Vatten och Vindkraft Stefan Skarp 2007-03-21
Innehåll Case Study Innebörd för vattenkraft och reglering Varför samkörning? Bakgrund Studier Framtiden
Case study - Uljabuouda (The picture is a photomontage)
UMEÄLVEN SKELLEFTEÄLVEN Sädvajaure 1 Arjeplog Uddjaur Laisälven Storavan 3 Arvidsjaur 4 Bergnä Sorsele s 5 16 INDALSÄLVEN 6 Sällsjö 17 Malå 7 172 MW, 341 GWh Storuman VATTENFALL Eleffekt Normalårs- MW prod. GWh 5 Bastusel 100 552 7 Gallejaur 216 703 8 Vargfors 134 445 450 1700 GRANINGE 15 Kvistforsen 130 584 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 32 122 2 Rebnis 64 139 3 Bergnäs 8 30 4 Slagnäs 7 32 6 Grytfors 31 186 9 Rengård 36 202 10 Båtfors 42 183 11 Finnfors 54 232 12 Granfors 40 203 13 Krångfors 62 321 14 Selsfors 61 259 437 1909 16 Klippen 25 100 462 2009 17 Storforsen Piteå 1,4 11 463,4 2020 8 9 10 11 12 13 14 Stefan Skarp Vindeln Rickleån Skellefteå 15 Robertfors 2001-05-08 Mlq B8b
Skellefteälven
Uljabuouda
Site 12 Windturbines 2,5-3,0 MW/WTG Max 36 MW 100 GWh annual production Total height 125 m
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?
Körning 2000-2004 Vindkraft/Vattenkraft December 2000- December2004 dygnsvärden 50 40 30 20 10 0-10 -20-30 -40-50 2000-12-01 2001-02-01 2001-04-01 2001-06-01 2001-08-01 2001-10-01 2001-12-01 2002-02-01 2002-04-01 2002-06-01 2002-08-01 2002-10-01 2002-12-01 2003-02-01 2003-04-01 2003-06-01 2003-08-01 2003-10-01 2003-12-01 2004-02-01 2004-04-01 2004-06-01 2004-08-01 2004-10-01 2004-12-01 Omfördelad produktion Prod över 95 MW MW
50 40 30 20 10 0-10 -20-30 -40-50 Körning 1988-2004 Vindkraft/Vattenkraft 1988-2004 dygnsvärden 2004-01-01 1988-01-01 1988-07-01 1989-01-01 1989-07-01 1990-01-01 1990-07-01 1991-01-01 1991-07-01 1992-01-01 1992-07-01 1993-01-01 1993-07-01 1994-01-01 1994-07-01 1995-01-01 1995-07-01 1996-01-01 1996-07-01 1997-01-01 1997-07-01 1998-01-01 1998-07-01 1999-01-01 1999-07-01 2000-01-01 2000-07-01 2001-01-01 2001-07-01 2002-01-01 2002-07-01 2003-01-01 2003-07-01 2004-07-01 MW Omfördelad produktion Prod över 95 MW
Slutsatser Teoretiskt möjligt Lite tillkommande spill (<0,3%), troligen inget alls Tekniskt mer avancerad planering och körning av vattenkraft Förluster i dygnsreglering
Projektbeskrivning Etapp II Mål: Undersöka påverkan på vattenkraftsturbiner Undersöka hur regleringen av kraftstationerna påverkas Ge förslag på hur det praktiskt skulle kunna genomföras
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
Bakgrund till projektet Rebnis I drift 1974 64 MW Nettofallhöjd: 82 m Utbyggnadsvattenföring: 80 m 3 /s Normalårsproduktion 139 GWh 1 st Francisaggregat Sädva I drift 1985 31 MW Nettofallhöjd: 45 m Utbyggnadsvattenföring: 70 m 3 /s Normalårsproduktion 117 GWh 1 st Francisaggregat
Resultat 36 MW vindkraft Produktion med en effekt över 95 MW, exempel 2001 Mycket vatten och bra vindar 2007-03-21 18 % av tiden över 95 MW Stefan Skarp
Resultat Allmänt Francisturbin Verkningsgradskurva Rebnis 100 3,5 3 Vibrationsmätning bärlager Sädva 90 80 70 Vibration [mm/s] 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Radial Tangential Axial-vertikal Verkningsgrad [%] 60 50 40 30 Effekt [MW] 20 Vibrationer: Rebnis och Sädva körs Ej under 60% pådrag 10 0 0 20 40 60 80 100 120 Flöde Q [m 3 /s]
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
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
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
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.
Etapp III Mål: Implementering Pilotanläggning för samkörning av vind- och vattenkraft?
Oklart idag Vilket värde har den förlorade dygnsregleringen? Hur skall vattenkraften få betalt? Hur bra kan vindkraften prognostiseras?
Slut på Case Study - Uljabuouda
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
Varför samkörning? (2) Bästa nyttjande av befintligt system Kostnadseffektiva investeringar När blir en nätutbyggnad lönsam?
Varför samkörning? (3) Övergångslösning under utbyggnad
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)
Bakgrund - Vindkraft Körning planeras inte. Producerar vid vind. Produktionsprognoser <18 timmar. Snabba förändringar i effekt Nyare och större verk har hårdare krav (SvK)
Bakgrund Förbrukning Förbrukning planers oftast inte Prognoser relativt goda Förändringar sker långsamt
Bakgrund Nätkapacitet Överföringskapacitet mycket förutsägbar och planerad Kapacitetsförändringar med temperatur och vind.
Gjorda studier 4000 MW Vindkraft (ELFORSK 05:19) KTH Julija Matevosyan, Lennart Söder m.fl. Helsingfors Universitet H. Holttinen SKAB Samkörningsstudier Nätutredningen Lennart Söder
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%)
Vindkraftutvecklingen i Europa
Vindkraft inom EU EU-25* 34 GW (~68 TWh) 2004 40 GW (~80 TWh) 2005 (+ 18%) 48 GW (~96 TWh) 2006 (+ 20%) Mål 20% Renewables 2020 *) ca 3300 TWh el totalt idag
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
Tack för mig! Stefan Skarp Skellefteå Kraft AB stefan.skarp@skekraft.se 0910-77 26 25