Renewable energy system in Finland -A Business case study in steel industries

Abstract

The comparison of four future renewable energy system scenarios yields that energy system design for futures with 100% renewable energy is greatly dependent on whether the objective is to design an energy system with 100% renewable energy or to reduce GHG emissions from society as a whole. The latter seems to increase the relevance of power-to-gas (PtG) and power-to-liquid (PtL) technologies as these have the capacity to abate emissions from some industrial processes. Common fac-tors in the four scenarios compared are higher electrification of the energy system and deeper integration of the enery sectors transport, heating and electricity.

Differences between scenarios include biomass availability assumptions, level of electrification of transport, the inclusion of CCS, and the role of PtG/PtL as well as the level of integration of non-energy sectors with the energy system. A main finding is that biomass availability assumptions vary greatly illustrating the uncertainty connected to future energy system research, and that these also seem to affect the role of PtG/PtL technologies. In addition, the drivers for investment in PtG/PtL differ between countries, with the technology playing a larger role in balancing inter-mittent renewable electricity sources in the scenario that relies very little on bioenergy. Furthermore, the transport and industry sectors are found to be the two hardest sectors to decarbonise.

A business case related to the integration of PtL technology in an existing steel mill in Raahe, Finland is studied with the decision supporting Robust Decision Making (RDM) method. Results indicate that other investment options are more robust to future uncertainties than the PtL option is, but that RDM can be a useful tool when evaluating decisions made under conditions of deep uncertainty. RDM can offer a deeper understanding of the risks in far-reaching decisions and offer new perspec-tives in energy system analysis. Simultanoeusly, it also requires more time and commitment than a normal cost-benefit analysis.

Neljän EU-maiden tutkimuslaitosten laatimat tulevaisuusskenaariot 100% uusiutuvista energiajärjestelmistä verrataan keskenään ja yhteistä kaikille on lisääntynyt sähköistäminen sekä sähko- lämpö ja liikennesektoreiden kytkentä. Skenaarioiden tavoitteet vaihtelevat 100% uusiutuvan energiajärjestelmän suunnittelusta aina kasvihuonepäästöneutraalin yhteiskunnan suunnitteluun, ja skenaarion tavoitteella havaittiin olevan vaikutus energiajärjestelmän suunnitteluun.

Skenaarioien välillä on suuria eroja biomassan saatavuuden oletuksissa, oletuksissa CCS:än käytöstä sekä synteettisesti tuotettujen energiaintensiivisten kaasujen ja nesteiden (PtG, PtL) tärkeydessä ja roolissa. Myös ei-energiasektoreiden kytkentä energiasektoreihin vaihtelee skenaarioiden välillä. Keskeisiä tuloksia ovat teolli-suussektorin päästövähennystavoitteiden sekä biomassan saatavuudesta tehtyjen oletusten vaikutus PtG/PtL teknologioiden tärkeyteen osana energiajärjestelmää. Tämän lisäksi se, että teollisuus ja liikenne ovat kaikista vaikeampia sektoreita päästöjen vähentämiseen on myös vertauksen tulos.

Skenaarioiden vertailusta käy ilmi, että tulevaisuuden energiajärjestelmien suunnitteluskenaarioihin sisältyy merkittävä määrä epävarmuutta; aina teknisistä ratkaisuista sosiaalisiin, poliittisiin ja taloudellisiin kysymyksiin. Suomailaiseen terästeollisuuteen ja PtL teknologiaan kytkeytyvä investointipäätös analysoidaan Robust Decision Making (RDM) –menetelmällä, jota on suunniteltu isojen epävarmuuksien alla tehtyjen päätösten tueksi. Tulokset osoittavat, että PtL –investointi ei ole yhtä robusti vaihtoehto kuin monet muut investointivaihtoehdot, mutta että RDM –menetelmän sovelluksesta vastaavanlaisiin tapauksiin voi olla hyötyä. RDM voi antaa syvemmän ymmärryksen riskeistä, mutta sen käyttäminen vaatii enemmän aikaa ja sitoutumista kuin perinteinen teknillis-taloudellinen mallintaminen.