teknologiako ratkaisee pitkän ajan energiahaasteet?

Teknologiako ratkaisee pitkän ajan energiahaasteet?Energiateollisuus ry:n kevätseminaari 20.5.2010

Kimmo Forsman, teknologiajohtaja, ABB Oy

Talouskasvu, energian käyttö ja päästöt ovatriippuvaisia toisistaan

Ilmastonmuutoksen torjuminen edellyttää:

Förnybara energikällor

Uusiutuvat energianlähteet

� Talouskasvun ja energian käytön välisen riippuvuuden

vähentämistä

� Energian käytön ja päästöjen välisen riippuvuuden

vähentämistä

Energia-tehokkuus

© ABB Group May 21, 2010 | Slide 3

Energian kasvava kysyntäSähkön kysyntä kasvaa kaksi kertaa nopeammin

Kiina

105% 195%

Intia

126% 282%

Euroopa ja Pohjois-Amerikka

11% 31%

Lähi-Itä ja Afrikka

73% 131%

Perusenergia-tarpeen kasvu

Sähköenergia-tarpeen kasvu

IEA:N ennuste2006-30

Etelä-Amerikka

56% 81%

© ABB Group May 21, 2010 | Slide 4© ABB Group May 21, 2010 | Slide 4

Tärkein haaste: huoli ympäristöstä

� Kasvihuonekaasun vaikutuksista CO2:n osuus on 80 %� CO2:sta yli 40 % peräisin perinteisistä voimalaitoksista

Sähköntuotanto on suurin yksittäinen CO2 -päästöjen lähde

Vuo

tuis

et C

O2

-pää

stöt

[gi

gato

nnia

]Sähkövoimalaitokset

Teollisuus (sementti poisl.)MaantiekuljetusAsunto- ja palvelusektoriMetsien hävittäminen MuutJalostamot y.m.

Kansainvälinen kuljetus

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

01970 1980 1990 2000

Lähde: IPCC “Mitigationof Climate Change”,Cambridge UniversityPress, 2007

Sähköenergia, joka tarvitaan tuottamaan 1 USD kansantuotteesta

Kysynnän kasvu on haaste sekä kehittyneille ettäkehittyville markkinoilleEnergiatehokkuus on valtava mahdollisuusLähde:

International Energy Agency, Key World Energy Statistics, 2008

KWh

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Japan

i

Saksa

Venäjä

Brasilia

Intia

USA

Kiina

Lähi-it

äKok

o maailm

a

Kasvavan energiantarpeen tasapainottaminenLieventää vaikutuksia ilmastonmuutokseen

Sähkönlaatu

Verkkojenyhdistäminen

Uuttakapasiteettia

Uusiutuvaenergia

Sähkö-autot

Verkkojenluotettavuus

Tehokkaatprosessit

Rakennus-automaatio

Miksi energiatehokkuus?Energiatehokkuudella saavutetaan suurimmat päästövähennyksetLähde:International Energy Agency, World EnergyOutlook 2009

2000 2007 20302020

Hiilidioksidipäästöt (Gigatonnia)

40

30

20

57%

20%

10%10%

Energia-tehokkuus

Uusiutuvat energialähteet

Ydinvoima

CCS*

Nykyinen toiminta

450 viiteskenaario

*CCS (hiillidioksidin talteenotto ja varastointi)

Biopolttoaineet (3%)

IEA:n päästöskenaariot, hiilidioksidipäästöt (gigatonnia)Source: IEA, World Energy Outlook 2009

(Tavoitteena vakauttaa hiilidioksidipitoisuus 450 miljoonasosaan)


Tehokkaampi sähkön tuotanto, siirto ja hyödyntäminen

� Jopa 80 %:n häviöt pitkin energian arvoketjua� Jotkut häviöt ominaisia sähköenergian tuotannolle

Energiatehokkuudella voidaan koko ketjun häviöitä pienentää 30 %:lla

Saa

tavi

ssa

olev

a en

ergi

a

Tehokkaampi polttoaineen

energian konversio sähköksi

Parannettu putkistovirtaus & tehokkaammat

kuljetusratkaisut

Parannettu lähdetehokkuus

Pienemmät johtohäviöt,

parempi asemien tehokkuus

Kohotettu tuottavuus Kiinteistön-

hallinta

Perusenergia Kuljetus Tuotanto Siirto ja jakelu TeollisuusKauppa

Asuminen

80 %

häv

iöt

30 %

sää

stö

EnergiatehokkuusMoottorit

� Teollisuudessa noin kaksi kolmasosaa energiasta kuluu sähkömoottorien pyörittämiseen.

� Moottorin ostohinta on noin 3 % koko käyttöiän kustannuksista: energian kulutus on noin 94% ja huolto noin 3 %.

� Yksi 11 kW energiatehokas moottori (2% tehokkaampi normaalia tehokkaampi) voi jatkuvassa käytössäsäästää 33,6 MWh energiaa, mikävastaa noin 1,1 tonnin hiilidioksidipäästöjä vuodessa.

� Yhdessä paperitehtaassa voi olla jatkuvassa käytössä 2.000 moottoria.

*toiminnassa 8.000 tuntia vuodessa

EnergiatehokkuusTaajuusmuuttajat

� Taajuusmuuttajalla voidaan vähentääpumppuja, tuulettimia ja kuljettimia pyörittävien moottorien energian kulutusta jopa 50 %.

� Vaihtoehtona on pyörittää moottoria täydellä teholla ja samanaikaisesti säätää tehoa (mikä vastaa auton nopeuden hallintaa jarruttamalla, kun toinen jalka on vielä kaasupolkimella).

� Maailmanlaajuisesti vajaa 10% moottoreista on varustettu taajuusmuuttajalla.

� ABB:n asentamien taajuusmuuttajien avulla vähennetään vuosittain hiilidioksidipäästöjä yli 150 miljoonaa tonnia

EnergiatehokkuusProsessiautomaatio

� Teollisuuden- ja sähkölaitosten prosessien seuranta ja valvonta

� Laitoksella on tuhansittain lämpö- ja virtausmittareita, paineantureita ja muita laitteita, joiden mittaamat prosessin tiedot syötetään keskusvalvontajärjestelmään.

� Tuotantolaitoksia käytetään parhaalla mahdollisella hyötysuhdealueella hävikin pienentämiseksi.

� Tuloksena parempi saanto ja laatu kulutettua energiayksikköä kohti.

EnergiatehokkuusPropulsiojärjestelmät ja turboahtimet

� ABB:n Azipod-propulsiojärjestelmätsäästävät tilaa, vähentävät melua ja parantavat alusten ohjattavuutta.

� Niiden ansiosta polttoaineen kulutus laskee noin 15 %.

� ABB:n turboahtimet parantavat moottoreiden tehokkuutta jopa 300%.

� Polttoainetta säästyy noin 10%.

� Turboahtimia käytetään laivoissa, vetureissa ja suurissa rekoissa.


KNX-taloautomaatioJopa 30 % alhaisempi energiankulutus

ABB:n tekniikkaa käytetään automaattisiin ohjauksiin liike- jaasuinrakentamisessa. KNX-taloautomaatiota käytetään

� valaistuksen ohjaukseen

� lämmityksen ja jäähdytyksen ohjaukseen

� markiisien ohjaukseen

� energiankulutuksen optimointiin


Kestävä kehitys lisääntyvällä uusituvan energian tuotannolla

� Uusiutuvan energian tuotannon vahva kasvu� OECD-maissa kasvu on tuulivoimavetoinen� Arvioidut uusiutuvan energia tuotannon globaalit investoinnit: 200 miljardia USD

vuoteen 2030 mennessä

120 GW

50 GW50 GW

300 GW

Potentiaalinen lisävesivoimakapasiteetti 2006-2030

Kiina

Intia

Lähi-Itäja Afrikka

Etelä-Amerikka

Vesi

Tuuli

BiomassaMuut

Vesivoima tulee säilyttämään avainasemansa, uusiutuvana energiana tuulivoima seuraa.

Glo

baal

i pro

jisoi

nti l

isäu

usiu

tuva

sta

ener

gias

ta v

uote

en 2

030

Lähde:IEA 2008

100 %

Uusiutuvan energian nopeasti kasvavat markkinat

0

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

2007 2008 2009e 2010e 2011e 2012e 2013e

Asia

Europe

Americas

Global wind power market 2007-13 Source: MAKE Consulting March 2009

17% CAGR

0

2 000

4 000

6 000

8 000

10 000

12 000

14 000

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Global photovoltaic market 2007-13Source: EPIA 2009

31% CAGR

U.S

Europe

Asia

MW added/year MW added/year

ABB:n tuulivoimateknologiaa

Staattisen loistehon kompensointi

Kestomagneeti-generaattorit(huoltovapaat)

Kytkimet ja katkaisijat

Valvonta Muuntajat

HVDC Light(maan- tai merenalaiset yhteydet sähköverkkoon)

Tehoelektroniikka(“epätasaisten”sähkövirtojen valvonta)

Konvertterit(jaksoittain tuotetun sähkön varastointi, sähkön taajuuden muuntaminen perinteiseen verkkoon)

Muuntajat

Kompaktit sähköasemat(voidaan käyttää myös merellä)

Aurinkoenergiateknologiat

Solar Energy Systems

Photovoltaic Systems

Thermodynamic systems

(Concentrating solar thermal CST))

Solar thermal systems

Flat plate collectors

Vacuum tubes

Non concentrating

PV

Concentrating PV

(CPV)

Parabolic trough design

Dish designSolar tower (Heliostats)

High concentration

(Fresnel lenses)

Low and medium

concentration(mirrors)

Cost reduction of photovoltaic systems Approaching grid parity by mass production

Aurinkosähkössä on paljon potentiaalia- 90% väestöstä asuu 2.700 km:n säteellä aavikoista

Source: DESERTEC 2008

Super grid

Key technologies for transmission efficiencyHVDC and FACTS

� HVDC (high-voltage direct current)

� About 7-8% of electrical power is lost to heat during transmission and distribution

� Raising transmission voltage by a factor of 2 can theoretically reduce electrical losses by a factor of 4

� FACTS (flexible alternating current transmission systems)

� Increase capacity of transmission lines, reducing need to build new infrastructure

� Improve voltage quality


Älykkäiden sähköverkkojen edutNeljä painopistealuetta

Kapasiteettia kasvavalle kysynnälle

•Taloudellinen•Tehokas•Yhdistetty

Luotettava sähkö-

järjestelmä

•Saatavilla•Sopeutettu•Turvallinen

Tehokkuutta koko

arvoketjuun

•Tuotanto•Kuljetus•Kulutus

Kestävääkehitystä

integroimalla uusiutuvat

•Kytketty•Vakaa•Stabiloitu

Merkittävä vaikutus verkon suorituskykyvaatimuksiin

Tulevaisuuden sähköverkot tulevat eroamaan entisistä� Sähköä monentyyppisestä ja -kokoisesta tuotannosta

� Sopeutettu vastaamaan ympäristön haasteisiin

© ABB Group May 21, 2010 | Slide 23© ABB2009-04-16 SG_Presentation_rev9b.ppt | 23

Sähköverkkorakenteen kehityssuuntaPerinteisestä verkosta tulevaisuuden verkkoon

� Keskitetty sähköntuotanto

� Yksisuuntainen tehonsyöttö

� Tuotanto seuraa kuormitusta

� Käyttö perustuu kokemuspohjaiseen tietoon

� Uusilla tuottajilla rajoitettu pääsy verkkoon

Per

inte

inen

ve

rkko

ratk

aisu

Tule

vais

uude

n ve

rkko

ratk

aisu

� Keskitetty ja hajautettu sähköntuotanto

� Kuluttajasta tulee myös tuottaja

� Monisuuntainen tehonsyöttö

� Ei-jatkuvan uusiutuva energian tuotanto

� Kuormitus sopeutettu tuotantoon

� Toiminta perustuu tosiaikaiseen tietoon


Älykkään sähköverkon edut - sähkönjakeluSähkövoimaprosessi ja informaatioympäristö

� Valvomotaso� Käytön hallinta ja -tuki SCADA/DMS� Toiminnanhallinta (OMS) älymittarit (AMR/AMI)� Alemman siirtoveron ja jakeluverkon mallinnus

(keski- ja pienjännite mukaan lukien)� Työvoiman hallinta

� Sähköasemataso� Suojaus� Ohjaus ja valvonta� Automatiikka � Tiedon jalostus

� KJ/PJ-verkon automaatio� Suojaus� Ohjaus ja valvonta� Automatiikka � Tiedon jalostus

� Talo-/kiinteistöautomaatio� Älykkäät mittarit (AMR/AMI)� Älytalointegrointi (tarve vaste)


Technology to serve customers

Decrease cost:

� Volume, Weight

� Engineering cost

� Material intensity

� Environmental impact

� Maintenance need

Increase customer value:

� Performance

� Intelligence, communication

� Functional integration

� Health, safety

� Reliability, robustness

� Usability

� Osakkaina 28 yritystä ja 16 tutkimuslaitosta� Uudet toimintamallit & uudentyyppinen yritysvetoinen

tutkimusyhteistyö� Tavoitteet ja painotukset:

1. Uudistuminen� CLEENin on luotava lisäarvoa vanhaan toimintatapaan nähden

2. Avoimuus� Avoimet tutkimuskonsortiot � Tulosaineiston käyttöoikeuksien hallittu jakaminen

3. Yritysten sitoutuminen� Yritysten työ ~50% tutkimusohjelman toteutuksesta

4. Kansainvälisyys5. Yhtenäisyys

� Ohjelman sisäiset kytkennät ja riippuvuudet

6. Laaja-alaisuus� Konsortion laajuus ja heterogeenisuus

CLEEN Oy – Uudenlaista tutkimusyhteistyötä energia-ja ympäristöalalla

CLEEN – Strategic Research Agenda 2008-

� Carbon neutral generation� Distributed energy systems� Sustainable fuels� Energy markets and smart grids � Efficient energy use� Resource efficient production technologies and services� Material recycling and waste management� Measurement, monitoring and environmental efficiency assessment

Scope and focus of CLEEN operations defined by the owners

Reviewed and updated regularly

CLEEN – tutkimusohjelmasalkku 2010

� Viisi ohjelmaa suunniteltu/käynnissä

� Smart grids and energy markets

� Future combustion engine powet plants

� Measurement, monitoring and environmental assessment

� Resource efficient processes, recycling and waste management

� Sustainable biomass fuel chain

� Laajuudeltaan yhteensä 44 M�/2010

� Laajat tutkimuskonsortiot, yhteensä yli 100 osallistujaa

� Lisäksi valmisteilla 2010 aikana aiheista

� Distributed energy systems

� Energy efficiency

� Wind power

� Carbon capture and storage

� Nuclear Power

Teknologia energiahaasteiden ratkaisemisessa

� Toistaiseksi talouskasvu johtaa energiatarpeen kasvuun, joka johtaa lisääntyviin CO2-päästöihin. ABB:n tavoite on katkaista talouskasvun ja päästöjen välinen riippuvuus.

� Energiatehokkuus ja uusiutuva energia ovat edullisimmat ja nopeimmat vaihtoehdot riippuvuuden vähentämiseen

� Sähköverkot tulevat muuttumaan monimuotoisemmiksi ja älykkäimmiksi, jolloin uutta teknologiaa ja uusia palveluita hyödyntäen sähkönkäyttäjä voi ottaa energianhallinnassaan aktiivisemman roolin

� Teknologiaa energiahaasteiden ratkaisemiseksi

� On jo nyt paljon kilpailukykyisesti ja kannattavasti käyttöönotettavissa

� Uutta tarvitaan ja tullaan kehittämään monilla sektoreilla

� Erityisesti alueille, joissa globaalisti nähtävissä vakaita ja toimivia markkinoita

� Joko puhtaasti markkinaehtoisesti tai mahdollisimman globaalisti oikein asetettujen julkisten toimenpiteiden tukemana

� Tarvitaan paljon T&K:ta ja erilaisten osaamisten yhdistämistä ja toimijoiden välistä yhteistyötä