maanantai 15. toukokuuta 2017

Energiakäänne tulee epäonnistumaan - fysiikan lakien takia



4. 1.2013 | Peter Heller / Käännös saksan kielestä

Kritiikki Saksan energiakäänteelle ei yleensä ollenkaan osu asian ytimeen. On kylläkin huomattava, että teollisuuden, median mielipidevaikuttajien, poliittisen opposition ja ympäristölobbaajien laulu valittaa sähkön hinnannousua. Siitä ei kuitenkaan juuri kukaan vedä oikeita johtopäätöksiä. Päinvastoin – sanotaan, että energiakäänne on kyllä oikein ja tärkeä, mutta kalleus johtuu hallituksen huonosta suunnittelusta. Se on iso väärinkäsitys. Asiaa ei voi mitenkään muuten hoitaa kuin mitä tekee hallitus. Koko ideasta nimittäin pakostakin seuraa hinnan nousu. Eikä tilanne parane, vaan pahenee. Energiakäänne ei epäonnistu poliittisen halun tai osaamisen takia. Se epäonnistuu fysiikan lakien takia. Kahdesta syystä:

  • Ensinnäkin: Miten verkko tehdäänkään, energian käytön ja energian tuotannon on aina oltava tasapainossa.
  • Toiseksi: sähköä ei voi varastoida.

Usein ajatellaan, että sähköverkossa virtaa elektroneja samalla tavalla kuin vesi virtaa, ja mitä käytetään yhdessä paikassa eli mitä kuluttaja käyttää, voidaan toisessa paikassa eli tuottajan taholta syöttää sisään.  Ei, vaan ei verkossa kulje mitään miinus- ja plus-merkkisiä elektroneja. Vaihtovirrassa, joka muuttaa suuntaansa 50 kertaa sekunnissa, lataus tanssii paikallaan. Tasavirrassa elektronit kyllä liikkuvat yhteen suuntaan, mutta vastuksen takia, jota metalliverkon muut osaset aiheuttavat, vain hyvin, hyvin hitaasti. Mikä sen sijaan liikkuu valon nopeudella kaapelissa, on vain sähkökenttä, joka antaa jokaiselle lataukselle tietynlaisen potentiaalin, antaa siis sille mahdollisuuden tehdä työtä. Vaihtosähköä ja tasasähköä ei sellaisenaan voi syöttää samaan verkkoon.

Tämän lisäksi tuulee milloin sattuu, joka aiheuttaa sen, että tehoa pumpataan ylös ja alas. Tämä saattaa aiheuttaa vahinkoa sähköverkolle ja sen laitteille. On mahdollista, että se romahduttaa koko verkon eikä mitään sähköä saada minnekään.

Liian abstraktia? No, ajatellaanpa vettä. Kuvittele lampi, jonka pinta on peilityyni. Heitä siihen kivi. Voit nähdä, miten siitä, mihin kivi osuu lähtee ympyränmuotoisesti pieniä laineita joka suuntaan. Jos veden pinnalla on palanen puuta, voidaan nähdä, ettei se liiku eteenpäin. Se vain tanssii ylös alas. Samoin tekevät vesimolekyylit. Ne heiluvat pystysuorassa ylös alas, mutta eivät liiku rantaan. Laine kuljettaa liike-energiaa, jonka kivi aiheutti vedelle, mutta ei kuljeta vettä itseään.

Samoin sähköverkossa. Kivi, joka lentää veteen, vastaa sähkön tuottajaa. Jonkin ajan kuluttua laine tyyntyy ja pinta on jälleen tyyni. Laineen energia kului vesimolekyylien hieroessa toisiaan. Tämä vastaa energian ottoa sähköverkosta kulutuksen ja siirtohävikin kautta. On heitettävä uusi kivi veteen, että saataisiin aikaan toinen laine (eli uutta sähköä).

No, sitten eivät vain siirtoverkkojen tekniset järjestelmät yksin, vaan myös kotitalouksien ja yritysten monet koneet ja laitteet  ole riippuvaisia tietystä jännitteestä ja taajuudesta. Muuten tekniikka ei toimi tai jopa rikkoutuu. Toki näitä ominaisuuksia voidaan muuttaa tarpeen mukaan (joskin joskus joutuisimme ostamaan uusia laitteita), mutta aivan siitä riippumatta, miten tämä asia määritellään, niiden on oltava verkossa tietyissä rajoissa samat. Muu ei ole mahdollista. Voisi myös sanoa, että vedenpinnan aaltomalli voi vaihdella vain tietyissä rajoissa. On siis heitettävä sopivia kiviä sopivin väliajoin sopivalla voimalla sopivaan paikkaan. Sen tekee parhaiten kone, joka valmistaa tarvittavat kivet raaka-aineesta ja heittää ne lampeen. Siis voimalaitos. Teknisesti se ei ole lainkaan yksinkertaista. Kulutus nimittäin vaihtelee. Verkosta otetaan joskus enemmän sähköenergiaa, joskus vähemmän. Siis lampeen täytyy heittää enemmän kiviä lyhyemmin välein, tai vähemmän kiviä pitemmin välein. Näin toimivat perinteiset voimalaitoksemme – tai siis pystyivät toiminaan, ennen energiakäännettä.

On muuten samantekevää, sanotaanko, että kivien lukumäärän ja koon on vastattava kulutusta, kuten aiemmin tapahtui. Vai sanotaanko, että kulutuksen on vastattava käytettävissä olevia kiviä, kuten hallitus (”Smart Grid”) haluaisi. Aina on tuotettava yhtä paljon energiaa kuin mitä käytetään, jotta tasapaino pysyy, jotta – kielikuvaa käyttääksemme – aaltomalli lammen pinnalla pysyy samana.

Nyt siteen tulee hallitus ja päättää tehdä energiakäänteen. Se maksaa ihmisille siitä, että nämä heittelevät täysin sattumanvaraisesti erikokoisia kiviä lampeen. Ja nämä hallitus maksaa sähkönkuluttajien rahoilla.  Nämä ihmiset sitten seisovat lammen reunalla ja katselevat, miten hienosti kivet putoilevat veteen, jotta aaltomalli säilyisi. Tai sitten he heittelevät kiviä ämpärillisittäin lampeen, ja saattavat koko järjestyksen sekaisin. Ei voida edes ennustaa, minä päivänä tai tuntina he tekevät mitäkin.

”Nämä ihmiset” ovat tukea saavia tuuli- ja aurinkovoimaloita. Hallituksen ajatus on korvata perinteiset ”kivienvalmistus- ja heittokapasiteetit” (perinteiset, perusvoimaa tuottavat voimalaitokset) näillä täysin sattumanvaraisesti toimivilla (vaihtoehtoisilla, sattumanvaraisilla) lähteillä. On helppo huomata, mitä tässä on vialla. On aikoja, jolloin nämä uudet kivilähteet eivät tuota lampeen lainkaan energiaa. Tätä varten tarvitaan samat vanhat perinteiset voimalaitokset samassa mittakaavassa kuin aiemminkin. Niitä ei mitenkään voi korvata. Seuraava kuva havainnollistaa tilannetta. 


Ensimmäisessä kuvassa nähdään voimalaitostilanne Saksassa vuodesta 1991. Palkit (asteikko vasemmalla) näyttävät sähkön tuotannon rakenteen. Viimeisinä vuosikymmeninä ei rakenne eikä voimaloiden kokonaiskapasiteetti ole Saksassa juurikaan muuttunut. Ei se ole ollut tarpeellistakaan, sillä sähkön kulutus on noussut vain vähän. Siis sähköä tuotettiin suurin piirtein sama määrä kuin kulutettiinkin (punainen viiva oikealla, oikeanpuoleinen asteikko). Mutta hetkinen, eikö tästä puutu jotain? Kyllä, tässä ei ole sattumavoimaloita aurinkoa ja tuulta. Seuraavassa kuvassa nähdään kaikki yhdessä.  

1990-luvun voimaloilla Saksa siis pystyi tuottamaan sähkönsä täysin. Oikeasti oli enemmän kapasiteettia kuin mitä tarvittiin. Perinteiset voimalat nimittäin myös joskus seisovat huolto- ja korjaustoimenpiteiden takia. Ensimmäisessä kuvassa näkyvillä hiili-, kaasu- ja öljyvoimaloilla, ydin- ja vesivoimaloilla, bio- ja jätteenpolttovoimaloilla on se älykäs ominaisuus, että ne tuottavat tasaisen määrän sähköä kellon ympäri ja että ne voivat suuressa määrin korvata toisensa.

Tähän on nyt tullut vuodesta 2000 alkaen suuri määrä tuuli- ja aurinkovoimaloita. Kuten kuvasta näkyy, täysin ilman hyötyä ja merkitystä.

Näitä ei tarvittu täyttämään puuttuvaa sähköntarvetta, eivätkä ne ole korvanneet yhtäkään perinteistä voimalaa. Sillä kun aurinko ei paista eikä tuule, perinteisen, luotettavan, nk. perusvoiman on oltava valmiina tuottamaan sähköä – niitä ei voi lakkauttaa. 

 .
Energiakäänne on siis tuottanut vain lisää kapasiteettia, jota ei tarvita. Koska sellainen ei olisi markkinataloudellisesti ollut mahdollista, se voitiin toteuttaa vain valtion tuilla. Niille, jotka rakensivat tuuli- ja aurinkovoimalat ja niitä yhä rakentavat, luvattiin ostaa kaikki tuotettu sähkö ja lisäksi hinnalla, joka on runsaasti enemmän kuin markkinahinta. Tämä puolestaan kirjattiin nk. energialakiin (Saksassa EEG, uusiutuvan energian laki). Kaiken tämän on maksanut sähkön kuluttaja.  Hallitus pakottaa siis meidät kaikki maksamaan kallista hintaa siitä, mitä emme oikeastaan ollenkaan tarvitse. Koska me emme sitä tarvitse, ei se olisi itsestään ollenkaan syntynytkään. Ilman tätä lakia eli auringon ja tuulen hintatakuuta ei energiakäänne olisi ollut mahdollinen.

Tämä on ensimmäinen tärkeä asia: Energiakäänne pakottaa tekemään tällaisen lain, kuten se tänään on voimassa, ja laki puolestaan pakottaa energiakäänteeseen, kuten hallitus sen haluaa. Jokainen lain muutos sekä ”rajattomaan uusiutuvan sähkön ostoon” että ”markkinahintaa korkeammpaan takuuhintaan” karkottaisi investoijat ja energiakäänne päättyisi.

Toki voidaan kuvitella mittakaava- ja oppimisvaikutuksia, joissa aurinko- ja tuulivoima joskus voidaan tuottaa markkinahinnalla. Todellakin, kehitystä tähän suuntaan on nähtävissä. Se ei kuitenkaan muuta tämän sähköntuotannon vaihtelevuutta. Ylläolevassa kielikuvassa on siis aikoja, jolloin kivi putoaa näistä sattumalähteistä lampeen. Nyt meidän perinteisen kivienvalmistus- ja heittojärjestelmän ei ole vain pakko sopeutua vaihtelevaan tarpeeseen, vaan myös tasata nämä heilahtelevat lähteet. Käytännössä tämä tarkoittaa, että perusvoimaa on jatkuvasti säädettävä ylös alas. Tässä on kyse etupäässä kaasu-, hiili- ja öljyvoimaloista, jotka tämän takia käyttävät polttoainettaa huonommalla hyötysuhteella ja päästävät ilmaan enemmän hiilidioksidia kuin ennen. Ensinnäkin perinteisesti tuotetun sähkön hinta nousee, ja toisaalta energiakäänteen varsinainen tavoite päästöjen vähentäminen tehdään tyhjäksi. Näiden voimaloiden käyttö voi jopa tulla kannattamattomaksi, koska sähköä ostetaan vähemmän mutta samalla tarvitaan enemmän polttoainetta. Olisi loogista hävittää nämä markkinoilta kokonaan. Sitä vain ei voida tehdä, koska sähköverkko on pidettävä tasaisena. Pakollinen seuraus olisi, että perusvoimaloille olisi maksettava vahingonkorvaus, että aina, kun tarvetta on, ne olisivat käytettävissä.

Sitten on aikoja, jolloin tuuli käy voimakkaana ja/tai aurinko paistaa kirkkaasti. Silloin lampeen lentelee ämpäreittäin kiviä ja syntyy täysin sekava aaltomalli. Se voi, kuten yllä mainittiin, johtaa kaikissa sähköjärjestelmissä mittaviin vahinkoihin, eli sellaista on pakko yrittää välttää.  Tähän on olemassa vain yksi tie: pitää ottaa kivet kiinni, ennen kuin ne putoavat veteen. Niin, joinakin aikoina tuuli ja aurinko tuottavat liikaa sähköä. Paljon enemmän kuin tarvitaan. Tätä sähköä ei voi käyttää missään, pitää siis huolehtia siitä, että sitä ei synny. Ja sähkön kuluttaja tietenkin maksaa myös tämän virtuaalisähkön, joka kyllä olisi voitu tuottaa, mutta ei tuotettu, koska sillä ei ollut käyttöä. 

 .
Siinä maailmassa, minkä hallitus kuvittelee (kuva 3, vuoteen 2050 asti) on kuitenkin koko joukko perinteisiä voimaloita korvattu sattumavoimaloilla. Usein puhutaan, että tuotetaan sähköä silloin, kun on riittävästi tuulta ja aurinkoa, ja tämä sitten kerätään ja varastoidaan ja näin ollaan riippumattomia säästä. Sähkövarastot korvaisivat siis perusvoimalat, jotka nyt turvaavat tasaisen sähkön.  Valitettavasti tämä idea törmää siihen, että sähköä ei voi varastoida. Fysiikan lakien mukaisesti sähkökenttä on tilaominaisuus, joka on olemassa verkossa, ja se syntyy siten, että sähkövarauksen kuljettajat (dynamiikka eli toiminta) synnyttävät ja käyttävät sitä olemassaolollaan. Energiaa (sähköä) eivät siirrä varauksen kuljettajat itse, vaan se tila, jossa se on. Tällaista energiaa ei voi varastoida, koska ei dynamiikkaa, siis toimintaa (esimerkiksi nopeutta tai liikesuuntaa) voi varastoida. Kielikuvassa lammesta voi tietenkin ottaa vettä ja säilyttää sitä jossain astiassa. Aaltoliikettä sen sijaan ei voi säilyttää. Ajattelepa valoa (joka on sähkömagneettinen aalto). Valon lähteen voi sytyttää tai sammuttaa, mutta valonsädettä ei voi ”pitää paikallaan”.

Mutta on mahdollista teettää tuotetulla sähköllä työtä ja säilyttää se. Silloin menee hyvin paljon alkuperäisestä energiasta hukkaan. Aivan sama mitä tulevaisuudessa keksitään, fysiikan lakeja ei voi muuttaa. Yhden energiamuodon muuttaminen toiseksi aiheuttaa aina paljon energiahukkaa, jota ei voi käyttää uudelleen (esimerkiksi lämpöä).

Jos esimerkiksi energia, jota ei sillä hetkellä tarvita, pumpataan vuorenrinnettä ylös (pumppuvoimalaitos), sähkö muutetaan mahdolliseksi vesi- (paikallaan pysyväksi) energiaksi. Tämä vesi tuottaa aina vähemmän energiaa kuin mitä pumppaamiseen tarvittiin. Jos vesi uudelleen muutetaan energiaksi, annetaan sen siis valua vuorelta alas ja turbiinien läpi, taas menetetään energiaa. Alun perin tuotetusta energiasta on siis saatu hyvin paljon vähemmän energiaa. Sähkön ”varastointi” on yksinkertaisesti aina kallista, sen sijaan että sähkö tuotettaisiin tarpeen mukaan. Tätä tosiasiaa ei mikään mahti maailmassa pysty koskaan muuttamaan.

Tuollaiset varastointiteknologiat eivät olekaan minkäänlaisessa varteenotettavassa roolissa, se olisi totuuden nimissä hyvä muistaa. No niin, hallituksella ja ympäristöministerilläpä on vielä paljon hienompi idea. Kaaviosta voit nähdä, miten kovasti yritetään vähentää sähkön kulutusta samalla kun yritetään kasvattaa sattumasähkön määrää. Oletetaan, että vuoteen 2050 sähkön tarve vähenisi neljänneksellä tähän hetkeen verrattuna. Toisaalta yritetään tuoda suuri määrä sähköä tulevaisuudessa ulkomailta (eli noin neljännes tulevasta tarpeesta). Ja kolmanneksi, ei yritetä tehdä suuria varastointeja perustarvetta varten, vaan yritetään sovittaa kulutus tuotettuun energiaan (”Smart Grid”). Saksa tuottaa nyt kaiken tarvisemansa sähkön omassa maassaan. Vuonna 2050 näin ei enää olisi. Nyt sähköä voi käyttää niin paljon kuin tarvitsee. Vuonna 2050 sellainen ei enää olisi mahdollista. Sähköä käytettäisiin vain silloin, kun sitä satutaan saamaan.

Sellainen on energiakäänne: sähkön hinta nousee, koska rakennetaan lisää tuotantoa, jota ei tarvita. Kukaan ei investoisi vapaaehtoisesti, mutta valtio kantaa taloudellisen riskin. Sellainen on energialaki, eivätkä takuutuet merivoimaloille nekään ole mitään muuta. Sähkö kallistuu, koska olemassa oleva kapasiteetti ei pysty toimimaan taloudellisesti. Ei-taloudellista tuotantoa on tuettava, koska perusenergiaa on joka tapauksessa ylläpidettävä. On maksettava myös siitä sattumasähköstä, jota menee hukkaan: ”varastointi” ei ole taloudellista.

Vielä ei sanottu mitään sähköverkon uudistamisesta, sillä nyt siirrytään hajautettuun tuotantoon, jolla energiatiheyttä on vähemmän. Sekin on pakko tehdä, jos haluaa uusiutuvia. Teollisuudelle on pakko myöntää alennuksia, jotta pysyttäisiin kilpailukykyisinä maailmalla. Tämä ei koske vain vientiä, vaan myös kotimaan tuotantoa, muuten omat tuotteet eivät ole ulkomaisille kilpailukykyisiä. Ja vaikka kaikki koko ajan kallistuu, mikään ei tule paremmaksi. Päinvastoin,  toimitusvarmuus heikkenee. Vielä tullaan kaipaamaan aikoja, jolloin pyykkiä voi pestä milloin vain.

Mikään ei muuttuisi, jos hallitus vaihdettaisiin. Energiakäännettä ei suunniteltu huonosti eikä viety huonosti läpi. Eivät punaiset tai vihreät voi toimia huonommin kuin keltaiset ja siniset. Energiakäänne tarkoittaa nousevia hintoja ja samalla toimitusvarmuuden vähenemistä. Iäksi. Sattumasähkö tulee aina olemaan kalliimpaa kuin perinteinen. Ei siksi, että puuttuisi poliittista tahtoa tai johto olisi huono, vaan siksi, että me emme pysty muuttamaan fysiikan lakeja.


Ei kommentteja:

Lähetä kommentti