Kursanvisning Vattenkraft - teknik, ekonomi, hållbarhet (ME2083)

Transkript

1 Version 6 Kursanvisning Vattenkraft - teknik, ekonomi, hållbarhet (ME2083) 1. Kursens bakgrund, syfte och målgrupp Vattenkraften blir allt viktigare för energiförsörjningen, inte minst i Sverige. Förutom att den är ett hållbart bidrag med närmare hälften av den svenska elproduktionen så spelar dess reglermöjligheter en allt viktigare roll för balansen i elsystemet och därmed för möjligheten att bygga ut intermittent elproduktion som sol och vind. Den svenska vattenkraften genomgår nu en förnyelse och uppgradering, såväl små- som storskaliga anläggningar. Det ställs också allt större krav på vattenkraftens miljömässiga anpassning. Vattenkraften är en omfattande verksamhet i samhället som hela tiden drivs, underhålls och utvecklas. Många av de storskaliga vattenkraftverken har nu nått en ålder där de behöver rustas upp, i en del fall kan de också byggas ut. Även den småskaliga vattenkraften har ett upprustningsbehov, där är dessutom möjligheten att bygga ut befintliga vattenkraftverk mycket stor. Internationellt växer vattenkraften, främst i Afrika, Asien och Sydamerika där den spelar en allt viktigare roll för en hållbar energiförsörjning. Inom KTH forskas och undervisas i vattenkraft på många institutioner inom flera skolor. Genom att komplettera de befintliga kurserna med en gemensam baskurs lyfts vattenkraft fram som ett område där KTH kan ge en grundläggande utbildning. Kursens syfte är därför både att vara en ingång där man sedan kan gå vidare inom ett eller flera delområden, och att erbjuda en breddning för den som redan specialiserat sig inom något delområde. Kursen är därför för det första lämplig för alla med ett allmänt intresse för energifrågor och då i synnerhet vattenkraft. För det andra passar den väl in i flera av energi & miljöprogrammets teknikprofiler (t ex miljöteknik och hållbar infrastruktur, hållbar energiteknik, teknik och hållbar utveckling), industriell ekonomiprogrammets energisysteminriktning, samhällsbyggnadsprogrammets inriktningar husbyggnads- och anläggningsteknik respektive mark- och vattenteknik. 2. Lärandemål Efter kursen skall studenten ha teoretisk och empirisk kunskap om vattenkraftens roll i energisystemet i stort, främst i Sverige men också internationellt; vattenkraftens hydrologiska förutsättningar och konsekvenser; konstruktion och byggande av damm, utskov, intag, utlopp, själva kraftstationen; den mekaniska, elektriska och elektroniska utrustningen; vattenkraftens ekonomiska förutsättningar och konsekvenser; vattenkraftens inverkan på den lokala naturmiljön och hur detta kan hanteras; vattenkraftens juridiska förutsättningar. 3. Kursinnehåll Kursens tyngdpunkt ligger på hur man med utgångspunkt i de hydrologiska förutsättningarna tekniskt kan utforma och driva en vattenkraftstation, vilka ekonomiska och miljömässiga konsekvenser detta har. Kursen spänner över många områden, som fördjupas i andra kurser som de deltagande institutionerna erbjuder. Här följer en översikt över innehållet där också föreläsningarna fördelats på de olika avsnitten.

2 1. Inledning (2 h, Thomas Sandberg, Industriell ekonomi) Vattenkraften i främst Sverige men också i världen, både stor- och småskalig Vattenkraftens historia, dess industri-, kultur- och samhällshistoriska betydelse Positiva och negativa synpunkter på vattenkraften Den tekniska grundprincipen Den ekonomiska grundprincipen Tre typfall (hög, mellan, låg). 2. Hydrologi (4 h föreläsning + 4 h ledd datorsalsövning, Anders Wörman, Vattendragsteknik) Vattnets kretslopp Potentiell energi: Topografi, fallhöjd Vattenkraftverkets designflöde och utskovskapacitet Avrinningsmodellering: Nederbörd, avdunstning, vattentillgång Betydelsen av avrinningsprognoser för vattenvärdet och vattenreglering (hur förebygga och hantera översvämningar). 3. Vattenkraftreglering (4 h, Lennart Söder, Elektriska energisystem) Vattenkraftsreglering, reglerkapacitet, beaktande av vattendomar Vattenvärdet, hur det beräknas, inverkan av olika mängder regn på vattenvärdet Planering och drift av vattenkraftverk Vattenkraft för att balansera vind- och solkraft. 4. Vattenbyggnad (4 h, Fredrik Johansson/Richard Malm, Jord- och bergmekanik och Sweco) Fyllnadsdammar Betongkonstruktioner Vattenkrafttunnlar och bergrum Grundläggningsfrågor, tätning av jord och berg. 5. Mekanisk utrustning (6 h, Bo Pettersson, Sweco) Turbiner: Funktion, moderna turbintyper, turbinens huvuddelar, dimensioneringsprinciper, driftegenskaper, turbinekvationen, beräknings- och provningsmetoder, dynamiska driftstillstånd Ventiler Luckor Hjälpsystem, lyftanordningar Standarder Kavitation Historisk utveckling. 6. Elektrisk utrustning, styr- och kontrollutrustning (4 h, Erik Byström, Fortum) Generator, transformator m m Styr- och kontrollutrustning. 7. Ekonomi (6 h, Thomas Sandberg, Industriell ekonomi) Ekonomiska grunder: Resultaträkning, balansräkning, kassaflöde. Lönsamhet, likviditet. Diskontering (värdet av framtida betalningar) Från teknik till ekonomi: Hur ekonomi beror av hydrologi och topografi respektive av utrustningens olika delar. Tekniska risker. De grundläggande tekniska och ekonomiska principerna Intäkter, driftskostnader, kapitalkostnader. Vilka värden skapas, vilka intäkter genereras. Olika slags driftskostnader. Kapitalkostnader: avskrivning, livslängd, ränta. Kommersiella risker Investeringsanalys: Olika metoder för att bedöma investeringars lönsamhet Finansiering: Olika finansieringsmodeller. Ränta, amortering och andra lånevillkor. Politiska risker 2

3 Marknad och styrmedel: Marknadsmekanismens grunder. Olika slags styrmedel. Marknadsmekanismens begränsningar och misslyckanden. Externa effekter och hur de påverkar marknaden Utrustnings- och elmarknaderna Projektering Företagande, företagare, företag inom vattenkraft. 8. Miljö (4 h, Anders Wörman, Vattendragsteknik) Integrerad design av vattenkraftsystem Fragmentering av vattendrag, konsekvenser för inhemska och främmande arter, vandringsvägar Omskiktning av vattentemperaturen Ämnes- och sedimenttransport, uppströms och nedströms konsekvenser Vattenkonflikt (avdunstning, bevattning, konsumtion) Vattenkraftreglering med begränsade miljökrav (Dalälven som exempel). 9. Juridik (4 h, Jonny Flodin, Fastighetsvetenskap) Den rättsliga regleringen för vattenkraftverk (översikt över nuvarande och äldre rätt, grundläggande begrepp som vattenverksamhet, vattenanläggningar, vattenområde) Förutsättningar för tillstånd för vattenkraftverk Prövning av ansökan för vattenkraftverk (främst vem som prövar och underlaget för prövningen) Tillståndet och dess rättsverkningar Tillsyn och omprövning av tillstånd Lagligförklaring av äldre vattenanläggningar. 4. Föreläsningar, seminarier, studiebesök Föreläsningar 36 h (en fördelning på avsnitt finns i föregående avsnitt). Inte obligatoriska. Övning 4 h (+ individuellt arbete). Handledd datorlaboration som syftar till att genomföra en avrinningsprognos med ett Matlabprogram. Obligatorisk. Onsdag 22.1 och fredag Seminarier 4-8 h: Redovisning av de två projektuppgifterna. Obligatoriska. Den mindre projektuppgiften görs individuellt och kan t ex vara att presentera ett företag i branschen (producent eller utrustningsleverantör), vattenkraftens roll i ett land, en ny turbinkonstruktion. Den större projektuppgiften görs av två deltagare och kan t ex vara att fördjupa sig inom något av kursens områden. En annan är att man gör en enkel projektplan för ett nytt kraftverk/återstart av ett nedlagt kraftverk/uppgradering av ett kraftverk i drift. Den större projektuppgiften redovisas skriftligt och muntligt på seminarier tisdag 4.3. Två studiebesök, båda heldag, det ena i Eskilstuna 29.1 och det andra i Stockholm 18.2 (se vidare schemat). Obligatoriska. Måndag 20.1 kl L44 Tisdag 21.1 kl L22 Onsdag 22.1 kl 9 17 Torsdag 23.1 kl D42 Fredag 24.1 kl 9 17 Måndag 27.1 kl L44 Tisdag 28.1 kl D44 Kursintroduktion. Thomas Sandberg, Indek. Hydrologi. Anders Wörman, Vattendragsteknik. Datorlaboration avrinningsprognos genomgång under Anders Wörmans ledning, individuellt arbete. Sal Christoph. Datorlaboration avrinningsprognos. Individuellt arbete. Sal Christoph. Vattenkraftreglering. Lennart Söder, Elektriska energisystem. Vattenkraftreglering. Lennart Söder, Elektriska energisystem. 3

4 Onsdag 29.1 kl 8? 18? Torsdag 30.1 kl E33 Studiebesök flera kraftverk Eskilstunaån i Eskilstuna och Torshälla. Obligatorisk närvaro. Vattenbyggnad. Fredrik Johansson/Richard Malm, Jord- och bergmekanik. Måndag 3.2 kl E34 Tisdag 4.2 kl D34 Torsdag 6.2 kl E34 Vattenbyggnad. Fredrik Johansson/Richard Malm, Jord- och bergmekanik. Måndag 10.2 kl D35 Tisdag 11.2 kl D34 Torsdag 13.2 kl D42 Elektrisk utrustning, styr- och reglerutrustning. Erik Byström, Fortum. Elektrisk utrustning, styr- och reglerutrustning. Erik Byström, Fortum. Måndag 17.2 kl D33 Tisdag 18.2 kl 8? 16? Onsdag 19.2 kl D41 Torsdag 20.2 kl E33 Studiebesök: Fortums driftcentral m m i Värtan. Obligatorisk närvaro. Måndag 24.2 kl D42 Tisdag 25.2 kl V11 Torsdag 27.2 kl E34 Vattenkraftens miljö. Anders Wörman, Vattendragsteknik. Vattenkraftens miljö. Anders Wörman, Vattendragsteknik. Måndag 3.3 kl E34 Vattenkraftens juridik. Jonny Flodin, Fastighetsvetenskap. Tisdag 4.3 kl 9 18 Sing-Sing Seminarium, redovisning av den större projektuppgiften. Thomas Sandberg, Indek m fl. Seminarierum 443 och 643 i Sing-Sing, Lindstedtsvägen 30 enligt särskilt schema. Start- och sluttider är preliminära. Obligatorisk närvaro. Onsdag 5.3 kl E34 Torsdag 6.3 kl D33 Vattenkraftens juridik. Jonny Flodin, Fastighetsvetenskap.. 4

5 Onsdag 19.3 kl D34 Tentamen (kontrollera tid och plats i schemageneratorn). 5. Litteratur Det ingår dels mer allmän litteratur som täcker (hela) vattenkraftområdet och dels artiklar, böcker, rapporter m m som fördjupar de olika områdena. Se särskild litteraturlista! 6. Behörighet 120 hp avklarat, dvs uppflyttad till årskurs Examination Dels salstentamen onsdag 19.3 kl D34 (6 p), dels datorsalsövningen, den mindre projektuppgiften och den större projektuppgiften (1,5 p). 8. Allmänt Hemmainstitution är Industriell ekonomi och organisation (Indek), Lindstedtsvägen 30 (Sing- Sing). Ansvarig för kursen är Thomas Sandberg, Indek, professor em (och verksam i branschen), examinator Pär Blomkvist, Indek, docent. Kursen går i period 3 och körs för första gången vt 2014 vecka Kursen ges på svenska. Den som inte har svenska som modersmål men ändå kan följa undervisningen kan där det är möjligt få byta svenskspråkig litteratur mot motsvarande på engelska. Mer information Thomas Sandberg, thomas.sandberg@indek.kth.se, eller Anders Wörman, worman@kth.se, TS