Vattenkraften, ren och förnybar

Transkript

1

2 attenkraften, ren och förnybar F ftersom vattenkraften är soldriven är den i praktiken outsinlig. Den första som effektivt lyckades flytta energi från vattenfallens närhet till anläggningar flera kilometer bort var svensken Christoffer Polhem. Han utvecklade i slutet av 1600-talet så kallade stånggångar av trä för att transportera energi från vattenhjulen vid fallen till pumpverken i gruvorna. Det var först i slutet av 1800-talet, när man började producera el via vattenkraft, som kraften på riktigt kunde transporteras långa sträckor. Sedan dess har vattenkraft i Sverige varit grunden för vår elförsörjning. dag finns vattenkraftverk i Sverige. De flesta är små. Hälften är mindre än kilowatt, medan de största är på tals kilowatt. Sverige svarar vattenkraften för ungefär hälften av all elproduktion. Större delen av vattenkraften finns i norr, medan kärnkraften och övrig elproduktion är koncentrerad till södra Sveriges kuster. ekniskt sett kan vattenkraften i landet fördubblas. Men miljöhänsyn har begränsat fortsatt utbyggnad och det finns riksdagsbeslut på att spara de sista fyra orörda älvarna. dag sker ingen större vattenkraftutbyggnad i västvärlden. stället inriktas arbetet på att göra dagens kraftverk effektivare och mer miljöanpassade. Orsaken till detta är att i stort sett all tillgänglig vattenkraft är utbyggd. Undantag är älvar i de nordiska länderna och i anada. tt exempel på ett land som satsar stort på vattenkraft är ina. ina beräknas fördubbla sin vattenkraftproduktion till drygt 400 Wh till år 2010*. Som jämförelse kan Sveriges vattenkraftproduktion nämnas, den är sedan 1990 i genomsnitt 68 Wh. attenkraften och miljön För ungefär hundra år sedan togs de första vattenkraftverken i drift. rask takt fortsatte utbyggnaden till talets slut. början diskuterades mest hur vattenkraften störde andra näringar som renskötsel, fiske och skogsbruk. dag diskuteras också andra naturvårdsfrågor. n sådan fråga är påverkan på faunan. Dammar och kraftstationer försvårar för fiskar att vandra. orden är det framför allt lax, öring, harr och ibland sik som påverkas av att de naturliga vandringsvägarna blockeras. umera vet man relativt väl hur fisken påverkas och har metoder för att upprätthålla fiskbestånden, exempelvis fisktrappor som gör det möjligt för fisken att passera förbi olika hinder på sin uppströms vandring. n stor insats görs genom att kraftbolagen odlar och sätter ut fisk för att förbättra bestånden. Det handlar om drygt en halv miljon havsöringar och två miljoner laxar om året. Flera mindre kraftverk och vattenmagasin, i stället för ett stort, mildrar påverkan på miljön. Sådan miljöanpassning är möjlig vid nybyggnad av vattenkraftverk, men inte i befintliga anläggningar. *älla: nternational nergy gency

3 vattenkraftverket utnyttjas vattnets lägesenergi mellan två nivåer. atten som strömmar från en högre till en lägre nivå passerar en turbin och får turbinaxeln att rotera. Lägesenergi omvandlas till rotationsenergi i vattenkraftturbinen. urbinen driver i sin tur en generator som omvandlar rotationsenergi till elenergi. Den förs via en transformator ut på ledningar över landet. F l är en färskvara lenergi kan inte lagras mer än till mycket liten del. Därför måste el produceras i samma ögonblick som den ska användas. Däremot kan det vatten som ska nyttjas för elproduktionen lagras. ftersom efterfrgan på el är störst på vintern gäller det för elprodcenterna att anpassa vattentillgången till efterfrågan. Därför samlas överskottsvattnet från den vattenrika delen av året i jättelika magasin. årens snösmältning och höstens regn ger mycket vatten, som utnyttjas i kraftverken under vinterhalvåret då efterfrågan på el är stor. 9

4 indkraft ger ett litet men viktigt tillskott D F Beräknad årsmedianvindhastighet i meter/sekund på 50 m höjd. älla: SMH. Mindre än 5 m/s 5 6 m/s 6 7 m/s 7 8 m/s Mer än 5 m/s, med stora lokala variationer. Fjälltrakterna är ofullständigt analyserade. Sverige, som ligger inom västvindbältet, har högre genomsnittliga vindhastigheter än många andra länder. Som framgår av kartan blåser det mest längs våra kuster. Fjällområdena har också goda vindförhållanden för vindkraft. *ffekt (här) = aggregatens maxkapacitet. Solinstrålningen ger olika temperaturer på olika platser som i sin tur ger variationer i lufttrycket. Det sätter luften i rörelse. indkraft är alltså en sorts solenergi. Blåser det mer än sex meter per sekund (och det gör det ganska ofta längs kusterna) kan vinden driva vindkraftverk. Däremot vet man inte i förväg när och hur mycket el verken kommer att producera. Därför behöver vindkraften samspela med annan elproduktion, som kan regleras lätt, t ex vattenkraft. början av 2002 fanns ca 600 vindkraftverk i Sverige och varje år byggs flera nya. ndelen vindkraftel är dock försvinnande liten, 0,3 procent av elproduktionen. Danmark, som är ett ledande land när det gäller vindkraftutveckling i uropa, finns vindkraftverk. indkraften stod för 12 procent av Danmarks elförsörjning år 2000 och målet är att den år 2030 skall svara för hälften. yskland har, med många nyinstallerade stora aggregat, världens största maxkapacitet, 8000 MW. Största antalet vindkraftverk finns i alifornien, US. De flesta är små och bidrar, trots antalet, bara marginellt till den totala elförsörjningen. ill havs finns stora möjligheter att utnyttja vind. Men det är dyrare att bygga till havs och kostnaderna för drift och underhåll ökar. Sveriges första vindkraftpark till havs finns vid Utgrunden i almarsund, med sju maskiner och en gemensam effekt* på ca 10 MW. 10

5 Den strömmande vinden får ett vindkraftverks vingar att rotera och vrida runt en axel så att vindenergi omvandlas till elektricitet. Det är alltså vindkraftverkets vingar och nav som fungerar som turbin. urbinens axel är kopplad till en generator inne i maskinhuset. D F 11

6 Bioenergi från skog och åkerm a B O G Det finns en energikälla som växer nästan överallt omkring oss: Biobränsle. Med biobränsle menar man bränslen som hämtas från växtriket. Det är en energikälla som har ökat i betydelse de senaste decennierna, framför allt för produktion av värme i fjärrvärmeverk. Det viktigaste biobränslet för energiproduktion kommer med all sannolikhet att vara trädbränslen. rädbränslen är bl a de grenar och Bioenergi svarar i dag för ca en sjättedel av Sveriges energitillförsel. Det anses finnas potential för åtminstone en fördubbling av bioenergiproduktionen. Huvuddelen av ökningen kan tas ur skogen. toppar, som blir över sedan skogsindustrin tagit vara på trädstammarna. detta spill finns mycket stora energimängder tillgängliga. Det finns också särskilt odlad energiskog och olika sorters energigrödor som odlas på åkermarker. nergiskog består främst av snabbväxande vide. nergigrödor är t ex ettåriga rörflen och ärtväxter. Även halm används för energiproduktion. ästan en femtedel den industrialiserade världen har man i långa tider använt ved för uppvärmningsändamål. fter oljekrisen på 1970-talet ökade intresset för användningen av biobränslen igen. dag, när ca 16 procent av Sveriges energitillförsel täcks av biobränslen, ser man biobränsle som en viktig del av den framtida energiförsörjningen. Den är både inhemsk och förnybar och finns i så stor mängd att den kan bli en av framtidens viktigaste energikällor. Biobränslet kan genom förbränning omvandlas till varmvatten och/eller ånga. Ångan kan driva en turbin och på så sätt generera el och därefter avge värme till ett fjärrvärmenät. n anläggning med ett sådant dubbelt utnyttjande kallas kraftvärmeverk (se sid 27). framtiden kan det bli aktuellt att först omvandla bränslet till gas, som driver en gasturbin och sedan genererar ånga. På så sätt kan man få ut mer el. Biobensin Biobränslen kan även utnyttjas i transportsektorn. tanol anses allmänt vara det mest intressanta. Den kan tillverkas av t ex säd, men själva odlingen är relativt energikrävande. id mer omfattande etanoltillverkning är det bättre att utgå från träbränsle, t ex energiskog som är mer energieffektivt. Hittills är det främst innerstadsbussar som körts på etanol i Sverige, men det finns också personbilar för etanoldrift. nvändningen förväntas öka eftersom det inte finns några nämnvärda problem med lukt eller utsläpp. tt annat alternativ till diesel är rapsolja. Det som talar mot rapsoljan är den begränsade tillgången och att en stor del fossilt bränsle och gödningsmedel krävs för att framställa den. Den betraktas därför som mindre intressant. Bioenergins kretslopp För att trädbränslen i skogen ska bli ett långsiktigt hållbart alternativ krävs att askan från förbränningen återförs till skogen. skan innehåller nämligen alla de mineralämnen som fördes bort med bränslet. Bränslets kväve omvandlas däremot vid förbränningen huvudsakligen till kvävgas. vävenedfallet är bland annat på grund av biltrafiken, så stort över södra Sverige att det ofta är bättre ur miljösynpunkt att askan inte innehåller kväve. Återföring av aska har prövats i många stora experiment med gott resultat. Men det har ännu inte blivit en rutin. Därför deponeras (lagras) askan ofta idag på särskilda upplag. 12

7 rk opp 5% n stor del av världens energibehov tillgodoses genom självhushållning med ved och annat biobränsle. Denna användning ingår inte i den internationella statistiken. Grenar 10 15% Stam 60 65% Stubbe 5 10% ötter 10 20% nergiinnehållet fördelat på olika delar av trädet. Det är främst de outnyttjade delarna vid skogsbolagens avverkning, toppar och grenar som används för energiproduktion. Stubbarna lämnar man dock kvar i marken. F SOF Stoft består av mindre partiklar och kan vara t ex sot, kemiska föreningar och oljedroppar. Utsläpp av stoft till atmosfären sker naturligt genom t ex vulkanutbrott, men det är vid förbränning av fossila bränslen, torv, biomassa och avfall samt i trafiken som de stora utsläppen sker. id kraftverk renas avgaserna nästan fullständigt från stoft med olika typer av filter. Däremot är vedeldning i småhus ett problem. För att minska dessa stoftutsläpp krävs mderna och miljögodkända pannor. många städer är det t o m förbjudet att elda med ved på grund av utsläppen. Stoftpartiklar kan fastna i människors lungor och orsaka sjukdomar. B O G 13

8 orven förnyas långsamt orv finns i mossar och kärr och består av ofullständigt förmultnade växtdelar. Det har länge använts som bränsle och jordförbättringsmedel. Sverige används energitorv nästan enbart i fjärrvärmeanläggningar, medan man i andra länder, t ex yssland, Finland och rland, även använder torv för elproduktion. xempel på hur en sjö eller havsvik kan ha utvecklats till mosse. orvmark kallas det då torvtäcket är djupare än 40 cm. 15 procent av Sveriges landyta är torvmark. tt tunnare torvtäcke finns över ytterligare 10 procent. O Stor energikälla 15 procent av Sveriges landyta är täckt av ett minst 40 cm tjockt torvlager. Det finns torv i hela landet, men mest i orrland. ftersom en torvmosse växer med upp till 2 mm per år, innebär det att tillväxten är mellan 18 och 20 Wh per år. Den årliga torvutvinningen motsvarar i nuläget en energimängd på ca 2 4 Wh. Den totala energimängden i den ekonomiskt brytvärda torven i Sverige uppskattas till totalt Wh, så torvreserven räcker alltså mycket länge. orvens miljöproblem är torven förbränns ger den utsläpp av koldioxid som tidigare bundits i torven i flera tusen år. Därmed bidrar torvförbränning till växthuseffekten (se sid 17). gengäld minskar torvmossens naturliga utsläpp av metan, som är en aggressiv växthusgas. fter de år som torven utvinns bereds marken till våtmark eller planteras med skog. n del av utsläppen från torvförbränning balanseras då genom att frigjort kol binds i nya växter. På hela jorden finns ca 5 miljoner km 2 torvmark vilket motsvarar 3,5 procent av jordytan. F BYG O nnan man börjar utvinna torv på en mosse måste man noggrant undersöka om torven är tillräckligt energirik. ndast en mindre del av torvmossarna är möjliga och lönsamma att använda. Första steget vid utvinning av torv är att ta bort träd och buskar. Därefter dräneras mossen så att vattenhalten i torven minskar från 90 till 80 procent. Först efter ett till tre år kan man börja utvinna torven. orven tas upp genom att man fräser upp ett tunt lager av torv och låter det torka i solen på mossen. tt annat sätt är att skörda hela bitar, 1 2 dm långa och låta dem torka på mossen i ca 3 veckor tills fukthalten är ca 35 procent. Produktionen av torv sker på sommaren. orven lagras vanligtvis i stora stackar i närheten av mossen. fter ca 20 år avslutar man utvinningen. På ytan planterar man skog eller anlägger en våtmark. 14

9 Jordens största energilager ol är jordens största fossila energitillgång och svarar för en fjärdedel av världens energianvändning. olreserverna är inte oändliga, men förhållandevis stora. Med oförändrad förbrukning räcker de kända kollagren till år De största reserverna finns i ordamerika (26 procent), Forna Sovjetunionen (23 procent), uropa (12 procent), ina (11 procent) och ustralien (9 procent). Under 1900-talets första hälft dominerade kol som bränsle i västvärlden. Under 1950-talet konkurrerades kolet ut av den mer lätthanterliga oljan. På grund av 1970-talets oljekriser började kolet återigen användas som bränsle, främst för elproduktion. Sverige bryts inte kol och förbrukningen minskar från en redan låg nivå. dag svarar kol bara för ca 4 procent av energitillförseln. Från växtdelar till energikälla Första stadiet i kolbildningen är torv som består av växtdelar som inte riktigt förmultnat. n torvmosse har så stort vatteninnehåll att luftens syre inte kan hjälpa till att bryta ned växtresterna. fterhand täcks torven Brunkol bildas efter torv och är inte lika energirikt som stenkol som bildats efter ytterligare omvandlingar. med sand, lera och nya torvlager. orven utsätts då för tryck och värme, vattnet försvinner och växtdelarna bryts ned till mindre partiklar. fter miljoner år har de förvandlats till kol. Först bildas brunkol vilket är mindre energirikt än stenkol som bildats efter ytterligare omvandlingar. Det mesta kolet bildades för ca 300 miljoner år sedan (under den så kallade karbontiden). ollagren i jordskorpan består av olika breda band. Lagrens tjocklek varierar från några centimeter till upp till 30 meter och kan förekomma långt ner i jordskorpan. Omvandlingen av torv till kol resulterar inte i några större mängder olja. Däremot kan naturgas ha bildats. tt exempel är gasfyndigheterna i södra ordsjön. F O L Produktion onsumtion Jämförelse av storleksordningen mellan produktion och konsumtion av kol i världen OLS SLOPP ftersom grundämnet kol (C) ingår i alla organiska ämnen finns ämnet i såväl växter som djur. äxterna binder kol i fotosyntesen. är djur och människor äter växter återförs det mesta av kolet till luften. Det sker i utandningen i form av koldioxid (CO 2 ) Detta är kolets s k snabba kretslopp. Under årmiljoner har små mängder av kolet försvunnit ur detta kretslopp och bildat det kol, den olja och gas vi nu använder som energikällor. Det finns även ett geologiskt kolkretslopp där ämnet kol finns bundet i olika bergarter. 15