Vatten och Vindkraft Stefan Skarp Stefan Skarp

Transkript

1 Vatten och Vindkraft Stefan Skarp

2 Innehåll Case Study Innebörd för vattenkraft och reglering Varför samkörning? Bakgrund Studier Framtiden

3 Case study - Uljabuouda (The picture is a photomontage)

4 UMEÄLVEN SKELLEFTEÄLVEN Sädvajaure 1 Arjeplog Uddjaur Laisälven Storavan 3 Arvidsjaur 4 Bergnä Sorsele s 5 16 INDALSÄLVEN 6 Sällsjö 17 Malå MW, 341 GWh Storuman VATTENFALL Eleffekt Normalårs- MW prod. GWh 5 Bastusel Gallejaur Vargfors GRANINGE 15 Kvistforsen Rebnisjaure 2 Hornavan Umeälven ÖREÄLVEN Storforsen 17 1,4 MW, 11 GWh Vindelälven Lycksele ÖVRIGA MINIKRAFTVERK HUVA-dagen 13 MW, 62 GWh Luleälven Jokkmokk Piteälven Åbyälven Norsjö SKELLEFTEÅ Eleffekt Normalårs- KRAFT MW prod. GWh 1 Sädva Rebnis Bergnäs Slagnäs Grytfors Rengård Båtfors Finnfors Granfors Krångfors Selsfors Klippen Storforsen Piteå 1, , Stefan Skarp Vindeln Rickleån Skellefteå 15 Robertfors Mlq B8b

5 Skellefteälven

6 Uljabuouda

7 Site 12 Windturbines 2,5-3,0 MW/WTG Max 36 MW 100 GWh annual production Total height 125 m

8

9 Projektbeskrivning etapp I Mål: Är samkörning teoretiskt möjlig Kommer körningen i hela älven påverkas? Kommer man behöva ändra planeringen i källmagasinen? Hur mycket tillkommande spill?

10 Körning Vindkraft/Vattenkraft December December2004 dygnsvärden Omfördelad produktion Prod över 95 MW MW

11 Körning Vindkraft/Vattenkraft dygnsvärden MW Omfördelad produktion Prod över 95 MW

12 Slutsatser Teoretiskt möjligt Lite tillkommande spill (<0,3%), troligen inget alls Tekniskt mer avancerad planering och körning av vattenkraft Förluster i dygnsreglering

13 Projektbeskrivning Etapp II Mål: Undersöka påverkan på vattenkraftsturbiner Undersöka hur regleringen av kraftstationerna påverkas Ge förslag på hur det praktiskt skulle kunna genomföras

14 Projektbeskrivning Etapp II Skellefteå Kraft skall planera produktionen så att effekten aldrig överstiger 95 MW Vindkraften skall producera när det blåser Vattenkraften skall regleras efter vindkraften Fördelar Bättre systemutnyttjande av nätet Nackdelar Fler regleringar på vattenkraftsturbiner Mer körning utanför bästa verkningsgrad Ökat slitage på vattenkraftsturbiner Driftstatistik vattenkraft, estimerad produktion vindkraft 25 MW vindkraft, 36 MW vindkraft

15 Bakgrund till projektet Rebnis I drift MW Nettofallhöjd: 82 m Utbyggnadsvattenföring: 80 m 3 /s Normalårsproduktion 139 GWh 1 st Francisaggregat Sädva I drift MW Nettofallhöjd: 45 m Utbyggnadsvattenföring: 70 m 3 /s Normalårsproduktion 117 GWh 1 st Francisaggregat

16 Resultat 36 MW vindkraft Produktion med en effekt över 95 MW, exempel 2001 Mycket vatten och bra vindar % av tiden över 95 MW Stefan Skarp

17 Resultat Allmänt Francisturbin Verkningsgradskurva Rebnis 100 3,5 3 Vibrationsmätning bärlager Sädva Vibration [mm/s] 2,5 2 1,5 1 0, Radial Tangential Axial-vertikal Verkningsgrad [%] Effekt [MW] 20 Vibrationer: Rebnis och Sädva körs Ej under 60% pådrag Flöde Q [m 3 /s]

18 Resultat 36 MW vindkraft Effektreglering Sädva, vatten motsvarande 35 GWh behövs för att ej överstiga 95 MW Effektreglering Rebnis, vatten motsvarande 30 GWh behövs för att ej överstiga 95 MW Mest omfördelning av vatten mellan timmar och dygn, lite spill! Effektreglering ger verkningsgradsändringar

19 Resultat 36 MW vindkraft Verkningsgradsförändring av vattenkraftstationerna Minsta tillåtna pådrag 60%, pga ökat slitage på komponenter. Medeländring Rebnis 2,33% försämring Medeländring Sädva 0,57% försämring

20 Resultat 36 MW vindkraft Regleringar av turbin Rebnis Vid vanlig drift 1,8 regleringar/dygn Vid samkörning 3,25 regleringar/ dygn Regleringar av turbin Sädva Vid vanlig drift 2,6 regleringar/dygn Vid samkörning 4,52 regleringar/ dygn

21 Sammanfattning Produktionen över 95 MW, 13-18% av tiden. För att kompensera detta: Minska vattenflödet till turbinen Ändra driftplaneringen för vattenkraften, hur skall vattnet omfördelas? Konsekvenser på vattenkraftsturbinerna: Körning utanför bästa verkningsgrad, kavitation Ökad materialerosion på löphjul, buller, slitage på komponenter Ökat antal regleringar av turbinerna Fördubbling av antal regleringar per dygn (36 MW) Slitage på komponenter Bestämma en gräns för hur mycket verkningsgraden får försämras, Rebnis /Sädva ej under 60% pådrag via vibrationsmätningar Rebnis bör regleras i första hand vid små effektkompenseringar. Sädva bör stängas av helt vid stora effektregleringar.

22 Etapp III Mål: Implementering Pilotanläggning för samkörning av vind- och vattenkraft?

23 Oklart idag Vilket värde har den förlorade dygnsregleringen? Hur skall vattenkraften få betalt? Hur bra kan vindkraften prognostiseras?

24 Slut på Case Study - Uljabuouda

25 Varför samkörning? (1) Det byggs vindkraft i Sverige Regeringens mål 10 TWh 2015 Hälften i norrlands inland där det finns problem med nätkapacitet och överföring

26 Varför samkörning? (2) Bästa nyttjande av befintligt system Kostnadseffektiva investeringar När blir en nätutbyggnad lönsam?

27 Varför samkörning? (3) Övergångslösning under utbyggnad

28 Bakgrund - Vattenkraft Körning planeras mot priser Planering i komplexa system kring vattenreglering Lång framförhållning i planering. Kan göra snabba förändringar i planering Stora individuella skillnader (t.ex. Strömkraftverk, Francis/Kaplan)

29 Bakgrund - Vindkraft Körning planeras inte. Producerar vid vind. Produktionsprognoser <18 timmar. Snabba förändringar i effekt Nyare och större verk har hårdare krav (SvK)

30 Bakgrund Förbrukning Förbrukning planers oftast inte Prognoser relativt goda Förändringar sker långsamt

31 Bakgrund Nätkapacitet Överföringskapacitet mycket förutsägbar och planerad Kapacitetsförändringar med temperatur och vind.

32 Gjorda studier 4000 MW Vindkraft (ELFORSK 05:19) KTH Julija Matevosyan, Lennart Söder m.fl. Helsingfors Universitet H. Holttinen SKAB Samkörningsstudier Nätutredningen Lennart Söder

33 Framtid Sverige 10 TWh 2015 (7%) 20 TWh 2020 (13%) Danmark 7 TWh idag (20%) 9 TWh 2010 (25%) 13 TWh 2015 (35%) 19 TWh 2025 (50%)

34 Vindkraftutvecklingen i Europa

35 Vindkraft inom EU EU-25* 34 GW (~68 TWh) GW (~80 TWh) 2005 (+ 18%) 48 GW (~96 TWh) 2006 (+ 20%) Mål 20% Renewables 2020 *) ca 3300 TWh el totalt idag

36 Sveriges och vattenkraftens roll i framtida energisystemet Verka för att nyttja vattenkraftens potential på bästa sätt Få betalt för vattenkraftens flexibilitet och styrbarhet Verka för större sammankoppling till Europa Balansera elsystemet

37 Tack för mig! Stefan Skarp Skellefteå Kraft AB