Vesiputoukset ja vesivoima Suomessa

Suurin osa Suomen upeimmista vesiputouksista on 1900-luvulla valjastettu sähköntuotannolle. Mutta mistä vesivoimarakentamisessa on kyse, ja miksi juuri putoukset ovat sen tyypillisiä uhreja? Voidaanko menetetyt putoukset vielä joskus saada takaisin?

Tässä artikkelissa on käsitelty Suomen vesivoimarakentamista putousten ja ympäristön näkökulmasta sekä pohdittu, voisiko vesivoimasta luopuminen olla jonakin päivänä mahdollista Suomessa.

Vesivoimalan toiminta

Vesivoimalan toiminta perustuu lyhykäisyydessään siihen, että joessa virtaavalla vedellä on ennen putousta potentiaalienergiaa. Tämä energia muuttuu liike-energiaksi veden syöksyessä kosken niskalta alas. Mitä enemmän vettä joessa virtaa, ja mitä suurempi on putouksen korkeus, sitä suurempi liike-energia alas virtaavalla vesimäärällä on.

Voimalassa veden liike-energia muutetaan sähköksi ohjaamalla vesi luonnonputouksen sijasta voimalan turbiineihin. Turbiinien siivekkeet pyörittävät generaattoreita, jotka puolestaan tuottavat sähköä. Koska vesiputouksissa joen pudotuskorkeus jakautuu tyypillisesti lyhyelle matkalle, on potentiaalienergian talteen ottaminen tehokasta, ja voimalaitosten rakentaminen teknisesti helppoa [1].

Vesivoimaloihin liittyy lähes aina joen patoaminen putouksen kohdalta. Tämä tehdään tasaamaan joen luontaisia virtaamavaihteluita sekä siksi, että voimalaan pääsevän veden määrä olisi helposti kontrolloitavissa mm. sähkön kulutushuippujen mukaan. Käytännössä padon yläpuolelle syntyy suuri seisovan veden massa (tai tekojärvi), joka peittää alleen – tai vaihtoehtoisesti jättää kuivaksi – ennen vapaana virranneen jokiuoman putouksineen. Juuri padot ovatkin yleensä suurin yksittäinen syy siihen, miksi vesiputoukset ja joet kärsivät voimalarakentamisesta erityisen paljon.

Tyypillisen vesivoimalan toimintaperiaate on havainnollistettu alla olevassa kaavakuvassa.

Vesivoimalan rakennekaavio. Lähde: Wikipedia Commons.

Suomen suurimpiin kuuluvan Imatrankosken vesivoimalaitoksen patovalli 18.8.2012.

Vesivoimarakentaminen Suomessa

Vesivoimarakentamisella on pitkät perinteet Suomen historiassa. Ensimmäinen voimalamme avattiin 22. syyskuuta 1891 Tampereella, ja rakentamisen tahti kiihtyi edelleen 1900-luvulle tultaessa. Pääsyynä vesivoiman laajamittaiseen rakentamiseen oli tuolloin voimakkaasti lisääntyvä teollisuuden energiantarve, sekä kasvava yhteiskunta. 1950- ja 60-luvuilla jopa 90 % Suomen tarvitsemasta sähköstä tuotettiin vesivoimalla. Sittemmin osuus on hiljalleen laskenut muiden energiamuotojen yleistyessä, ja nykypäivänä vesisähkön osuus on arviolta 10–20 % vesitilanteesta riippuen. Yhteensä Suomessa on tällä hetkellä (2016) yli 220 vesivoimalaitosta, joiden yhteenlaskettu teho on n. 3100 MW. [2] [3]

Kun vesivoimarakentaminen 1800-luvun lopulla pääsi käyntiin, aloitettiin koskien valjastaminen tyypillisesti vuolaimmista ja korkeimmista putouksistamme niiden tuottaman suurimman tehon vuoksi. Suomen ja koko Pohjois-Euroopan mahtavimpiin kuulunut Imatrankoski (joka tosin on pituutensa puolesta enemmän koski kuin putous) padottiin sähköntuotannolle vuonna 1929, ja sama kohtalo on edeltänyt tai sittemmin seurannut lukuisia muitakin maamme putouksia.

Kokonaan tai osittain menetettyihin suuriin vesiputouksiimme kuuluvat Imatrankosken lisäksi esimerkiksi Kymijoen Korkeakoski Kotkassa (korkeus 13 m, teho 10 MW, voimala valmistunut 1906), Kyröskoski ("Hämeen Hälläpyörä") Hämeenkyrössä (22 m, 14 MW, 1912), Ämmäkoski Kajaanissa (6.5 m, 4.9 MW, 1917), Juvankoski Rautjärvellä (7 m, 0.8 MW, 1948) ja Aittokoski ("Kainuun Imatra") Suomussalmella (30 m, 47 MW, 1960) – monien muiden ohella. Alla on esitetty muutamia historiallisia valokuvia em. kohteista ennen niiden valjastamista.

Kymijoen 13-metrinen Korkeakoski todennäköisesti 1800–1900 -lukujen vaihteessa. Kuva: Suomen ympäristökeskus.

Kyröskosken ylin putous Hämeenkyrössä vuonna 1892. Ympärillä vanhoja teollisuusrakenteita. Kuva: GTK Geokuvat VK00589.tif, kuvaaja J.J. Sederholm, 1892.

Ämmäkosken putous Kajaaninjoessa todennäköisesti 1900-luvun alussa. Lähde: Vanha postikortti, tarkka alkuperä tuntematon.

Vesivoimaloiden rakentaminen ei kuitenkaan rajoittunut vain suurimpien putoustemme hiljentämiseen, vaan on jatkunut aina nykypäiviin asti pientenkin putousten hyödyntämisenä "puhtaan energian" nimissä. Esimerkkejä teholtaan vähäisistä, mutta silti sähköntuotannolle valjastetuista putouksista ovat esimerkiksi Juvankoski Tarvasjoella (korkeus 20 m, teho 0.3 MW, voimala valmistunut 1916), Etelä-Suomen jyrkimpiin putouksiin kuuluva Halkiankoski Pornaisissa (10 m, 0.3 MW, voimala valmistunut 1930-luvun lopulla), ja yhtenä tuoreimmista Lahankoski niin ikään Pornaisissa (10 m, 0.5 MW, 2010). Kaiken kaikkiaan Suomen jokikilometreistä täysin luonnontilassa on enää alle 10 %.

1960-luvun jälkeen uusi vesivoimarakentaminen Suomessa on vähentynyt osaltaan voimakkaasti heränneen luonnonsuojelun myötä. Esimerkiksi Kuusamon koskista 1950- ja 60-luvuilla käydyt Koskisodat (ja myöhemmin säädetty koskiensuojelulaki) pelastivat eräät maamme suurimmista jäljellä olevista putouksista patoamiselta. Nykyään kannattavuudeltaan suurimmat suojelemattomat vesivoimakohteet on Suomessa jo rakennettu, ja viime vuosina tapahtunut vesivoiman lisäys on pitkälti ollut vanhojen voimaloiden modernisointia peruskorjausten yhteydessä. Silti uudestakin vesivoimasta on ajoittain keskusteltu julkisesti, sillä uusiutuvana energianlähteenä ja ilman hiilidioksidipäästöjä sitä pidetään joidenkin taholta edelleen ympäristöystävällisenä sähköntuotantokeinona. Tätä aihetta olen käsitellyt enemmän seuraavassa kappaleessa.

Vesivoiman ongelmat

Vesivoimaa markkinoidaan varsinkin energiayhtiöiden toimesta usein "puhtaana" ja päästöttömänä energiana. Tällaiset perusteet juontuvat siitä tosiasiasta, ettei veden virratessa turbiinien läpi synny suoria hiilidioksidipäästöjä ilmakehään, toisin kuin fossiilisten polttoaineiden, kuten kivihiilen poltossa. Koska vesivoima on uusiutuva energianlähde, sitä on myös helppo mainostaa ympäristöystävällisenä energiana, erityisesti ilmastonmuutoksen torjunnan kannalta.

Uusiutuvan energian osuutta sähköntuotannossa on viime vuosina pyritty Euroopan alueella lisäämään mm. EU:n vuonna 2008 hyväksymän ns. ilmasto- ja energiapaketin myötä. Paketin RES-direktiivin mukaan vuoteen 2020 mennessä uusiutuvista lähteistä peräisin olevan energian osuus nostetaan EU:ssa 20 prosenttiin energian loppukulutuksesta. Suomen maakohtainen tavoite on nostaa uusiutuvan energian osuus peräti 38 prosenttiin.

Ilmastonmuutoksen todellinen uhka on saanut myös vesivoiman kuulostamaan monen korvissa puhtaalta ja jopa luonnonläheiseltä tavalta tuottaa sähköä. Valitettavasti asia ei kuitenkaan ole näin yksinkertainen, sillä vesivoiman käyttöön liittyy useita ihmiselle ja ympäristölle haitallisia ongelmia, joita ei varsinkaan tulevaisuuden energiataloudessa tule sivuuttaa.

Onko vesivoima ympäristöystävällistä?

Ennen kuin kysymykseen voidaan kattavasti vastata, on tärkeää tarkastella vesivoiman tuotantoprosessia kaikista näkökulmista.

Kun koski tai putous padotaan, katoaa alueelta ensimmäisenä kosken maisemallinen kauneus. Tilalle tulee teollinen maisema, jota hallitsevat voimalinjat ja betonirakenteet kuivan jokiuoman ja tekojärven rinnalla.

Kosken mukana katoaa joskus jopa kansallinen kulttuurikohde, kuten on käynyt esimerkiksi Imatrankoskella. Kyseinen alue sai nykyisen kansallismaiseman statuksensa pitkälti perustuen Zacharias Topeliuksen kuuluisaan kuvateokseen Finland framstäldt i teckningar (1845), jossa myös Imatrankoski on esitelty. Nykyään kuivaksi jäänyt kivinen jokiuoma patovalleineen ei enää muistuta alkuperäisen teoksen vapaana kuohuvaa koskea edes parhaalla mielikuvituksella (lukuunottamatta erillisiä koskinäytöksiä, joiden ansiosta koskea ei onneksi menetetty kokonaan).

Imatrankosken kuiva uoma ja pato 18.8.2012.

Kyröskosken putouksen kuiva uoma ja pato 7.6.2009.

Mutta vaikka unohdettaisiin vesiputousten häviämiseen liittyvät esteettiset ja kulttuurilliset menetykset, liittyy vesivoiman käyttöön myös muita vähemmän subjektiivisia ongelmia. Vesivoimarakentamisen yhteydessä usein toteutettavat patoaltaat tai tekojärvet voivat paikasta riippuen nostaa voimalan yläpuolisen jokialueen vedenpintaa jopa kymmeniä metrejä. Vedenpinnan nousu taas voi hukuttaa alleen suuria maa-alueita luontoarvoineen, ja joskus jopa ihmisten koteja.

Tunnetuimpiin esimerkkeihin maailmalla kuuluu Kiinan Kolmen rotkon pato, jonka aikaansaama vedenpinnan nousu vei taannoin kodin n. 1.3 miljoonalta ihmiseltä. Suomessa vastaavanlaisiin tapauksiin kuuluu Lokan tekojärven täyttö Sodankylässä vuonna 1967. Kemijoen voimalaitosten vesimäärien säätelyyn tarkoitettu vesivarasto hävitti tuolloin Suomesta ehkä koko Pohjoismaiden laajimman suoalueen, Posoaavan. Samalla kotinsa menettivät sadat paikallisasukkaat, mikä synnytti käsitteen allasevakko. Vesimassojen alle jäävä kasvimateriaali voi hajotessaan myös synnyttää hiilidioksidi- ja metaanipäästöjä, mikä vie vesivoimalta pohjaa saasteettomana energiamuotona.

Vesivoiman rakentaminen aiheuttaa usein vakavaa haittaa joen omalle ekosysteemille. Erityisesti vesien patoamisesta kärsivät vaelluskalat, kuten makeanveden lohet, jotka eivät pääse joen patoamisen jälkeen enää nousemaan vesistön yläjuoksulle kutemaan. Vaikka Suomessa on säädetty velvoitteita ns. kalateiden rakentamisesta vesivoimalaitosten yhteyteen, läheskään kaikkiin voimalaitoksiin niitä ei ole rakennettu.

Toisaalta uusimmatkaan kalatiet eivät vaellusväylänä vedä vertoja luonnonmukaiselle jokiuomalle. Pelkän kalatien rakentaminen ei aina välttämättä edes riitä, sillä mikäli voimalaitosrakentaminen on hävittänyt joesta kaikki koskipaikat, ei lohi pääse lisääntymään, vaikka patojen ohittaminen onnistuisikin. Kalakantojen taantuminen voimalaitosten myötä vaikuttaa haitallisesti paitsi jokien ekosysteemiin ja biodiversiteettiin, myös ihmisten elinkeinoihin jokien yläjuoksulla – esimerkkinä kalastusmatkailu.

Lohi nousemassa koskea ylös. Lähde: Wikipedia Commons.

Edellä mainittujen ongelmien lisäksi vesivoimalla on ympäristölle muitakin haittoja. Kun vesistö padotaan, jokeen mahdollisesti laskettavat jätteet ja liete kasautuvat patoaltaan pohjalle huonontaen veden laatua koko alueella. Vanhentuneet ja käytöstä poistetut, mutta edelleen purkamattomat padot voivat muodostaa myös alueellisia turvallisuusriskejä. Maailmalla tunnetaan tapauksia, joissa vialliset padot ovat hajotessaan aiheuttaneet tulvia ja jopa ihmishenkien menetyksiä (vakavimpien joukossa mm. Kiinassa Banqiaon padon hajoaminen 1975). Ei ole poissuljettua, ettei vastaavaa voisi tapahtua Suomessakin, sillä maassamme on edelleen monia patoja ja käytöstä poistettuja voimaloita (erityisesti pieniä), joita ei enää huolleta aktiivisesti – mutta jotka edelleen seisovat keskellä jokia pysäyttäen veden kulun. Toistaiseksi.

Miten vesivoiman käyttöä tulisi vähentää

Vesivoimalla on ollut tärkeä osa Suomen teollisuuden ja talouden kasvattamisessa, ja maamme kehittämisessä nykyiseksi hyvinvointiyhteiskunnaksi. Oletettavaa onkin, että ilman vesiputoustemme valjastamista eläisimme tänä päivänä selvästi nykyistä köyhemmissä oloissa.

Tosiasia kuitenkin on, että vesivoima on vanha energiantuotantomuoto, ja lähes kaikilla ihmisen kehittämillä teknisillä sovelluksilla on ollut elinkaarensa historiassa. Tämä pätee hyvin todennäköisesti myös vesivoimaan, siinä missä vaikkapa vesimyllyihin tai höyrylaivoihin. Edellisessä kappaleessa kuvatut ongelmat osoittavat, että ympäristön kannalta vesivoima on kaikkea muuta kuin "puhdas" saati paras tapa tuottaa sähköä. Näin ollen vesivoimasta luopuminen tulisi ottaa Suomessa ainakin pitkän aikavälin tavoitteeksi, varsinkin kun vaihtoehtoisia energiantuotantomenetelmiä on jo olemassa.

Suomen jokikilometreistä on tavalla tai toisella rakennettu yli 90 %, siinä missä sähköntuotannosta vain reilut 10 % syntyy vesivoimasta. Jo tämä epäsuhta osoittaa, ettei vesivoima energianlähteenä ole maamme hyvinvoinnille enää samanlainen välttämättömyys kuin entisaikoina. Vesivoiman kannattavuus riippuu pitkälti jokien pudotuskorkeuksista, jotka Suomessa ovat verraten pieniä.

Sen sijaan esimerkiksi Norjassa vesivoiman osuus sähköntuotannosta on n. 99 % (2001) [4] ja Ruotsissakin n. 45 % (2006) [5], vaikka kummankin maan jokikilometreistä on valjastettu vain pieni osa. Jos lähes kaikki maamme jokimaisemat on pidettävä kahlittuina vain muutaman prosentin energiantuotannon vuoksi, on syytä kysyä, Miksi? Eikö kuohuville putouksillemme todella löytyisi muutakin kansallista arvoa – esimerkiksi matkailukohteina?

Voidaanko vesivoimasta luopua?

Valtaosa Suomen vesivoimatuotannosta on tehon osalta keskittynyt muutamiin suurimpiin laitoksiin. Näihin kuuluvat paitsi edellä mainittu Imatrankoski (192 MW), myös esimerkiksi Kemi- ja Oulujoen suuret voimalat.

Lukumäärällisesti eniten Suomessa onkin ns. pien- tai minivesivoimaloita, joilla tarkoitetaan kaikkia teholtaan alle 10 MW (tai jälkimmäisten tapauksessa alle 1 MW) laitoksia [3]. Kun ottaa huomioon yllä kuvatun epäsuhdan (rakennetut jokikilometrit vs. vesivoiman osuus sähköntuotannosta), pahinta ongelmaa eivät välttämättä muodostakaan suurimmat voimalat, vaan nimenomaan pien- ja minivesivoimalaitokset; niiden merkitys koko maan energiataloudelle on olematon, mutta tuhoava vaikutus paikalliselle jokiluonnolle ja maisemalle usein suuri.

Jos ja kun vesivoimaa aletaan Suomesta vähentää, tulisi se aloittaa ensimmäisenä pienistä ja vanhimmista laitoksista. Tällä tavoin monet kahlitut joet vesiputouksineen saataisiin vapaiksi, eikä vaikutus maamme energiataloudelle silti tuntuisi missään. Suurimmat voimalat, joiden tuotannolla yhä on valtakunnallista merkitystä, voitaisiin jättää viimeisiksi.

Halkiankosken minivesivoimalan infrastruktuuria Pornaisissa 28.4.2012.

Vesivoiman tilalle on olemassa energiamuotoja, joista osa on vielä kehitteillä. Omasta mielestäni paljon haukuttu ydinvoimakin on Suomen oloihin selvästi puhtaampi ja tehokkaampi sähköntuotantokeino kuin vesivoima. Tätä voi havainnollistaa sillä, että esim. Pyhäjoen Hanhikivelle nyt rakenteilla oleva uusi ydinvoimala tulee valmistuessaan olemaan sähköteholtaan 1200 MW – siis yli 6 kertaa tehokkaampi kuin Imatrankoski tai 120 kertaa tehokkaampi kuin Korkeakosken vesivoimalaitos Kotkassa.

Yhdellä ydinvoimalalla voitaisiin siis korvata kymmenet ja taas kymmenet pienet (ja suuremmatkin) vesivoimalat. Suomen oloissa ydinjätteen varastointi on turvallista vakaan peruskalliomme vuoksi, ja ydinturvallisuustaso korkea – esimerkiksi Japanin Fukushiman ydinturman (2011) kaltaista suuronnettomuutta ei meillä päin voisi tapahtua, sillä Suomessa ei esiinny maanjäristyksiä, eikä Itä-meressä tsunameita. Itse voimaloista ei muita ilmastopäästöjä synnykään, kuin vesihöyryä.

Toinen esillä oleva uusi vaihtoehto on ns. älykkäät sähköverkot ja hajautettu energiantuotanto. Tämän tekniikan ideana on mahdollistaa älykäs energianjakelu, joka ohjaa sähköntuoton sinne, missä energiaa kulloinkin tarvitaan eniten. Samalla järjestelmä osaa varastoida sähköä joustavasti. Tuotantotapoihin kuuluvat esimerkiksi minituulivoimalat ja aurinkopaneelit kaupunkialueilla, sekä sähköautojen latauspisteet osana infrastruktuuria. Älykkäät sähköverkot eivät ole enää pelkkää tieteiskuvitelmaa, vaan sellaisia ollaan jo rakentamassa mm. Helsingin Kalasataman uudelle asuinalueelle.

Totuus kuitenkin lienee, että täydelliseen vesivoimasta luopumiseen menee Suomessa vielä pitkä aika. Tämä ei johdu vain tekniikasta, vaan myös poliittisista syistä; suuret energiayhtiöt haluavat säilyttää valta-asemansa ja tulonlähteensä. Siksi vesivoimasta luopumiseen ei vaadita vain uutta tekniikkaa, vaan myös hyvää yhteistyötä ja koko kansan tahtoa. Teknisiäkin esteitä toki vielä on; vesivoiman yksi kiistaton etu on sen käyttö ns. säätövoimana eli helppona keinona tasata valtakunnallisia sähkönkulutuksen vaihteluita [3]. Tämän ja muiden ongelmien voittaminen vaatii paljon työtä, mutta on varmasti mahdollista jonakin päivänä. Pienvesivoiman reipas vähentäminen olisi kuitenkin mahdollista jo nyt.

Kehityksen suunnasta kertoo joka tapauksessa se, että jo viime vuosina on käyty keskusteluja eräiden voimalaitosten purkamisesta. Esimerkiksi Heinävedellä sijaitsevien Palokin kuuluisten lohikoskien vapauttamisesta vuonna 1961 valmistuneen (7.4 MW) voimalaitoksen kahleista on tehty selvitystyötä koko maakunnan mittakaavassa.

Jyväskylässä kaupungin läpi virtaava Tourujoki päätettiin vuonna 2015 vapauttaa 0.62 MW minivesivoimalan kahleista osana Kankaan uuden asuinalueen puistosuunnitelmaa. Keskusteluja on käyty myös mm. Rautjärvellä sijaitsevan Hiitolanjoen Kangaskosken minivesivoimalan purkamisesta ja Vanhankaupunginkosken 0.1 MW voimalapadon purkamisesta Helsingissä. Onpa jopa Imatrankosken vapauttamisesta keskusteltu, vaikkei asia aivan lähiaikoina varmasti toteudukaan.

Viime kädessä vesivoiman tulevaisuuden Suomessa ratkaisevat tekniikka, raha ja yhteistyö. Ilman näitä tekijöitä tuskin yksikään voimatalousyhtiö on hevillä luopumassa laitoksistaan. Voikin kysyä: kenellä olisi rohkeutta olla se todellinen edelläkävijä?