An interdisciplinary assessment of energy security risks in the Finnish energy market

Abstract

Climate change is currently one of the most compelling global threats, and energy sector accounts for almost two thirds of all emissions related to the climate change. Therefore, national energy systems face conflicting pressure to supply the ever-increasing demand for energy while decarbonising energy production. Under this pressure, concern over energy security has increased. The most topical energy security concerns in the Finnish energy market are generation adequacy and import dependence. This dissertation examines these themes along with other market-related energy security risks in the Finnish context.

This dissertation analyses energy security in the Finnish energy system by examining various scenarios in investment, the future of combined heat and power (CHP) production, the impacts of a severe drought, and import dependence. The research is done in collaboration with multiple researchers from other disciplines such as law and environmental and political sciences. Generation adequacy in the Finnish energy system is analysed by using the EnergyPLAN simulation tool. The impacts of a severe drought on the Finnish energy system are analysed by combining hydrological and energy system modelling. Generation capacity investment prospects, particularly those of biomass-based CHP production, are analysed by applying the net present value (NPV) and levelised cost of electricity (LCOE) methods. Energy security issues related to a plausible decrease in the Finnish CHP capacity are analysed on a city-level (Helsinki) by applying quantitative modelling, and on national and international levels, by qualitative assessment. Finland's dependence on Russian energy import currently is analysed by applying the interdependence framework, and the future development of the energy-trade is studied by developing and analysing energy policy scenarios until 2040.

The results indicate that the Finnish energy system is currently well prepared against technical faults. Despite the public concern, challenges with generation adequacy due to technical reasons are improbable. A severe, multiyear drought in the Nordic area could affect generation adequacy in Finland particularly via reduced availability of electricity import during peak demand periods. Despite the high thermal efficiency of CHP production, the Finnish energy system would most probably function even if the capacity decreased notably in the 2020s. Finland's notable import dependence on Russian energy import has so far not resulted in any disruptions in security of supply, and the dependence is likely to decrease in the future. However, energy trade between the countries goes beyond techno-economic aspects, and it is difficult to predict the energy security implications of geopolitical and societal trends.

Ilmastonmuutos on yksi tämän hetken suurimmista globaaleista uhkista, ja energiasektori kattaa noin kaksi kolmannesta kaikista ilmastonmuutokseen liittyvistä päästöistä. Kansallisilla energia-järjestelmillä on siten ristiriitaiset tavoitteet kattaa jatkuvasti kasvava energian kysyntä ja vähentää samalla hiili-intensiteettiä huomattavasti. Tämän paineen myötä huoli energiaturvallisuudesta on kasvanut. Ajankohtaisimmat energiaturvallisuushuolet Suomen energiamarkkinoilla ovat tuotan-non riittävyys ja tuontiriippuvuus.

Tämä väitöskirja tutkii näitä teemoja ja muita markkinoihin liittyviä energiaturvallisuusriskejä Suomessa. Tämä väitöskirja analysoi Suomen energiaturvallisuutta tutkimalla useita skenaarioita liittyen investointien kannattavuuteen, yhdistetyn sähkön- ja lämmöntuotannon (CHP) tulevaisuuteen, vakavan kuivuuden vaikutuksiin sekä tuontiriippuvuuteen. Tähän väitöskirjaan liittyvä tutkimus on tehty suureksi osaksi yhteistyössä useiden tutkijoiden kanssa eri tieteenhaaroista, kuten oikeus-tieteen, ympäristön ja politiikan tutkimuksen. Tuotannon riittävyyttä Suomessa tutkitaan käyttäen EnergyPLAN-simulointityökalua. Vakavan kuivuuden vaikutuksia Suomen energiajärjestelmässä tutkitaan yhdistämällä hydrologista mallinnusta ja energiajärjestelmämallinnusta. Tuotantokapa-siteetin investointinäkymiä, erityisesti biomassaan perustuvan CHP-tuotannon, tutkitaan käyttäen nettonykyarvo- (NPV) sekä tasoitettu elinkaarikustannus (LCOE) -menetelmiä. Mahdolliseen CHP-kapasiteetin vähenemiseen liittyviä energiaturvallisuusvaikutuksia tutkitaan kaupunkitasolla (Helsinki) määrällisesti mallintaen, ja kansallisen ja kansainvälisen tason vaikutuksia arvioidaan laadullisesti. Suomen riippuvuutta venäläisestä energiasta nykytilanteessa tutkitaan keskinäis-riippuvuuden analyysikehikon avulla, ja maiden välisen energiakaupan tulevaisuutta tutkitaan kehittämällä ja analysoimalla energiapolitiikkaskenaarioita vuoteen 2040 saakka.

Työn tulokset osoittavat, että Suomen energiajärjestelmällä on nykyisin hyvät valmiudet selviytyä teknisistä vioista. Julkisesta huolesta huolimatta teknisistä vioista johtuvat haasteet tuotannon riittävyyden kanssa ovat epätodennäköisiä. Vakava, monivuotinen kuivuus Pohjoismaissa voisi vaikuttaa tuotannon riittävyyteen Suomessa erityisesti rajoittuneen sähköntuonnin kautta huippu-kysynnän aikana. CHP-tuotannon korkeasta hyötysuhteesta huolimatta Suomen energiajärjestelmä selviäisi suuremmitta ongelmitta huomattavasta CHP-kapasiteetin vähenemisestä 2020-luvulla. Suomen riippuvuus venäläisestä energiasta ei ole toistaiseksi johtanut huoltovarmuusongelmiin, ja riippuvuus tulee todennäköisesti pienenemään tulevaisuudessa. Maiden välisen energiakaupan tutkimusta ei kuitenkaan voi rajoittaa pelkästään teknistaloudelliseen analyysiin, ja geopolitiikkaan sekä yhteiskuntatieteisiin liittyvien trendien vaikutuksia energiaturvallisuuteen on vaikeaa ennustaa.