Elproduktion. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Transkript

1

2 Elproduktion Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

3 Översikt Kraftverkstyper Kombination av kraftslag Prissättning på el Miljöpåverkan Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 3

4 Kraftslag = ~

5 Värmekraftverk Ångkraftverk Vanligast globalt Dieselkraftverk Försörjer sjukhus, fartyg Gasturbinkraftverk Snabbstartat men hög driftkostnad Hjälpkraft kärnkraftverk och regionalt Gaskombikraftverk Gasturbinens avgaser driver ångkraftverk Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 5

6 Ångkraftverk Ånga från marken Geotermi eller från bränslen Fossilt bränsle Biobränsle Uran (kärnkraft) Olika uppbyggnad Kondenskraftverk Kraftvärmeverk 2x30 MW, Krafla, Island Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 6

7 Kondenskraftverk Förlustvärme Ånga driver turbin kyls i kondensor Värme i kylvatten utnyttjas inte Stora kyltorn Ut i havet Verkningsgrad El typiskt 30% Källa: msnu.edu Bränsle El Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 7

8 Kärnkraftverk Kondenskraftverk Koka vatten Skicka genom turbin Kyl ångan (kondenserar) Verkningsgrad 30% Avfall Stort kylvattenbehov Vid kusten i Sverige Fjärrvärme tekniskt möjligt Avfall från dagens verk upparbetas/lagras Generation IV kan utnyttja detta som bränsle Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 855 MW 866 MW MW 935 MW 978 MW 990 MW 1170 MW +410 MW 445 MW MW MW Ex E2.1, E2.2 8

9 Kraftvärmeverk Kondenskraftverk med fjärrvärmeverk Combined Heat and Power - CHP Verkningsgrad El 30% + värme 60% Totalt 90 % Biobränsleeldat vanligt i Sverige Bränsle Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson Förlustvärme Fjärrvärme El 9

10 Bioenergi Odlat material Energiskog, halm, GROT, sågspill Låg energitäthet Koldioxidneutralt Spån Bark Växer och tar upp CO 2 Förbränns och avger CO 2 Askåterföring Vanligast bränsle i svenska fjärrvärmeverk Flis Pellet Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 10

11 Nya Öresundsverket invigdes 2009 Naturgaseldat gaskombikraftverk i Malmö Källa: eon.se 440 MW, 3TWh el, 250 MW, 1TWh värme Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 11

12 Vattenkraft i Sverige Norrlandsälvar utbyggda Luleälven störst 4350 MW Vidare utbyggnad knappt möjlig Basen i elförsörjningen Dominerade före kärnkraften Idag ca 40% Malmbanan elektrifierad 1915 Kraftverk byggda för tunnelarbetena Magasinen viktiga energilager Vänern det största! Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 12

13 Vattenkraftverk Generator Turbin Potentiell energi kinetisk energi el Damm, magasin Flöde och fallhöjd Strömkraftverk saknar magasin Elhydraulisk reglering På/av med dammluckor Justering med ledskenor Justera med skovelblad (Kaplan) By-pass via utskov Dammsäkerhet viktig Vattnet annars dolt Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 13

14 Vattenturbiner Fallhöjd Flöde Francis Kaplan Pelton Medel Låg Hög Medel Stort Litet Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 14

15 Francis-turbin Rörliga ledskenor

16 Kaplan-turbin Rörliga ledskenor Rörliga skovelblad

17 Jostedal, Sogn og Fjordane Pelton-turbin Kværner

18 Vattenmagasin Reglering av vatten Färre översvämningar Dränker områden Torrlägger ofta älvfåra Three Gorges Kina 26x700 MW, 84 TWh Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 18

19 Vindkraftverk mekaniskt Vestas V90, 3 MW, 265 ton Rotor: 90 m diameter, sveparea 6362 m 2, 28 ton Maskinhus: 68 ton (transformator, generator, växellåda) Torn: m, ton Fundament Rotor diameter Rotorblad Rotorbladens svepyta Maskinhus med växellåda och generator Nav höjd Torn Nedgrävt elanslutning (kommunikation) Fundament Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 19

20 Vindkraft - styrning & reglering Exempel Startvind 3,5 m/s Nominell effekt 15 m/s Stoppvind 25 m/s Rotorvarvtal 9-19 rpm Effektreglering via bladvinkelreglering (pitch) + kraftelektronik Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 20

21 Källa: vindbrukskollen.se Vindresursen i Europa på land Karta: vindhastighet på 80 m höjd Effekten i vinden beskrivs enligt: P = ρav 2 A = svept rotorarea, v = vindhastighet, ρ = lutftens densitet Vindhastigheten viktigaste faktorn Fördubbling ger 8 gånger mer 3 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson Källa: 3tier.com 21

22 Svensk vindkraft växer snabbt Energimyndighetens planeringsmål för vindkraft från TWh landbaserad TWh havsbaserad 2020 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson Ex E2.3 22

23 Solel växer snabbt Flest soltimmar kring ekvatorn, men används överallt I Tyskland jämförbar med vindkraften I Sverige ca 1000 fulleffekttimmar Teknik Solcell (halvledare) ger DC Kraftelektronik omvandlar till 50 Hz AC Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 23

24 Varifrån kommer vår el? Grafisk illustration Se även separat PDF

25 Global elproduktion i framtiden enligt Shell Ex E2.4 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 25

26 Bidrag till elproduktionen Energivärde - godtycklig dag Hur mycket energi från annan elproduktion ersätts? Kraftverk som ersätts kan stå still Effektvärde - kallaste dagen=bidrag till toppeffekt Hur mycket effekt från annan elproduktion ersätts? Kraftverk som ersätts kan stängas Solel typiskt 0 % Vindkraft 6 % (enligt Svenska Kraftnät) Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 26

27 Kraftslagen används på olika sätt Kärnkraft: Full effekt utom vid underhåll Kraftvärme: Värmebehovet styr Vindkraft: Solel: Vinden avgör Sol+moln avgör maxeffekt i varje ögonblick känd Vattenkraft: Snabbt styrbar balanserar vind-/solel, hushållning med vattenmänden som är begränsad Gasturbiner: När allt annat inte räcker Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 27

28 Vattenkraft följer variationer Svensk Energi, Elåret 2009 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 28

29 Sammankoppling av kraftnät Elenergikällor olika Säsong, brist, överskott Kompletterar varandra Nät kopplas samman Regioner Länder Skåne till DK 1915, norrut 1937 Större elmarknad GWh 2006 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 29

30 Sätt att handla el El handlas Via bilaterala avtal Via NordPool Elspot timvis dygnet före Via NordPool Elbas till en timme före leverans Andel el via Elspot har stadigt ökat Idag 70 % av elhandeln i Norden Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 30

31 Nordpool elspot Till NordPool före kl 12.00: för varje timme nästa dygn Bud med pris+kvantitet från varje producent Förväntad förbrukning från varje nätägare Prisbildning Buden antas i prisordning (billigast först), sista budet systempris Alla med bud antaget får systemspotpriset Stora vinster möjliga 31

32 Tillgång till billig elproduktion avgör Rörlig elproduktionskostnad öre/kwh (torrår) Elanvändning Gasturbiner Olja Pris/ton CO2 20 (normalår 10 5 Kolkondens (våtår) Vattenkraft + Vindkraft KVV Kärnkraft Hög efterfrågan höjer priset TWh/år Låg tillgång (torrår, kärnkraftproblem) höjer priset Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 32

33 Balans tillgång-efterfrågan avgör elpris Skånska Dagbladet 31 december 2011 Mildväder Minskar efterfrågan Sänker elpris Vindkraftutbyggnad Ökar tillgång Sänker elpris Minskad lönsamhet för elproducenter (inkl vindkraft)

34 Extremt elspotpris vintern Kallt och många kärnkraftaggregat står still SEK/MWh kl januari Jämför 457 SEK/MWh kl januari Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 34

35 Koldioxid IPCC: CO 2 -ökningen beror på människan, främst fossileldning Minska CO 2 -utsläpp Ekonomiska styrmedel: Koldioxidskatt, elcertifikat, fordonsskatt Lagring CCS (Carbon Capture and Storage) Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 35

36 Elcertifikat Elproducent kan sälja Själva energin i varje MWh Dessutom extra värde för el från förnyelsebar energi Elhandelsbolag åläggs köpa 23,1% (2016) förnyelsebar el Teknikneutralt öka förnyelsebar elproduktion ( 25 TWh 2020) Efterfrågan genom lagstiftning Inledningsvis specificerat på elräkningen, nu del av skatt Elanvändaren betalar 2,8 öre/kwh inkl moms (snitt 2014) Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 36

37 Flöden i elcertifikatsystemet Energimyndigheten 1. Staten 4. Elhandelsbolag 2. Elproducent 5. Slutkund 3. Marknad 6. Certifikat åter till staten Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 37

38 Livscykelanalys - LCA Miljöpåverkan från vaggan till graven Viktig för att bedöma miljövänlighet Hur jämföra lite kvicksilver med mer svavel? ISO 14040, Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 38

39 LCA-exempel från Vattenfall Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 39

40 Sammanfattning Kraftvärmeverk levererar Värmekraftverk levererar Viktiga kondenskraftverk i Sverige är I ett vattenkraftverk bestäms pådraget av och ev. Max uteffekt från ett vindkraftverk beror på vindhastigheten Fulleffekttimmar för svensk sol-, vind-, vatten-, kärnkraft? Med låg efterfrågan och god tillgång på el blir elspotpriset Med elcertifikat kan en elproducent få betalt för Huvudmetoden för att analysera miljöpåverkan är Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 40

41