Top 5 kaupallista uusiutuvaa energialähdettä

Uusiutuva energia on hyväksi liiketoiminnalle

2020 on epäilemättä ollut ensimmäisten vuosien vuosi. Mutta tiesitkö, että se oli myös ennennäkemättömän menestyksen vuosi puhtaan energian alalla?
Ensimmäistä kertaa uusiutuvien energialähteiden tuotanto ei ainoastaan ohittanut hiilipolttoainetta käyttävää energiantuotantoa, vaan myös vakiinnutti asemansa halvimpana, laajamittaisesti testattuna saatavilla olevana energiavaihtoehtona.
Yritys- ja ympäristö-, sosiaali- ja hallintotapaan liittyvät sijoitusrahastot (Environmental, Social and Governance, ESG-rahastot) vauhdittivat suurelta osin tuota kasvua. Osoituksena siitä, että uusiutuva energia on hyväksi liiketoiminnalle, yritysten sähkönhankintasopimukset (PPA) kasvoivat voimakkaasti, ja julkiset yrityssitoumukset, kuten RE100, siirtyä 100-prosenttisesti uusiutuviin energialähteisiin, olivat myös markkinoita nopeampia.
Mikä tekee energialähteestä uusiutuvan ja miksi se on niin suosittu?

Mitä on uusiutuva energia?

Energiasta tekee uusiutuvan kaksi keskeistä tekijää. Ensinnäkin se tuotetaan luonnonvaroista, jotka uusiutuvat helposti. Toiseksi uusiutuva energia aiheuttaa myös vain vähän tai ei lainkaan kasvihuonekaasupäästöjä.
Monet pitävät uusiutuvaa energiaa uutena asiana. Todellisuudessa luonnonvaroista saatavaan energiaan ihmiskunta on luottanut siitä lähtien, kun se on oppinut tekemään ruokaa puunuotiolla, purjehtimaan uusiin paikkoihin tuulen voimalla tai käyttämään ensimmäisiä tehtaita vesipyörillä.

Uusiutuva energia on halvin energiavaihtoehto

Raha puhuu. Ja sanotaan, että hyödyntämällä erilaisia lähteitä uusiutuva energia on usein halvin energiavaihtoehto – jopa ilman valtion tukia.
Kansainvälinen uusiutuvien energialähteiden virasto (IRENA) julkaisi toukokuussa 2020 raportin, josta käy ilmi, että yleishyödyllisen aurinkosähkön – laajimmin käytössä olevan, monipuolisimman ja kustannustehokkaimman aurinkopaneeliteknologian – eli aurinkosähköenergian kustannukset ovat laskeneet 82 prosenttia vuodesta 2010. Samana aikana maa- ja merituulivoiman kustannukset ovat laskeneet 39 prosenttia ja 29 prosenttia.
Voimasektorin hiilidioksidipäästöjen vähentäminen ei siis ole vain toteutettavissa, vaan se on myös kohtuuhintaista – mikä selittää, miksi uusiutuvat energialähteet korvaavat fossiiliset polttoaineet. Yhdysvaltain energiahallinnon mukaan uusiutuvien energialähteiden osuus Yhdysvaltain energialähteiden yhdistelmästä oli yli 17 prosenttia vuonna 2019 – lähes kaksinkertainen vuoden 2000 9 prosentin osuuteen verrattuna. Konservatiivisten ennusteiden mukaan voimme ylittää 30 prosenttia seuraavan 10 vuoden aikana, vuoteen 2030 mennessä.

Viisi tärkeintä kaupallista uusiutuvaa energialähdettä markkinaosuuden ja kasvun mukaan luokiteltuna ovat:

1. Tuulivoima
2. Vesivoima
3. Aurinkoenergia
4. Geoterminen energia
5. Tulevaisuuden &päästöjen lisääjät

#1: Tuulienergia

”Tuuli on vielä kesyttämätön ja valjastamaton voima, ja mahdollisesti yksi suurimmista keksinnöistä, joita tulevaisuudessa tullaan tekemään, tulee olemaan sen kesyttäminen ja valjastaminen.”
– Abraham Lincoln
Amerikkalaisen tuulienergialiiton (American Wind Energy Association) vuoden 2019 Wind Powers America -raportissa tuulienergian todetaan olevan Amerikan tärkein uusiutuva, päästötön energialähde.
Tuulienergian avulla tuotetaan 7 prosenttia kaikesta Yhdysvaltain sähköstä, ja lähes 60 000 laajamittaista tuulivoimalaa on toiminnassa 41 osavaltiossa ja kahdessa territoriossa. Tuulivoima sisältää sähköä, jota tuotetaan maalla sijaitsevissa voimaloissa (kuten 350 MW:n Frontier II Oklahomassa ja 182 MW:n Maryneal Teksasissa), massiivisissa offshore-torneissa ja pienemmissä tuulivoimaloissa, jotka sijaitsevat liikekiinteistöillä ja niiden välissä. Vuonna 2020 Energy Information Administration ennustaa, että tuulivoimasta tulee ykkönen sähköntuotantolähde, ja sen osuus kaikesta uudesta sähköntuotantokapasiteetista on 44 prosenttia.
Ei ole yllättävää, että tuulivoimatuotanto on ykkönen, kun otetaan huomioon, että ihmiskunta on käyttänyt tuulta energianlähteenä jo ensimmäisten purjelaivojen syntyessä, joskus 3 000-1 500 vuotta eaa. Tuulienergia on puhdasta, yltäkylläistä ja saatavilla kaikkialla maailmassa riippumatta siitä, käytetäänkö sitä liikennevoimana vai muunnetaanko se mekaaniseksi energiaksi veden pumppaamiseen, viljan jauhamiseen tai höyrykoneiden pyörittämiseen.
Mitä tuulienergialle seuraavaksi? Onshore-tuulivoiman suorituskyvyn huomattavan kehittymisen ja massiivisten offshore-tuulitornien luomisen ansiosta suurin turbiini on tällä hetkellä yli 722 jalkaa korkea ja tuottaa yksittäin 9,5 MW sähköä. Tulevaisuuden turbiinit voivat olla vieläkin korkeampia, ilmassa kulkevia, ja niihin voi kuulua sotilasluokiteltuja leijoja, heikkotuulisissa ympäristöissä toimivia mikrogeneraattoreita ja jopa lapattomia turbiineja.

#2: Vesivoima

”Vesi on minulle, tunnustan sen, ilmiö, joka herättää jatkuvasti uusia ihmetyksen tunteita aina, kun katson sitä.”
– Michael Faraday, 1853 Ensimmäisen sähkösähkögeneraattorin kehittäjä.
Numero 2 (aiemmin numero 1, kunnes tuuli ohitti sen vuonna 2020) on elämän antaja: vesi ja sen energiantuotantovaihtoehto, vesivoima. Kansallisen vesivoimayhdistyksen (National Hydropower Association) mukaan liikkuvien vesien – jokien, purojen ja valtamerten vuorovesien – tuottaman energian osuus kokonaissähköntuotannosta on 7 prosenttia.

Hydropower on yksi maapallon vanhimmista energialähteistä. Antiikin Kreikan maanviljelijät käyttivät liikkuvaa vettä pyörittämään turbiineja ja suorittamaan tehtäviä, kuten viljan jauhamista. Yhdysvaltain teollisen vallankumouksen aikana vesivoima tuotti mekaanista energiaa, jota tarvittiin tekstiilien ja muiden laitteiden valmistamiseen. Vuonna 1882 Yhdysvaltain ensimmäinen vesivoimalaitos rakennettiin Appletoniin, Wissiin, ja se antoi virtaa paperitehtaan ja useiden kotien valaistukseen. Yksi maan suurimmista kaupallisista energiayhtiöistä, Duke Energy (Duke Energy Renewablesin emoyhtiö), aloitti toimintansa vesivoimayhtiönä vuonna 1900. Yhtiö omistaa ja käyttää edelleen 31 vesivoimalaitosta ja kahta pumppuveden varastointilaitosta.
Tänä päivänä 2 500 patoa 41 osavaltiossa ja kahdella alueella tuottaa 78 gigawattia (GW) tavanomaista ja 22 GW pumppuvesivoimaa. Vertailun vuoksi mainittakoon, että koko maassa on yli 80 000 patoa, jotka eivät tuota sähköä. Vaikka kaikki nämä padot eivät sovellu sähköntuotantoon, Yhdysvaltain energiaministeriön tutkimuksen mukaan sähköntuotantokapasiteetin lisääminen vain 100:aan näistä patoaltaista voisi lisätä jopa 8 GW uutta uusiutuvaa kapasiteettia, mikä riittäisi noin 3,2 miljoonan kodin energiansyöttöön ja nykyisten perinteisten vesivoimalaitosten koon kasvattamiseen 10 prosentilla.
Vesivoimalla, kuten muillakin ihmisen luomisilla energiantuotantolähteillä, on hyvät ja huonot puolensa. Vesivoiman tunnetut kielteiset vaikutukset kaloihin ja luonnon ekosysteemeihin aiheuttavat monien vanhojen patojen purkamisen. Yksi edistysaskel on mahdollisuus yhdistää vesivoima energiavarastoksi, joka toimii yhdessä aurinkoenergian kanssa silloin, kun aurinko ei paista, ja/tai tuulen kanssa silloin, kun ilma on tyyni. Uusiutuvan energian hybridituotantoa käsitellään tarkemmin listamme numerossa 5.

#3: Aurinko

”Panostaisin aurinkoon ja aurinkoenergiaan. Mikä voimanlähde! Toivottavasti emme joudu odottamaan öljyn ja hiilen loppumista ennen kuin tartumme siihen. Kunpa minulla olisi vielä vuosia jäljellä!”
– Thomas Edison
Aurinko on toinen luonnollinen energianlähde, sillä se säteilee joka sekunti tarpeeksi energiaa tyydyttääkseen maailmanlaajuisen energiantarpeen yli kahdeksi tunniksi. Ei siis ole yllättävää, että aurinkoenergiantuotanto, kuten aurinkosähkö, on yksi nopeimmin kasvavista kaupallisista uusiutuvista energialähteistä.
Aurinkoenergiantuotanto toimii kaikkialla, minne aurinko paistaa, ja kahdeksan Yhdysvaltain osavaltiota tuottaa jo yli 5 prosenttia sähköstään aurinkoenergialla. Kalifornia on kärjessä noin 19 prosentin osuudella, ja Pohjois-Carolinassa, jossa Duke Energy Renewablesin pääkonttori sijaitsee, 6 prosenttia energiasta tuotetaan aurinkoenergialla. Yhdysvaltain aurinkoenergiamarkkinoiden odotetaan saavuttavan 3 miljoonan laitoksen rajan vuonna 2021 ja 4 miljoonan laitoksen rajan vuonna 2023.

Auringon hyödyntämisellä energiantuotannossa on ikivanha historia, joka juontaa juurensa jo vuoteen 7 eKr., jolloin ihmiset käyttivät sitä ensimmäisen kerran tulen sytyttämiseen. Daryl Chapin, Calvin Fuller ja Gerald Pearson kehittivät Bell Labsissa vuonna 1954 ensimmäiset pii-polttokennot ja aurinkokennot, jotka kykenivät muuntamaan auringon energiaa riittävästi sähköenergiaksi jokapäiväisten sähkölaitteiden käyttämiseksi. Maailman pisimpään toiminnassa ollut aurinkovoimala, Solar Energy Generating Systems (SEGS), aloitti kaupallisen mittakaavan aurinkoenergian tuotannon 1980-luvulla Mojaven autiomaassa.
Tänä päivänä aurinkoenergian tuotanto vaihtelee ultrakevyistä ja kannettavista aurinkolatureista, jotka sopivat reppureissaamiseen, laajamittaisiin aurinkoenergiatoimintoihin, kuten Amazonin suurimpaan aurinkokattoon Coloradossa, ja aurinkoenergiasta yliopistojen ja koulujen aurinkoenergiantuotannosta yleishyödyllisiin aurinkoenergiahankkeisiin, kuten Teksasissa sijaitsevaan Holstein Solar -hankkeeseen, joka on kooltaan 200 MW. Tutkijat arvioivat, että kaikella aurinkoteknologian kehityksellä voisimme saavuttaa 700 prosentin parannuksen energiantuotannossa vuoteen 2050 mennessä (tai aikaisemmin).

#4 Maalämpö

”Vanhassa taloudessa energiaa tuotettiin polttamalla jotain … Uudessa energiataloudessa valjastetaan tuulen energia, auringosta tuleva energia ja maan sisältä tuleva lämpö.”
– Lester R. Brown
Geoterminen energia (maan lämpö) on 4. sijalla kaupallisten uusiutuvien energialähteiden top-listallamme. Kuumaa vettä esiintyy luonnostaan vaihtelevissa lämpötiloissa ja eri syvyyksissä maapallon pinnan alla. Näihin maanalaisiin varastoihin voidaan porata hyvin syviä, vähintään kilometrin pituisia kaivoja, joista höyryä voidaan hyödyntää ja tuoda pintaan käytettäväksi erilaisissa sovelluksissa, kuten sähköntuotannossa, lämmityksessä ja jäähdytyksessä sekä muissa suorissa käyttötarkoituksissa. Yhdysvalloissa suurin osa geotermisistä säiliöistä sijaitsee läntisissä osavaltioissa. Maailman suurin geotermisten voimalaitosten ryhmä sijaitsee Pohjois-Kaliforniassa sijaitsevalla geotermisellä The Geysers -kentällä, joka käyttää myös regeneroitua jätevettä lisäveden lähteenä.
Italian Toscanassa sijaitseva ensimmäinen geoterminen voimalaitos aloitti toimintansa vuonna 1904. Se tuotti sähköä vain 10 kilowattia, joka riittää viiden hehkulampun käyttöön. Geotermisen energian suuri etu on, että se ei tarvitse polttoainetta, joten se on immuuni polttoainekustannusten vaihteluille. Pääomakustannukset – lähinnä porauskustannukset – ovat kuitenkin yleensä korkeat. Kannattavien geotermisten resurssien löytämiseen liittyy myös suuri taloudellinen riski.

Geotermisen energian tulevaisuus voi olla sen sivutuotteissa – erityisesti arvokkaassa litiummineraalissa. Litium on kriittinen komponentti suuren mittakaavan akkuteknologioissa, joita käytetään akkuenergian varastointijärjestelmissä ja sähköajoneuvoissa. Luodakseen uusia lähteitä halutulle mineraalille Kalifornian osavaltio rahoittaa litiumin louhintahanketta, jolla luodaan kannattava, päästötön sivutuote nykyisestä geotermisestä energiantuotannosta.

#5 Kehittyvät uusiutuvat energialähteet & Päästöjen vähentäjät

”Jos haluat löytää maailmankaikkeuden salaisuudet, ajattele energian, taajuuden ja värähtelyn termein.”
– Nikola Tesla
Luettelomme numeroon 5 kuuluu kehittyviä uusiutuvan energian tekniikoita sekä innovaatioita, jotka eivät itsessään varsinaisesti tuota energiaa. Sen sijaan ne täydentävät muita uusiutuvia energialähteitä. ”Tehostajat”, kuten kutsumme niitä, pyrkivät voittamaan uusiutuvien energialähteiden, kuten tuuli- ja aurinkoenergian, katkonaisuuden ja alentamaan kustannuksia sekä päästöjä.

Uusiutuvan energian tehostajia ovat muun muassa:

• Energian varastointi – Energian varastointia pidetään kriittisenä keinona varmistaa, että uudet energialähteet eivät mene hukkaan, koska se ottaa talteen kerralla tuotetun energian ja varastoi sen käytettäväksi toisena ajankohtana, ja se ei haaskaa energiaa, vaan se on tärkeä keino varmistaa, etteivät uudet energialähteet menetä hukkaan, (esim, tuuli- ja aurinkoenergian käytön rajoittaminen, kun verkossa on liikaa energiaa) ja ovat käytettävissä silloin, kun energialähteet eivät tuota energiaa (esim. yöllä, kun aurinkopaneelit eivät kerää energiaa auringosta). Akkuenergian varastointijärjestelmät (BESS) ovat ylivoimaisesti nopeimmin kasvava ja laajimmin käytössä oleva energian varastointijärjestelmä, joka lisää energian häiriönsietokykyä ja merkittäviä kustannussäästöjä, kun se yhdistetään aurinko- ja tuulivoimahankkeisiin. Esimerkki: 36 MW:n Notreesin akkuvarastointihanke, joka on Amerikan suurin tuulipuiston akkuvarastointihanke. Muita energian varastointijärjestelmiä ovat vesivoiman pumppausvarastointi (PSH) ja painovoimainen energian varastointi, joka on nopeasti kehittyvä mekaaninen järjestelmä, jota tullaan näkemään paljon enemmän tulevaisuudessa.
• Polttokennot ja vihreä vety – Polttokennot toimivat kuten akut, mutta ne eivät tyhjene eivätkä tarvitse latausta. Ne tuottavat sähköä ja lämpöä niin kauan kuin polttoainetta syötetään. Nykyään tämä polttoaine on tyypillisesti vety, joka valmistetaan veden elektrolyysillä fossiilisia polttoaineita käyttäen. Päästöttömyyden saavuttamiseksi vaihtoehtoinen polttoainelähde, jota kutsutaan ”vihreäksi vedyksi”, tuotetaan samalla elektrolyysiprosessilla, mutta sen polttoaineena käytetään päästötöntä tuulta ja/tai aurinkovoimaa. Polttokennoja käytetään tuottamaan peruskuormitussähköä paikan päällä.
• Energiatehokkuus – Kun rakennukset, ajoneuvot ja laitteet tehostuvat, energiaa käytetään tai sitä tarvitaan vähemmän. Mitä vähemmän energiaa käytetään, sitä vähemmän tuotantoa tarvitaan. Korkean energiatehokkuuden varmistaminen vähentää kaikkien energiantuotantolähteiden tarvetta.
• Sähköistäminen – Tämä tarkoittaa koneen tai järjestelmän muuntamista sähköenergiaksi. Rakennusten lämmityksestä ja jäähdytyksestä autoihin, linja-autoihin, kuorma-autoihin, laivoihin ja lentokoneisiin sähköistäminen siirtää energiantarvetta puhtaampiin energialähteisiin ja auttaa saavuttamaan nollapäästöt nopeammin. Monet katsovat, että energian tulevaisuus on hiilidioksidipäästöjen vähentäminen ja ajoneuvojen sähköistäminen. Tämä tarkoittaa kaikkea sähköpyöristä valtaviin, 45 tonnin painoisiin dumpperi- ja kaivoskuorma-autoihin, jotka ovat kolmikerroksisen toimistorakennuksen kokoisia.

Kehittyviä uusiutuvan energian teknologioita, joita kannattaa tarkkailla, ovat muun muassa:

• Vuorovesienergia – Uusiutuva energialähde, joka ammentaa voimaa valtamerten noususta ja laskusta. Yksinkertaisimmillaan meren pinnan alla olevat turbiinit pyörivät vuoroveden noustessa ja laskiessa ja tuottavat sähköä, joka sitten johdetaan takaisin rannikolle vedenalaisten kaapeleiden kautta. Vuorovesienergiaa tuotetaan myös suurilla rakennelmilla, joita rakennetaan joen poikki, yleensä lähelle sen suuta, jossa joki kohtaa valtameren, ja joita kutsutaan padoiksi. Koska emme ole vielä keksineet, miten rajoittaa haitallisia vaikutuksia herkkiin valtamerten ja rantojen ekosysteemeihin, ja koska kustannukset ovat edelleen korkeat, Yhdysvalloissa ei ole yhtään suuren mittakaavan vuorovesivoimaa tuottavaa laitosta. Mutta menestys Aasiassa ja kiinnostus yhdistää meriveden suolanpoistolaitosten kanssa juomakelpoisen makean veden tuottamiseksi merivedestä voivat muuttaa tämän tilanteen lähitulevaisuudessa.
• Biokaasu – Biokaasua tuotetaan eläin- ja kasvijätteiden anaerobisella bakteerihajoamisella. Tämä eroaa biomassasta/biopolttoaineista, joita jotkut kutsuvat uusiutuviksi, koska puun tai sokeriruo’on kaltaiset polttoaineet uusiutuvat, mutta jotka on jätetty pois tästä luettelosta, koska niitä pidetään tällä hetkellä ”paljon päästöjä aiheuttavina” polttoainelähteinä. Bakteerit eivät ole nirsoilijoita. Nämä mikro-organismit syövät maatalousjätettä, lantaa, yhdyskuntajätettä, jätevesiä, viherjätettä tai ruokajätettä. Syntyvä biokaasu on metaania, jota kutsutaan myös maakaasuksi ja joka sitten poltetaan tai poltetaan sähkön tuottamiseksi. Esimerkkinä voidaan mainita Duke Energy, joka tekee yhteistyötä palvelualueillaan sijaitsevien meijereiden kanssa ja johtaa lannasta peräisin olevaa metaania maakaasuputkistojensa kautta tuotantolaitoksiin. Connecticutin kaltaiset yhdysvaltalaiset niitit ovat myös panostaneet paljon aikaa ja investointeja aurinko-, tuuli- ja biokaasun yhdistämiseen kaatopaikoilla ja muilla ”brownfield”-alueilla, jotta saadaan aikaan johdonmukainen energiantuotannon lähde.
• Säteilyenergia – Aaltoliikkeessä, erityisesti sähkömagneettisessa aaltoliikkeessä (esim. magneettien ja liikkeen välityksellä) välittyvänä energiana tätä luonnollista energiamuotoa voidaan kerätä suoraan ympäristöstä tai ottaa talteen tavallisesta sähkövirrasta niin sanotulla fraktiointimenetelmällä. Yhden varhaisimmista säteilyenergiaan perustuvista langattomista puhelimista keksi Nikola Tesla vuonna 1916. Nykyään 99 prosenttia tavallisen sähkön kustannuksista voidaan säästää käyttämällä säteilyenergiaa. Säteilyenergiaa hyödyntävistä itsestään toimivista laitteista on useita pilotteja. Voimalaitosta ei tarvita. Perimmäinen uusiutuva energia on se, joka tapahtuu laitteessa itsessään. Pysykää kuulolla!
• Tulevaisuuden uusiutuvat energialähteet – Laboratorioissa ympäri maailmaa tutkitaan monia innovaatioita. Jotkut, kuten Fuel from Air ja aurinkokennojen kapasiteetin eksponentiaaliset parannukset, näyttävät erittäin lupaavilta. Nähtäväksi jää, mitkä tulevaisuuden uusiutuvat energialähteet saavuttavat sen mittakaavan, turvallisuuden ja luotettavuuden, jota tarvitaan maailman sähköntarpeen tyydyttämiseksi.

Mikä uusiutuva energialähde sopii sinulle parhaiten?

Jopa epävarmoina aikoina puhtaan energian kysyntä kasvaa edelleen. Todella hieno uutinen on se, että viime vuosikymmenen aikana uusiutuvan energian innovaatiot ovat astuneet ”vaihtoehtoisen energian” kategoriasta valtavirtaan, sillä ne ovat erittäin edullisia, yhä luotettavampia ja yleisesti laajan yleisön saatavilla. On hauska verrata listoja vuonna 2030 siihen, mitkä ovat tärkeimmät uusiutuvat energialähteet vuonna 2020. Odotamme innolla, että saamme tehdä päivityksen teille silloin!

Tietoa Duke Energy Renewablesista

Uusiutuvien energialähteiden perusteiden ja tärkeimpien uusiutuvien energialähteiden tuntemus on ensimmäinen askel yrityksesi kestävien energiaratkaisujen kehittämisessä. Yhtä tärkeää on saada nämä tiedot luotettavasta lähteestä, jolla on kokemusta uusiutuvan energian palveluiden ja ratkaisujen tarjoamisesta.
Olemme Duke Energy Renewables, ja työskentelemme suurten yritysten, kuten The Home Depotin, Sprintin ja Ball Corporationin, kestävän kehityksen ammattilaisten kanssa, jotta ne voivat integroida kestäviä ratkaisuja toimintoihinsa energiansäästöjen aikaansaamiseksi ja hiilidioksidipäästöjen vähentämistavoitteiden saavuttamiseksi. Olemme asiantuntijoita, jotka opastavat sinut energiansäästöihin ja energiaomavaraisuuteen, ja olemme täällä auttamassa.