Energian logistiikan haasteet

Suomessa tarvitaan paljon energiaa. Tähän ovat syinä mm. maamme pohjoinen sijainti viileällä ilmastovyöhykkeellä, harvasta asutuksesta johtuvat suuret välimatkat, teollisuuden ja korkeaan elintasoon liittyvä kotitalouksien suuri kulutus. Energiaa tarvitaan rakennusten lämmitykseen sekä niiden viilentämiseen (ilmastointiin), liikennepolttoaineeksi ja käyttövoimaksi teollisuudelle sekä kotitalouksille eli sähkön tuotantoon. Huomattava osa energiasta kulutetaan välillisesti tuotteiden ja palveluiden ekologisessa selkärepussa.

Energian säilymislaki (termodynamiikan I pääsääntö) sanoo, että energian määrä on vakio. Energiaa ei voi luoda eikä sitä voi hävittää. Emme voi siis tuottaa energiaa, mutta voimme sen sijaan muuttaa energiaa muodosta toiseen eli jalostaa sitä. Näin syntyy energian jalostusketju, logistinen arvoketju.

Huomattava osa Suomen energian ”raaka-aineista” tuodaan ulkomailta. Esimerkiksi fossiilisia polttoaineita ei maastamme saada, vaan kaikki ne tuodaan ulkomailta laiva- tai putkikuljetuksina. Huomattava osa kaikesta liikenteestä käyttää voimanlähteenään maaöljystä jalostetuja polttoaineita. Suomessa energian käyttö on suurinta Etelä-Suomessa, mutta suurin osa vesivoimasta on Pohjois- Suomessa. Nämä kaikki luovat logistisen haasteen.

Voimalaitokset ovat tärkeä osa yhteiskunnan infrastruktuuria

Sähkön tuotannon tärkeimmät energialähteet Suomessa ovat ydinvoima, vesivoima, kivihiili, maakaasu, puupolttoaineet (biomassa) sekä turve. Lisäksi käytössä on tuulivoima, jonka osuus on hyvin pieni, mutta jatkuvassa kasvussa. Uusiutuvia energiamuotoja Suomessa ovat puu ja muu biomassa, tuuli, virtaava vesi sekä aurinko. Myös turve on uusiutuu, joskin hyvin hitaasti.

Voimalaitoksissa jalostetaan energialähteistä paitsi sähköä myös kaukolämpöä ja nykyisin myös kaukokylmää. Sähkö syntyy voimalan generaattoreissa, joiden pyörimiseen tarvittava voima saadaan turbiinien avulla joko virtaavan veden liikkeestä vesivoimaloissa tai kuuman höyryn paineesta ns. lämpövoimaloissa ja ydinvoimaloissa. (Katso animaatio ydinvoimalan toiminnasta.) Sivutuotteena syntyvä lämpö voidaan hyödyntää esim. kaukolämpönä.

Vesivoimalan rakenne. (lähde: Wikipedia).

Vesivoiman ja samalla fossiilisten polttoaineiden, lähinnä hiilen, osuus sähköntuotannosta vaihtelee reilusti sen mukaan, miten paljon pohjoismaisilla markkinoilla on tarjolla vesivoimaa Norjasta ja Ruotsista. Pohjoismaiden kesken sähkön tuonti ja vienti eri maiden välillä perustuu sähkömarkkinoiden toimintaan. Tuottajat tarjoavat sähköä yhteisille markkinoille ja kulloinenkin tuotanto- ja kulutustilanne ratkaisevat, miten sähköä siirretään maiden sisällä ja rajojen ylitse. Keskimäärin Suomesta viedään sähköä muihin Pohjoismaihin vuosittain suunnilleen yhtä paljon kuin tuodaan.

(lähde: Energiateollisuus) Suomen sähköjärjestelmä muodostuu voimalaitoksista, kantaverkosta, alueverkosta, jakeluverkosta sekä sähkön kuluttajista. Logistisesti on järkevää tuottaa sähkö ja etenkin kaukolämpö ja -kylmä mahdollisimman lähellä loppukäyttäjiä. Erityisen energiatehokasta on tuottaa sähköä ja kaukolämpöä rinnakkaisesti, niin kuin tehdään Vuosaaren voimalassa.

Sähkön pitkillä siirtomatkoilla syntyy jännitehäviöitä eli osa energiasta karkaa ”harakoille”. Hävikkien pienentämiseksi pitkissä siirroissa käytetään hyvin suuria jännitteitä (400 kV). Turhat fossiilisten polttoaineiden siirrot kuluttavat energaa, joten lämpövoimalat kannattaa sijoittaa tuontisatamien välittömään läheisyyteen. Kotimaisten polttoaineiden käyttö työllistää ja niihin perustuvan tekniikan ylläpito kriisivalmiuden kannalta tärkeää.

(lähde: Fingrid
Oyj
).

Suomen sähköjärjestelmän rakenne.

Kohti hajautettua energiajärjestelmää

Monista logistisista ja ympäristösyistä energiajärjestelmää kehitetään kohti hajautettua infrastruktuuria. Ideana on monipuolistaa energialähteiden käyttöä ja tuottaa niin lämpöä kuin sähköä eri tavoin lukuisissa pienissä yksiköissä, jotka muodostavat energiaverkoston. Samalla voidaan lisätä esim. maatiloilla tapahtuvaa bio-, tuuli- ja aurinkoenergian hyödyntämistä ja työllistää maasedulla asuvia ihmisiä.

Hajautus mahdollistaa myös joustavuutta eli verkossa voidaan siirtää sähköä kaksisuuntaisesti. Näin voidaan tasoittaa kulutuksessa ja tuotannossa ilmeneviä vaihteluita. Tavoitteena on ns. älykäs verkko eli smart grid. Kestävän kehityksen näkökulmasta suuntaus on oivallinen. Päämääränä on päästä irti fossiilisista energialähteistä – ja ydinvoimastakin – ja alkaa hyödyntää Auringon ehtymätöntä energiaa. Aurinko säteilee vajaassa tunnissa Maapallolle yhtä paljon energiaa kuin ihmiskunta käyttää vuoden aikana. Ongelmana on tietenkin se, että aurinko ei säteile kaikkialle ja koko ajan tasaisesti. Energian varastointi onkin suuri logistinen ja tekninen haaste. Yksi tulevaisuuden vastaus voisi olla lähienergia, vetyteknologia ja polttokennot.

Case: Tutustu Vuosaaren voimalan toimintaan. Ota selville voimalan käyttämä energiaraaka-aine ja sen alkuperä. Miten voimalan tulologistiikka on hoidettu. Mitä tarkoittaa yhdistetty tuotanto ja mitä hyötyjä sillä saavutetaan? Miten Vuosaaren voimala toimii? Miten arvioit voimalan sijaintia?

Tehtäviä:

  1. Mitä tarkoittavat a) uusiutuva ja uusiutumaton energia, b) kaukolämpö ja kaukokylmä, c) keskitetty ja hajautettu energiajärjestelmä?
  2. Miten sähköä valmistetaan ja mitkä ovat sen ”raaka-aineita”?
  3. Perustele väite: Lähes kaikki käyttämämme energialähteet ovat muuttunutta Auringon energiaa. (Mitkä eivät ole?)
  4. Hahmottele, millainen hajautettu energiajärjestelmä voisi olla mahdollinen Suomessa. Ota huomioon sekä kaupunkien että maaseudun tarjoamat erilaiset mahdollisuudet tuottaa lämpöä ja sähköä.