Vattenkraften i Sverige EN FAKTARAPPORT INOM IVA-PROJEKTET ENERGIFRAMSYN SVERIGE I EUROPA
Utgivare Kungliga ingenjörsvetenskapsakademien, IVA Bearbetning Maria Holm Grafisk form Stefan Lundström, Blue media AB Omslagsfoto Vattenfall Tryck Multitryck, Eskilstuna, 2002. För tryckning och distribution ansvarar Statens energimyndighet. Rapporterna kan beställas från Energimyndigheten, Box 310, 631 04 Eskilstuna och via hemsidan www.stem.se
Innehåll Sammanfattning.......................................2 Vattenkraftens dubbla roller...............................4 Begränsningar för utbyggnad..............................6 Politiska beslut......................................6 Teknisk potential.....................................7 Miljömässiga möjligheter...............................7 Så omvandlas regn och snö till el...........................8 Dammar och magasin.................................9 Tunnlar, tuber och turbiner.............................9 Utbyggnaden lade grunden för folkhemmet...................11 Ändrad ämnestransport hela vägen ut till havet................13 Ändrad vattenregim ger förändrade ekosystem................14 Magasinen som ekosystem.............................14 Miljön utefter älven..................................15 Regleringens effekter.................................16 Plankton..........................................16 Växter...........................................16 Insekter..........................................16 Bottenlevande djur...................................16 Vandringsfisk.......................................17 Stationär fisk......................................17 Miljöförbättrande åtgärder.............................19 Åtgärder som redan vidtagits...........................19 Forskning pågår två exempel.........................21 Minskad stress i laxtrappan............................21 Vattenkraftens miljöpåverkan från vaggan till graven...........23 Referenser...........................................24 iva vattenkraften i sverige 1
Sammanfattning Vattenkraften har historiskt spelat en mycket stor roll för utvecklingen av Sveriges välfärd. I dag svarar vattenkraften under normalårsförhållanden för nästan hälften av den svenska elproduktionen. Vattenkraften har dessutom den allt viktigare rollen som momentan effektreserv och därmed för frekvenshållningen i det nordiska elsystemet. Det finns en alltmer utbredd politisk uppfattning om att begränsa vattenkraftproduktionen till 66 TWh under ett år med normal nederbörd. Detta är endast 2 TWh mer än vad de nuvarande anläggningarna levererar ett normalår. Förutsatt en ändrad politisk inställning till vattenkraften och en långt driven miljöanpassad utbyggnad skulle normalårsproduktionen kunna ökas med 5 7 TWh till en produktionskostnad som minst är 27 öre/kwh. Om vindkraften byggs ut enligt ambitionerna i 2002 års energiproposition kan behovet av momentan effektreserv öka och eventuellt kräva att effektutbyggnader görs på vattenkraftsidan. Ett ökat momentant effektbehov innebär snabbare flödesförändringar, vilket missgynnar växter och djur i vattendragen och ökar riskerna för erosion. De livscykelanalyser som gjorts har visat att den svenska vattenkraftens utsläpp till luft och vatten är: likvärdiga med eller bättre än motsvarande värden för vindkraft likvärdiga med eller något sämre än motsvarande värden för kärnkraft mindre än vid elgenerering baserad på dagens teknik med bioenergi flerfaldigt mindre än vid elgenerering baserad på fossila bränslen även vid tillämpning av senaste EU-krav. I ett historiskt perspektiv har vattenkraften på ett påtagligt sätt skonat miljön från utsläpp av bland annat försurande ämnen och de konsekvenser detta skulle fått för mark och vatten. Samtidigt innebar den tidiga utbyggnaden av vattenkraften en utarmning av biotoper och arter, lokalt och regionalt. Störst allmänt intresse har i detta sammanhang riktats mot fisk och fiskefrågor. År 2000 inleddes ett forskningsprogram, finansierat av vattenkraftföretagen och staten, med syfte att ge underlag till miljöförbättringar i de nu utbyggda vattendragen. Mot slutet av detta årtionde förväntas att forskningsresultaten kan börja omsättas i miljöförbättrande åtgärder, i första hand för fisk. Insatser som skulle kunna innebära förändrade flödesregimer och få ett bredare ekologiskt värde för landskapet kan leda till svåra ekonomiska, juridiska, tekniska och andra miljömässiga problem både för berörda företag och för samhället. Sådana åtgärder kommer därför att kräva djupgående analyser innan de genomförs och omfattande uppföljningar av erfarenheterna. Rapporten är framtagen för IVA-projektet Energiframsyn av tekn lic Gunnar Hovsenius, Elforsk, i samarbete med professor Christer Nilsson, Umeå universitet och professor Mats Leijon, Uppsala universitet. Gunnar Hovsenius är huvudansvarig för rapporten. Synpunkter på rapporten har inhämtats via projektets hemsida. Gunnar Hovsenius är tekn.lic i kemisk apparatteknik, KTH, och har i mer än trettio år arbetat med miljöfrågor. Han ansvarar sedan 1993 för Elforsks miljöanknutna FoU-program och hade innan dess motsvarande roll på Vattenfall. Under större delen av 1970-talet arbetade han med miljöforskning vid Naturvårdsverket och har sedan dess haft ett flertal uppdrag i olika miljökommitttéer och styrelser för forskningsprojekt inom miljöområdet. Christer Nilsson är professor i landskapsekologi vid Umeå universitet och har i 28 år arbetat 2 vattenkraften i sverige iva
med forskning kring rinnande vatten. Sedan fyra år arbetar han även halvtid vid Mitthögskolan, Sundsvall. Han har ett stort nätverk av internationella samarbeten och leder en forskargrupp som bl a inriktar sig på de ekologiska processer som formar vattendragen och hur dessa påverkas av markanvändning, t ex vattenkraft. Mats Leijon är tekn. dr från Chalmers och sedan år 2000 professor i elektricitetslära vid Uppsala universitet. Under 13 år arbetade han i industrin på ABB Corporate Research. Under slutet av 1990-talet utvecklade han tillsammans med sitt team en rad elektromagnetiska produkter. iva vattenkraften i sverige 3
Vattenkraftens dubbla roller Vattenkraften»det vita kolet«har haft en avgörande betydelse för Sveriges välstånd och svarar i dag för ungefär hälften av landets elproduktion. Men vattenkraften har därtill rollen att stabilisera det nordiska elsystemet, så att tillgången i varje ögonblick motsvarar efterfrågan och att nätfrekvensen därmed hålls konstant. Den nordiska elmarknaden är avreglerad. Det innebär att kunder och producenter skall komma överens om pris och önskad energileverans under viss tid, vilken effekt kunden skall ha tillgång till samt elens miljömässiga och tekniska profil. Marknadens efterfrågan på el har både ett långsamt och ett snabbt förändringsmönster. De långsamma omställningarna påverkas i huvudsak av näringslivet och konjunktursituationen samt av uppvärmningsbehovet hos våra fastigheter. De snabba variationerna hänger däremot ihop med samhällets aktiviteter under olika delar av dygnet eller om en produktionsenhet snabbt tas ur drift t ex snabbstopp av en kärnkraftreaktor eller med oväntade förändringar av uppvärmningsbehovet. Producenterna av el måste sammantaget i varje ögonblick kunna möta kundernas efterfrågan med en lika stor produktion. Om produktionen råkar bli mindre än det momentana behovet, sjunker nätfrekvensen. Omvänt stiger den, om produktionen är större än belastningen. Svenska Kraftnät har ansvaret för balansen mellan produktion och förbrukning av el i Sverige och att frekvensen i näten hålls mellan 49,9 och 50,1 Hz. Balansregleringen sker genom primärreglering och sekundärreglering. Den primära regleringen också kallad den momentana reserven har till uppgift att klara av de snabba variationerna vilket sker genom att produktionen i ett antal vattenkraftverk automatiskt ökas eller minskas. Den skall för Sveriges del enligt en nordisk överenskommelse omfatta cirka 1000 MW. Även för den sekundära regleringen, som behövs för att klara de långsamma förändringarna över året, har vattenkraften betydelse. Vattenkraften har sålunda två roller. Den ena är att producera elektrisk energi, vilket länge var oerhört betydelsefullt för Sveriges välfärdsutveckling. Den andra rollen är att utgöra både en momentan och en sekundär effektreserv. Ju mer samhället blir beroende av elektroniska lösningar, desto viktigare blir frekvenshållningen. Denna fråga är således i dag en stor tillkommande uppgift för vattenkraften. Implementeringen inom EU av det så kallade Kyotoprotokollet och dess efterföljare kommer på många sätt att förändra energisystemen i Europa. Inriktningen när det gäller ny produktionskapacitet kan till en början bli baserad på förnybara energiformer. Sveriges elproduktion De svenska produktionsanläggningar som förser marknaden med elektrisk energi är: kärnkraft- och vattenkraftverk, som vanligen svarar för sammanlagt 90 procent eller mer av Sveriges elproduktion på cirka 150 TWh. För vattenkraften gäller att produktionen är kopplad till nederbörden och att den därmed vissa år kan vara så låg som cirka 55 TWh medan den andra år kan vara så stor som drygt 75 TWh; kommunala och industriella kraftvärmeanläggningar, som i medeltal genererar mindre än 10 procent av elbehovet; vindkraftanläggningar, som dock hittills endast svarar för cirka 0,5 procent av den totala produktionen. Till marknadsbilden hör också en elhandel med våra grannländer. 4 vattenkraften i sverige iva
Det vita kolet Porjus var ett prestigefyllt projekt; det skulle gå snabbt och i väntan på vinterföre bars under det första halvåret sammanlagt 5 ton mat, verktyg och material de 55 kilometrarna från Gällivare. Bördorna vägde 40 50 kilo och den dygnslånga vandringen betalades med 50 öre per kilo. Foto: Porjusarkivet. Bara några år efter det att det första koleldade ångkraftverket tagits i drift i New York, började elektriciteten prövas i Sverige. Kol fanns ju inte i landet, men däremot gott om strömmande vatten och vid 1880-talets slut var en rad befintliga kvarndammar försedda med turbiner och generatorer. Redan vid sekelskiftet var det dags för första försöket i större skala. Staten agerade projektör och när Olidestationen i Trollhättan invigdes 1910 var den försedd med fem gånger så stora aggregat som någonsin tidigare skådats i landet. Samtidigt påbörjades ännu ett storbygge, men nu på mark som ännu inte fanns på kartan. I Porjus skulle den unga tekniken få visa sin förmåga i jätteskala, i tufft klimat och i väglöst land. Men arbetsorganisationen var den gamla vanliga och man förlitade sig på billig mänsklig muskelkraft. Mellan 1910 och 1925 beräknas drygt 1000 grovarbetare ha trängts i kåkstaden kring bygget. Syftet med stationen var att skaffa el till loken på malmbanan, en elektrifiering som också gav internationell ryktbarhet. Under krigsåren fanns en bred politisk samsyn kring de enorma tillgångar landet ruvade på om nu bara elen från norr kunde transporteras till arbetskraften i söder:»de vita kolen ha blivit en av de viktigaste förutsättningarna för vårt lands autarki under krisen och den forcerade utbyggnaden av kraftverk och ledningsnät kommer även i en fredligare framtid att bli av ovärderlig ekonomisk nytta«, skrev t ex Stockholms-Tidningen 1942. De långa överföringssträckorna skapade problem.växelströmmens växlingar får en»eftersläpning«, som växer med avståndet och försämrar effektiviteten. Men 1952 var det dags för nästa tekniska världsgenombrott, nu i form av den 1000 km långa 400 kv-ledningen från Harsprånget till Hallsberg där nya lösningar lyckades hålla överföringsförlusterna i schack. För Sveriges del får man utgå från att detta i första hand betyder: bioenergi, som används i nya kraftvärmeprocesser eller för värmeproduktion, och vindkraft, där en expansion på upp till 10 TWh är ett uttalat politiskt mål. En besvärande egenskap hos vindkraften är att den inte är reglerbar (se vidare rapporten»vindkraft till lands och till sjöss«). I ett framtida nordiskt kraftsystem med ett stort innehåll av vindkraft är det troligt att vindkraftens varierande produktion kommer att öka behovet av effektreserver, vilket Svenska Kraftnät rapporterade till regeringen i augusti 2002. Man får utgå från att vattenkraften även i framtiden utgör basen i den momentana reserven, men enligt Svenska Kraftnät finns det ingen extra momentan effektreserv att tillgå i dagens vattenkraft. En större vindkraftsatsning skulle därför kräva en efffektutbyggnad, men hur stor den skulle behöva bli är inte närmare utrett. iva vattenkraften i sverige 5
Begränsningar för utbyggnad tekniska, miljömässiga, politiska Rent tekniskt bedöms dagens 64 TWh vattenkraft kunna byggas ut med närmare 24 TWh med rimlig ekonomi. Enligt riksdagens beslut ska dock utbyggnaden begränsas till 2 TWh. Framtida klimatförändringar med ökad nederbörd kan öka produktionen i de befintliga verken, medan krav på ökad miljöhänsyn än vid dagens drift får motsatt effekt. Till detta kommer att en storskalig vindkraftutbyggnad kan leda till att vattenkraften i ökad utsträckning används i effektreglerande syfte, vilket kräver extra miljöhänsyn. Skellefte älv Ångermanälv Ljungan Göta älv 2,0 Klarälven 2,0 Lule älv 5,2 9,3 13,6 Ume älv älve 15,9 älven 3,1 4,3 Ljusnan Dalälven 11,7 5,6 POLITISKA BESLUT År 1997 fick Sverige lagen om hushållning med naturresurser, där det framgår vilka vattendrag som inte får byggas ut. Dessa bestämmelser har därefter intagits i miljöbalken. I den så kallade trepartiuppgörelsen i januari 1991 fastslås ånyo att detta skydd gäller»även fortsättningsvis«. Genom den miljömålsproposition som antogs av riksdagen år 2001 förstärktes skyddet ytterligare för icke exploaterade vattendrag, då det fastslogs 700 stora och 1 200 små Bland de inhemska, förnybara energikällorna för elförsörjning är vattenkraften helt dominerande, med en installerad effekt på totalt 16.200 MW. Den är fördelad på drygt 700 större vattenkraftverk med en effekt av 1,5 MW eller mer och ca 1200 mindre med en effekt under 1,5 MW. Under ett år med normal tillrinning produceras totalt ungefär 64 TWh el, varav de 1200 mindre verken svarar för tillsammans cirka 1,5 TWh. Den genomsnittliga rörliga produktionskostnaden för existerande större vattenkraftanläggningar är 1,5 3,0 öre/kwh medan den för de mindre kan vara 5 öre/kwh och däröver. Älv Produktion år Tänkbar miljöanpassad 2000 TWh utbyggnad TWh Lule älv 15,9 0,24 Skellefte älv 5,2 Ume älv 9,3 0,37 Ångermanälven inkl Faxälven 13,6 0,40 Indalsälven 11,7 0,89 Ljungan 3,1 Ljusnan 4,3 0,89 Dalälven 5,6 0,74 Klarälven 2,0 0,59 Göta älv 2,0 Övriga älvar 5,1 0,82 Totalt i Sverige år 2000 77,8 4,94 Ill:Typoform Den största produktionen sker i Norrlandsälvarna. I tabellen redovisas också en bedömning av potentialen för en långt driven miljöanpassad utbyggnad. 6 vattenkraften i sverige iva
Ökad nederbörd? De framtidsbilder över klimatets tänkbara förändringar, sedda i ett 100-årsperspektiv, som alstrats av det svenska regionala klimatprogrammet SWE- CLIM visar på att nederbörden i det svenska fjällområdet kan komma att öka med 20 40 procent. Detta antyder att vattenkraftproduktionen av den anledningen långsiktigt kan öka. Mot detta skall ställas att såväl miljömålspropositionen år 2001 som det så kallade ramdirektivet för vatten (200/60/EG, se vidare sid 19) ställer sådana krav på miljöförbättringar i bland annat utbyggda vattendrag att resultatet kan bli minskad kraftproduktion. Observerat 1000 600 1000 600 1000 600 Scenario»om 100 år«1000 600 600 600 600 600 600 2000 1000 600 600 600 1000 600 Källa: SMHI/SWECLIM. 600 400 500 600 700 800 1000 2000 400 500 600 700 800 1000 2000 att naturliga flöden och vattennivåer i dessa skall bibehållas. Genom detta beslut finns för närvarande en politisk enighet om att vattenkraften under ett år med normal tillrinning ska producera 66 TWh el. Detta innebär att endast 2 TWh av de ekonomiskt utbyggbara vattenkrafttillgångarna på närmare 25 TWh kan komma att tas i anspråk. TEKNISK POTENTIAL I en rapport till den senaste Energikommissionens tillförselgrupp redovisade dåvarande Svenska Kraftverksföreningen den energipotential för vattenkraften, som inte utnyttjas men som ekonomiskt kan bli av intresse. Totalt uppgår den till 23,8 TWh, varav de skyddade nationalälvarna svarar för cirka 12,7 TWh. Av resterande 11,1 TWh skulle man med en långt driven miljöhänsyn vid utbyggnaden kunna utnyttja cirka 5 TWh till en produktionskostnad av i genomsnitt 27 öre/kwh vid 4 procent real ränta och 50 års avskrivningstid. MILJÖMÄSSIGA MÖJLIGHETER En miljöanpassad utbyggnad måste ske genom ett långt drivet hänsynstagande till lokala förutsättningar och till hur vattendraget redan är exploaterat. Ett exempel är Klippens kraftstation i Umeälven, för vilken villkoren fastlades 1987. I detta fall utgick man från den ovanförliggande sjön Överuman, som reglerades redan på 1960-talet. En större mängd vatten än som tidigare varit vanligt skulle ledas förbi intaget till kraftverket (2 m 3 /s under sommarmånaderna vid en installerad effekt av 22 MW). Vidare byggdes ett antal spegeldammar och förträngningar på sträckan mellan intaget och utloppet, dit bäckar och andra mindre flöden får tillföra ytterligare vatten. Efter Klippen har ingen större vattenkraftstation projekterats för Sverige. Det går därför inte att specificera en tänkt miljöanpassad utbyggnad i de olika vattendragen och därmed inte heller att uppskatta anläggningarnas kostnader. För Klippen uppgav Vattenfall år 1991 att produktionskostnaden»kan komma att hamna någonstans runt 40-50 öre/kwh«. Utomlands finns flera exempel på kraftstationer som endast utnyttjar en del av flödet, eller där det fria strömmande vattnet får driva turbinerna som placeras i strömfåran. I båda fallen tillåts vattnet fortsätta att breda ut sig över vattendraget. Därmed utnyttjas en väsentligt mindre del av vattnets energi. Om en sådan utbyggnadsteknik i en framtid skulle tillåtas i de nu skyddade vattendragen, är det tänkbart att kraftproduktionen i dessa skulle kunna bli ett fåtal TWh per år. Produktionskostnaden är obekant, men sannolikt betydligt över 30 öre/kwh vid 4 procent real ränta och 50 års avskrivningstid. iva vattenkraften i sverige 7
Så omvandlas regn och snö till el De skandinaviska vattenkraftverken utnyttjar vattnets fallhöjd. Nederbörden magasineras uppströms i stora dammar och leds i väl avvägda kvantiteter via tunnlar som mynnar i tuber. I tubens botten förs vattnet in i turbinen och driver runt turbinhjulet innan det når utloppstunneln och, slutligen, älvfåran. Skandinavien ligger i ett relativt nederbördsrikt område med liten avdunstning. Längs den norska kusten överstiger nederbörden 2000 mm per år. På fjällkedjans läsida och över Finland är den mer blygsam, se kartan på sid 7. Solinstrålningen medför en viss avdunstning, cirka 200 mm längst upp i norra Sverige och upp till 500 mm längst i söder. Den nederbörd som faller om vintern genomgår normalt en naturlig och effektiv magasinering i form av snö. I fjälltrakterna kan den naturliga lagringen och den låga avdunstningen göra att så Verkningsgraden nästan 90 procent Vattnets energi utgörs av summan av dess lägesenergi (fallhöjd) och dess rörelseenergi.turbinerna och dess vattenvägar orsakar förluster och eftersom dessa ökar med kvadraten på vattenflödet är det viktigt att en anläggning vid varje tidpunkt arbetar med en optimal kombination av turbiner. Figuren nedan visar hur allt fler turbiner kopplas in med ökande flöde vid en anläggning med tre turbiner. mycket som 50 procent av nederbörden magasineras. Omvandlingen av vattnets energi till elektricitet sker genom att vattnet avleds från älven eller sjön, förs genom kraftstationens turbiner som driver generatorerna och återleds därefter till älven. För att nå en hög verkningsgrad placeras alltid turbinerna så nära den nedre vattenytan i systemet som möjligt. Vattenföringen i den naturliga vattenfåran minskar eller kanske till och med upphör. Verkningsgrad G1 G2 G1+G3 G1+G2 G1+G2+G3 Flöde Dammsäkerhet En damm måste uppfylla vissa krav. Den får inte glida eller stjälpa och de ingående materialens hållfasthetsegenskaper får inte överskridas. Dammar är dock sällan helt täta men det läckage som sker får inte medföra materialtransport ur dammkroppen eller okontrollerad urlakning av sådana ämnen som är väsentliga för hållfastheten. Är dammen uppbyggd av jord eller grus får inte vattenståndet bli så högt framför dammen att det finns risk för överspolning. Dammsäkerhetsfrågor har en hög prioritet och arbeten med att stärka den tekniska säkerheten pågår nästan ständigt. Såväl kunskapsutveckling som kompetensförsörjning betraktas som primära frågor för kraftbranschen. 8 vattenkraften i sverige iva
DAMMAR OCH MAGASIN Omfördelningen mellan tillrinning och det flöde som behövs för elproduktionen kan ske genom att överskottet magasineras i sjöar eller dammar. Magasineringen medför att de vattenståndsvariationer, som förekommer naturligt, får ändrade tidsmässiga förlopp och att tidigare fast mark läggs under vatten. Mellan åren kan variationerna i nederbörd vara betydande. Därför behövs magasin som är så stora att de kan utjämna flödena på årsbasis, men det behövs också magasin som utjämnar de flödesvariationer som kan uppträda under kortare perioder. I dammens utloppsände anläggs regleringsanordningar genom vilka vattnet avbördas i takt med kraftstationens elproduktion. TUNNLAR, TUBER OCH TURBINER Det sätt på vilket vattnet leds till och från kraftstationen anpassas efter vattenmängden. Små mängder leds genom tuber, medan större mängder kräver tunnlar. De första tuberna tillverkades av urborrade och tätskarvade trästockar, men redan i mitten av 1800-talet började de att ersättas av tuber som byggdes av träplank och som hölls ihop av järnband. Sådana tuber byggs än i dag, men med förbättrad skarvteknik. De kan vara ekonomiskt konkurrenskraftiga ända upp till 40 50 meters tryck och med en diameter på 3 4 m. Under 1900-talet började man också att använda tuber av stål, särskilt vid tublängder på några hundra meter. Vid större kraftverk väljer man att leda vattnet i tunnlar, vars dimensioner kan vara avsevärda Ill: GE Energy Kaplanturbiner är mycket vanliga i Sverige och används vid fallhöjder upp till 70 meter. Utmärkande för kaplanturbinen, är att propellerbladen kan vridas och därmed anpassas till olika vattenmängder.vattnet strömmar axiellt genom turbinen, och bilden visar löphjulet till en av kapalnturbinerna i Vargöns kraftverk i vilket fallhöjden varierar mellan 3,5 och 5 meter. Foto:Vattenfalls arkiv. iva vattenkraften i sverige 9
med areor på några hundra kvadratmeter. Tilloppstunnelns vatten fördelas genom ståltuber till anläggningens turbiner från vilka stålklädda sugrör för vattnet till utloppstunneln. Francisturbinen används vid större fallhöjder upp till 450 meter.vattnet strömmar horisontellt genom turbinen, som kan placeras under utloppets nivåyta. Därmed uppstår en sugverkan i sugröret, vilket ökar turbinens effekt. Ill: GE Energy Foto:Vattenfalls arkiv. 10 vattenkraften i sverige iva
Utbyggnaden lade grunden för folkhemmet och präglades av dåtidens miljösyn Många mindre vattenkraftstationer byggdes redan under 1800-talets sista decennium, ofta vid befintliga fördämningar för tidigare vattenhjul. Under 1930-talet tog den stora utbyggnaden fart, Norrlandsälvarna exploaterades och lade den energimässiga grunden för folkhemsbygget. Miljöfrågorna värderades annorlunda och dagens krav på naturhänsyn slog igenom relativt sent. I geologiskt hänseende har de nordiska vattendragen en relativt kort historia. De föddes vid tiden för den senaste inlandsisens avsmältning, dvs för omkring 8 000 11 000 år sedan. Så snart temperaturen medgav ett vattenflöde året runt, började en invandring av organismer som ännu fortgår. Djur och växter följde isranden i väster har invandringen huvudsakligen skett från söder och i öster längs en mer östlig eller sydostlig rutt. De skandinaviska vattendragens ekosystem har alltså utvecklats under några tusen år. Många arter har hunnit anpassa sig genetiskt till de förhållanden som råder. Huvuddelen av den nordiska faunan och floran kan ändå sägas utgöra ett urval av organismer som också funnits utanför Norden, om än inte i samma konstellationer som här. I takt med att vattendragen förändrats av olika verksamheter har dock många organismer påverkats så att de i dag har sina huvudutbredningar i fritt strömmande vattendrag i norra Sverige. I de reglerade vattendragen ändras förutsättningarna så att deras organismvärld utarmas. Exploateringen skedde med dåtidens miljösyn och samhällsmål. Miljöfrågorna fokuserades på intrången i olika näringar och mänskliga aktiviteter samt till estetiska frågeställningar. De naturvårdsfrågor, som i dag tillmäts stort intresse, beaktades inte målmedvetet i den tidiga vattenkraftutbyggnaden och har lagts till relativt sent. I ett större perspektiv leder vattenkraftutbyggnad sällan till total utslagning av arter och utsläckning av miljöer. För det mesta ändras dock proportionerna mellan olika organismer, eller så ökar någon miljötyp i utsträckning på bekostnad av andra miljötyper. Även om inte någon art försvunnit på nationell nivå till följd av vattenreglering, kan de lokala effekterna och hoten vara betydande. Kunskapen om de ekologiska sammanhangen och om vattendragens betydelse för landskapets komplexa väv av liv har under de senaste tre decennierna ökat. Därför samarbetar vattenkraftföretagen, Energimyndigheten, Fiskeriverket och Naturvårdsverket i dag i forskningsprojekt som syftar till att åstadkomma miljömässiga förbättringar i de utbyggda vattendragen. Den syn som i dag råder på det rinnande vattnet med sina tillhörande sjöar är att de utgör en ekologisk helhet som genom vattenregimen står i nära kontakt med vattendragens terrestra omgivningar. Samtidigt påverkas vattendragen av andra ingrepp som görs i avrinningsområdet. iva vattenkraften i sverige 11
Kvarndammar och flottningsrännor Det tog vattenhjulet dryga 1000 år att vandra den långa vägen från Kina, men senast under 1200-talet började det byggas skvalthjul i svenska bäckar och åar.»skvaltorna«drev enkla kvarnar men allteftersom tekniken vann insteg med dammbyggen och effektivare typer av vattenhjul togs den även i bruk för sågning och för stånghammare och annat som behövdes inom järnindustrin. Vid sidan av anläggningar för denna tidiga vatttenkraft, har även flottningens behov av framkomlighet för timret lämnat spår och sår runt vattendragen. De äldsta vattenkraftstationerna i Sverige dateras till slutet av 1880-talet.Till en början var produktion och användning lokalt eller regionalt anpassade till varandra en verkstadsindustri skaffade egen el och moderniserade arbetet, en stad investerade i en turbin för att elektrifiera sin gatubelysning.tekniken var ofta småskalig och man använde sig i första hand av befintliga dammar och regleringsanläggningar. Under 1930-talet började den teknik utvecklas, som gjorde det möjligt att överföra norrländsk vattenkraft till industrier och befolkningscentra i mellersta och södra Sverige. Den första 220 kvledningen togs i drift 1936 och år 1952 togs världens första 400 kv-ledning i bruk. 1950-talet var också det decennium då industritillväxten sköt fart och då Sverige fick något av en ny social struktur. En motor i denna utveckling blev tillgången till el och det är mot denna bakgrund man skall se vattenkraftens snabba utbyggnad under 1950- och 1960-talen. Damm och tilloppstunnel till den blivande Olidestationen vid Trollhättan. MW Installerad effekt 15000 10000 5000 1900 1920 1940 1960 1980 2000 År Foto: Vattenfalls arkiv. 12 vattenkraften i sverige iva
Ändrad ämnestransport hela vägen ut till havet Dammarna och regleringssjöarna ökar volymen i vattensystemen. Detta förlänger olika ämnens uppehållstider och ändrar deras omsättning.transporten ut till havet ändras därför genom regleringen med varierande effekt för olika ämnen. Vattenkraften och växthuseffekten Den ökade nedbrytningen av organiskt material innebär också att mer koldioxid avgår efter det att ett vattendrag reglerats än före.vissa bedömningar, som gjorts i anknytning till en av de studier som görs kring vattenkraftens miljöanpassning, antyder att storleksordningen på denna extra koldioxidavgång kan vara 0,3 0,5 miljoner ton CO2 per år. Det övre värdet är strax under 1 procent av Sveriges samlade antropogena utsläpp av CO2.Vattenregleringen skulle därmed motsvara en specifik emission av storleksordningen 5 g CO2 per kwh (som jämförelse kan nämnas att emissionen från en modern kolkondensanläggning är cirka 750 g CO2 per kwh). Osäkerheten i denna siffra är dock betydande. För de större norrländska älvarna varierar emissionerna mellan 0,7 och 13,2 g CO2 per kwh med ett medeltal på 2,4 g CO2 per kwh. I Vattenfalls verifierade livscykelanalyser för Lule- respektive Umeälven anges emissionen av koldioxid från överdämningar av mark till cirka 4,4 respektive 3,2g CO2 per kwh. De ämnen, som följer med det strömmande vattnet, påverkas på olika sätt av det ökade flödet vilket till stor del hör samman med respektive ämnesomsättning i de biologiska systemen. Uttransporten av kväve till Östersjön är enligt svenska studier relativt sett mindre i reglerade än i oreglerade vattendrag. Effekten vad gäller fosfor är under utredning, men anses vara mindre. Vanligen innebär dämningar av vattendrag, åtminstone till en början, att bortförseln av organiskt material från strandzonen ökar. Det bortförda materialet sjunker till botten i områden med goda förutsättningar för sedimentation. Nedbrytningen kräver syre och risken för syrebrist ökar i lugnvattnen. De frigjorda näringsämnena från strandzonen innebär också att produktionen av alger i vattnet ökar, vilket ytterligare kan öka syrebristen. Partikulärt organiskt material har stor betydelse för fiskens energiupptag. Merparten utgörs av växtrester som håller på att brytas ner och i denna process spelar bakterier, svampar och bottenlevande djur en viktig roll. Kantvegetationen längs älven har i sammanhanget en stor betydelse då den dels tillför dött organiskt material till vattnet, dels ger fisken ett ökat skydd. Vandringsfisken i våra älvar är för sin reproduktion beroende av grus- och stenbottnar. Slamdeposition i områden där flödet är konstant och lugnt försämrar i konsekvens härmed fiskens reproduktionsmöjligheter. Genom etablering av s k älvmagasin ändras älvens ekosystem till en sjös eller ett långsamrinnande vattens. Vattenfaunan omvandlas vanligen inom loppet av ett par år och kan till exempel medföra att gäddor blir mycket vanligare. Hur stora förändringarna är när det gäller plankton och bottendjur, som är viktiga för nedbrytningen av växtdelar samtidigt som de är bytesdjur för fisk, är mindre känt. iva vattenkraften i sverige 13
Ändrad vattenregim ger förändrade ekosystem Den ändrade vattenregimen påverkar en rad faktorer som är väsentliga för djur- och växtlivet temperaturen, näringstillförseln samt den högsta förekommande vattenföringen. Denna minskar och uppträder i regel senare än vårfloden i en oreglerad älv. En regelrätt vårflod, som har en avgörande betydelse för bl a transporten av minerogent material, saknas i reglerade älvar. Regnrika somrar kan visserligen höga vattenföringar uppträda sommar och höst, men de är ofta mindre än de ursprungliga vårflödena. Genom att högvattenföringen minskar, ändras transport- och sedimentationsförhålllandena och därmed älvens botten och dess biologiska betydelse. Särskilt är detta fallet om även älvens tillflöden är reglerade. Ytterligare en följd av ändrad vattenföring är att näringstillförseln (fosfor, kväve och organiskt material) och andra vattenkvalitetsparametrar kan ändras. En minskad vattenföring kan öka sedimentationen och därmed näringstillförseln och på så sätt erbjuda etableringsmöjlighet för växter. Vanligare är dock att näringstillgången minskar genom att transporten av organiskt och minerogent material minskar. Skogsbruksmetoder är en annan faktor som i detta sammanhang kan ha stor betydelse både för vattenavrinningen och transporten av olika ämnen. Stora, sammanhängande avverkningsytor liksom markberedning och dikning ökar utflödet av försurande humusämnen, som dessutom kräver syre vid nedbrytningen. Stationär fisk kan fara illa i sådana vatten och vandringsfisken tvekar när den ska passera. MAGASINEN SOM EKOSYSTEM Strandzonerna är viktiga såväl för växt- som för djurlivet i och omkring ett magasin. Flera växtoch djurarter tål att strandzonerna torrläggs liksom att de fryser och beläggs med is, givet att vattenståndsändringarna får gå långsamt och att de inte bryter den naturliga rytmen. I regleringsmagasin är dock förhållandena ofta sådana att dessa villkor inte uppfylls. Till bilden hör också att strandzonerna i reglerade sjöar och magasin ofta är så instabila att endast ett fåtal växter och djur kan anpassa sig. Allt detta försämrar strandzonens möjligheter att leverera näring till det akvatiska ekosystemet och därmed påverkas också dess struktur. Genom regleringen påskyndas erosionen av magasinens stränder. Därmed minskas strandzonernas betydelse som livsmiljö ytterligare särskilt om resultatet blir steniga stränder. Det är inte givet att den kemiska vattenkvaliteten ändras till följd av detta. Det eroderade materialet förs dock ut i sjön eller magasinet och täcker där över det naturliga bottensedimentet, vilket kan försvåra möjligheterna att upprätthålla en naturlig bottenfauna. Vissa vattenmiljöer har på grund av erosion närmast tömts på näringsämnen. Vattentemperaturen är betydelsefull för växtsamhällena och därmed också för förekomsten av olika bottendjur. Det sätt på vilket magasinen avtappas spelar här en väsentlig roll. En ökad vattentemperatur på våren gör att mygglarver förpuppar sig tidigare. Därmed kommer de snabbare i drift och förloras som föda för fisken. En förändrad temperatur påverkar också fiskarnas fortplantning och fiskynglens överlevnadsmöjligheter. När det gäller lax är temperaturen troligen den utlösande faktorn för smoltens utvandring. Uppströmsvandringen hos den könsmogna laxen bestäms troligen av både temperatur och vattenföring. Låg vattenföring minskar dessutom möjligheterna för fisk att genomföra uppströmsvandringar. 14 vattenkraften i sverige iva
Regleringen skyndar på eroderingen och stränderna utarmas som här vid Stora Mjölkvattnet i Offerdal, Jämtland. Foto: Tobias Vrede MILJÖN UTEFTER ÄLVEN Regleringen kan också påverka miljön vid sidan av vattendraget. Särskilt är detta fallet där forsar försvunnit och därmed den spridning av små vattendroppar till omgivningen, som är väsentlig för att vissa växter, bl a olika moss- och lavarter, skall kunna leva. Denna droppspridning bidrog inte bara till att fukta och kyla miljön sommartid, utan bildade dessutom under vintern ett tjockt istäcke som skyddade mot låga temperaturer. Miljön kom därför att hålla en relativt låg temperatur året runt vilket gynnade bl a oceaniska mossor och lavar. Det lokala klimatet utmed älven påverkas också av att vattnet vintertid är öppet nedanför dammar och kraftstationer. Detta förändrar villkoren bl a för dimbildning och frostpåslag. För viltets och renskötselns del påverkas vandringar och födosök, om vattenvägar ändras och strandvegetation påverkas. Vägdragningar genom tidigare ostörda områden kan innebära en sönderbrytning av landskapet och att tjuvskyttar lättare får tillträde. Dämda sjöar liksom älvmagasin är också dåliga livsmiljöer för bäver och för många and- och vadarfåglar pga ändrad tillgång på föda, variationer vad gäller vattenstånd samt förändringar i strandvegetationen. Grundvattenkvaliteten och grundvattennivåerna kan påverkas av ändrade vattenstånd och föroreningssituationer kan förvärras genom att en minskad vattenföring har en sämre förmåga att späda ut föroreningar. Landskapsbilden förfulas om anläggningen tillåts generera massupplag respektive täkter. Miljöpåverkan av en större vindkraftutbyggnad I det inledande avsnittet berördes att om det nordiska elsystemet får ett stort innehåll av vindkraft kommer dess behov av momentan effektreserv att öka, alternativt att teknik utvecklas som medger en snabb effektbortkoppling hos vissa kunder. En ökning av den momentana effektreserven förutsätter en effektutbyggnad hos vattenkraften. De effekter som kan drabba naturmiljön om älvarna regleras hårdare hänger främst samman med att flödesvariationerna kan bli stora, även inom korta tidsintervall. Erosionen kan härmed komma att öka och växter och djur kan ryckas loss från sina substrat och driva nedströms. Fiskar som står mot strömmen kan bli desorienterade om strömhastigheten sjunker drastiskt. Detta kan i sin tur göra dem mer utsatta för rovdjur, t ex gädda. Om flödesvariationerna också påverkar vattennivåerna kommer strandvegetationen att drabbas av både erosion och tillväxtminskning. Få växter klarar nämligen att ständigt variera mellan att vara torrlagda och översvämmade. Samma störning gäller det lägre djurlivet i strandzonen. Sammantaget tyder allt på att en hårdare dygns- och veckoreglering kommer att öka utarmningen av växt- och djurlivet i älvarna. iva vattenkraften i sverige 15
REGLERINGENS EFFEKTER PÅ: Plankton Vattenståndsförändringar som sådana har troligen liten betydelse för plankton men genom att vattnets genomströmning, temperatur och grumlighet ändras finns en indirekt påverkan. Betydligt större inverkan på planktonbeståndet kan förändringen av strandzonen och dess näringsläckage ha. Växter Den kvantitativt viktigaste växtgruppen för vattendraget är kärlväxter. Dessa förekommer framförallt på stränderna men även i vattnet. I reglerade älvar liksom vid magasinen är deras artrikedom men framförallt deras mängd reducerad och därmed också födobasen för de vatten- och landlevande djuren. Dessutom bidrar dammarna och den minskade strömhastigheten till att kärlväxternas spridning längs vattendragen försvårats. Ett lateralt näringsutbyte mellan älven och dess stränder anses vara särskilt betydelsefull i näringsfattiga älvar med breda stränder. Till sådana hör de fritt strömmande norrländska älvarna. I reglerade Norrlandsälvars älvmagasin har dock strandytan krympts till en bråkdel av den ursprungliga. I regleringsmagasinen har strandytan ofta flerdubbblats men miljöförhållandena är för dåliga för att kärlväxter ska kunna växa på andra nivåer än längs dämningsgränsen. Vattenregleringen påverkar också djuplevande växter negativt. Den högsta regleramplitud sådana anses tåla är 4 5 m, men vanligen ligger gränsen på 2 3 meter. På större djup blir ljuset otillräckligt. Insekter Många insekter men även andra djurarter avslutar sin aktiva fas under hösten genom att utveckla vilostadier, exempelvis i form av ägg. Om detta sker i uppfyllda magasin kommer en stor del av djuren att till våren hamna på torrlagda strandzoner och därmed att under lång tid exponeras för torka och solljus. Därmed är den ändrade vattenregimen som sådan en fara för faunan. Dagsländan Baetis subalpinus tillbringar sitt larvstadium i de norrländska älvarna.teckning: Eva Engblom Bottenlevande djur Vattenlevande mossor är värdar för flera arter av bottenlevande djur. Vid starkt reducerad vattenföring har man i många studier påvisat att andelen av små djurarter ökar men också att antalet djur som kommer i drift minskar. Förklaringen till det förra antas vara att hålrummen i bottensedimentet och i vattenlevande mossor minskar och att de större djuren av den anledningen inte kan etablera sig. 16 vattenkraften i sverige iva
Harr måste liksom lax och öring kunna vandra upp i älvarna när den ska leka.teckning: Wilhelm von Wright. Vandringsfisk Dammar stänger av vattenvägar. Om det inte byggs speciella passager stoppas möjligheten till uppströmsvandring för organismer speciellt fisk. Nerströmsvandringar kan också bli problematiska, då det huvudsakliga vattenflödet går genom turbinerna. I sådana situationer skadas fisken. Vid sidan av mekaniska skador kan fisken också drabbas av tryckförändringar, som yttrar sig som så kallad gasblåsesjuka. I Norden är det främst lax, öring, harr och ibland sik, som påverkas av att deras naturliga vandringsvägar blockeras. Fisktrappor är en typ av konstruktion, som kan underlätta passagen förbi olika hinder. Strategiskt belägna anläggningar för fångst av fisk som sedan kan transporteras vidare uppströms eller utnyttjas för avel är ett alternativ. Ett problem är att många reglerade vattendrag saknar lämpliga lekområden ovanför dammarna. Dessutom tvingas utvandrad fisk att gå genom turbinerna vilket leder till hög mortalitet. Dessa hinder för vandringsfisk har gjort det nödvändigt att på artificiell väg sköta befruktning, kläckning, uppväxt och utsättning av framför allt laxartad fisk. Östersjöns laxbestånd och det yrkesmässiga havsfisket efter lax är helt beroende av utsättningarna av odlad fisk. För att behålla ett fritidsfiske i reglerade strömvatten utnyttjas ofta fisk, som har drivits upp till fångstfärdig storlek, så kallad put-and-take fiske. Det typiska mönstret för laxfiskar är att en förhållandevis stor andel av den genetiska variationen utgörs av variationen mellan lokala populationer. Exempelvis har 25 års utsättning av en laxstam i ett område, som är stationärt besatt med en annan laxstam, inte medfört något genflöde melllan de båda stammarna trots att de härstammar från samma älv. Inte heller har öring, som introducerats från odlade bestånd, lyckats att hybridisera sig med ursprungliga stammar eller med att bilda egna vilda bestånd. De flesta studier som gjorts med avsikt att jämföra genetisk variation i odlad och vild fisk visar att den odlade fisken har förlorat åtskilligt av den genetiska variationen. Grundorsaken torde vara att antalet föräldrafiskar varit för litet. Ett särskilt problem med fiskavel är att det är svårt att hålla avelsfisk levande i bassänger under lång tid. Detta innebär att tidigt uppvandrande fisk har lägre sannolikhet att bli föräldrar i avels- iva vattenkraften i sverige 17
sammanhang. Det förhållandet att stora honor ger mer rom innebär att de favoriseras i aveln men också att antalet föräldrar decimeras. Utsättning av sådan avkomma ökar risken för inavel och kan därmed motverka syftet att erhålla en större fiskpopulation. Sannolikt begränsas många restbestånd av laxfisk i de reglerade vattnen av mängden tillgängliga uppväxtområden för ungfisk. Kraven på dessa områden varierar mellan populationer av samma art till följd av långtgående anpassning till en lokal miljö. Antagligen bör värderingen av biotoper diskuteras ur enskilda populationers kravperspektiv. För laxfiskar varierar miljökraven allt efter de olika stammarnas särskilda krav. Ingen laxstam hotas till sin existens i Sverige men den genetiska variationen minskar som en konsekvens av att lokala bestånd får försämrade överlevnadsförhållanden. Arbetet för att bevara öring och harr måste inriktas mot att bevara ett så stort antal populationer som möjligt. Vissa bestånd av röding företar vandringar i strömvatten. Vandrande bestånd är i dag sällsynta till följd av regleringar. Stationär fisk Vilken betydelse magasineringen har för stationär fisk har varit föremål för många undersökningar. Det är känt att en ökad regleringsamplitud på sikt resulterar i minskad individvikt och minskat fiskeutbyte för de flesta fiskarter. Öringen påverkas ofta mer än andra fiskarter eftersom den söker sin föda nära stranden. I unga magasin leder erosionen av strandzonen till att näringshalterna i vattnet ökar, vilket gynnar såväl planktonutvecklingen som näringsvävarna i stort inklusive fiskbestånden. Detta brukar benämnas som en positiv dämningseffekt, men näringsläckaget medför dock på sikt att vattnet blir alltmer näringsfattigt och att de naturliga bestånden av exempelvis röding inte längre klarar att upprätthålla sig. I vissa fall har förändringarna blivit så påtagliga att rödingbeståndet endast utgörs av fiskar på upp till 100 à 200 grams vikt. Ett av de forskningsprojekt som ingår i programmet om vattenkraftens miljöförbättringar är av nämnda skäl inriktat på att studera om en balanserad näringstillförsel till utarmade vatten i högt belägna magasin kan förbättra förutsättningarna för fisk. Projektet bygger på goda erfarenheter från Kanada av sådana åtgärder. De resultat som hittills erhållits från det svenska projektet är uppmuntrande. Bland annat har man; noterat att planktontillväxten stimuleras på ett önskvärt sätt i ett förförsök sett en snabb tillväxtökning hos rödingbeståndet, som bestod av fiskar med en vikt på 100 200 gram men som cirka tre år efter påbörjad näringstillförsel innehåller individer på drygt 600 gram. En annan förändring är att populationen nu börjar närma sig den storleksfördelning som är naturlig. En välkontrollerad näringstillförsel kan rädda rödingsbestånden.teckning: Wilhelm von Wright. 18 vattenkraften i sverige iva