Täysin uusiutuvaan energiaan perustuva maailmanlaajuinen sähköjärjestelmä on toteutettavissa vuoteen 2050 mennessä. LUT-yliopiston hiljattain julkaisema tutkimus kuvaa, miten järjestelmään voidaan realistisesti siirtyä, jotteivät yhteiskunnan rakenteet järkkyisi.

Tutkimukseen liittyvä artikkeli ”Radical transformation pathway towards sustainable electricity via evolutionary steps” julkaistiin äskettäin johtavassa luonnontieteiden tutkimuksen Nature Communications -lehdessä. Artikkeli on lehden ensimmäinen täysin uusiutuvaan energiaan liittyvä tutkimusartikkeli.

Kestävä uusiutuva energiajärjetelmä

– Olemme osoittaneet, että hiilineutraali sähköjärjestelmä on teknisesti ja taloudellisesti mahdollinen kaikkialla maailmassa, sanoo LUTin aurinkotaloustutkimusryhmän johtaja, professori Christian Breyer. – Siirtyminen maailmanlaajuisesti kestäviin energiajärjestelmiin uusiutuvien energialähteiden avulla voi hillitä lukuisia ihmiskuntaan kohdistuvia uhkia: kasvihuonepäästöjä, ihmisen aiheuttamia ilmastopoikkeamia, ja maapallon kriittisten kynnysarvojen ylittämistä. Epäselvää on tähän asti vielä ollut, mikä tulevien järjestelmien optimaalinen rakenne olisi ja miten siirtymä parhaiten toteutettaisiin.

LUT-yliopiston Nature Communications -lehdessä julkaisema artikkeli käsittelee maailmanlaajuista, täysin uusiutuvaa energiajärjestelmää, joka on saavutettavissa vuoteen 2050 mennessä, sekä sitä, miten tähän järjestelmään siirrytään, jotteivät yhteiskunnan rakenteet järkkyisi. Mallinnustulokset osoittavat, että hiilineutraali sähköjärjestelmä on teknisesti ja taloudellisesti mahdollinen kaikkialla maailmassa. Siirtymä tällaiseen järjestelmään vaatisi jatkuvaa kehitystä ja muutoksia 35 vuoden aikajänteellä ja takaisi kestävän ja edullisen energiantuotannon ympäri maailmaa.

Siirtymän mallinnus lähtee liikkeelle vuodesta 2015 ja nykyisestä energiajärjestelmästä, jonka jo olemassa olevaa tuotantokapasiteettia poistettaisiin käytöstä vasta teknisen elinkaarensa päässä. Mallinnuksessa uusiutuvan energian tuotantoteho perustuu empiiriseen tietoon ja uusiutuvan energian käyttöönottonopeutta on rajoitettu, jotta siirtymästä ei tulisi epärealistisen nopea. Siirtymän jokaisessa vaiheessa energiajärjestelmä optimoidaan lineaarisesti, jotta vuotuiset järjestelmäkustannukset olisivat kyseisissä rajoissa mahdollisimman pienet.

Nykyistä matalammat tuotantokustannukset vuonna 2050

Mallinnustulokset osoittavat, että täysin hiilineutraali, uusiutuviin energialähteisiin perustuva sähköjärjestelmä on toteutettavissa vuoteen 2050 mennessä. Järjestelmä olisi taloudellisesti kannattava, ja sähkön LCOE-tuotantokustannus (levelised cost of electricity) olisi 52 €/MWh.

– Tämä on huomattavasti vähemmän kuin nykyinen 70 euroa megawattitunnilta”, sanoo Breyer. – Vuoteen 2050 mennessä aurinkosähkö kattaisi 70 % kaikesta sähköntuotannosta ja tuulisähkö 18 %.

– Sähköntuotanto perustuisi laajoilla alueilla – erityisesti Yhdysvaltain eteläisissä osavaltioissa – pääasiassa aurinkovoimaan, sanoo hankkeen johtava tutkija Dimitrii Bogdanov. – Joillain alueilla tuuli- ja vesivoima olisivat pääasialliset lähteet, ja monin paikoin etenkin Pohjois-Amerikassa, Euroopassa ja Euraasiassa hyödynnettäisiin kaikkia kolmea uusiutuvaa lähdettä.

Siirtymä mallinnettiin LUT Energy System Transition -mallin avulla. Se optimoi energiajärjestelmän määriteltyjen reunaehtojen pohjalta. Simulaatio toteutettiin viiden vuoden jaksoissa vuosien 2015 ja 2050 välillä. Malli määritteli jokaiselle viisivuotisjaksolle kustannuksiltaan optimaalisen energiajärjestelmärakenteen ja toimintamallin määriteltyjen reunaehtojen perusteella.

Näitä reunaehtoja olivat energiankulutus, käytettävissä olevat tuotanto- ja varastointiteknologiat, taloudelliset ja tekniset olettamukset, ja tuotantokapasiteettirajat käytettäville teknologioille. Malli pohjautuu lineaariseen optimointiin ja mallintaa järjestelmää vuoden jokaisen tunnin ajalta.

– On selvää, että siirtyminen täysin uusiutuvaan sähköjärjestelmään vaatii radikaaleja muutoksia järjestelmän rakenteisiin, toteaa Breyer. – Teknologioiden ja tuotantomuotojen yhdistelmät muuttuisivat merkittävästi, ja tarve varastoida sähköä kasvaisi. Olemme kuitenkin osoittaneet, että siirtymä on mahdollinen. Aurinkosähkön ja akkujen kustannusarviot ovat realistisemmat kuin aiemmissa tutkimuksissa.

Nature Communications -lehden ARTIKKELI ON LUETTAVISSA TÄÄLLÄ.

Professori Breyer työryhmineen on julkaissut jo yli kaksi vuotta sitten simulointimallin, joka kuvaa maailman mahdollisia energiavirtoja vuodesta 2030 eteenpäin. Artikkelimme aiheesta LÖYTYY TÄÄLTÄ.

Jouko Lampila | Lähde: LUT | Otsikkokuva: Teemu Leinonen