Förnybar elproduktion - Drivkrafter Behov av mer elproduktion Ökad konsumtion Minskat beroende av import Utbyte av föråldrade anläggningar Behov av förnybara energikällor Omställning till ett hållbart energisystem Globala krav på förnybart Nationella planeringsmål Vindkraft Stor vindpotential Kostnad och utveckling långt kommen Het marknad en kraft som växer 1
Vindkraft - En kraft som växer i världen Förväntad utbyggnad av vindkraft från 2006 till 2011 2007: 90 GW, 160 TWh 2008: 120 GW, 220 TWh 2009: 150 2010: 190 2011:? USA +27% 42.5 Europa +17% 108.0 (57) +109% 0.8 +33% (18) 36.8 38% 0.5 (13) +44% 2.5 +52% 4.0 +22% 203.2 GW Källa: BTM Consult; Roland Berger Strategy Consultants Indien/Kin a +26% 8.1 (3.5) Global årlig tillväxt på 20-30% och en av de största marknaderna Potentialen för utbyggnad av vindkraft i Norden är enorm Trots det, har utbyggnaden i Norden knappt startat förutom i Danmark I Sverige är den installerade effekten ca 1 GW och den årlida elproduktionen ca 2 TWh 2
Vindkraft i världen och i Sverige Installerad effekt vid slutet av 2008 Totalt i Världen: ca 120 791 MW Totalt i Europa: ca 64 949 MW Totalt i Sverige: ca 1 021 MW USA är störst med mer än 25 000 MW installerad effekt. USA och Kina är de länder där utbyggnadstakten var högst under 2008. I Danmark står vindkraften för över 20% av elproduktionen (ca 1,5% i Sverige). Planeringsmålet för vindkraft till 2020 i Sverige : ca 9 500 MW (20 TWh onshore, 10 TWh offshore). Elcertifikatsystem 3
Förutsättningar för vindkraft Vindkraften bidrar till minskade koldioxidutsläpp id lä eftersom den ersätter fossileldad kraftproduktion. 1 GWh vindkraft sparar ca 700 ton CO2 från ett kolkraftverk. En vindkraftsanläggning om 10 verk kan producera ca 60 GWh och således spara 42 000 ton CO2 om året. Främsta negativa miljöpåverkan är störningar för närboende i form av skuggor, ljud och visuell påverkan. Även djur och växtliv kan påverkas negativt just i närområdet. Viktiga faktorer vid utbyggnad av vindkraft: Vindpotential Få motstående intressen Acceptans från allmänheten Snabba tillstånds- och bygglovsprocesser Bra stödsystem och incitament från politiker och regering 4
Vindresursen i Europa och Sverige Kartan visar vindhastigheten på 50 meters höjd över en öppen slätt En vinddensitet på ~400 W/m2 = OK >700 W/ m2 = Bra Effekten i vinden beskrivs enligt: mv P = & 2 2 = ρav 2 A = rotor arean, v = vindhastigheten, ρ = densiteten 3 Vindhastigheten viktigaste faktorn En fördubbling av vindhastigheten leder till 8 gånger mer energi 5
Vindkraftverk mekaniskt Vestas V80, 2 MW, 265 ton, ca 30 MSEK Rotor, 80 m diameter, sveparea 5027 m2, 34 ton Maskinhus, 61 ton (växellåda, generator, transform) Torn, 78 m högt, 170 ton Fundament 400-1900 ton Rotor diameter Rotorblad Rotorbladens svepyta Maskinhus med växellåda och generator Nav höjd Torn Nedgrävt elanslutning (kommunikation) 6 Fundament
Vindkraftverk aerodynamiskt Rotation Vind flöde P = ρav 2 3 C C p ( β, λ ) λ = v spets v vind 7
Vindkraftverk och visuellt påverkan 8
Vindkraft -styrning & reglering Vindkraftverk är autonoma Effektreglering via Stallreglering Pitchreglering Effektvariationer Tornskugga Svängningar Stora anläggningar har ett Startvind 4 m/s överordnad system Nominell effekt vid 15 (SCADA) för övervakning m/s och styrning av samtliga verk Stoppvind 25 m/s För interaction med elnätet Rotorvarvtal 9-19 rpm krävs funktioner för Effektreglering via nedreglering av effekt och i vissa fall för hjälp vid bladvinkelreglering (pitch) driftstörningar cut in 9 cut out
Vindkraftverk effekt & energi 2 3 3 mv ρav ρav P = & Till havs = P = C p ( β, λ) 2 2 2 Vindfördelning Vind till eleffekt Drifttid Land 1700-2800 h/år Hav 3000-4000/år Produktion på land ca 5 GWh, 2500 h/år ca 7 GWh, 3500 h/år 1250-1750 1750 hushåll Vind till energi cut in cut ou ut 10
Vindkraftverk elektriskt Olika typer av drivlinor a) Växellåda, generator, transformator b) Dubbelmatad med växellåda c) Direktdriven utan växellåda d) Växellåda och fulleffektomvandlare a) b) Gear box Gen c) d) Gen Gear box Gear box Gen Gen Generator Asynkrongenerator Synkrongenerator Kraftelektronik Fulleffektomvandlare Kraftelektronik 100% Enercon >2 MW vanliga idag Dubbelmatad AG Kraftelektronik 30% Vestas >2 MW vanliga idag 11
Nya typer av vindkraftverk Enkel och rubost konstruktion Direktdriven PMSM (kabellindad) och fulleffektomvandlare Få komponenter, litet behov av underhåll Inget maskinhus, inget behov av gir mekanism, ingen växellåda Fasta blad, enkel bladprofil, passive stall Elektrisk utrustning i botten av tornet Lätt tillgång till komponenter vid utbyte Låg ljudnivå, idrift vid både låga och höga vindhastigheter Lägre tillverknings- och underhållskostnad, => Lovande egenskaper för en kvalitativ och kostnadseffektiv produkt 12
Vindkraft utveckling Tidigare utveckling medförde en fördubbling av effekt ca vart tredje år Storlek (3.6 MW: Nacelle+turbin 165+100 ton) Effekt och massa ökar inte linjärt med storlek Antal blad Ökad rotordiameter i relation till effekt Max bladspetshastighet (Lägre varvtal ω=v/r) Växellåda eller direktdrift, Vertikalaxlad MW Rotor (m) 0.66 47 0.85 52 1.75 66 2.00 79 3.00 98 4.00 113 5.00 126 10.00 178 20.0000 252 30.00 309 13
Vindkraft trender Utvecklingen går mot två segment, land- och havsbaserat Land 2-3 MW lågvindsverk med större rotordiameter 90-100 m Vikten är inte så kritisk som för havsbaserat Fler vindkraftstillverkare Hav 3-4 MW, rotordiameter 90-120 m Fortfarande få tillverkare -> större risk Ca 50 % dyrare investering än på land beroende på placering Ambitioner/målsättningar Ökad tillgänglighet Högre verkningsgrad Ökad styrbarhet Lägre kostnad 14
Vindkraft i Danmark Vind Kraftverk Kraftnät Satsade på vindkraft i stället för kärnkraft Har redan stor andel DG: vind + CHP 15
Storskaliga vindkraftssystem - Rödsand 2 Anläggning Tidplan 90 vindkraftverk Upphandling 2008 207 MW Konstruktion 2009/2010 800 GWh/år, drifttid ca 4000 h/år, 200.000 hushåll Drift 2010 dec 34 km 2 5,5-12 djup Budget Mer än 4000 MSEK Avstånd 1,7 km till land 3,1 km till Nysted Havmöllepark 16
Storskaliga vindkraftssystem - Rödsand 2 17
Storskaliga vindkraftssystem - nya havsbaserade kraftsystem Nation A New Offshore Power Systems will include: 1. Offshore Transmission Systems 2. Offshore Wind Power Systems 3. Add. Renewable Energy Systems in future Nation B Wind Power System 1 2 3 n CU WTU Wind Power System Wind Power System 1 2 3 n CU 1 2 3 n CU WTU WTU CU SSU SSU SSU CU SSU Transmission System SSU Requirements on Electrical quality, supply, stability Functionality, Communication SSU TSO = Transmission i System Operator SSU = Sub station Unikt WTU = Wind Turbine Unit CU = Control Unit Nation C 18
Solar Power Development -> Solar Power at least 10 years behind Wind Power development 19
Sol Störst solinstrålning vid ekvatorn Instrålning tillräcklig även i Sverige Elektrifiering av isolerade platser 20
El direkt ur solljus (photovoltaics) Flera metoder PN-övergång ljuskänslig Fotosyntesliknande Tillverkning miljöovänlig Dyr el Verkningsgrad 10-16.6% 21
Solel i Spanien Beneixama 20 MWp 100 000 moduler 500 000 m 3 0,0303 TWh/år, Drifttid1500h/år (Lillgrund 0,3 TWh) 22
Soldrivet ångkraftverk (solar thermal) Koka vatten med värmestrålningen Olika sätt att koncentrera ljuset 23
Solkraftverk Sevilla 11 MW Granada 50 MW byggs 24
Vågkraft Svensk prototyp Uppsala Universitet Företag Seabased Tester vid Lysekil 10 x 10 kw Engelsk produkt Pelamis 750 kw per orm 25
Tidvattenkraft Severn Barrage Bristol-kanalen Brittiska regeringen utreder 14 m mellan ebb och flod 17 TWh potential ti 26
Sammanfattning Vindkraft ökar starkt Trend mot större verk Nya kraftsystem till havs Marin elkraft på gång Solel l är framtiden Produktionsmix o bra Mycket sker nu 27