Skriv ut

Kalkyl över 1101 vindkraftverk, VKV, i Markbygden, Piteå kn Allmänt   I Piteå kommun, Markbygden, planeras 1101 st. 200 m höga 2-6-megawatt, 2-6–MW VKV, som skall ge 8000 till 12000 miljoner kilowattimmar per år, kWh/år, dvs. den elenergi som en kärnreaktor ger på drygt ett (8/6.43) till 2 år [1], [2]. Energin från 1101 VKV i Markbygden motsvarar en full utbyggnad av Pite-, Kalix-, Byske- och Åbyälvarna. VKV kräver dock reglerkraft vilken kan skapas genom fullständig utbyggnad av t.ex. Pite-, Kalix-, Byske- och Åbyälvarna eftersom vindkraft jämt behöver reglerkraft. Syftet med kalkylen var att utröna el-certifikat och kapitaltillskott samt livscykeltid.   Uppmätt vindhastighetsprofil och uppmätt verkningsgrad   Tabell 1 visar koordinater och antal för merparten av tilltänkta etableringarna av VKV.   Tabell 1 - Koordinater och antal för merparten av tilltänkta etableringarna av VKV. Etapp Antal X Y I 334 1725918 7265425 II 143 1707123 7272187 III 228 1713006 7279216 IV 204 1733330 7253744 V 77 1738325 7262736 VI 115 1720150 7258498 Medel (vägt) 184 1717761 7246338   För koordinaterna X = 1717761; Y = 7246338 återfinns en medelvind av 5.5 m/s enligt Energimyndighetens, EMs, prognos för navhöjden 72 m över nollförskjutningsplanet [3]. För navhöjden 150 – ¾·20 = 135 m erhålls efter korrelation med 1000 mätdata från Näsudden, Gotland, vindhastigheten 6.4 m/s med följande samband [4]:   v=(0.00621·h+0.7024)·v72exp(-0.00138·h+1.024)  {R²=0.88-0.96}(1)   där   h      betecknar navhöjd på VKV över nollförskjutningsplanet v72   betecknar vindhastighet på höjden 72 m över nollförskjutningsplanet R²    betecknar signifikans för modellen   Tabell 2 visar beräknad vindhastighet, överskattning av vindhastighet och vindelenergi för 113 stora VKV i Sverige. Tabell 3 visar viktade medelvärden av uppmätt effektivitet, fullasttid, medelvind enligt EM, elenergi enligt fabrikör samt beräknad vindhastighet och överskattning av vindhastighet och vindelenergi. Efter genomgång av elenergi från 113 stora vindkraftverk kan följande slutsatser dras [5]:   Den viktade vindhastigheten överskattades med ca 0.3 m/s Den viktade elenergin överskattades med ca 20%. Överskattningen av vindhastigheten är störst till havs och på slätten, ca 1 m/s. I fjäll och Norrlandsskog underskattas vindhastigheten med ca 1.9 resp. ca 1 m/s. Endast för kustnära placering slår Energimyndighetens vindkartering korrekt in.   För Markbygden bör vindhastigheten 6.4+1 = 7.4 m/s på navhöjden 135 m vara korrekt.   Tabell 2 – Beräknad vindhastighet, överskattning av vindhastighet och vindenergi.       Beräknad Överskattning Position Antal Namn Vindhast. (m/s)  Vindhast. (m/s)  Vindhast. (%)  vindenergi (%) Fjäll 2 Dragaliden 6.9 -0.4 -5.5 -16 Fjäll 5 Långå 6.3 -1.8 -28.6 -64 Fjäll 7 Offerdal Råshön 7.2 -2.5 -34.2 -72 Hav 48 Lillgrund 7.1 1.1 15.7 55 Hav 7 Utgrunden 7.2 1.1 15.2 53 Kust 2 Hedeskoga 7.1 0.6 8.6 28 Kust 4 Långås 6.5 0.2 3.6 11 Kust 5 Lövstaviken 7.4 -0.1 -1.4 -4 Kust 3 Munkagård 7.2 -0.4 -5.8 -17 Kust 5 Sotared 6.6 0.2 2.6 8 Kust 5 Stora Istad 7.7 -0.4 -5.3 -15 Norrlandsskog 2 Byråsen 6.1 -1.4 -22.1 -53 Norrlandsskog 3 Köjkeberg 6.2 -1.2 -18.8 -46 Norrlandsskog 3 Silkomnhöjden 5.7 -0.7 -12.7 -33 Skåne-slätt 4 Näsbyholm 6.8 0.9 13.5 46 Skåne-slätt 6 Odarslöv 6.3 0.9 14.5 50 3 MW 1 Holmsund 7.3 -0.3 -4.3 -12 3 MW 1 Olsvenne 6.7 1.1 16.1 56   Tabell 3 – Viktade medelvärden av uppmätt effektivitet, fullasttid, medelvind enligt EM samt elenergi enligt fabrikör samt beräknad vindhastighet, överskattning av vindhastighet och vindenergi.     Vindstat Uppmätt EM Fabrikör Beräknad Överskattning i vind- Position Antal Effekt (kW) eff. (%) fullast (h) medelvind EM (m/s) elenergi (8 m/s. GWh/år) fullast (8 m/s.h) Vindhast (m/s) hast. (m/s) hast. (%) energi (%) Fjäll 14 1750 25.2 2205 4.9 6.3 3548 6.8 -1.9 -28.1 -63 Hav 55 2189 30.8 2702 8.3 8.3 3809 7.1 1.1 15.6 55 Kust 24 2077 28.0 2457 7.0 7.4 3584 7.1 0.0 -0.3 -1 Norrlands- skog 8 2000 19.1 1673 4.9 8.0 3989 6.0 -1.0 -17.3 -44 Skåne- slätt 10 1920 23.5 2060 7.5 7.3 3794 6.5 0.9 14.1 48 3 MW 2 3000 24.9 2179 7.4 9.7 3236 7.0 0.4 5.9 17 Totalt 113 2088 28.0 2449 7.3 7.8 3730 6.9 0.3 4.2 20   Beräknad elenergi och avgränsningar   Kalkylen av elenergi omfattar nu existerande VKV med effekt mellan 2 och 3.6 MW. Tabell 4 visar elenergi i Markbygden för VKV med effekt varierande mellan 2 och 3.6 MW. Tabell 5 visar möjlig elenergi i Markbygden från 1101 VKV med storlekarna 2, 3 resp. 3.6 MW. För produktion av 12000 miljoner kWh per år krävs således VKV som är större än de som existerar för närvarande. Föreliggande kalkyl avgränsas till 1101 VKV 3 MW Vestas V90 vilka VKV, förutsatt att reglerkraft byggs ut med 3000 MW, under 15 års livslängd producerar lika mycket elenergi som 10 svenska  kärnreaktorer gör under ca 2 år. Tabell 4 - Elenergi i Markbygden för VKV med effekt varierande mellan 2 och 3.6 MW. Vindhastighet (m/s) 7.4 8.00 Parameter Energi Eff Källbuller Energi Eff. Sort (GWh) (%) (dB(A)) (GWh) (%) 2 MW Enercon E-82 6.283 35.9 104.0 7.938 45.3 2 MW Vestas V90 mod 0 6.411 36.6 104.0 8.100 46.2 2.5 MW Fuhrländer mod 0 7.818 35.7 104.6 9.878 45.1 2.5 MW Nordex N90 mod 0 7.003 32.0 104.5 8.848 40.4 3.0 MW WinWind mod 0 8.721 33.2 109.9 11.019 41.9 3.0 MW Vestas V90 7.683 29.2 109.4 9.708 36.9 3.6 MW Siemens SWT 107 10.021 31.8 108.0 12.661 40.1   Tabell 5 - Möjlig elenergi i Markbygden från 1101 VKV med storlek 2, 3 resp. 3.6 MW. Effekt (MW) Effektivitet (%) Elenergi (GWh/år) 2 36.3 7000 3 29.2 8450 3.6 31.7 11000   Kostnader I Tabell 6 ges en kalkyl över nödigt kapitaltillskott över 15 år. I kalkylen antas följande:   Investeringskostnad 25 miljoner kr per MW, 25 mkr/MW, inkl. höjdtillägg [6] Nu känd livslängd på vindkraftverk i skog med turbulent vind, 15 år Kapitalkostnad för ränta 6% under avskrivningstiden 15 år Försäkringar, kablar (180 km 36 kV samt 180 km 132 kV per etapp), skrotning, underhåll, vägar (180 km per etapp inkl. breddning), etc. lika kapitalkostnaden Medelspotpris 58 öre/kWh El-certifikat 40 öre/kWh   Tabell 6 - Kalkyl över el-certifikat + kapitaltillskott över 15 år för 1101 3 MW VKV Kostnad Belopp Sort Kostnad per MW efter höjdtillägg 25 mkr Investering 82575 mkr Ränta 6% över 15 år 41288 mkr Kablar, skrotning, underhåll 41288 mkr Totalkostnad under 15 år 165150 mkr Kilowattimmekostnad under 15 år 1,30 kr/kWh El-certifikat -0,40 kr/kWh Nettopris för vindkraftsel 0,90 kr/kWh Medelspotpris -0,58 kr/kWh Kapitaltillskott 0,32 kr/kWh El-certifikat + kapitaltillskott 0,72 kr/kWh El-certifikat+kapitaltillskott per dag 19807084 kr/dag El-certifikat+kapitaltillskott per dag 20 mkr/dag El-certifikat+kapitaltillskott per år 7229585799 kr/år El-certifikat+kapitaltillskott per år 7230 mkr/år El-certifikat+kapitaltillskott per 15 år 1,08444E+11 kr/15 år El-certifikat+kapitaltillskott per 15 år 108444 mkr/15 år   Livscykelanalys, LCA   En livscykelanalys, LCA, är gängse i en miljökonsekvensbeskrivning, MKB. Tabell 7 [7], [8] visar ungefärlig energiåtgång för att uppföra 1101 st. vindkraftverk Vestas V90 i Piteå kn inkl. kringkostnader som fundament, kablage ((180 km 36 kV per etapp+ 180 km 132 kV per etapp) till stamnätet och vägar (180 km per etapp) [9].   Tabell 7 - Energiåtgång för att uppföra 1101 st. vindkraftverk Vestas V90 i Piteå kn inkl. kringkostnader som fundament, kablage till stamnätet och vägar (GWh = miljoner kWh). Vikter (ton) Aluminium Betong Bitumen Bly Grus Koppar Polyeten Polypropylen PVC Stål Fundament 2592855 Kabel 36 kV 270 7020 2790 630 1800 8460 Kabel 132 kV 540 23220 24660 9540 1080 4500 18900 Maskinhus 11010 5505 11010 5505 44040 Turbin 44040 1101 Torn 517470 Vägar 2970000 Summa (ton) 11010 2592855 6315 23220 2970000 42690 12330 45750 11805 589971 à (kWh/ton) 91000 560 12000 39500 90 19500 16400 29650 24650 8890 Energi (GWh) 1002 1452 76 917 267 832 202 1356 291 5245   I LCA bör även energiåtgång för el-certifikat + kapitaltillskott ingå. För el-certifikat + kapitaltillskott beräknat på skattemedel i Sverige krävs energianvändning för mat, boende, bostäder, transporter, sjukvård, skola omsorg, för de människor som genom sitt arbete skall generera el-certifikat + kapitaltillskott till vindkraftverken. Sveriges energiåtgång har därför jämförts med Sveriges bruttonationalprodukt, BNP, vilket har givit en rimligen bedömning av energikostnaden för el-certifikat + kapitaltillskott eller ca 0.227 kWh/kr ekonomiskt sett (624/2745) [10], Tabell 8.   Av Tabell 8 framgår att det tar cirka 1.38 år att skriva av materialenergin för att uppföra vindkraftverken, energimässigt. Till denna tid kommer en energi om ungefärligen 33 procent av materialenergin för tillverkning av vindskraftverken, för arbete under uppförande samt energi för material under underhåll av vindkraftverken, 0.45 år [11]. Sett från ett LCA-perspektiv kan således energibalans uppnås först efter cirka 1.8 år för de 1101 vindkraftverken i Piteå kn.   Beaktas även el-certifikat + kapitaltillskott (2.92 år) visar Tabell 8 att energikostnaden under 15 års drift blir ca 40000 miljoner kilowattimmar medan ca 127000 miljoner kilowattimmar utfås under 15 års. Livscykelanalysen visar att verken kommer i balans energimässigt efter cirka 4.7 års driftstid p.g.a. låg vindenergi och låg effektvitet för den tilltänkta applikationen. Miljöpåverkan vid tillverkningen blir avsevärd, utomlands, där VKV tillverkas, samt i Sverige, där el-certifikat och kapitaltillskott skapas.   Tabell 8 – Ungefärlig LCA för uppföra 1101 st. vindkraftverk Vestas V90 i Piteå kn inkl. kringkostnader som fundament, kablage till stamnätet och vägar (GWh). Energi (GWh) LCA (år) Material 11641 1.38 Byggande och underhåll 3842 0.45 El-certifikat och kapitaltillskott (energiåtgång/BNP = 0.23 kWh/kr) 24652 2.92 Totalt 40134 4.75 Utvunnen energi (kWh) 126750 15.0   Slutsatser   Efter en genomgång av verkningsgrad, energifångst och ekonomi för 1101 st. 3 MW vindkraftverk i Markbygden, Piteå kn, kan följande slutsatser dras:   Verkningsgraden kan beräknas bli ca 29 procent dvs. ca 2500 fullasttimmar per år Energifångsten beräknas bli 8450 GWh per år Reglerkraft om 3000 MW måste byggas ut parallellt Bidrag om 20 mkr krävs per dag för att projektet skall bli ekonomiskt Material, byggande samt underhåll kräver 1.8 års driftstid före energibalans nås Bidrag (el-certifikat + kapitaltillskott) kräver 2.9 års driftstid för energibalans Total livscykeltid före energibalans nås blir 4.8 år.   Bertil Persson [1] http://www.svevind.se/Projects/Project.aspx?projectID=1 [2] Tomas Kåberger. Energiläget 2008. ISSN 1403-1892. Energimyndigheten 2008. Elektroniskt dokument http://213.115.22.116/System/ViewResource.aspx?rl=default:/Resources/Permanent/StorageItem/e21975ead387433cac30fb3cca56f38b/2053.pdf [3] Fredrik Dahlström. Vindkartering. Energimyndigheten. 2007. http://www.energimyndigheten.se/Global/Filer%20-%20Om%20oss/Vindkraft/1.jpg [4] Bertil Persson. Energimyndighetens vindhastighetsprofiler och energiberäkning. Elektroniskt dokument http://www.landskapsskydd.se/artikel/FSL2010EnergimyndighetensvindhaV [5] Bertil Persson. Elenergi från 113 stora vindkraftverk. Bemästra landvindkraft. ISBN 978-91-86007-50-8. 2009, 300 sid. 96-97. [6] A Windpower. Projekt Oxhult, Hishult, Laholms kommun. 2009. [7] Karin Adalberth. Energy Use and Environmental Impact of New Residential Buildings. Rapport TVBH-1012, Avdelning Byggfysik. Lunds tekniska högskola, Lund 2000. [8] S Andersen, J. Dinesen, H. Hjort Knudsen, A. Willendrup. Livscyklus- baseret bygningsprojektering. Rapport 224, Danish Research Institute, Hoersholm, 1993. [9] Universal Wind Offshore AB. Teknisk beskrivning. Vindkraftpark Stora Middelgrund. Malmö. 2006. [10] Ekonomifakta. Elektroniskt dokument http://www.ekonomifakta.se/sv/Fakta/Ekonomi/Tillvaxt/Real-BNP/ [11] Bertil Persson. Inlandsvindkraft industrialisering i smyg. Husbyggaren 2000 no 6. 2000, sid. 30-34.