Förstudie av vindkraftsetablering med uppdrag av Skellefteå Kraft AB

Transkript

1 Institutionen för tillämpad fysik och elektronik Umeå universitet Vindkraft C 5p Förstudie av vindkraftsetablering med uppdrag av Skellefteå Kraft AB Handledare: Lars Bäckström Av: Jimmy Westerberg Mark Murphy Andreas Käck Civilingenjörsprogrammet i Energiteknik

2 Sammanfattning På uppdrag av Skellefteå Kraft AB har detta projekt undersökt möjligheterna för uppförande av vindkraftverk i området runt Hornmyr. I Detta område finns tre berg som är intressanta för vindkraftsutbyggnad, Hornmyrbrånan, Maskenträskliden och Mittiliden. Denna undersökning fastställde att Mittiliden var bästa platsen att genomföra en etablering av en vindkraftpark på. Beräkningar har utförts för en vindkraftpark innehållande tio styckena 1MW Dynawind vindkraftsverk, vilka under rådande förutsättningar kommer att producera 27550MWh årligen. Den totala investeringskostnaden bestämdes till 101Mkr och återbetalningstiden fastställdes till 8år. ii

3 1 Inledning Uppdragsgivare Lokalisering Placering Vindhastigheter Teknik Beskrivning av verksamheten Utformning och omfattning Fundament Demontering Administrativ Handläggning Tillstånd Infrastruktur Väg Elnät samt telefonanslutning Miljökonsekvensbeskrivning Landskapsbild Djur och växter Markpåverkan Hydrologi Avfall Risker Ljud Skuggbildningar/reflexer Riksintressen Nollalternativ Alternativa platser Alternativa utformningar Ekonomisk kalkyl Referenser: Bilaga 1 - Ljudmätning Bilaga 2 - Skuggmätning Bilaga 3 Natura Ekonomiska kalkyler iii

4 1 Inledning Politiker runt om i världen har börjat titta närmare på klimatförändringar och vårt beroende av olja och andra fossila bränslen. Många har insett att oljan är en icke förnybar resurs och att den för eller senare kommer att ta slut. Dessutom producerar förbränning av fossila bränslen koldioxid, vilket enligt gjorda undersökningar har visats påverka miljön negativt genom att bidra till växthuseffekten. Vi tvingas därigenom att gå över till förnyelsebara energikällor. Denna omställningsprocess går långsamt främst pga. ekonomiska skäl. Svenska politiker har upprättat 16 stycken miljömål för att skynda på, denna process på lokal nivå. Till detta har även ett elcertifikatsystem upprättats. Dessa åtgärder är ämnade att öka förnyelsebara energikällor med 17 TWh till år De positiva effekterna med vindkraft är många, kort kan nämnas att en vindkraftetablering bidrar till möjligheten att uppnå flera av riksdagens fastställda miljömål såsom begränsad klimatpåverkan, friskluft, bara naturlig försurning, samt god bebyggd miljö. Ytterligare kan sägas att den energi som behövs för tillverkning, byggande samt drift och underhåll av ett vindkraftverk för hela dess livstid, återgenereras av vindkraftverket redan under några av dess första funktionsmånader. Efter vindkraftverkens funktionstid på typiska år kan de endera förnyas eller nedmonteras. Vid demontering och skrotning så kan så gott som allt material återanvändas och driftområdet återställas till ursprungsskick eller utnyttjas för annan verksamhet.(2) I landets elsystem ersätter vindkraften i första hand den särproduktion som har de största rörliga kostnaderna. I norden är det främst fråga om kolkraft. Därmed kommer en minskning att ske av utsläpp som kommer från denna förbränning. Den negativa inställningen beror mest av de förväntade negativa effekter på landskapsbilden, Likaså har bullerstörningar, visuella effekter mm, uppmärksammats. Däröver är det viktigt att ta hänsyn till eventuella ekologiska effekter såsom: 1. Kollisionsrisker om vindsnurror placeras i områden med fågelsträck. 2. Direkt påverkan på mark och vegetation under själva byggfasen. Samtliga aspekter måste undersökas vid projektering. Med detta arbete skall vi titta närmare på tillståndsprocess, ekonomi, och miljöpåverkan som ett uppförande av vindkraftverk medför. 1 Räknat från

5 1.1 Uppdragsgivare Denna förstudie görs på uppdrag av Skellefteå Kraft AB som är en av de större producenterna av elkraft i Sverige. År 2006 producerade de 2600 GWh vattenkraft, 810 GWh värmekraft, och 500 GWh kärnkraft. Vindkraften är en väldigt liten del i deras totala energiproduktion dock är vindkraften på uppgång och ligger i linje med företagets miljöpolicy Det är tänkt att Skellefteå Krafts skall äga vindkraftparken och arrendera den mark som företaget kommer att behöva nyttja. Detta avtal sker då enligt markavtal med markägaren. 2 Lokalisering Tjugofem kilometer sydväst om Lycksele ligger ett område som kallas Hornmyran här finns tre berg Hornmyrbrånan, Maskenträskliden, samt Mittiliden. Hornmyrbrånan ligger längst från vägen och de andra bergen med våtmarker och vattendrag. Se nedanstående figur. En enskild väg med bom på kartan närmar sig Hornmyrbrånan norrifrån och undviker de flesta våtmarker. Dock är vägen kurvig, korsar våtmarker, och slutar nära en skogsbiotopskydd område (ljusgrönt inringat område ). 2

6 Områden norr och öster om Hornmyrbrånan är täckta med våtmarker och mindre vattendrag som efter cirka sex till sju kilometer är en del i Öreälvens Natura 2000 område. Öreälvens Natura 2000 område sträcker sig längs Öreälven och dessa biflöde hela vägen från Vilhelmina till Östersjön. Området har riksintresse för naturvård och friluftsliv, där är djurskydd utlagt för utter, möss, och vatteninsekter. Inga av dessa arter är hotade dock och några övriga intressen finns inte i hela området som undersökts. Maskenträskliden har ett utbyggt område som benämns Dakota på kartan. I detta område finns en Västerbottens gård, närmare undersökningar behövs för att kunna klarlägga ifall denna är bosatt. Några övriga hus i området har undersökningarna ej visat. Mittiliden har inget utbyggt område eller hus i närheten. Det finns mindre vattendrag på den östra sidan men annars finns det relativt lite vatten och våtmark i närheten. En kort väg från Dakota till Mittilidens topp skulle kunna anläggas. Denna skulle då inte behöva stiga högre än 25 meter. Denna dragning skulle innebära att varken vattendrag eller våtmarker korsas. Ljud samt reflex utbredning från vindkraftsparken kommer i detta fall inte att påverka någon människa vilket talar för en etablering i detta område. 2.1 Placering Lokaliseringsprincipen förespråkar minsta möjliga påverkan på miljön och hälsan. Miljömålet myllrande våtmarker som förespråkar skydd för våtmarker och miljömålet levande skogar talar emot en placering vid Hornmyrbrånan. Bullret och skuggpåverkan på människor talar emot en placering vid Maskenträskliden om det skulle finnas någon bosatt där. Det område som ser mest lovande ut med avseende på vindhastigheter och miljöpåverkan är således Mittiliden vilket medför att detta blir, det område som vi kommer att undersöka närmare. 2.2 Vindhastigheter Vindhastighetsberäkningarna har utförts med hjälp av datorprogrammet WindPRO. Programmet använde som referens, mätdata från Gunnarns flygplats. Resultatet blev en medelvindhastighet för Maskenträskliden på 7,3 m/s samt en något högre hastighet för Mittiliden på 7,5 m/s. vilket väl överensstämmer med vindhastighetsuppgifter som Uppsala Universitet tagit fram för området. Deras resultat var således också att Mittiliden hade det bästa vindförhållandet i detta område. 3 Teknik 3.1 Beskrivning av verksamheten I ett vindkraftverk omvandlas luftens rörelseenergi till elektrisk energi då vinden strömmar mot vindkraftverkets blad. Bladen är anslutna till ett nav som i sin tur sitter fast på en turbinaxel. Då vinden blåser mot bladen uppstår en tryckskillnad över fram- och baksidan av dessa. Tryckskillnaden ger upphov till en vridande kraft på bladen och därigenom skapas en rotation av turbinaxeln. Denna driver en generator som omvandlar rörelseenergi till elektrisk energi. För att nyttja högre vindhastighet och därmed högre elektrisk energi så ökas tornets 3

7 höjd. Ökningen av vindhastighet beror på att luften på högre höjd inte bromsas upp lika mycket av hinder på marken. 3.2 Utformning och omfattning Det som avgör utformningen är huvuddels nedanstående punkter: Etableringsplatsens storlek Elnätet Vindförhållandet Att tänka på vad gäller den första punkten är hur många verk som kan placeras ut innan de börjar påverkar varandras luftströmmar negativt. Dock får utplaceringen inte heller vara för utspridd utan parken skall i största möjliga mån sträva efter en helhet. Detta för att minimera påverkan av landskapsbilden. Vad det gäller den andra punkten är det främst kapaciteten på det lokala elnätet som bör beaktas (hur mycket el som kan tas emot). Vindförhållandet är slutligen den viktigaste av alla punkter vid val av utformning av en vindkraftspark. Det gäller här att välja en vindkraftsmodell som är konstruerad att prestera optimalt under de givna förutsättningarna på den tänkta etableringsplatsen Det alternativ som känns mest relevant att undersöka, med hänsyn till ovanstående punkter, är att etablera en vindkraftspark med mindre vindkraftverk på 1000 kw. Ett lämpligt sådant säljs av Dynawind (modell wwd-1). Detta alternativ är intressant dels eftersom modellen är kompakt dimensionerad (rotor diameter 56 m) vilket underlättar transport och montering avsevärt. Dessutom har modellen en relativt låg inkopplingsvind (3m/s) samt märkvind(12,5m/s). Dynawind är dessutom ett svenskt företag med produktionen förlagd i Filipstad vilket innebär att inköp därifrån gynnar svensk ekonomi och industri. Vi antar med stöd av (4) att det lokala elnätet har kapacitet att ta emot den el som vindkraftsparken producerar så länge som vi håller oss inom 10 verk. (Detta behöver ändå naturligtvis undersökas närmare). Vi har uteslutit alternativet att etablera större vindkraftsverk dels pga. begränsningar i det lokala elnätet. Vi kan då med stor sannolikhet inte koppla på oss på det lokala elnätet utan måste koppla in oss på det grövre stamnätet. Dessa verk har dessutom en rotordiameter på 45m och uppåt vilket medför att det uppstår stora transportproblem till etableringsplatsen där den största flaskhalsen bör vara genomfarten genom Lycksele. Vi bedömer dessutom att det vore uteslutet av flera skäl, ekonomiska såväl som landskapsvisuella att placera ut ett enskilt verk för när förstärkning av väg och markförberedelse är genomförd för ett verk så behövs inte någon större ytterliggare insats göras för att placera ut fler verk. Det finns också erfarenheter som visar att så fort det första verket är utplacerat spelar de följande verken inte så stor roll med avseende på förändring av landskapsbild, buller, reflexer etc, en tröskel är redan passerad. 4

8 3.3 Fundament Det finns ett antal typer av fundament, med stöd av (7) beskrivs några som är aktuella för vårt projekt. Gravitationsfundament Används vanligtvis vid uppförande av vindkraftverk på platser där det inte finns berggrund att förankra i. Tekniken går ut på att en stor kvadratisk grop med ett djup på cirka två meter skapas. I botten av denna grop läggs armeringsjärn ut och i mitten formas en pelare som fungerar som sockel för verket. Gropen gjuts sedan igen och efter en månads härdning läggs fyllnadsmassan på och tornet monteras. Bergsfundament Kräver sprängning av en cirka två meter djup och cirka nio meter kvadratisk grop. Armeringsjärn läggs ner och gropen gjuts igen. Därefter borras hål i berget i vilka det därefter gjuts fast bultar med hjälp av expanderande betong. Slutligen förankras fundamentet i bultarna och tornet kan därefter monteras. Rockadapter som endast kräver en plan yta på 25 kvadratmeter. Den består av armeringsjärn och betong som bildar en krans. Denna förankras sedan i berget med bultar. Rockadapter används om berget är av god kvalitet. Val av fundament beror helt på den mark som finns på etableringsplatsen. Där måste undersökningar göras för att med säkerhet kunna välja mellan ovanstående alternativ. 3.4 Demontering Materialet som används i ett vindkraftverk kan antingen skrotas eller säljas och återanvändas i ett nytt vindkraftverk efter demontering. Inkomsterna för material är högre än demonteringsutgifterna, detta bidrar till att vindkraftverken blir demonterade när de är nedgångna. 4 Administrativ Handläggning Projektering utförs av en konsultfirma med kompetens inom vindkraft. Infrastrukturen kommer att byggas av entreprenörer medan fundamenten tillsammans med vindkraftverket byggs av Dynawind på beställning. El-anslutningen kommer att utföras av Skellefteå Kraft AB eller sitt dotterbolag Lycksele Elnät AB. Därefter ansvarar Skellefteå Kraft AB för service och underhåll. 5

9 Tillstånd kommer att sökas hos Länsstyrelsen enligt Miljöbalken medan bygglov kommer att sökas hos Lycksele Kommun enligt plan- och byggnadslagen (PBL). Militären och luftfartsverket måste ge godkännande före samrådsmötet. Enligt VindGis har Totalförsvaret inget intresse inom området. Dessutom ligger Hornmyran i en riktning nästan rättvinkligt till Lycksele Flygplats bana, så Hornmyran ligger definitivt utanför flygplatsens landnings och startkorridor. 4.1 Tillstånd Vindkraftsparken kommer att anläggas i ett område där inga kolliderande riksintressen föreligger och parken planeras bestå av 10 styckena en megawatts verk, vilket skulle medföra en sammanlagd maximal effekt på 10 MW. Med stöd av (4) försöker vi beskriva tillståndsprocessen för vårt fall, nedan. I och med att det är en mindre park som planeras så är det tillräckligt att lämna in en anmälan till Lycksele kommun för prövning. Anmälan skall innehålla allt som kommunen behöver för att kunna bedöma vindkraftens påverkan på miljön som miljöfarlig verksamhet. Kommunen beslutar från fall till fall om anmälan även bör innehålla en miljökonsekvensbeskrivning. Därefter notificeras alla som kan vara berörda. En liknande procedur upprepas för det tekniska kontoret inom kommunen enligt plan- och bygglagen. D.v.s. Vi måste söka bygglov. Här kan kommunen bestämma mycket när det gäller detaljplanen. Dock så är, enligt översiktsplan (6) Lycksele kommun positivt inställda till att vindkraftanläggningar placeras och byggs inom kommunen. Den som vill bygga en vindkraftanläggning under 25 MW (Som i vårt fall) får frivilligt ansöka om tillstånd hos länsstyrelsen, även om lagen inte kräver det. Detta innebär att den hanteras på samma sätt som ett tillstånd över 25 MW. På så sätt slipper man överraskningar som klagomål under ett senare tillfälle eller under driften, vilket kan leda till att man måste genomföra mätningar, kontrollera miljöaspekter, och mer eller mindre utföra en miljökonsekvensbeskrivning till fullo. Med ett tillstånd i handen, så vet man vilka förutsättningar som gäller. Rekommendationen är att Skellefteå kraft går denna väg detta främst p.g.a. investeringens stora ekonomiska omfattning. 5 Infrastruktur Vägar, elledningar, och telefonanslutningar behövs för att installera vindkraftsparken, driva verksamheten, utföra underhåll, och sälja producerad el. Se bilden på nästa sida för möjliga sträckningar: 6

10 5.1 Väg En möjlig dragning kan enligt figuren ovan vara att lägga en väg från Dakota till Mittilidens topp. Vägen skulle vara cirka 2,5 kilometer lång med små avfarter till varje verk. Denna väg kommer då att klättra ungefär 25 meter och skall vara utformad så att erosion undviks och dess påverkan på miljön minimal. Enligt (6) har det allmänna vägnätet inom kommunen tillräcklig bärighet för de transporter som krävs. 5.2 Elnät samt telefonanslutning Elledning och telefonanslutning kan läggas bredvid vägen till Dakota där en transformator med eget hus bredvid huvudvägen kan konvertera spänningen för direkt anslutning till det lokala nätet. Det lokala nätet ägs av Lycksele Elnät AB som är ett dotterbolag till Skellefteå Kraft AB. Vi har inte gjort några undersökningar om leverans kan ske till detta närliggande elnät så detta måste Skellefteå kraft titta närmare på men enligt (4) skall det lokala elnätet generellt ha kapacitet att ta emot den mängd el som parken skulle komma att producera. 6 Miljökonsekvensbeskrivning 6.1 Landskapsbild Högt belägen med en vacker vy ligger Hornmyran. som ligger på pendelavstånd, 2,5 mil, från Lycksele. Landskapstypen är av typen bergkullterräng. Denna kännetecknas av en vågig terrängprofil som skapas av de typiska uppstickande bergskullarna. Landskapet är högst varierat, karaktären växlar snabbt och de siktavgränsande elementen är många. Skogsproduktion är den i särklass övervägande markanvändningen vilket också är tydligt när man betraktar landskapet.(3) 7

11 Påverkan på landskapsbilden är en av de viktigaste aspekterna när det gäller vindkraftens påverkan på omgivningen. Vi har dock ej haft möjlighet att åka ut på plats och för att skapa ett fotomontage taget från de vanligaste åskådningsplatserna. Detta är något som Skellefteåkraft bör göra för att kunna undersöka storleken på den eventuellt visuella störning som en vindkraftsetablering ger i detta fall. 6.2 Djur och växter Floran påverkas under byggnadsfasen och även när dragning av el, vägar och liknande ingrepp påverkar grundvattennivån. Enligt (4) finns undersökningar gjorda som visar att i snitt skadas endast några få fåglar per år av ett vindkraftverk som bör ställas i jämförelse med att övriga byggnader och konstruktioner, trafik och jakt förorsakar ca en miljon fåglars död vardera. Artberoende inverkningar kan lokalt vara större, varför ornitologisk sakkunskap är önskvärd vid platsplaneringen 6.3 Markpåverkan Mittliden omges av närliggande väg och elnät vilket medför minimal markpåverkan. Dock måste alltid ett betongfundament läggas ned i marken för varje verk som fungerar som motvikt. Denna kan dock relativt enkelt avlägsnas vid demontering av verket så att marken återställs till ursprungsskick. 6.4 Hydrologi Den tänkta etableringsplatsen inklusive vägar och infrastruktur befinner sig på torr mark bortifrån alla våtmarker och mindre vattendrag. Platsen är delvis vald av denna anledning. Påverkan på grund- och ytvatten minimeras på så sätt. Erosionproblem kan begränsas om vägen byggs ordentligt. 6.5 Avfall Vindkraftverk förbrukar inget bränsle, men fett och olja behövs för att skydda växellådan och andra komponenter. Det kemiska avfallet är till stor del oljebyten i vindkraftverket. Därmed är det viktigt att anlita miljöcertifierade företag när service skall utföras. Under rivning kan materialet i själva vindkraftverket antingen återanvändas eller återvinnas likaså elkablarna. Fundamenten medför kostnader och måste rivas av ett rivningsföretag för att återställa marken under och runt omkring vindkraftverket. 8

12 6.6 Risker Under vintertid finns det risk för isbildning och fallande isbitar. Servicetekniker bör använda skyddsutrustning när arbeten utförs. Enligt (6) skall Varningsskyltar, exempelvis varning för nedfallande is uppsättas för att varna eventuella förbipasserande. 6.7 Ljud Ljudpåverkan uppstår enbart i kraftverkens omedelbara närhet. Naturens bakgrundsljud såsom brus av vågor och vind dränker på längre avstånd helt kraftverkens driftljud. Vid ljudberäkningen har datorprogrammet WindPRO använts. Beräkningarna visade att Dakota som är närmaste område skulle motta 39,1 dba. Beräkningarna finns i bilaga Skuggbildningar/reflexer Skuggberäkningarna som även utförts av WindPro kom fram till att Dakota skulle få 14 timmar skugga per år i värsta fallet då rotorbladet täcker minst tjugo procent av solen. Överstmyrbrännan och Dugers skulle bli opåverkade. Resultat beräkningarna är gjorda vid 475 meter över havet. Beräkningarna finns i bilaga Riksintressen Förekomsten av riksintressen i detta område har undersökts med Vindgis, Naturvårdsverket, Västerbottens länsstyrelse, och genom Lyckseles kommuns kartor. Slutsatserna har blivit att några sådana kolliderande intressen inte finns Nollalternativ Om vindkraftverken inte byggs går Lycksele kommun och Sverige miste om cirka 25 GWh miljövänligt el per år. Utan istället kommer någon annan icke miljövänlig el att produceras och miljön får står för kostnaden. I värsta fall blir det kolkraft från utlandet. Vindkraft har inga miljöföroreningar under driften medan andra alternativ släpper ut olika mängder CO 2, NO x, SO x, och så vidare. Lokala jobbtillfällen för service och underhållarbete försvinner tillsammans med vinster från avverkade skog. Landskapsbilden förblir oförändrad. 9

13 6.11 Alternativa platser Om det visar sig att Dakota inte längre är bebodda, då är det möjligt att bygga hela vindkraftparken runt Maskenträskliden istället för Mittiliden. Medelvindhastigheten är lite mindre där men huvudvägen svänger runt halva berget så vindparken är mer tillgänglig och kostnaderna från infrastrukturen blir mindre. Hornmyrbrånan kräver större påverkan på miljön eftersom det omges av mindre vattendrag och våtmarker Alternativa utformningar Uppförande av vindkraftverk på Mittiliden kan innehålla allt från ett till 10 verk utan att påverka vattendrag eller våtmarker i närheten. Mindre vindkraftverk används för att underlätta transport och uppbyggande. Inbördes placering bestäms av WindPro där man försöka minimera förlusterna i vindparken p.g.a. turbulens. 7 Ekonomisk kalkyl De ekonomiska kalkylerna är baserade på schablonvärden där investeringskostnader består av vindkraftverket, fundamentet, vägar, elanslutning, markavtal, och projektering. Driftkostnader består av engångsavgifter som elmätning, telefon, miljötillsynsavgift, och administration samt avgifter som berör på effekten såsom service, försäkring, och fastighetskatt. Intäkterna kommer från elförsäljning och elcertifikat. Transport, resning, driftssättning samt kostnad för fundamentet ingår i vindkraftverkets pris vid beställning. Kabel, transformator och mindre ställverk ingår i elanslutningskostnaden. Markkostnad räknas som en engångskostnad där företaget antingen köper marken rakt av eller betalar per effekt för hela vindkraftverkets liv. 25 procent moms antas vara räknade in i driftkostnaden. Inte inkluderad i beräkning är vindkraftverkets restvärde då materialen skrotas och marken återställs. Det totala investeringskostnaden för 10 styckena 1 MW:s vindkraftverk, 2,5 kilometer anlagd väg, 7,5 kilometer nedlagd elkabel samt tillgång till 57 ha mark räknades till 101 Mkr. Kapitalkostnad enligt annuitetsmetoden med 5 % ränta och en ekonomisk livslängd av 20 år blir då 8,1 Mkr. Driftkostnaderna har beräknats till 1,17 Mkr. Vindkraftparken beräknades generera 27,550 MWh. Intäkter baserade på en elförsäljnings pris av 30 öre per kwh och elcertifikat pris av 20 öre per kwh beräknades till 13,8 Mkr. Detta medför en återbetalningstid på 8 år, en årlig vinst på 4,5 Mkr, och en produktionskostnad på 4 öre per kwh. När 10 % felmarginal tas bort från elproduktionen, då blir produktionen 24,800 MWh och intäkterna 12,4 Mkr. Detta medför en återbetalningstid på 9 år, en årlig vinst på 3,1 MWh, och en produktionskostnad på 5 öre per kwh. 10

14 Referenser: (1)!""#$%&'#%($%)*+*% (,,#+)+&,&*-"(. Vindkraft Bygga och ansluta större vindkraftverk, 2007, Energimyndigheten (4) (5) (6) (7) 11

15 Bilaga 1 - Ljudmätning 12

16 Bilaga 2 - Skuggmätning 13

17 Bilaga 3 Natura 2000 /0 1***23 Ekonomiska kalkyler Återbetalningstid, T i = där K i = investering, I å = årligt intäkt, D å = årlig driftskostnad I å K D å Annuitetsfaktor, a = 1 r ( 1+ r) n där r = räntan och n = den ekonomiska livslängden Kapitalkostnad enligt annuitetsmetoden, K å = a * K i Årlig vinst, V å = I å K å -D å Produktionskostnaden = Driftkostnaden / Antalet kwh producerade 14