Räkna med vindkraften

Inte ens i teorin kan vindkraftverket utnyttja mer än 59 procent av vindenergin. Försöker man fånga mer tar luften helt enkelt en annan väg.

Vindkraftverken ger el från ungefär 2 meter per sekund, men då är det ett blygsamt tillskott. Först vid 9 meter per sekund brukar de ge halv effekt. Från 12 och upp till 25 meter per sekund ger vindkraften full effekt.

I bra vindlägen producerar ett vindkraftverk el upp till 6 000 av årets 8 760 timmar. Effekten varierar dock. Ett verk med effekten 1 000 kilowatt producerar drygt 2 miljoner kilowattimmar el på ett år. En normalstor villa med eluppvärmning förbrukar runt 20 000 kilowattimmar på ett år.

De vanligaste storlekarna på de vindkraftverk som har byggts i Sverige på senare år är 660 till 850 kilowatt. I början av år 2002 fanns omkring 600 aggregat i landet, främst i södra Sverige, längs kusterna och på Gotland, med en sammanlagd installerad effekt på drygt 300 000 kilowatt. Nya politiska utfästelser, bl a införandet av elcertifikat, bör ge ett rejält uppsving för vindkraften. Enligt vissa prognoser kan produktionen vara så hög som 7 terawattimmar (miljarder kilowattimmar) år 2010.

Vindkraften i världen har ökat med i genomsnitt nära 30 procent per år från 1994 till 2002. Under år 2002 var den totala produktionen av vindkraft i världen 64 terawattimmar. Det kan jämföras med att i Sverige producerade vattenkraften 66 terawattimmar samma år.

Det var i november 1999 som Ingvar Svantesson åkte förbi Annelövs gård utanför Landskrona.

– Jag såg en vindpåverkad pilallé, öppen terräng och tyckte att det var en lämplig plats, berättar han.

Ingvar Svantesson jobbar bl a som markletare för vindkraftverk och är dessutom vd i vindkraftföretaget Ekovind AB som äger ett av verken vid Annelöv.

Ingvar Svantesson tog kontakt med markägaren, som var positiv till idén. Ett omfattande arbete tog sin början.

– De största hindren i dag är nog det lokala elnätets bristande kapacitet, säger Sven-Arne Persson, som arbetar på företaget Eolus Vind AB, som projekterat och byggt de två vindkraftverken.

När elnätet en gång anlades var det ingen som tänkte att det en dag skulle byggas vindkraftverk här. Det dimensionerades för de få förbrukare som finns ute på landsbygden och inte för stora vindkraftverk som kan leverera el till hundratals villor. Att dra nya kablar är en lösning, men det gör att kostnaderna stiger kraftigt.

Det andra stora hindret är militären. Det finns områden som de av bl a signalspaningsskäl inte vill släppa. Militären behöver dessutom inte motivera varför de säger nej, vilket kan vara ett problem.

Att få bygglov och genomföra samråd med de kringboende tar mycket tid, men brukar enligt Ingvar Svantesson och Sven-Arne Persson inte vara något avgörande hinder.

– Många tycker att det prövas för hårt, med tanke på vilken nytta verken gör för miljön, säger Ingvar Svantesson.

Han jämför med utbyggnaden av det nya mobiltelefonnätet. De tusentals 3G-master som ska sättas upp runt om i landet påverkar landskapet lika mycket som vindkraftverken, tycker han och säger:

– Vindkraften tillför el, mobiltelefonnätet bara förbrukar.Vindmöllorna utanför Landskrona kostade 15 miljoner kronor styck, de invigdes i juni 2003 och levererar nu el så fort det blåser.

– Vindkraft är bland det billigaste man kan bygga i dag, om man tar hänsyn till pris per producerad kilowattimme, säger Sven-Arne Persson.

Driftskostnaden lär bli låg, normalt bara några ören per kilowattimme. Avskrivningstiden är 15 år, men man räknar med att verken håller 25–30 år, och att driftssäkerheten kommer att ligga på omkring 99 procent.

Exempel 1: Mängd vindkraft på Näsudden, Gotland

Detta exempel avser situationen år 2001 på Näsudden, vilket är en del av södra Gotland där det finns mycket vindkraft. Vindkraften på Näsudden täcker 169 procent av elförbrukningen i området. Anledningen till att detta är möjligt är att det från Näsudden finns förbindelser till övriga Gotland om 100 megawatt, det vill säga vindkraften täcker maximalt 48 procent av möjlig nivå, vilken är lägsta elförbrukning + möjlig export:

Exempel 2: Mängd vindkraft på Gotland

Detta exempel avser situationen år 2001 på Gotland. Vindkraften på Gotland täcker 19 procent av elförbrukningen där. Gotland har en förbindelse till fastlandet om 180 megawatt, det vill säga maximal andel vindkraft är 36 procent.

Exempel 3: Mängd vindkraft i Sverige under 2002

Detta exempel avser situationen år 2002 för hela Sverige. Svensk vindkraften täcker 0,4 procent av elförbrukningen. Sverige har förbindelser till utlandet om totalt 9 730 megawatt (Norge 4 500 megawatt, Finland 1 450 megawatt, Danmark, 2 580 megawatt, Tyskland 600 megawatt, Polen 600 megawatt), det vill säga maximal andel vindkraft är 1,5 procent.

Exempel 4: Mängd vindkraft på Jylland under 2001

Detta exempel avser situationen år 2001 för Jylland. Den västdanska vindkraften täckte 16 procent av elförbrukningen där. Jylland har förbindelser till utlandet om totalt 2 830 megawatt (Norge 1 000 megawatt, Sverige 630 megawatt, Tyskland 1 200 megawatt), det vill säga maximal andel vindkraft är 46 procent.

Frågan är nu hur mycket vindkraft vi kan ha i Sverige om vi utgår från vad kraftsystemet kan hantera. Först visas två exempel och sedan kommenteras dessa nedan.

Exempel 5: Mängd vindkraft i Sverige – samma energiandel som på Jylland

Detta exempel avser situationen att Sverige skulle få samma andel av elförbrukningen från vindkraften som den som faktiskt finns idag på Jylland, det vill säga 16 procent. Detta skulle iså fall leda till att Sverige skulle få drygt 24 terrawattimmar från vindkraften, vilket är drygt 40 gånger mer än idag. Med denna mängd vindkraft maximal andel vindkraft vara 60 procent. Anledningen till att denna andel är högre än för Jylland i exempel 4 är att Jylland har, relativt sett, bättre förbindelser till utlandet än vad Sverige har.

Exempel 6: Mängd vindkraft i Sverige – samma effektandel som på Jylland

Antag nu istället att man skulle ha samma effektandel vindkraft i Sverige som man för närvarande har på Jylland, det vill säga 46 procent enligt exempel 4. Detta innebär att mängden vindkrafteffekt skulle bli 10 370 megawatt motsvarande en årsproduktion om drygt 18 terrawattimmar. Detta förutsatt att varje megawatt vindkraft ger lika mycket energi som dagens genomsnitt i Danmark. Detta är rimligt att anta eftersom ny vindkraft i Sverige troligen skulle placeras i områden med goda vindförhållanden..

Slutsatsen är att det, ur kraftsystemets synvinkel, är klart möjligt att i Sverige ha minst 20 terrawattimmar vindkraft. Det skulle innebära ungefär samma andel av elförsörjningen som vindkraften idag har på Jylland. Erfarenheterna från Jylland är att de tekniska problemen faktiskt är långt mindre än man kunde förvänta sig.

En viktig fråga i detta sammanhang är vad denna utjämning skulle kosta. Anledningen till att utjämning kostar är 1) De kraftverk som jämnar ut vindkraften måste ibland köras på något sämre verkningsgrad jämfört med om de inte jämnade ut vindkraften. 2) Vid hög vindkraftproduktion måste man ha andra kraftverk startklara om det skulle mojna. Detta kan i vissa fall medföra merkostnader. De utredningar som gjorts tyder på att dessa kostnader ligger i nivån ett par öre per kilowattimme. Eftersom vindkraftverken, inklusive anslutningsledningar, för närvarande kostar mer än 30 öre per kilowattimme är det knappast utjämningen av variationerna som avgör om vindkraftverk kommer att vara ekonomiskt acceptabla eller inte.

Den övergripande slutsatsen för vindkraftens framtid i Sverige är att det inte är kraftsystemet som sätter gränsen för hur mycket vindkraft som ”får plats”. Det som sätter gränsen är snarare om vår generation kan acceptera dessa kraftverk i naturen för att täcka en del av vår generations elförbrukning? Eller vill vi hellre använda andra kraftverk med de risker som de medför för vår och kommande generationer?

En frågeställning som ofta diskuteras är vindkraftens så kallade ”integrationsproblem”. Det handlar om möjligheterna att jämna ut vindkraftens variationer med andra kraftslag och vad det kostar. Här följer tre exempel på hur vindkraften kan fungera i ett isolerat kraftsystem.

Exempel ett

I figuren nedan visas ett exempel på hur konsumtionen och vindkraftproduktionen skulle kunna se ut under en vecka i ett isolerat elsystem. Såväl elförbrukningen som vindkraften är faktisk totalproduktion i Sverige under olika veckor, fast båda kurvorna är multiplicerad med varsin konstant faktor.

I detta exempel täcker vindkraften 30 procent av den förbrukade energin under veckan.

Ungefär vid timme 60 är elförbrukningen hög och vindkraftproduktionen låg. Man måste därmed ha tillräckligt med kraftverk, förutom vindkraftverken, för att klara denna situation.

I ett kraftsystem måste man kontinuerligt hålla balans mellan produktion och konsumtion. Den lagrade energin, i form av rotationsenergin i alla snurrande generatorer, räcker enbart för drift av elsystemet i ett par sekunder och därför måste det hela tiden finnas kraftverk som motreglerar när elkonsumtionen eller produktionen i något annat kraftverk ändras.

Vid timme 25 är marginalen mellan elförbrukningen och total vindkraftproduktion relativt liten. Även vid denna situation måste det alltså finnas kraftverk som snabbt kan öka produktionen om elförbrukningen ökar eller vinden mojnar. I Sverige är denna problematik ofta mindre besvärlig än i andra länder eftersom vår vattenkraft snabbt kan reglera upp eller ned. Om man i Sverige skulle ha så mycket vindkraft som i detta exempel måste man dock tänka på att all vattenkraft inte alltid kan sparas. Under till exempel vårfloden är det så mycket vatten i älvarna att vatten måste spillas förbi vattenkraftverken om dessa stängs av eftersom magasinen redan är fulla.

Om vindkraftproduktionen minskar lika mycket som vid timme 45 i figuren ovan och detta inträffar samtidigt som elförbrukningen ökar vid timme 50. Då måste man ha tillräckligt många kraftverk som under ett par timmar kan öka produktionen för att kompensera ökande elförbrukning och minskande elproduktion. I det svenska systemet är detta oftast inte något dimensionerande problem eftersom vattenkraften har en bra reglerförmåga.

Om vindkraften finns i en del av regionen och elförbrukningen i en annan del av regionen. För att det skall vara möjligt att använda all den producerade vindkraften är det förstås nödvändigt att kapaciteten på näten är tillräckligt stor för att kunna transportera den producerade vindkraften till konsumenterna.

Exempel två

Antag nu ett nytt exempel där man har mer vindkraft i systemet.

I detta exempel täcker vindkraften 33 procent av den förbrukade energin under veckan. Skillnaden mot första exemplet är att under timme 25 täcker vindkraften hela elförbrukningen.

När vindkraftverken täcker hela elförbrukningen finns det förstås fortfarande en möjlighet att vindkraftens produktion minskar eller att elförbrukningen ökar. Det måste då finnas kraftverk som kan öka produktionen snabbt. För att detta skall vara möjligt måste man troligen reglera ned vindkraften (det vill säga minska vindkraftproduktionen) för att istället köra andra kraftverk på låg nivå så att dessa kraftverk, eller de nedreglerade vindkraftverken, kan öka produktionen vid ökande elförbrukning eller minskande vindar. Denna situation börjar man för närvarande närma sig på Jylland vilket innebär att nya vindkraftfarmer, till exempel den havsbaserade Horns Rev, har möjligheten att minska produktionen om det skulle behövas.

Exempel tre

Om man har ännu mer vindkraft så kan en situation enligt figuren nedan uppstå.

I detta tredje exempel täcker vindkraften 54 procent av den förbrukade energin under veckan. Skillnaden mot det förra exemplet är att vindkraftproduktionen under ett flertal timmar överskrider konsumtionsnivån.

Att total produktion i vindkraftverken skulle kunna överskrida konsumtionen är inte möjligt. Detta innebär att produktionen måste regleras ner i vindkraftverken. I praktiken måste en kontinuerlig balans hållas mellan produktion och konsumtion, vilket innebär att vindkraftverkens produktion kontinuerligt måste följa elförbrukningens variation.

Detta är tekniskt möjligt men innebär att produktionen i vindkraftverken minskar. I exemplet måste producerad vindkraft spillas bort på grund av att det inte finns någon elförbrukning. Detta innebär i praktiken att faktiskt försålda vindkraften blir dyrare eftersom en del måste spillas. Situationen är dock inte unik för vindkraft. Även vattenkraftverk spiller vatten ibland, eftersom det är dyrt att dimensionera verken för att kunna ta till vara alla extrema flöden som kan inträffa.

De tre exemplen ovan gäller samtliga för en isolerad region. I verkligheten hänger dock kraftsystemen i olika regioner samman och problemen blir då mer komplexa. Mer om hur man kan räkna på vindkraften finner du här.