Energiatransitio ja siirtyminen vetytalouteen
Mäkelä, Jyri (2023-08-10)
J. Mäkelä
10.08.2023
© 2023 Jyri Mäkelä. Ellei toisin mainita, uudelleenkäyttö on sallittu Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0) -lisenssillä (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Uudelleenkäyttö on sallittua edellyttäen, että lähde mainitaan asianmukaisesti ja mahdolliset muutokset merkitään. Sellaisten osien käyttö tai jäljentäminen, jotka eivät ole tekijän tai tekijöiden omaisuutta, saattaa edellyttää lupaa suoraan asianomaisilta oikeudenhaltijoilta.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202308102921
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202308102921
Tiivistelmä
Tämän pro gradu -tutkielman tavoitteena on selvittää energiatransition taustaa ja vaikutuksia sähköjärjestelmään ja sähkömarkkinoihin. Työssä tarkastellaan, miten energiatransitio vaikuttaa vetytalouteen ja miten se avaa mahdollisuuksia vihreän vedyn tuotantoon. Työssä esitetään myös vedyn nykytilanteen tuotantoa ja kulutusta sekä tarkastellaan vetytalouden tulevaisuuden näkymiä. Tutkimuksessa analysoidaan höyryreformoinnilla (SMR) tuotetun vedyn sekä alkalisella elektrolyyserillä (AE) tuotetun vedyn hintaan vaikuttavia tekijöitä.
Työn tutkimuskysymyksiksi muotoutui kaksi kysymystä: Miten energiatransitio vaikuttaa sähköjärjestelmään ja sähkömarkkinoihin? Millä tavoilla energiatransitio luo mahdollisuuksia vihreälle vedylle ja mikä on sen kilpailukyky perinteisiä vedyn tuotantomuotoja vastaan? Tutkielmassa on esitelty energiatransition keskeisin teoreettinen tausta ilmastopolitiikan, tulevaisuuden energiajärjestelmän, sähkömarkkinoiden sekä sähkön varastoinnin näkökulmasta. Työssä vertaillaan eri vedyn tuotantomuotoja käyttäen tasoitetun vedyn hinnan laskentatapaa, jossa huomioidaan vedyn tuotantomäärä sekä tuotannosta aiheutuvat kustannukset koko elinkaaren aikana.
Energiatransitio ja lisääntyvä uusituvan energian tuotanto vaikuttavat merkittävästi niin sähköjärjestelmään kuin sähkömarkkinoihin. Sähköntuotannon vaihtelevuus lisää sähkön varastoinnin tarvetta. Vaihteleva uusiutuva energia vaikuttaa sähkömarkkinoihin tuotantoyksiköiden ajojärjestyksen kautta. Uusituvan energian ollessa halvimpia tuotantomuotoja se syrjäyttää kalliimpia energiatuotantomuotoja pois markkinoilta samalla alentaen sähkön hintaa. Uusiutuva energiantuotanto vaikuttaa myös tuotannosta saataviin tuloihin kannibalisaatioilmiön kautta.
Tutkielman empiirisessä osassa käytettiin vedyn hinnan määrittämiseen tasoitetun vedyn tuotantohintaa (LCOH, Levelised Cost of Hydrogen). Siinä huomioitiin kaikki elinkaaren aikaiset kustannukset sekä kaikki elinkaaren aikainen tuotanto. Empiirisessä osassa tarkasteltiin SMR-prosessilla ja AE:lla tuotetun vedyn hintaa. SMR-prosessilla tuotetun vedyn hintaan vaikuttaa eniten maakaasun ja hiilidioksidin päästöjen hinta. Hiilentalteenottojärjestelmällä voidaan vähentää vedyn tuotantokustannuksia, kun päästöjen hinta ylittää 80 €/t CO2. AE pystyy haastamaan SMR-prosessilla tuotetun vedyn alhaisilla sähkön hinnoilla. Lisäksi tuulivoimaan kytketty elektrolyyseri voi tulevaisuudessa olla yksi vaihtoehto vedyntuotantoon.
Tulosten perusteella nähdään, miten halpa sähkön hinta ja nousevat päästöhinnat muuttavat vedyntuotannon markkinatilannetta. Nykyinen vedyntuotanto on murroksessa ja vähäpäästöiset vaihtoehdot tulevat saamaan paljon markkinaosuutta vedyn tuotannossa. Tulokset ovat samansuuntaisia useiden muiden tutkimusten kanssa.
Työn tutkimuskysymyksiksi muotoutui kaksi kysymystä: Miten energiatransitio vaikuttaa sähköjärjestelmään ja sähkömarkkinoihin? Millä tavoilla energiatransitio luo mahdollisuuksia vihreälle vedylle ja mikä on sen kilpailukyky perinteisiä vedyn tuotantomuotoja vastaan? Tutkielmassa on esitelty energiatransition keskeisin teoreettinen tausta ilmastopolitiikan, tulevaisuuden energiajärjestelmän, sähkömarkkinoiden sekä sähkön varastoinnin näkökulmasta. Työssä vertaillaan eri vedyn tuotantomuotoja käyttäen tasoitetun vedyn hinnan laskentatapaa, jossa huomioidaan vedyn tuotantomäärä sekä tuotannosta aiheutuvat kustannukset koko elinkaaren aikana.
Energiatransitio ja lisääntyvä uusituvan energian tuotanto vaikuttavat merkittävästi niin sähköjärjestelmään kuin sähkömarkkinoihin. Sähköntuotannon vaihtelevuus lisää sähkön varastoinnin tarvetta. Vaihteleva uusiutuva energia vaikuttaa sähkömarkkinoihin tuotantoyksiköiden ajojärjestyksen kautta. Uusituvan energian ollessa halvimpia tuotantomuotoja se syrjäyttää kalliimpia energiatuotantomuotoja pois markkinoilta samalla alentaen sähkön hintaa. Uusiutuva energiantuotanto vaikuttaa myös tuotannosta saataviin tuloihin kannibalisaatioilmiön kautta.
Tutkielman empiirisessä osassa käytettiin vedyn hinnan määrittämiseen tasoitetun vedyn tuotantohintaa (LCOH, Levelised Cost of Hydrogen). Siinä huomioitiin kaikki elinkaaren aikaiset kustannukset sekä kaikki elinkaaren aikainen tuotanto. Empiirisessä osassa tarkasteltiin SMR-prosessilla ja AE:lla tuotetun vedyn hintaa. SMR-prosessilla tuotetun vedyn hintaan vaikuttaa eniten maakaasun ja hiilidioksidin päästöjen hinta. Hiilentalteenottojärjestelmällä voidaan vähentää vedyn tuotantokustannuksia, kun päästöjen hinta ylittää 80 €/t CO2. AE pystyy haastamaan SMR-prosessilla tuotetun vedyn alhaisilla sähkön hinnoilla. Lisäksi tuulivoimaan kytketty elektrolyyseri voi tulevaisuudessa olla yksi vaihtoehto vedyntuotantoon.
Tulosten perusteella nähdään, miten halpa sähkön hinta ja nousevat päästöhinnat muuttavat vedyntuotannon markkinatilannetta. Nykyinen vedyntuotanto on murroksessa ja vähäpäästöiset vaihtoehdot tulevat saamaan paljon markkinaosuutta vedyn tuotannossa. Tulokset ovat samansuuntaisia useiden muiden tutkimusten kanssa.
Kokoelmat
- Avoin saatavuus [34150]
Ellei muuten mainita, aineiston lisenssi on https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/