9789144068992 by Smakprov Media AB

Vindkraft i teori och praktik

Vindkraft i teori och praktik kan användas inom grundläggande högskoleutbildning, inte bara i energiteknik utan även i kultur geografi, miljövetenskap och flera andra ämnen. Boken kan också användas för fördjupningsstudier på gymnasienivå. Den riktar sig även till personer och företag som är verksamma i energi- och miljöbranschen, till samhällsplanerare, politiker och tjänstemän som handlägger vindkraftsärenden hos olika myndigheter, liksom till den intresserade allmänheten.

Vindkraft i teori och praktik

i teori och praktik

Vindkraft är en miljövänlig, förnybar energikälla som har utvecklats mycket snabbt. Kunskap om vindkraft tangerar en mängd olika ämnes områden. Denna bok tar ett brett grepp om ämnet och belyser en rad aspekter: vindkraftverks tekniska konstruktion och funktion, vindens egenskaper och energiinnehåll, positiv och negativ miljöpåverkan, energipolitik, ekonomiska villkor, lagstiftning, tillståndsprövningar och praktisk vindkraftsprojektering. Tyngdpunkten ligger på kommersiella vindkraftverk för anslutning till elnätet.

Tore Wizelius | Vindkraft

Tore Wizelius, teknologie licentiat i miljö- och energisystem, har utvecklat en rad olika högskolekurser om vindkraft. Han har också skrivit ett flertal böcker i ämnet som har publicerats såväl i Sverige som i övriga världen. Efter tio år som högskolelärare arbetar han nu som vindkraftsprojektör.

Under de sju år som har gått sedan den andra upplagan kom ut har vindkraftens utveckling fortsatt i mycket snabb takt både i Sverige och internationellt. Den tekniska utvecklingen mot allt större vind kraftverk har fortsatt, och en del nya tekniska koncept har införts. I denna tredje upplaga har boken i sin helhet uppdaterats.

Tredje upplagan Art.nr 7885

3:e uppl.

TORE WIZELIUS www.studentlitteratur.se

978-91-44-06899-2_01_cover.indd 1

2014-12-18 16:23

Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och studenters begränsade rätt att kopiera för undervisningsändamål enligt Bonus Copyright Access kopieringsavtal är förbjuden. För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnarens huvudman eller Bonus Copyright Access. Vid utgivning av detta verk som e-bok, är e-boken kopieringsskyddad. Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman eller rättsinnehavare. Studentlitteratur har både digital och traditionell bokutgivning. Studentlitteraturs trycksaker är miljöanpassade, både när det gäller papper och tryckprocess.

Art.nr 7885 ISBN 978-91-44-06899-2 Upplaga 3:1 © Författaren och Studentlitteratur 2002, 2015 www.studentlitteratur.se Studentlitteratur AB, Lund Fackgranskning: Ann-Sofi Smedman (kap. 4–5), Björn Montgomerie (kap. 6 och 8), Göran Sidén (kap. 10) Omslagslayout: Francisco Ortega Omslagsbild: Tore Wizelius Printed by Eurographic Danmark A/S, Denmark 2015

978-91-44-06899-2_01_book.indd 2

2014-12-19 13:47

Innehåll

Förord 11 Del I Introduktion till vindkraften 1 Vindkraft i dag och i framtiden 17

Snabbt växande marknad 18 Hur mycket vindkraftsel kan Sverige producera? 19 2 Vindkraftens historia 23

Väderkvarnen som frihetssymbol 26 Vilda västerns vindhjul 28 Windcharger – batteriladdare 30 Nätanslutna vindkraftverk 32 3 Vindkraftsindustrins utveckling 35

Nationella vindkraftsprogram 35 Danskar satsar stort på smått 36 Vindruschen i Kalifornien 38 Tyskland, Spanien och USA tar upp jakten 38 Asiens pionjär Indien och boomen i Kina 39 Global utveckling 39 Sverige länge på efterkälken 40 Allt större vindkraftverk 41 Tillverkningsstrategier 43

978-91-44-06899-2_01_book.indd 3

2014-12-19 13:47

Innehåll

Kris, strukturomvandling och tillväxt 44 Vindkraft till havs 44 Generationsskifte 46 Del II Vindenergi 4 Vinden 51

Lufttryck och temperatur 52 Luftens rörelser 54 Vindens friktion mot jordytan 59 Turbulens 60 Råhetsklasser 62 Hinder och backar 62 5 Vindens kraft 67

Vindens energiinnehåll 67 Vindmätningar 71 Vindatlasmetoden 75 Vindkarteringar 77 Vinden på olika höjd 80 6 Energiomvandling 83

Vinden i ett strömrör 85 Aerodynamisk lyftkraft 91 Del III Teknik 7 Typer av vindkraftverk 97 8 Vindkraftverkets rotor 103

Rotorns löptal 103 Lyftkraft och framdrivande kraft 108

978-91-44-06899-2_01_book.indd 4

2014-12-19 13:47

Innehåll

Effektreglering 112 Rotorbladens konstruktion 114 9 Maskinhus, torn och fundament 117

Maskinhus 117 Torn 120 Fundament 123 10 Vindkraftverkets el- och styrsystem 127

Elsystem hos vindkraftverk 127 Samband mellan vind och effekt 129 Nätanslutning 136 Vindkraftverkens styrsystem 137 11 Vindkraftverks effektivitet och prestanda 141

Allt större rotorer 141 Generatorns verkningsgrad 143 Växellådan 143 Totalverkningsgrad 146 Vindeffektkurva 146 Produktionskalkyl 149 Nyckeltal 149 Hindertid 151 Del IV Vindkraft och samhälle 12 Vindkraften i samhället 155

Tillståndsprövning 157 Motstående intressen 159 Naturvård 161 Bedömningar 161 Tillståndsprocessen 161 Vindkraftpolitik 164

978-91-44-06899-2_01_book.indd 5

2014-12-19 13:47

Innehåll

Helhetssyn 165 Nationell energipolitik 167 Vindkraft på elmarknaden 170 Avregleringen i Sverige 172 Stödformer för förnybar energi 175 Investeringsbidrag 176 Utvärdering av stödformer 177 Sveriges elcertifikatsystem 179 Oberoende elproducenter 181 Konkurrens på lika villkor 182 Rekommenderad policy 183 13 Vindkraftens miljöpåverkan 187

Markanspråk 190 Vindkraft i miljölagstiftningen 193 Lokal miljöpåverkan 193 Djur och växter 195 Rörligt friluftsliv 200 Ljudutbredning 201 Beräkningsmetoder 204 Regler i olika länder 205 Skuggor och reflexer 206 Landskapsbild 210 14 Planering för vindkraft 219

Mål för vindkraftsutbyggnad 220 Sveriges planeringsmål 222 Riksintressen 223 Kommunal planering 225 Planeringsmetoder 230 Göteborg Energis Fladenprojekt 230 Samordnad planering i Kalmarsund 232 Regional och kommunal planering 234 Gotlands vindkraftsplan 235

978-91-44-06899-2_01_book.indd 6

2014-12-19 13:47

Innehåll

Detaljplan 239 Planering för generationsskifte 241 Planeringsmetoder 243 Runda-bords-metoden och one-stop-shop 244 15 Opinion; stöd och motstånd 247

Vindkraft i boendemiljö 253 Vindkraft och turism 255 Opinionens stabilitet över tid 257 NIMBY – inte på min bakgård 258 Acceptansproblem på högre nivå 261 16 Vindkraft i elsystemet 267

Det svenska elnätet 267 Vindkraft i elsystemet 275 Lokal produktion för lokal konsumtion 276 Stor andel vindkraft 280 Elanslutning av vindkraftverk 284 Förstärkning av elnätet 287 Återstående hinder 287 Del V Projektering av vindkraftverk 17 Lokalisering 293

Inventering av vindlägen 294 Förstudie 294 Produktionsberäkning 300 Vindatlasmetoden 302 Backar och hinder 304 Felkällor 307 Ljudutbredning 309 Skuggor 310 Grupper med vindkraftverk 313

978-91-44-06899-2_01_book.indd 7

2014-12-19 13:47

Innehåll

Visuell påverkan 315 Vindkraft i skogen 317 Vindkraft i fjällen 317 Vindkraft till havs 319 Förstudiens sista steg 319 18 Ekonomisk kalkyl 321

Investeringskalkyl 322 Resultatkalkyl 325 Drift- och underhållskostnader 326 Intäkter 327 Nätnytta 329 Miljönytta 330 Elcertifikat 330 Kalkylmetoder 333 Årskostnadsmetoden 334 Nuvärdesmetoden 335 Detaljerade kalkyler 338 Finansiering 342 19 Projektering 345

Markupplåtelse 346 Information och samråd 346 Detaljplanering 347 Förhandsbesked 348 Fortsatta samråd 349 Bygglovsansökan 349 MKB för vindkraftverk 350 Prövning av bygglov 359 Prövning av miljötillstånd 359 Överklaganden 360 Upphandling 361 Driftfasen 362 Rivning/avveckling 363

978-91-44-06899-2_01_book.indd 8

2014-12-19 13:47

Innehåll

Ordförklaringar 365 Litteratur 371 Sakregister 379

978-91-44-06899-2_01_book.indd 9

2014-12-19 13:47

978-91-44-06899-2_01_book.indd 10

2014-12-19 13:47

Förord

Man behöver inte vara ingenjör för att etablera ett vindkraftverk. Det finns färdiga och driftsäkra vindkraftverk att köpa, och installationen ingår i regel i priset. För att välja rätt verk till rätt plats, för att skaffa de tillstånd som krävs och för att vindkraften ska ge rimlig ekonomisk avkastning, krävs dock kunskaper inom en rad andra ämnesområden än teknik, såsom meteorologi, miljöjuridik och ekonomi, samt en grundläggande förståelse för hur vindkraften fungerar. För att själv konstruera och bygga ett vindkraftverk räcker det inte att vara en ingenjör. Det krävs minst fem: en maskiningenjör, en elektroingenjör, en flygingenjör som behärskar aerodynamik, en dataingenjör som kan konstruera ett styrsystem och en byggnadsingenjör som kan bygga fundament. För att arbeta med vindkraft räcker det alltså inte att lära sig hur vindkraftverk fungerar rent tekniskt. Minst lika viktigt är att kunna bedöma hur mycket det blåser på en viss plats; vindens energiinnehåll är själva grunden för ett bra vindkraftsprojekt. Kommersiella vindkraftverk kostar i dag ett antal miljoner kronor per styck, varför det också behövs kunskaper om hur man gör ekonomiska kalkyler för att försäkra sig om att investeringen går med vinst. Vidare krävs tillstånd från myndigheterna för att bygga vindkraftverk. Därför är det viktigt att kunna bedöma vindkraftens miljökonsekvenser, lära sig hitta i de byråkratiska labyrinterna och känna till de lagar och regler som ligger till grund för myndigheternas beslut. Slutligen måste de människor som ska bo i närheten av vindkraftverket ge sitt samtycke. Det kräver att man lär sig hur man informerar dem som berörs av vindkraftsprojekt på ett bra sätt och tar hänsyn till deras synpunkter. Tyngdpunkten i denna bok ligger på den information som behövs för att projektera kommersiella vindkraftverk. Tanken är att kombinera teori © F ö r fatta r en och S tudentlitte r atu r

978-91-44-06899-2_01_book.indd 11

2014-12-19 13:47

Förord

och praktik genom att presentera teorin så att den blir praktiskt användbar. Lagar, ekonomiska spelregler och andra faktorer som styrs av energipolitiken förändras från år till år och blir ofta föråldrade redan innan en bok lämnar tryckeriet. Därför används så långt möjligt generella modeller som kan anpassas till aktuella regler, samtidigt som källorna till dessa regler anges. Den första upplagan av denna bok kom till med ekonomiskt stöd från Energimyndigheten, som på detta vis bidrog till att öka kunskaperna om vindkraft i Sverige. Ett stort tack också till alla dem som har läst igenom delar av manuskriptet och bidragit med värdefulla synpunkter. Ett speciellt tack till professor Ann-Sofi Smedman från Uppsala universitet som har faktagranskat kapitel 4 och 5: Vinden och Vindens kraft; till Björn Montgomerie från FOI som faktagranskat kapitel 6 och 8: Energiomvandling och Vindkraftverkets rotor – samt till Göran Sidén på Högskolan i Halmstad som har faktagranskat kapitel 10: Vindkraftverkets el- och styrsystem. Slutligen också ett tack till författarna till de böcker om vindkraft där jag har hämtat såväl fakta som underlag till många illustrationer. De eventuella fel som förekommer i boken tar jag förstås själv ansvar för. Boken vänder sig till alla som är intresserade av ämnet vindkraft. Det kan vara personer som är nyfikna på denna relativt nya, snabbt växande och ofta hett omdiskuterade energikälla. Vidare till alla som på ett eller annat sätt är engagerade i vindkraft, som delägare, markägare eller projektörer, och som vill fördjupa sina bakgrundskunskaper. Planerare på kommuner och handläggare av tillståndsprövningar på länsstyrelser och hos andra myndigheter bör också ha stor glädje av boken. Den vänder sig också till lärare på gymnasier och högskolor som undervisar om vindkraft, och till studenter som deltar i vindkraftkurser. Vindkraft i teori och praktik kan användas som lärobok på högskolor och universitet. Den bör också fungera bra som bredvidläsningsbok på gymnasiet. Den första upplagan av Vindkraft i teori och praktik kom ut vid årsskiftet 2002/03. Under åren därefter hände en hel del som påverkade förutsättningarna för vindkraft: ett nytt stödsystem – elcertifikat – infördes, riksintresseområden för vindkraft avsattes och den första vindkraftspropositionen i Sverige antogs av riksdagen. För att få med de nya förutsättningar som detta innebar kom boken ut i en ny omarbetad upplaga 2007. Denna version av boken översattes även till engelska (Developing Wind Power Projects, Earthscan 2007). Under de sju år som gått sedan den andra upplagan kom ut 12

978-91-44-06899-2_01_book.indd 12

2014-12-19 13:47

Förord

har vindkraftens utveckling fortsatt i mycket snabb takt såväl i Sverige som internationellt. Den tekniska utvecklingen mot allt större vindkraftverk har fortsatt, och en del nya tekniska koncept har införts. Det finns med andra ord goda skäl att uppdatera innehållet än en gång, i en tredje upplaga av denna lärobok om vindkraft. Även denna nya upplaga kommer snart nog att vara inaktuell på en rad punkter. Därför är det viktigt att kontrollera om siffror och andra uppgifter fortfarande är aktuella. Det finns numera många bra källor för detta på internet, inte minst på Energimyndighetens hemsida. Tore Wizelius

978-91-44-06899-2_01_book.indd 13

2014-12-19 13:47

978-91-44-06899-2_01_book.indd 14

2014-12-19 13:47

K A P I T EL 3

Vindkraftsindustrins utveckling

Oljekriserna på 1970-talet skapade panik i västvärlden, och på 1980-talet förstärktes den ytterligare av kärnkraftsolyckorna i Harrisburg och Tjernobyl. Både allmänheten och politiker sökte efter alternativ. Den lösning som man såg framför sig var en satsning på inhemska och förnybara energikällor som solenergi, biobränslen, vattenkraft och vindkraft. Samtidigt pågick den allmänna miljödebatten om jordens begränsade tillgångar, gränsöverskridande luftföroreningar som orsakade försurning och övergödning. På 1990-talet flyttades uppmärksamheten till koldioxidutsläppen som förstärkte växthuseffekten och hotade att rubba jordens klimat. Energiproduktionen med fossila bränslen stod för merparten av dessa miljöfarliga utsläpp. Energipolitik och miljöpolitik visade sig ha ett intimt samband. Miljöbelastningen kostade samhället stora pengar genom minskade skördar i jordbruket, döende skogar och ökade kostnader för hälsovård, det som kallas energiproduktionens externa kostnader. På FN:s miljökonferens i Rio de Janeiro 1992 och på de internationella klimatförhandlingarna om begränsning av utsläppen av koldioxid och andra växthusgaser har nödvändigheten att övergå till förnybara energikällor getts allt större tyngd.

Nationella vindkraftsprogram I slutet av 1970-talet var de flesta politiker överens om att oljeberoendet måste minska radikalt och att man måste satsa på att utveckla förnybara energikällor. Frågan var bara hur det skulle ske, vem som skulle göra det och hur lång tid det skulle ta. Den fråga politikerna ställde sig var: Hur ska man bäst få fram effektiva vindkraftverk? Svaret de kom fram till var: Satsa pengar på forskning och © F ö r fatta r en och S tudentlitte r atu r

978-91-44-06899-2_01_book.indd 35

2014-12-19 13:47

Del I Introduktion till vindkraften

utveckling. Nästa fråga var vem som kunde göra detta? Svaret låg nära till hands: kraftbolagen, flygindustrin, kraftindustrin. Lösningen blev alltså att staten satsade stora belopp på forskning och utveckling samt demonstrationsprojekt. Uppdraget att utveckla vindkraften gavs åt kraftbolag och storföretag, eftersom det var där kompetensen och resurserna borde finnas. Sverige, Tyskland, England, Nederländerna, USA och många andra länder startade därför nationella vindkraftsprogram enligt denna modell. Målet för programmen var att utveckla stora vindkraftverk med effekter på flera MW, vilket ansågs nödvändigt för att vindkraften skulle kunna ge märkbara bidrag till den nationella elförsörjningen. Under 1980-talet byggdes ett antal stora försöksanläggningar i olika länder. I Sverige fick vi Näsudden I och Maglarp, verk med 2–3 MW effekt. I USA byggdes också verk i samma storlek, bland annat av flygplanstillverkaren Boeing. Tyskarna skulle vara värst och byggde några ännu större vindkraftverk som de dock aldrig fick att fungera, trots att de satsade hundratals miljoner kronor på projekten.

Danskar satsar stort på smått Danskarna slog in på en annan väg. De satsade på marknaden. Politikerna införde generösa statliga investeringsbidrag till vindkraftverk och garanterade ett tillräckligt och säkert pris för vindkraftselen, så att de som satsade pengar på att köpa vindkraftverk skulle få igen sina pengar. Det var en helhjärtad satsning som samtliga politiska partier i folketinget stod bakom. Även danskarna satsade på forskning, faktiskt lika mycket som Sverige, men de pengarna gick till en provstation för vindkraftverk på Risö. I Danmark var det en helt annan typ av företag som började tillverka vindkraftverk. Det var företag som tillverkade lantbruksutrustning; tankar, plogar och liknande. Även företag som tillverkade båtar och maskiner för fiskefartyg gick in i vindkraftbranschen, och en plastbåtstillverkare började tillverka rotorblad. Det var alltså små och medelstora företag, verkstäder och smedjor. De utgick från den kunskap som redan fanns och tillverkade till en början små vindkraftverk som var lämpliga för lantbruk.

978-91-44-06899-2_01_book.indd 36

2014-12-19 13:47

3 Vindkraftsindustrins utveckling

Lantbruk arnas krav

Vad ställer lantbrukare för krav på sina maskiner? De ska vara enkla och robusta, de ska hålla i ur och skur, om de går sönder ska de kunna repareras i lantbrukets egen verkstad. De danska företagen tillverkade vindkraftverk enligt samma princip. De satsade inte på avancerad teknik, utan på enkelhet och hållbarhet. De började tillverka vindkraftverk i blygsam storlek, lämpliga för lantbrukare att installera på sina gårdar. De första var 15–20 meter höga och med en effekt på 20–30 kW. Vindkraftföretagen hade också en stor och trogen kundkrets och en väl utbyggd marknad. Vindkraftverken blev bara ytterligare en produkt i deras sortiment. Många lantbrukare var beredda att köpa egna vindkraftverk, trots att de representerade en ny teknik med betydande risker. Men det fanns också något att vinna; om de fungerade någorlunda bra skulle de ge en bra ekonomisk avkastning. Inte bara bönder, utan även den miljömedvetna allmänheten, satsade pengar på vindkraft genom att bilda så kallade vindmöllelaug, d.v.s. kooperativa föreningar där ett hundratal familjer satsade några tusen kronor var och tillsammans köpte ett vindkraftverk för några miljoner som kunde förse deras hushåll med miljövänlig el. I dag är ca 150 000 danskar delägare i vindkraftverk. Det hittills största kooperativet i Danmark bildades år 2000 i Köpenhamn, där över 8 000 hushåll tillsammans äger 10 av de 20 vindkraftverken i den havsbaserade anläggningen Middelgrund. Danskarna satsade också på att bygga upp en vindkraftforskning på Risö som skulle testa och typgodkänna verken. Det skapade ett fruktbart samspel mellan tillverkare och forskare, som hade många bra förslag på hur verken skulle kunna förbättras. Samtidigt växte antalet vindkraftverk som man kunde få praktiska drifterfarenheter ifrån. Vindkraftverken växte sakta men säkert, nya generationer vindkraftverk utvecklades genom att de tidigare skalades upp. Verkens märkeffekt fördubblades på ungefär 3–4 år. I början på 1980-talet hade verken 20 kW effekt, vid sekelskiftet hade effekten ökat till 2000 kW; på tjugo år har de danska vindkraftverken blivit hundra gånger så stora och effektiva. Marknadsstimulanser visade sig alltså på 1980-talet vara en betydligt effektivare metod för att skapa en vindkraftindustri än aldrig så stora anslag till forskning och utveckling.

978-91-44-06899-2_01_book.indd 37

2014-12-19 13:47

Del I Introduktion till vindkraften

Vindruschen i Kalifornien I Kalifornien infördes ett stödprogram för att skapa en marknad i mitten av 1980-talet, genom förmånliga skatteregler och garanterade avräkningspriser. Det skapade en rusch utan like. En rad olika företag gav sig in i branschen och började tillverka vindkraftverk på ca 50–100 kW. En del tillverkade små gårdssnurror, av samma typ som Windcharger, och skalade helt enkelt upp dem till större format och för nätanslutning. Tusentals verk i denna storleksklass installerades på några få år, och USA blev snabbt det land som hade i särklass mest vindkraft i världen. De snabbt utvecklade och dåligt beprövade verken saknade en viktig egenskap: de var inte driftsäkra, utan blåste sönder. Investerarna såg sig om efter tillförlitligare verk och hittade dem i Danmark. Därmed inleddes en snabbt växande export av vindkraftverk som gav den danska vindkraftsindustrin luft under vingarna. Den kaliforniska vindruschen fick emellertid ett brått slut när stödet till vindkraft avskaffades 1986. Många danska företag hamnade i kris och det ledde till en våg av konkurser och sammanslagningar. Hemmamarknaden fanns dock kvar, och i början av 1990-talet införde även tyskarna ett marknadsstimulanspaket med investeringsbidrag och garanterade avräkningspriser enligt dansk modell. I Danmark avskaffades samtidigt investeringsbidraget, eftersom vindkraften nu kunde stå på egna ben.

Tyskland, Spanien och USA tar upp jakten Tyskland satte i gång ett 100 MW-program som snart utökades till ett 250 MW-program, och danskarna fick en ny, snabbt växande exportmarknad. En stor del av stödet gick dock till tyska fabrikat, och danskarna började få konkurrens av tyska tillverkare. I Tyskland och Danmark betraktas stödet till vindkraft inte bara som en del av energi- och miljöpolitiken, utan också som ett industripolitiskt medel. Stödet får företagen i branschen att växa, så att nya arbetstillfällen skapas och landets tillväxt ökar. Spanien har sedan början av 2000-talet byggt ut vindkraften i mycket snabb takt, och de spanska kraftbolagen har spelat en aktiv roll. Där byggs framför allt stora vindkraftparker, där den äldsta ligger i Tarifa vid Gibraltar. I Galicien, landets nordvästra hörn där vindresurserna är fantastiskt bra, 38

978-91-44-06899-2_01_book.indd 38

2014-12-19 13:47

3 Vindkraftsindustrins utveckling

har många stora vindkraftsanläggningar byggts, men även i andra delar av Spanien. Där har man alltså satsat på en storskalig utbyggnad som en del av landets industri- och regionalpolitik, och det finns en stor vindkraftsindustri i landet. I USA tog marknaden så småningom fart igen, och några inhemska företag utvecklade verk som kunde konkurrera med de danska. I början på 2000-talet byggdes så många stora vindkraftsanläggningar, att USA år 2007 gick om Tyskland som det land som hade mest vindkraft i världen. Den tätpositionen behöll USA till 2010, då Kina övertog förstaplatsen.

Asiens pionjär Indien och boomen i Kina Indien har spelat en framträdande roll som vindkraftspionjär i Asien. På 1990-talet byggde flera europeiska tillverkare fabriker i Indien, på egen hand eller tillsammans med indiska företag. Flera inhemska företag började också tillverka vindkraftverk. I dag konkurrerar Suzlon, det mest framgångsrika av de indiska företagen, på världsmarknaden. I Kina inleddes motsvarande utveckling ett årtionde senare. Kina kom i gång sent med vindkraft, jämfört med Europa och sin asiatiska granne Indien. År 1995 fanns bara 38 MW vindkraft, i ett fåtal små demonstrationsprojekt, och den årliga utbyggnaden höll sig kring blygsamma 50–100 MW fram till 2003. Under 2004 installerades 197 MW och den totala installerade effekten 2004/05 uppgick bara till 764 MW. Sedan inleddes en fantastisk tillväxt, där den installerade effekten mer än fördubblades under ett antal år i rad; 503 MW (2004), 1 337 MW (2005), 3 304 (2006), 6 246 (2007), 12 209 (2008), 25 810 (2009), upp till totalt 91 424 MW 2013/14. År 2010 blev Kina det land i världen som har mest vindkraft. Denna snabba tillväxt tycks kunna fortsätta många år till. Vindkraft har blivit en framgångssaga för Kina.

Global utveckling Denna snabba tillväxt ägde till en början rum bara i ett fåtal länder: Danmark, Tyskland, Spanien, USA, Indien och Kina. Under 2007–08 satte utbyggnaden fart även i länder som Kanada, Australien, Brasilien, Italien, Frankrike och Portugal. I dag används vindkraft – i stor eller liten utsträckning – i alla

978-91-44-06899-2_01_book.indd 39

2014-12-19 13:47

Del I Introduktion till vindkraften 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

a rig Öv

e ig Sv er

ike kr

m Da n

n lie

Fr an

Ita

en ni

en di

br ita n

St or

ien

d lan

Sp an

Ty sk

Figur 3.1 Vindkraft i världen, 2013/14. Installerad effekt i [GW].

världsdelar och i över hundra länder i världen. Länder där utvecklingen än är i sin linda kan se fram mot en snabb tillväxt på denna marknad under kommande år (se figur 3.1).

Sverige länge på efterkälken I denna snabba tillväxt och utveckling av en ny industribransch har Sverige legat på efterkälken. I början av 1990-talet infördes ett investeringsbidrag som satte i gång utbyggnaden. Några år senare infördes också en miljöbonus som var konstruerad så att vindkraftsproducenter fick tillgodogöra sig elskatten. Det var importerade danska och tyska verk som installerades. År 2003 infördes ett helt nytt stödsystem med så kallade elcertifikat. Utbyggnaden fortsatte i ganska blygsam takt fram till 2006, då Vattenfall tog i drift den havsbaserade vindparken Lillgrund i Öresund, och från 2007 började utvecklingen till slut sätta fart även i Sverige. När utbyggnaden i Sverige inleddes i början av 1990-talet var vindkraftverken relativt små, med en märkeffekt på 150–600 kW, och installerades som enstaka verk eller i små grupper med 2–6 verk. Under de senaste åren (2005– ) är de flesta vindkraftverk stora (1–3 MW), dyra och installeras oftast i stora vindkraftsparker. 40

978-91-44-06899-2_01_book.indd 40

2014-12-19 13:47

3 Vindkraftsindustrins utveckling 5 000 4 500 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000

1 500 1 000 500

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

Figur 3.2 Vindkraftsutbyggnad i Sverige 1992–2013, MW. Den ljusa delen längst upp på staplarna visar ny installerad kapacitet under året, hela stapeln visar den totala installerade effekten.

Danmark och Tyskland, de länder som har lett utbyggnaden av vindkraft på 1990-talet (Danmark) och 2000-talet (Tyskland), ligger fortfarande före Sverige, även om utbyggnadstakten här ökade kraftigt under 2007 och 2008. Fram till dess hade den årliga ökningen varit mindre än 100 MW. Både 2007 och 2008 installerades 236 MW; under femårsperioden 2009– 2013 ökade takten än mer, och den installerade effekten ökade från 1 084 MW i slutet av 2009 till 4 470 MW vid årsskiftet 2013/14, en ökning med 412 procent (se figur 3.2).

Allt större vindkraftverk På drygt tio år utvecklades vindkraftsindustrin i Danmark till en ny industribransch. Storleken på verken hade ökat från 25 kW i början av 1980-talet © F ö r fatta r en och S tudentlitte r atu r

978-91-44-06899-2_01_book.indd 41

2014-12-19 13:47

Del I Introduktion till vindkraften

Faktaruta 3.1 Typer av vindkraftverk

Det finns vindkraftverk av många olika slag för olika funktioner. De kan klassificeras efter storlek, konstruktion och funktion. När det gäller storlek finns det ingen allmänt vedertagen klassificering, eftersom verkens storlek förändras så snabbt. Följande indelning är rimlig 2014: Mikroturbiner – små vindsnurror som används som batteriladdare på segelbåtar och husvagnar, med mindre än 1 kW effekt och rotordiameter kring 1 m. Gårdsverk – lite större vindkraftverk med 1–15 m rotordiameter och 1– 50 kW effekt som används för att producera el för eget bruk eller för uppvärmning via elpatron. Medelstora verk – kommersiella vindkraftverk för anslutning till elnätet, med effekt på 50–1 000 kW och rotordiameter på 15–55 m. MW-verk – verk för nätanslutning, med effekter på 1–2 MW och rotordiameter på 55–80 meter. Multi MW-verk – vindkraftverk med > 2 MW effekt och rotordiameter på 80–150 meter. Offshore-verk – vindkraftverk med > 3 MW effekt och rotordiameter > 100 meter, specialbyggda för havsbasering. Vindhjul för vattenpumpning är fortfarande mycket vanliga i länder med omfattande boskapsskötsel. Där omvandlas vindens energi direkt till mekaniskt arbete. De är i regel ganska små, med 3–5 meters rotordiameter och en effekt på ett par kW. Verken ovan är alla horisontalaxlade snabblöpare (med undantag för vindhjulet). Det finns vertikalaxlade konstruktioner också: Savoniusrotorn, Darrieusturbinen och Giromillen som beskrivs närmare i delen Teknik. Såväl Savonius- som Darrieusrotorn används i små modeller som batteriladdare (exempelvis på fyrar eller telemaster långt från elnätet). Darrieusrotorn finns även i betydligt större modeller. Tyngdpunkten i denna bok ligger på vindkraftverk för anslutning till elnätet.

978-91-44-06899-2_01_book.indd 42

2014-12-19 13:47

3 Vindkraftsindustrins utveckling

till 250 kW i början av 1990-talet, till 2 500 kW i början på 2000-talet och vidare till 5 000 kW 2010, samtidigt som industrin arbetar febrilt med att konstruera ännu större verk. De kommersiella vindkraftverken är nu större än de prototyper som byggdes med statliga medel på 1980-talet, med den skillnaden att dagens verk är ekonomiskt konkurrenskraftiga och har hög teknisk tillgänglighet; de fungerar. För varje ny generation vindkraftverk har kostnaden per producerad kWh sjunkit. Att vindkraftverken skulle växa till dagens storlek har långt ifrån varit självklart. Om man ökar radien på rotorn till det dubbla, ökar arean fyra gånger, samtidigt som vikten ökar åtta gånger. Och priset är proportionellt mot vikten. Därmed borde det finnas en gräns där kostnadsökningen blir större än produktionsökningen. Det räcker inte att bara skala upp komponenterna, utan man måste samtidigt utveckla dem på olika vis så att inte vikten ökar för mycket och utveckla konstruktionerna så att belastningarna på verken inte blir för stora (se faktaruta 3.1).

Tillverkningsstrategier De företag som tillverkar vindkraftverk har följt två olika strategier: Vissa företag har inriktat sig på att köpa billiga serietillverkade standardkomponenter (generator, växellåda, bromsar), lägga ut produktionen (torn, rotorblad, styrsystem) till underleverantörer, själva bara specificera komponenterna, och montera ihop dem. Det har varit den vanligaste strategin. Andra företag har satsat på att tillverka så många komponenter som möjligt inom det egna företaget. I början av 2000-talet konvergerade de två strategierna. Marknaden hade blivit så stor att underleverantörerna kunde tillverka komponenter till vindkraftverk i långa serier, och tillverkarna så stora att de kunde köpa upp och inlemma underleverantörerna i sina bolag. Genom att använda skräddarsydda komponenter och mjuka upp konstruktionerna på olika vis för att minska belastningarna och därmed också dimensioner och vikt på olika komponenter, har det blivit möjligt att öka storleken på vindkraftverken utan att kostnaderna har rusat i väg.

978-91-44-06899-2_01_book.indd 43

2014-12-19 13:47

Vindkraft i teori och praktik

i teori och praktik

Tore Wizelius | Vindkraft

Tredje upplagan Art.nr 7885

3:e uppl.

TORE WIZELIUS www.studentlitteratur.se

978-91-44-06899-2_01_cover.indd 1

2014-12-18 16:23