SUOMEN ENERGIAVISIO 2030Suomenkielinen tiivistelmä

VTT PROSESSITRitva Hirvonen (toim.)

ENERGY VISIONS 2030 FOR FINLAND – YHTEENVETO

VTT on luodannut Energy Visions 2030 for Finland –kirjassa, millainen Suomen energiajärjestelmä olisi vuonna 2030 ja

mitä vaikutuksia valituilla kolmella skenaariolla olisi yhteiskuntaan.

3

VTT:n asiantuntijoiden kirjoittamassa Energy Visions 2030 for Finland –kirjassaon pohdittu, miltä Suomen energiainfrastruktuuri näyttää 30 vuoden kuluttua.Kirjassa tarkastellaan erityisesti Suomelle ja Suomen viennille tärkeiden energia-teknologioiden kehitysmahdollisuuksia sekä eri teollisuussektoreiden energiatar-peiden muutoksia. Teos on jatkoa vuonna 1999 julkaistulle Energia Suomessa –Tekniikka, talous ja ympäristövaikutukset –teokselle. Se on suunnattu lähinnäenergia-alan asiantuntijoille ja päätöksentekijöille ja kirjoitettu englanniksi, jottamyös kansainvälisillä lukijoilla olisi mahdollisuus tutustua Suomessa käytössä jakehitteillä oleviin teknisiin ratkaisuihin. Tähän suomenkieliseen tiivistelmään onkoottu teoksen ydinviestit ja tärkeimmät kuvat yhteenvedonomaisesti.

Energiainfrastruktuuri muuttuu erittäin hitaasti. Suurien voimalaitosten jasähkön jakeluverkon keskimääräinen käyttöikä on yli 20 vuotta. Perusparannustenavulla käyttöikää saadaan lisättyä. Toisaalta kun uudet teknologiat on energia-alalla hyväksytty, ne valtaavat markkinoita hyvin nopeasti. Tästä syystä vuosi2030 on sopivan kaukana tulevaisuudessa Suomen energiainfrastruktuurin muu-toksia tarkasteltaessa.

Kansallisia ja kansainvälisiä energia-alan haas-teita ovat mm. energiankulutuksen kasvun hil-litseminen, ympäristövaikutusten vähentäminenja energiamarkkinoiden vapautuminen.

Taloudellinen kasvu ja energian käytönlisääntyminen ovat perinteisesti olleet sidoksis-sa toisiinsa. Globaalisti tämä trendi näyttää jat-kuvan johtuen pääosin kehitysmaiden ja siirty-mätalousmaiden talouskasvusta. IEA (Interna-tional Energy Agency) ennustaa noin 60 % kas-vua globaalissa primäärienergian käytössä seu-raavien 20 vuoden aikana. Suomessa taloudenrakennemuutoksen johdosta talouskasvu ei oleenää viime vuosina merkinnyt yhtä nopeaaenergian kulutuksen kasvua. Tästä huolimattaabsoluuttisesti mitattuna etenkin sähkön tarveon kasvanut tasaisesti mutta kasvu tulee toden-näköisesti tasaantumaan lähivuosina. Sähkönkulutuksen kasvusta sekä vanhojen voimalai-tosten käytöstä poistosta seuraa merkittävä

uuden tuotantokapasiteetin tarve Suomessa, ar-vioiden mukaan noin 7500 MW vuonna 2020(kuva 1).

Kasvava energiantarve johtaa lisääntyviinympäristöpaineisiin. Energian tuotannolla ja ku-lutuksella on monia haitallisia ympäristövaiku-tuksia. Ympäristövaikutuksista erityisesti ilmas-tonmuutos tulee muovaamaan merkittävästi tu-levaisuuden energiaratkaisuja. Fossiiliset polt-toaineet säilyttävät asemansa vallitsevana pri-määrienergian lähteenä useissa maissa, erityi-sesti kehitysmaissa. Fossiilisten polttoaineidenosuus globaalissa energiapaletissa kasvaa edel-leen ja osuuden ennustetaan olevan noin 90 %vuonna 2020. Tämän seurauksena hiilidioksidi-päästöt kasvavat nopeammin kuin primääri-energian käyttö. Pitkällä aikavälillä ilmasto-muutoksen hillintä epäonnistuu elleivät myöskehitysmaat sitoudu siihen (kuva 2). Tämä onsuuri haaste globaalille ilmastopolitiikalle.

4

Kuva 1 Arvioitu vanhan voimalaitoskapasiteetin poistuminen ja uuden kapasiteetin tarve.

TULEVAISUUDEN HAASTEET

5

Ilmastomuutoksen hallintaan tarvitaanuseita eri keinoja ja näiden yhdistelmiä, kutenenergiansäästö, uusiutuvien energialähteidenkäyttö, edistykselliset ydinenergiateknologiatsekä tehokas hiilidioksidin talteenotto- ja lop-pusijoitusteknologia. Näiden teknologioidenlaajamittainen hyödyntäminen edellyttää talou-dellisten ohjauskeinojen, kuten verotuksen japäästökaupan, käyttöönottoa. Ilmastomuutok-sen hallinta avaa myös uusia liiketoimintamah-dollisuuksia sekä energia- että muille teollisuus-sektoreille.

Tulevina vuosikymmeninä öljy- ja maa-kaasuvarojen väheneminen saattaa johtaa geo-poliittisiin ongelmiin. Nykyisellä kulutustasollaöljyvarojen arvioidaan riittävän noin 40 vuottaja kaasuvarojen vastaavasti noin 60 vuotta(kuva 3). Nämä arviot todennäköisesti kasvavattulevaisuudessa tuotantoteknologian kehittymi-sen ja uusien öljy- ja kaasuvarojen löytymisen

ansiosta. Öljyn ja maakaasun hintavaihtelutkasvavat varantojen ehtyessä.

Globaalina haasteena on primäärienergia-lähteiden keskittyminen yhä harvempiin mai-hin, riippuvuus Lähi-idän öljystä kasvaa edel-leen. Eurooppa ja USA ovat lisääntyvässä mää-rin riippuvaisia muista fossiilisia polttoaineitatuottavista alueista. Tämä tulee lisäämään maa-ilmanlaajuista energiakauppaa. Pitkällä aikavä-lillä globaali energiakauppa tulee siirtymäänöljystä ja maakaasusta uusiin energiahyödyk-keisiin, kuten metanoliin ja vetyyn. Suomessaenergiaomavaraisuuden kehittyminen riippuupääosin käytettävien energialähteiden valin-nasta uutta voimalaitoskapasiteettia rakennet-taessa. Riippuvuus tuontipolttoaineista ja kas-vavat polttoaineiden hintavaihtelut muodosta-vat riskin Suomen kansantaloudelle.

Hiilen merkitys polttoaineena tulee kasva-maan pitkällä aikavälillä johtuen hiilivarojen

Kuva 2 Teollisuus- ja kehitysmaiden hiilidioksidipäästöjen kehittyminen IPCC:n skenaarion mukaan.

suuresta määrästä ja laajasta alueellisesta ja-kaumasta verrattuna öljyyn ja maakaasuun.

Energiamarkkinat ovat vapautuneet useis-sa maissa. Vapauttamisen tavoitteena on ollutenergiasektorin tehokkuuden ja kilpailukyvynlisääminen. Vapautuneilla sähkömarkkinoillasaattaa kuitenkin syntyä ongelmia, kuten lai-tosinvestointien väheneminen, hintavaihtelujenlisääntyminen sekä sähkön laatutason heikke-neminen. Sähkömarkkinoiden toimivuutta voi-daan parantaa yhteisten toimintasäännöstenavulla sekä lisäämällä reaaliaikaisia mittauksia.Odotettavissa on, että vuonna 2030 kaikissaEU-maissa sähkömarkkinat on avattu. Yhte-näistä EU:n laajuista sähkömarkkinaa ei ole

saatu aikaan, vaan Euroopassa toimii useitaalueellisia sähkömarkkinoita, joiden välillä onsiirtoyhteyksiä. Alueelliset hintavaihtelut ovatkuitenkin nykyistä pienemmät.

Liikennesektorin haasteina ovat tulevai-suudessa nopea liikenteen kasvu, lisääntyväthiilidioksidipäästöt, ilman laadun heikkenemi-nen erityisesti suurkaupungeissa ja pitemmälläaikavälillä öljyvarojen ehtyminen. Uusia moot-toriteknologioita ja uusia energialähteitä tarvi-taan näiden haasteiden voittamiseen. Suomenrooli liikenneteknologian ja –järjestelmien ke-hittämisessä on tulevaisuudessa vähäinen, mah-dollisuutemme piilevät uusien teknologioidennopeassa soveltamisessa Suomen olosuhteisiin.

6

Kuva 3 Tärkeimpien polttoaineiden varat. Pylväiden leveydet vastaavat nykyisiä vuosikulutuksia, pinta-alat varojen suuruksia ja korkeudet riittävyyksiä vuosissa nykykulutuksella.

7

Pitkällä aikavälillä energian tuotantoteknolo-giaa muovaavat seuraavat haasteet:• Maailman väestöstä suuri osa elää kehitys-

maissa energiainfrastruktuurin ulottumatt-omissa. Kehitys näissä maissa johtaa ener-giankulutuksen kasvuun edellyttäen tulevai-suudessa useiden toisiaan täydentävien tuo-tantoteknologioiden käyttöä. Uusien edistyk-sellisten teknologioiden käytön kehitysmais-sa tulee olla mahdollista.

• Uusien tuotantoteknologioiden tulee edesaut-taa kestävää kehitystä ja vähentää ympäris-törasitusta sekä säästää uusiutumattomialuonnonvaroja. Energian säästö on teknolo-giakehityksen yksi kulmakivi.

• Energian riittävyys sekä siihen liittyvä hinta-vaihteluiden minimointi edellyttää öljy- jamaakaasuriippuvuuden vähentämistä ja kor-vaamista enenevässä määrin muilla energia-lähteillä, kuten uusiutuvat energialähteet japuhtaammilla fossiilisilla tuotantotekno-logioilla.

Suuret fossiilisia polttoaineita käyttävät voima-laitokset pysyvät tulevaisuudessa sähköntuo-tannon selkärankana maailmanlaajuisesti. Tuo-tantoteknologian kehitys parantaa niidenkintaloudellisuutta ja vähentää ympäristövaiku-tuksia: hyötysuhde paranee, rakennusaste kas-vaa, savukaasupäästöt hiilidioksidia lukuunottamatta saadaan lähes täysin poistettua jaseospolttoaineet yleistyvät. Kohtuuhintaista hii-lidioksidin talteenottoteknologiaa tarvitaanmikäli ei-fossiiliset tuotantoteknologiat, kutenuusiutuvat energialähteet ja ydinenergia, eivätpysty täyttämään pitemmän aikavälin sähkön-tarvetta.

Ydinenergia voi tulevaisuudessa olla mer-

kittävä energian tuotantomuoto jos suuri yleisöja poliitikot hyväksyvät sen. Keskipitkällä aika-välillä saatamme nähdä toisaalta ydinenergiankäytön vähenemistä esimerkiksi Euroopassa, toi-saalta uutta kapasiteettia otetaan käyttöön esi-merkiksi Kaukoidässä. Käytössä olevien ydin-voimalaitosten modernisoinnin tavoitteena onkäyttöiän pidentäminen ja tehon nosto. Tutki-mus- ja kehitystyöpanokset suunnataan ydin-energian kilpailukyvyn parantamiseen, radio-aktiivisen jätteen määrän vähentämiseen sekäuusien laitoskonseptien turvallisuuden varmista-miseen. Fuusioreaktorin kaupallinen käyttöön-otto siirtyy yli vuoden 2050 ja hyötyreaktorintarvetta lykkää halpojen uraanivarantojen riit-tävyys, kun ydinvoiman kokonaiskasvu on hil-littyä.

Kasvihuonekaasupäästöjen väheneminenja kestävän kehityksen aikaansaaminen pitem-mällä aikavälillä edellyttävät uusiutuvien ener-gialähteiden kasvavaa käyttöä. Suomessa bio-energia, erityisesti puupolttoaineet ja jätteidenenergiakäyttö, on tärkein uusiutuva energialäh-de. Kuvassa 4 on esitetty puun käyttö Suomessavuonna 2000. Suomalaisessa tutkimus- ja kehi-tystyössä kannattaa tulevaisuudessa keskittyänykyisten huipputuotteiden, kuten polttoainei-den käsittelylaitteet, leijukerrosteknologia jadieselvoimalat, jatkokehitykseen sekä uusienteknologioiden, kuten kaasutus ja pyrolyysi,kehittämiseen.

Tuulivoimakapasiteetin lisääminen edel-lyttää tuotantokustannusten laskua, käyttö- jahuoltokustannusten minimointia sekä suurtenmerituulipuistojen rakentamista Suomen ranni-kolle. Lisävesivoiman rakentamismahdollisuu-det Suomessa ovat rajoitetut. Vesivoimatekno-logiaa pidetään yleisesti kypsänä teknologiana,

ENERGIAN TUOTANTOTEKNOLOGIAT

8

Kuva 4 Puun käyttö Suomessa vuonna 2000.

9

kehitystä on nähtävissä vain rakennus- ja ma-teriaaliteknologian osalta. Aurinkosähköpoten-tiaali Suomessa on myös rajallinen sekä lyhyel-lä että keskipitkällä aikavälillä. Ainoastaan ra-kennuksiin integroiduilla aurinkoenergiaratkai-suilla on mahdollisuuksia yleistyä Suomessa.Aurinkolämpöä voidaan käyttää tulevaisuudes-sa nykyistä tehokkaammin puun ja turpeen kui-vatuksessa. Hybridi- eli sekajärjestelmät, jotkakoostuvat uusiutuvista ja perinteisistä tuotanto-muodoista tai kokonaan erilaisista uusiutuvistaenergiateknologioista auttavat uusien teknolo-gioiden kaupallistamisessa ja edistävät niidenmarkkinoille pääsyä.

Lämmön ja sähkön yhteistuotantoa, CHP-tuotantoa, käytetään laajalti Suomessa sekäalueellisessa lämmöntuotannossa että prosessi-teollisuudessa. Uudet laitoskonseptit lisäävät

merkittävästi CHP-laitosten rakennussuhdetta.Tulevaisuudessa pienen mittakaavan hajautettutuotanto, kuten mikroturbiinit ja polttokennot,tarjoavat pienellekin lämmön ja sähkön kulut-tajalle uusia teknologisia mahdollisuuksia,alussa pääosin lähellä maakaasun jakeluverk-koa. Polttokennojen ennustetaan olevan lupaa-vin näistä tulevaisuuden hajautetun tuotannonteknologioista. Hajautetun tuotannon kustan-nustehokkuus saavutetaan modularisoinnin jastandardoinnin avulla. Laitteiden täytyy myösolla luotettavia ja helppokäyttöisiä.

Maailmanlaajuisesti hajautettu tuotantomuodostaa merkittävän vaihtoehdon sekä kehi-tysmaille, joissa on heikko sähkönjakelujärjes-telmä, että kehittyneille maille, joissa on laajamaakaasun jakeluverkko. Hajautettu sähkön-tuotanto voi myös parantaa sähkön laatua sekä

Kuva 5 Hajautetun energian (tuotanto, käyttö ja varastointi) integrointi osaksi energiajärjestelmää.

10

Kuva 7 Esimerkki paikallisten polttoaineiden käytöstä modernissa CHP-laitoksessa.

Kuva 6 Biomassaan perustuvia hajautetun tuotannon vaihtoehtoja Suomessa.

11

vähentää sähkönjakeluverkon vahvistustarvet-ta. Yhdistämällä useita hajautetun tuotannonlaitoksia kehittyneen tietoliikenteen, ohjauksenja diagnostiikan avulla saadaan aikaan energia-järjestelmän kannalta yksi tuotantolaitos eli’virtuaalilaitos’. Kuvassa 5 on esitetty hajau-tetun tuotannon integrointi osaksi energiajär-jestelmää ja kuvassa 6 on esitetty biomassaanperustuvia hajautetun tuotannon vaihtoehtoja.

Lämmön ja sähkön yhteistuotanto on hyväesimerkki primäärienergian tehokkaasta käytös-tä, sillä siinä integroituvat erilaiset tuotantopro-sessit ja energian loppukäyttö. Nykyinen CHP-tuotantokonsepti on helposti laajennettavissakaukojäähdytykseen. Pitkällä aikavälillä kehite-tään laajasti integroituja järjestelmiä, joissakäytetään useita materiaali- ja energialähteitä(kuva 7), ja jotka yhdistävät useita teknologioi-ta erilaisiksi lopputuotteeksi, kuten sähkö,lämpö, jäähdytys, suolan poisto merivedestä,puhdas vesi, bioöljy, biokaasu, sekä vety.

Energiasektorin liiketoimintojen integroin-

ti esimerkiksi jäte- tai vedenjakeluliiketoimin-nan kanssa käyttäen uusien teknologioiden tar-joamia mahdollisuuksia tarjoaa synergiahyöty-jen kautta tavan lisätä kannattavuutta. Tutki-mus- ja kehitystyöpanoksilla tähdätään Suo-messa myös jätteiden kierrätyksen integrointiin,niin että materiaalien kierrätys maksimoidaanja kaikki ei-kierrätettävät palavat komponentitkäytetään tehokkaasti energian tuotannossa.Tämä on tehokas tapa selvitä tulevista kaato-paikkamääräyksistä.

Tärkeimmät energian tuotannon teknologiat,joihin tutkimus- ja kehityspanokset tulisi Suo-messa suunnata ovat:• Leijukerrosteknologia (poltto ja kaasutus)

biomassoille sekä seospolttoaineille (ml. jätepolttoaineet)

• Kaasutusteknologia mustalipeälle ja biomassoille

• Biopolttonesteiden valmistus ja käyttö

Kuva 8 Pienten CHP-laitosten kilpailukykyisen kokoluokan kehittyminen Suomessa.

12

Kuva 9 Esimerkki pienen kokoluokan paperitehtaan integrointi paikalliseen energian tuo-tantoon ja jätehuoltoon – Urban Mill- konsepti (Metso).

Kuva 10 Energian tuotantoteknologioiden kehitysnäkymiä Suomessa.

13

• Hajautettu energiantuotanto: pienet CHP-laitokset, tuulivoima, järjestelmäintegrointi

• Uudet CHP-ratkaisut: korkea rakennusaste,pieni kokoluokka, kaukojäähdytys

• Integroidut ratkaisut: Urban Mill-konsepti,monituotelaitokset

Bioenergia on keskeinen osa Suomen tulevai-suuden energiaratkaisua, joten monet kehitettä-vistä teknologioista liittyvät bioenergian entis-tä tehokkaampaan hyödyntämiseen. Bioenergia-osaaminen tarjoaa suomalaisille yrityksillemyös hyviä mahdollisuuksia vientimarkkinoil-la. Suomen vahva informaatio- ja tietoliikenne-

tekniikan osaaminen auttaa puolestaan kehittä-mään laitosten käyttöön ja verkkoon liitynnäl-le ratkaisuja, jotka mahdollistavat hajautetunsähkön ja lämmön yhteistuotannon entistä pie-nemmässä kokoluokassa (kuva 8). Esimerkkinäintegroiduista ratkaisuista on Urban Mill -kon-septi, jossa voidaan edullisesti yhdistää yh-dyskunnan ja kierrätyspaperitehtaan sähkön jalämmön tuotanto sekä kiinteiden jätteiden ma-teriaali- ja energiahyötykäyttö (kuva 9).

Kuvassa 10 on esitetty yhteenveto ener-gian tuotantoon liittyvistä teknologisista haas-teista sekä kehittyvien teknologioiden kaupal-listumisesta.

Massa- ja paperiteollisuus

Massa- ja paperiteollisuus on ollut merkittävätekijä Suomessa energian käytön, teknologiankehityksen ja kansantalouden kannalta. Suo-malaiset yritykset ovat kansainvälistyneet yri-tysostojen ja yhdistymisien kautta maailmansuurimpien massa- ja paperiyritysten joukkoon.Myös suomalaiset laitevalmistajat, ohjausjärjes-telmien toimittajat sekä konsultointiyrityksettoimivat globaalisti. Suurimmat teknologisetmuutokset ovat tapahtuneet pääprosessikompo-nenttien sekä koko tuotantolinjojen yksikkö-koon kasvussa. Ympäristövaikutukset ovat vä-hentyneet merkittävästi viimeisten 30 vuodenaikana.

Massa- ja paperiteollisuuden kilpailukykytulevaisuudessa riippuu raaka-aineen saatavuu-

desta, käytettävissä olevasta energiasta ja senhinnasta, ympäristölainsäädännöstä sekä tiedonsiirtoon ja tallennukseen käytettävän informaa-tioteknologian kehittymisestä. Paperituotteidenkysynnän kasvu on ollut sidoksissa talouskehi-tykseen. Keskimääräinen vuosittainen kasvu onollut 2 – 3 %. Tuotteiden reaalihinta on ollutlaskussa. Ensimmäiset merkit tietoyhteiskunnanvaikutuksista ovat näkyneet vähentyneenä sa-nomalehtipaperin kysyntänä USA:ssa. Toisaaltakopiointiin ja tulostukseen käytettävän toimis-topaperin kysyntä on ollut kasvussa. Paperi-tuotteiden kysynnän globaalin kasvun odote-taan hidastuvan, mutta ei ole nähtävissä, ettätietoyhteiskunta paperittomine konttoreineen jaelektronisine kirjoineen ja lehtineen pysäyttäisisitä kokonaan (kuva 11).

14

ENERGIAN KÄYTTÖ JA JAKELU

Kuva 11 Ennuste paperin tuotannosta alueittain vuonna 2015, Jaakko Pöyry Consulting.

15

Kuva 12 Suurimmat sallitut hakkuut Suomessa, Metla.

Metsän kasvu Suomessa ylittää tällä het-kellä vuosittaiset hakkuut. Tulevaisuudessa kui-tenkin vain 5 – 10 % kasvu hakkuumäärissä onmahdollista kun otetaan huomioon muutoksetmetsien omistussuhteissa, verotusperusteissasekä metsien suojelussa. Kuvassa 12 on ennus-te hakkuista alueittain vuosina 2000 - 2030.Tuontipuun määrän odotetaan kasvavan nykyi-sestä. Tulevaisuudessa kuituja hyödynnetäänparemmin halutun lopputuotteen valmistusvaa-timuksista lähtien. Energiatehokkaiden jaympäristöystävällisten teknologioiden kehittä-minen ja käyttöönotto ei saisi kasvattaa uudentuotantolinjan investointikustannuksia nykyi-sestä noin 400 miljoonasta eurosta.

Massa- ja paperiteollisuudessa kokonais-

energiatehokkuuden parantuessa on sähkön omi-naiskulutus kuitenkin kasvanut. Sähkön omi-naiskulutusta voidaan vähentää kehittämällämekaanista massanvalmistusta ja prosessi-integraatiota, mitoittamalla ja säätämällä pro-sessipumppuja optimaalisesti sekä käyttämälläkehittyneitä energianhallintajärjestelmiä. Raaka-veden käytön rajoittaminen sekä uudet proses-sien sivuvirtojen käsittelytekniikat parantavatympäristötehokkuutta.

Suomen massa- ja paperiteollisuudenkehitystä on tarkasteltu kahden eri tuotteisiinpainottuvan skenaarion avulla (kuvat 13 ja 14).Ensimmäisessä vaihtoehdossa (Perusskenaario)sähkön hinta ja saatavuus rajoittavat tuotan-non kasvua, jolloin paperin ja kartongin tuo-

16

Kuva 13 Eri paperilaatujen valmistus ja sähkön kulutus Perusskenaariossa.

17

tanto stabiloituu tasolle noin 15 Mt vuodessa.Sähkön ominaiskulutus pysyy tässä skenaarios-sa nykytasolla, jolloin massa- ja paperiteolli-suuden sähkönkulutus on vuositasolla noin 28TWh vuonna 2030. Toisessa enemmän mekaa-niseen massaan painottuvassa skenaariossa(Mekaaninen massa-skenaario) oletetaan voi-makkaampia panostuksia tuotantoteknologiankehittämiseen, mikä näkyy pienempinä omi-naiskulutuksina (pienennys noin 4 prosenttianykytasolta vuonna 2030). Lisäksi kuumahier-teen tuotannossa oletetaan saavutettavan tek-nologinen läpimurto, jonka avulla ominaisku-lutus laskee 30 prosenttia nykytasolta vuoteen2030 mennessä. Keskeisenä keinoina ovatraaka-aineen laatuvaihteluiden vähentäminensekä kuitujen selektiivinen käsittely paperinvalmistuksen vaatimuksista lähtien. Tällöin

massa- ja paperiteollisuuden sähkönkulutus onnykyistä tasoa myös vuonna 2030, vaikka tuo-tanto kasvaakin 17 Mt:iin vuodessa. Ilman tätäläpimurtoa kulutus nousee tasolle 30TWh/vuosi.

Metalliteollisuus, kemian teollisuus ja muu teollisuus

Metalliteollisuuden globaaleina haasteina ovattarve pääomakustannusten pienentämiseen,ehtyvät raaka-ainevarat ja kasvavat ympäristö-vaatimukset. Muihin teollisuudenaloihin verrat-tuna tuotettu lisäarvo pääomainvestointia koh-den on alhainen. Kilpailukykyä voidaan paran-taa ainoastaan kehittämällä pääomakustannuk-siltaan halvempia prosesseja. Energia on erit-täin tärkeä kustannustekijä metallien valmis-tuksessa. Esimerkiksi kuumavalssattujen teräs-

Kuva 14 Eri paperilaatujen valmistus ja sähkön kulutus Mekaaninen massa-skenaariossa, kuumahier-teen tuotannossa on saavutettu 30% säästö sähkön ominaiskulutuksessa.

levyjen valmistuksessa energia muodostaa 20 %tuotantokustannuksista, sinkillä ja ferrokromil-la vastaavat luvut ovat noin 30 % ja noin 65 %.

Metalliteollisuuden osuus koko Suomenteollisuuden energian loppukulutuksesta on1990-luvulla ollut 17 – 18 %. Tärkeimmät Suo-messa valmistettavat metalliteollisuuden tuot-teet ovat teräs, ferrokromi, kupari, sinkki ja nik-keli. Suomalaiset metalliteollisuuden yrityksetovat melko pieniä globaaleilla markkinoilla, jane ovat menestyneet erikoistumalla räätälöityi-hin tuotesegmentteihin. Metalliteollisuuden suu-rimmat sähkönkuluttajat ovat sähkölämmittei-set sulatus- ja kuumennusuunit sekä sinkinelektrolyyttinen valmistus.

Metalliteollisuus ja siihen liittyvien tuot-teiden valmistus kasvaa Suomessa myös tule-vaisuudessa aiheuttaen samalla sähkön kulutuk-sen kasvua. Metalliteollisuuden energian käyttöon nykyisin tehokasta ja vain pieniä tehok-kuusparannuksia on odotettavissa vuoteen2030 mennessä. Teräksen valmistuksessa ener-giansäästöpotentiaalin tarjoaa jatkuvavalutek-niikan kehittäminen siten, että valettavan ai-hion mitat ovat mahdollisimman lähellä loppu-tuotteen mittoja. Lisäetuna menetelmässä onvalssauslinjan oleellinen lyheneminen. Jatkoke-hityskohteena on nauhavalu, jonka jälkeinenaihio soveltuisi suoraan kylmävalssaukseen.Nämä uudet teknologiat vähentävät sekä ympä-ristö- että kustannusvaikutuksia pitemmällä ai-kavälillä.

Kemikaalien valmistus ja raakaöljyn ja-lostus kuluttavat kemian teollisuuden sähköstänoin 90 % ja lämmöstä 95 %. Sähköä käytetäänkemian teollisuudessa mm. elektrolyysiin, pump-puihin ja puhaltimiin. Lämmön käyttökohteitaovat prosessivirtojen lämmitys sekä tislaus- jahaihdutusprosessit. Kemian teollisuuden olete-taan pysyvän nykyisellä tasolla tulevaisuudes-sa, suuria laajennusinvestointeja ei ole suunnit-teilla. Muutoksia energiankulutukseen ei ole näh-tävissä ja sähkön ominaiskulutuksen pienenty-

misen takia kokonaissähkönkulutus pysyy aikastabiilina tai voi jopa hieman laskea tulevaisuu-dessa. Kemian teollisuuden sivutuotteita, kutenvetyä ja lämpöä, voidaan käyttää tehokkaam-min esimerkiksi omassa sähkön tuotannossa jaläheisten yhdyskuntien lämmöntuotannossa. Öl-jynjalostuksessa tuleva kehitys kohdistuu sivu-virtojen parempaan hyödyntämiseen sekä omanenergian tuotannon lisäämiseen.

Muu teollisuus koostuu useista pienistäenergiaa käyttävistä aloista ja niiden yhteenlas-kettu primäärienergian ja sähkön kulutus onalle 10 prosenttia koko teollisuuden kulutukses-ta. Suurimmat energian käyttäjät tässä ryhmäs-sä ovat elintarviketeollisuus ja puutavaran val-mistus. Muun teollisuuden energian käytön odo-tetaan kasvavan vain hieman vuoteen 2030mennessä.

Kotitaloudet ja palvelut

Kotitaloudet ja palvelusektori kuluttavat ener-giaa mm. lämmitykseen, valaistukseen, lämpi-mään veteen, ruuanvalmistukseen sekä sähkö-laitteisiin. Rakennusten lämmitys kattaa Suo-messa primäärienergian kokonaiskulutuksestanoin 22 %. Lämmitysenergian käyttö lämmitet-tyä huonetilaa kohden on laskenut noin puo-leen viimeisten 30 vuoden aikana johtuen pa-remmasta rakennusten eritystasosta sekä ker-rostalo- ja rivitaloasumisen yleistymisestä. Säh-kön käyttö kotitalouksissa ja palvelusektorillaon kasvanut likimain viisinkertaiseksi viimeis-ten 30 vuoden aikana aiheuttaen energian koko-naiskulutuksen kasvua. Kasvun oletetaan jatku-van myös seuraavien 30 vuoden aikana. Ener-gian säästöpotentiaalia löytyy kuitenkin sekäenergiatehokkuuden että ihmisten asennemuu-tosten kautta.

Kotitalouksissa ja palvelusektorilla ener-gian säästö saadaan aikaan käyttämällä ener-giatehokkaita lämmitysjärjestelmiä ja sähkö-laitteita, parantamalla rakennusten lämpöeris-tystä sekä edistyksellisillä energianhallintajär-

18

19

jestelmillä. Rakennusteknologiaa hallitsevat tule-vaisuudessa matalaenergiarakennukset (kuva15). Nykyisten rakennusten energiatehokkuuttavoidaan parantamalla ulkoseinien ja kattojenlämpöeristystä, uusimalla ikkunarakenteet sekäparemmalla lämmön talteenotolla. Tärkeimmätlämmitystavat ovat kaukolämpö sekä sähkö- jaöljylämmitys. Uusista omakotitaloista noin 60 %varustetaan tulevaisuudessakin sähkölämmi-tyksellä, ja uusissa rivi- ja kerrostaloissa kauko-lämpö tulee olemaan vallitseva lämmitysmuoto.

Vuonna 2020 kaukolämmön ennustetaan katta-van noin 50 % kaikesta rakennusten lämmityk-sestä. Uusista lämmitysteknologioista lämpö-pumput ja aurinkolämmitys tulevat yleisty-mään. Niitä käytetään pääasiassa tukilämmi-tyksenä nykyisten lämmitysmuotojen rinnalla.

Sähkönkulutus kotitalouksissa tulee kas-vamaan sähkölaitteiden lukumäärän lisääntyes-sä. Uusia energiaa säästäviä teknologioita ote-taan käyttöön kylmälaitteissa, valaistuksessa javiihde-elektroniikassa. Uusien teknologioiden

Kuva 15 Arvio tulevaisuuden rakennustekniikan energiatehokkuudesta ja investointikustannuksista ver-rattuna nykyiseen tekniikkaan.

mahdollistama energiansäästöpotentiaali näissäkolmessa sähkölaiteryhmässä on vuositasollanoin 1 TWh, joka on noin prosentti Suomennykyisestä sähkön kokonaiskulutuksesta. Näi-den säästöjen saavuttaminen edellyttää kuiten-kin useita erilaisia toimenpiteitä ja niiden to-teuttamiseksi tarvitaan suuri määrä yksittäisiäpäätöksiä.

Kuvan 16 ylempi skenaario perustuuFinergyn tekemään arvioon ja alempi skenaariokeväällä 2002 laadittuun Suomen ilmastostra-tegiaan. Kulutusarviot on ulotettu vuoteen2030 saakka olettaen 50 % pienemmät kasvulu-vut vuoden 2020 jälkeen.

Liikenne

Liikennesektorin tulevaisuuden haasteita ovatliikenteen sujuvuus, energian ominaiskulutuk-sen vähentäminen, päästöjen vähentäminensekä yleisesti kestävän kehityksen huomioon

ottaminen. Nykyisin useimmissa ajoneuvoissaon voimanlähteenä polttomoottori, jonka polt-toaineena käytetään raakaöljyperäistä polttoai-netta. Polttomoottorin käyttö on ollut mahdol-lista, koska ilmaa saastuttavia haitallisia pääs-töjä on saatu vähennettyä mm. katalysaattorei-den avulla. Liikenne saastuttaa kuitenkin edel-leen paikallisesti ilmaa, ja noin 30 % globaa-leista hiilidioksidipäästöistä on sen aiheuttamia.Hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi kasvavatpaineet polttomoottorin energiatehokkuudenparantamiseen tai korvaamiseen uudella tekno-logialla, joka on saasteeton ja jossa polttoainesaadaan uusiutuvista energialähteistä.

Globaaleille ajoneuvovalmistajille Suomion pieni markkina-alue, ja suomalaisiin tar-peisiin räätälöityjen ajoneuvojen tuotanto onhyvin epätodennäköistä. Joudumme sopeutu-maan päämarkkinoille tehtyihin ajoneuvoihin.Polttoaineiden ja energialähteiden osalta valin-

20

Kuva 16 Skenaariot sähkön kulutuksesta eri loppukäyttösektoreilla, metsäteollisuus poisluettuna.

21

Kuva 17 Energialähteitä ja niiden jalostusteitä liikenteen polttoaineeksi. MeOH onmetanoli, MTBE on metyylitertiääributyylieetteri, DMFC on suorametanolikenno, HC’s ovatnestemäisiä hiilivetyjakeita (kuten bensiiniä tai dieselöljyä).

Kuva 18 Uusien ajoneuvoteknologioiden käyttöönotto.

22

Kuva 19 Sähkön siirto- ja jakeluteknologian kehittyminen.

Kuva 20 Sähkön laatu ja asiakkaat (EPRI).

23

nanvapaus näyttäisi olevan suurempi, erityises-ti mikäli uusiutuvia energialähteitä, kuten bio-massaa, hyödynnetään kasvavassa määrin(kuva 17). Globaalisti vähemmän hiiltä si-sältävien polttoaineiden, kuten maakaasun, käyt-tö kasvaa ajoneuvoissa hitaasti mutta varmasti.

Tällä hetkellä näyttää siltä, että ajonneu-vojen teknologiassa ja voimanlähteissä on odo-tettavissa suuria muutoksia. Kehitteillä on usei-ta polttomoottorin korvaajia. On kuitenkin liianaikaista päätellä, mitkä niistä tulevat korvaa-maan nykyisen teknologian. Ajoneuvojen polt-toaineiden ja voimanlähteiden valikoima kas-vaa kuitenkin tulevaisuudessa, ja ylimenokau-tena hybridit auttavat siirtymistä uuteen tekno-logiaan. Hybridiautojen sekä metanoli- ja vety-käyttöisten polttokennoautojen osuus voi ollamerkittävä jo vuonna 2020, jolloin liikenteenenergiankulutus Suomessa kääntyy laskuun(kuva 18).

Sähkön siirto ja jakelu

Sähkön siirto- ja jakeluverkkoa on Suomessanoin 380 000 km. Jännitetasot ovat 400 voltis-ta 400 kilovolttiin. Verkon käyttöikä on 40 – 50vuotta ja siirto- ja jakelujärjestelmissä tapahtuuainoastaan pieniä teknologiamuutoksia seuraa-vien vuosikymmenten aikana.

Tietoyhteiskunta edellyttää tulevaisuudensähkön siirto- ja jakeluverkolta suurempaa jous-tavuutta ja luotettavuutta. Näihin haasteisiinvoidaan vastata uusien teknologioiden, kutentehoelektroniikkaan perustuvien laitteiden, japaremman reaaliaikaisen valvonnan ja säädönavulla (kuva 19). Hajautetun energiantuotan-non yleistyminen verkossa edellyttää nykyistäkehittyneempien säätö- ja tietoliikennelaittei-den käyttöönottoa.

Sähkön laadun ylläpito edellyttää uusienteknologioiden, kuten tehoelektroniikkaan pe-rustuvien Custom Power –laitteiden tai ener-giavarastojen, käyttöönottoa (kuva 20). Lisäksiuudet sähkölaitteet tulisi suunnitella kestämäänparemmin sähkönsyötössä esiintyviä häiriöitä.

Suomen energiataloutta koskeva tarkastelu ontiivistetty kolmeen skenaarioon: Kioton perus-skenaarioon (Kioto), voimakkaan energiansääs-tön skenaarioon (Säästö) ja vahvaan teknologi-seen kehitykseen perustuvaan skenaarioon(Tekno). Kioto-skenaariossa tyydytään vainKioton sopimuksen mukaisiin kasvihuonekaa-sujen päästötavoitteisiin, kun taas kahdessamuussa pidemmän aikavälin strategiassa kasvi-huonekaasupäästöjä vähennetään 20 % vuoden1990 tasosta vuoteen 2030 mennessä (kuva 21).Säästöskenaarioissa ohjataan voimakkain vero-tuksellisin toimenpitein energian säästämiseen.

Teknologiaskenaariossa panostetaan voimak-kaasti kasvihuonekaasupäästöjä rajoittavaantutkimus- ja kehitystyöhön, mikä alentaa mer-kittävästi uusien tekniikoiden kustannuksia.Tämä mahdollistaa uusiutuvien energiamuoto-jen ja energiaa tehokkaasti käyttävien teknolo-gioiden tulon sekä kotimaisille että vien-timarkkinoille. Kuvissa 22 ja 23 on esitetty säh-kön tuotanto ja kulutus tarkastelluissa skenaa-rioissa.

Kioto-skenaariossa Suomeen ei rakennetalisää ydinvoimaa. Energiansäästön skenaariossayksi uusi ydinvoimala aloittaa toimintansa

24

KOLME ENERGIATULEVAISUUTTA

Kuva 21 Kasvihuonekaasupäästöt eri skenaarioissa.

25

Kuva 22 Sähkön tuotanto eri skenaarioissa.

Kuva 23 Sähkön kulutus eri skenaarioissa.

26

Kuva 25 Lämmitykseen käytettävän primäärienergian käyttö eri skenaarioissa.

Kuva 24 Bioenergian käyttö (pl. mustalipeä) eri skenaarioissa.

27

vuonna 2015, teknologiaskenaariossa jo 2010.Lisäksi teknologiaskenaariossa pienempiä ydin-voimayksiköitä voidaan rakentaa modulaarises-ti vuodesta 2020 lähtien.

Skenaarioissa maakaasun käyttö ei pidem-mällä aikavälillä kasva nousevien hintojenvuoksi ja myös osittain siksi, että uusiutuviinenergialähteisiin perustuvien teknologioidenkilpailukyky kehittyy nopeasti. Suuret fossiilisiapolttoaineita käyttävät voimalaitokset pysyvätkuitenkin sähköntuotannon selkärankana maa-ilmanlaajuisesti. Teknologinen kehitys, jossa suo-malainen teollisuuskin on mukana, auttaa pa-rantamaan näidenkin taloudellisuutta ja vähen-tämään ympäristövaikutuksia.

Bioenergian käyttö kasvaa voimakkaastikaikissa skenaarioissa. Näiden polttoaineidenkäyttö voisi nousta jopa yli 100 % nykytasolta(kuva 24). Bioenergian kustannustehokkuudensaavuttaminen edellyttää uusien teknologioidenkäyttöönottoa sekä polttoaineen että energian

tuotannossa. Merituulipuistoja rakentamallatuulivoiman osuus voi nousta lähes 10 %:iinSuomen sähköntuotannosta vuoteen 2030mennessä. Kotimaisten energialähteiden käytönlisääntymisen seurauksena energiahuollonomavaraisuus kasvaa skenaarioissa merkittä-västi. Uusien teknologioiden käyttöönotto lisäämerkittävästi kotimaisten uusiutuvaan energi-aan perustuvien markkinoiden kehittymistävähentäen samalla tuontienergiariippuvuutta.

Energian käyttö tehostuu merkittävästi tar-kastellulla aikavälillä kaikissa skenaarioissa javoimakkaimmin teknologiaskenaariossa. Tähänvaikuttavat edellä mainittu teknologiapanos-tuksilla saavutettava mekaanisen massan val-mistuksen ominaisenergiankulutuksen merkit-tävä aleneminen, energiatehokkaiden talotek-niikoiden laaja soveltaminen kiristyvien raken-nusnormien ansiosta (kuva 25) sekä monet muutteollisuuden, palvelujen ja kotitalouksien uudetenergiatehokkaat tekniikat. Liikenteessä uusien

Kuva 26 Energian käyttö liikenteessä.

28

Kuva 27 Suorien kustannusten ja tarvittavien energiaverojen kasvu eri skenaarioissa ver-rattuna referenssitapaukseen, jossa ei aseteta päästörajoja eikä muita vastaavanlaisia ener-giapolitiikan tavoitteita.

Kuva 28 Suomen energiaomavaraisuusaste eri skenaarioissa.

29

teknologioiden, kuten hybridiautojen sekämetanoli- ja vetykäyttöisten polttokennoauto-jen, osuus voi tulla merkittäväksi jo vuonna2020, jolloin liikenteen hiilidioksidipäästöt jaenergiankulutus vähenevät (kuva 26). Myösilmanlaatu paranee kaupungeissa. Sähkön siir-rossa ja jakelussa pystytään uusien teknologioi-den avulla parantamaan ikääntyvän sähköver-kon luotettavuutta ja sähkön laatua.

Ympäristötavoitteiden saavuttamisesta jamuista energiapolitiikan tavoitteista yhteiskun-nalle aiheutuvat kustannukset ovat selvästialhaisimmat teknologiaskenaariossa (kuva 27).Kuvassa esitetty lisäkustannusten ja verojensumma edustaa karkeasti kuluttajien energi-alaskun muutosta, joka jää teknologiaskenaa-riossa hyvin pieneksi muihin verrattuna. Suurinlasku kuluttajille kertyy säästöskenaarionmukaisista toimenpiteistä, summa on yli kym-menkertainen verrattuna teknologiaskenaa-rioon. Merkittävä kasvihuonekaasupäästöjenrajoittaminen ja muiden energiapolitiikantavoitteiden saavuttaminen, kuten energiaoma-

varaisuuden nostaminen (kuva 28), ei siis vält-tämättä aiheuta merkittävää taakkaa kansanta-loudelle.

Teknologiaskenaarion mukaisen kehityk-sen saavuttaminen vaatii tietenkin laajaa ja pit-käjänteistä panostusta teknologian kehitykseenja kaupallistamiseen. Näistä aiheutuvia kustan-nuksia ei ole laskelmassa huomioitu, mutta niil-le voidaan arvioida järkevä yläraja kuvan 27avulla. Teknologiaskenaarion suorien kustan-nusten säästö Kioto-skenaarioon verrattunaaikavälillä 2005 – 2030 on noin 9 miljardiaeuroa. Kun tätä summaa verrataan 90-luvunlopun energiateknologian T&K-panostukseen,noin 80 miljoonaa euroa vuodessa, voidaanolettaa, että suurestikin kasvava T&K-panostustulisi erittäin kannattavaksi koko yhteis-kunnalle. Lisäksi teknologiaskenaario tuo mah-dollisuudet energiateknologian viennin merkit-tävään kasvuun, jolloin sen kokonaistaloudelli-suus ja vaikutukset ympäristöön näyttävät yhäparemmilta.

30

VTT PROSESSITPuh. (014) 672 611, faksi (014) 672 597www.vtt.fi