Achieving EU energy targets – Impacts of evolutionary and revolutionary transition paths on power systems

Ambitious energy targets set by EU put pressures to increase share of renewable electricity supply in this and next decades and therefore, some EU member countries have boosted increasing renewable energy generation capacity by implementing subsidy schemes on national level. In this study, two different change approaches to increase renewable energy supply and increase self-sufficiency of supply are assessed with respect to their impacts on power system, electricity market and electricity generation costs in Finland. It is obtained that the current electricity generation costs are high compared to opportunities of earnings from present-day investor’s perspective. In addition, the growth expectations of consumptions and the price forecasts do not stimulate investing in new generation capacity. Revolutionary transition path is driven by administrative and political interventions to achieve the energy targets. Evolutionary transition path is driven by market-based mechanisms, such as market itself and emission trading scheme. It is obtained in this study that in the revolutionary transition path operation of market-based mechanisms is distorted to some extent and it is likely that this path requires providing more public financial resources compared to evolutionary transition path. In the evolutionary transition path the energy targets are not achieved as quickly but market-based mechanisms function better and investment environment endures more stable compared to revolutionary transition path.

Suomen kasvihuonekaasupäästöt Kioton pöytäkirjan ensimmäisen sopimuskauden lopussa – kokonaistilanne ja vähentämistoimenpiteet

Tämä diplomityö on läpileikkaus kasvihuonekaasupäästöistä sekä niitä koskevista vähennystoimenpiteistä Suomessa Kioton pöytäkirjan ensimmäisen sopimuskauden lopussa. Työ on toteutettu kirjallisuustutkimuksena ja siihen on käytetty painettuja sekä sähköisiä lähteitä. Huoli ilmastonmuutoksesta on saanut aikaan sen, että kasvihuonekaasupäästöjä rajoitetaan tänä päivänä kansainvälisillä sopimuksilla. Vaikka kaikki suuretkaan päästäjämaat eivät ole sopimuksia ratifioineet, ovat EU-maat Suomi mukaan lukien sitoutuneet YK:n ilmastonmuutosta koskevaan puitesopimukseen ja sen noudattamiseen. Puitesopimusta tarkentavassa Kioton pöytäkirjassa EU sitoutui vähentämään kuuden eri kasvihuonekaasun kokonaispäästöjä yhteensä 8 prosenttia ajanjaksolla 2008–2012 vuoteen 1990 verrattuna. Kasvihuonekaasut, joita rajoitukset koskivat, olivat hiilidioksidi, metaani, dityppioksidi, fluorihiilivedyt, perfluorihiilivedyt ja rikkiheksafluoridi. EU:n sisäisessä taakanjaossa Suomen tavoite oli pitää päästöt vertailuvuoden 1990 tasossa ja Suomi alitti tämän noin viidellä prosentilla. Vuoden 2012 jälkeen Suomen kasvihuonekaasupäästöjen vähennystavoite on kiristynyt. Vuosille 2013–2020 Suomen tavoite on vähentää kasvihuonekaasupäästöjä 20 prosenttia alle perusvuoden 1990 tason. Työssä tutustutaan myös keinoihin, joilla aiempien ja tulevien päästöjenvähennystavoitteiden saavuttaminen on mahdollista. Näitä keinoja on mm. erilaisten biopolttoaineiden sekoittaminen fossiilisten polttoaineiden sekaan, energiatehokkuuden parantaminen ja biokaasun käytön lisääminen. Lisäksi työssä käsitellään eräitä merkityksellisiä käsitteitä, kuten EU:n päästökauppajärjestelmä ja hiilidioksidin talteenotto ja varastointi.

Päästökauppa Yhdysvalloissa

Tässä kandidaatin työssä tutkitaan päästökauppaa Yhdysvalloissa. Työssä käydään läpi päästökaupan historia ja Yhdysvaltojen nykyiset päästökauppaohjelmat. Lisäksi työssä pohditaan, millainen Yhdysvaltojen pakollisen kasvihuonekaasuja rajoittavan päästökauppaohjelman tulisi olla.

Excavation-drier method of energy-peat extraction reduces long-term climatic impact

Climatic impacts of energy-peat extraction are of increasing concern due to EU emissions trading requirements. A new excavation-drier peat extraction method has been developed to reduce the climatic impact and increase the efficiency of peat extraction. To quantify and compare the soil GHG fluxes of the excavation drier and the traditional milling methods, as well as the areas from which the energy peat is planned to be extracted in the future (extraction reserve area types), soil CO2, CH4 and N2O fluxes were measured during 2006–2007 at three sites in Finland. Within each site, fluxes were measured from drained extraction reserve areas, extraction fields and stockpiles of both methods and additionally from the biomass driers of the excavation-drier method. The Life Cycle Assessment (LCA), described at a principal level in ISO Standards 14040:2006 and 14044:2006, was used to assess the long-term (100 years) climatic impact from peatland utilisation with respect to land use and energy production chains where utilisation of coal was replaced with peat. Coal was used as a reference since in many cases peat and coal can replace each other in same power plants. According to this study, the peat extraction method used was of lesser significance than the extraction reserve area type in regards to the climatic impact. However, the excavation-drier method seems to cause a slightly reduced climatic impact as compared with the prevailing milling method.

Emission Trading and Tradable Green Certificates Impacts on the Business Activity of Vattenfall Oy

Ihmisen toiminnan vaikutus ilmakehään johtaa todennäköisesti ilmastonmuutoksiin. Eräs näistä muutoksista on maapallon keskilämpötilan nousu, joka aiheutuu kasvihuonekaasujen lisääntyneestä pitoisuudesta ilmakehässä. Vaikutusten vähentämiseksi on hiilidioksidipäästöjä vähennettävä. Kioton pöytäkirja asettaa allekirjoittaneille maille päästövelvoitteet. Euroopan unionin tulee vähentää kasvihuonekaasupäästöjään 8%:lla. Eräs vähennysmekanismeista on päästökauppa. Päästökauppa on sekä keino suojella ympäristöä että ympäristöpoliittinen instrumentti kasvihuonekaasupäästövähennysten kustannusten keventämiseksi. Päästökauppa ei suoranaisesti vähennä kasvihuonekaasupäästöjä, vaan tasaa niitä maiden ja laitosten välillä. Uusiutuvan energian käytön edistäminen sekä kansainvälisesti että kansallisesti johtaa suoriin kasvihuonekaasupäästöjen vähenemiseen. Euroopan unionin jäsenvaltiot ovat asettaneet kansalliset viitearvot uusituvan sähkön kulutukselle. Saavuttaakseen nämä viitearvot maiden tulee tukea uusiutuvia energialähteitä eri menetelmin kuten vihreillä sertifikaateilla. Päästökauppa ja kaupattavat vihreät sertifikaatit tulevat vaikuttamaan energiantuottajien liiketoimintaan. Työssä on tutkittu päästökaupan ja vihreiden sertifikaattien vaikutuksia Vattenfall Kaukolämpö Oy:n, Vattenfall Sähköntuotanto Oy:n ja Vamy Oy:n liiketoimintaan.

Techno-Economic Assessment of LNG and Diesel Production and Global Trading Based on Hybrid PV-Wind Power Plants and PtG, GtL and PtL Technologies

With growing demand for liquefied natural gas (LNG) and liquid transportation fuels, and concerns about climate change and causes of greenhouse gas emissions, this master’s thesis introduces a new value chain design for LNG and transportation fuels and respective fundamental business cases based on hybrid PV-Wind power plants. The value chains are composed of renewable electricity (RE) converted by power-to-gas (PtG), gas-to-liquids (GtL) or power-to-liquids (PtL) facilities into SNG (which is finally liquefied into LNG) or synthetic liquid fuels, mainly diesel, respectively. The RE-LNG or RE-diesel are drop-in fuels to the current energy system and can be traded everywhere in the world. The calculations for the hybrid PV-Wind power plants, electrolysis, methanation (H2tSNG), hydrogen-to-liquids (H2tL), GtL and LNG value chain are performed based on both annual full load hours (FLh) and hourly analysis. Results show that the proposed RE-LNG produced in Patagonia, as the study case, is competitive with conventional LNG in Japan for crude oil prices within a minimum price range of about 87 - 145 USD/barrel (20 – 26 USD/MBtu of LNG production cost) and the proposed RE-diesel is competitive with conventional diesel in the European Union (EU) for crude oil prices within a minimum price range of about 79 - 135 USD/barrel (0.44 – 0.75 €/l of diesel production cost), depending on the chosen specific value chain and assumptions for cost of capital, available oxygen sales and CO2 emission costs. RE-LNG or RE-diesel could become competitive with conventional fuels from an economic perspective, while removing environmental concerns. The RE-PtX value chain needs to be located at the best complementing solar and wind sites in the world combined with a de-risking strategy. This could be an opportunity for many countries to satisfy their fuel demand locally. It is also a specific business case for countries with excellent solar and wind resources to export carbon-neutral hydrocarbons, when the decrease in production cost is considerably more than the shipping cost. This is a unique opportunity to export carbon-neutral hydrocarbons around the world where the environmental limitations on conventional hydrocarbons are getting tighter.

Päästökaupan ja vihreiden sertifikaattien vaikutus sähkön ja kaukolämmön toimittajaan

Kasvihuonekaasujen päästökauppa ja vihreät sertifikaatit liittyvät kehitysvaiheessa olevaan ilmastopoliittiseen kokonaisuuteen, jonka tarkoitus on rajoittaa ihmisen toiminnasta aiheutuvaa kasvihuoneilmiön voimistumista. Työssä tutkittiin Euroopan Unionin sisäisen päästökaupan ja vihreiden sertifikaattien vaikutusta energian toimittajaan. Tarkastelu tehtiin kohdeyrityksinä toimineiden yritysten näkökulmasta keskittyen energianhankintatapojen kilpailukykyyn ja kustannusmuutoksiin sekä niiden vaikutusten selvittämiseen. Päästökauppa tulee toteutuessaan heikentämään energiantuotannossa käytettyjen fossiilisten polttoaineiden ja turpeen kilpailukykyä hiilidioksidipäästöttömiin tuotantomuotoihin nähden ja aiheuttamaan lisäkustannuksia hiilidioksidia aiheuttavien tuotantomuotojen käytölle. Vihreät sertifikaatit ovat tapa tukea uusiutuvista energianlähteistä tuotettua sähköä. Niistä on kehittymässä Euroopassa erilaisia järjestelmiä eikä yhtenäisten eurooppalaisten markkinoiden toteutumisesta ole varmuutta. Suomalaisiin sähköntoimittajiin vihreät sertifikaatit voivat vaikuttaa myös, mikäli Suomeen perustetaan kansallinen sertifikaattijärjestelmä tai sähköntuottajat pystyvät hyödyntämään muiden maiden järjestelmiä.

Päästökauppa ja sen vaikutukset Suomen terästeollisuuteen

Tässä työssä tavoitteena oli selvittää päästökaupan vaikutuksia Rautaruukin toimintaan ja kilpailukykyyn. Työssä tarkasteltiin tarkemmin Euroopan Yhteisöjen komission esittämää ehdotusta Euroopan Unionin laajuisesta päästökauppajärjestelmästä. Työssä selvitettiin Rautaruukin Raahen ja Koverharin terästehtaiden jo tehtyjen toimien vaikutus hiilidioksidipäästöihin sekä tulevaisuuden päästövähennysmahdollisuudet huomioiden eri päästöskenaariovaihtoehdot. Rautaruukki on saavuttanut tehdyillä toimenpiteillä huomattavia hiilidioksidipäästöjen vähenemiä. Ilman vuosien 1990-2001 välisenä aikana tehtyjä toimia olisivat hiilidioksidi-päästöt vuonna 2001 olleet noin 1 Mt suuremmat kuin ne todellisuudessa olivat. Myös tuulevaisuudessa Rautaruukilla on mahdollisuus vaikuttaa hiilidioksidipäästöihin. Laskelmien mukaan tunnistetuilla toimilla saavutettavat päästövähenemät vuonna 2005 voisivat olla noin 930 000 t ja vuonna 2008 960 00 t. Kuitenkin osa toimista on pitkäntähtäimen toimia, joiden toteuttaminen on vielä hyvin epätodennäköistä. Lisäksi toimien kustannuksista ei ole vielä tarkkaa tietoa. Päästökauppadirektiiviehdotuksen alkujaon merkitystä Rautaruukille on arvioitu vertailemalla eri alkujakovaihtoehtoja. Laskennassa on oletettu, että päästöoikeuksien ensimmäinen alkujako on ilmainen, jolloin kaikki vuoden 1990 päästöt saadaan ilmaiseksi. Näin Ollen vuonna 2005 kymmenen euron päästöoikeuden hinnalla tulee vuosittaiseksi kustannuksiksi noin 16 miljoonaa euroa. Toisella velvoitekaudella 90 % päästöoikeuksista jaetaan ilmaiseksi ja 10 % joudutaan ostamaan. Näin ollen vuonna 2008 kustannukset olisivat noin 69 miljoonaa euroa. Vastaavasti, jos huomioidaan tulevaisuuden investoinneilla saavutettavissa olevat hiilidioksidipäästöjen vähenemät, ovat kustannukset vuonna 2005 noin seitsemän miljoonaa euroa ja vuonna 2008 noin 59 miljoonaa euroa.

Small scale energy production in Helsinki Metropolitan area in emission trading point of view

Emission trading with greenhouse gases and green certificates are part if the climate policy the main target of which is reduce greenhouse gas emissions. The carbon dioxide and fine particle emissions of energy production in Helsinki Metropolitan area are calculated in this study. The analysis is made mainly by district heating point of view and the changes of the district heating network are assessed. Carbon dioxide emissions would be a bit higher, if the district heating network is expanded, but then the fine particle emissions would be much lower. Carbon dioxide emissions are roughly 10 % higher, if the district heating network is expanded at same rate as it has in past five years in the year 2030. The expansion of district heating network would decrease the fine particle emissions about 40 %. The cost of the expansion is allocated to be reduction cost of the fine particle emissions, which is considerably higher than the traditional reduction methods costs. The possible new nuclear plant would reduce the emissions considerably and the costs of the nuclear plant would be relatively low comparing the other energy production methods.

Market of biomass fuels in Finland : IEA Bioenergy Task 40 and EUBIONET III - Country report of Finland 2009

This study considered the current situation of solid and liquid biomass fuels in Finland. The fact that industry consumes more than half of the total primary energy, widely applied combined heat and power production and a high share of solid biomass fuels in the total energy consumption are specific to the Finnish energy system. Wood is the most important source of bioenergy in Finland, representing 20% of the total energy consumption in 2007. Almost 80% of the woodbased energy is recovered from industrial by-products and residues. As a member of the European Union, Finland has committed itself to the Union’s climate and energy targets, such as reducing its overall emissions of green house gases to at least 20% below 1990 levels by 2020, and increasing the share of renewable energy in the gross final consumption. The renewable energy target approved for Finland is 38%. The present National Climate and Energy Strategy was introduced in November 2008. The strategy covers climate and energy policy measures up to 2020, and in brief thereafter, up to 2050. In recent years, the actual emissions have exceeded the Kyoto commitment and the trend of emissions is on the increase. In 2007, the share of renewable energy in the gross final energy consumption was approximately 25% (360 PJ). Without new energy policy measures, the final consumption of renewable energy would increase to 380 PJ, which would be approximately only 31% of the final energy consumption. In addition, green house gas emissions would exceed the 1990 levels by 20%. Meeting the targets will need the adoption of more active energy policy measures in coming years. The international trade of biomass fuels has a substantial importance for the utilisation of bioenergy in Finland. In 2007, the total international trading of solid and liquid biomass fuels was approximately 77 PJ, of which import was 62 PJ. Most of the import is indirect and takes place within the forest industry’s raw wood imports. In 2007, as much as 21% of wood energy was based on foreign-origin wood. Wood pellets and tall oil form the majority of export streams of biomass fuels. The indirect import of wood fuels peaked in 2006 to 61 PJ. The foreseeable decline in raw wood import to Finland will decrease the indirect import of wood fuels. In 2004– 2007, the direct trade of solid and liquid biomass fuels has been on a moderate growth path. In 2007, the import of palm oil and export of bio-diesel emerged, as a large, 170 000 t/yr biodiesel plant came into operation in Porvoo.

The European Union and Assembling Biofuel Development – topological investigations concerning the associations between law, policy and space

Biofuels for transport are a renewable source of energy that were once heralded as a solution to multiple problems associated with poor urban air quality, the overproduction of agricultural commodities, the energy security of the European Union (EU) and climate change. It was only after the Union had implemented an incentivizing framework of legal and political instruments for the production, trade and consumption of biofuels that the problems of weakening food security, environmental degradation and increasing greenhouse gases through land-use changes began to unfold. In other words, the difference between political aims for why biofuels are promoted and their consequences has grown – which is also recognized by the EU policy-makers. Therefore, the global networks of producing, trading and consuming biofuels may face a complete restructure if the European Commission accomplishes its pursuit to sideline crop-based biofuels after 2020. My aim with this dissertation is not only to trace the manifold evolutions of the instruments used by the Union to govern biofuels but also to reveal how this evolution has influenced the dynamics of biofuel development. Therefore, I study the ways the EU’s legal and political instruments of steering biofuels are coconstitutive with the globalized spaces of biofuel development. My analytical strategy can be outlined through three concepts. I use the term ‘assemblage’ to approach the operations of the loose entity of actors and non-human elements that are the constituents of multi-scalar and -sectorial biofuel development. ‘Topology’ refers to the spatiality of this European biofuel assemblage and its parts whose evolving relations are treated as the active constituents of space, instead of simply being located in space. I apply the concept of ‘nomosphere’ to characterize the framework of policies, laws and other instruments that the EU applies and construes while attempting to govern biofuels. Even though both the materials and methods vary in the independent articles, these three concepts characterize my analytical strategy that allows me to study law, policy and space associated with each other. The results of my examinations underscore the importance of the instruments of governance of the EU constituting and stabilizing the spaces of producing and, on the other hand, how topological ruptures in biofuel development have enforced the need to reform policies. This analysis maps the vast scope of actors that are influenced by the mechanism of EU biofuel governance and, what is more, shows how they are actively engaging in the Union’s institutional policy formulation. By examining the consequences of fast biofuel development that are spatially dislocated from the established spaces of producing, trading and consuming biofuels such as indirect land use changes, I unfold the processes not tackled by the instruments of the EU. Indeed, it is these spatially dislocated processes that have pushed the Commission construing a new type of governing biofuels: transferring the instruments of climate change mitigation to land-use policies. Although efficient in mitigating these dislocated consequences, these instruments have also created peculiar ontological scaffolding for governing biofuels. According to this mode of governance, the spatiality of biofuel development appears to be already determined and the agency that could dampen the negative consequences originating from land-use practices is treated as irrelevant.

Reduction of nitrogen oxide emissions in lime kiln

Different nitrogen oxide removal technologies for rotary lime kiln are studied in this thesis, the main focus being in commercial technologies. Post-combustion methods are investigated in more detail as potential possible NOx removal with combustion methods in rotary lime kiln is more limited or primary methods are already in use. However, secondary methods as NOx scrubber, SNCR or SCR technologies are not listed as the Best Available Technologies defined by European Union. BAT technologies for NOx removal in lime kiln are (1) Optimised combustion and combustion control, (2) Good mixing of fuel and air, (3) Low-NOx burner and (4) Fuel selection/low-N fuel. SNCR method is the most suitable technique for NOx removal in lime kiln when NOx removal from 50 % to 70 % is required in case primary methods are already in use or cannot be applied. In higher removal cases ammonia slip is an issue in SNCR. By using SCR better NOx reduction can be achieved but issues with catalyst materials are expected to arise because of the dust and sulphur dioxide which leads to catalyst poison formation in lower flue gas temperatures. NOx scrubbing has potential when simultaneous NOx and SO2 removal is required. The challenge is that NO cannot be scrubbed directly, but once it is oxidized to NO2 or further scrubbing can be performed as the solubility of NO2 is higher. Commercial installations have not been made regarding SNCR, SCR or NOx scrubbing regarding rotary lime kiln. For SNCR and SCR the closest references come from cement industry.