Vatten och Vindkraft Stefan Skarp 2007-03-21
2007-03-21
Stefan Skarp
Innehåll • • • • • •
Case Study Innebörd för vattenkraft och reglering Varför samkörning? Bakgrund Studier Framtiden
2007-03-21
Stefan Skarp
Case study - Uljabuouda (The picture is a photomontage)
2007-03-21
Stefan Skarp
Luleälven
SKELLEFTEÅ NormalårsKRAFT Jokkmokk GWh 1 Sädva 2 Rebnis 3 Bergnäs 4 Slagnäs 6 Grytfors 9 Rengård 10 Båtfors Piteälven 11 Finnfors 12 Granfors 13 Krångfors Åbyälven 14 Selsfors
SKELLEFTEÄLVEN Rebnisjaure 2 Sädvajaure 1 Hornavan
UMEÄLVEN Arjeplog Uddjaur Laisälven
Storavan
Sorsele
16 INDALSÄLVEN Sällsjö 17 172 MW, 341 GWh
3 4 Bergnä s 5
Arvidsjaur
2009 17 Storforsen
6 Malå
16 Klippen
GWh 5 Bastusel 7 Gallejaur 8 Vargfors GRANINGE 15 Kvistforsen
MW
prod.
32 64 8 7 31 36 42 54 40 62 61 437 25
122 139 30 32 186 202 183 232 203 321 259 1909 100 462
Piteå 1,4
11 2020
463,4
7
Storuman
8 VATTENFALL
Eleffekt
Eleffekt NormalårsMW prod. 100 216 134 450
552 703 445 1700
130
584
Umeälven
ÖREÄLVEN Storforsen 17 1,4 MW, 11 GWh
Vindelälven
Norsjö
9 10 Skellefteå 1112 1314 15
Lycksele
ÖVRIGA MINIKRAFTVERK HUVA-dagen 13 MW, 62 GWh
Rickleån
Stefan Skarp Robertfors
Vindeln
2001-05-08 Mlq B8b
Skellefteälven
2007-03-21
Stefan Skarp
Uljabuouda
2007-03-21
Stefan Skarp
Site • • • •
12 Windturbines 2,5-3,0 MW/WTG Max 36 MW 100 GWh annual production • Total height 125 m • _______________
2007-03-21
Stefan Skarp
2007-03-21
Stefan Skarp
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?
2007-03-21
Stefan Skarp
2007-03-21 Stefan Skarp
2004-12-01
2004-10-01
2004-08-01
2004-06-01
2004-04-01
2004-02-01
2003-12-01
2003-10-01
2003-08-01
2003-06-01
2003-04-01
2003-02-01
2002-12-01
2002-10-01
2002-08-01
2002-06-01
2002-04-01
Omfördelad produktion Prod över 95 MW
2002-02-01
2001-12-01
2001-10-01
2001-08-01
2001-06-01
2001-04-01
2001-02-01
2000-12-01
Körning 2000-2004 Vindkraft/Vattenkraft December 2000- December2004 dygnsvärden
50
40
30
20
10
MW 0
-10
-20
-30
-40
-50
2007-03-21 Stefan Skarp
2004-07-01
2004-01-01
2003-07-01
2003-01-01
2002-07-01
2002-01-01
2001-07-01
2001-01-01
2000-07-01
2000-01-01
1999-07-01
1999-01-01
1998-07-01
1998-01-01
1997-07-01
1997-01-01
1996-07-01
1996-01-01
1995-07-01
1995-01-01
Omfördelad produktion Prod över 95 MW
1994-07-01
1994-01-01
1993-07-01
1993-01-01
1992-07-01
1992-01-01
1991-07-01
1991-01-01
1990-07-01
1990-01-01
1989-07-01
1989-01-01
1988-07-01
1988-01-01
Körning 1988-2004 Vindkraft/Vattenkraft 1988-2004 dygnsvärden
50
40
30
20
10
MW 0
-10
-20
-30
-40
-50
Slutsatser • Teoretiskt möjligt • Lite tillkommande spill (<0,3%), troligen inget alls • Tekniskt mer avancerad planering och körning av vattenkraft • Förluster i dygnsreglering
2007-03-21
Stefan Skarp
Projektbeskrivning Etapp II • Mål: – Undersöka påverkan på vattenkraftsturbiner – Undersöka hur regleringen av kraftstationerna påverkas – Ge förslag på hur det praktiskt skulle kunna genomföras
2007-03-21
Stefan Skarp
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 2007-03-21
Stefan Skarp
Bakgrund till projektet • Rebnis – – – –
I drift 1974 64 MW Nettofallhöjd: 82 m Utbyggnadsvattenföring: 80 m3/s – Normalårsproduktion 139 GWh – 1 st Francisaggregat
2007-03-21
• Sädva – – – –
I drift 1985 31 MW Nettofallhöjd: 45 m Utbyggnadsvattenföring: 70 m3/s – Normalårsproduktion 117 GWh – 1 st Francisaggregat
Stefan Skarp
Resultat 36 MW vindkraft Produktion med en effekt över 95 MW, exempel 2001 Mycket vatten och bra vindar
18 % av tiden över 95 MW 2007-03-21
Stefan Skarp
Resultat Verkningsgradskurva Rebnis
Allmänt Francisturbin 100 90 Vibrationsmätning bärlager Sädva
80
3,5
70
2,5 Radial Tangential
2
Axial-vertikal
1,5 1 0,5
Verkningsgrad [%]
Vibration [mm/s]
3
60 50 40 30
0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Effekt [MW]
Vibrationer: Rebnis och Sädva körs Ej under 60% pådrag 2007-03-21
20 10 0 0
20
40
60
80
100
3
Flöde Q [m /s]
Stefan Skarp
120
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
2007-03-21
Stefan Skarp
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 2007-03-21
Stefan Skarp
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
2007-03-21
Stefan Skarp
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.
2007-03-21
Stefan Skarp
Etapp III • Mål: – Implementering – Pilotanläggning för samkörning av vind- och vattenkraft?
2007-03-21
Stefan Skarp
Oklart idag • Vilket värde har den förlorade dygnsregleringen? • Hur skall vattenkraften få betalt? • Hur bra kan vindkraften prognostiseras? • …
2007-03-21
Stefan Skarp
Slut på Case Study Uljabuouda
2007-03-21
Stefan Skarp
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
2007-03-21
Stefan Skarp
Varför samkörning? (2) • Bästa nyttjande av befintligt system • Kostnadseffektiva investeringar • När blir en nätutbyggnad lönsam?
2007-03-21
Stefan Skarp
Varför samkörning? (3) • Övergångslösning under utbyggnad
2007-03-21
Stefan Skarp
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) 2007-03-21
Stefan Skarp
Bakgrund - Vindkraft • Körning planeras inte. Producerar vid vind. • Produktionsprognoser <18 timmar. • Snabba förändringar i effekt • Nyare och större verk har hårdare krav (SvK)
2007-03-21
Stefan Skarp
Bakgrund – Förbrukning • Förbrukning planers oftast inte • Prognoser relativt goda • Förändringar sker långsamt
2007-03-21
Stefan Skarp
Bakgrund – Nätkapacitet • Överföringskapacitet mycket förutsägbar och planerad • Kapacitetsförändringar med temperatur och vind.
2007-03-21
Stefan Skarp
Gjorda studier – 4000 MW Vindkraft (ELFORSK 05:19) – KTH – Julija Matevosyan, Lennart Söder m.fl. – Helsingfors Universitet – H. Holttinen – SKAB – Samkörningsstudier – Nätutredningen – Lennart Söder
2007-03-21
Stefan Skarp
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%)
2007-03-21
Stefan Skarp
Vindkraftutvecklingen i Europa
2007-03-21
Stefan Skarp
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
2007-03-21
Stefan Skarp
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
2007-03-21
Stefan Skarp
Tack för mig! Stefan Skarp Skellefteå Kraft AB
[email protected] 0910-77 26 25
2007-03-21
Stefan Skarp