Elproduktion Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation
Översikt Kraftverkstyper Kombination av kraftslag Prissättning på el Miljöpåverkan Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 2
Kraftslag = ~
Värmekraftverk Ångkraftverk Vanligast globalt Dieselkraftverk Försörjer sjukhus, fartyg Gasturbinkraftverk Snabbstartat men hög driftkostnad Hjälpkraft kärnkraftverk och regionalt Gaskombikraftverk Gasturbinens avgaser driver ångkraftverk Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 4
Ångkraftverk Ånga från marken Geotermi eller från bränslen Fossilt bränsle Biobränsle Uran (kärnkraft) Olika uppbyggnad Kondenskraftverk Kraftvärmeverk www.lv.is 2x30 MW, Krafla, Island Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 5
Kondenskraftverk Förlustvärme Ånga driver turbin kyls i kondensor Värme i kylvatten utnyttjas inte Stora kyltorn Ut i havet Verkningsgrad El typiskt 30% Källa: msnu.edu Bränsle El Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 6
Kärnkraftverk Kondenskraftverk Koka vatten Skicka genom turbin Kyl ångan (kondenserar) Verkningsgrad 30% Avfall Stort kylvattenbehov Vid kusten i Sverige Fjärrvärme tekniskt möjligt Avfall från dagens verk upparbetas/lagras Generation IV kan utnyttja detta som bränsle Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 855 MW 866 MW 915 1051 MW 935 MW 978 MW 990 MW 1170 MW +410 MW 445 MW 620 850 MW 1160 1450 MW Ex E2.1, E2.2 7
Kraftvärmeverk Kondenskraftverk med fjärrvärmeverk Combined Heat and Power - CHP Verkningsgrad El 30% + värme 60% Totalt 90 % Biobränsleeldat vanligt i Sverige Bränsle Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse Förlustvärme Fjärrvärme El 8
Bioenergi Odlat material Energiskog, halm, GROT, sågspill Låg energitäthet Koldioxidneutralt Spån Bark Växer och tar upp CO 2 Förbränns och avger CO 2 Askåterföring Vanligast bränsle i svenska fjärrvärmeverk Flis Pellet Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 9
Nya Öresundsverket invigdes 2009 Naturgaseldat gaskombikraftverk i Malmö El 440 MW (3 TWh) Värme 250 (1 TWh) Källa: https://www.uniper.energy/sverige/ Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 10
Vattenkraft i Sverige Norrlandsälvar utbyggda Luleälven störst 4350 MW Vidare utbyggnad knappt möjlig Basen i elförsörjningen Dominerade före kärnkraften Idag ca 40% Malmbanan elektrifierad 1915 Kraftverk byggda för tunnelarbetena Magasinen viktiga energilager Vänern det största! Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 11
Vattenkraftverk Generator Turbin Potentiell energi kinetisk energi el Damm, magasin Flöde och fallhöjd Strömkraftverk saknar magasin Elhydraulisk reglering På/av med dammluckor Justering med ledskenor Justera med skovelblad (Kaplan) By-pass via utskov Dammsäkerhet viktig Vattnet annars dolt Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 12
Vattenturbiner Fallhöjd Flöde Francis Kaplan Pelton Medel Låg Hög Medel Stort Litet Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 13
Francis-turbin Rörliga ledskenor
Kaplan-turbin Rörliga ledskenor Rörliga skovelblad
Jostedal, Sogn og Fjordane Pelton-turbin Kværner
Vattenmagasin Reglering av vatten Färre översvämningar Dränker områden Torrlägger ofta älvfåra Three Gorges Kina 32x700 MW 84 TWh Källa: Wikipedia Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 17
Vindkraftverk mekaniskt Vestas V90, 3 MW, 265 ton Rotor: 90 m diameter, sveparea 6362 m 2, 28 ton Maskinhus: 68 ton (transformator, generator, växellåda) Torn: 63-103 m, 155-235 ton Fundament Rotor diameter Rotorblad Rotorbladens svepyta Maskinhus med växellåda och generator Nav höjd Torn Nedgrävt elanslutning (kommunikation) Fundament Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 18
Vindkraft - styrning & reglering Exempel Startvind 3,5 m/s Nominell effekt 15 m/s Stoppvind 25 m/s Rotorvarvtal 9-19 rpm Effektreglering via bladvinkelreglering (pitch) + kraftelektronik Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 19
Källa: http://vindbrukskollen.se Vindresursen i Europa på land Karta: vindhastighet på 80 m höjd Effekten i vinden beskrivs enligt: P = ρav 2 A = svept rotorarea, v = vindhastighet, ρ = lutftens densitet Vindhastigheten viktigaste faktorn Fördubbling ger 8 gånger mer 3 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse Källa: 3tier.com 20
Svensk vindkraft växer snabbt Energimyndighetens planeringsmål för vindkraft från 2007 20 TWh landbaserad 2020 10 TWh havsbaserad 2020 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse Ex E2.3 21
Solel - instrålning Flest soltimmar kring ekvatorn, men används överallt I Tyskland jämförbar med vindkraften (2015 ca 40 000 MW) I Sverige ca 1000 fulleffekttimmar Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 22
Solel snabbt växande teknik Solcell (halvledare) ger DC Kraftelektronik omvandlar till 50 Hz AC Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse Källa: Solarsupply, SMA 23
Varifrån kommer vår el? Grafisk illustration Se även separat PDF Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 24
Global elproduktion i framtiden enligt Shell Ex E2.4 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 25
Bidrag till elproduktionen Energivärde - godtycklig dag Hur mycket energi från annan elproduktion ersätts? Kraftverk som ersätts kan stå still Effektvärde - kallaste dagen = bidrag till toppeffekt Hur mycket effekt från annan elproduktion ersätts? Kraftverk som ersätts kan stängas Solel typiskt 0 % Vindkraft 6 % (enligt Svenska Kraftnät) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 26
Kraftslagen används på olika sätt Kärnkraft: Full effekt utom vid underhåll Kraftvärme: Värmebehovet styr Vindkraft: Solel: Vinden avgör Sol+moln avgör maxeffekt i varje ögonblick känd Vattenkraft: Snabbt styrbar balanserar vind-/solel, hushållning med vattenmängden som är begränsad Gasturbiner: När allt annat inte räcker Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 27
Vattenkraft följer variationer Källa: Svensk Energi, Elåret 2015 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 28
Sammankoppling av kraftnät Elenergikällor olika Säsong, brist, överskott Kompletterar varandra Nät kopplas samman Regioner Länder Skåne till DK 1915, norrut 1937 Större elmarknad Energiutbyte i GWh 2006 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 29
Sätt att handla el El handlas Via bilaterala avtal Via NordPool Elspot timvis dygnet före Via NordPool Elbas till en timme före leverans Andel el via Elspot har stadigt ökat Idag 70 % av elhandeln i Norden Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 30
Nordpool elspot Till NordPool före kl 12.00: för varje timme nästa dygn Bud med pris+kvantitet från varje producent Förväntad förbrukning från varje nätägare Prisbildning Buden antas i prisordning (billigast först), sista budet systempris Alla med bud antaget får systemspotpriset Stora vinster möjliga Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 31
Tillgång till billig elproduktion avgör Rörlig elproduktionskostnad öre/kwh (torrår) Elanvändning Gasturbiner Olja Pris/ton CO2 20 (normalår 10 5 Kolkondens (våtår) Vattenkraft + Vindkraft KVV Kärnkraft Hög efterfrågan höjer priset 0 100 200 300 400 TWh/år Låg tillgång (torrår, kärnkraftproblem) höjer priset Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 32
Balans tillgång-efterfrågan avgör elpris Skånska Dagbladet 31 december 2011 Mildväder Minskar efterfrågan Sänker elpris Vindkraftutbyggnad Ökar tillgång Sänker elpris Minskad lönsamhet för elproducenter (inkl vindkraft) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 33
Extremt elspotpris vintern 2009-2010 Kallt och många kärnkraftaggregat står still 10 210 SEK/MWh kl 7-10 8 januari Jämför 457 SEK/MWh kl 7-8 5 januari Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 34
Koldioxid IPCC: CO 2 -ökningen beror på människan, främst fossileldning Minska CO 2 -utsläpp Ekonomiska styrmedel: Koldioxidskatt, elcertifikat, fordonsskatt Lagring CCS (Carbon Capture and Storage) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 35
Elcertifikat Elproducent kan sälja Själva energin i varje MWh Dessutom extra värde för el från förnyelsebar energi Elhandelsbolag åläggs köpa 23,1% (2016) förnyelsebar el Teknikneutralt öka förnyelsebar elproduktion ( 25 TWh 2020) Efterfrågan genom lagstiftning Inledningsvis specificerat på elräkningen, nu del av skatt Elanvändaren betalar 2,8 öre/kwh inkl moms (snitt 2014) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 36
Flöden i elcertifikatsystemet Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse Källa: Energimyndigheten 37
Livscykelanalys - LCA Miljöpåverkan från vaggan till graven Viktig för att bedöma miljövänlighet Hur jämföra lite kvicksilver med mer svavel? ISO 14040, 14044 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 38
LCA-exempel från Vattenfall Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 39
Sammanfattning Kraftvärmeverk levererar Värmekraftverk levererar Viktiga kondenskraftverk i Sverige är I ett vattenkraftverk bestäms pådraget av och ev. Max uteffekt från ett vindkraftverk beror på vindhastigheten Fulleffekttimmar för svensk sol-, vind-, vatten-, kärnkraft? Med låg efterfrågan och god tillgång på el blir elspotpriset Med elcertifikat kan en elproducent få betalt för Huvudmetoden för att analysera miljöpåverkan är Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik Ingmar Leisse 40