Vannkraft

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Hopp til: navigasjon, søk
Hooverdammen demmer opp Coloradoelven ligger på grensen mellom delstatene Arizona og Nevada sørvest i USA. Den kunstige innsjøen heter Lake Mead. På bilde sees kraftstasjonen på hver side nedenfor demningen.
Generatorehallen i kraftverket ved Hooverdammen.
Vindmølle
Fornybar energi

Bioenergi

Bølgekraft

Geotermisk energi

Havstrømkraft

Havvarmekraft

Saltkraft

Solkraft

Tidevannskraft

Vannkraft

Vindkraft

Vannkraft som begrep omfatter all bruk av strømmende vann, fortrinnsvis i elver, til mekanisk arbeid på stedet eller omforming til elektrisitet. I begge tilfelle innebærer det at man utnytter det energipotensiale som vann innehar i en høyde over havet på grunn av jordklodens gravitasjonskraft mot sentrum. Vannkraft forutsetter at strømmende vann ledes mot et vannhjul eller en vannturbin. Ofte blir vannet i vassdrag samlet opp og magasinert ved oppdemming, dermed kan produksjonen gjøres uavhengig av vannstrømningen i øyeblikket. Anlegg som omsetter vannfall til energi, kalles vannkraftverk. Energiproduksjon ved vannkraft utnytter den del av vannets kretsløp som har å gjøre med vann på landjorden (som innsjøer, breer, grunnvann, elver), og er dermed en evigvarende energikilde. Vannkraft har det laveste klimagassutslippet, den høyeste virkningsgraden og den lengste levetiden av alle teknikker for kraftproduksjon.[1]

Fallenergi transformeres til roterende kinetisk energi via et hjul med skovler, enten det er en kvernkall, et vannhjul eller en moderne vannturbin. Den roterende akslingen kan koples til tekniske innretninger som kverner, møller, sager (opprinnelig oppgangssag og senere sirkelsag), stampemøller med mere. Moderne bruk omfatter praktisk talt kun tilknyting til en elektrisk generator.

Mekanisk utnyttelse av vannkraft innebærer at energien må utnyttes på stedet eller innen umiddelbar nærhet av vannfallet, mens elektrisk energi kan transporteres via kraftlinjer over store avstander. Før denne muligheten for transmisjon av energi over lange avstander kom, ble vannkraft i enkelte tilfeller overført over større avstander via trykkluft eller trykkrørledninger der såklate vannmotorer ble benyttet.

Verdens totale elektriske energiproduksjon fra vannkraft utgjorde i 2014 ca 16,6 %, eller 3875 TWh, og i tiden 1965-2010 var den årlige økningen på 2,5 %. I Norge er en meget stor del av den elektriske kraftproduksjonen fra vannkraft (98 %), men det finnes land i verden med inntil 100 % av sin elektrisitetsproduksjon fra vannkraft.[2]

Selv om vannkraft er en evigvarende energikilde som praktisk talt ikke gir forurensning, kan vannkraft føre med seg miljøulemper av forskjellig art og omfang. Bortsett fra å gi skjemmende inngrep i vassdraget (store konstruksjoner som demninger, redusert vannføring eller helt tørrlagte elver, reguleringssoner i dammer, massedeponier, veier, etc.) kan fiske, dyre- og planteliv påvirkes, landområder settes under vann og samt andre negative konsekvenser. En viss risiko er tilknyttet brudd på dammer eller rør, og ødelegelser som dette kan gi. Vannkraftutbygging kan også gi fordeler ved at for eksempel flommer kan unngås.

Verdens vannkraftproduksjon og potensial[rediger | rediger kilde]

I verden ble det i 2015 produsert rundt 3 875 TWh fra vannkraft, noe som utgjorde 16,6 % av den totale elektriske energiproduksjonen. Til sammenligning utgjorde elektrisk produksjon fra kjernekraft 12,8 %, mens produksjon fra andre fornybare energikilder (som vind, sol, geotermisk) utgjorde 3,6 %. Tabellen viser de største produksjonslandene of tall for enten 2013 eller 2014, med angivelse av både total årsproduksjon (TWh), vannkraftens produksjonsandel (%), installert anleggseffekt (GW), og endelig landets teoretiske og tekniske potensial (TWh):

Vannkraftproduksjon og kapasitet 2013-2014. [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]
Land Årsproduksjon
vannkraft
(TWh, 2014)
Andel av
elektrisitet
(2013)
Installert
effekt
(GW, 2014)
Teoretisk
potensial
(TWh, 2009)
Teknisk
potensial
(TWh, 2009)
Teknisk
potensial
(GW, 2009)
Afrika 119 29 10 118 1 147 283
. Mosambik Mosambik 17 98,0 % 2
. Egypt Egypt 13 7,7 % 3
. Zambia Zambia 13 99,8 % 2
. DR Kongo Den demokratiske republikken Kongo 9 98,0 % 2
. Etiopia Etiopia 8 97,0 % 2
. Sudan Sudan 8 80,9 % 2
. Ghana Ghana 8 67,5 % 2
Asia 1 775 585 20 486 7 681 2 037
. Kina Kina 1 064 16,9 % 302
. India India 142 11,9 % 49
. Japan Japan 85 8,1 % 49
. Vietnam Vietnam 53 45,0 % 14 35
. Tyrkia Tyrkia 40 24,7 % 24 216
. Pakistan Pakistan 31 31,9 % 7
. Indonesia Indonesia 17 7,9 % 4
. Tadsjikistan Tadsjikistan 17 100,0 % 5
. Iran Iran 15 5,6 % 10
. Nord-Korea Nord-Korea 14 65,0 % 5
. Kirgisistan Kirgisistan 13 93,0 % 3
. Thailand Thailand 13 5
. Laos Laos 12 4
Russland Russland 183 17,3 % 52
Europa 633 227 4 360 1 021 338
. Norge Norge 130 98,0 % 31 206
. Frankrike Frankrike 67 13,2 % 25 95
. Sverige Sverige 66 44,1 % 17 130
. Italia Italia 55 18,9 % 22 58
. Østerrike Østerrike 46 58,0 % 13 55
. Spania Spania 41 14,5 % 19 60
. Sveits Sveits 40 56,9 % 16 42
. Tyskland Tyskland 29 4,5 % 11 30
. Ukraina Ukraina 11 7
Nord-Amerika 620 43,0 % 192 6 150 1 659 388
. Canada Canada 392 60,1 % 78
. USA USA 290[10] 6,7 % 102
. Mexico Mexico 32 11,0 % 12 53
Latin-Amerika 850 155 5 670 2 856 608
. Brasil Brasil 393 68,6 % 89 260
. Venezuela Venezuela 80 65,0 % 15
. Paraguay Paraguay 59 99,0 % 9 46
. Colombia Colombia 52 68,5 % 11 96
. Argentina Argentina 30 22,0 % 10 40
. Peru Peru 24 53,0 % 3 59
. Chile Chile 21 26,9 %
. Ecuador Ecuador 12 47,5 %
. Costa Rica Costa Rica 7 67,5 % 2 66
Oseania 44 15 1 500 185 67
. New Zealand New Zealand 23 53,2 % 6
. Australia Australia 20 5,2 % 9
VERDEN 3 874 16,6 % 1 036 48 284 14 576
. OECD 1 476 13,6 % 470

Norge er et av de land i verden med størst andel av elektrisitetsproduksjon fra vannkraft, med godt over 90 % av det produserte, mens også Albania, Kongo, Mosambik, Nepal, Paraguay, Tadsjikistan og Zambia kommer nær 100 % av all innenlands elektrisk energiproduksjon fra vannkraft. Andre land med stort bidrag er Brasil, Etiopia, Georgia, Kirgisistan og Namibia der mer enn 80 % av elektrisk energiproduksjonen kommer fra vannkraft. Det er 35 land i verden som produserer mer enn halvparten av sin elektrisitetsproduksjon fra vannkraft. Produksjonskapasiteten (total installert effekt) for vannkraft i verden økte med gjennomsnittlig 2,5 % per år fra 1965 til slutten av 2010.[2]

De ulike regionenes, og vassdragenes vannkraftpotensial betegner hvor mye kraftproduksjon man kunne tenkes å hente ut ved «full» utbygging. Dette kan beregnes matematisk som teoretisk potensial, det vil si største tenkelige produsert mengde vannkraft utfra vassdragenes vannmengder og fallhøyder, i tråd med fysikkens lover (se nedenfor). Mer interessant er vannkraftens tekniske potensial, det vil si den potensielle produksjonen når man også tar hensyn til ingeniørmessige begrensninger, begrensninger i plasseringen av produksjonsanleggene, begrensninger i nedbørsmengder, osv. Endelig er det mulig å beregne vannkraftens økonomiske potensial, som også tar hensyn til geologiske, miljømessige, og markedsmessige begrensninger.[11] UNDP anslo på 2000-tallet at teoretisk potensial var 40 500 TWh, mens teknisk potensial var 14 500 TWh og økonomisk potensial minst 8 100 TWh. Total faktisk årsproduksjon i år 2000 var på 2 675 TWh elektrisk kraft på verdensbasis, mens produksjonen i 2013 var økt til 3 874 TWh.[12]

Metoder for vassdragsregulering for kraftproduksjon[rediger | rediger kilde]

Utnyttelse for størst mulig kraftproduksjon[rediger | rediger kilde]

Stilisert fremstilling av et elvekraftverk. Til venstre er dammen (Reservoir) med inntak (Intake) og rør (Penstock). I midten er selve kraftsatasjonen (Powerhouse) som er en del av demningen med turbin og generator. Vannet ledes ut fra turbinen og tilbake til vassdraget (River)
Rørgate ned til Tyssedal kraftanlegg. Vannstrømmen (slukeevnen) i rørene og den vertikale høyde mellom turbin og vannspeilet i inntaksdammen (fallhøyde) bestemmer ytelsen til turbinene.

Formelen for elektrisk effekt i et vannkraftverk er:

der:

  • P er effekt [W].
  • η virkningsgrad i turbin og generator. Denne vil typisk være 0,90 - 0,95 for turbin og for generator 0,97.
  • ρ tettheten av vann 1000 kg/m3.
  • Q slukeevne eller vanngjennomstrømning pr tidsenhet [m3/s].
  • g massens akselrasjon 9,81 m/s2.
  • h netto fallhøyde [m]. Det vil si at trykkfallet i turbinrør eller tilløpstunnel må subtraheres.

Eller årlig energiproduksjon:

Der V er samlet vannvolum pr. år [m3] og de andre faktorene de samme som i uttrykket over.

Av dette ser en at det blir vesentlig for en kraftregulering å både få nyttiggjort en så stor vannmengde som mulig og samtidig stor fallhøyde. Kraftutbyggeren er derfor interessert i å få tilgang til mest mulig av det aktuelle nedbørfeltet. Jo lenger ned i vassdraget inntaksmagasinet plasseres desto større vannmengde og vanngjennomstrømning (slukeevne) kan oppnåes. Lavt plasserte inntaktsmagasin gir imidlertid liten fallhøyde. Motsatt vil en kraftstasjon plassert ved havnivå og inntak plassert høyt oppe i vassdraget gi stor fallhøyde, men liten vannmengde. Best mulig utnyttelse av et vassdrag til kraftproduksjon må balansere disse to størrelsene. En løsning kan være å plassere flere kraftverk etter hverandre langs vassdraget. Ofte vil det være en kompleks og komplisert teknisk/økonomisk optimalisering bak valg av plassering av damer, overføringstunnel og kraftstasjoner i et vassdrag. Vannføringen i elvene er enten målt eller beregnet flere steder, topologien kartlagt og kostnadene for hvert enkelt tiltak beregnet, og ut fra dette kan mange alternative vannkraftutbygginger beregnes. Rentenivå, fremtidig energipris og avdragstid vil også være parametre for denne analysen. Inntektene av prosjektet sier noe om samfunnsnytten, og denne skal igjen veies opp mot ulempene.

Jevnest mulig energiproduksjon gir best utnyttelse av den investerte kapital. Vannføringen i et vassdrag varierer med årstidene, og vil også være avhengig av hvordan vann lagres i snø og jordsmonn. Et nedbørfelt som ligger i høyfjellet, er lite og bratt, eller inneholder mye stein og grus, vil bli en typisk flomelv. Derimot vil en elv fra et stort flatt områder med store innsjøer, myrer og dypt jordsmonn gi jevnere vannføring[13].

En demning danner en kunstig innsjø og om det er mulig å variere vannvolumet kalles dette for et reguleringsmagasin. I et slikt magasin kan vann lagres og tappes kontrollert ned til kraftstasjonen. Typisk vil magasinene fylles opp i perioder med mye nedbør. Vanligvis fylles norske magasiner både om høsten og sent på våren ved snøsmelting. Tapping av reguleringsdammen skjer i perioder med stort energibehov, som typisk er om vinteren, samtidig er det normalt lite tilsig om vinteren. Reguleringsmagasinene er energilagre i det elektriske kraftsystemet. Det øverste tillatte vannnivået kalles høyeste regulerte vannstand (HRV) og nederst nivå kalles lavest regulert vannstand (LRV).

Vannkraft har svært store investeringskostnader, omtrent som for kjernekraft, men gir langvarige inntekter. For energiproduksjon i kull-, kjerne- og gasskraftverk er det løpende kostnader for energikilden, mens vannkraft ikke har noen løpende kostnader knyttet til selve energikilden. De løpende kostnadene til drift av et vannkraftverk er meget små i forhold til inntektene av energisalg. Levetiden for et vannkraftanlegg er også meget lang.[14].

Behov for store dammer og kraftoverføringer[rediger | rediger kilde]

Skjematisk fremstilling av vannveien for kraftverket Lac de Cleuson i Valais i Sveits, der det er fire pumpestasjoner for å flytte vann fra lavere nivåer til selve hoveddammen. Fallhøyden ned til Bieudron kraftverk er på hele 1883 m, den største i verden.

Fordi nedbør og elektrisitetsbehov kan variere mellom regioner vil det være behov for å overføre strøm over store avstander. Dette krever kraftlinjer med stor kapasitet som kan overføre elektrisitet fra områder med overskudd (stor magasinfylling) til områder med liten magasinfylling og/eller begrensede vannkraftressurser.

Kompliserte reguleringer[rediger | rediger kilde]

Kraftverk er ofte plassert rett ved vassdraget som er regulert, slik at vannet strømmer tilbake i elva etter å ha gått gjennom turbinen. Mellom inntaksmagasinet og kraftverket blir det lite vann i elva (restvannføring) eller elva blir helt tørrlagt. Konsesjonen som er gitt for utbyggingen gir bestemmelser for dette. Nærliggende vann kan også bli oppdemt og vannet overført i tunneler til inntaksmagasinet. Vann fra nabovassdrag kan også overføres i lange tunneler, noen ganger ved bruk av pumper. Ved bekkeinntak renner vann fra mindre elver rett ned i en kanal for å bli overført til magasin. Slike kraftutbygginger kan være svært omfattende med tunneler på mange kilometer. Den skjematiske fremstillingen til høyre viser dette for en større kraftutbygging i Sveits. Aller enklest kraftutbygginger er det når kraftverket og inntaksdammen er i samme konstruksjon eller står svært nært hverandre, slik det er vanlig i elvekraftverk. Noen eksempler er Hooverdammen i USA og Alta kraftverk i Finnmark.

Miljøkonsekvenser av vannkraftutbygging[rediger | rediger kilde]

Satellittfoto av Chang Jiang-elva med De tre kløfters demning til venstre, og Gezhouba-demningen til høyre. Disse utgjør verdens største vannkraftverk-utbygging.

Nedbryting av organisk materiale ved første gangs oppdemming[rediger | rediger kilde]

Ved første gangs oppdemning vil skog og annen biomasse bli satt under vann, om det ikke hugges vekk før vannfyllingen tar til. Biomasse vil kreve oksygen ved nedbryting og i en slik kunstig innsjø vil det bli underskudd på oksygen og kjemiske prosseser som danner dihydrogensulfid (H2S) kan starte. Et ekstremt tilfelle er Tucurui-demningen i Brasil; her ble knapt noen av trærne som ble satt under vann fjernet før første gangs oppdemning. Før dammen ble bygget var det en skog på syv ganger Mjøsas areal, og ved fylling av magasinet ble det dannet så store mengder dihydrogensulfid at dette fikk alvorlige miljømessige følger. Det ble store luktproblemer i elva nedenfor kraftverket, korrosjon i turbiner og andre stålkonstruksjoner.[15]

Kulturlandskap settes under vann[rediger | rediger kilde]

Ved oppdemning av et landområde eller en dal vil naturligvis landområder bli ubrukelige for de aktivitetene som tidligere var mulig. Et omfattende tilfelle er byggingen av i Tucurui-demningen i Brasil der 3000 familier og over 280 000 dyr ble flyttet for å forsøke å redde noe av dyrelivet.[15]

Et enda mer ekstremt eksempel er De tre kløfters demning, der mange byer ble satt under vann og over en million innbyggere måtte forlatte sine hjem, som tematisert i filmen Balzac og den lille kinesiske syersken.

Se også[rediger | rediger kilde]

Referanser[rediger | rediger kilde]

  1. ^ «Hva er vannkraft | UngEnergi». ungenergi.no. Besøkt 1. september 2016. 
  2. ^ a b Hydropower Roadmap - www.iea.org, 2012
  3. ^ Arjun Kannan et. al, «Hydro Power», New Delhi 2003, Scribd, dokument nummer 080244.
  4. ^ Hydro in Europe - Eurolectric, 2011.
  5. ^ Key World Statistics 2015, data for 2013 - IEA, 2015.
  6. ^ Energy Balaces of Non-OECD Countries 2015, data for 2013 - IEA, 2015.
  7. ^ Energy Balaces of OECD Countries 2015, data for 2013 - IEA, 2015.
  8. ^ Statistics - Electricity & Heat, data for 2013 - IEA, 2015.
  9. ^ Country Profiles With 2014 Data og 2015 Hydropower Status Report, data for 2014 - International Hydropower Association, 2015.
  10. ^ Oppgitt til 328 TWh i 2010.
  11. ^ Arjun Kannan et. al, «Hydro Power», New Delhi 2003, Scribd, dokument nummer 080244.
  12. ^ Key World Statistics 2015 - IEA, 2015.
  13. ^ Arne Tollan: Vannressurser. Universitetsforlaget, 2002. ISBN 82-15-00097-5
  14. ^ [1] www.fornybar.no vannkraft store vannkraftverk
  15. ^ a b Jan Økland og Karen Anna Økland: Vann og vassdrag 1. - Ressurser og problemer Vett og viten AS, 1995. ISBN 82-412-0151-6

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]