VINDKRAFTETABLERING I NORRLAND ur Miljöperspektiv

Transkript

1 Examensrapport C-nivå, 15 poäng. Malmö Högskola Teknik & Samhälle VINDKRAFTETABLERING I NORRLAND ur Miljöperspektiv Inkluderar strukturell MKB för vindkraftpark, Stentjärnås, Härjedalen Rapportförfattare: Urban Persson Examinator: Sören Dahlin

2 1 Sammanfattning Denna rapport är ett examensarbete på C-nivå som behandlar vindkraft från flera olika perspektiv. Dels utförs en generell beskrivning av fundamentala fakta för vindens och vindkraftverkets effekt. Dels beskrivs förutsättningarna för storskalig utbyggnad av vindkraft i Sverige under den kommande tioårsperioden. Vindkraft är en helt ren energiteknik som utnyttjar en ickeändlig energikälla (vinden) som primär källa. Vindens effekt är direkt proportionell mot vindhastigheten i kubik, vilket innebär att en fördubbling av vindhastigheten ger en åttafaldig ökning av vindeffekten. I dagsläget finns c:a 730 vindkraftverk i Sverige, varav merparten har en märkeffekt understigande 1,0 MW. Sveriges Riksdag har år 2002 antagit Energimyndighetens förslag till planeringsmål för vindkraftens framtida utbyggnad i landet. Uttryckt i effekt motsvarar detta mål en installerad vindkraftseffekt av MW till år Förutsättningarna för att uppfylla detta mål begränsas i dagsläget delvis av ekonomiska och elkrafttekniska omständigheter, vilka är föremål för utredningsarbete av berörda myndigheter och organisationer. Villkoren för storskalig vindkraftutbyggnad skiljer sig markant för landets norra delar jämfört med den södra regionen. Detta beror huvudsakligen på begränsad överföringskapacitet i stamnätet. Inför en storskalig utbyggnad av vindkraft i Norrland måste stamnät och även vissa lokala nät förstärkas, vilket innebär avsevärda kostnader. I södra Sverige är behovet av ledningsförstärkningar mindre eftersom näten där är mer utbyggda och väl förgrenade. Inför anläggningsetablering av vindkraftparker med tre eller fler verk, och en parkeffekt överstigande 10 MW, skall projektets miljökonsekvenser beskrivas i ett s.k. MKB-dokument (miljökonsekvensbeskrivning). En planerad anläggning vid Stentjärnåsen i Härjedalen beskrivs ur miljöperspektiv, framförallt med avseende på visuell landskapspåverkan, och ett MKB-dokument för detta projekt struktureras. 2

3 1 SAMMANFATTNING INLEDNING BAKGRUND SYFTE OCH MÅLSÄTTNING PROBLEMFORMULERING AVGRÄNSNINGAR ALLMÄNT OM VINDKRAFT VINDENS EFFEKT VINDGRADIENT VINDENS FREKVENSFÖRDELNING VINDFÖRHÅLLANDEN VINDKRAFTVERKETS VERKNINGSGRAD REGLERKRAFT NYCKELTAL PROJEKTERING AV VINDKRAFTPARK PLATSBESKRIVNING VINDFÖRHÅLLANDEN PRODUKTIONSBERÄKNINGAR Vindens effekt Verkningsgrad Årlig energiproduktion PROJEKTEKONOMI Kostnader Intäkter Några nyckeltal för projekt Stentjärnås VINDKRAFTENS FÖRUTSÄTTNINGSMÄSSIGA PROBLEM EKONOMISKA FÖRUTSÄTTNINGAR Miljönytta Investeringsbidrag Elcertifikat Översyn av systemet ELKRAFTTEKNISKA FÖRUTSÄTTNINGAR Kortslutningsstorheter Dagens elöverföringssystem Förstärkningar eller samreglering Vägvalet Optimalt scenario SLUTSATS OCH DISKUSSION MILJÖKONSEKVENSBESKRIVNING MKB PROJEKT STENTJÄRNÅS Introduktion Administrativa Uppgifter ALLMÄN BESKRIVNING Verksamheten Lokalisering Utformning Omgivning MOTSTÅENDE INTRESSEN Kommunala planer Turism och rörligt friluftsliv Jakt och fiske Rennäring Övriga näringar Skotertrafik Ortsbefolkning MILJÖSITUATION

4 7.4.1 Mark och vegetation Ljud och Buller Skuggor och reflexer Naturmiljön BEDÖMNINGSGRUNDER Planförhållanden Skyddsintressen Miljömål Allmänna hänsynsregler, kapitel 2 miljöbalken Samrådsförfarande ALTERNATIVA ANLÄGGNINGSPLATSER OCH NOLLALTERNATIV Alternativ A Alternativ B Alternativ C Visualisering av anläggningsalternativ Bildvinkel Bildvinkel Bildvinkel Bildvinkel Nollalternativ Val av alternativ med motivering LANDSKAPSBILDSANALYS Visuell landskapspåverkan Bildvinkel Bildvinkel Bildvinkel Bildvinkel Bildvinkel Bildvinkel UTSLÄPP OCH ANDRA STÖRNINGAR FRÅN SÖKT VERKSAMHET Luft och vatten Ljus och skuggor Buller Avfall Naturmiljön Klimat Transporter Haverier och olyckor Övrigt BESKRIVNING AV ÅTGÄRDER MOT SKADLIG VERKAN Undvikande åtgärder Avhjälpande åtgärder UPPGIFTER OM HUVUDSAKLIG INVERKAN Människors hälsa Miljön Hushållning med mark och vatten ICKE-TEKNISK SAMMANFATTNING AV MILJÖKONSEKVENSER LITTERATUR BILAGOR

5 2 Inledning Denna rapport utgör ett 15 poängs examensarbete på C-nivå inom ramen för Energi och Miljöingenjörsutbildningen vid Teknik och Samhälle, Malmö Högskola. Rapporten omfattar i princip två olika huvudområden, vilka bägge är fundamentala för etableringsprocessen av vindkraftverk. Det första huvudområdet beskriver själva projekteringen i sig, ett brett område som sträcker sig från bl.a. vindkarteringar, områdesanalyser, produktionsberäkningar och nätanslutningsmöjligheter till val av verk, tillståndsansökan, ägandeformer och ekonomiska kalkyler. Detta område behandlas huvudsakligen i rapportens första del. Det andra huvudområdet inriktar sig uteslutande på analyser och beskrivningar av de miljökonsekvenser som uppförande och drift av vindkraftverk orsakar. Miljökonsekvensbeskrivning (MKB) för vindkraftanläggningen vid Stentjärnås, Tännäs, Härjedalen, presenteras i strukturell form i rapportens andra del, med tonvikt på illustration av visuell landskapspåverkan. Förutom en generell presentation av vindkraftens mest utmärkande egenskaper och förutsättningar i första delens kapitel 3, behandlas även avslutningsvis några av de idag aktuella frågeställningarna kring den fortsatta vindkraftutbyggnaden i Sverige (kapitel 5 och 6, Del 1). Trots en marginellt ökad utbyggnadstakt under de senaste åren 1 står det alltmer klart att uppfyllandet av de av riksdagen utfärdade produktionsmålen för inhemsk vindkraft (10 TWh/år, 2015) är i farozonen om inte ytterligare formell stimulans samt ersättningsmässigt stabiliserande åtgärder upprättas och vidtas. Jag vill här även ta tillfället i akt att nämna min tacksamhet till Sören Dahlin, programledare för Energi och Miljöingenjörsutbildningen vid Malmö Högskola, för ett flerårigt samarbete kring min delvis individuella studieplan, för uppmuntran, lärdomar och säker ledning. Tack till Malmö Högskola. Hjärtligt tack även till Göran Sidén, programledare för Energiingenjörsutbildningen vid Halmstad Högskola, vid vilken jag under mitt tredje och avslutande studieår delvis tagit del av ett påbyggnadsprogram i energiteknik, samt deltagit i ett flertal fristående specifika energikurser 2, för entusiasm, kunskaper och insikter i vindkraftsbranschen. Härutöver vill jag dessutom rikta ett speciellt tack till arkitekt Christina Nilsson vid Länsstyrelsen i Jämtlands län, som generöst bidragit med kopior av bl.a. Härjedalens kommuns förslag till reviderad översiktsplan, samt ett flertal övriga utredningar angående vindkraftsutbyggnad i fjällen 3. Tack även till stadsarkitekt Ulf Alexandersson, Östersund, för tidig vägledning per telefon angående besluts- och ansvarsfördelning vid bygglovsansökan för vindkraftetablering i Härjedalens kommun. Stort tack även till Pär-Ola Säterhall, VD för Vindgruppen Sverige AB, för möjligheten att få utföra mitt examensarbete inom ett av företagets pågående projekt i Härjedalen. Avslutningsvis vill jag även rikta mitt varmaste tack till min familj och framförallt till min far, Rolf Persson, som stött mig under hela min studietid och framförallt under detta examensarbetes fältstudier och fotografering i fjällandskapet runt byn Tännäs i Härjedalen. 1 Antalet vindkraftverk på svensk mark i Januari 2005 uppgick enligt vindforsks månatliga driftuppföljning av landets vindkraftverk till 729 stycken. Installerad effekt; 455 MW. ( 2 Vindkraftteknik, Solenergiteknik, Effektiv Energianvändning, samt ett flertal kurser inom Elkraftområdet. 3 Fjällagendan, Ulf Alexandersson, Turisters attityder till vindkraftverk i fjällen, Lisa Hörnsten, Konsekvenser av vindkraft för rennäringen i Jämtlands län, Madeleine Larsen, Hållbar utveckling av vindkraft Metodutveckling för fjällområdena, Anna Hildebrand, Karin Örnfjäll, Vindkraftens påverkan på fjällandskapet, Anders Bramme,

6 2.1 Bakgrund Examensarbetet är ett obligatoriskt avslutande moment vid högskoleingenjörsutbildningar. Arbetet skall ge studenten möjlighet till fördjupning inom ett särskilt intresseområde och samtidigt tjäna som en kontaktyta ut mot den bransch och den arbetsmarknad som intresset avser. Examensrapporten är därför ett för studenten slutligt dokument som skall påvisa och inrymma den kunskap och insikt i ämnet som utbildningen skänkt. Eftersom de flesta examensarbeten utförs i direkt kontakt med ett företag är det också sannolikt att examensrapporter dessutom berör ett för företaget specifikt ämne eller område. I oktober 2004 togs den första kontakten med Vindgruppen Sverige AB, ett projekteringsföretag för vindkraft i Norrland med säte i Östersund. Kontakten förmedlades delvis genom programledare Göran Sidén vid Halmstad Högskola, som även är styrelseledamot och delägare i Eolus Vind AB, dels genom egna förfrågningar inom vindkraftsbranschen och Härjedalens kommun/jämtlands län. Eolus Vind AB, med säte i Hässleholm, är delägare i Vindgruppen Sverige AB 4 och eftersom jag själv är av jämtländsk börd förelåg i dubbel bemärkelse en naturlig koppling till företaget. Redan vid de första kontakterna med Pär-Ola Säterhall, VD för Vindgruppen Sverige AB, framgick att företaget var i behov av en miljökonsekvensbeskrivning (MKB) för projekt Stentjärnås vid kraftverksdammen Lossen i Härjedalen. För att säkra bygglovsrätten hade företaget redan i September 2004 lämnat in en bygglovsansökan till Härjedalens kommun, vilken redan i ett tidigare dokument 5 fastslagit att det aktuella området är lämpligt för vindkraftutbyggnad. Överenskommelse mellan rapportförfattaren och Vindgruppen Sverige AB träffades i November 2004, med innebörden att ett strukturellt MKB-dokument för projekt Stentjärnås färdigställs av rapportförfattaren till det andra samrådsmötet mellan berörda parter på orten, vilket planerats till sommaren För att sålunda tillfredsställa Vindgruppen Sverige AB s behov av ovan nämnda MKB, samt för att även uppfylla de rent akademiska förväntningarna på ett examensarbete, vilket beskrivits ovan, har denna rapport erhållit sin slutliga form. 2.2 Syfte och Målsättning Eftersom rapporten består av två skilda delar bör syfte och målsättning redogöras separat för respektive del. Uppställt i punktform kan syftet med respektive del sägas vara; Del 1; Redogörelse för fundamentala fakta och omständigheter för vindkraft. Beskrivning av projekteringsprocessen och förväntad årsproduktion i det berörda projektet vid Stentjärnås, Tännäs, Härjedalen. Del 2; Uppställande av MKB enligt Miljöbalken för projekt Stentjärnås, Tännäs, Härjedalen. För Del 1 är målsättningen att ge en så omfattande och fullödig introduktion till de tekniska och praktiska omständigheterna för vindkraft som möjligt, samt att enligt problemformuleringen nedan presentera en analys av två förutsättningsmässiga problemområden för 4 Ägarandelen uppgår till c:a 27 %. 5 Förslag till reviderad översiktplan Härjedalens Kommun

7 vindkraftsutbyggnaden i Sverige. Under min egen studietid har tillägnandet av dessa kunskaper varit ett drivande motiv, varför det känns angeläget att här sammanställa dem i en övergripande och slutlig presentation. För Del 2 är målsättningen att utifrån Miljöbalkens kriterier 6 för verksamhet eller åtgärd fastställa och identifiera de direkta och indirekta effekter som projekt Stentjärnås kan medföra, dels på människors hälsa och miljön, dels på djur, växter, mark, vatten, luft, klimat, landskap och kulturmiljö, samt hushållningen med mark, vatten och den fysiska miljön i övrigt. Det bör här påpekas att Vindgruppen Sverige AB även konsulterar en biolog för delaktighet i arbetet med att färdigställa MKB-dokumentet, och det är sannolikt att detta även kommer att bli föremål för andra tillägg och ytterligare efterarbeten som ligger utanför examensarbetets tidsram ( ). Ambitionen är att rapportförfattaren skall ställa upp MKB-dokumentet i fullödig form och sammanställa tillgänglig information i detta, vilket inbegriper vissa fotografiska animeringar av projektplatsen för utvärdering av visuell landskapspåverkan. Efter överlämnande av detta strukturella MKB-dokument till Vindgruppen Sverige AB i juni 2005, varefter ytterligare kompletteringar kan komma att tillfogas dokumentet, anses rapportförfattarens åtagande gentemot projektägaren vara fullbordat. 2.3 Problemformulering För att närma sig de problemformuleringar som skall behandlas i denna rapport behöver först en uppdelning i några tydligt urskiljbara problemområden göras. Sett från själva vindkraftverkets perspektiv kan dessa problemområden sägas vara av teknisk, driftmässig eller rent förutsättningsmässig karaktär. Eftersom rapportens första del, kapitel 3, i huvudsak utgör en rent informativ generell beskrivning av för vindkraften fundamentala fakta och omständigheter kommer ingen särskild problemformulering att ställas för detta avsnitt. Rapportens andra del (MKB-dokumentet) är utifrån Miljöbalkens kriterier för upprättande av miljökonsekvensbeskrivningar redan predefinierad med avseende på specifik problemformulering, och utelämnas därför i detta sammanhang. För att ändå innehålla en konkret problemformulering av relevant karaktär för vindkraftens situation i Sverige idag, har det tredje av dem delområden som definieras ovan valts ut för särskild granskning. Inom detta område, vindkraftens förutsättningsmässiga problem, identifieras framförallt två avgörande kategorier. Dessa är dels de ekonomiska förutsättningarna för drift av vindkraftverk (systemet med de gröna elcertifikaten, m.a.o. statligt initierade subventionssystem), samt de rent elkrafttekniska förutsättningarna för anslutning av uppemot MW vindkrafteffekt till elnätet med bibehållen elkvalitet och systemsäkerhet. Formellt tillhör denna granskning således rapportens första del. Vid en jämförelse med de vad gäller vindkraftsutbyggnad mest hängivna nationerna Tyskland, Danmark, Spanien och USA 7, har konstaterats att Sverige redan tidigt valde ett förhållningssätt, eller en utbyggnadsstrategi, som kraftigt skiljer sig från ovan nämnda länders. Istället för att stimulera den enskildes möjligheter för delägande och deltagande, vilket i t.ex. Danmark uppnåddes genom bl.a. lokal förankring av subventionsmedel och egen tillverkning under 70- och 80-talet, satsade Sverige (genom ABB) på några få stora pilotprojekt 8 och forskning. Visserligen togs prototyper fram för skräddarsydda vindkraftsgeneratorer (vilka senare emellertid stoppades i 6 Miljöbalken (1998:808), 1 Avdelningen, Kap. 6. 1, 3 och 7, 3 Avdelningen, Kap 9. 1, 3, 4 Avdelningen Kap 17, 1, stycke 8. 7 Enligt en konferensrapport framtagen av Mattias Törnkvist, Vattenfall Utveckling AB, på uppdrag av Elforsk inom ramen för Elforsks vindkraftprogram, projekt 2172, står dessa fyra länder tillsammans för 75 % av världens totala installerade vindkraftseffekt ( 8 Här kan nämnas bl.a. Näsudden och Maglarp. 7

8 malpåse), och vid tidpunkten för uppförandet av Näsudden 1 (2 MW) 9 var verket ensamt i Europa med dylik effekt. Dessvärre ledde denna strategi till ett alltmer avstannande intresse för fortsatt vindkraftutbyggnad under slutet av 80-talet och vidare in på 90-talet. Dessutom blev hela idén om en möjlig utbyggnad till skillnad från både Danmark och Tyskland aldrig integrerad vare sig i den nationella energiplanen eller hos den svenska befolkningen 10. Huruvida eventuellt medvetet politiska eller ekonomiska motiv låg bakom denna inriktning i Sverige är ett alltför omfattande område att undersöka i denna rapport, men det är inte osannolikt att den vid 80-talets inträde starkt på inhemsk vatten- och kärnkraft vilande nationella kraftproduktionen hellre såg bort från denna nya möjlighet än att bejaka den 11. Som en direkt följd av det svenska inträdet i den europeiska unionen 1994 avreglerades den svenska elmarknaden, vilket förde nationen in i ett nytt och tidigare okänt läge för produktion, distribution och handel med elenergi. Bara något år innan (1992) hade det av statliga Vattenfall tidigare ägda stamnätet för överföring av högspänning förlagts till det nyskapade Svenska Kraftnät AB, varefter Vattenfall (precis som tidigare kommunala energiverk) bolagiserades och sattes att följa en diametralt ny agenda med avseende på principen för energiproduktion i Sverige, nämligen det vinstdrivande företagets. Med tanke på den tröghet som rådde innan avreglering vad gäller vindkraftens utbyggnad i Sverige, och med tanke på den trots allt uppvaknande och spirande tendens som kunnat avläsas under senare hälften av 90-talet och vidare in på det nya centenniet, så kan det tyckas att avregleringen stimulerat utbyggnadstakten. Men denna stimulus kan lika gärna tillskrivas den explosiva utbyggnad som skett under samma period i våra närmaste grannländer och även globalt, som en direkt följd av det alltmer uppmärksammade internationella miljöarbetet 12 Trots, av riksdagen utfärdade, nationella produktionsmål för vindkraften, trots ett relativt nytt subventionssystem (gröna elcertifikat), trots ett starkt folkligt intresse och dessutom synnerligen goda förutsättningar i form av både goda vindförhållanden och befintlig vattenkraft, har utbyggnadstakten av vindkraft i Sverige hittills varit lägre än förväntat (se figur 5.1.1, sid. 35). Visserligen reses fler och fler verk i Sverige, men hittills i alltför ringa omfattning för att vid år 2015 generera 10 TWh årligen. Från vindkraftsbranschen hörs ofta det återkommande kravet att systemet med de gröna elcertifikaten måste utrustas med fastställda ersättningsnivåer för längre tidsperioder än idag. Säkerligen skulle alltfler intressenter våga ta risken att investera om den certifikatsubventionerade ersättningen var garanterad åtminstone under de första åtta, tio driftåren. Huruvida sådana avtal är möjliga att uppnå under rådande förutsättningar återstår fortfarande att se, men otvivelaktigt utgör dessa ekonomiska spelregler ett avgörande incitament för framtidens utbyggnadstakt. Denna frågeställning reses därför som den första formulerade problemställningen i denna rapport och en analys av systemet med gröna elcertifikat presenteras i avsnitt 5.1.3, åtföljt av en avslutande diskussion i kapitel 6. Den andra kategorin förutsättningsmässiga problem för vindkraften är de rent elkrafttekniska, m.a.o. elnätets beskaffenhet och kapacitet. Aktualiserat av denna vinters rekordstormar längs västkusten och stora delar av Småland, har det visat sig att långa sträckor av de regionala distributionsnäten, samt även lokala nät, helt enkelt är ålderstigna och utslitna. Visserligen skulle dylika stormvindar även kunna ha skadat helt nya ledningar, men faktum är att vissa delar av det 9 Numera Näsudden II (3,0 MW), , årsproduktion 2002; 6,25 GWh. 10 Olyckligtvis kom vindkraften redan initialt att jämföras med kärnkraft i Sverige, varför det under många år varit enkelt att sonika avfärda vindkraften som inget alternativ till kärnkraft. Vindkraften skall helst ses som en enskild kraftresurs och värderas utifrån sina specifika egenskaper (författarens kommentar). 11 Ett flertal historiska intressekonflikter angående utbyggnaden av Sveriges energisystem beskrivs av Mikael Hård och Sven-Olof Olsson i deras bok Istället för kärnkraft, Carlssons Bokförlag, Här avses utvecklingen alltifrån den första Rio -konferensen 1992 till Kyoto-protokollets undertecknande

9 svenska elnätet har varit i drift sedan så långt tillbaka som 1940-talet 13. Denna omständighet, tillsammans med de speciella krav 14 som anslutning av vindkraftverk (och framförallt vindkraftparker) ställer på befintliga nät, utgör i själva verket ett andra incitament om utbyggnaden av vindkraft i Sverige skall äga rum enligt utfärdade målbeskrivningar torde en övergripande översyn och långsiktig planering av morgondagens elnät inte enbart vara nödvändig, utan även befogad rent rationellt. Hittills har de flesta vindkraftverken uppförts enskilt utspritt och ej i huvudsak med primär åtanke på det totala nätets reaktion och funktion. Inför en kommande storutbyggnad är det därför både önskvärt och kanske rent av nödvändigt att integrera nätevalueringar vid anslutningar av vindkraftverk med den förväntade uppgraderingen av näten som sådana. Huruvida en dylik samkörning är möjlig utifrån rådande ägarstrukturer och intressefördelningar på den svenska och nordeuropeiska elmarknaden är ovisst, men denna rapport ämnar åtminstone redogöra för behovet av samorganisation samt att belysa fördelarna av ett sådant förfarande (se avsnitt 5.2). 2.4 Avgränsningar Av ovan nämnda prioritering framgår att avgränsning genomförts med avseende på vindkraftens direkt tekniska och driftsmässiga problemområden i relation till rapportens formella problemformulering. Dessutom har möjligheten att ställa upp en verklig kostnadsanalys för projekt Stentjärnås begränsats av alltför knapphändig information om projektets faktiska kostnader från projektägaren. Inför valet att presentera en lönsamhetskalkyl baserad blott på uppskattningar av projektets kostnader har jag hellre valt att avstå. Sålunda beskrivs i denna rapport endast förväntad årlig kraftproduktion för projekt Stentjärnås, inklusive en generell platsbeskrivning, samt en grov ekonomisk analys baserad på schablonmässigt fastställda kostnader och intäkter, se avsnitt 4.4. Med avseende på vindkraftens förutsättningsmässiga problem, vilket behandlas i kapitel 5, avgränsas analysen företrädesvis till landbaserad vindkraft. Villkoren och förutsättningarna vid havsbaserad vindkraftetablering skiljer sig delvis från landbaserad vindkraft, framförallt i relation till elkrafttekniska förhållanden 15, och ligger utanför denna rapports intresseområde. I huvudsak ligger denna rapports fokus på vindkraftetableringar i Norrland. 13 Muntlig information från Elkraftingenjör Göran Sidén, Halmstad Högskola. 14 Enligt Åke Larsson, ÅF-Elprojekt AB i Göteborg, som utarbetat en kartläggning av krav för anslutning av stora vindparker till elnätet, Elforsks vindkraftsprogram, projekt 2172, är dessa krav framförallt spänningsreglering, effektreglering, störningstålighet och dynamisk stabilitet ( 15 Ny förbättrad överföringsteknik med likström har utvecklats av ABB, vilket skulle kunna användas vid anslutning av stora havsbaserade vindkraftparker. 9

10 Del 1 10

11 3 Allmänt om vindkraft Ett vindkraftverk omvandlar vindens rörelseenergi till elektrisk energi. Principerna för denna energiomvandling skiljer sig inte nämnvärt från den teknik som traditionellt används inom vattenkraften. Medelst utnyttjande av den primära energikällans rörelseenergi (vindkraft) eller dess potentiella lägesenergi (vattenkraft) påförs rotationskraft till en generatoraxel, vilken sålunda representerar ett mekaniskt energiomvandlingssteg i processen. Den slutliga sekundära energikällan utgörs av det aktiva effektbidrag som generatorn lämnar till elnätet. Vindkraftverket representerar således en kraftproduktionsteknik som ur luftföroreningssynpunkt är helt ren. Visserligen lämnas ett marginellt bidrag föroreningar vid själva konstruktionsprocessen 16, men energiomvandlingen sker utan några utsläpp alls. Detta faktum torde vara vindkraftens odiskutabelt främsta tillgång och fördel i ett befintligt kraftförsörjningssystem som, bortsett från vattenkraften, i huvudsak baseras på förbränning av fossila bränslen, fastbränsle och atomär fission. Som nämndes ovan har ofta en synnerligen kontraproduktiv jämförelse mellan vindkraft och kärnkraft gjorts i den svenska energidebatten, som ett argument för att påvisa vindkraftens i förhållande till kärnreaktorns rent löjliga effektuttag, men på senare tid har debatten lyckligtvis nyanserats och förnyats. Fokus har bl.a. fallit på vindkraftens möjligheter att ersätta den idag till stor del på kolkondenskraft vilande spetsproduktionen vid vinterlast, vilket vore önskvärt med tanke på kolkondenskraftens dokumenterat höga utsläppsnivåer av luftföroreningar samt dessutom kondensteknikens låga verkningsgrad (c:a 40 %). För övrigt placeras vindkraftverken idag alltmer i regelrätta parker, vilket ökar den totala effekten och förbättrar anläggningarnas reglertekniska möjligheter. För vissa planerade vindkraftparker närmar sig den totala effekten en storleksordning som är jämförbar med effekterna på de minsta av Sveriges kärnkraftverk 17. Ytterligare en positiv och framträdande egenskap hos vindkraftverket är att den utnyttjar en s.k. förnyelsebar energikälla som primärkraft. Vinden är ickeändlig! Vinden finns inte lagrad i någon långsamt sinande deponi, utan uppstår och nybildas i ett kontinuerligt klimatologiskt kretslopp som har sitt ursprung i solens värmestrålning mot jorden. Uppvärmningen från solstrålningen leder till varierande temperaturer på jordytan, beroende dels på jordrotationen men även på variationerna i instrålningsvinkeln, vilket resulterar i skiftande tryckförhållanden. Jordatmosfärens luftmassor rör sig således naturligt från områden med högtryck till områden med lågtryck, vilket per definition är en beskrivning av begreppet vind. Det råder med andra ord ingen risk för att vinden, till skillnad från t.ex. de fossila bränslena, skall upphöra och ta slut. Tvärtom kan vinden betraktas som en oändlig energikälla som kommer att bestå så länge som solsystemet förblir intakt. 3.1 Vindens effekt Den kanske mest avgörande fysikaliska lagmässighet som lägger grunden för vindkraft är det faktum att vindeffekten är proportionell mot vindhastigheten i kubik. Vid en första anblick ter sig möjligen denna omständighet som mindre betydelsefull, men vid ett närmare studium av vindens effektformel framgår dess innebörd; 16 Tillverkning av ståltorn, rotorblad och drivmekanik kräver industriell bearbetning varvid vissa utsläpp är ofrånkomliga. 17 O1 i Oskarshamn är på 400 MW. Den av svenska Vattenfall planerade havsbaserade vindkraftsparken vid Kriegers flak i farvattnen söder om Skånes sydkust skulle kunna bestå av 100 vindkraftverk med märkeffekten 2 MW, vilket skulle betyda en total parkeffekt på 200 MW. 11

12 P vind = 0,5 * ρ luft * A * v vind 3 [W] (1) P vind = Vindeffekt [W] ρ luft = Luftens densitet [kg/m 3 ] A = Area [m 2 ] v vind = Vindhastigheten [m/s] Ett enkelt överslag ger för handen att om vindhastigheten vid ett givet tillfälle ökar från, låt säga, 6 m/s till 7 m/s, så kommer vindeffekten att öka med en faktor (7 3 /6 3 ) = 343/216 = 1,58. Om, med andra ord, vindhastigheten stiger med 7/6 = 1,16 = 16 %, så kommer vindeffekten att öka med 58 % 18. Detta förhållande förklaras av att det till vindens kinetiska rörelseenergi tillkommer ett massflöde i form av luft; E K,vind = 0,5 * m * v vind 2 [J, Ws] (2) m flöde = ρ luft * A * v vind [kg/s] (3) Ersättning av (3) för massan, m, i uttrycket för vindens kinetiska energi (2) ger vindens effektformel ovan (1). Som framgår av dessa formler beror vindens effekt även av storleken på den area, A, som genomströmmas (vid vindkraftverkets effekt avses här rotorarean, även benämnd sveparea) samt också av luftens densitet 19. Vindens effektkurva är alltså inte linjär, utan följer istället det exponentiella förlopp som härrör ur ovan nämnda kubering av vindhastigheten. Nedanstående figur illustrerar effektutvecklingen i vinden i vindhastighetsintervallet 3 25 m/s, med luftdensiteten satt till 1,23 kg/m 3 och rotorarean begränsad till 1 m 2. Figur Vindens effektkurva. Maplegraf; U. Persson. 18 Detta samband brukar även belysas med ett exempel där vindhastigheten fördubblas, varvid vindens effekt ökar med en faktor 8 (2 3 /1 3 = 8). 19 Luftens densitet stiger med lägre luftfuktighet. Atomvikten för vatten, H 2 O, är c:a 18 u. Atomvikten för syrgas, O 2, är 32 u. Vid mindre fukthalt i luft minskar volymandelen vatten, varför torr luft är tyngre än fuktig luft. 12

13 3.2 Vindgradient Vindens hastighet är i sin tur kraftigt beroende av höjden över marken. Eftersom luft har en viss massa påverkas den av jordens gravitationsacceleration och dras mot jordytan, vilket ger upphov till en med höjden över marken beroende friktion. Enligt metrologiska slutsatser angående globala vindmönster återfinns den s.k. geostrofiska vinden 20 på en höjd av c:a 1000 meter över marken. På alla höjder under denna kommer vindhastigheten att sjunka för att vid den absoluta marknivån vara reducerad till i princip stiltje. Med tanke på vindeffektens kubiska relation till vindhastigheten är det ej oväsentligt på vilken höjd över marken som ett vindkraftverk placeras. Följande samband brukar användas för ungefärliga uppskattningar av vindhastigheten, v, vid en annan höjd, h, än den som är känd, h 0 ; v v β h = 0 h 0 (4) Exponenten, β, avgörs av det omkringliggande landskapets s.k. råhetsklass, vilken återspeglar landskapets utseende och struktur. Nedan presenteras i tabellform de olika råhetsklasserna med tillhörande exponentvärde, β; Råhets Karaktär Terräng Lägivare Gårdar Tätorter Skog β klass 0 Hav, sjöar Öppet vatten ,10 1 Öppet glest Platt till jämnt Endast låg småvegetation 0-3 gårdar/km ,15 landskap kuperat 2 Landsbygd Blandning av öppna ytor, vegetation och bebyggelse Platt till starkt kuperat Skogsdungar Alléer < 10 gårdar/km 2 Byar och mindre samhällen - 0,20 3 Mindre tätorter eller landsbygd. Många gårdar, dungar och lägivande hinder 4 Större städer eller hög tät skog Platt till starkt kuperat Platt till starkt kuperat Många dungar, vegetation och alléer. Träridåer > 10 g gårdar /km 2 Många byar, små tätorter eller förstäder Låg skog 0, Större städer Hög tät skog 0,35 Tabell Råhetsklasser. Källa: Vindkraft i teori och praktik. Tore Wizelius. Tabell; U. Persson. Om, exempelvis, en vindhastighet på 10 m/s har uppmätts på 50 meters höjd i ett landsbygdsområde med blandad vegetation (råhetsklass 2), är vindhastigheten på 80 meters höjd; β h v80 = v0 * = 10* = 10,98 m/s h0 50 0,2 Motsvarande vindeffekt vid 80 meters höjd är således hela 10,98 3 /10 3 = 1,324 = 32 % högre än vid 50 meters höjd, vilket är ett starkt vägande skäl till att vindkrafttillverkare världen över utvecklat allt högre torn till sina verk, samt att projektörer alltid söker efter högsta möjliga lokalisering av vindkraftanläggningar. Vid anläggningsuppförande i kuperad terräng har det i vissa fall visat sig vara motiverat att till och med konstruera mindre höjder för verkens placering, för att härigenom erhålla en betydligt förstärkt verkeffekt. 20 Geostrofisk vind; Vind som är helt opåverkad av jordfriktionen. Den geostrofiska vindens hastighet varierar över året, med ett årsmedelvärde i Sverige på c:a 10 m/s. 13

14 Ur ovanstående sammanhang framgår att markfriktionens påverkan på vindhastigheten i huvudsak avgörs av terrängtyp och markens beskaffenhet. Vid öppen terräng begränsas markfriktionens inverkan på vinden och vindhastighetens ökning med höjden är därför mindre än vid starkt kuperad terräng. Sambandet mellan vindhastighet och höjd över marken brukar kallas vindgradient 21, vilket i kurvform beskriver olika terrängklassers karaktäristiska friktionspåverkan på vindhastigheten. Figur Vindgradienten vid olika råhetstyper. Källa: Vindkraft i teori och praktik. Tore Wizelius. Ytterligare faktorer som utövar påverkan på vindhastigheten är t.ex. luftvirvlar och turbulens, vilka, precis som för vattenströmmar, uppkommer efter passage av i terrängen framträdande formationer eller objekt. Turbulens påverkar den laminära vindens riktning i horisontalplanet och ger upphov till kortare variationer i vindhastigheten, vilket under riktigt ogynnsamma förhållanden kan ha betydande inverkan på ett vindkraftverks prestanda. 3.3 Vindens frekvensfördelning Oavsett om vinden påverkas av objekt och föremål i den omkringliggande terrängen, eller om terrängen i sig är av sådan art att vindens flödesförlopp och hastighet påverkas, så varierar dessutom vindens riktning och storlek på grund av ständiga förändringar i väderlek och årstider. För en given plats är det möjligt att på årsbasis bestämma exempelvis förhärskande vindriktning och sålunda dra slutsatser om från vilken riktning merparten av årets vindar blåser. Sådana mätningar kan sammanställas i cirkeldiagram försedda med väderstreck och procentuell fördelning av vindriktningarna under året, och ger således information om lämplig placering av vindkraftverk. För produktionsberäkningar och uppskattningar av förväntad årsmedeleffekt för vindkraftanläggningar används ofta ytterligare ett samband, nämligen vindens frekvensfördelning, där hänsyn tas till hur stor del av året som en viss vindhastighet kan sägas råda på platsen. Denna information är vital för att på ett någorlunda korrekt sätt beräkna och uppskatta vindkraftverkets 21 Ibland även kallad vindprofil. 14

15 elproduktion, och är dessutom ofta ett snabbt och praktiskt hjälpmedel vid jämförelser av olika vindkrafttillverkares modeller i relation till vindförhållandena på en given anläggningsplats 22. Figur Karaktäristisk kurvform för Weibullfördelning (A = 7,77 m/s, c = 1,8). Maplegraf; U. Persson. Vindens frekvensfördelning anges i procent av mättiden (vanligtvis per år) och redovisar således varaktigheten per år för en given vindhastighet. I figur kan exempelvis konstateras att vindhastigheten 5 m/s har en varaktighet på c:a 11 % under året, medan vindhastigheten 15 m/s har en varaktighet på c:a 2 %. Med vetskap om denna fördelning samt information om ett givet vindkraftverks prestanda vid olika vindhastigheter 23, är det möjligt att fastställa verkets totala årsproduktion. Vindens frekvensfördelning har naturligt visat sig vara av ett sådant slag att den kan beskrivas matematiskt med hjälp av den s.k. Weibullfördelningen, vilket är en anpassad matematisk funktion med två ingående parametrar; Skalfaktorn A och formfaktorn c. Med ett känt värde på årsmedelvinden, v M,år, samt faktorerna A och c, kan vindens frekvensfördelning erhållas ur; c 1 c v A c v f ( v) = e [p.u.] (5) A A v A = M,år (Approximativt) 0,9 c = 2 (Utgångsvärde) Ovan angivna verktyg för behandling av vinddata är vitala instrument vid projektering av vindkraft och beräkning av förväntad produktion, men det bör påpekas att dessa instrument förutsätter någorlunda korrekta grundangivelser för platsens vindförhållanden. Det är därför av största vikt att utföra alla vindmätningar och korrigeringar av vinddata med försiktighet och noggrannhet. 22 Idag specialdesignas vindkraftverk för optimal prestanda vid skiftande grundförutsättningar, exempelvis genom varvtalsreglering och kraftelektronik. 23 Vindkraftverkets s.k. effektkurva. 15

16 3.4 Vindförhållanden Vid angivelser av vindförhållanden är det brukligt att hellre tala om vindens energi per kvadratmeter och år, än att ange vindens effekt för en specifik vindhastighet. Kartläggning av vindförhållanden, s.k. vindkartering, är ett förhållandevis vanskligt arbete och exakta förutsägelser är i princip omöjliga att uppnå, oavsett vilken teknik som används vid karteringen. Trots förekomst av sofistikerade datorunderstödda beräkningsmetoder, där lagrad metrologisk information kombineras med lokala terränguppgifter för att förutspå en bestämd orts årsmedelvind 24, anses direkt vindmätning på plats som den mest pålitliga metoden. Detta gäller framförallt för höglänt terräng, t.ex. fjällmiljö, och starkt kuperade områden där vindens rörelsevägar är svårare att förutsäga. Direkt vindmätning har emellertid den nackdelen att den tar tid att utföra. Vinden på en plats, oftast uttryckt som årsmedelvinden, v M,år, är dessutom inte statisk år från år, utan kan variera betydligt från ett år till ett annat, varför någorlunda korrekta vindmätningar oftast kräver flera års observationer. Inför den fortsatta utbyggnaden av vindkraft i Sverige har riksdagen fastställt riktvärden för områden av riksintresse för vindkraft. Detta riktvärde har bestämts till kwh/m 2 och år 25, och som framgår av figur nedan (se även bilaga 7) så uppfylls detta kriterium gott och väl i de västliga delarna av Jämtland, däribland delar av Härjedalens kommun. För det område som avser projekt Stentjärnås är detta villkor uppfyllt (se vidare avsnitt 4.2). Figur Vindenergi Jämtland. Källa: Länsstyrelsen Jämtlands län Vindatlasmetoden är ett exempel på vindkartering där övergripande metrologisk information anpassas till en exakt plats med hjälp av koordinatangivelser i rikets nät och interpolation av närmast belägna datakällor. 25 Preciserade villkor för riksintresse för vindkraft utarbetades 1996 av Nutek och Energimyndigheten. Ställda krav för riksintresse är; 4000 kwh/m 2 på 100 meters höjd, vilket motsvaras av 2400 kwh/m 2 på 50 meters höjd. Till detta krav tillkommer för klassificering som riksintressant område för vindkraft anslutningsmöjlighet till befintligt eller planerat elnät om minst 10 MW. 16

17 3.5 Vindkraftverkets verkningsgrad Vid all kraftproduktion och energiomvandling erhålls verkningsgradsförluster. Vid t.ex. drift av ett vattenkraftverk kommer oundvikligen en del av den primära energikällans bidrag aldrig att nå fram igenom (den ideala) omvandlingsprocessen. Den sekundära energikällan kommer vid alla typer av energiomvandling alltid att vara mindre än den primära. Detta förhållande är inte unikt vare sig för vindkraft eller vattenkraft, utan gäller generellt vid kraft- och värmeproduktion. Begreppet totalverkningsgrad ger ett mått på hur väl anläggningen eller den aktuella tekniken förmår omvandla energin från den primära till den sekundära källan. För vindkraftverkens del tillkommer, förutom ordinära verkningsgradsförluster, ytterligare en faktor som avsevärt reducerar den procentuella andel av vindens effekt som är möjlig att nyttigöra med traditionella rotorblad och konventionella turbiner. Den s.k. effektkoefficienten, C P, är ett tal baserat på momentana effektvärden, som beskriver turbinens prestanda i förhållande till det maximalt möjliga effektuttaget C P,max = 0,593. P verk,max = 0,593 * P vind [W] (6) P verk C p = (7) Pvind Enligt modern teori för vindkraftverk, utformad av den tyske aerodynamikern Albert Betz 26, kan en vindturbin maximalt nyttiggöra 16/27 av vindens effekt. Detta förhållande har sin orsak bl.a. i att en vindturbin är mest effektiv om den bromsar upp vinden med 1/3 vid rotorn, och med ytterligare 1/3 efter rotorn. Den ostörda vinden bromsas upp av rotorn till 2/3 och minskas således efter rotorpassage till 1/3 av sitt ursprungliga värde. Skulle rotorn konstrueras för att ta upp all vindeffekt, m.a.o. bromsa upp vinden maximalt, skulle vindhastigheten alldeles efter rotorn vara 0 m/s. Detta innebär i princip att en vägg av stillastående luft bildas alldeles bakom rotorn varvid effektuttaget drastiskt minimeras. Den andel av vindens effekt som kan utnyttjas av en vindturbin är således begränsad till maximalt 59,3 % (Betz lag). Härav skulle man kunna säga att vindkraftverk redan från början är behäftade med en förlustterm som, i likhet med verkningsgradsförluster, reducerar bidraget från den sekundära energikällan avsevärt. Dessutom är effektkoefficienten för vindkraftverk idag lägre än de ideala 59,3 %, och det anses som mycket bra om ett verk kan komma upp i C P -värden över 50 %. Normala C p - värden ligger i intervallet %. Det bör emellertid påpekas att C p -värdet är ett momentanvärde som i princip endast kan ställas upp för ett givet ögonblick. C p -värdet är ej nödvändigtvis detsamma vid halv märkdrift som vid märkdrift och därför krävs utförlig analys av vindens frekvensfördelning och vindkraftverkets effektkurva för att fastställa effektkoefficienten över en period utsträckt i tiden. Ur detta sammanhang kan emellertid en formel för vindkraftverkets momentana effekt ställas upp. P vkv = 0,5 * ρ luft * A rotor * v vind 3 * C P [W] (8) Vid produktionsberäkningar tillfogas som regel ytterligare en faktor, nämligen kubikfaktorn, k 3, till detta sammanhang. Vid momentana beräkningar ansätts det värde på vindhastigheten som är rådande för stunden, men vid bl.a. årsproduktionsberäkningar brukar en på mätningar och andra karteringar fastställd årsmedelvind, v M,år, användas istället för direktangivelsen, v vind. Vid ett dyligt förfarande kompenseras generellt för ovan nämnda kubering av vindhastigheten genom 26 Vindkraft i teori och praktik. Tore Wizelius. Studentlitteratur, Lund,

18 införande av kubfaktorn, k 3, vilken ofta ansätts till 1,9. Genom att använda årsmedelvind och kubfaktor i beräkningen kan ett första preliminärvärde erhållas för den vid produktionsberäkningar eftersträvade årsmedeleffekten, P M,år ; P M,år = 0,5 * ρ luft * A rotor * v M,år 3 * C P * k 3 [W] (9) Som kommer att framgå nedan reduceras denna årsmedeleffekt ytterligare tack vare den totala verkningsgraden, η tot. Traditionella danska vindkraftverk 27 är utan undantag konstruerade med växellåda, m.a.o. ett mekaniskt överföringssteg mellan rotor och asynkrongenerator, vilket medför en effektförlust p.g.a. växellådans verkningsgrad, η V. Rotorn i sig kan vara mer eller mindre optimalt konstruerad för att fånga upp vindens rörelseenergi, vilket även ger en 28 turbinverkningsgrad, η Tu. Dessutom tillkommer förluster i generatorn, η G, vilka varierar i storlek beroende på utnyttjandegrad av generatorns märkeffekt, samt även vissa transformatorförluster, η. Den totala verkningsgraden för ett vindkraftverk av denna typ skulle härav kunna tecknas; T η tot = C P * η V * η G * η T (10) η V = [kuggväxel] = 0,97 η G = [märkeffekt] = 0,98 (asynkrongenerator) η T = [40/0,69 kv ] = 0,98 (ungefärligt värde) Den totala verkningsgraden kan även erhållas genom att använda turbinverkningsgrad, η Tu, tillsammans med C P,max ; η tot = C P,max * η Tu * η V * η G * η T = C P,max *(C P / C P,max ) * η V * η G * η T (11) Med insatta värden och verkets effektkoefficient, C P, ansatt till 0,35, erhålles i detta teoretiska exempel en total verkningsgrad på; η tot = 0,35 * 0,97 * 0,98 * 0,98 = 0,33 Återigen poängteras emellertid här att totalverkningsgraden är en produkt av ett flertal med driftförhållandena varierande delverkningsgrader, vilka endast kan bestämmas genom utförliga beräkningar av verkets driftskaraktär under skiftande vindförhållanden. Med detta i åtanke och med noggrant och försiktigt fastställda genomsnittsvärden för de olika delverkningsgraderna kan den slutliga totalverkningsgraden erhållas. Med hänsyn tagen till vindkraftverkets totala verkningsgrad samt till kubfaktorn är det möjligt att beskriva årsmedeleffekten enligt (12), där effektkoefficienten, C P, istället ingår i uttrycket för den totala verkningsgraden, η tot. P M,år = 0,5 * ρ luft * A rotor * v M,år 3 * k 3 * η tot [W] (12) Härvid uppstår en avvägning vid bedömning av vindkraftverks totala verkningsgrad. I jämförelse med andra energiomvandlingstekniker är 30 % totalverkningsgrad inte så bra, men frågan är om man vid denna bedömning överhuvudtaget skall räkna in den maximala effektkoefficienten, C P,max, eftersom denna utgör en fundamental lagmässighet vid allt upptagande av vindeffekt 27 Här avses främst Vestas, Bonus och NEC Micon, till skillnad från bl.a. det tyska tillverkningsföretaget Enercon, som under senare år lanserat en ny serie ringgeneratorförsedda vindkraftverk helt utan växellådor. 28 Turbinens verkningsgrad, η Tu, ges av verkets effektkoefficient. Om denna är 0,50 erhålles η Tu som kvoten mellan (0,50/0,593) = 0,843. Källa: Vindkrafthandboken, 4:e upplagan. Bengt Södergård, Ingenjörsförlaget, Stockholm

19 medelst vindturbiner, samt att vinden i sig är en flödande icke ändlig naturresurs. Om den maximala effektkoefficienten (59,3 % av vindeffekten) istället betraktas som det maximum från vilket ett vindkraftverk opererar, kan konstateras att relativt liten effekt förloras vid själva omvandlingen. η tot,2 = η Tu * η V * η G * η T = (0,35/0,593) * 0,97 * 0,98 * 0,98 = 0,55 De rena driftförlusterna, vilka enligt ovan främst utgörs av friktions- och uppvärmningsförluster i växellåda, lager och generator, begränsas härvid till att utgöra ungefär % av den totala effekten. I följe detta resonemang skulle det vara möjligt att betrakta vindkraftverkets totalverkningsgrad som varande c:a %, vilket i sammanhanget är ett bra värde 29. Bland övriga befintliga energiomvandlingstekniker är det endast kraftvärmeverket (η tot 5 80 %) som, genom tillvaratagande av både el- och värmeenergi medelst mottrycksteknik, kan mäta sig med vindkraftverkens totalverkningsgrad. 3.6 Reglerkraft Förloppet i ett elnät består i huvudsak av tre huvudmoment; Kraftgenerering, transmission (överföring) och konsumtion (last). För själva kraftgenereringen gäller i de flesta fall att ett flertal olika tekniker används som komplement till varandra. Förutsättningarna för kraftgenerering är olika för olika länder, beroende framförallt på geografisk placering och naturtillgångar, varför kombinationen av kraftkällor till de nationella näten varierar från land till land. I Sverige består kraftproduktionsmixen i huvudsak av kärnkraft (40 %), vattenkraft (40 %), fossil- och fastbränsleeldning (15 %) samt övriga förnyelsebara energikällor och import (5 %). Vattenkraften, som sedan länge är väl utbyggd i Sverige, är en unik tillgång inför en fortsatt utbyggnad av vindkraft. Dessa två energiomvandlingsprinciper har möjlighet att komplettera varandra eftersom vindkraftens stora svaghet är ojämn produktion (ojämna vindförhållanden), och vattenkraftens stora tillgång är enkel och effektiv reglerbarhet. Visserligen kan andra kraftkällor, exempelvis kraftvärmeverk och gasturbiner, regleras och på så sätt utnyttjas som effektstabilisatorer i elsystemet, men endast vattenkraften kan i ordets rätta bemärkelse lagra energi (dessutom förnyelsebar energi) för uttag vid en senare tidspunkt. Elnät är rent generellt i behov av någon form för reglerkraft för att tillfredsställande kunna balansera ingående och utgående effekt i nätet. Ett elnät i vilket en allt större del av kraftgenereringen sker via vindkraftverk kommer att vara i ytterligare behov av rationell, effektiv och miljömässigt acceptabel reglerkraft. Med avseende på detta förhållande torde Sverige, med en redan befintlig och fungerande vattenkraft, ha en avgörande fördel vid fortsatt utbyggnad av den nationella vindkraftparken. Vattenkraftens reglerkapacitet med avseende på en storskalig utbyggnad av vindkraft berörs ingående i Svenska Kraftnät AB s slutrapport Övergripande förutsättningar för storskalig utbyggnad av vindkraft i havs- och fjällområden (2002), där det bl.a. konstateras att det ur balansregleringssynpunkt torde vara möjligt att integrera MW vindkraft i det befintliga nätet. En installerad effekt av MW motsvarar uppfyllandet av målsättningen 10 TWh vindkraftel årligen. Förutsättningen för denna integrering är emellertid att installationerna sprids geografiskt och att ingen enskild 29 Denna distinktion skulle dessutom kunna vara till hjälp vid fastighetsklassificeringen av vindkraftverk. Idag debiteras vindkraftproducenter för 100 % utnyttjande trots att endast % av vindeffekten kan utnyttjas i vindkraftverk. Taxeringsvärdet för vindkraftverk är m.a.o. högre per installerad effekt än för andra elproduktiondsanläggningar. Källa, Vindkraften i Sverige, STEM

20 installation överstiger MW. Dessutom påvisas i rapporten vissa avgörande effektbegränsningar i stamnätets snitt 2 (se figur sid. 40) i överföringen från Norrland till landets södra delar, vilket antingen kommer att resultera i kompletterande ledningsdragningar för att höja överföringskapaciteten eller i en begränsad utbyggnadskvot av vindkraft för norra Sverige. Generellt kan sägas att både stamnät och regionala nät är betydligt mer utspridda och förgrenade i södra Sverige, vilket innebär gynnsammare förhållanden för utbyggnad av vindkraft. Anläggningsuppföranden norr om snitt 2, m.a.o. norr om Västmanland och Gästrikland, kommer sannolikt att vara behäftade med extra kostnader för kompletterande ledningsdragning och nätförstärkningar, vilket får konsekvenser för dylika projekts lönsamhet. Likväl finns redan idag visst utrymme på befintliga ledningssträckor för överföring av vindkraftproducerad el i Norrland. För Härjedalens kommun i Jämtlands län anges i ovan nämnda slutrapport att det för 220 kv anslutning finns ett befintligt kapacitetsutrymme på 20 MW (se även tabell , sid. 42). Oavsett vilket scenario som utbyggnaden av vindkraften i Sverige kommer att följa framöver så står det klart att behovet av reglerkraft ökar proportionellt med den utbyggda vindkrafteffekten. Vid t.ex. en utbyggnad som uppfyller planeringsmålet 10 TWh vindkraftel per år (4 000 MW) 30, skulle balansregleringsreserverna behöva ökas med c:a hälften av den utbyggda effekten, m.a.o. c:a MW. Med en redan väl utbyggd inhemsk vattenkraft står Sverige väl rustade inför de intensifierade och säkerligen mer differentierade balansregleringsförhållanden som kommer att förekomma i morgondagens elnät. 3.7 Nyckeltal Vid redovisning av ett vindkraftverks eller en vindkraftparks produktionsförhållanden brukar ett begränsat antal s.k. nyckeltal användas, vilka belyser anläggningens produktionskaraktär utifrån några specifika relationer. De viktigaste och mest förekommande nyckeltalen är; * Kapacitetsfaktorn (Årsproduktion / (Märkeffekt * 8760), [kwh/kwh]. * Energi per installerad effekt [kwh per år/kw] (även kallat fullasttimmar [h]) * Energi per svept ytenhet [kwh per år/m 2 ] * Tillgänglighet (8760 hindertid/8760) [h] * elproduktionskostnad per årskilowattimme [kr/års-kwh] Det sista av dessa nyckeltal, d.v.s. elproduktionskostnad per årskilowattimme, kallas också kostnadseffektivitet och ges även av förhållandet Investeringskostnad/Årsproduktion. Under åren användes detta ekonomiska nyckeltal för att bedöma ansökningar om investeringsbidrag, med en kravgräns satt till högst 4,60 kr/års-kwh. Vad gäller kostnadseffektivitet används även ytterligare ett nyckeltal, den s.k. produktionskostnaden [öre/kwh]. År 2001 låg produktionskostnaden för vindkraftproducerad el mellan 35 och 43 öre per kilowattimme, och dessa siffror uppskattas till 2010 ha sjunkit till motsvarande öre per kilowattimme Observera att denna motsvarande effekt baseras på en utnyttjandetid för den nationella vindkraften på h. 31 Enligt Vindkraften i Sverige, Statens Energimyndighet