Sähkönjakeluverkon komponenttien elinkaarien merkittävimmät vaiheet riippuvat hyvin paljon siitä, mitä komponenttia tarkastellaan. Kun tarkastellaan esimerkiksi komponentin kuluttamaa energiamäärää, painottuu osalle komponenteista valmistus kun taas toisille komponentin käyttö.
3.3.1 Valmistus
Sähkönjakeluverkon tuotteiden valmistukseen kuluu merkittävästi energiaa. Valmistus on myös merkittävä tekijä joidenkin komponenttien, kuten sähköaseman kojeistojen, elin-kaaren kokonaisenergiankulutuksesta, koska näiden komponenttien käytön aikana ei kulu merkittävästi energiaa häviöinä.
Valmistuksessa aiheutuviin CO2-päästöihin päästään kiinni tarkastelemalla valmistuksessa kuluvaa energiamäärää ja edelleen sitä, miten energia on tuotettu. Usein voidaan olettaa, että energia on sähköenergiaa, joka on otettu valtakunnallisesta verkosta. Näin ollen voi-daan laskea sähköntuotannossa käytettävistä fossiilisista polttoaineista aiheutuvat CO2 -päästöt valmistuksessa käytettävälle energiamäärälle.
Tässä työssä valmistuksen energiankulutuksessa ei ole huomioitu käytettävien raaka-aineiden valmistuksen ja logistiikan energiankulutusta. Raaka-aineteollisuus on tyypilli-sesti hyvin energiaintensiivistä ja sen energiankulutus tulisi huomioida osana komponen-tin valmistusta. Tältä osin valmistusvaiheen analyysin tarkentaminen edellyttäisi kuitenkin kunkin komponentin koko raaka-aine ketjun tuntemusta. Esimerkiksi metallien kohdalla tämä tarkoittaa ketjua malmin louhinnasta kaivokselta lähtien kaikkine välikuljetuksineen ja jalostusvaiheineen aina komponenttivalmistajalle asti. Koska tämän vaiheen riittävän yksityiskohtaisten tietojen hankinta jäisi tämän työn laajuudessa osittain arvailujen va-raan, on ketjun tarkastelu päätetty jättää pois. Edellä esitettyjen materiaalien valmistuk-seen käytettävien energiamäärien perusteella saa kuitenkin käsityksen materiaalin valmis-tukseen kuluvan energian suuruusluokasta.
3.3.2 Logistiikka
Kaikki sähkönjakeluverkon komponentit on kuljetettava käyttöpaikalleen. Myös valmis-tuksessa käytettävät raaka-aineet kuljetetaan tehtaalle, joissa niistä valmistetaan valmiita tuotteita. Komponentit vaativat mahdollisesti myös huoltotoimenpiteitä, joita ei voida suorittaa niiden käyttöpaikoillaan, joten komponentit on kuljetettava huoltoon ja edelleen takaisin paikoilleen. Viimeinen kuljetus on komponentin kuljetus hävitettäväksi tai kierrä-tettäväksi. Kuljetustarve on hyvin erilainen eri komponenteille johtuen esimerkiksi kom-ponentin koosta, painosta ja laadusta. Esimerkiksi sähköaseman päämuuntaja painaa pal-jon ja se todennäköisesti huolletaan elinkaarensa jossain vaiheessa perusteellisesti käyttö-paikkansa ulkopuolella. Vastaavasti maahan aurattua kaapelia ei koskaan nosteta paikal-taan huoltoa varten muualle korjattavaksi.
Valmiiden komponenttien kuljetuksissa käytetään pääasiassa kuorma-autoja ja ajoneu-voyhdistelmiä, joiden energiankulutus on yleisesti tiedettävissä. Raaka-aineita puolestaan kuljetetaan paljon laivoilla ja rautateitse. Kun tiedetään kuljetettavien komponenttien pai-not sekä kuljetettava matka, voidaan arvioida komponentin osuutta kuljetuksessa aiheu-tuviin energiahäviöihin sekä CO2-päästöihin.
3.3.3 Asennus ja käyttöönotto
Jokainen sähkönjakeluverkon komponentti joudutaan asentamaan ja ottamaan käyttöön.
Tähän prosessiin tarvitaan usein energiaa kuluttavaa kalustoa kuten autonostureita, kai-vureita sekä muita moottoriajoneuvoja. Asennuksessa ja käyttöönotossa käytettävä ener-giamäärä riippuu jälleen merkittävästi siitä, mikä komponentti on kyseessä. Esimerkiksi suurikokoisen sähköaseman päämuuntajan asennukseen kuluu enemmän energiaa kuin jakelumuuntajan asennukseen. Toisaalta koko elinkaaren energiankulutusta tarkasteltaes-sa on esimerkiksi sähköaseman kojeistojen asennukseen kuluvan energian prosentuaali-nen osuus koko sen elinkaaren energiankulutuksesta huomattavasti suurempi, kuin esi-merkiksi muuntajan. Tämä johtuu siitä, että muuntajilla on käytönaikaisia energiahäviöi-tä, mutta kojeistoilla ne ovat hyvin pienet.
Johtimien asentaminen maahan vaatii tavallisesti enemmän energiaa kuin ilmajohdon asentaminen. Näihin päästään kiinni tarkastelemalla työkoneiden ja ajoneuvojen käyttöä ja kulutusta.
3.3.4 Käyttö
Komponenttien käytön energiatehokkuus ja siitä aiheutuvat häviöt on arvioitava tarkasti, koska komponenttien pitoajat ovat usein kymmeniä vuosia ja komponenttien läpi kulkee suuria määriä sähköenergiaa. Käyttö on elinkaarianalyysin tärkein vaihe erityisesti muun-tajille sekä sähkön siirtoon ja jakeluun käytettäville kaapeleille ja avojohdoille. Näissä komponenteissa syntyvien häviöiden määrä riippuu läpi siirrettävän energian ohella mer-kittävästi komponentin ominaisuuksista. Vastaavasti osalle komponenteista, kuten säh-köaseman kojeistoille, käytössä ei aiheudu merkittävästi energiahäviöitä. Käytössä aiheu-tuviin CO2-päästöihin päästään kiinni tarkastelemalla Suomessa sähköntuotannossa käy-tettäviä energianlähteitä ja sitä, kuinka suuri osa näistä on uusiutumattomia energialähtei-tä.
3.3.5 Huolto ja kunnossapito
Sähkönjakeluverkon komponentit vaativat myös huoltoa ja kunnossapitoa, johon tarvi-taan energiaa kuluttavaa kalustoa. Kunnossapitoon laskettavia tarkastustoimenpiteitä vaativat erityisesti muuntajat ja avojohtorakenteet. Vähemmän kunnossapitoa vaativat kaapelit ja riippukierrejohdot. Avojohdoille tehtävät kunnossapitotoimenpiteet tarkoitta-vat tavallisesti johtokatujen raivaamista ja kaapeleiden tapauksessa esimerkiksi kaapelin eristeen ominaisuuksien mittaamista.
Jakeluverkossa tapahtuvat jakelukatkokset johtuvat usein vioittuneesta johtimesta, joka joudutaan korjaamaan. Vika johtuu usein esimerkiksi avojohtimen päälle kaatuneesta puusta tai poikki kaivetusta kaapelista. Useasti viankorjaus lasketaan osaksi rakenteen huoltoa. Tässä työssä viankorjausta käsitellään komponenttikohtaisesti eriytettynä kun-nossapidosta, koska nämä toimenpiteet on tapana eriyttää myös jakeluverkkojen kustan-nusanalyyseissä. Tämä mahdollistaa tarvittaessa sijoituspaikkakohtaisten lähtötietojen käyttämisen vikatarkasteluissa, sillä vikamäärät ja siten viankorjauksen tarve voivat vaih-della huomattavasti sijoituspaikan mukaan.
3.3.6 Käytöstä poistaminen
Loppusijoitus ja komponentin hävitys eivät tavallisesti ole merkittävä osa komponentin kokonaisenergiankulutuksesta. Lisäksi komponentteja ja komponenteissa käytettäviä ma-teriaaleja voidaan käyttää uudelleen, joten esimerkiksi kaikki valmistusvaiheessa käytetty energia ei sitoudu enää pelkästään alkuperäiseen tuotteeseen.
4 Sähkönjakeluverkkojen energiataseen määrittäminen
Tässä työssä tarkastellaan sähkönjakeluverkon primäärikomponenttien elinkaaren eri vai-heiden energiankulutusta ja syntyviä CO2-päästöjä. Komponenttien elinkaaria analysoi-daan esimerkkitapausten avulla, jotka luovat kuvan energiankulutuksen suuruusluokasta.
Yleispätevien arvojen saavuttaminen edellyttäisi laajoja tilastollisia tarkasteluja. Energia-määrien ja CO2-päästöjen laskennassa käytetään apuna Suomen sähköntuotantorakennet-ta, joka on esitetty kuvassa 3.
Kuva 3. Suomen sähkönhankinta energialähteittäin vuonna 2007.(energia.fi)
Suomen sähkönhankinnassa käytettävistä energianlähteistä 33,9 % aiheuttaa CO2 -päästöjä. Oletetaan lisäksi, että Suomeen tuodusta sähköenergiasta tuotetaan suhteelli-sesti sama osuus fossiilisia polttoaineita käyttäen, joten Suomen kokonaissähkönhankin-nasta 38,6 % perustuu CO2-päästöjä aiheuttaviin energianlähteisiin. Vuonna 2007 Suo-messa käytettiin 90,3 TWh sähköä. Saman vuonna SuoSuo-messa tuotettiin sähköä noin 77,75 TWh, josta aiheutui 17,6 miljoonaa tonnia hiilidioksidia. Suomeen tuotiin sähkö-energiaa 12,55 TWh (energia.fi), josta voidaan arvioida aiheutuneen noin 2,84 miljoonaa tonnia hiilidioksidipäästöjä edellä mainituin oletuksin. Yhteensä sähkön tuotannosta voi-daan siten arvioida syntyneen 20,44 miljoonaa tonnia hiilidioksidia, eli 226 gCO2/kWh.
Esimerkkilaskelmiin on hankittu lähtötietoja komponenttivalmistajien omista julkaisuista, internet-sivuilta sekä kirjallisuudesta. Alan yrityksiltä on myös kysytty suoraan arvioita eri komponenttien elinkaarien eri vaiheista seuraavasti: (liite 2)
• Komponenttien asennuksesta, käyttöönotosta, korjauksesta, huollosta ja käytöstä poista-misesta on saatu arvioita Kymenlaakson Sähkö Oy:ltä ja Suur-Savon Sähkötyö Oy:ltä (KLS), (SSS)
• Muuntajien valmistukseen kuluvasta energiasta on tietoja saatu Trafotek Oy:ltä (Trafo-tek)
• Johtojen valmistukseen kuluvasta energiasta on tietoja saatu Reka Oy:ltä (Reka) Valmistajien dokumentteja on käytetty seuraavasti:
• Johtojen teknisiä tietoja Prysmian Cables and Systems Oy:n julkaisusta (Prysmian 2009)
• Jakelumuuntajien teknisiä tietoja ABB Oy:n julkaisusta (ABB TTT)
• Kojeistojen teknisiä tietoja ABB Oy:n julkaisusta (ABB Uni)
Osassa esimerkkilaskuista on käytetty seuraavia parametreja, joista osa vaihtelee todelli-suudessa hyvin paljon tilannekohtaisesti. Nämä parametrien arvot ovat eri lähteiden pe-rusteella muodostettuja arvioita, joiden avulla saadaan käsitys energiankulutuksen ja CO2-päästöjen suuruusluokasta komponenttien kussakin elinkaaren vaiheessa.
• Litra dieseliä (bensiiniä) sisältää energiaa 38,6 MJ (hypertextbook.com), (unido.org)
• Palaessaan litra dieseliä tuottaa noin 2,66 ja litra bensiiniä noin 2,35 kilogrammaa CO2 -päästöjä (ake.fi)
• Täysperävaunullisen ajoneuvoyhdistelmän polttoaineen kulutukseksi on arvioitu 50 l/100 km (tekniikkatalous.fi)
• Täysperävaunuyhdistelmän omamassa noin 20 t, täydessä kuormassa 60 t (volvot-rucks.com)
• Ajoneuvoyhdistelmä (täysperävaunu) kuluttaa polttoainetta 50 l/100 km
• Kuorma-auto kuluttaa polttoainetta 40 l/100 km, nosturikäytössä 10 l/h (gigapower.fi)
• Työryhmäauto kuluttaa polttoainetta 17 l/100 km ja pakettiauto 11 l/100km. (Lukemat Suur-Savon Sähkötyö Oy:n autoista)
• Kaivuri kuluttaa 15 l/h (autokanta.com)
• Moottorikelkka kuluttaa 20 l/h (gigapower.fi)
• Saha kuluttaa 1,4 l/h(Ecfo 2002)
Lisäksi esimerkkitilanteissa on oletettu seuraavia asioita:
• Komponenttien pitoaika on 40 a
• Komponenttien kuljetusmatka on keskimäärin 100 km
• Komponenttien asentamisen, käyttöönoton, huollon, kunnossapidon ja poistamisen takia kuljettava matka on keskimäärin 40 km
• Johtimet ovat esimerkkitilanteissa 1 km pituisia
• Keskijänniteverkon komponenttien kuormitusvirtana on käytetty 100 A ja pienjännitever-kon kuormitusvirtana 22 A (Väissi 2006, Vatanen 1998)
• Muuntajia ja sähköaseman kojeistoja on tarkasteltu yksittäin