Sähkön kulutus sahaa ylös ja alas vuorokaudenajan mukaan. Öisin valot sammutetaan ja osa tehtaista ja kaupoista sulkee ovensa, jolloin sähkön kulutus pienenee noin kahdella gigawatilla eli parin keskikokoisen ydinreaktorin verran.

Ohessa on kuva Suomen sähkönkulutuksesta koko viime vuoden ajalta eroteltuna joka tunnille. Kuvio näyttää paksulla tussilla piirretyltä söheröltä viivalta juuri tuon lyhyen aikavälin vaihtelun vuoksi. Kulutus myös vaihtelee vuodenajasta riippuen. Koska tilasto kuvaa kalenterivuotta, kuvio alkaa vasemmalla talven korkeammasta kulutuksesta. Käyrä laskee eli kulutus vähenee kesää kohti säiden lämmetessä ja lämmitystarpeen pienentyessä. Kulutus lisääntyy loppuvuodesta ilmojen taas kylmetessä.

Sähkön kulutus tunneittain vuonna 2018. Kulutusta ja sen vaihtelua pyritään tasoittamaan esimerkiksi kulutusjoustoilla, kuten öisin käynnistyvillä lämminvesivaraajilla sekä ylipäätään edullisemmalla yösähkön hinnalla. Lähde: Fingrid.

Jonkin verran sähköä kuluu jatkuvasti – yötä päivää ja kesät talvet. Suomessa sähkön minimikulutus on noin seitsemän gigawattia kesäöisin, siinä missä talven huippukulutus voi olla kaksikertainen tähän nähden. Pyhäjoelle suunnitellun Hanhikivi 1 -ydinreaktorin teho on 1,2 gigawattia, joten se tuottaa käynnistyessään karkeasti kymmenyksen Suomen sähkönkulutuksesta.

Vaikka öisin osa tehtaista ja kaupoista on suljettuna, yön kulutusta nostaa esimerkiksi se, että monien talojen lämminvesivaraajat on ajastettu toimimaan yösähköllä. Tätä kutsutaan kulutusjoustoksi, eli kulutusta siirretään korkean kulutuksen ajalta matalamman kulutuksen hetkeen. Tässä tapauksessa tämä tehdään varastoimalla sähköä lämmöksi, joka käytetään seuraavana päivänä. Perinteisesti on ollut sitä parempi, mitä tasaisemmin yhteiskunta kuluttaa sähköä, sillä voimalaitoksia on tällöin voitu ajaa tasaisella kuormalla mahdollisimman kustannustehokkaasti.

Tämä kulutuksen ”minimitaso” on peruskuormaa, jota yhteiskunta käyttää jatkuvasti. Peruskuormaa kannattaa yleensä tuottaa voimalaitoksilla, jotka siihen kykenevät, eli joiden tuotanto perustuu jonkinlaiseen ”polttoaineeseen” eikä vaihtele esimerkiksi sään tai vuorokauden ajan mukaan. Ydinvoima on hyvä perusvoiman lähde, sillä se perustuu eräänlaiseen polttoaineeseen, mutta siitä ei kuitenkaan tule kasvihuonekaasupäästöjä tai ilmansaasteita, kuten polttamiseen perustuvasta energiantuotannosta.

Tuuli- ja aurinkovoiman määrä vaihtelee

Aurinko ja tuulivoima ottavat talteen energiaa ympäristön energiavirroista. Ne siis tuottavat energiaa silloin, kun näitä energiavirtoja, tuulta ja aurinkoa, on saatavilla. Tämä tietenkin aiheuttaa sen, että niiden tuotanto vaihtelee sään mukaan, joskus rajustikin.

Aurinkopaneeleilla ja tuulivoimaloilla on niin sanottu nimelliskapasiteetti, eli se mitä ne ideaaliolosuhteissa tuottavat. Vuoden ajalle keskimäärin laskettuna aurinkopaneelit tuottavat yleensä noin 10–20 prosentin ja tuulivoimalat 25–45 prosentin teholla nimelliskapasiteetistaan: sijaintipaikka ja käytetty teknologia vaikuttavat keskimääräiseen tehoon.

Vuoden keskiarvotuotanto antaa kuitenkin hieman erheellisen kuvan. Suomen kokoisella alueella auringon tuotanto laskee käytännössä nollaan joka yö – keskikesällä pohjoisessa aurinko ei laske, joten teoreettisesti jotain pientä tuotantoa voi tulla kesäöinä. Tuulivoimalla tuotanto harvemmin laskee ihan nollaan, mutta vain muutamaan prosenttiin maksimikapasiteetista päästään yllättävän usein, kuten oheisesta kuvasta voi huomata.

Tuulienergian tuotanto tunneittain Suomessa vuonna 2018. Lähde: Fingrid.

Aurinkoenergian tuotanto tunneittain Suomessa vuonna 2018. Lähde: Fingrid.

Tuulen ja aurinkoenergian on kaavailtu näyttelevän erittäin merkittävää roolia ilmastonmuutoksen hillinnässä, ja niiden kapasiteetti onkin kasvanut monissa maissa reipasta vauhtia. Kun tämä yhdistetään siihen, että yhteiskuntamme on täysin riippuvainen jatkuvasta ja luotettavasta energiansaannista, etenkin sähköstä, mutta myös lämmöstä ja liikennepolttoaineista, päästään lähemmäs ongelman ydintä. Kun auringon ja tuulen osuus sähköntuotannosta kasvaa merkittäviin mittoihin, esimerkiksi useisiin kymmeniin prosentteihin, tulee yhteiskunnalle yhä työläämmäksi ja kalliimmaksi paikata tuotannon vaihteluja ja tarjota yhteiskunnalle sen tarvitsema luotettava energiapalvelu.

Paljonko sähköä tarvitaan huomenna?

Ohessa on Suomen vuoden 2018 sähkön kysyntäkäyrä, josta on vähennetty vuoden 2018 tuulivoimatuotanto kerrottuna viidellä ja aurinkovoiman tuotanto kerrottuna viidelläkymmenellä (1). Suunnilleen tämän näköinen olisi siis se kysyntäkäyrä, johon kaikkien muiden tuotantotapojen, energiavarastojen ja kulutusjoustojen tulisi taipua, jotta järjestelmä pysyisi vakaana, kun tuulen ja auringon osuus kasvaa merkittävästi nykyisestä.

*Kuviossa on esitetty muiden sähkön tuotantotapojen tuntiperustainen kysynnän vaihtelu silloin, jos tuulen ja aurinkovoiman tuotannon osuus kasvaisi merkittävästi nykyisestä. Laskelmassa tuulivoiman tuotantomäärä olisi 5 ja aurinkovoiman 50 kertaa suurempi kuin mitä määrät olivat todellisuudessa vuonna 2018. Lähde: Fingrid.

Tässä skenaariossa tuuli ja aurinko tuottavat yhdessä hieman yli kolmanneksen Suomen kokonaiskulutuksesta, joka on noin 31 terawattituntia, kun Suomen kulutus vuonna 2018 oli noin 85 terawattituntia. Talven huippukulutus pyörii edelleen 11 ja 13 gigawatin välillä, joten muuta tuotantokapasiteettia ei välttämättä voida hirveästi sulkea. Sähkön tarve vähenee tuulisina päivinä hyvinkin kahdeksan tai jopa kymmenen gigawattia. Tällöin iso osa muusta kapasiteetista pitää ajaa hetkellisesti alas, tai ylijäämää myydään ulkomaille.

Kesän tarve puolestaan vaihtelee nopealla aikataululla kahdeksan ja jopa miinus kahden gigawatin välillä – eli vaikka kaikki muut laitokset olisivat suljettuina, Suomesta pitäisi toisinaan viedä sähköä kaapelit punaisina, samaan aikaan kun todennäköisesti myös naapurimaissa aurinkoa ja tuulta saadaan vähintään kohtalaisesti.

Vaikka kyseessä on yksinkertaistettu laskelma, on aika selvää, että suhteellisen mittavia ongelmia tulee eteen jo varsin maltillisilla osuuksilla säästä riippuvaa tuotantoa. Ja sähkö on tietenkin vain osa käytetystä energiasta: Suomessa noin neljännes ja kansainvälisesti noin viidennes. Myös lämpö, teollisuuden prosessit ja liikenne olisi syytä toteuttaa jotenkin muuten kuin polttoaineita polttamalla. Eri energiajärjestelmien yhdistämisestä, kuten sähkön ja lämmön yhteistuotannosta, lämpövarastojen käytöstä sekä ylijäämäsähkön käyttämisestä esimerkiksi vedyn tuotantoon, odotetaan ratkaisevan ongelmia. Myös niiden pitäisi olla kannattavia investointeja, joten esimerkiksi käyttötunteja olisi hyvä olla mahdollisimman paljon.

Kuormanseurantaa helpottaa valtavasti, jos alla on hyvänkokoinen määrä vakaata perusvoiman tuotantoa, kuten ydinvoimaa. Vesivoimalla voidaan tehdä ketterää kuormanseurantaa tuotantokapasiteetin ja kulloisenkin vesitilanteen rajoissa, mutta myös ydinvoimalat soveltuvat kuormanseurantaan ja muiden energiapalveluiden tuottamiseen mainiosti.

1. Toki on yksinkertaistavaa vain kertoa nykyinen kapasiteetti jollain luvulla, sillä todellisuudessa tuotantoa tulisi eri paikkoihin, mikä hieman tasaa tuotantoprofiilia. Siksi tätä kuvaa ei voi varsinaisesti pitää todisteena mistään, vaan se lähinnä havainnollistaa tilannetta ja ongelman suuruusluokkaa.