeiden hyödyt ja taustatekijät”, Riikonen jatkaa.
Riikosen mukaan myös tuulivoimalla tulee todennäköisesti olemaan merkittävä osa SEÅ:n energiantuotannossa, erityisesti sähköntuotannon saralla. Muutaman eri skenaarion perusteella tuulivoimakapasiteettia tulee olemaan jopa yli tuplat verrattuna sähkön huippukulutukseen Ahvenanmaalla.
SEÅ on saanut positiivisen vastaanoton ja lähtenyt hyvin käyntiin. Muutamia pilotteja on jo asennettu ja kymmeniä on suunnitteilla. Oleellisena tukena projektin etenemistä toimii Flexensille myönnetty Business Finland -kasvumoottorilaina, joka auttaa liiketoiminnan kehittämisessä ja siinä, miten projektin tuoma tietotaito saadaan vietyä maailmalle.
Projektilla on puolellaan myös poliittinen tuki. ”Tukea on saatu muun muassa ex-asunto- energia ja ympäristöministeriltä, joka mainitsi projektilla olevan merkittävää yhteiskunnallista arvoa sekä Ahvenanmaalle että Manner-Suomelle ilmastonmuutoksen torjunnassa ja energiavallankumouksessa. Projektilla on vahva tuki myös Ahvenanmaan nykyisen maakuntahallituksen ohjelmassa”, kertoo Riikonen.
Koska sitten saamme kuulla projektin tuloksista? Projektin suurimmat kysymysmerkit liittyvät Riikosen mukaan liikenteen puhdistamiseen ja power-to-x-teknologiaan, jonka perusidea on muuttaa sähköä toiseen energiamuotoon – ja tarvittaessa takaisin sähköksi. Kuulumisia projektin tuloksista on odotettavissa todennäköisesti parin vuoden kuluessa. ”Jo ensi vuonna tilanne muuttuu oleellisesti, kun saamme 40 megawattia lisää tuulivoimaa. Ja vertailun vuoksi: sähkön vuosittainen huippukulutus on Ahvenanmaalla 60 – 70 megawatin luokkaa. Joka tapauksessa pyrimme viestimään aina kun jotain uutta ja merkittävää on saatu aikaan”, Riikonen summaa.
Tuulen tuomaa työtä: WasaTalent Oy
Juttusarjassa esitellään tuulivoiman työllistämiä ihmisiä ja heidän työtään.
Yrityksen nimi: WasaTalent Oy
Toimiala: Rekrytointi ja HR-palvelut
Perustamisvuosi: 2012
1. Miten tuuli työllistää teitä?
Olemme erikoistuneet yritysten ylimmän johdon, päälliköiden ja asiantuntijoiden rekrytointeihin. Toiminnassamme olemme huomanneet, miten tuulivoima-alan yritykset ovat selkeästi hakijoiden keskuudessa houkutteleva työnantaja. Ala työllistää vuosi vuodelta enemmän ihmisiä ja uusia tehtäviä avautuu ripeään tahtiin. Tämä tuo rekrytointialan yrityksellemme mukavaa pöhinää, sillä saamme sekä auttaa tuulivoima-alan yrityksiä että hakijoita löytämällä ja yhdistämällä oikeanlaiset talentit sopiviin tehtäviin.
2. Millaisena näette tuulivoima-alan tulevaisuuden omassa yrityksessänne?
WasaTalent on alusta asti ollut vahvasti mukana energiasektorilla ja vuosien myötä tuulivoima sekä muut uusiutuvan energian muodot ovat olleet myös oman toimintamme kannalta luonnollinen jatkumo. Tuulivoima-ala on selkeästi tulevaisuuden ala, joka jatkaa kasvuaan ja kehitystään tuoden työmarkkinoille uusia hienoja mahdollisuuksia työskennellä virheämmän huomisen hyväksi.
3. Parhaat puolet tuulivoiman parissa työskentelystä?
Olemme rekrytoineet tuulivoima-alalle asiantuntijoita jo viiden vuoden ajan. On ollut hienoa seurata miten kauttamme kulkeneet henkilöt ovat viihtyneet työssään sekä edenneet urallaan. Lisäksi kiitos asiakkaidemme, joilta olemme saaneet ammentaa tietoa – olemme itse oppineet alasta valtavasti. On ollut iso ilo huomata, kuinka asiakkaamme kasvavat ja kehittyvät sekä olla itse kumppanina mukana tuossa kasvussa.
Eroon SF6-kaasusta ja matkalla kohti kestävämpää sähkönjakelua ja tuotantoa
SF6-kaasun käyttöä ollaan kieltämässä Euroopan tasolla sähkönjakeluratkaisuissa vuosikymmenen loppuun mennessä. Uusia ilmastoystävällisiä ratkaisuja on kuitenkin jo nyt saatavilla.
Pariisin ilmastosopimus solmittiin 12. joulukuuta 2015. Sopimuksen päätavoitteena oli pyrkiä toimiin, joilla ilmaston lämpeneminen pidetään alle 1,5 asteessa. Pariisin ilmastosopimus antoikin lisävauhtia teollisuuden, liikenteen sekä kaupunkien sähköistymiseen. Suurilla sähkökattiloilla tuotetaan jatkossa lämpöä kaukolämpöverkon tarpeisiin, liikenteessä autot muuttuvat sähköautoiksi sekä teollisuudessa käytetään entistä energiatehokkaampia, sähköisesti ohjattuja prosesseja. Pitkälle sähköistetty yhteiskunta tukeekin Pariisin ilmastosopimuksen tavoitteita, mutta vain, jos sähköenergia on tuotettu kestävällä, ilmastoystävällisellä tavalla.
Pienistä päästöistä suuri vaikutus
Kansainvälisen yhteisön jatkuvasti etsiessä uusia keinoja ilmastopäästöjen hillitsemiseksi, on tarkasteltava laajempaa päästöjenkirjoa kuin ainoastaan hiilidioksidia (CO2). Sähkönjakelussa yleisesti käytetty rikkiheksafluoridi (SF6) on eristeaineena erinomainen. Kaikista SF6-kaasun eduista ja myönteisistä ominaisuuksista huolimatta, rikkiheksafluoridi (SF6) on voimakas kasvihuonekaasu, jonka ilmastonlämpenemispotentiaali (GWP, Global Warming Potential) on 23 500 kertaa suurempi kuin CO2:n. Vaikka SF6:n vuoto on normaaliolosuhteissa vähäistä (noin 0,1-0,2 % uusissa laitteissa), on sen ympäristövaikutukset otettava vakavasti.
Osana EU:n ilmastopolitiikkaa on EU tehnyt SF6-kaasua käsittävän lakiesityksen, jossa SF6-kaasun käyttö kielletään asteittain uusissa asennuksissa. Lakiesityksen on määrä tulla voimaan siten, että SF6-kaasun käyttö kielletään alle 24 kV:n järjestelmissä 1.1.2026 alkaen sekä 1.1.2030 alkaen alle 52 kV:n järjestelmissä. Tämä on syytä ottaa huomioon uusia kohteita suunniteltaessa, niin käytettävissä olevan teknologian, tilankäytön kuin myös sähkönjakeluratkaisujen elinkaarenaikaisen huollettavuuden kannalta.
Ilmastoystävälliset sähkönjakeluratkaisut ovat jo saatavilla
Kaikki mekaaniset komponentit, kuten katkaisijat, kuluvat käytössä ja tarvitsevat huoltoa elinkaaren aikana. Huollon tarve määräytyy pitkälti kojeistotyypin ja käytön mukaan. Elinkaaren aikainen huollettavuus onkin ilmaeristeisten kojeistoratkaisuiden vahvuus. Helpolla huollettavuudella maksimoidaan tuulipuistojen tuotanto myös vikatilanteiden yllättäessä ja vikaantuneet komponentit ovat helposti vaihdettavissa uusiin, jolloin pitkiltä huoltokatkoilta voidaan välttyä. Tämän lisäksi ilmaeristeiset kojeistot varustettuna tyhjiökatkaisijoilla ovat SF6-vapaita eikä näin kuormita ilmastoa.
Kojeistotilan ollessa rajallinen tai jos ilman suhteellinen kosteus on hetkellisesti korkea, on kaasueristeinen kojeisto erinomainen valinta. Tällaisia kohteita voivat olla muun muassa puistomuuntamot tai erilaiset kytkinlaitokset, joissa ei ole erillistä lämmitystä. Näihin kohteisiin ABB on kehittänyt AirPlus -kaasuun pohjautuvan kojeistoratkaisun, jolla on kaasukojeistolle ominainen kompakti koko, mutta GWP indeksi on alle 1 ja elinikä ilmakehässä alle 16 päivää.
Kojeistovalinnan lisäksi muillakin ratkaisuilla voidaan edistää tuulipuistojen energiatehokkuutta ja tätä kautta pienentää ilmastopäästöjä. Esimerkiksi korvaamalla 14-kennoisen keskijännitekojeiston perinteiset mittamuuntajat sensoriteknologialla, voidaan 30 vuoden aikana säästää arviolta 250 MWh energiaa. Lisäksi ennakoivat kunnonvalvontaratkaisut auttavat estämään odottamattomia tuotantokatkoksia, jolloin tuulipuiston energiantuotanto saadaan maksimoitua. Pienillä valinnoilla on ilmaston kannalta suuri merkitys. Näillä valinnoilla vauhditamme matkaa kohti kestävää sähkönjakelua ja tuotantoa.