Vesivoima ja sen vaikutukset ympäristöön – Miltä kestävä energiajärjestelmä voi näyttää tulevaisuudessa?

Tuuli- ja aurinkovoiman osuus sähköntuotannosta on lisääntynyt viimeisten vuosien aikana runsaasti Suomessa: Noin 44 % sähköstä tuotettiin uusiutuvalla energialla vuonna 2024. Fingridin mukaan osuuden ennustetaan nousevan noin 75 prosenttiin vuoteen 2035 mennessä, erityisesti tuuli- ja aurinkovoiman kapasiteetin poikkeuksellisen kasvun vuoksi. Uusiutuvan energian osuuden kasvattaminen ja integroiminen energiajärjestelmään ei ole kuitenkaan ongelmatonta. Väitöstutkimuksessani tarkastelen kestävää energiajärjestelmää vesivoiman näkökulmasta. Vesivoima ei tuota päästöjä, mutta laitosten toiminta rasittaa jokia merkittävästi. Ratkaisuja jokien kestävämpään käyttöön on kuitenkin mahdollista kehittää.

Vesivoima energiajärjestelmässä

Energiajärjestelmässä sähköä pitää tuottaa joka sekunti täsmälleen sen verran kuin kulutetaan. Jos tuotanto ja kulutus eivät ole tasapainossa, energiajärjestelmä voi romahtaa ja seurauksena olisi sähkökatkos. Tuuli- ja aurinkovoima ovat sääriippuvaisia; niitä ei voi kytkeä päälle, tarpeen mukaan. Siksi tarvitaan joustavia ja hallittavia energialähteitä, jotka voi kytkeä päälle nopeasti. Suomessa vesivoima on tärkein energiajouston tarjoaja, koska vesivoimalat voidaan käynnistää tai pysäyttää lähes välittömästi. Näin ne pystyvät tasapainottamaan nopeasti vaihtelevaa tuulivoimaa. Mutta joustavuudella on ekologinen hinta: Joet menettävät luonnollisen virtauksensa, vedenpinnan korkeus vaihtelee, tulvien voimakkuus muuntuu, ja nopea virtaus voi estää jokien jäätymisen talvella. Nämä vaikuttavat negatiivisesti jokien ekosysteemiin, kasvit, kalat ja muut eliöt eivät ehdi sopeutua, joten biodiversiteetti kärsii. Yhden Suomen vahvimmin säädellyn joen säännöstely näkyy jopa selvästi ilman mittausta. Lisäksi jos tuuli- ja aurinkovoiman kapasiteetti jatkaa kasvuaan kuten ennustettu, vesivoiman joustavuus tulee oleman entistä tärkeämpää. Siksi tarvitaan ratkaisuja, jotka yhdistävät energiajärjestelmän joustavuuden ja ekologisen kestävyyden. Vain silloin voidaan puhua aidosti kestävästä energiajärjestelmästä.

Ratkaisuja kestävämpään vesivoimaan

Jotta voitaisiin palata luonnollisempaan virtausjärjestelmään, vesivoimaloiden toimintaa pitäisi muuttaa. Radikaali ratkaisu olisi vesivoimaloiden purkaminen, mutta tämä on järkevä ratkaisu vain niiden pienten voimalaitosten kohdalla, joiden energiatuotanto on vähäistä. Toinen vaihtoehto olisi sääntelyaltaan asentaminen padon alapuolelle. Tämä voisi auttaa tasoittamaan huippuvesivirtauksia vapauttamalla vettä myöhemmin. Myös niin sanotun ympäristövirtauksen käyttöönotto on keino palauttaa jokien virtaukset luonnollisemmiksi. Mahdollisia rajoituksia ovat jokien minimi- ja maksimivirtaamat sekä nousunopeuden rajoitukset vesivoimalaitoksille.

Kaikki nämä ratkaisut rajaavat vesivoimaloiden toimintaa, minkä takia tarvitaan myös vaihtoehtoisia joustavuuden tarjoajia. Energian varastointijärjestelmät voivat täyttää tämän tehtävän. Akut varastoivat sähköä suoraan ja reagoivat nopeasti kulutuksen tai tuotannon muutoksiin. Lisäksi sähköä voidaan varastoida myös vetynä. Vaikka vedyn tuotanto ei ole yhtä tehokasta kuin akkujen käyttö, vetyä voidaan varastoida huomattavasti pidempiä aikoja.

Kohti tulevaisuuden energiajärjestelmää

Oma taustani on ympäristötekniikassa ja lähestyn tutkimustani energiajärjestelmän näkökulmasta. Väitöskirjatutkimukseni tavoitteena on analysoida, miten energian varastointi voi tukea ympäristövirtauksen käyttöönottoa. Tämän saavuttamiseksi rakensin mallin Suomen energiajärjestelmästä VTT:n Backbone-mallinnuskehyksen avulla. Malli perustuu aikaisempien vuosien todellisiin tietoihin ja sen avulla simuloin millaisia vaikutuksia virtaamien maksimi- ja minimirajoitusten lisäämisellä on samassa joessa sijaitsevien vesivoimalaitosten toimintaan. Lisäksi tutkin, millainen varastointijärjestelmä voisi korvata vesivoiman joustavuuden. Toisin sanoen, etsin ratkaisuja siihen, miten vesivoiman vaikutusta jokien ekosysteemiin voitaisiin vähentää.

Mallinnustulokset osoittavat, että ympäristövirtaukset vähentävät vesivoimaloiden nousunopeuksia, mutta samalla vähentävät vesivoimayhtiöiden tuloja sähkön myynnistä. Lisäksi vesivoimaloiden joustopotentiaalin korvaaminen voi lisätä energiajärjestelmän päästöjä, sillä nykyiset vaihtoehtoiset joustavuuden tarjoajat ovat fossiilisilla polttoaineilla toimivia lämpövoimalaitoksia. Mallini avulla pystyin kuitenkin osoittamaan, että akut ja vedyn varastointi voivat kompensoida tulonmenetyksiä ja estää päästöjen kasvua. Tutkimuksessani korostuu, että energiajärjestelmä pitää analysoida kokonaisuutena, jotta syy-seuraussuhteet voidaan ymmärtää, ja löytää parhaat ratkaisut tulevaisuutta varten.

Emme vielä tiedä, miltä tulevaisuuden energiajärjestelmä tulee näyttämään, mutta nyt on paras aika vaikuttaa siihen. Energiamurros on jo meneillään, joten meidän on varmistettava, että muutos etenee oikeaan suuntaan. Energiajärjestelmää ei voi kutsua kestäväksi, jos se aiheuttaa negatiivisia vaikutuksia ekosysteemeille – vaikka päästöt vähenisivätkin. Vesivoimalla on luultavasti tärkeä rooli tulevaisuudessa, kunhan sen käyttö voidaan sovittaa yhteen jokien kestävän käytön kanssa. Aion tutkimukseni avulla tehdä oman osani paremman tulevaisuuden puolesta.