Tuulivoiman tuotantoa Suomessa eri vuodenaikoina

Tämänkertainen kirjoitus liittyy ilmastoon vain välillisesti ja käsittelee varsinaisen ilmaston sijaan tuulivoiman tuotantoa Suomessa eri ajankohtina.

Tuulivoiman tuotanto vaihtelee voimakkaasti ja on vähimmillään vain muutama prosentti koko tuulivoimakapasiteetin yhteenlasketusta teoreettisesta kapasiteetista. Suurimmillaan tuotanto on noin 85% nimelliskapasiteetista, mutta useimmiten jotain näiden kahden ääripään väliltä.

Miten tuulivoiman tuotanto vastaa Suomen sähköntarpeeseen eri hetkillä?

Oheisesta graafia varten on ladattu Fingridin avoimesta datasta tuntikohtainen data Suomen sähköntuotannosta ja tuulisähkön tuotannosta ajalta 1.1.2021 – 12.12.2021. Scatterplot esittää pystyakselilla Suomen sähkön tarvetta MWh/h ja vaaka-akselilla tuulivoiman tuotantoa MWh/h. Jokainen yksittäinen piste esittää yhtä tuntia tältä ajalta. Graafin värikoodaus kuvaa mille kuukaudelle kyseinen tunti osuu.

Mitä kuvasta voidaan nähdä?

Kesällä sekä sähkön tarve että tuotanto on keskimääräistä vähäisempää. Merkittävä osa keskikesän tunneista keskittyy graafin vasempaan alanurkkaan. Talvella on tuotannon hajonta selvästi suurempaa kuin kesäisin – vuoden parhaat tunnit osuvat talviaikaan, mutta niin toisaalta myös suuri osa niistä heikoimmista.

Suomen sähköjärjestelmän kannalta ongelmallisimmat tunnit osuvat vasempaan ylänurkkaan. Näinä tunteina sähkön tarve on korkealla, mutta tuulivoiman tuotanto lähes olematonta. Nämä tunnit osuvat kaikki talviaikaan. Joulukuun alun 2021 pörssi-hinnaltaan hyvin kalliit tunnit löytyvät tumman sinisellä vasemmasta yläkulmasta.

Miksi nämä tunnit ovat haasteellisia? Energiaviraston arvio talven 2021-2022 suurimman sähkönkulutuksen aikaiselle Suomen sähköntuotannolle on 10700 MW. Suurimman kulutuksen aikaan on tuulivoiman tuotanto hyvin vähäistä, sillä tämä ajankohta osuu seisovan korkeapaineen aikaan, jolloin pakkanen on koko maassa kireää. Kun energiaviraston arvio sähkön tarpeesta huippukulutuksen aikaan on yli 15000 MW, jää Suomen sähköverkon toimivuus täysin tuontisähkön varaan. Tilanne on hallittavissa, jos kaikki siirtolinjat toimivat ja omassa tuotannossa ei ole vikatilanteita.

Joulukuun alussa 2021 oli sähkön pörssihinta jopa 1000 eur/MWh. Tuona hetkenä oli koko Suomen kaupallinen sähköntuotanto käytössä ja kaikki ulkomaanyhteydet toimivat normaalisti. Kuitenkin Baltiassa oli useita laitoksia huollossa ja myytävää Suomen markkina-alueelle ei ollut.

Toisella tavalla haasteellisia tunteja ovat oikean alanurkan tunnit; tunteja, jolloin tuulivoiman tuotanto on suurta, mutta sähkön tarve on hyvin vähäistä. Tällöin on vaara sähkön hinnan menemiseksi negatiiviselle puolelle. Negatiiviset tunnit aiheuttavat ongelmia muun sääriippumattoman tuotannon kannattavuudelle sekä vähitellen aiheuttavat hintakannibalisaation tuloksena ongelmia tuulivoiman kannattavuudelle itselleen.

Vuonna 2022 on vastaava tuotantograafi seuraavan kuvan mukainen.

Vuoden 2023 vastaava graafi on seuraavanlainen. Graafi päivittyy automaattisesti päivittäin.

Seuraavaa kuva esittää Suomen tuulivoimantuotannon käyttökertoimen histogrammia vuoden 2022 ajalta. Histogrammista näkee miten suuri osa tunneista osuu alhaisille käyttökertoimille.

Vuoden 2023 vastaava päivittyvä graafi:

Alhaisen käyttökertoimen tunnit ovat koko vuoden tilastossa vallitsevia.

Kuukausitason käyttökerroingraafi seuraavana. Kuvasta näkee hyvin, että tuulivoima tuottaa keskimäärin enemmän talvella kuin kesällä. Kuitenkin kuten aikaisemmasta tuntitason tarkastelusta nähdään, ei kuukausitason tuotanto takaa mitenkään parempaa vastaavuutta tuotannon kanssa tuntitasolla.

Vuoden 2023 vastaava graafi. Graafi päivittyy päivittäin.

Vuositason käyttökertoimen kehitys

Vuositasolla tuulivoiman käyttökertoimen kehitys on ollut vuodesta 2017 nykypäivään seuraava:

Tuulisähkön hintakannibalisaatio

Tuulivoimatuotannon ominaisuuksiin kuuluu hintakannibalisaatio. Mitä enemmän tuulivoima tuottaa, sitä enemmän sähkön markkinahinta laskee sähkön ylituotannon vuoksi. Mikäli tuotanto nousee liian suureksi, laskee sähkön hinta nollan tuntumaan tai hieman sen alle, koska ylijäämäsähkölle ei yksinkertaisesti löydy ostajaa.

Seuraavassa kuvassa on vertailtu tuulivoiman tuotantoa vuonna 2022 tunneittain sähkön hintaan saman tunnin aikana. Vuoden 2022 kannibalisaation määrittelyä vaikeuttaa sähkön tuonnin ja ydinvoiman tuotannon vaihtelu: Tuonti Venäjältä loppui toukokuussa 2022 ja toisaalta Olkiluoto 3 on toiminut vaihtelevalla teholla syksyn aikana. Kokonaista vuotta hintakannibalisaation tarkkaan määrittelyyn ei ole saatavilla. Lisäksi on huomattava, että tuulivoimateho on kasvanut merkittävästi vuoden 2022 aikana.

Kuvasta kuitenkin huomataan, että vuoden 2022 aikana on tuulisähkön hintakannibalisaatio ollut erittäin voimakasta kun tuulisähkön tuotanto on ylittänyt noin 3300 MW tehon. Loppuvuodesta tähän vaikuttaa mm. mahdollinen Olkiluoto 3:n käynnistäminen (pahentaa kannibalisaatiota) sekä talven tulo, mikä lisää sähkön tarvetta enemmän kuin kaukolämmön ja sähkön yhteistuotanto lisää (vähentää kannibalisaatiota).

Vuoden 2023 vastaava graafi tulee olemaan mielenkiintoista katsottavaa. Vuonna 2023 rakennetaan vielä runsaasti lisää tuulivoimaa, mikä pahentaa kannibalisaatioefektiä jatkuvasti.

Kannibalisaatiota voidaan seurata myös vertaamalla tuulivoimatuotannon rahallista arvoa eri tuotantotasoilla ja kyseisen tunnin sähkön Spot-hintaa käyttäen. Tässä on huomioitava, että suuri osa tuulisähköstä myydään käytännössä ns. PPA-sopimuksilla suoraan ennalta sovitulla hinnalla, joka siis ei välttämättä vastaa Spot-hintaa.

Arvon kehitys laskettuna Spot-hinnan kautta kuitenkin antaa tietyn kuvan tuulisähkön arvosta ja tämä tulee varmasti jollakin aikavälillä vaikuttamaan myös PPA-sopimusten hintoihin.

Kuten tuulivoiman arvoa kuvaavasta graafista näkee, on tuulivoimatuotannon rahallinen arvo romahtanut 2800 MW tuotantotehon jälkeen. Hintakannibalisaation voi odottaa pahenevan merkittävästi vuonna 2023, kun tuulivoimateho kasvaa entisestään ja Olkiluoto 3 tuottaa luotettavaa perustehoa 1600 MW suurimman osan vuodesta.

Tuulivoimatuotannon ja lämpötilan välinen yhteys

Lopuksi vertailu lämpötilan ja tuulivoiman tuotannon välisestä yhteydestä. Seuraavassa kuvassa on otettu Helsingin tuntitason lämpötila ja verrattu sitä koko Suomen tuulivoiman tuotantoon kyseisen tunnin aikana.

Kuvasta nähdään, että mitä kylmempää Helsingissä on, sitä heikompaa on koko Suomen tuulivoiman tuotanto – kaikki hyvin kylmät tunnit eivät kuitenkaan ole tuotannoltaan aivan toivottomia. Vastaavasti myös hyvin korkeat lämpötilat kesällä korreloivat heikon tuulivoiman tuotannon kanssa. Eli käytännössä on kyse korkeapaineesta, jolloin ei tuule. Vuositason parhaat tuulivoimatunnit osuvat kaikki niille tunneille, jolloin Helsingin lämpötila on välillä 0-15 astetta.

Ensimmäisen kuvan graafi löytyy oheisen linkin takaa kuukausitasolla – yksi graafi per kuukausi. Lisäksi samasta paikasta löytyy tässä analyysissä käytetty R-koodi.