Source: http://docplayer.fi/8013572-Pohjoismaisten-sahkomarkkinoiden-integraatio-suunnitellut-siirtoverkkoinvestoinnit.html
Timestamp: 2019-01-17 03:58:03+00:00
Document Index: 18704380

Matched Legal Cases: ['kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ']

Pohjoismaisten sähkömarkkinoiden integraatio - Suunnitellut siirtoverkkoinvestoinnit - PDF
Download "Pohjoismaisten sähkömarkkinoiden integraatio - Suunnitellut siirtoverkkoinvestoinnit"
1 Powered by TCPDF ( Pohjoismaisten sähkömarkkinoiden integraatio - Suunnitellut siirtoverkkoinvestoinnit Kansantaloustiede Maisterin tutkinnon tutkielma Sami Rinne 2012 Taloustieteen laitos Aalto-yliopisto Kauppakorkeakoulu
2 AALTO-YLIOPISTON KAUPPAKORKEAKOULU TIIVISTELMÄ Taloustieteen pro gradu -tutkielma Sami Rinne Pohjoismaisten sähkömarkkinoiden integraatio Suunnitellut siirtoverkkoinvestoinnit Pohjoismaat muodostavat hyvin yhtenäisen ja tehokkaan alueellisen sähkömarkkinan. Lähivuosikymmeninä tapahtuva Euroopan laajuinen ja laajamittainen siirtyminen hiilidioksidineutraaliin sähköntuotantoon edellyttää kuitenkin pohjoismaisten sähkönsiirtoyhteyksien merkittävää lisävahvistamista. Tässä työssä kartoitetaan investointisuunnitelmat uusista sähkönsiirtoyhteyksistä Pohjoismaissa sekä Pohjoismaiden ja niiden naapurimaiden välillä. Lisäksi selvitetään, millä perusteilla kyseiset suunnitelmat on valittu toteutettaviksi ja miten suunnitelmissa on huomioitu investoijan kannalta optimaalisten verkkoinvestointien talousteoria. Lisäksi selvitään julkaistujen investointisuunnitelmien perusteella sekä omin laskelmin, minkälaisia ovat suunniteltujen verkkoinvestointien vaikutukset sähkön hintaan sekä tuottajien ja kuluttajien ylijäämiin Pohjoismaissa. Sähkönsiirtokapasiteettia suunnitellaan lisättävän Pohjoismaista erityisesti Saksaan, mutta myös Hollantiin, Baltian maihin ja Yhdistyneeseen kuningaskuntaan. Investointien päävaikuttimia ovat markkinaintegraatio, uusien energiantuotantoyksiköiden (erityisesti tuulivoima) yhdistäminen sähköverkkoon sekä sähkön toimitusvarmuuden parantaminen. Kantaverkkoyhtiöt eivät investointeja suunnitellessaan pyri voittojensa maksimointiin, kuten tapahtuisi yksityisesti toteutettavissa verkkoinvestoinneissa. Suunniteltujen verkkoinvestointien toteutuessa pohjoismainen sähkön hinta nousee lähemmäs Saksan hintaa. Siirtoyhteyksien lisäämisen on arvioitu pienentävän merkittävästi sähkön tuotantokustannuksia sekä kasvattavan kokonaismarkkinahyötyä. Kokonaismarkkinahyödyn kasvu johtuu tuottajien ylijäämän huomattavasta kasvusta, sillä samaan aikaan kuluttajien ylijäämä ja kantaverkkoyhtiöiden keräämät pullonkaulatulot vähenevät. Alueellisten sähkönhintaerojen tasaantuessa yksityisesti toteutettavat verkkoinvestoinnit muuttuvat vähemmän houkutteleviksi. Avainsanat: Pohjoismaat, sähkömarkkinat, siirtoverkko, investoinnit, pullonkaulat
3 AALTO UNIVERSITY SCHOOL OF BUSINESS ABSTRACT Master s Thesis, Economics Sami Rinne The integration of the Nordic electricity market Planned transmission investments The Nordic electricity market is already well integrated and effective. However, in the coming decades the European-wide and large-scale transition to carbon neutral power generation will require further and significant strengthening of the Nordic electricity transmission capacities. This thesis identifies the investment plans for the new electricity transmission lines in the Nordic area. The arguments for the planned investments are explained and compared with the economic theory for optimal network investments from the investor s point of view. In addition, based on the published investment plans and own calculations, the effects of the investments on the Nordic electricity prices are estimated, as well as the changes on the surpluses of the electricity producers and consumers. Electricity transmission capacities are planned to be strengthened from the Nordic countries in particular to Germany, but also to the Netherlands, the Baltic States and the United Kingdom. The main motives for the Nordic grid investments are market integration, integration of the new power generation (especially wind power) and the security of supply. National transmission system operators are not planning investments in order to maximize their profits, which would happen with the private network investments. The planned electricity network investments will lead the Nordic electricity prices to rise closer to the German price level. The new transmission capacity is estimated to lower the generation costs significantly and to improve the total market benefit. The increase in the total market benefit is due to substantially higher producer surplus, as the consumer surplus and the congestion revenues collected by the transmission system operators decrease at the same time. As the regional electricity price differences level off, the private network investments become less attractive. Keywords: Nordic countries, electricity market, transmission, investments, congestion
4 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO SÄHKÖN TUOTANTO JA KULUTUS Tuotanto Kulutus Sähkön tuonti ja vienti Sähkön tuotannon ja kulutuksen kehittyminen tulevaisuudessa Kantaverkkoyhtiöt ja ENTSO-E Yhteenveto SÄHKÖN HINTA Pohjoismainen sähköpörssi Hinnan muodostumismekanismi sähköpörssissä Sähkönsiirron pullonkaulat ja hinta-alueisiin jakautuminen Kantaverkkoyhtiöiden pullonkaulatulot Sähkön hintakehitys Yhteenveto VERKKOINVESTOINTIEN TEORIAA Sähkön tuottajien ja kuluttajien hyödyt Verkkoinvestoijan hyödyt Muita verkkoinvestointien hyötyjä Verkkomonopolien ja yksityisten toimijoiden investointimallit Yksityisten verkkoinvestointien edellytykset Euroopassa Yhteenveto VERKKOINVESTOINTISUUNNITELMAT ENTSO-E:n kymmenvuotissuunnitelmat Kymmenvuotissuunnitelman laadintaprosessi Kymmenvuotissuunnitelmaan liittyvät epävarmuudet Pohjoismaiset investointisuunnitelmat Verkkoinvestointien pääperustelut Vaikutukset sähkön tuontiin ja vientiin Vaikutukset sähkön tuottajille ja kuluttajille Vaikutukset verkkoinvestoijille Mahdolliset uudet siirtoyhteydet Venäjälle Laskelmia verkkoinvestointien vaikutuksista Pohjoismaissa Yhteenveto JOHTOPÄÄTÖKSET LÄHTEET LIITTEET
5 LYHENTEET MW MWh TWh Megawatti, miljoona wattia. Sähkön tuotannon, kulutuksen ja siirron teho. Megawattitunti. Tuotetun, kulutetun ja siirretyn sähköenergian määrä. Terawattitunti. Miljoona megawattituntia.
6 1 JOHDANTO Euroopan energiamarkkinat muodostavat maailman suurimman alueellisen energiamarkkinan. Energiaan liittyvät myös monet Euroopan unionin tulevaisuuden suurimmista haasteista. Eurooppa on merkittävä energian tuoja, mikä yhdessä energian hintojen nousun kanssa aiheuttaa uhkia EU:n huoltovarmuudelle ja kilpailukyvylle. Lisäksi ilmastonmuutoksen torjunta edellyttää lähivuosikymmeninä dramaattisia muutoksia energian tuotanto- ja kulutustapoihin. Euroopan unionin tavoitteena on luoda toimivat energian sisämarkkinat, jolloin sähkö voi liikkua vapaasti jäsenvaltioiden välillä. Vapaista sähkömarkkinoista katsotaan olevan kansalaisille ja yrityksille muun muassa seuraavia hyötyjä (Euroopan unioni): - vakaammat ja kilpailukykyisemmät sähkön hinnat - laajempi valinnanvara kuluttajille - sähkön toimitusvarmuuden parantuminen - parempi suoja sijoittajille sekä uusiutuvan energian teknologioihin ja infrastruktuuriin tehtäville investoinneille. Yhtenäisen sähkön sisämarkkina-alueen edellytyksenä on, että sähkön siirtokapasiteettia on maiden ja alueiden välillä riittävästi. Laajamittaiset sähköverkkoinvestoinnit ovat kuitenkin usein hyvin kalliita, pitkäikäisiä ja ne rakennetaan pääosin vastaamaan oletettuihin tulevaisuuden sähkönsiirtotarpeisiin. Näin ollen investointien mahdolliset hyödyt toteutuvat vasta kaukana tulevaisuudessa. Euroopan komission (2010) arvioiden mukaan Euroopan energiainfrastruktuurin ylläpitoon ja parantamiseen tarvitaan vuoteen 2020 mennessä noin 1000 miljardin euron investoinnit. Pohjoismaat muodostavat Euroopan tasolla jo nyt hyvin yhtenäisen ja tehokkaan alueellisen sähkömarkkinan. Suomen, Ruotsin, Norjan ja Tanskan sähkönsiirron kantaverkot ovat vahvasti yhteen liitettyjä, kuten seuraavalla sivulla esitetystä kuvasta 1 1 voidaan todeta. Pohjoismaista on myös suoria sähkönsiirtoyhteyksiä Viroon, Venäjälle, Puolaan, Saksaan ja Hollantiin. Lähivuosikymmeninä tapahtuva Euroopan laajuinen ja laajamittainen siirtyminen hiilidioksidineutraaliin sähköntuotantoon edellyttää kuitenkin myös Pohjoismaisten sähkönsiirtoyhteyksien merkittävää lisävahvistamista. 1
7 Kuva 1-1. Pohjoismaiset sähkönsiirron kantaverkot. Alkuperäinen kartta on vuodelta 2003 (Svenska Kraftnät) ja sitä on päivitetty löydetyillä tiedoilla vuoden 2003 jälkeen valmistuneista siirtolinjoista (Fingrid). Liettuan Ignalinan ydinvoimala on suljettu vuonna Kartta ei välttämättä ole kaikilta osiltaan ajan tasalla. 2
8 Kuvassa 1 2 on havainnollistettu Pohjoismaisten sähkömarkkinoiden toimintaan liittyviä nykyisiä ja tulevia haasteita. Pohjoismainen sähköntuotantokapasiteetti jakautuu karkeasti ottaen Norjan ja Pohjois-Ruotsin vesivoimalaitoksiin sekä Suomen, Etelä-Ruotsin ja Tanskan lämpövoimalaitoksiin (engl. thermal power). Myös Baltian ja Keski-Euroopan sähköntuotantokapasiteetti on suurelta osin lämpövoimalaitoksia. Lämpövoimalaitoksia ovat muun muassa ydinvoimalaitokset sekä biopolttoaineita, maakaasua, kivihiiltä tai turvetta polttavat voimalaitokset. Lämpövoimalaitosten tuotanto on suunniteltavissa ja ennustettavissa, mutta vesivoimantuotantoon vaikuttavat vuodenaika ja vesitilanne. Hyvän vesitilanteen (sateiset vuodet) vallitessa vesivoimasähköllä on voitu korvata kalliimpaa lämpövoimaa, jolloin sähkö on Pohjoismaissa virrannut etelään ja itään. Vastaavasti kuivina vuosina lämpövoimalla tuotettua sähköä on voitu siirtää vesivoima-alueille. Kuva 1-2. Sähkönsiirtoon liittyvät haasteet Pohjoismaissa ja Itämeren alueella (Jyrinsalo 2012). Tulevaisuudessa erityisen haasteen pohjoismaiselle sähköjärjestelmälle aiheuttaa tuotantokustannuksiltaan halvan tuuli- ja aurinkosähkökapasiteetin voimakas kasvu sekä Pohjoismaissa että niiden lähialueilla. Tuuli- ja aurinkosähkön tuotanto on vaikeasti ennustettavaa, koska tuotanto riippuu voimakkaasti sään vaihteluista. Mitä suurempi on tämäntyyppinen sääriippuvainen sähköntuotantokapasiteetti, sitä voi- 3
9 makkaampia ja vaikeammin hallittavia sen tuotannon heilahtelut ovat. Koska sähkön tuotannon ja kulutuksen on oltava joka hetki tasapainossa, on tämä heilahtelu pystyttävä tasapainottamaan muulla tuotannolla sekä sähkön tuonnilla ja viennillä. Tämän vuoksi sähkönsiirtoyhteyksiä sekä Pohjoismaiden välillä että Pohjoismaiden ja niiden lähialueiden välillä on vahvistettava. Omat muutoksensa sähköjärjestelmään aiheuttavat myös uudet biopolttoainevoimalaitokset sekä Itämeren alueen valtioissa tehtävät ydinvoimaratkaisut. Pohjoismaissa siirretään jatkuvasti suuria määriä sähköä alueiden ja valtioiden välillä ja siirtoon liittyvillä häiriöillä voi olla suuria taloudellisia haittavaikutuksia. Esimerkiksi keväällä 2012 tapahtunut Suomen ja Ruotsin välisen Fenno-Skan 2 -merikaapelin vikaantuminen rajoitti merkittävästi halvan vesisähkön tuontia Suomeen. Tämän vuoksi sähkön hinta nousi Suomessa normaalia korkeammaksi, mistä arvioidaan aiheutuneen noin 80 miljoonan euron lisälasku suomalaisille sähkön kuluttajille. (Talouselämä) Talousteoria painottaa eri alueiden välisten sähkönhintaerojen merkitystä siirtolinjainvestointien kannattavuuden ja vaikutusten arvioimisessa. Lisäksi akateemisessa tutkimuksessa on panostettu runsaasti sen selvittämiseen, olisiko siirtolinjainvestoinnit tehokkaampaa toteuttaa julkisella vai yksityisellä rahoituksella. Tässä työssä verrataan akateemisen tutkimuksen antamia tuloksia siihen, miten ja millä kriteereillä siirtolinjainvestointeja käytännössä suunnitellaan Pohjoismaissa. Pohjoismaat ovat luonnollisella tavalla rajattu tarkastelukohde, koska ne muodostavat jo nyt yhteisen sähkömarkkina-alueen. Lisäksi Pohjoismaiden erilaiset sähköntuotantorakenteet muodostavat edellä kuvatulla tavalla hyvin yhteen toimivan kokonaisuuden. 4
10 Tutkimuskysymykset Tässä työssä selvitetään: - Minkälaiset ovat investointisuunnitelmat uusista sähkönsiirtoyhteyksistä Pohjoismaissa sekä Pohjoismaiden ja niiden naapurimaiden välillä - Millä perusteilla kyseiset suunnitelmat on valittu toteutettaviksi - Miten suunnitelmissa on huomioitu investoijan kannalta optimaalisten verkkoinvestointien talousteoria - Minkälaiset ovat suunniteltujen verkkoinvestointien vaikutukset sähkön hintaan sekä sähkön tuottajien ja kuluttajien ylijäämiin Pohjoismaissa Tässä työssä keskitytään eurooppalaisten kantaverkkoyhtiöiden yhteystyöjärjestön (ENTSO-E, European Network of Transmission System Operators for Electricity) kesällä 2012 julkistamaan Euroopan sähköverkkoinvestointien kymmenvuotissuunnitelmaan ja erityisesti sen Itämeren aluetta koskevaan osioon. ENTSO-E:n kymmenvuotuissuunnitelma kattaa kaikki Euroopan laajuisesti merkittäviksi arvioidut sähköverkkoinvestoinnit. Pohjoismailla tarkoitetaan tässä yhteydessä Suomea, Ruotsia, Norjaa ja Tanskaa. Pohjoismaisilla sähkönsiirtoyhteyksillä tarkoitetaan pohjoismaisten sähkönhintaalueiden välisiä korkeajännitteisiä siirtolinjoja. Naapurimailla tarkoitetaan niitä maita, joihin Pohjoismaista on olemassa tai suunnitteilla suora korkeajännitteinen siirtolinja. Nämä maat ovat Viro, Liettua, Venäjä, Puola, Saksa, Hollanti sekä Yhdistynyt kuningaskunta. Liettuan ja Yhdistyneen kuningaskunnan osalta suora siirtoyhteys on vasta suunnitteilla. Tämän työn rakenne on seuraava. Luvussa 2 kuvataan Pohjoismaiden ja niiden lähialueiden sähkön tuotanto- ja kulutusrakenteet sekä niiden kehittyminen. Luvussa 3 kuvataan sähkön hinnan muodostumismekanismit sekä hintojen kehityshistoria. Luvussa 4 esitetään siirtoverkkoinvestointien teoreettiset perusteet. Luvussa 5 esitetään kuinka investointeja käytännössä suunnitellaan, sekä laaditaan yksinkertaistettuja laskelmia siirtoverkkoinvestointien vaikutuksesta sähkön hintaan sekä tuottajien ja kuluttajien ylijäämiin Pohjoismaissa. Luvussa 6 esitetään johtopäätökset. 5
11 Suomi Ruotsi Norja Tanska 2 SÄHKÖN TUOTANTO JA KULUTUS Alueiden välisten sähkönsiirtojen tarpeet ja määrät riippuvat pääosin sähkön hintaeroista. Hintaeroihin taas vaikuttavat alueelliset erot sähkön tuotannossa ja kulutuksessa. Tässä luvussa käydään läpi Pohjoismaiden ja niiden naapurimaiden sähköntuotanto- ja kulutusrakenteet sekä maiden sähkön nettotuonnin ja -viennin kehittyminen. Lisäksi arvioidaan lyhyesti sähköntuotannon ja -kulutuksen muutostrendejä sekä esitellään kantaverkkoyhtiöiden toimintaa. Eri maita koskevien tietojen yhdenmukaisuuden ja vertailtavuuden vuoksi tässä luvussa käytetään ensisijaisesti kansainvälisen energiajärjestö IEA:n (International Energy Agency) maakohtaisia tilastotietoja. Sähköntuotannon ja -kulutuksen osalta uusimmat IEA:n julkaistut tilastotiedot koskevat vuotta Sähkön tuonnin ja viennin osalta tiedot on saatavissa vuoteen 2011 asti. 2.1 Tuotanto Pohjoismaissa tuotettiin vuonna 2009 sähköstä noin 55 % vesivoimalla, 20 % ydinvoimalla, 15 % fossiilisilla polttoaineilla, 6 % biopolttoaineilla ja 3 % tuulivoimalla (IEA Energy Statistics). Maiden tuotantorakenteissa on kuitenkin huomattavia eroja, kuten kuvasta 2 1 on havaittavissa. TWh Sähköntuotanto Muut Tuulivoima Vesivoima Ydinvoima Biopolttoaineet Maakaasu Hiili ja turve Kuva 2-1. Sähköntuotanto Pohjoismaissa energialähteittäin vuonna 2009 (lähde: IEA Energy Statistics). 6
12 Viro Liettua Venäjä Puola Saksa Hollanti UK Suomen sähköntuotantorakenne on Pohjoismaiden monipuolisin. Merkittävimpiä sähköntuotannon energialähteitä ovat ydinvoima, vesivoima, biopolttoaineet sekä kivihiili. Lähitulevaisuudessa suhteellista osuuttaan on kasvattamassa erityisesti ydinvoima, sillä Eurajoelle on rakenteilla nettosähköteholtaan noin 1600 MW:n Olkiluoto 3 -ydinvoimayksikkö. Sen käyttöönottovuosi on syksyn 2012 arvioiden mukaan 2015 ja vuosituotannoksi on arvioitu noin 13 TWh/a (TVO). Suomessa on myös kaksi valtioneuvoston periaatepäätöksen saanutta ydinvoimahanketta, Eurojoen Olkiluoto 4 ja Pyhäjoen Hanhikivi 1, jotka valmistuvat aikaisintaan 2020-luvulla. Ruotsin sähköntuotannosta valtaosa tapahtuu puolestaan vesi- ja ydinvoimalla. Vuoden 1980 kansanäänestyksessä Ruotsi päätti luopua ydinvoimasta vuoteen 2010 mennessä, mutta maan hallituksen vuonna 2009 tekemän päätöksen mukaan uusia reaktoreja voidaan rakentaa korvaamaan vanhenevia yksiköitä. Lisäksi olemassa olevien reaktorien tehoa voidaan kohottaa. Norjan sähköntuotanto perustuu lähes yksinomaan vesivoimaan. Tanskan sähköntuotanto perustuu pääosin fossiilisiin polttoaineisiin, vaikka tuulivoiman suhteellinen osuus onkin maassa merkittävä. Tuulivoiman osuus koko Pohjoismaisesta tuotantokapasiteetista on ylipäätänsä ripeässä nousussa, mikä näkyy kapasiteetin kasvussa 3 %:sta 7 %:iin vuosina (NordREG 2012). Tämän kehityksen arvioidaan jatkuvan voimakkaana. Kuvassa 2 2 on esitetty Pohjoismaiden naapurimaiden sähköntuotannon jakautuminen energialähteittäin vuonna TWh Sähköntuotanto Muut Tuulivoima Vesivoima Ydinvoima Biopolttoaineet Maakaasu Hiili ja turve Kuva 2-2. Sähköntuotanto Pohjoismaiden naapurimaissa energialähteittäin vuonna 2009 (lähde: IEA Energy Statistics). 7
13 Suomi Ruotsi Norja Tanska Pohjoismaiden naapurimaiden sähköntuotanto perustuu pääosin fossiilisiin polttoaineisiin, erityisesti hiileen ja maakaasuun. Venäjällä on myös runsaasti vesivoimakapasiteettia. Ydinvoimantuotanto on merkittävää Venäjällä, Saksassa ja Yhdistyneessä kuningaskunnassa. Liettuassa sijainnut Ignalina 2 -ydinvoimala, jonka osuus maan sähköntuotannosta oli noin 70 %, suljettiin vuonna 2009 (World Nuclear News 2010). Lisäksi Saksa on tehnyt päätöksen omien ydinvoimalaitostensa alasajosta vuoteen 2022 mennessä. Osa maan ydinreaktoreista suljettiin ennenaikaisesti jo vuonna 2011 Fukushiman ydinvoimaonnettomuuden jälkeen. 2.2 Kulutus Pohjoismaissa sähkön loppukulutuksesta tapahtui vuonna 2009 noin 41 % teollisuudessa, 32 % asumisessa ja 23 % palvelusektorilla (IEA Energy Statistics). Sähkön loppukulutuksen jakautumisen osalta Suomi, Ruotsi ja Norja ovat verraten samantyyppisiä, kuten kuvasta 2 3 voidaan havaita. Tanskassa teollisuuden osuus on pienempi ja palveluiden suurempi kuin muissa Pohjoismaissa. 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Sähkön loppukulutus 2009 Muut Palvelut Asuminen Liikenne Teollisuus Kuva 2-3. Sähkön loppukulutus Pohjoismaissa vuonna 2009 (lähde: IEA Energy Statistics). 8
14 Viro Liettua Venäjä Puola Saksa Hollanti UK Pohjoismaissa sähkönkulutus vaihtelee voimakkaasti vuodenajan mukaan. Sähkönkulutuksen huippukaudet sijoittuvat talven pakkasjaksoille, mikä johtuu asuinrakennusten ja muiden tilojen lämmitystarpeesta. Myös Pohjoismaiden naapurimaissa pääosa sähköstä kulutetaan teollisuudessa, asumisessa sekä palvelusektorilla. Sähkön loppukulutuksen jakautuminen vaihtelee kuitenkin maiden välillä, kuten kuvasta 2 4 voidaan havaita. Teollisuuden osuus on suurin Venäjällä ja Saksassa, joissa palvelujen osuus on vastaavasti muita pienempi. 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Sähkön loppukulutus 2009 Muut Palvelut Asuminen Liikenne Teollisuus Kuva 2-4. Sähkön loppukulutus Pohjoismaiden naapurimaissa vuonna 2009 (lähde: IEA Energy Statistics). 2.3 Sähkön tuonti ja vienti Sähkön tuotannossa ja kulutuksessa olevia alueellisia eroja voidaan tasapainottaa tuonnilla ja viennillä. Seuraavan sivun kuvassa 2 5 on esitetty yhteenveto Pohjoismaiden ja niiden naapurimaiden sähkön nettotuonnin ja -viennin kehittymisestä vuosina Venäjän osalta on esitetty ainoastaan vienti Suomeen. Nettotuonti on laskettu vähentämällä vuoden aikana maan rajojen yli tuodusta sähkömäärästä vuoden aikana maan rajojen yli viety sähkömäärä. Nettoluku antaa kuvan maan sähköntuotannon omavaraisuudesta. On kuitenkin huomattava, että sähkön nettotuoja- 9
15 maallakin saattaa olla riittävä oma tuotantokapasiteetti jota ei ole käytetty, koska naapurimaista on saatu tuontisähköä omaa tuotantoa halvemmalla. Kuva 2-5. Yhteenveto sähkön vuotuisen nettotuonnin ja -viennin kehityksestä (lähteet: IEA Energy Statistics, Statistics Lithuania, Tilastokeskus). Suomen sähköntuotannon omavaraisuus on heikentynyt vuosien mittaan ja kuvasta 2 5 voidaankin nähdä, että Suomi on tällä hetkellä Pohjoismaiden merkittävin sähkön nettotuoja. Suomen sähkön tuontitarve vähenee lähivuosina kun Olkiluoto 3 -ydinvoimalaitosyksikkö otetaan tuotantokäyttöön. Ruotsi ja Norja ovat sateisuuden mukaan vaihtelevasta vesivoimatilanteesta riippuen joko sähkön nettotuojia tai -viejiä. Tanska on tuotannon suhteen lähellä omavaraisuutta. Saksa on ollut sähkön nettoviejä, mutta tilanne saattaa tulevaisuudessa muuttua, jos maa tekemänsä päätöksen mukaisesti luopuu ydinvoimasta. Eräät valtiot, kuten Ruotsi, Tanska ja Saksa, ovat myös merkittäviä sähkön kauttakulkumaita. Tällöin maan läpi virtaa suuret määrät sähköä, ilman että maa itse välttämättä olisi merkittävä nettotuoja tai -viejä. Yksityiskohtaisemmat tiedot valtioiden rajat ylittävien sähkövirtojen määristä on esitetty liitteessä 1. 10
16 Venäjän sähkönvienti on maan kokoon nähden vähäistä. Vuonna 2009 sähkön nettovienti oli noin 14,9 TWh, josta Suomeen toimitetun sähkön osuus oli noin 11,7 TWh (IEA Energy Statistics, Tilastokeskus). Vuonna 2012 sähkön vienti Venäjältä Suomeen on laskenut huomattavasti verrattuna aiempiin vuosiin. Muutokseen ovat vaikuttaneet muun muassa Fenno-Skan 2 -merikaapelin valmistuminen Ruotsin ja Suomen välille, halvan vesivoimasähkön hyvä saatavuus Ruotsista ja Norjasta sekä Venäjällä sähkön vientihintaa nostanut suuri sähkömarkkinareformi. Venäjällä ei arvioida olevan sähköä laajamittaiseen vientiin, eikä sähkökauppa muutenkaan voi ainakaan nopeasti kasvaa EU:n kanssa merkittäväksi, sillä Venäjän ja EU:n sähköverkot kytkeytyvät toisiinsa vain Suomessa ja Baltiassa. Tämän alueen sähkömarkkinoihin Venäjällä arvioidaan kuitenkin olevan jatkossakin merkittävä vaikutus. (Abdurafikov 2009, Kekkonen ja Koreneff 2009) 2.4 Sähkön tuotannon ja kulutuksen kehittyminen tulevaisuudessa Euroopan unioni on sitoutunut vähentämään kasvihuonekaasupäästöjään vuoden 1990 tasoon verrattuna % vuoteen 2050 mennessä. Mahdollisia reittejä tämän tavoitteen saavuttamiseksi on kartoitettu EU:n komission laatimassa energiaalan etenemissuunnitelmassa Etenemissuunnitelman tueksi on laadittu vähähiilisyysskenaarioita, joiden mukaan vuonna 2050 (Euroopan komissio 2011): - Uusiutuvien energialähteiden osuus EU:n sähkönkulutuksesta olisi 97 % - Energian kokonaiskulutus (sähkö, lämpö, liikenteen polttoaineet) olisi laskenut nykytasosta 41 % - Sähkön osuus energian kokonaiskulutuksesta olisi kaksinkertaistunut 36 % 39 %:iin. Sähkön osuuden oletettuun kasvuun ovat syynä muun muassa sähköautojen ja muita lämmitysmuotoja korvaavien lämpöpumppujen yleistyminen. Vaikka EU:n vähähiiliskenaariot eivät ole ennusteita tai komission asettamia tavoitteita, antavat ne viitteitä tulevan kehityksen suunnasta. Skenaarioiden perusteella voidaan arvioida, että vaikka energian kokonaiskulutus unionin alueella laskee kun energiatehokkuutta lisätään, voivat sähkön kokonaiskulutus ja tuotantotarve kuitenkin jonkin verran kasvaa. Esimerkiksi Kekkonen ja Koreneff (2009) ovat laatineet seuraavan arvion sähkön tuotantokapasiteetin kasvamisesta Pohjoismaissa. 11
17 Kuva 2-6. Arvio sähköntuotannon kapasiteettikehityksestä Pohjoismaissa (Kekkonen ja Koreneff 2009). CHP, combined heat and power, tarkoittaa sähkön ja lämmön yhteistuotantoa. Keski-Euroopassa on lähivuosikymmeninä poistettava käytöstä valtava määrä fossiilisiin polttoaineisiin perustuvaa sähköntuotantokapasiteettia. Korvaavista tuotantoteknologioista tuuli- ja aurinkovoima ovat tuotantoteholtaan vaikeasti ennustettavissa (tuotanto vaihtelee vuorokaudenajan ja sääolosuhteiden mukaan), jolloin tarvitaan riittävän nopeasti reagoivaa korvaavaa sähköntuotantokapasiteettia. Nopeisiin tehomuutoksiin kykenevä vesivoima sopii tällaiseksi ns. säätövoimaksi erittäin hyvin, mutta vesivoima on Euroopan tasolla keskittynyt pääosin pohjoiseen. Onkin ilmeistä, että Pohjoismaiden vesivoimalle on tulevaisuudessa kasvavaa kysyntää Keski- Euroopassa. Keski-Euroopan kasvavan säätövoiman tarpeen voidaan olettaa aiheuttavan ongelmia Suomessa, joka jo nyt on vahvasti riippuvainen Ruotsin ja Norjan vesisähkön tuonnista. Omaa vesivoimakapasiteettiaan Suomi ei ympäristönsuojelullisista ja poliittisista syistä pystyne enää merkittävästi kasvattamaan. Kuitenkin säätövoiman tarve kasvaa tulevaisuudessa Suomessakin, kun tuulivoimakapasiteettia lisätään merkittävästi. Myös Olkiluodon uuden suuren ydinvoimalaitosyksikön käyttöönotto lisää nopean säätövoiman tarvetta, sillä sähköjärjestelmän on kyettävä kestämään suurimman verkkoon kytketyn voimalaitoksen yllättävä verkosta irtoaminen. Tämä tapahtuu 12
18 ensisijaisesti kasvattamalla erittäin nopeasti muiden voimalaitosten tuotantotehoa, mikä onnistuu parhaiten vesivoimalla. Tulevaisuudessa Suomi lienee siis entistä riippuvaisempi pohjoismaisesta vesivoimasta, jonka kysyntä samanaikaisesti kasvaa muuallakin Euroopassa. Kysynnän kasvaessa pohjoismaisen vesivoiman hinta nousee, eivätkä nykyiset siirtoyhteydet ole välttämättä ylipäätänsä riittäviä kattamaan Suomen kasvavaa säätövoiman tarvetta. 2.5 Kantaverkkoyhtiöt ja ENTSO-E Sähköjärjestelmä koostuu voimalaitoksista, kantaverkosta, alueverkoista, jakeluverkoista sekä sähkön kuluttajista. Alue- ja jakeluverkoissa sähköä siirretään matalammalla jännitteellä alueellisella ja paikallisella tasolla. Kantaverkko muodostaa sähkönsiirron valtaväylästön, jossa sähköä siirretään suurella teholla pitkienkin matkojen päähän. Siirtohäviöiden pienentämiseksi kantaverkossa käytetään korkeaa jännitettä. Esimerkiksi Suomen kantaverkossa käytetään 110, 220 ja 400 kilovoltin jännitetasoja. Kantaverkot omistavista kantaverkkoyhtiöistä käytetään myös nimityksiä siirtoverkkoyhtiö ja siirtoverkonhaltija (engl. Transmission System Operator, TSO). Kantaverkkoyhtiöt huolehtivat päävoimansiirrossa käytettävien kantaverkkojen sekä valtionrajat ylittävien siirtolinjojen ylläpidosta ja kehityksestä. Lisäksi ne varmistavat, että verkostossa virtaavan sähkön taajuus ja jännitetaso pysyvät niille määritetyissä rajoissaan. Direktiivin 2009/72/EY mukaan kantaverkkoyhtiöiden päätehtäviä ovat muun muassa: - siirtoverkon käyttö, ylläpito ja kehittäminen sekä sen varmistaminen, että verkko pystyy täyttämään kohtuulliset sähkönsiirtovaatimukset pitkällä aikavälillä - tasapuolisen verkkoon pääsyn varmistaminen - verkon riittävän sähkönsiirtokyvyn varmistaminen - osallistuminen sähkön toimitusvarmuuden turvaamiseen varmistamalla riittävä siirtokapasiteetti ja verkon toimintavarmuus - verkon sähkövirtojen ohjaaminen ottaen huomioon energianvaihto muiden yhteenliitettyjen verkkojen kanssa - riittävän informaation jakaminen sähköverkkoon yhdistettyjen muiden verkkojen haltijoille sekä siirtoverkon käyttäjille. 13
19 Lisäksi EU:n direktiivin 2009/72/EY artiklan 12 mukaan siirtoverkonhaltijoiden on toiminnassaan ensisijaisesti pyrittävä edistämään markkinoiden yhdentymistä. Seuraavassa taulukossa on esitetty pohjoismaiset kantaverkkoyhtiöt. Suomea lukuun ottamatta pohjoismaiset kantaverkkoyhtiöt ovat täysin valtio-omisteisia. Myös Suomessa valtio on kantaverkkoyhtiön pääomistaja ja valtaosa lopusta omistusosuudesta on suomalaisilla rahoitus- ja vakuutuslaitoksilla (Fingrid). Taulukko 2-1. Pohjoismaiset kantaverkkoyhtiöt. Maa Kantaverkkoyhtiö Valtion omistusosuus Suomi Fingrid Oyj 53,1 % Ruotsi Svenska Kraftnät 100 % Norja Statnett 100 % Tanska Energinet.dk 100 % ENTSO-E Eurooppalaisten kantaverkkoyhtiöiden yhteistyöjärjestö ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity) on aloittanut toimintansa vuonna Järjestö korvasi aiemmin Euroopassa toimineet kantaverkkoyhtiöiden alueelliset yhteistyöjärjestöt. ENTSO-E:n jäseninä on 41 kantaverkkoyhtiötä 34 maasta, muun muassa EU-maiden sekä Norjan kantaverkkoyhtiöt. Venäjä ei ole järjestön jäsen. ENTSO-E:n tehtävänä on koordinoida ja edistää Euroopan sähkömarkkinoiden integraatiota sekä määrittää kantaverkkoihin liittyviä toimitusvarmuus- ja markkinasääntöjä. ENTSO-E toimii yhteistyössä EU:n komission, kansallisten viranomaisten ja sähkömarkkinaosapuolten kanssa. (ENTSO-E) ENTSO-E on sähköverkon kehitystehtävien osalta jakanut itsensä kuuteen eri aluejaostoon. Itämeren aluejaostoon Baltic Sea Regional Group kuuluvat Pohjoismaat, Baltian maat, Puola ja Saksa. Yksittäinen maa voi kuulua useampaankin aluejaostoon. Esimerkiksi Norja ja Tanska kuuluvat Itämeren aluejaoston lisäksi Pohjanmeren aluejaostoon North Sea Regional Group. 14
20 2.6 Yhteenveto Pohjoismaiden sähköntuotantorakenteet poikkeavat selvästi toisistaan. Suomen ja Tanskan tuotantorakenteissa ns. lämpövoiman (mm. ydinvoima, kivihiili, biopolttoaineet) osuus on suurin. Ruotsissa sähköstä noin puolet tuotetaan ydinvoimalla ja puolet vesivoimalla. Norjassa sähkö tuotetaan lähes yksinomaan vesivoimalla. Pohjoismaiden naapurimaissa suurin osa tuotannosta perustuu fossiilisiin polttoaineisiin ja ydinvoimaan. Valtaosa sähkön kulutuksesta tapahtuu teollisuudessa, asumisessa ja palveluissa. Sähkön tuotannossa ja kulutuksessa olevia alueellisia eroja tasapainotetaan sähkön tuonnilla ja viennillä. Suomi on pitkään ollut tuotantoalijäämäinen ja suuri sähkön tuoja. Ruotsissa ja Norjassa tuonnin ja viennin määrä on vaihdellut vesivoimatilanteen mukaan. Eräät maat, kuten Ruotsi, Tanska ja Saksa ovat myös merkittäviä sähkön kauttakulkumaita. Venäjän sähkönvienti on maan kokoon nähden vähäistä. Tulevaisuudessa sähkön siirtosuuntiin ja -määriin tulevat vaikuttamaan erityisesti Saksan ydinvoimalaitosten suunniteltu alasajo sekä uusiutuvien energianlähteiden (erityisesti tuulivoima) osuuden voimakas kasvu Euroopassa. Samalla lisääntyy tarve tuotannonvaihteluita tasaavalle säätövoimalle, jollaiseksi pohjoismainen vesivoima soveltuu erityisen hyvin. Sähkönsiirron pääjohtojen hallinnointi ja kehittäminen on kantaverkkoyhtiöiden vastuulla. Pohjoismaissa kantaverkkoyhtiöt ovat kokonaan tai pääosin valtion omistuksessa. Eurooppalaiset kantaverkkoyhtiöt ovat muodostaneet yhteistyöjärjestön ENT- SO-E, jonka tehtävänä on koordinoida ja edistää Euroopan sähkömarkkinoiden integraatiota. Sähkön siirtoihin ja siirtotarpeisiin alueiden välillä vaikuttavat ennen kaikkea erot alueellisissa sähkönhinnoissa. Luvussa 3 kuvataan sähkön hinnan muodostumismekanismit sekä sähkön hinnan kehitystrendit Pohjoismaissa ja niiden lähialueilla. 15
21 3 SÄHKÖN HINTA Sähkön alueellisilla hintaeroilla on vaikutusta sähkön siirtomääriin ja mahdollisten uusien siirtoyhteyksien kannattavuuteen. Tässä luvussa esitellään pohjoismaisen sähköpörssin toiminta ja sähkönhinnan muodostumismekanismit. Lisäksi kuvataan sähkönsiirron pullonkaulat ja niistä aiheutuvat hintaerot eri alueiden välillä. Lopuksi käydään läpi sähkön hintahistorioita Pohjoismaissa ja niiden naapurimaissa. 3.1 Pohjoismainen sähköpörssi Pohjoismainen sähköpörssi Nord Pool Spot muodostui vuonna 1996, kun Ruotsin ja Norjan sähkömarkkinat yhdistyivät. Suomi liittyi sähköpörssiin vuonna 1998 ja Tanska vuonna Lisäksi järjestelmään ovat liittyneet Viro vuonna 2010 ja Liettua vuonna Pohjoismaisen sähköpörssin tuotteita ovat seuraavaa vuorokautta koskevat (day-ahead) sähköntoimitukset (Elspot) sekä kuluvaa vuorokautta koskevat (intraday) sähkötoimitukset (Elbas). Lisäksi pörssissä käydään kauppaa erilaisilla sähköjohdannaisilla. Sähköpörssin omistavat yhdessä Pohjoismaiden ja Baltian maiden kantaverkkoyhtiöt. Pörssin johdannaistuotteet sekä konsultti- ja selvitystoiminnot ovat kuitenkin Nasdaq OMX:n omistuksessa. (Nord Pool Spot) Yli 70 % Pohjoismaissa kulutetusta sähköstä, eli noin 300 TWh/a, hankitaan nykyisin Nord Pool Spotin Elspot-kaupankäynnissä (Nord Pool Spot). Pohjoismaisia sähkömarkkinoita pidetään yhtenä maailman parhaimmin toimivista sähkömarkkinoista (Kekkonen ja Koreneff 2009). 3.2 Hinnan muodostumismekanismi sähköpörssissä Pohjoismaisen sähköpörssin Elspot-kaupassa sähkön ostajat ja myyjät antavat pörssille osto- ja myyntitarjouksia seuraavan päivän sähköntoimituksista erikseen jokaiselle vuorokauden tunnille. Ostotarjouksia antavat sähkön vähittäismyyjät sekä ne suuret teollisuuslaitokset, jotka hankkivat tarvitsemansa sähkön suoraan pörssistä. Myyntitarjouksia antavat voimalaitoksia omistavat sähköyhtiöt. Pörssi muodostaa annetuista tarjouksista kysyntä- ja tarjontakäyrät, joiden leikkauspisteeseen muodostuu Elspot-hinta, jota kutsutaan myös systeemihinnaksi. Systeemihinta määritellään erik- 16
22 seen jokaiselle tulevan vuorokauden tunnille ja sitä pidetään pohjoismaisten tukkusähkömarkkinoiden referenssihintana. (Nord Pool Spot) Sähkön myyntitarjoukset ja niistä johdettava tarjontakäyrä perustuvat sähkön tuotantokustannuksiin. Perusajatuksena on, että tuotantokustannuksiltaan halvimmat voimalaitokset ovat käynnissä mahdollisimman paljon ja kalliimpia tuotantolaitoksia käynnistetään vasta sähkön kysynnän noustessa. Näin tarvittava sähkömäärä saadaan tuotettua mahdollisimman pienillä kokonaiskustannuksilla. Matalimmat tuotantokustannukset ovat mm. tuuli-, vesi- ja ydinvoimalla sekä sähkön ja lämmön yhteistuotannolla. Tämäntyyppistä tuotantokapasiteettia ei kuitenkaan yleensä ole riittävästi tarjolla, jolloin sähkön kysynnän tyydyttämiseksi on käynnistettävä kalliimpia laitoksia, kuten hiililauhdevoimaloita. Viimeisenä käynnistettävä ja tuotantokustannuksiltaan kallein voimalaitos määrää kaiken tuotetun sähkön markkinahinnan. Eri sähköntuotantoteknologioiden suhteelliset tuotantokustannukset on esitetty seuraavassa kuvassa. Kuva 3-1. Sähkön markkinahinnan teoreettinen muodostumismekanismi sähköpörssissä (muokaten: Fingrid-lehti 1/2009). Kuvassa 3 1 ei ole esitetty tuulivoimaa, jonka osuus on kuitenkin nopeasti kasvamassa myös Pohjoismaissa. Tuulivoiman tuotantokustannukset ovat lähellä nollaa, minkä vuoksi tuulisähköä pyritään lähes poikkeuksetta syöttämään verkkoon niin paljon kuin mahdollista. Kun tuulivoiman tuotantokapasiteetti tulevaisuudessa kasvaa, 17
23 saavat sen sääolosuhteista johtuvat tuotantovaihtelut tarjontakäyrän liikkumaan sivusuuntaisesti kuvassa 3 1 esitetyllä tavalla. Voimakas heilunta johtaa siihen, että tuulisina aikoina sähkön markkinahinta on matala ja tuulettomina aikoina korkea. Tämä aiheuttaa kannattavuusongelmia muun muassa hiililauhdevoimalaitoksille, joiden normaali käyntiaika voi tuulivoiman takia jäädä hyvin lyhyeksi, mutta joita kuitenkin tarvittaisiin tuottamaan sähköä tuulettomina aikoina. Ongelma saattaa johtaa siihen, että yhteiskunnan on tulevaisuudessa tavalla tai toisella tuettava tätä heikosti kannattavaa mutta ajoittain välttämätöntä tuotantokapasiteettia. Sähkön kysyntäkäyrä on lyhyellä aikavälillä lähes pystysuora. Kekkosen ja Koreneffin (2009) mukaan tämä on tyypillistä sähkömarkkinoille ja tulkittavissa siten, että lyhyellä aikavälillä pääosa kulutuksesta toteutuu, maksoi sähkö mitä hyvänsä. Lyhyellä aikavälillä tarjonnan on siis joustettava kysynnän vaihtelun mukaan. Pidemmällä aikavälillä sähkön kulutus kuitenkin reagoi sähkön hintaan ja tätä kysynnän joustokykyä on tulevaisuudessa kyettävä lisäämään, mikäli luvussa 2.4 kuvattua säätävää tuotantokapasiteettia ei pystytä kasvattamaan riittävästi. Esimerkki todellisista tuntikohtaisista Elspot-sähkön kysyntä- ja tarjontakäyristä pohjoismaisilla sähkömarkkinoilla on esitetty seuraavassa kuvassa. Kuva 3-2. Elspot-systeemihinnan muodostuminen, sähköpörssin todelliset kysyntä- ja tarjontakäyrät tunnille klo (Nord Pool Spot). 18
24 Seuraavan vuorokauden Elspot-hintojen muodostuttua käynnistyy Nord Pool Spotin jälkimarkkinana toimiva Elbas- eli tasesähkökauppa. Siinä kaupankäynti on mahdollista vielä tuntia ennen sähköntoimitusta. Elbas-markkinat on lähinnä tarkoitettu ennakoimattomien tilanteiden hallintaan. Esimerkiksi voimalaitos, jonka seuraavan päivän tuotanto on myyty Elspot-markkinoilla, saattaa yllättäen vikaantua. Tällöin korvaava sähkötoimitus voidaan hankkia Elbas-markkinoilta. (Nord Pool Spot) Samoin Elbas-markkinalla on mahdollista korjata tilannetta, jos esimerkiksi sähkön kulutusennusteet tai tuulivoiman tuotantoennusteet muuttuvat. 3.3 Sähkönsiirron pullonkaulat ja hinta-alueisiin jakautuminen Sähkömarkkinoille on tyypillistä, että sähkön siirtokapasiteettia ei aina ole riittävästi tasoittamaan alueiden välisiä eroja sähkön kysynnässä ja tarjonnassa. Tällaisissa sähkönsiirron pullonkaulatilanteissa (engl. congestion) sähkömarkkinoille muodostuu hinta-alueita siten, että ylituotantoalueilla sähkön hinta on matalampi kuin alituotantoalueilla. Samalla alituotantoalueilla joudutaan käynnistämään tuotantokustannuksiltaan kalliimpia voimalaitoksia. Sähkönsiirron pullonkaulat aiheuttavat siis sen, että markkinoilla kokonaisuudessaan tarvittavaa sähkömäärää ei voida tuottaa optimaalisesti kokonaiskustannuksiltaan halvimmalla tavalla. Hinta-alueiden määrittelyssä yleisimmin käytetyt menetelmät ovat solmupiste- ja aluehintamenetelmät. Solmupiste- eli nodaalimenetelmässä sähkömarkkina-alue jaetaan hyvin pieniin alueisiin eli solmupisteisiin, joista jokainen edustaa yksittäistä sähkön tuotanto- tai kulutusyksikköä, esimerkiksi kaupunkia. Jokaiselle solmupisteelle määritetään oma sähkön paikallishintansa, johon vaikuttavat sähkön tuotantokustannukset, kyseiseen solmupisteeseen toimitettavan sähkön siirtokustannukset sekä sähkönsiirron pullonkauloista aiheutuvat kustannukset (Phillips 2004). Solmupistehinnoittelu sopii esimerkiksi sellaisille markkinoille, joissa sähkön siirtoverkko on heikko. Tällöin voi olla helpompaa laskea sähkön hinnat erikseen jokaiselle solmupisteelle, kuin yrittää yhdistää niistä laajempia yhtenäisen hinnan alueita. (Oksanen 2008) Esimerkiksi Venäjällä on käytössä solmupistehinnoittelu. 19
25 Aluehintamenetelmässä puolestaan sähkömarkkinat on ennalta jaettu yhtenäisen sähkönhinnan alueisiin. Koko markkina-alueelle lasketaan ensin yhteinen systeemihinta ja tarvittavaan määrään hinta-alueita jakaannutaan vain, mikäli sähköä ei siirtoverkon pullonkaulojen vuoksi pystytä siirtämään riittävästi ylituotantoalueilta alituotantoalueille. Pohjoismaiden lisäksi aluehintajärjestelmä on käytössä muuallakin Euroopassa. Pohjoismaisessa sähköpörssissä Suomi muodostaa yhden hinta-alueen (FI). Sen sijaan Ruotsi on jaettu neljään hinta-alueeseen (SE1-4), Norja viiteen (NO1-5) ja Tanska kahteen (DK1-2). Lisäksi sähköpörssiin liittyneet Viro ja Liettua muodostavat omat hinta-alueensa (EE ja LT). Pohjoismaiden sähkönhinta-alueet sekä niiden väliset sähkönsiirtokapasiteetit ovat nähtävissä seuraavassa kuvaparissa. Kuva 3-3. Vasemmalla: Pohjoismaisen sähköpörssin hinta-alueet ja tilannekuva voimajärjestelmän tilasta illalla (Fingrid). Oikealla: Alueiden väliset sähkönsiirtokapasiteetit lokakuussa Tuotanto- ja siirtotehot MW, sähkön aluehinta /MWh. (NordREG 2012). 20
26 Vasemmanpuoleisessa kuvassa on esitetty maakohtainen sähköntuotanto ja hintaalueiden välinen sähkönsiirtoteho (MW) sekä sähkön spot-hinta eri hinta-alueilla ( /MWh). Oikeanpuoleisessa kuvassa on esitetty alueiden väliset sähkönsiirtokapasiteetit (MW). Kuvasta on havaittavissa, että illalla Pohjoismaissa oli pullonkaulojen vuoksi osittain jakaannuttu hinta-alueisiin. Etelä-Norjassa spot-hinta on jäänyt systeemihintaa 33,05 /MWh alhaisemmaksi. Keski- ja Pohjois-Norjassa sekä Ruotsissa spot-hinta oli sama 35,87 /MWh. Sähkön alituotantoalueilla Suomessa ja Tanskassa sähkön hinta oli selvästi korkeampi. On huomattava, että siirtokapasiteetit voivat olla mm. teknisistä syistä johtuen eri suuntiin erisuuruiset. Esimerkiksi Suomen ja Venäjän välillä sähköä voidaan nykyisin siirtää vain Suomen suuntaan. Lisäksi yksittäisen sähkölinjan siirtokapasiteetti ei ole aina täysin yksiselitteisesti määritettävissä, vaan todellinen kapasiteetti vaihtelee tilanteen mukaan (Hogan 1992). Siirtokapasiteettiin vaikuttaa esimerkiksi se, että sähkövirta etenee sähkölinjoissa alhaisimman resistanssin (sähkövastuksen) reittiä ja voi siten kulkea pisteestä toiseen samanaikaisesti useita eri reittejä pitkin. Nämä niin sanotut silmukkavirrat (loop flow) taas kuluttavat muiden siirtolinjojen kapasiteettia. Seuraavan sivun kuvasta 3 4 on nähtävissä, kuinka suuri sähkönsiirron pullonkaulatuntien osuus on ollut pohjoismaisilla sähkömarkkinoilla vuonna
27 Kuva 3-4. Sähkönsiirron pullonkaulatuntien suhteellinen osuus Nord Pool Spotin hinta-alueiden välillä vuonna 2011 (NordREG 2012). Nuolet osoittavat siirtosuunnan. Kuvan 3 4 perusteella Pohjoismaiden sisäiset pullonkaulat ovat olleet pahimpia Etelä-Norjan, Etelä-Ruotsin ja Tanskan alueella sekä siirtoyhteyksissä Ruotsista Suomen suuntaan. Kuvassa tosin ei vielä näy Ruotsin jakaantuminen neljään hintaalueeseen marraskuussa Vuonna 2011 oli pohjoismaisilla sähkömarkkinoilla jakaannuttu pullonkaulojen vuoksi ainakin osittain eri hinta-alueisiin 72 % ajasta (NordREG 2012). 3.4 Kantaverkkoyhtiöiden pullonkaulatulot Sähkön tuottajat saavat ja kuluttajat maksavat sähköstä aina oman hinta-alueensa mukaisen hinnan. Kun sähköä siirretään hinta-alueiden välillä, perii siirtoyhteyden omistaja alueiden välisen hintaeron itselleen siirron pullonkaulamaksuna. Pohjoismaisilla sähkömarkkinoilla pullonkaulamaksut kerää sähköpörssi Nord Pool Spot seuraavan kaavan mukaisesti (Fingrid): 22
28 pullonkaulatulot [ /h] = Elspot-siirto [MW] * aluehintaero [ /MWh] Sähköpörssin keräämät pullonkaulatulot jaetaan edelleen niiden kantaverkkoyhtiöiden kesken, joiden välisellä rajajohtoyhteydellä tulot ovat muodostuneet. Kantaverkkoyhtiöt käyttävät saamansa pullonkaulatulot pääosin siirtokapasiteetin kasvattamiseen rajajohdoilla (Fingrid). Seuraavassa kuvassa on esitetty esimerkkinä Suomen kantaverkkoyhtiö Fingridin keräämien pullonkaulatulojen käyttöhistoriaa. Kuva 3-5. Fingrid Oyj:n pullonkaulatulojen käyttöhistoriaa. Investointien kustannukset on kohdistettu kokonaisuudessaan hankkeen valmistumisvuodelle. (Fingrid) 3.5 Sähkön hintakehitys Tämän luvun kuvissa on esitetty sähkön spot-hintojen kehittyminen Pohjoismaissa ja niiden lähialueilla. Ensimmäisessä kuvassa 3 6 on Suomen aluehinnan ja pohjoismaisen systeemihinnan rinnalla esitetty myös pohjoismaisten vesivoimavarastojen täyttöasteen kehittyminen. 23
29 Kuva 3-6. Nord Pool systeemihinta, Suomen aluehinta ja pohjoismaisten vesialtaiden täyttöaste (lähde: Nord Pool Spot). Kuvasta on nähtävissä, että kevättalvina 2010 ja 2011 Norjan ja Ruotsin vesivoimaloiden varastoaltaat olivat poikkeuksellisen tyhjiä, mikä nosti sähkön hintaa Pohjoismaissa. Suomen aluehinta on seurannut sähköpörssin systeemihintaa, mutta ollut ajoittain selvästi sitä korkeampi. Viime kädessä näiden hintaerojen syynä on rajasiirtoyhteyksien puutteellinen kapasiteetti, mutta taustatekijöitä voivat olla esimerkiksi tekniset ongelmat tai huoltojaksot voimalaitoksissa, sähkönsiirtoverkoston häiriöt sekä poikkeuksellisen korkea, pakkasesta johtuva sähkön kysyntäpiikki Suomessa. Kuvassa 3 7 esitetään systeemihinnan sekä Suomen, Ruotsin, Viron ja Liettuan aluehintojen kehittyminen. Ruotsin (SE) aluehinta on seurannut hyvin tarkkaan Nord Poolin systeemihintaa. Marraskuussa 2011 Ruotsi jakautui neljään hinta-alueeseen (SE1-4), jonka jälkeen maan eteläkärjessä (SE4) sähkön hinta on ollut jonkin verran muuta maata korkeampi. Tämä on osoitus siitä, että Ruotsin sisäiset siirtoyhteydet eivät ole olleet riittäviä. Liettua liittyi pohjoismaiseen sähköpörssiin kesäkuussa 2012, ja Liettuan hintataso on ainakin toistaiseksi ollut selvästi systeemihintaa korkeampi. Virossa sähkön hinta on vaihdellut muita kuvassa tarkasteltuja maita vähemmän. Tähän vaikuttanee se, että Viro on edelleen varsin rajoitetusti yhdistynyt pohjoismaisiin sähkömarkkinoihin, jolloin esimerkiksi Pohjoismaiden talvikulutushuiput eivät pääse 24
30 merkittävästi heijastumaan Viron sähkönhintoihin. Viro lienee myös saanut Venäjältä tarvitsemansa tuontisähkön verrattain tasaiseen hintaan. Kuva 3-7. Nord Pool systeemihinta sekä Suomen, Ruotsin, Viron ja Liettuan aluehinnat (lähde: Nord Pool Spot). Kuvassa 3 8 esitetään systeemihinnan lisäksi Norjan ja Tanskan aluehintojen kehittyminen. Norjan hinta-alueiden hintatasot ovat seuranneet melko tarkkaan Nord Pool Spotin systeemihintaa lukuun ottamatta kevättalvea Pohjois-Norjan (NO4) ja Keski-Norjan (NO3) hintataso on kuitenkin tyypillisesti ollut muuta maata korkeampi. Tanskan itäisellä hinta-alueella (DK2) sähkö on lähes poikkeuksetta ollut läntistä hinta-aluetta (DK1) kalliimpaa. Kevättalvella 2010 ja loppuvuonna 2011 hintaero on ollut huomattava; helmikuussa 2010 sähkö maksoi DK2-alueella jopa kaksi kertaa niin paljon kuin DK1-alueella. Tämä viittaa siihen, että Tanskan hinta-alueiden väliset siirtoyhteydet ovat tarpeeseen nähden varsin heikot. Tanskan itäisen hinta-alueen muodostaa mm. Sjellannin saari, josta vahvimmat siirtoyhteydet ovat Etelä-Ruotsin suuntaan. Itäinen Tanska (DK2) onkin seurannut sähkön hintatasoissa varsin selvästi Etelä-Ruotsia (SE4). 25
31 Kuva 3-8. Nord Pool systeemihinta sekä Tanskan ja Norjan aluehinnat (lähde: Nord Pool Spot). Nord Poolin systeemihinta on vaihdellut viime vuosina voimakkaammin kuin Pohjoismaiden naapurimaiden sähkönhinnat, mikä on havaittavissa kuvassa 3 9. Hintavaihtelussa on selvästi havaittavissa vesivoimatilanteen kehittyminen Norjassa ja Ruotsissa. Keväästä 2011 eteenpäin vesivoimaloiden varastot ovat olleet täydempiä ja halvan vesivoiman tuotanto on laskenut pohjoismaista sähkönhintaa. Kuva 3-9. Nord Pool systeemihinta sekä hinnat Pohjoismaiden naapurimaissa (lähteet: APX-ENDEX, EPEX Spot, Nord Pool Spot, POLPX). 26
32 Venäjän sähkönhinnat ovat olleet pohjoismaisia hintoja alhaisemmat. Hintaeron säilymiseen syynä lienee se, että Venäjä on samanaikaisesti sekä suuri sähkön tuottaja että heikosti yhdistynyt naapurimaidensa sähköverkkoihin. Näin ollen Venäjän sähkömarkkinat toimivat suurelta osin omana saarekkeenaan, johon naapurialueiden hintakehitys vaikuttaa vain vähän. Venäjän sähkön hintatasoon saattavat vaikuttaa myös maan sisäiset poliittiset tekijät. Venäjältä Suomeen siirretyn sähkön kokonaishinta muodostuu Pietarin aluehinnasta, Venäjän kapasiteettimaksuista (joilla rahoitetaan riittävän sähköntuotantokapasiteetin ylläpitoa), Venäjän siirtotariffeista sekä Fingridin rajasiirtopalvelun maksuista. Vuonna 2011 käyttöön otettujen kapasiteettimaksujen takia on sähköntuonti Venäjältä Suomeen pudonnut merkittävästi. Sähkö voi nyt ajoittain olla jo kalliimpaa Pietarissa kuin mikä olisi sen hinta Suomeen myytäessä, jolloin siirto Suomeen ei ole kannattavaa. Kapasiteettimaksuja peritään vain arkipäivinä, joten vuonna 2012 sähköä on tuotu Venäjältä Suomeen lähinnä yöaikaan ja viikonloppuisin. (Fingrid tiedote 2012, Lindroos 2012) Venäjän sähkönhintaero Suomeen nähden on havaittavissa seuraavassa kuvassa Kuva Suomen aluehinta (Elspot FIN) ja Venäjän solmupistehinta maiden rajalla (Viljainen 2012). 27
33 Venäjän spot-hinnan arvioidaan nousevan hillitysti ja pysyvän edelleen selvästi pohjoismaista spot-hintaa edullisempana. (Abdurafikov 2009, Kekkonen ja Koreneff 2009) Venäjän sähkönhinnassa on kuitenkin nousupaineita, sillä lähivuosina tarvittavat mittavat sähköntuotanto- ja siirtoverkkoinvestoinnit on saatava jotenkin rahoitettua (Gore et al. 2012). Viljaisen (2012) mukaan Suomen ja Venäjän välisen sähkönsiirtokapasiteetin käyttöä haittaavat rajalinjan saavutettavuus, erot kaupankäyntimekanismeissa sekä erityisesti Suomen markkinalähtöisen ja Venäjän säännellyn sähkömarkkinan väliset vuorovaikutusongelmat. Vuorovaikutusongelmia aiheuttanevat muun muassa Pohjoismaiden ja Venäjän toisistaan poikkeavat sähkönhinta-aluemäärittelyt (Pohjoismaissa aluehintajärjestelmä ja Venäjällä solmupistejärjestelmä), erot sähköpörssien kaupankäyntiaikatauluissa (missä vaiheessa seuraavan vuorokauden sähkön hinnat määritellään) sekä se, että Venäjällä käytössä on edellä mainitut kapasiteettimaksut. Ongelmia saattaa olla myös Pohjoismaiden ja Venäjän sähköpörssien välisessä yleisessä kommunikaatiossa. Lindroos (2012) esimerkiksi ottaa esille sen, että Pietarin alueen sähkömarkkinatietoa ei ole helposti saatavissa. Lisäksi Kekkonen ja Koreneff (2009) toteavat, että toteutetun sähkömarkkinareforminkin jälkeen Venäjän sähköjärjestelmä on erittäin säädelty ja monimutkainen. 3.6 Yhteenveto Pohjoismaisen tukkusähkön hinta muodostuu Nord Pool Spot -sähköpörssissä ostoja myyntitarjousten perusteella. Ostotarjouksista muodostettava kysyntäkäyrä on lyhyellä aikavälillä lähes pystysuora. Myyntitarjouksista muodostettava tarjontakäyrä perustuu sähkön tuotantokustannuksiin. Perusajatuksena on, että tuotantokustannuksiltaan halvimmat voimalaitokset ovat käynnissä mahdollisimman paljon ja kalliimpia tuotantolaitoksia käynnistetään vasta sähkön kysynnän noustessa. Sähkönsiirron pullonkaulatilanteissa markkinoille muodostuu erillisiä hinta-alueita, jolloin ylituotantoalueilla sähkön hinta on matalampi kuin alituotantoalueilla. Sähkönsiirron pullonkaulat estävät täten sähkön tuottamisen kokonaiskustannuksiltaan halvimmalla tavalla. Rajasiirtoyhteydet omistavat kantaverkkoyhtiöt käyttävät keräämiänsä pullonkaulatuloja siirtoyhteyksien vahvistamiseen. Hinta-alueiden määritte- 28
34 lyssä yleisimmin käytetyt menetelmät ovat solmupiste- ja aluehintamenetelmät, joista jälkimmäinen on käytössä Pohjoismaissa ja muualla Euroopassa. Sähkönhinnat ovat vaihdelleet voimakkaammin Pohjoismaissa kuin niiden naapurimaissa. Syynä tähän ovat vuotuiset vaihtelut Norjan ja Ruotsin vesivoimatilanteessa. Hyvänä vesivuonna vesisähköä on runsaasti tarjolla, mikä laskee sähkön hintaa. Venäjän sähkönhinnat ovat olleet ja niiden arvioidaan edelleen pysyvän pohjoismaisia sähkön hintoja matalampina. Venäjällä vuonna 2011 tapahtuneen sähkömarkkinareformin jälkeen sen sähkönvienti Suomeen on vähentynyt merkittävästi. Sähkön hinnoissa tapahtuvat muutokset vaikuttavat eri tavoin eri markkinaosapuoliin. Luvussa 4 kuvataan, miten tuottajan ja kuluttajan ylijäämät muodostuvat ja miten sähkön alueelliset hintaerot luovat investoijalle kannusteen rakentaa uusi siirtoyhteys. 29
35 4 VERKKOINVESTOINTIEN TEORIAA Muutokset sähkön hinnoissa ja siirtokapasiteeteissa vaikuttavat eri tavalla eri toimijoihin. Tässä luvussa esitellään ensin, miten sähkön hinta ja sen muutokset vaikuttavat tuottajien ja kuluttajien ylijäämään. Seuraavaksi käydään läpi se, millä perusteella investoijan on kannattavaa rakentaa siirtoyhteys kahden sähkönhinta-alueen välille. Tämän jälkeen käydään läpi muita kuin puhtaasti taloudellisia investointipäätöksiin vaikuttavia tekijöitä. Lopuksi vertaillaan kahta investointimallia, joista ensimmäisessä siirtolinjan rakentaa julkisen ohjauksen piirissä oleva kantaverkkoyhtiö ja toisessa yksityinen toimija. 4.1 Sähkön tuottajien ja kuluttajien hyödyt Sähkön hinnanmuodostusta ja siitä seuraavaa tuottajan ja kuluttajan ylijäämää on havainnollistettu seuraavassa kuvassa. Kuva 4-1. Markkinahinnan muodostumismekanismi sekä tuottajan ja kuluttajan ylijäämät (Kekkonen ja Koreneff 2009). Sähkön markkinahinta muodostuu kysyntä- ja tarjontakäyrien leikkauspisteeseen. Tarjontakäyrän alapuolelle jäävä alue kuvaa sähköntuotannon muuttuvia kustannuksia, jotka muodostuvat polttoainekustannuksista, palkoista sekä muista voimalaitosten käyttökustannuksista. Sähkön markkinahinnan ja tarjontakäyrän väliin jäävä alue kuvaa tuottajan ylijäämää, jolla on katettava sähköntuotannon kiinteät kustannukset 30
36 kuten voimalaitosinvestoinnit. Kysyntäkäyrän ja markkinahinnan väliin jäävä alue kuvaa kuluttajan ylijäämää, joka on sähkömarkkinoilla huomattavasti vaikeammin tulkittavissa kuin tuottajan ylijäämä. Koska kysyntäkäyrä on lyhyellä aikavälillä lähes pystysuora (kysyntä on hyvin joustamatonta), ei voida sanoa missä kohtaa kysyntä menisi nollaan. Kuluttajan ylijäämäfunktio leikataankin laskentateknisistä syistä poikki mielivaltaisesta hintatasosta. Tuottajan ja kuluttajan ylijäämien summaa kutsutaan hyvinvoinniksi. (Kekkonen ja Koreneff 2009) Kuten aiemmin luvussa 3.3 esitettiin, sähkönhinta-alueiden välisissä pullonkaulatilanteissa sähkön hinta nousee alituotantoalueella. Tällaisessa tilanteessa sähkön tuottaja hyötyy ja kuluttaja kärsii. Vastaavasti ylituotantoalueella sähkön hinta laskee, jolloin tuottaja kärsii ja kuluttaja hyötyy. Näin ollen eri hinta-alueiden tuottajien ja kuluttajien intressit ovat hinta-alueiden välisiä siirtolinjainvestointeja suunniteltaessa ristikkäisiä. 4.2 Verkkoinvestoijan hyödyt Seuraavissa kolmessa kuvassa esitetään yksinkertaistettu malli kahden eri hintaalueen välisestä sähkönsiirrosta verkkoinvestoijan näkökulmasta (Joskow ja Tirole 2005). Oletetaan kuvan 4 2 mukainen tilanne, jossa sähkön tuotanto pohjoisessa on edullisempaa kuin tuotanto sähkön kulutuskeskittymässä etelässä. Mallin voidaan ajatella kuvaavan esimerkiksi halpaa vesivoimaa runsaasti tuottavaa Norjaa (pohjoinen) ja sähköä runsaasti kuluttavaa Saksaa (etelä). 31
37 Kuva 4-2. Kahden eri hinta-alueilla sijaitsevan pisteen välinen sähkönsiirto siirtokapasiteetilla K (muokaten: Joskow ja Tirole 2005). Alueiden välinen sähkönsiirtokapasiteetti K on rajallinen. Etelä ostaa käyttämästään sähköstä osuuden K pohjoisesta, mutta joutuu pullonkaulan takia tuottamaan loput sähköstä omilla kalliimmilla voimalaitoksillaan. Markkinatasapainossa sähkön hinta etelässä p S jää korkeammaksi kuin pohjoisessa p N. Hintaero η = p S p N on sähkönsiirrosta perittävä yksikköhinta eli pullonkaulamaksu. Kuvan alue ηk kuvaa pullonkaulamaksuja ja kolmio ABC pullonkaulan aiheuttamia muita kustannuksia. Nämä pullonkaulakustannukset muodostuvat sähkön tuottamisesta kalliilla etelässä, kun halvempaa pohjoisen tuotantokapasiteettia ei siirtorajoitteiden takia voida täysimääräisesti hyödyntää. Oletetaan, että pohjoisen ja etelän välinen siirtokapasiteetti kasvaa määrällä δk kuvassa 4 3 esitetyllä tavalla. Tällöin etelän marginaalituottajan (jolla on kaikista etelän käyvistä voimalaitoksista korkein tuotantokustannus p S ) tuotantoa korvautuu pohjoisen marginaalituottajan (jolla on kaikista pohjoisen seisovista voimalaitoksista matalin tuotantokustannus p N ) tuotannolla. Siirtokapasiteetin kasvaessa pohjoisen ja etelän välinen hintaero pienenee arvoon η. Muutoksen sosiaalista hyötyä kuvaa pullonkaulakustannusten eli kolmion ABC alan pieneneminen. 32
38 Kuva 4-3. Kahden eri hinta-alueilla sijaitsevan pisteen välinen sähkönsiirto siirtokapasiteetin kasvaessa määrällä δk (muokaten: Joskow ja Tirole 2005). Taloudellista hyötyä tavoitellessaan uusi investoija tulee markkinoille ja rakentaa siirtolinjan vain, jos investoijan pullonkaulatuotot η δk ovat korkeammat kuin rakentamiskustannukset ja tuottovaatimus. Olemassa olevan siirtokapasiteetin K omistava toimija rakentaa lisää siirtokapasiteettia vain, jos pullonkaulatuottojen muutos η (K+δK) ηk ylittää lisäinvestoinnin rakentamiskustannukset ja tuottovaatimuksen. Mitä enemmän siirtokapasiteettia kasvatetaan, sitä korkeammiksi investointikustannukset nousevat. Lisäksi sähkön aluehintojen tasoittuessa saavutetaan lopulta piste, missä investoijan pullonkaulatulot alkavat laskea (pullonkaulamaksuja kuvaavan suorakulmion pinta-ala alkaa pienentyä). Pelkästään investoijan taloudellisista lähtökohdista siirtokapasiteettia ei olekaan kannattavaa kasvattaa loputtomiin, vaan optimaalinen investointitaso löytyy pisteestä, jossa verkon vahvistamisen marginaalikustannukset ovat yhtä suuret kuin investoinnilla saavutettava pullonkaulatulojen kasvu. Mikäli pullonkaula poistetaan kokonaan, pullonkaulatulot putoavat kuvan 4 4 esittämällä tavalla nollaan. 33
39 Kuva 4-4. Kahden eri hinta-alueilla sijaitsevan pisteen välinen sähkönsiirto, pullonkaulan poistava siirtokapasiteetti (muokaten: Joskow ja Tirole 2005). Aina ei ole järkevää ryhtyä investoimaan uuteen siirtolinjaan heti, kun se on todettu kannattavaksi. Kannattavampaa saattaa olla odottaa ja rakentaa myöhemmin kerralla korkeampikapasiteettinen siirtoyhteys. (Levêque ja Brunekreeft 2007) Toisaalta joskus siirtolinjojen vahvistamisen sijaan voi olla hyödyllisempää vahvistaa alituotantoalueen tuotantokapasiteettia. 4.3 Muita verkkoinvestointien hyötyjä Investoija saa pullonkaulatuloja kahden sähkönhinta-alueen välille rakentamastaan siirtolinjasta. Lisäksi siirtoyhteyden vahvistaminen alentaa sähköntuotannon kokonaiskustannuksia, kun sähkön siirto korkeamman hinnan alueelle mahdollistaa tuotantokustannuksiltaan kaikkein kalleimpien käytössä olevien voimalaitosten tuotannon vähentämisen. Puhtaasti taloudellisten kannusteiden lisäksi verkkoinvestoinneilla on muitakin hyötyjä, joita voi olla vaikeaa arvottaa rahallisesti. Näitä ovat muun muassa toimitusvarmuuden paraneminen ja kilpailun tehostuminen. 34
40 Sähkön toimitusvarmuuden paraneminen Mitä vahvemmin sähkömarkkina-alueet ovat yhteydessä toisiinsa, sitä halvemmaksi tulee ylläpitää sähköhuollon turvaamiseen tarvittavaa varatuotantokapasiteettia. Eristäytyneellä alueella on ylläpidettävä normaalitilanteeseen suhteutettuna ylisuurta voimalaitosmäärää, jotta sähköä saadaan joka tilanteessa tuotettua riittävästi. Sen sijaan jos alue on yhdistynyt muihin markkina-alueisiin, voidaan omaa puuttuvaa tuotantoa tarvittaessa kompensoida sähkön tuonnilla. Toisiinsa liittyneillä sähkömarkkina-alueilla voidaan ylläpitää yhteistä varakapasiteettia, jonka koko on pienempi kuin jos jokainen alue vastaisi omasta varakapasiteetistaan. Tällöin toimitusvarmuuden ylläpitämisen kustannukset alenevat. (Giesbertz ja Mulder 2008) Joskow n (2005) mukaan sähkön toimitusvarmuuden paraneminen on käytännössä kaikkein tärkein (ja huomattavasti taloudellisia perusteita tärkeämpi) kriteeri toteutettaville siirtoverkkoinvestoinneille. Joskow toteaa kuitenkin, että useimmilla toimitusvarmuuden parantamiseksi toteutetuilla verkkoinvestoinneilla on ollut myös sähkön hintatasoa laskeva vaikutus. Kilpailun tehostuminen Heikosti kilpailluilla sähkömarkkinoilla sähkön hinta nousee selvästi tuotantokustannuksia korkeammaksi. Markkina-alueiden välisen siirtokapasiteetin kasvattaminen lisää sähkön tarjontaa, mikä alentaa kalliimman alueen sähkönhintoja erityisesti sähkön kulutushuippujen aikana. Kilpailun lisääntymisestä aiheutuva hintojen lasku siirtyy suurelta osin kuluttajien hyödyksi. Kuluttajat voivat hyötyä alentuneesta sähkönhinnasta myös epäsuorasti, jos heidän ostamiensa tuotteiden valmistuskustannukset laskevat. (Giesbertz ja Mulder 2008) 35
41 4.4 Verkkomonopolien ja yksityisten toimijoiden investointimallit Perinteisesti sähköverkkoinvestointeja ovat toteuttaneet julkisessa ohjauksessa olevat, monopoliasemassa toimivat kantaverkkoyhtiöt (engl. Regulated transmission company, Transco). Yhtiöiden viranomaisohjauksessa suunnittelemat ja toteuttamat verkkoinvestoinnit on rahoitettu esimerkiksi nostamalla sähkön siirrosta perittäviä kantaverkkotariffeja. Säänneltyjen verkkomonopolien suorittamissa investoinneissa on usein havaittu merkittäviä julkiseen ohjaukseen liittyviä ongelmia, kuten raskaat hallinnolliset prosessit, viranomaisten vähäiset resurssit, intressiryhmien vaikutus päätöksentekoon sekä poliittiset vaikuttimet. Esimerkiksi yhteiskunnallisesti kannattava verkkoinvestointi ei välttämättä saa poliittista tukea, mikäli se edellyttää kantaverkkotariffien nostamista. Investointimallin haasteena on saada verkkomonopolit mahdollisimman hyvin huomioimaan sähkönsiirron pullonkaulat ja niistä aiheutuvat sähkön alueelliset hintaerot verkkoinvestointeja suunnitellessaan. Lisäksi on pystyttävä löytämään tasapaino verkkomonopolien toiminnan kannattavuuden ja monopoleista yhteiskunnalle aiheutuvien haitallisten vaikutusten välillä. (Vogelsang 2001, Joskow ja Tirole 2005, Littlechild 2012) Runsaasti tutkittu yksityisten verkkoinvestointien malli (engl. Merchant transmission investment) perustuu vapaaseen kilpailuun ja markkinaehtoisiin investointikannustimiin. Mallin mukaan yksityinen toimija suunnittelee ja toteuttaa verkkoinvestoinnin ja rahoittaa sen keräämillään pullonkaulatuloilla. Näin ollen yksityinen toimija rakentaa uuden siirtoyhteyden vain, jos hinta-alueiden välinen hintaero on riittävän suuri. Markkinaehtoisten mekanismien eduiksi on nähty innovatiivisuus, uusien investointivaihtoehtojen löytäminen, kustannusten minimointi sekä voimalaitos- ja siirtoverkkoinvestointien parempi yhteensovittaminen. Yksityisten investointien mallin houkuttelevuus perustuu myös siihen, että se sallii vapaan kilpailun ratkaista toteutuvat investoinnit mahdollisten riskien jäädessä kuluttajien sijaan investoijille. Samalla pystytään välttämään monia hallinnollisia ongelmia. (Hogan 1992, Chao ja Peck 1996, Joskow ja Tirole 2005) Markkinaehtoisten verkkoinvestointien useista eduista huolimatta niitä on toteutunut maailmalla vain vähän. Léautier ja Thelen (2009) esittävät käytännön tapauksia tutkittuaan markkinaehtoisten verkkoinvestointien roolin olevan pieni, koska: 36
42 - Olemassa olevan siirtolinjan kapasiteettia voi käytännössä kasvattaa vain sen omistaja, ja kokonaan uusille alueille tehtävät verkkoinvestoinnit kohtaavat lainsäädännöllisiä ja ympäristönsuojelullisia esteitä. - Markkinaehtoinen investointi ei tuottovaatimustensa vuoksi ole useinkaan taloudellisesti toteuttamiskelpoinen. Lisäksi siirtolinjan rakentaminen laskee alueiden välistä hintaeroa, jonka perusteella investointi on tarkoitus rahoittaa. Giesbertz ja Mulder (2008) pitävät markkinaehtoisissa investoinneissa yhtenä ongelmana sitä, että yksityisten investoijien kannattaa pullonkaulatulojensa maksimoimiseksi rakentaa yhteiskunnan kokonaishyödyn kannalta liian heikko siirtoyhteys. Giesbertz ja Mulder huomauttavat myös, etteivät yksityiset toimijat välttämättä huomioi rakentamiensa siirtolinjojen haittoja muille siirtolinjoille. Tällaisia haittoja ovat esimerkiksi muiden siirtolinjojen kapasiteettia kuluttavat silmukkavirrat. Sekä julkisesti ohjattujen verkkomonopolien että yksityisten toimijoiden investointimallissa erityisiä ongelmia aiheuttavat informaation kulun ja koordinaation riittämättömyys eri sidosryhmien välillä. Verkkoinvestointeja esittävien ja niitä hyväksyvien tahojen on oltava yhtä mieltä siitä, että sähkön tuottajien ja kuluttajien tarve uudelle siirtolinjalle on tulevaisuudessa riittävän suuri. Sama koskee muitakin verkkoinvestoinnin osa-alueita, kuten uuden siirtolinjan sijaintia, siirtokapasiteettia ja rakentamisen ajoitusta. Verkkoinvestoijan olisi oltava tietoinen tulevista voimalaitosinvestoinneista samoin kuin voimalaitosinvestoijan olisi oltava tietoinen tulevista siirtoyhteyksistä. Kilpailluilla sähkömarkkinoilla riittävän koordinaation aikaansaaminen on kuitenkin haastavaa mikä johtaa suurella todennäköisyydellä siihen, että siirtoverkkoinvestoinnit toteutuvat väärään paikkaan, väärän kokoisina ja väärään aikaan, eivätkä siten ole taloudellisesti optimaalisia. (Levêque ja Brunekreeft 2007, Littlechild 2012) Littlechild (2012) toteaa, että koska markkinaehtoiset toimijat ovat monella tapaa monopoleja tehokkaampia, on tärkeää poistaa ylimääräisiä kilpailun esteitä ja kehittää sääntelyä sellaiseksi, että myös markkinaehtoisilla toimijoilla on mahdollisimman hyvät toimintamahdollisuudet. Tähän voidaan tarvita hallinnollisia toimenpiteitä, kuten siirtoverkkomonopolien valvontaa ja niiden hallussa olevan julkisen tiedon tehokasta jakamista sekä yleistä koordinaation edistämistä. On myös tarpeen kehittää viranomaisten asiantuntemusta ja hallinnollisten organisaatioiden itsenäisyyttä. Tällä ei 37
43 tarkoiteta kuitenkaan hallinnollisten määräysten lisäämistä, vaan pikemminkin niiden vähentämistä, selkeyttämistä ja keskittämistä kaikkein oleellisimpiin asioihin. Myös hallinnon riittävät resurssit olisi turvattava. (Littlechild 2012) Muun muassa Joskow ja Tirole (2005), Hogan et al. (2010) sekä Littlechild (2012) näkevät, että kantaverkkoyhtiöt ja yksityiset toimijat voivat tuottaa siirtoverkkoinvestointeja toisiaan täydentäen. Käytännössä jotkut sähköverkkoinvestoinnit ovatkin jo sisältäneet yksityisiä elementtejä (Littlechild 2012). Tällaisia ainakin osittain kaupallisia investointeja ovat Pohjoismaissa olleet esimerkiksi Ruotsin ja Saksan välille vuonna 1994 valmistunut Baltic Cable -yhteys, Ruotsin ja Puolan välille vuonna 2000 valmistunut SwePol-yhteys sekä Suomen ja Viron välille vuonna 2007 valmistunut Estlink 1 (Coxe ja Meeus 2010). Joskow (2005) arvioi kuitenkin, että valtaosa siirtoverkkoinvestoinneista jää myös tulevaisuudessa kantaverkkoyhtiöiden vastuulle, koska useimmat verkkoinvestoinnit eivät liene taloudellisesti riittävän houkuttelevia yksityisille toimijoille. Yksityiset investoinnit soveltunevat paremmin alueille, joissa sähkön hinnoittelussa käytetään luvussa 3.3 kuvattua solmupistemenetelmää. Solmupistejärjestelmässä investoijalla on käytettävissä suuri määrä erilaisia sähkön hintatasoja, joiden väliin uutta siirtoyhteyttä voi suunnitella. Euroopassa ja Pohjoismaissa käytössä on aluehintamenetelmä, jossa sähkön hinta on yhtenäinen huomattavasti yhtä solmupistettä laajemmalla alueella. Hinta-alueen sisäinen yksityinen verkkoinvestointi ei voi olla kannattava, koska hintaeroa ei ole. Näin ollen yksityiset siirtolinjainvestoinnit voivat olla kannattavia ainoastaan hinta-alueiden välille tehtynä. Hinta-alueiden sisäiset investoinnit jäävät silloin väistämättä kantaverkkoyhtiöiden vastuulle. 4.5 Yksityisten verkkoinvestointien edellytykset Euroopassa Euroopan unionin lainsäädännön mukaan kantaverkkoyhtiöiden on käytettävä omistamistaan siirtolinjoista kerätyt pullonkaulatulot siirtokapasiteetin ylläpitoon ja/tai kapasiteettia lisääviin verkkoinvestointeihin, erityisesti uusiin rajayhdysjohtoihin. Poikkeustapauksissa pullonkaulatuloja voidaan käyttää myös kantaverkkotariffien alentamiseen. (Asetus 714/2009) 38
44 Yksityiset siirtolinjainvestoinnit voidaan rajoitetuksi ajaksi vapauttaa edellä mainitusta pullonkaulatulojen käyttövaatimuksesta, mikäli (Asetus 714/2009): - yksityinen investointi lisää kilpailua sähköntoimituksissa - investointiin liittyvä riski on niin suuri, ettei investointi toteutuisi ilman vapautuksen myöntämistä - rakennetun siirtolinjan omistaja on juridisesti erillään kantaverkkoyhtiöistä joiden verkkoihin siirtolinja rakennetaan - siirtolinjan kustannukset peritään sen käyttäjiltä - siirtolinjainvestointia tai siirtolinjan käyttökustannuksia ei ole rahoitettu sähköverkkotariffeilla - vapautuksen myöntäminen ei haittaa kilpailua eikä sähkön sisämarkkinoiden tai siirtoverkkojen tehokasta toimintaa. Päätöksen vapautuksen myöntämisestä tekee tapauskohtaisesti asianomaisen valtion sääntelyviranomainen. Vapautus voi koskea uuden rajayhdysjohdon tai olemassa olevan ja merkittävästi vahvistetun rajayhdysjohdon koko kapasiteettia tai osaa siitä. (Asetus 714/2009) 4.6 Yhteenveto Sähkön markkinahinta muodostuu kysyntä- ja tarjontakäyrien leikkauspisteeseen. Markkinahinnan ja tarjontakäyrän väliin jäävä alue kuvaa tuottajan ylijäämää ja kysyntäkäyrän ja markkinahinnan väliin jäävä alue kuluttajan ylijäämää. Sähkön hinnan noustessa tuottajan ylijäämä kasvaa ja kuluttajan laskee. Tämän vuoksi eri hintaalueiden tuottajien ja kuluttajien intressit ovat hinta-alueiden välisiä siirtolinjainvestointeja suunniteltaessa ristikkäisiä. Sähkönhinta-alueiden välisen siirtoyhteyden omistaja kerää sähkönsiirrosta alueiden hintaeron suuruisen pullonkaulamaksun. Siirtokapasiteettia lisäävän investoinnin tuottoihin vaikuttavat investointikustannukset sekä lisäkapasiteetin vaikutukset pullonkaulatuloihin. Siirtokapasiteettia kasvatettaessa siirtomäärät kasvavat, mutta samanaikaisesti alueiden välinen hintaero kapenee. Lopulta saavutetaan piste, missä siirtoyhteyden lisävahvistaminen alentaa pullonkaulatuloja. Taloudellista voittoa maksimoivan investoijan kannalta optimaalinen investointitaso löytyykin pisteestä, jossa 39
45 verkon vahvistamisen marginaalikustannukset ovat yhtä suuret kuin investoinnilla saavutettava pullonkaulatulojen kasvu. Suorien taloudellisten hyötyjen lisäksi sähkönsiirtokapasiteetteja vahvistamalla voidaan parantaa toimitusvarmuutta ja tehostaa sähkömarkkinoiden kilpailua. Sähköverkkoinvestointeja toteuttavat yleisimmin julkisessa ohjauksessa olevat, monopoliasemassa toimivat kantaverkkoyhtiöt. Harvemmin toteutettuja ovat olleet yksityiset verkkoinvestoinnit, jotka perustuvat kilpailuun ja markkinaehtoisiin kannustimiin. Molemmissa investointimallissa erityisiä ongelmia aiheuttavat informaation kulun ja koordinaation riittämättömyys eri sidosryhmien välillä. Luvussa 5 esitetään miten siirtolinjainvestointeja käytännössä suunnitellaan Pohjoismaissa ja minkälaisia ovat uusimmat suunnitelmat. Lisäksi arvioidaan suunniteltujen investointien vaikutuksia erityisesti sähkön tuottajille ja kuluttajille. 40
46 5 VERKKOINVESTOINTISUUNNITELMAT Tässä luvussa esitellään sähköverkkoinvestointien yhteiseurooppalainen kymmenvuotissuunnitelma ja kuvataan sen laadintaprosessia. Lopuksi käydään läpi kymmenvuotissuunnitelma Pohjoismaiden osalta sekä arvioidaan suunniteltujen verkkoinvestointien vaikutuksia. 5.1 ENTSO-E:n kymmenvuotissuunnitelmat Eurooppalaisten kantaverkkoyhtiöiden yhteistyöjärjestö ENTSO-E päivittää kahden vuoden välein eurooppalaisten sähköverkkojen kehittämisen kymmenvuotissuunnitelman, joka kokoaa yhteen Euroopan laajuisesti tärkeät verkkoinvestoinnit (projects of Pan-European significance) sekä osan alueellisesti tärkeistä verkkoinvestoinneista (projects on regional significance). Ensimmäinen yhteiseurooppalainen verkkoinvestointien hankelista on julkaistu vuonna 2010 ja ensimmäinen varsinainen kymmenvuotissuunnitelma kesällä Kymmenvuotissuunnitelmat eivät sido kantaverkkoyhtiöitä, mutta niillä pyritään lisäämään tiedon avoimuutta sekä tukemaan investointeihin liittyvää päätöksentekoa (ENTSO-E). Vuoden 2012 kymmenvuotissuunnitelma kattaa vuodet ja siinä on esitetty Euroopan laajuisesti noin 100 investointiprojektia sähkönsiirron pullonkaulojen poistamiseksi. Projektit edellyttäisivät korkeajännitelinjojen uusimista tai uusien linjojen rakentamista noin kilometrin matkalta. Investointikustannuksiksi on arvioitu 104 miljardia euroa. Ehdotetuista projekteista 80 % liittyy suoraan tai epäsuoraan uusiutuvien energianlähteiden, kuten bioenergia sekä tuuli- ja aurinkosähkö, käyttöönottoon. Uusiutuvan energian laajamittaisen käyttöönoton lisäksi Euroopan laajuisen kymmenvuotissuunnitelman päävaikuttimiin kuuluu sähkön toimitusvarmuuden parantaminen. (ENTSO-E) ENTSO-E:n Kymmenvuotissuunnitelma koostuu kuudesta alueellisesta investointipaketista, joista Pohjoismaita käsittelee Itämeren alueen paketti Baltic Sea Regional Investment Plan. Alueelliset investointipaketit koostuvat useista investointiprojekteista ja yksittäiseen projektiin saattaa kuulua useita erillisiä investointeja. Kymmenvuo- 41
47 tissuunnitelmaa tarkastellaan tässä työssä Itämeren alueen investointipaketin ja sen sisältämien projektien tarkkuudella Kymmenvuotissuunnitelman laadintaprosessi ENTSO-E:n kymmenvuotissuunnitelma pohjautuu kansallisiin investointisuunnitelmiin, joita on sovitettu yhteen hyödyntäen koko Euroopan kattavia markkina- ja sähköverkkoanalyysejä. Analyyseissä on tutkittu vain vuoden 2014 jälkeen valmistuvien investointiprojektien vaikutuksia, koska sitä varhaisemmat projektit ovat jo nyt toteutusvaiheessa. Analyysit pohjautuvat yhteiseurooppalaisiin skenaarioihin, herkkyystarkasteluihin, simulaatioihin, hyötylaskelmiin sekä poikkeustilannetarkasteluihin. Niitä kutakin on kuvattu lyhyesti seuraavaksi tässä luvussa (ENTSO-E 2012, ENTSO-E 2012b). I. Skenaarioiden laadinta Potentiaalisten verkkoinvestointien tutkimisessa ja kartoituksessa on luotu kaksi vaihtoehtoista skenaariota vuodelle 2020: Skenaario EU2020 Tässä skenaariossa EU:n jäsenmaat saavuttavat vuodelle 2020 asettamansa energia- ja ilmastotavoitteet (kasvihuonekaasupäästöt vähenevät 20 %, uusiutuvan energian osuus energian loppukulutuksesta nousee 20 %:iin, energiatehokkuus paranee 20 %). Kuvassa 5 1 on esitetty Itämeren alueen sähkön vuotuiset nettovirtaukset ja maakohtaiset tuotantotaseet (vuosittainen vienti vuosittainen tuonti) vuonna 2020 skenaariossa EU2020. Kuvan vasen puolisko kuvaa minkälainen olisi tilanne, jos kymmenvuotissuunnitelman mukaisia investointeja ei olisikaan toteutettu. 42
48 Kuva 5-1. Itämeren alueen sähkön vuotuiset nettovirtaukset ja maakohtaiset tuotantotaseet vuonna 2020 EU2020-skenaariossa ilman uusia verkkoinvestointeja (vasen kuva) ja uusien verkkoinvestointien kanssa (oikea kuva), TWh/a (ENTSO-E 2012). Kuvasta 5 1 voidaan havaita, että skenaariossa EU2020 Norjaan ja Ruotsiin muodostuisi valtava sähköntuotannon ylijäämäalue johtuen uusiutuvan energian tuotannosta ja ydinvoimasta. Suomi, Tanska, Baltian maat, Puola ja Saksa olisivat sähkön nettotuojia. Nettotuonti ei kuitenkaan välttämättä tarkoita sitä, että kyseisessä valtiossa olisi liian vähän tuotantokapasiteettia, sillä omaa tuotantoa saatetaan myös korvata halvemmalla tuontisähköllä. Ilman suunniteltuja uusia siirtoyhteyksiä pääosa sähkön virtauksesta Pohjoismaista Keski- Eurooppaan kulkisi Etelä-Ruotsin kautta. Lisäksi Suomeen tuotaisiin sähköä runsaasti merikaapeleilla Keski-Ruotsista. Suunniteltujen siirtoyhteyksien toteutumisen jälkeen sähkö virtaisi Pohjoismaista Keski-Eurooppaan pääosin Norjan kautta, ja tuonti Ruotsista Suomeen olisi vähäisempää. Tuonti Venäjältä Suomeen sen sijaan kasvaisi. Skenaario B/Paras arvio Skenaario B kuvaa eurooppalaisten kantaverkkoyhtiöiden arvioita tulevaisuuden kehityksestä. Arvioissa on huomioitu esimerkiksi käytännön kokemukset energiainfrastruktuuriprojektien toteutusajoista. Kuvassa 5 2 on esitetty sähkön vuotuiset nettovirtaukset ja maakohtaiset tuotantotaseet (vuosittainen 43
49 vienti vuosittainen tuonti) vuonna 2020 skenaariossa B/Paras arvio. Kuvan vasen puolisko kuvaa minkälainen olisi tilanne, jos kymmenvuotissuunnitelman mukaisia investointeja ei olisikaan toteutettu. Kuva 5-2. Itämeren alueen sähkön vuotuiset nettovirtaukset ja maakohtaiset tuotantotaseet vuonna 2020 B/Paras arvio -skenaariossa ilman uusia verkkoinvestointeja (vasen kuva) ja uusien verkkoinvestointien kanssa (oikea kuva), TWh/a (ENTSO-E 2012). Kuvasta 5 2 voidaan havaita, että skenaariossa B Ruotsin tuotantoylijäämä olisi huomattavasti pienempi kuin EU2020-skenaariossa. Suomi olisi sähköntuotannossaan netto-omavarainen, Puolan sähköntuonti olisi vähäisempää ja Saksa olisi muuttunut sähkön nettoviejäksi. Näihin muutoksiin vaikuttavat vähäisempi uusiutuvan energian tuotanto Pohjoismaissa sekä matalampi hiilidioksidin päästöoikeuksien hinta, joka tekee hiilivoimasta kilpailukykyisempää (ENTSO-E 2012). Sähkön päävirtausreitit Pohjoismaista Keski-Eurooppaan muuttuisivat Ruotsin ja Norjan kesken samaan tapaan kuin skenaariossa EU2020 riippuen siitä, toteutettaisiinko suunnitellut siirtolinjainvestoinnit vai ei. 44
50 II. Herkkyystarkastelut Molemmista edellä mainituista skenaarioista on laadittu herkkyystarkastelu Saksan ydinvoimapäätöksen toteutumisen suhteen. Kuvassa 5 3 on esitetty kuinka paljon skenaarioiden vuotta 2020 koskevat tulokset muuttuvat, mikäli Saksa luopuu ydinvoimasta ilmoituksensa mukaisesti. Kuva 5-3. Muutokset skenaarioiden tuloksiin uusien verkkoinvestointien kanssa, jos Saksa luopuu ydinvoimasta. Muutokset EU2020-skenaarion (vasen kuva) ja B/Paras arvio -skenaarion tuloksiin (oikea kuva), TWh/a. (ENTSO-E 2012) Kuvasta 5 3 voidaan nähdä, että molemmissa skenaarioissa sähkön tuonti Saksaan kasvaisi erityisesti muualta Keski- ja Etelä-Euroopasta. Pääsyynä kasvuun lienee se, että luopumalla ydinvoimasta Saksa joutuu ainakin tilapäisesti turvautumaan entistä enemmän sähkön tuontiin, eivätkä Pohjoismaat ja Puola pysty täyttämään tätä tuontitarvetta. Ylipäätänsä tuloksissa on huomionarvoista se, että Saksan ydinvoiman alasajolla ei näyttäisi olevan merkittävää vaikutusta Suomen, Ruotsin ja Norjan tuotantomääriin. 45
51 III. Markkinasimulaatiot Ennen kymmenvuotissuunnitelman investointiportfolion lukkoon lyömistä eurooppalaisten sähkömarkkinoiden ja sähköverkkojen toimintaa on simuloitu erilaisilla siirtoyhteysvaihtoehdoilla. Itämeren alueen simulaatioissa Suomi ja Tanska on jaettu kahdeksi alueeksi, Ruotsi neljäksi ja Norja seitsemäksi. Baltian maat, Puola, Saksa, Hollanti ja Yhdistynyt kuningaskunta on kukin simuloitu yhtenä alueena. Simulointien avulla on valittu potentiaalisista verkkoinvestoinneista mahdollisimman hyvä kokonaisuus. IV. Investointipaketin hyötyjen arviointi Investointipaketin taloudellisia vaikutuksia on arvioitu laskemalla paketin tuomia säästöjä sähkön tuotantokustannuksiin sekä paketilla saavutettavia markkinahyötyjä. Laskelmat on tehty vertaamalla keskenään vuotta 2020 tilanteissa, jossa investointipaketti on toteutettu ja jossa investointipakettia ei ole toteutettu. Tämä vertailu on tehty erikseen sekä skenaariolle EU2020 että B/paras arvio. a) Säästöt sähkön tuotantokustannuksissa Investointipaketilla saavutettavia säästöjä sähkön tuotantokustannuksissa on arvioitu kuvassa 5 4 esitetyllä tavalla. Tuotantokustannukset on ensin laskettu alueittain kertomalla sähkön keskimääräinen hinta tuotantomäärällä ja vähentämällä tuloksesta tuottajien ylijäämä. Kokonaissäästöt on saatu laskemalla yhteen alueelliset säästöt. Kuva 5-4. Tuotantokustannusten laskentaperiaate (ENTSO-E 2012). 46
52 b) Markkinahyöty Investointipaketilla saavutettavat markkinahyödyt koostuvat sähkön tuottajan ja kuluttajan ylijäämistä sekä kantaverkkoyhtiöiden keräämistä pullonkaulatuloista. Tuottajan ja kuluttajan ylijäämä on laskettu kuvassa 5 5 esitetyn periaatteen mukaisesti. Tuottajan ylijäämää kuvaa tasapainohinnan P ja tarjontakäyrän välinen alue ja kuluttajan ylijäämää kysyntäkäyrän ja tasapainohinnan välinen alue. Kysyntäkäyrä on laskentateknisistä syistä katkaistu mielivaltaisesta kohdasta, eikä kuluttajan ylijäämää käytännössä tiedetä. Tuottajan ja kuluttajan ylijäämää on selostettu tarkemmin luvussa 4.1 ja pullonkaulatuloja luvussa 4.2. Kuva 5-5. Tuottajan ja kuluttajan ylijäämän laskentaperiaate (ENTSO-E 2012). Markkinahyödyn laskennassa säästöt sähkön tuotantokustannuksissa on jätetty huomioimatta. Näin on toimittu, jotta tulokset olisivat vertailukelpoisia aiempien Pohjoismaissa tehtyjen markkinahyötylaskelmien kanssa. V. Investointiprojektien vaikutusten arviointi Alueellinen investointipaketti koostuu erillisistä projekteista ja projektit voivat koostua useista yksittäisistä investoinneista. ENTSO-E on arvioinut jokaisen projektin vaikutuksia erikseen seuraavilla kriteereillä: 47
53 Sähkönsiirtokapasiteetin lisäys, MW Sosioekonomiset hyödyt, joita on kuvattu pullonkaulamaksujen vähenemisellä, M /a Uusiutuvan energiantuotannon edistäminen, eli kuinka suuren uusiutuvan energian tuotantokapasiteetin sähköverkkoon yhdistämisen projekti mahdollistaa, MW Vaikutus sähkön toimitusvarmuuteen Vaikutus sähkönsiirtohäviöihin Vaikutus hiilidioksidipäästöjen vähenemiseen, kilotonnia CO 2 Vaikutus sähköverkon tekniseen kestokykyyn Projektin kyky joustaa tulevaisuuden markkinatilanteisiin Sosiaaliset ja ympäristöhaitat Tarkemmin edellä mainittuja projektien vaikutusarviokriteereitä on kuvattu liitteessä 2. VI. Poikkeustilannetarkastelut Sähköverkkoanalysoinnissa on mm. erikseen määritettyjä erikoistilanteita tarkastelemalla (esimerkiksi tiettyjen siirtoyhteyksien täyskuormitustilanteet) pyritty löytämään mahdollisia uusia siirtoinvestointitarpeita. Lisäksi on tutkittu, miten hyvin investointipaketin mukainen sähköverkko kestäisi erilaisia poikkeustilanteita (esimerkiksi alueellisen sähkön maksimikulutuksen aikana tapahtuva siirtolinjan vikaantuminen) Kymmenvuotissuunnitelmaan liittyvät epävarmuudet ENTSO-E on arvioinut joka kolmannen suunnitellun verkkoinvestoinnin kokevan viivytyksiä pitkien lupaprosessien vuoksi (ENTSO-E). Tämä voi aiheuttaa ongelmia Euroopassa suunnitellulle uusiutuvan energiantuotannon nopealle lisäämiselle, sillä uudet tuotantolaitokset tarvitsevat toimiakseen riittävän vahvan siirtoyhteyden muuhun sähköverkostoon. 48
54 Kymmenvuotissuunnitelman tuloksia tarkasteltaessa on huomioitava, että suunnitelmassa arvioidut sähkönsiirtomäärät Pohjoismaiden ja Saksan välillä saattavat olla yliarvioituja. Tämä johtuu siitä, ettei markkinasimulaatioissa pystytty huomioimaan Saksan sisäisiä sähkönsiirron pullonkauloja ja niiden vaikutuksia. (ENTSO-E 2012) Rajasiirtoyhteyksien vahvistaminen ole pelkkä tekninen haaste, vaan se vaatii myös Euroopan erilaisten sähkömarkkinamallien huomioimista ja yhteensovittamista (Oksanen 2008). Epävarmuuksia aiheuttavat myös Venäjän sähkömarkkinoiden sekä EU:n ja Venäjän välisen sähkönsiirron vaikeasti ennustettavat kehitykset. 5.2 Pohjoismaiset investointisuunnitelmat Pohjoismaista on vuoteen 2020 mennessä kehittymässä suuri sähköntuotannon ylijäämäalue, josta sähköä on pystyttävä siirtämään nykyistä tehokkaammin muualle Eurooppaan. Tämä edellyttää sekä valtioiden sisäisten että valtioiden välisten siirtoyhteyksien vahvistamista. (ENTSO-E 2012) Pohjoismaisia verkkoinvestointeja käsittelee ENTSO-E:n Itämeren alueen investointipaketti, Baltic Sea Regional Investment Plan. Itämeren alueen muodostavat tässä yhteydessä Suomi, Ruotsi, Norja, Tanska, Viro, Latvia, Liettua, Puola ja Saksa. Itämeren alueen investointipaketti koostuu 46 projektista. Seuraavassa kahdessa kuvassa 5 6 ja 5 7 on esitetty Pohjoismaihin liittyvät investointisuunnitelmat keskipitkälle ( ) ja pitkälle ( ) aikavälille. Kuviin on ympyröity keltaisella ne suunnitellut pohjoismaiset siirtolinjat, jotka ylittävät kahden eri hinta-alueen välisen rajan (Norjan sisäisten investointien osalta kyseessä on arvio, koska tietoa Norjan sähkönhinta-alueiden tarkoista rajoista ei ollut löydettävissä). Investointikohteiden yhteydessä olevat numerot osoittavat mihin projektiin investoinnit kuuluvat. 49
55 Kuva 5-6. ENTSO-E:n Itämeren alueen keskipitkän aikavälin ( ) investointipaketti (ENTSO-E 2012). Sähkön hinta-alueiden rajoja ylittävät yksittäiset investoinnit on ympyröity keltaisella ja viereen on merkitty kyseisen projektin numero. 50
56 Kuva 5-7. ENTSO-E:n Itämeren alueen pitkän aikavälin ( ) investointipaketti (ENTSO-E 2012). Sähkön hinta-alueiden rajoja ylittävät yksittäiset investoinnit on ympyröity keltaisella ja viereen on merkitty kyseisen projektin numero. 51
57 Seuraavaan taulukkoon on koottu yhteenveto Pohjoismaita koskevista investointiprojekteista, joiden yhteydessä ylitetään kahden hinta-alueen välinen raja. Projektien yksityiskohtaisemmat tiedot ja taulukon selitykset on esitetty liitteessä 2. Taulukko 5-1. Yhteenveto hinta-alueet ylittävistä verkkoinvestointiprojekteista Pohjoismaissa (lähteet: ENTSO-E 2012, APX-ENDEX, EPEX Spot, Nord Pool Spot, Nord Pool Spot c). Yksityiskohtaisemmat tiedot ja selitykset ovat liitteessä 2. Taulukon 5-1 tiedot perustuvat ENTSO-E:n investointipaketista kerättyihin tietoihin seuraavin poikkeuksin: projektin yhdistämät sähkönhinta-alueet on arvioitu karttakuvien perusteella, alueiden väliset keskimääräiset sähkönhintaerot on laskettu sähköpörssien markkinatiedoista (APX-ENDEX, EPEX Spot, Nord Pool Spot) ja nykyisten yhteyksien pullonkaulamaksut on laskettu pohjoismaisen sähköpörssin julkaisemista kuukausikohtaisista tiedoista (Nord Pool Spot c). 52
58 Taulukon tiedoista on laskettavissa, että Pohjoismaista naapurimaihin suunnitellaan lisättävän uutta siirtokapasiteettia noin MW (kapasiteetti nyt noin 4300 MW). Saksan suuntaan kapasiteetti kasvaisi MW (nyt noin 2700 MW), Hollantiin 1400 MW (nyt 700 MW), Baltian maihin 1350 MW (nyt 350 MW) ja Yhdistyneeseen kuningaskuntaan MW. Suomen rajasiirtoyhteydet kasvaisivat yhteensä1350 MW. Useimpien taulukossa 5 1 esitettyjen investointiprojektien arvioidaan vaikuttavan erittäin positiivisesti uusiutuvan energiantuotannon käyttöönottoon ja hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen. Muita useimmille projekteille arvioituja hyötyjä ovat sosioekonomiset vaikutukset (jota kuvaa pullonkaulamaksujen väheneminen), sähköverkon teknisen kestokyvyn parantuminen sekä projektin joustavuus vastata tulevaisuuden markkinatilanteisiin. Vähäisempi vaikutus projekteilla on toimitusvarmuuden paranemiseen tai sähkönsiirtohäviöiden vähenemiseen. Sosiaalisia ja ympäristöhaittoja projekteilla on vähän tai jonkin verran. Joskow n ja Tirolen (2005) esittämän ja kappaleessa 4.2 kuvatun teorian mukaan taloudellista voittoa tavoitteleva verkkoinvestoija pyrkii maksimoimaan investoinnista saamansa tuoton, johon vaikuttavat investointikustannukset sekä siirtoyhteydestä saatavat pullonkaulatulot. Tällöin investoijan kannalta ei olisi optimaalista kasvattaa siirtokapasiteettia niin paljon, että kerätyt pullonkaulatulot alkaisivat vähetä. ENTSO- E:n julkaisemia investointisuunnitelmia tarkastellessa voidaan kuitenkin havaita, että pullonkaulamaksujen väheneminen (taulukossa 5-1: sosioekonomiset hyödyt) on yksi investointiprojektin hyötyjen arviointikriteeri. Lisäksi varsinkin Norjan sisäisten investointien osalta (esim. projektit 37, 93 ja 104) jo nykyiset pullonkalamaksut ovat hyvin vähäisiä verrattuna arvioituihin investointikustannuksiin. Investoinnit tehdään kuitenkin erityisesti tulevaisuuden tarpeisiin, jolloin aluehintaerot voivat olla nykyistä suurempia. Tästäkin huolimatta voidaan todeta, ettei pohjoismaisia siirtoverkkoinvestointeja suunniteltaessa ole pyritty kantaverkkoyhtiöiden tuottojen tai pullonkaulatulojen maksimointiin, vaan laajempiin markkinahyötyihin. Kantaverkkoyhtiöiden ensisijaisena tavoitteena ei yleisestikään ottaen ole omien taloudellisten hyötyjensä maksimointi, kuten olisi kyse yksityisissä verkkoinvestoinneissa. ENTSO-E:n verkkoinvestointipaketin toteuttamisen todellisia vaikuttimia onkin esitetty seuraavassa kappaleessa. 53
59 5.2.1 Verkkoinvestointien pääperustelut Kolme tärkeintä perustetta Itämeren alueen investointipaketille ovat markkinaintegraatio, uusien energiantuotantoyksiköiden (erityisesti tuulivoimapuistot) yhdistäminen sähköverkkoon sekä sähkön toimitusvarmuuden parantaminen (ENTSO-E 2012). Keskipitkällä aikavälillä ( ) markkinaintegraatio on kaikkein tärkein Itämeren alueen verkkoinvestointien peruste. Lisää siirtokapasiteettia tarvitaan muun muassa, jotta Baltian maat saadaan vahvemmin yhdistettyä Pohjoismaiden ja Keski- Euroopan sähkömarkkinoihin. Vaikka Pohjoismaiden välillä on jo nyt vahvat siirtoyhteydet, lisää yhteyksiä edelleen tarvitaan, jotta maiden erityyppisiä sähköntuotantorakenteita pystytään tehokkaammin hyödyntämään (vesivoima Norjassa ja Pohjois- Ruotsissa, lämpövoima Suomessa, Etelä-Ruotsissa ja Tanskassa). Samoin tuulivoimatuotannon kasvu Keski-Euroopassa ja Saksan mahdollinen luopuminen ydinvoimasta edellyttävät vahvempia siirtoyhteyksiä Pohjoismaihin, jotta sähkön kysyntä ja tuotanto saadaan joka tilanteessa tasapainotettua. (ENTSO-E 2012) Edellä mainittuja sähkömarkkinoiden tasapainotusongelmia on kuvattu tarkemmin luvuissa 1 ja 2.4. Pitkällä aikavälillä ( ) Itämeren alueen verkkoinvestointien pääperusteita ovat uusiutuvan energiantuotannon ja uusien ydinvoimaloiden (tai vanhojen ydinvoimaloiden tehonkorotusten) yhdistäminen sähköverkkoon. Uutta tuulivoimakapasiteettia suunnitellaan rakennettavan ympäri Itämeren aluetta, pääasiallisesti kuitenkin rannikoille ja pohjoisen ylänköalueille. Uutta pienen mittakaavan vesivoimaa suunnitellaan erityisesti Norjaan. Uusi tuuli- ja vesivoimakapasiteetti Pohjois-Euroopassa, joka jo valmiiksi on sähkön ylituotantoaluetta, edellyttää pohjois-eteläsuuntaisten siirtoyhteyksien vahvistamista erityisesti Suomessa, Ruotsissa ja Norjassa. (ENTSO-E 2012) Sähkön toimitusvarmuuden parantaminen on investointien pääperusteita erityisesti arktisilla alueilla (erityisesti Pohjois-Norjassa) sekä Baltiassa ja eräillä muilla yksittäisillä alueilla (ENTSO-E 2012). Joka tapauksessa uudet siirtoyhteydet vahvistavat toimitusvarmuutta jossain määrin myös muilla alueilla. 54
60 Nykyisen sähkönsiirtoverkoston vanheneminen edellyttää korvausinvestointeja kaikkialla Itämeren alueella. Kun siirtokapasiteetteja on samanaikaisesti kasvatettava, on vanha infrastruktuuri usein järkevää purkaa ja vaihtaa uuteen ja tehokkaampaan. Näin siirtokapasiteetteja voidaan kasvattaa ilman uusia johtoreittejä, jolloin investoinnin ympäristövaikutukset pysyvät mahdollisimman pieninä. (ENTSO-E 2012) Vaikutukset sähkön tuontiin ja vientiin Suunniteltujen investointien toteuduttua sähkönsiirron pääsuunnat tulisivat Itämeren alueella olemaan Pohjoismaista etelään kuvan 5 8 mukaisesti. Suomen ja Tanskan arvioidaan olevan sähkön tuotannon ja kulutuksen suhteen lähellä nettoomavaraisuutta. Ruotsin ja Norjan arvioidaan olevan sähkön nettoviejiä. (ENTSO-E 2012) Kuva 5-8. Arvioidut sähkön siirtomäärät ja sähköntuotannon netto-omavaraisuudet ENTSO-E -maissa vuonna 2020 (ENTSO-E 2012b). 55
61 5.2.3 Vaikutukset sähkön tuottajille ja kuluttajille Sähkön hinta Kuvassa 5 9 on esitetty, kuinka Itämeren alueen investointipaketin toteutuminen vaikuttaisi sähkön keskimääräisiin hintoihin alueen maissa. Maakohtaisia hintoja on verrattu Itämeren alueen kulutuspainotettuun sähkön hintakeskiarvoon, jota esittää kuvissa taso nolla. (ENTSO-E 2012) Kuva 5-9. Sähkön keskihinnat vuonna 2020 verrattuna Itämeren alueen kulutuspainotettuun hintakeskiarvoon ilman investointipakettia (siniset palkit) ja investointipaketin kanssa (keltaiset palkit). Vasen kuva skenaario EU2020, oikea kuva skenaario B/paras arvio. (ENTSO-E 2012) Kuten yllä olevasta kuvaparista on nähtävissä, ENTSO-E:n investointipaketin toteutuminen lähentäisi toisiinsa maakohtaisia sähkönhintoja, mikä on viite sähkömarkkinoiden toiminnan tehostumisesta. Skenaariossa EU2020 Saksan keskihinta olisi matalampi kuin Pohjoismaissa siitäkin huolimatta, että Pohjoismaat olisivat Saksan suuntaan sähkön nettoviejiä. Tämä on selitettävissä sillä, että vaikka sähkö olisikin normaalisti Saksassa Pohjoismaita kalliimpaa, olisi se ajoittain erittäin halpaa. Nämä ajoittaiset erittäin halvat sähkön hinnat Saksassa selittää tuotantokustannuksiltaan lähes ilmaisen uusiutuvan energian tuotantokapasiteetin (tuuli, aurinko) suuri määrä. (ENTSO-E 2012) 56