Yhteisen tutkimuskeskuksen (JRC) tekninen raportti ”Assessment of the potential for energy efficiency in electricity generation, transmission and storage” (arviointi mahdollisuuksista parantaa energiatehokkuutta sähkön tuotannon, siirron ja varastoinnin yhteydessä)

KOMISSION KERTOMUS EUROOPAN PARLAMENTILLE, NEUVOSTOLLE, EUROOPAN TALOUS- JA SOSIAALIKOMITEALLE JA ALUEIDEN KOMITEALLE

Yhteisen tutkimuskeskuksen (JRC) tekninen raportti ”Assessment of the potential for energy efficiency in electricity generation, transmission and storage” (arviointi mahdollisuuksista parantaa energiatehokkuutta sähkön tuotannon, siirron ja varastoinnin yhteydessä)

Yhteenveto Yhteisen tutkimuskeskuksen (JRC) teknisestä raportista, jossa arvioidaan mahdollisuuksia parantaa energiatehokkuutta sähkön tuotannon, siirron ja varastoinnin yhteydessä

Raportissa esitetään yleistajuisesti tulokset arvioinnista, jossa tarkasteltiin mahdollisuuksia parantaa energiatehokkuutta sähköenergian muuntamisen, siirron ja varastoinnin yhteydessä.

Raportti on energiatehokkuusdirektiivin 2012/27/EU, sellaisena kuin se on muutettuna direktiivillä (EU) 2018/2002, 24 artiklan 13 kohdassa esitetyn ohjeistuksen mukainen, ja siinä tarkastellaan energiatehokkuuden kehittämismahdollisuuksien kolmea pääpilaria eli perinteisiä polttoaineita, varastointia ja suurjännitetasasähkön (HVDC) siirtoa. Raportissa kuvataan näitä kolmea keskeistä teknistä ratkaisua energiatehokkuuden näkökulmasta saavutettavissa olevien säästöjen kartoittamiseksi. Raportissa tarkastellaan nykyisiä tehokkuustasoja ja tiedossa olevia tehostamismahdollisuuksia sekä esitetään karkea arvio mahdollisista primäärienergian säästöistä Euroopan tasolla. Yksittäisiä teknologisia ratkaisuja käsitellään ensin erikseen, ja viimeisessä luvussa esitetään yhteenveto ja ratkaisujen paremmuusjärjestys.

Luvussa 2 esitetään lämpövoimaloissa käytetyn teknologian ja niiden tehokkuuden arvioinnin tulokset. Erityisesti tarkastellaan fossiilisia polttoaineita (hiili, kaasu ja öljy) käyttäviä tavanomaisia voimaloita, ja lisäksi esitetään valikoituja tilastotietoja tehokkuudesta, kulutuksesta, kapasiteetista jne. Raportissa esitellään nykyisiä ja mahdollisia tehokkuustasoja, mukaan lukien arviot mahdollisista primäärienergian säästöistä nykyiseen hiilestä irtautumista koskevaan politiikkaan liittyvien tiettyjen oletusten perusteella.

Syy siihen, miksi uusiutuviin energialähteisiin perustuvan sähköntuotannon tehokkuutta ei tutkita, on pohjimmiltaan taloudellinen. Yleisimmin käytössä olevien tuotantolaitosten kustannusrakenne on voimakkaasti painottunut investointikustannuksiin, kun taas toimintakustannukset rajoittuvat ylläpitoon, koska tuottajien ei tarvitse maksaa polttoainekustannuksia. Tämän seurauksena uusiutuviin energialähteisiin perustuvan sähköntuotannon muuntotehokkuutta ei ole tutkittu aktiivisesti, vaikka se onkin teknisesti kiinnostavaa, ja tieteellisiä julkaisuja aiheesta on melko vähän. Tilanne on samankaltainen ydinenergialla tuotetun sähkön osalta: useimmissa käytössä olevissa ydinvoimaloissa vain 30–35 prosenttia fissioreaktion avulla tuotetusta lämpöenergiasta muunnetaan sähköksi lopun haihtuessa ympäristöön hukkalämpönä. Tämä osuus on parantunut vain vähän viime vuosikymmeninä. Ydinenergian tuotannon kustannusrakenne on hyvin samankaltainen, joskaan ei täysin identtinen uusiutuvan energian kanssa: pääosa kustannuksista on investointikustannuksia (voimaloiden rakentaminen ja käytöstä poistaminen), kun taas polttoaineesta (tavallisesti rikastettu uraani) johtuvat kustannukset muodostavat vain pienen osan tuotannon kokonaiskustannuksista. Tässäkin tapauksessa asiaa on tutkittu hyvin vähän, sillä ensisijaisena tavoitteena on turvallisuuden parantaminen sekä polttoaineen vaihdosta ja huollosta johtuvien seisokkien lyhentäminen. Osa tuleviin neljännen sukupolven reaktoreihin liittyvistä hankkeista on suunniteltu parantamaan tehokkuutta, mutta tähän mennessä niistä on vain prototyyppejä.

Luvussa 3 kuvataan useita erityyppisiä varastointimenetelmiä sähköjärjestelmiä varten, selvitetään teknologioiden kypsyysastetta ja annetaan tarkempia tietoja tällä hetkellä ja tulevaisuuden kannalta lupaavimmista teknologioista (pumppuvoimalaitokset, akut, paineilma, vauhtipyörät). Vaikka raportissa esitetään arvioita energian kokonaishyötysuhteesta, on otettava huomioon myös se, että suora tehokkuusvertailu mahdollisesti hyvin erilaisten teknisten ongelmien ratkaisuiksi kehitettyjen eri varastointitapojen välillä on vaikeaa. Raportissa esimerkiksi selitetään, että superkondensaattoreita ei voida (vielä) käyttää suurten energiamäärien varastointiin ja että kunkin teknisen ongelman ratkaisuna olisi käytettävä siihen soveltuvaa varastointijärjestelmää, jonka puitteissa sitten valitaan tehokkain teknologinen ratkaisu. Keskeinen viesti on, että varastointiteknologiat eivät ole kiinnostavia niinkään siksi, että ne mahdollistavat primäärienergian suorat säästöt, vaan siksi, että ne mahdollistavat uusiutuvista energialähteistä peräisin olevan energian integroimisen sähköjärjestelmiin, mikä parantaa koko järjestelmän tehokkuutta.

Luvussa 4 käsitellään HVDC-sähkönsiirtoa, ja sen osalta johtopäätökset ovat samansuuntaiset: siirtojärjestelmien energiatehokkuus on jo nyt erittäin korkea (noin 98 %) ja lähentelee fyysisiä rajoja, joten sen parantaminen ei ole tarkoituksenmukaista. HVDC-sähkönsiirto on kiinnostavaa, koska siten voidaan siirtää energiaa olosuhteissa, joissa HVAC-järjestelmät eivät olisi teknisesti tai taloudellisesti kannattavia. Tämä koskee erityisesti merenalaisia kaapeleita, jotka mahdollistavat suurissa merituulipuistoissa tuotetun tuulivoiman integroinnin, mistä seuraa primäärienergian välillisiä säästöjä. Tässä luvussa kuvataan siis HVDC-järjestelmien pääominaisuudet ja toimintaolosuhteet, joissa saavutetaan paras energiatehokkuus, sekä tuodaan esiin mahdollisia tulevia käyttötarkoituksia Euroopassa. On merkillepantavaa, että varsinaiset parannukset energiatehokkuudessa ovat välillisiä eli seurausta uusiutuvien energialähteiden paremmasta integroinnista ja tuotantotehon rajoitusten minimoinnista. Nämä kysymykset sekä järjestelmien integrointi, kulutusjousto ja energiankysyntä yleisemminkin eivät kuitenkaan kuuluneet tämän selvityksen piiriin.

Luvussa 5 esitetään arvioinnin johtopäätökset siitä, millaisia mahdollisuuksia kukin teknologia tarjoaa energiatehokkuuden parantamiseen. Realistiset säästöt on mahdollisuuksien mukaan kvantifioitu yksinkertaistavan oletuksen perusteella, jotta voidaan osoittaa parannuksilla mahdollisesti saavutettavat primäärienergian säästöt.