Ny 130kV ledning Himmeta- Arboga-Kungsör

Transkript

1 BILAGA 7 Vattenfall Eldistribution AB Ny 130kV ledning Himmeta- Arboga-Kungsör Materialåtgång och energianvändning A

2 Uppdragsgivare: Uppdragsgivarens kontaktperson: Konsult: Uppdragsledare: Teknikansvarig: Handläggare: Vattenfall Eldistribution AB Svante Skeppström Norconsult AB, Studentplan 5 Hus E, Östersund Björn Mossberg Björn Mossberg Björn Mossberg Version Datum Beskrivning Upprättat Granskat Godkänt A Externt granskat dokument Björn Mossberg Roger Olsson A Rameau Detta dokument är framtaget av Norconsult AB som del av det uppdrag dokumentet gäller. Upphovsrätten tillhör Norconsult. Beställaren har, om inte annat avtalats, endast rätt att använda och kopiera redovisat uppdragsresultat för uppdragets avsedda ändamål Ny 130kV ledning Himmeta-Arboga-Kungsör h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

3 Sammanfattning Studien skall belysa skillnaderna i materialåtgång och energianvändning vid byggnation av alternativen luftledning respektive markkabel avseende den planerade nya kraftledningen Himmeta- Arboga-Kungsör. De båda teknikalternativen har dimensionerats av Vattenfall Eldistribution AB. Luftledningsalternativet utgörs av raklinjestolpe med dubbla stolpar s.k. tvåstolpskonstruktion. Linarean är dimensionerad till simplex 593 mm 2 med genomgående topplina/opgw och stolptyp som har antagits vara G18. Kabelalternativet utgörs av dubbla kabelförband 3x1x1200 mm 2. Kabelförbanden är förlagda i ett gemensamt kabelschaktdike med ett c-c avstånd på 1,0 m mellan kablarna. Det ingår även material som medföljande jordlina och optoslang för respektive kabelförband. Det är stor skillnad mellan teknikalternativen i material och energianvändning. Den största mängden av ett enskilt material utgörs av kabelsand som står för 90% av kabelalternativets totala vikt. Studien visar att luftledningsalternativet har betydligt lägre materialåtgång (1/30-del) och energiförbrukning (1/10-del) av framställning och tillverkning av material. Även energiåtgången till följd av maskinanvändning i byggskedet är väsentligt lägre för luftledningsalternativet och utgör 1/4 del av energiåtgången för kabelalternativet. I beräkningarna har alla typer av transporter utelämnats. Att bygga en luftledning är tidsåtgången halverad jämfört med traditionell kabelförläggning. h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

4 Innehåll Inledning 5 Bakgrund 5 Förutsättningar 5 Syfte 6 Ledningsalternativ 7 Luftledning 7 Materialvikt raklinjestolpe 8 Kabel 8 Materialvikt kabel 9 Material och energianvändning 10 Råvaruutvinning 10 Kraftledningsstolpar 10 Aluminium 11 Koppar 12 Plast 13 Stål 13 Sammanställning av material och energianvändning 14 Byggnation 15 Allmänt kv luftledning 15 Utförande tid 15 Energiförbrukning av arbetsmaskiner vid byggnation kv kabelförband 16 Utförande tid 16 Energiförbrukning av arbetsmaskiner vid byggnation 16 Källa 17 h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

5 Inledning Bakgrund I samband med arbetet med olika sträckningsförslag av 130 kv kraftledningen mellan Himmeta Arboga - Kungsör har Norconsult fått i uppdrag att beräkna materialåtgång och energianvändning för att jämföra skillnaderna mellan luftledning kontra markförlagd kabel. Studien är en bilaga till samrådsunderlaget. Förutsättningar Studien är avgränsad till en beräkning av energiåtgång endast i byggskedet för teknikalternativen markkabel och luftledning. Beräkningen baseras på en redovisning av energiåtgång vid framställning av de huvudsakliga materialen samt energiförbrukning baserad på maskinanvändning i byggskedet. Energiåtgång i samband med transporter av material har inte tagits med i beräkningarna. h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

6 Syfte Syftet med studien är att undersöka och jämföra de olika ledningsalternativen med hänsyn tagen till energianvändning vid råvaruframställning/brytning och tillverkning samt maskinanvändning i byggskedet. Totalvikt av de mest betydande och största produkterna beräknas för respektive ledningsalternativ. Målet är att identifiera och belysa skillnaderna i energianvändning och totalvikter av material mellan de olika ledningsalternativen. h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

7 Ledningsalternativ Luftledning Vid beräkning av materialåtgång har metoden förenklats genom att förutsätta en raklinjestolpe med tvåstolpskonstruktion med extra grova stolpar. Terrängens topografi har stor betydelse för hur långa spannlängder som kan erhållas men även stolplängden påverkas. Stolplängden har antagits till 18 m och medelledningspannet är 150 m (dvs 7 spann / km). Kraftledningen mellan Himmeta Arboga Kungsör har dimensionerats av Vattenfall och vald linarea är Al mm 2. Fasavstånd mellan faserna är 4,5 m vilket medför att stolpregeln (HEA 160) är 9 m lång. Då det har förutsatts raklinjestolpe är det totalt 3 st. hängisolatorkedjor per stolpe. Konstruktionen har en genomgående topplina samt OPGW vilket medför ökad skydd av kraftledningen samt optokommunikation. Figur 1, Raklinjestolpe h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

8 Materialvikt raklinjestolpe I sammanställning av materialvikt har endast de största komponenterna som ingår i en byggnation av luftledning beräknats. Tex. har staglinor, ståltopp för topplina/opgw etc. utelämnats i beräkningarna. Material Materialvikt / km Enhet Källa Lina Al59 3x593 mm kg/km [1] Topplina 1x142 mm kg/km [2] OPGW 1x124 mm kg/km [3] Regel HEA kg/km [4] Isolatorkedja 396 kg/km [5] Trästolpe G kg/km [6] Summa totalvikt kg/km Figur 2, Sammanställning av materialvikt Kabel Vattenfall Eldistribution har dimensionerat kabelalternativet med målet att samma överföringsförmåga ska erhållas som aktuell luftledning med ledararea 593 mm 2. Beräkningarna baseras på simuleringar av effektflöden i nätet utgående från en prognos för år Simuleringar har gjorts för dubbla kabelförband med dimensionerna 630 respektive 1200 mm 2. Ledningens belastningsgrad, dvs den andel av ledningens kapacitet som tas i anspråk, blir mer än dubbelt så stor för dubbla 630 mm 2 kabelförband jämfört med aktuell luftledning. För dubbla 1200 mm 2 förband blir belastningsgraden drygt 50% högre jämfört med luftledning. För att ge marginal för framtida lastökningar skulle ett kabelalternativ därför dimensioneras med dubbla förband om 1200 mm 2. Även den dimensionen ger dock mindre utrymme för framtida lastökningar jämfört med luftledningen. De båda kabelförbanden läggs i samma schakt men med ett c-c avstånd på 1,0 m för att minimera risken för grävskada på bägge förbanden. För att minimera mängden kabelsand har jag utgått från att göra två kabeldiken där kabeln skyddas av kabelsand. Figur 3, Kabelschakt h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

9 Materialvikt kabel I sammanställningen har materialvikter beräknats utifrån ovanstående kabelschakt ritning. Material Materialvikt / km Enhet Källa Kabel 2x1x3x1200 mm kg/km [7] Kabelskydd 300mm 880 kg/km [8] Cu-lina 2x1x50 mm kg/km [9] Optoslang 2x40mm 801 kg/km [10] Kabelskydd 125mm 400 kg/km [8] Kabelsand kg/km [11] Summa totalvikt kg/km Figur 4, Sammanställning av materialvikt h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

10 Material och energianvändning Råvaruutvinning Nedan angivna energiförbrukningar vid brytning, framställning och tillverkning av material som ingår i del olika ledningsalternativen har alla typer av transporter utelämnats. Kraftledningsstolpar Furu används oftast som kraftledningsstolpar i Sverige. Materialet furu är virket från en tall. Avverkning av skog sker huvudsakligen maskinellt. Skördare är en maskin som fäller trädet, kvistar och kapar timret och som lastar det på en skotare som fraktar timret till en lastbil. I sammanställningen har energiförbrukningen av transport utelämnats. En G18 stolpe som antagits för samtliga stolpplatser har en volym av 1,19 m 2 / stolpe [6]. Antalet stolpar vid 1 km ledningslängd samt att stolpkonstruktionen har dubbla stolpar blir totalantalet 16 stolpar. Typ av maskin Energiförbrukning Enhet Källa Skördare 95 kwh/km [12] Skotare 95 kwh/km [12] Summa 190 kwh/km Figur 5, Energiförbrukning för råvaruutvinning av timmer Efter att timret har transporterats till sågverket utförs ett antal produkthanteringar som barkning, kapning till rätt längd, torkning och impregnering innan stolpen kan skickas vidare till försäljning. Process Energiförbrukning Enhet Källa Tillverkning 83 kwh/stolpe [12] Torkning 309 kwh/stolpe [12] Summa 393 kwh/stolpe Figur 6, Energiförbrukning vid förädling av trästolpe h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

11 Aluminium Beroende på skilda ledarareor för luftledning respektive kabel är skillnaderna stora på mängd av aluminium. Kabelalternativ Dimension Diameter Densitet Enhet Kabelarea (Al) 1x Kg/m Summa 2x1x3x1200 mm Kg/km Luftledningsalternativ Dimension Diameter Densitet Enhet Linarea (Al) 3x593 31, Kg/km Topplina (Al) 1x142 15,4 658 Kg/km OPGW (Al) 1x124 14,9 544 Kg/km Totalsumma Kg/km Figur 7, viktuppgifter av aluminium Aluminium framställs ur bauxit och som är det absolut vanligaste metallen i jordskorpan. Bauxiten bryts oftast i stora dagbrott men används inte direkt för aluminiumtillverkning, utan omvandlas först till aluminiumoxid. Aluminiumoxiden löses sedan upp och elektrolyseras på hög värme, en process som kallas för smältelektrolys som sker i en för ändamålet speciellt framtagen ugn. Den rena och smälta aluminiumet samlas på elektrolysugnens botten, varifrån den tappas. Har antagit att process och energiförbrukning vid framställning av aluminium är lika för kabel och kraftledningslina. Process Energiförbrukning Enhet Källa Brytning 0,225 kwh/kg [13] Tillverkning Al 13,0 kwh/kg [13] Summa 13,23 kwh/kg Figur 8, Energiförbrukning av brytning och tillverkning av Al. h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

12 Koppar I kabelschaktet är det vanligt förfarande att man förlägger medföljande jordlina per ledningsschakt. Dimension av kopplina är beroende på kortslutnings- och jordslutningsströmmar men har antagit att 50 mm 2 kopparlina uppfyller de elektriska storheterna. Konstruktion av kraftkabel är det vanligt att kabelskärmen består av koppartråd. Kopparskärmen ger elektriska fördelar samt ökat personskydd. Skärmen fördelar också tryck och krafter från yttre inspännings- och upphängningsdon så att kabeln övriga konstruktion inte skadas. Stora energikrävande processer som brytning, krossning, malning, anrikning krävs för framställning av koppar. Framställning av koppar måste ofta bryta stora mängder gråberg för att frilägga malmen. Enligt en tysk undersökning krävs en energiinsats (primärenergi) på nästan 36 GJ per ton koppar för brytning och anrikning av en malm med 0,5 % kopparhalt. Det totala energibehovet för framställning av ren koppar enligt samma undersökning är drygt 57 GJ/ton. Konvertering av GJ/ton till kwh/ton är 1/3,6 som multipliceras med GJ/ton. Process Energiförbrukning Enhet Källa Brytning 10,0 kwh/kg [14] Tillverkning Cu 18,6 kwh/kg [14] Summa 28,6 kwh/kg Figur 9, Energiförbrukning av brytning och framställning av koppar Beräknad koppar av medföljande jordlina samt kraftkabelns skyddsskärm. Kabelskärmen är 95 mm 2 och är förlagd i trådar jämt fördelade runt kabeln. Material Area / Dimension Densitet Enhet Källa Cu-lina 1x50 mm kg/m 3 [15] Kabelskärm 1x95 mm kg/m 3 [15] Summa kg/km Figur 10, Beräknad kopparvikt per km h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

13 Plast I nedanstående tabell är kabelns olika skikt beräknade utifrån kabeltillverkarens datablad. Material Area / Dimension Densitet Enhet Källa Isolermaterial (PEX) 1,48 mm kg/m 3 [15] Mantel material (PE) 1,41 mm kg/m 3 [15] Kabelskydd elkabel 300 mm 440 kg/km [8] Optoslang 40 mm 400,5 kg/km [10] Kabelskydd opto 125 mm 200 kg/km [8] Summa kg/km Figur 11, viktuppgifter av olika plaster vid kabelförläggning I kabel används olika typer av plaster i huvudsak som isolations- och mantelmaterial. Polyeten (PE) som ofta används som material i mantel pga. mekaniska egenskaper. Tvärbunden polyeten (PEX) har förbättrade termiska och mekaniska egenskaper vilket gör den lämplig som isolationsmedium i kablar. I sammanställning har antagits att all typ av plast som kabelmaterial, optoslang, kabelskydd etc. har samma energiförbrukning vid framställning och tillverkning av plast. Process Energiförbrukning Enhet Källa Råvaruframställning 22,5 kwh/kg [16] Tillverkning 0,8 kwh/kg [16] Summa 23,3 kwh/kg Figur 12, Energiförbrukning av råvaruframställning och tillverkning Stål Vid tvåstolpskonstruktion har man stålregel mellan stolparna. Dimensionering av stålbalk är beroende på normalspännvidd och vertikalt belastad linlängd. I sammanställning har förutsatt HEA-160 balk. Enligt Jernkontoret är den totala energianvändningen i stålindustrin ca. 4,8 MWh per ton handelsfärdigt stål. Process Energiförbrukning Enhet Källa Stålframställning 4,8 kwh/kg [17] Summa 4,8 kwh/kg Figur 13, Energianvändning vid råvaruutvinning av stål h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

14 Sammanställning av material och energianvändning I nedanstående sammanställningstabell har totalvikt och energianvändning av råvaruutvinning och tillverkning för de olika ledningsalternativen redovisats. Samtliga transporter har utelämnats i beräkningarna. Typ av elnät Totalvikt Enhet Total Energiförbrukning Enhet Kraftkabel kg/km kwh/km Luftledning kg/km kwh/km Figur 14, Total sammanställning av vikt och energianvändning h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

15 Byggnation När alla tillstånd är klara som krävs vid byggnation av ledningar tecknas avtal med markägare om markupplåtelse. Allmänt Att beräkna energiförbrukning vid nyttjande av arbetsmaskiner är svårt då flera parametrar spelar in som motoreffekt, belastningsfaktor, årsmodell mm. Nedanstående beräkning av dieselförbrukning är uppskattad och beräkningsmetod är hämtad från studie från Svenska maskinprovning beställd av Naturvårdsverket. Beräkning av diselförbrukning Data Enhet Källa Densitet Diesel 1,20 kg/l - Förbrukning 0,26 kg/kwh [19] Motoreffekt grävare 115 kw [19] Belastningsfaktor 40% [19] Genomsnittning diselförbrukning 14 l/h Figur 15, Dieselförbrukning av grävmaskin 145 kv luftledning Utförande tid Vid byggnationen kommer terrängkörning med arbetsmaskiner att ske längs med hela ledningsgatan i samband med uttransport av material till stolpplatser. I tidsuppskattningen ingår även tiden för att avverka 40 m bred skogsgata. Tiden för att bygga luftledning kan variera beroende på hur stor del av luftledningssträckningen går över plan och öppen mark och dels om hur topologin i terrängen ser ut. Den genomsnittliga tiden för att bygga 145 kv luftledning enligt EBR kostnadskatalog är följande: Typ av anläggning Beredningstid Montörstid Maskintid Källa Luftledning 145 kv [18] Figur 16, Tidsuppskattning av byggnation av 145 kv luftledning Energiförbrukning av arbetsmaskiner vid byggnation Enligt ovanstående tidsuppskattning ingår olika typer av arbetsmaskiner. Maskintid för att avverka ledningsgata ingår arbetsmaskiner som skördare och skotare och grävmaskin används vid en mängd olika arbetsmoment vid byggnation av luftledning. Grundläggning, resning av stolpar, stag montage samt montage av regel är arbetsmoment där grävmaskin nyttjas. Beroende på arbetsmoment som skall utföras varierar dieselförbrukningen. Har utgått från att samtliga arbetsmaskiner har samma genomsnittliga dieselförbrukning och energiinnehållet av 1 liter diesel motsvarar 9,8 kwh. h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

16 Typ av arbete Förbrukning Enhet Källa Maskintid 108 tim/km [18] Förbrukning maskin 14 L/h [19] Summa förbrukning kwh/km Figur 17, Dieselförbrukning beräknad i kwh 145 kv kabelförband Utförande tid Att förlägga kabelschakt på regionnätsnivå är en metod som är relativt tids- och utrymmeskrävande. Då förläggningsdjupet är 1,1m är det betydande massor av material som bearbetas och som sorteras och den översta vegetationen skall läggas tillbaka för att återställa marken för att inte återväxten skall påverkas. Med plats för maskin och schaktmassor krävs ett arbetsområde på ca m. Den permanenta ledningsgatans bredd i skogsmark skulle bli ca 8 m. De yttre geotekniska förutsättningarna är starkt påverkade av utförandetiden. Typ av anläggning Beredningstid Montörstid Maskintid Källa Jordkabel Landsbygd [18] Reduktion vid 2 kablar i schakt [18] Summa Figur 18, Tidsuppskattning av byggnation av 145 kv kabelförband Energiförbrukning av arbetsmaskiner vid byggnation Vid kabelschakt används grävmaskin förutom vid själva kabeldiket nyttjas den också för utrullning av kabel, markeringsband, skyddsfyllning av kabelsand samt återfyllning och återställning av mark. Diselförbrukning har stor betydelse på arbetsmoment som utförs. Beräknad förbrukning är en genomsnittsförbrukning av diesel och energiinnehållet av 1 liter diesel motsvarar 9,8 kwh. I nedanstående beräkning har förbrukningen av framställning av kabelsand i form av mobilt krossverk utelämnats då det kan vara möjligt att ersättas med transporter från närliggande bergtäkter. Typ av arbete Förbrukning Enhet Källa Maskintid 454 tim/km [18] Förbrukning maskin 14 L/h [19] Summa förbrukning kwh/km Figur 19, Dieselförbrukning beräknad i kwh h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)

17 Källa [1] Sterlite Power Tekniskt datablad All Aluminum Alloy Conductor (AL 59) 593 sqmm (61/3.52 mm) Ungreased [2] Sterlite Power Tekniskt datablad Concentric Lay Stranded Aluminum Conductors steel Reinforced ACSR 89-AL1/52-ST1A Dotterel Ungreased [3] AFL Tekniskt datablad ASLH-D(S)bb 1 x 48 SMF (AL3 / A20SA 82/42-10,9) [4] TIBNOR konstruktionstabeller Rör, balk och stång [5] Necks produktionskatalog, Hängkedja 145 kv, 40 ka [6] Onninen produktkatalog elnätmaterial [7] TF cable Tekniskt data blad 145 kv 1x1200 mm 2 HV XLPE cable with copper wires screen and aluminium laminated foil [8] Pipelife produktsortiment [9] Nexans kabel, tekniskt datablad 1x50 mm 2 jordlina [10] Pipelife produktsortiment optorör 40/32 mm [11] kabelsand 0-4 mm [12] Rapport livscykelstudie Alternativ för kreosotimpregnerade stolpar [13] Effektivitetsriktmärken för elförbrukning för produkter utgiven av Europeiska unionens officiella tidning [14] Teknikhandboken [15] Kraftkabelhandboken, nkt cables [16] Pipelife miljödeklaration för platsrörsystem av PE [17] [18] EBR Kostnadskatalog P1 [19] SMP Svensk Maskinprovning AB, Utsläpp från större dieseldrivna arbetsmaskiner h:\vattenfall\130 kv ledning himmeta-arboga-kungsör\material\material och energiåtgång.docx (17)