Onko se nyt ihme että sähkön hinta nousee?

Read the same article in English language here: https://www.vt-tek.fi/articles/why-are-we-surprised-by-climbing-electricity-prices/.

Johdanto

Muutaman viime kuukauden ajan ihmiset monessa Euroopan maassa ovat päivitelleet sähkön tolkutonta hinnannousua. Hinnat ovat olleet lievässä nousussa jo toista vuotta, mutta marras-joulukuussa tilanne paheni. Sähkön hinta on lisäksi heilahdellut voimakkaasti päivästä riippuen. Pahimmat hintapiikit ovat olleet yli 10-kertaisia siihen nähden mihin kuluttajat ovat tottuneet.

 

Seurauksena jotkut energiayhtiöt ovat joutuneet lopettamaan toimintansa ja monien salkunhoitajien sijoitukset ovat muuttuneet tappiollisiksi. Toisaalta osa energiayhtiöistä miettii nyt kuumeisesti miten sähkönmyynnistä saisi maksimaaliset tuotot, kun sähköntuotannon kulut eivät kuitenkaan ole hinnan mukana nousseet. Ja lopulta kuluttajat – ainakin ne 8% suomalaisista kotitalouksista, joiden sähkön hinta vielä marraskuussa perustui pörssisähkön hintaan – ovat huomanneet, että eräät normaalin elämän rutiinit ovat muuttuneet yhtäkkiä naurettavan kalliiksi. Esimerkiksi sähköauton lataaminen juuri pahimmalla hetkellä maksaa suunnilleen saman mitä polttomoottoriauton tankkaaminen huoltoasemalla. Tai jos järjestää ystävilleen saunaillan, se onkin yllättäen sähkökiuas, joka generoi kuluja nopeimmin, eivätkä virvokkeita lipittävät vieraat.

Olen lukenut monia juttuja sähkön hintakehityksestä eri sanoma- ja aikakauslehdistä. Asiantuntijat syyttävät esimerkiksi kylmää säätä, tuulivoimaloiden matalia tuotantolukuja, ongelmia Ruotsin sähkönjakelussa, Olkiluoto 3 -ydinreaktorin viivästymistä ja sitä että maakaasun hinta on Keski-Euroopassa noussut. Nämä ovat varmaan kaikki osaltaan totta, mutta asiantuntijat näyttävät ohittaneen sen ison kuvan.

Mitä on tapahtunut viime kuukausien aikana saattaa olla liioteltu reaktio johtuen koronakriisistä ja talouden nopeasta toipumisesta vuoden 2020 sulkutilojen jäljiltä. Mutta tässä on muutakin. Maailma käy parhaillaan läpi suuria muutoksia energianmuunnon ja liikenteen alueilla. Tahdomme korvata perinteiset polttoaineet kuten öljyn, kivihiilen ja turpeen sähköä käyttävillä sovelluksilla, ja aiomme soveltaa sähköä sellaisiin kohteisiin, joihin sitä ei ole ennen käytetty. Me vain yksinkertaisesti sähköistämme itsemme pois fossiilisista polttoaineista. Tätä varten tulevaisuuden yhteiskunnat tulevat tarvitsemaan valtavasti lisää sähköenergiaa. Mutta – poislukien Suomi ja Ranska, jotka yhä luottavat ydinvoimaan – Eurooppa lisää tuotantokapasiteettia lähinnä tuuli- ja aurinkovoimaloihin, joiden tuotanto riippuu suuresti vallitsevasta säätilasta. Tämän lisäksi energian varastointiin on investoitu toistaiseksi varsin vähän.

Aiempi kehitys energiatehokkuudessa

Ymmärtääksemme mitä on tapahtumassa, vilkaiskaamme hetkeksi taaksepäin. Nykyään näemme sähköä kaikkialla ympärillämme. Parin viime vuosikymmenen aikana kotimme ja työpaikkamme ovat täyttyneet kaikenlaisilla sähkövempaimilla, jotka kaikki ovat yhteydessä internetiin. Nykyään tarkkailemme sähkölaitteilla jopa nukkumistamme. Työpaikoilla oli aiemmin kellarissa arkistohuone, joissa säilytettiin mappeja, joissa oli yrityksen kirjanpito ja erilaisia piirustuksia jne. Nyt siihen kellariin on rakennettu kuntosali ja henkilökunnan pukeutumistilat. Arkisto on siirretty “pilveen”: Lähistöllä on datakeskus, joka tuottaa niin paljon hukkalämpöä, että sillä lämmittää kokonaisen kylän.

Mutta yllättävää kyllä sähkön kokonaistuotanto ei ole kasvanut samaa tahtia, ainakaan Suomessa, kuten Kuvasta 2 näkyy. Sitä vastoin Suomi käytti enemmän sähköä vuonna 2007 – viimeisenä ehjänä vuotena ennen finanssikriisiä – kuin yhtenäkään vuotena sen jälkeen.

 

Jo 1990-luvulla Suomen ja Euroopan teollisuus alkoi kiinnittämään huomiota energiatehokkuuteen. Sähkömoottorit – jotka kuluttavat 70% kaikesta teollisuuden käyttämästä sähköstä [4] – valittiin korkeammasta hyötysuhdeluokasta ja niitä alettiin syöttää taajuusmuuttajilla. Prosesseihin liitettiin yhä suurempi määrä automaatiota ja niitä ohjattiin tehokkaammin.

Samaan aikaan kodinkoneet ja kodin järjestelmät muuttuivat myös energiatehokkaammiksi. Hehkulamput korvattiin led-valoilla, jotka kuluttavat vain neljänneksen sähköä samalla valaistusteholla. Kylmäkoneet suunniteltiin uudelleen paremmilla eristeillä ja pienemmälle tehonkulutukselle. 1980-luvun jääkaappi kulutti nelinkertaisen määrän sähköä moderniin jääkaappiin verrattuna. Pakastimen sähkönkulutus oli kolminkertainen. Vaikka 1980-luvun kodeissa ei ollut tietokoneita, Playstationeita, eikä usein edes kuivausrumpuja, moderni koti 1980-luvulla kulutti vain vähän vähemmän sähköä kuin moderni koti tänä päivänä. Nykypäivän kotien suurempi kulutus johtuu lähinnä koneellisesta ilmanvaihdosta ja peruslämmön rinnalle asennetusta sähkötoimisesta lattialämmityksestä [5]. Kuitenkin 1980-luvulla rakennetussa talossa asuva moderni perhe voi edelleen käyttää talon alkuperäistä sulaketaulua.

Tähän asti sähköistyksen tarvitsema lisäteho on pystytty kattamaan parantuneella energiatehokkuudella. Mutta tämä tie alkaa olla nyt kuljettu loppuun.

Kivihiilen korvaaminen

1900-luvulla energianmuuntoa ei energianlähteiden suhteen juuri reguloitu. Sähköä ja lämpöä tuotettiin kokonaistaloudellisesti halvimmalla menetelmällä. Usein tämä oli kivihiili. Se oli halpaa, helposti saatavilla ja riittävän tehokasta lämmittämään kokonaisia kaupunkeja. Mutta tänä päivänä, osana taistelua ilmastonmuutosta vastaan ainakin länsimaat haluavat eroon siitä ja sitä on alettu sanktioida. Poliittinen tavoite on asettaa kivihiilelle niin korkeat päästökauppamaksut, että sen käytöstä tulee voimalaitoksille liian kallista. Tämä on ilmaston kannalta hyvä aloite, mutta mahtaakohan se nostaa sähkön hintaa?

Yleisellä tasolla jos otetaan halvin tuote ja laitetaan sille lisäkuluja (veroja) niin, että siitä tulee keinotekoisesti kalliimpaa, seuraavaksi halvin tuote tuskin muuttuu yhtään halvemmaksi. Sitä vastoin siitäkin tulee kalliimpaa, koska kilpailutilanne katoaa.

Suomi on onnistunut korvaamaan lähes kaikki fossiiliset polttoaineet sähköntuotannossa, mutta energiankulutuksessa ne näkyvät yhä, kuten Kuvasta 3 nähdään. Niitä käytetään liikenteeseen ja lämmöntuotantoon.

 

Kuvan 3 sähköntuotannon piirakkakaavio kuvaa vuotta 2020. Jos verrataan vuoteen 2007, joka on viitatun lähdemateriaalin [3] ensimmäinen vuosi, ja Suomen sähköntuotannon kaikkien aikojen huippuvuosi, nähdään valtava muutos. Vuonna 2007 Suomen sähköstä 15.1% tuotettiin kivihiilellä, 7.7% turpeella ja 11.4% maakaasulla. Tuulivoiman osuus sitävastoin oli huomaamattoman pieni. Kuitenkin, ja tämä on huolestuttavaa, tuontisähkön osuus oli vuonna 2007 paljon pienempi, 13.1%. Toisin sanoen, vanhoja saastuttavia voimalaitoksia on purettu ja tilalle on rakennettu uusia puhtaita voimalaitoksia, mutta silti enemmän sähköä on jouduttu tuomaan naapurimaista.

Tuuli ja aurinko muuttavat tasapainoa

Kivihiilen potentiaalisiin korvaajiin lasketaan tuulivoima ja aurinkovoima, joiden kapasiteetit ovatkin viime aikoina kovasti nousseet. Mutta näissä molemmissa on yksi paha vika. Ne tuottavat vähiten silloin kun yhteiskunnan kulutus on suurimmillaan, kylmänä, tyynenä ja valokuvauksellisen kauniina tammikuun päivänä. Suomessa tällaiset olosuhteet ovat seuraavanlaiset: taivas on sininen ja ilma kirkas, tuulta ei ole lainkaan ja savupiippujen savut nousevat kohtisuoraan ylöspäin, aurinko paistaa matalasta kulmasta 4 – 5 tuntia päivässä ja lämpötila on hurmaavat -20 °C tai sen alle, jolloin kaikkien termostaattien säätönupit on suunnattu kaakkoon (tai missä ilmansuunnassa onkaan ”max”). Yksikään tuuli- tai aurinkovoiman tekninen edistysaskel ei pysty tätä muuttamaan.

Suomessa sähkön hintapiikki nähtiin 7. joulukuuta aamulla klo 8, jolloin pörssisähkön Spot-hinta oli 124.39 snt/kWh [2]. Tällä kellonlyömällä Ilmatieteenlaitos [7] kirjasi ylös seuraavat säähavainnot: Jyväskylän lentoasemalla Keski-Suomessa -17.4 °C, pilvistä, ei sadetta, ja tuulen nopeus 1.0 m/s, Helsinki-Vantaan lentoasemalla Etelä-Suomessa -18 °C, kirkasta ja tuulen nopeus 2.0 m/s ja Oulun lentoasemalla Pohjois-Suomessa lähellä suuria sähkönkuluttajia -13.2 °C, kirkasta ja tuulen nopeus 3.3 m/s. Yhteenvetona päivä oli kylmä, joskaan ei tavattoman kylmä, ja tuuli oli heikkoa.

Jos nyt kuitenkin jätetään talvikuukaudet pois laskuista, tuuli- ja aurinkovoima pystyvät korkeisiin tuotantolukuihin muun osan vuodesta. Joten mikäli pystyisimme varastoimaan niiden tuottaman energian kevät- ja kesäkuukausien ajan, meillä olisi reservissä tarpeeksi energiaa myös kylmiä talvipäiviä varten. Tällaiset päivät myös luultavasti harvenevat kun ilmastonmuutos etenee. Mutta meillä ei ole tällä hetkellä Suomessa – eikä monessa muussakaan maassa – teknologiaa energian varastoimiseksi. Kemijoen vettä ei voida pumpata alajuoksulta koko 300 km:n matkaa takaisiin tekojärviin. Vety voisi toimia energiavarastona tulevaisuudessa, mutta teknologia ja infrastruktuuri eivät ole siihen vielä ihan valmiita. Joka tapauksessa jos energiaa joudutaan varastoimaan useita kuukausia ennen käyttöä, ja vieläpä eri olomuodossa, mahtaako se olla silloin kalliimpaa?

Tuulivoima kattaa Suomen sähköntuotannosta 10%, ja tämä osuus nousee koko ajan. Ehkä tulevaisuudessa energiavarastot auttavat meitä tasaamaan pahimpia kulutuspiikkejä, mutta ajatellaan nyt taas sitä kylmää ja valokuvauksellista tammikuun päivää, jolloin kansakunta tarvitsee eniten energiaa. Tuulivoimalat eivät tuota juuri mitään, monet niistä on pysäytetty. Jos 10% kapasiteetista on pois käytöstä silloin kun maksimiteho tarvitaan, mahtaako sähkön hinta silloin nousta? Ja mahtaako se lisäksi vaihdella nopeasti ja voimakkaasti kulutuspiikkien mukaan? Vähän siihen tyyliin kuin mitä nähtiin joulukuun seitsemäntenä.

Koska tuuli- ja aurinkovoima riippuvat suuresti vallitsevasta säätilasta, ne eivät kykene tuottamaan sähköä kovin ennustettavasti. Meidän on rakennettava paljon enemmän voimalakapasiteettia kuin mitä on todellinen tehontarve. Näin toimii vesivoimakin, mutta marginaalit ovat pienempiä. Jotkut vesivoimalat tuottavat suunnilleen vakiotehoa jatkuvasti, ja joidenkin teho vaihtelee vuodenajan mukaan, mutta nämä voidaan selvittää hyvin pitkälle etukäteen tutkien virtaamia ja vesimääriä. Mutta tuuliolojen selvittäminen on paljon epävarmempaa. Tästä seuraa se, että optimaalisissa tuulioloissa tuulipuistot tuottavat ikään kuin liikaa tehoa, ja sähkön hinta laskee nopeasti. Se voi mennä jopa negatiiviseksi, mikä tapahtui kertaalleen alkuvuodesta 2020. Toisaalta jos kulutus on korkeaa ja tuuli heikkoa, voimaloiden tuotto jää alhaiseksi ja sähkön hinta alkaa voimakkaasti nousta. Voimme ennustaa tuulioloja vain joitain päiviä etukäteen, joten kuluttajat ehtivät reagoida hyvin rajallisesti.

Tuuli- ja aurinkovoima eivät lukeudu ns. säätövoimaan, jolla sähköverkon tilapäisiä kulutuspiikkejä voidaan tasata.  Perinteisesti säätö on tehty vesivoiman lisäksi hiili- ja kaasuvoimaloilla sekä optimoimalla suurimpien sähkönkuluttajien (esim. teräs- ja paperitehtaat) kuormaa. Myöskään ydinvoima ei sovellu säätövoimaksi, koska ydinreaktorin tehoa ei voida muuttaa riittävän nopeasti. Ongelmat suurien kulutuspiikkien kohdalla voimistuvat, jos sähköntuotannosta suuri osa on ydinvoimaa ja tuulivoimaa, ja vain pieni osa säätövoimaa.

Ruotsi sulkee ydinvoimaloita

Kivihiilen korvaamiseksi Suomi on investoinut tuulivoimaan ja ydinvoimaan (tätä kirjoittaessa Olkiluoto 3 -reaktorilla on juuri aloitettu käyttöönottoajot). Mutta Suomi on lisäksi kasvattanut sähkön tuontimääriä. Sähköä tuodaan lähinnä Ruotsista ja Venäjältä ja sitä viedään jonkin verran Viroon. Vuonna 2020 Suomi toi Ruotsista 18.5 TWh sähköä [8], mikä vastaa 20%:ia kokonaistuotannosta. Tuontitapaus ei ole niin selkeä, koska Ruotsi tuo myös sähköä Norjasta, missä sitä tuotetaan suuritehoisilla ja matalan kustannustason vesivoimaloilla.

Vuonna 2019 46% Ruotsin sähköstä eli 64.3 TWh tuotettiin ydinvoimalla ja suunnilleen saman verran vesivoimalla [9]. Mutta joulukuun 30. 2019 Ringhalsin ydinvoimalan 900 MW:n tehoinen kakkosreaktori poistettiin käytöstä. Joulukuun 31. 2020 ajettiin alas myös Ringhalsin 880 MW:n ykkösreaktori. Nämä kaksi reaktoria vastasivat 20%:ia ydinvoiman kapasiteetista Ruotsissa.

Ruotsikin on satsannut kovasti tuulivoimaan ja uudet voimalat kompensoivat kyllä menetetyn ydinvoimakapasiteetin. Mutta taas kerran kun on se kylmä ja valokuvauksellinen tammikuun päivä Suomessa, se lienee vähintään melko kylmä ja melko valokuvauksellinen myös Ruotsissa. Ja taas on iso osa voimaloista pienellä teholla, kun kansakunta huutaa sähköä. Mahtaako se sähkön hinta nousta silloin Ruotsissakin?

Sähkötarve on lisääntymään päin

Katsotaanpa uudestaan Suomen sähköntuotannon käyrää (Kuva 2). Nähdään 2 poikkeamaa, vuosina 2009 ja 2020, jotka johtuivat finanssi- ja koronakriiseistä. Jos jätetään nämä vuodet huomiotta ja katsotaan trendiä, nähdään että sähköntuotanto näki matalimman tasonsa vuonna 2015, jonka jälkeen se on alkanut nousta.

Finanssikriisin jälkilöylyissä suljettiin Suomessa useita metsäteollisuuden tuotantolaitoksia, mikä laski sähköntarvetta. Vuodesta 2007 vuoteen 2015 metsäteollisuuden sähkönkulutus laski 28 TWh:sta 19 TWh:iin [6], eli noin kolmanneksen. Mutta samaan aikaan yhteiskunta on kovasti muuttunut digitalisaation myötä.

Vuoden 2015 jälkeen sähkönkulutus on lisääntynyt kaikilla yhteiskunnan sektoreilla (teollisuus, kotitaloudet, maatalous ja julkinen sektori), mukaanlukien yllämainittu metsäteollisuus. Yhä enemmän on käytetty sähköllä toimivia automaatiojärjestelmiä, yhä enemmän kerätään ja analysoidaan dataa, ja yhä enemmän digitalisaatiota on sisällytetty yritysten liiketoimintaan ja yhteiskunnan palveluihin. Täytyy huomioida, että digitalisaatio ei vastaa yhdenkään energiamuodon korvaamista toisella, vaan sen vaatima sähkö on lisäystä aiempien olojen kulutukseen, vastaavasti kuin talouskasvu tai eläänlaadun parantuminen.

Vuoden 2015 jälkeen on otettu myös ensimmäiset askeleet liikenteen sähköistämiseksi, joskaan tämä vaikutus ei vielä isossa kuvassa näy. Kotitalouksien sähkönkulutus on myös lisääntynyt sitä mukaa kun öljylämmitysjärjestelmiä on korvattu maalämmöllä tai lämpöpumpuilla, ja sitä mukaa kun koteja on alettu kesähelteillä myös jäähdyttää.

Mitä on edessä?

Jos katsotaan energiamuunnon piirakkakaaviota (Kuvassa 3, oikealla), nähdään yhä valtava siivu öljyä. Tämä aiheutuu lähinnä kahdesta syystä: liikenteestä ja lämmityksestä. Suomessa öljyä ei ole juurikaan käytetty sähköntuotantoon. Tulevaisuuden tavoite on korvata iso osa öljysiivusta muilla energiamuodoilla: Maalämmöllä ja lämpöpumpuilla lämmityksessä ja sähköllä liikenteessä.

Kivihiiltä ja turvetta käytetään kaukolämpölaitoksissa, ja ne aiotaan myös korvata. Turve voidaan korvata biomassalla, mutta sekin korvautunee suurelta osin sähköllä, koska kotitaloudet asentavat ilmalämpöpumppuja myös kaukolämpötaloihin. Helsinki ei suostu vaihtamaan kivihiiltä toiseen polttoaineeseen, vaan pyrkii korvaamaan voimalaitokset kokonaan toisilla lämmöntuotantomenetelmillä.

Mikä tahansa korvaakin öljyn, kivihiilen ja turpeen, muu kuin biomassa tai yhdyskuntajäte, se lisää sähkönkulutusta. Jopa vedyn suhteen käy näin, sillä vedyn tuotanto vaatii paljon sähköä. Tämä lausunto viittaa nyt Suomen kansalliseen strategiaan “vihreästä vedystä”.

Voidaan arvioida perustuen karkeaan laskentaan, että Suomi tarvitsee 15 000 GWh lisää sähköä vuodessa korvaamaan kivihiili, turve ja öljy kaukolämmöntuotannossa, 1 000 GWh korvatakseen öljyn pientalojen lämmityksessä, 5 000 GWh korvatakseen bensiinin ja dieselin henkilöautoissa, ja toiset 5 000 GWh korvatakseen dieselin hyötyajoneuvoissa (paketti- ja kuorma-autot, rekat ja bussit). Yhteensä nämä tekevät 26 000 GWh tai 26 TWh. Tämän verran tarvitaan lisää sähköä seuraavien ehkä 10:n vuoden aikana pelkästään korvaamaan vanhat fossiilisiin polttoaineisiin perustuvat sovellukset. Tässä ei edes huomioida talouskasvua, digitalisaatiota tai muuta sähkönkulutuksen lisääntymistä.

Mainittu 26 TWh vastaa 32%:ia, siis noin kolmannesta, Suomen sähköntuotannosta vuonna 2020. Se on enemmän kuin kaikki ydinvoima vuonna 2020, tai enemmän kuin vesi- ja tuulivoima yhteensä vuonna 2020. Tässä helpottaa tosin Olkiluoto 3, jonka vuosituotanto yltää täydellä teholla 14 TWh:iin. Fennovoiman ydinvoimala, joka on vielä kehitteillä, pystyy myös melko lähelle tätä tasoa, mutta sen valmistumiseen menee vielä aikaa. Joka tapauksessa tarvitsemme paljon uutta tuulivoimaa täyttääksemme tämän sähköntuotantotarpeen.

Tulevaisuudessa tarvitaan valtavasti lisää sähköä. Mutta yhä enemmän sitä aiotaan tuottaa epäluotettavammilla voimalaitoksilla. Vaikuttaa varsin ilmeiseltä, että sähkön hinta tulee pysymään korkealla jatkossakin. Vaikuttaa myös varsin todennäköiseltä, että hinta tulee olemaan hyvin epästabiili kylminä talvipäivinä, jolloin ei tuule. Tästä syystä tarvitsemme kipeästi uusia ja kilpailukykyisiä ratkaisuja energian varastointiin. Ilman niitä emme voi kunnolla hyödyntää tuulivoiman potentiaalia.

 

Lähteet

1. Nord pool electricity statistics, day-ahead prices, https://www.nordpoolgroup.com/Market-data1/Dayahead/Area-Prices/ALL1/Monthly/?view=table.
2. Vattenfall, sähkön hintatilastot, https://www.vattenfall.fi/sahkosopimukset/porssisahko/tuntispot-hinnat-sahkoporssissa/.
3. Energiateollisuus ry, “Sähkön hankinta energialähteittäin 2007-2020”, https://energia.fi/tilastot/sahkotilastot/sahkontuotanto_ja_-kaytto.
4. ABB, “Boosting industrial profitability with energy efficient drives and motors”, Markkinointiesite, 2016.
5. Adato Energia Oy, “Kotitalouksien sähkönkäyttö 2011”, Selvitys, 2013.
6. Tilastokeskus, Energiatilastot, https://pxhopea2.stat.fi/sahkoiset_julkaisut/energia2020/html/suom0000.htm.
7. Ilmatieteenlaitos, Menneet säähavainnot, https://www.ilmatieteenlaitos.fi/havaintojen-lataus.
8. Energiateollisuus ry, “Sähkötase 1970-2020”, https://energia.fi/uutishuone/materiaalipankki/sahkotase_1970-2020.html#material-view.
9. Energimyndigheten, “2019 rekordår för svensk elproduktion”, https://www.energimyndigheten.se/nyhetsarkiv/2020/2019-rekordar-for-svensk-elproduktion/.