Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
Vindkraftprojektering på Rata Storgrund
Handledare: Lars Bäckström
Av: Henrik Svahn, Gustav Larsson
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
1 INLEDNING .............................................................................................................................................. 3
2 MILJÖKONSEKVENSBESKRIVNING ................................................................................................ 3
2.1 SAMMANFATTNING ............................................................................................................................... 3
2.2 BAKGRUND ........................................................................................................................................... 4
2.3 LOKALISERING...................................................................................................................................... 5
2.3.1 Områdets lämplighet för vindkraft ............................................................................................... 5
2.3.2 Alternativa platser ....................................................................................................................... 6
2.3.3 Nollalternativ ............................................................................................................................... 6
2.4 EKOLOGISKT VÄRDE ............................................................................................................................. 6
2.5 MARKANVÄNDNING ............................................................................................................................. 7
2.6 LJUD ..................................................................................................................................................... 7
2.7 VISUELL PÅVERKAN ............................................................................................................................. 7
2.8 ELEKTROMAGNETISKA FÄLT................................................................................................................. 7
2.9 FÅGLAR ................................................................................................................................................ 8
2.10 ÅTERSTÄLLANDE ................................................................................................................................ 8
3 TEKNIK ..................................................................................................................................................... 8
3.1 FUNDAMENT ......................................................................................................................................... 8
3.1.1 Pålfundament ............................................................................................................................... 9
3.1.2 Gravitationsfundament................................................................................................................. 9
3.2 ISBILDNING ........................................................................................................................................... 9
4 PRODUKTIONSKALKYL .....................................................................................................................10
5 KÄLLFÖRTECKNING ...........................................................................................................................11
6 BILAGOR .................................................................................................................................................12
BILAGA 1 ...................................................................................................................................................12
BILAGA 2 ...................................................................................................................................................13
BILAGA 3 ...................................................................................................................................................14
BILAGA 4 ...................................................................................................................................................15
2
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
1 Inledning
Då solen skiner värmer den luften i atmosfären. Detta skapar temperaturskillnader och
därmed tryckskillnader. Dessa tryckskillnader sätter luften i rörelse och ”vind”
uppkommer. Denna naturkraft har människan utnyttjat länge för mekaniskt arbete i form
av bland annat väderkvarnar. Numera omvandlas energin till elektricitet med hjälp av en
generator och kan på så sätt användas på annan plats en där just vindkraftverket är
stationerat.
2 Miljökonsekvensbeskrivning
2.1 Sammanfattning
Vi har för avsikt att uppföra 4 st vindkraftverka á 4.5 MW, på Rata storgrund i
Robertsfors kommun. Den installerade effekten beräknas till ca 18 MW, vilket enligt våra
beräkningar ger en årsproduktion på 56,5 GWh. Detta motsvarar konsumtionen av
hushållsel i ungefär 10000 normalvillor (6000 kWh/år) eller 30000 lägenheter.
Vindkraftverken planeras ha en navhöjd på ca 124 meter och en rotordiameter på 114
meter.
Vindkraft producerar el utan utsläpp och innebär därmed en liten belastning på naturen.
Vår vindkraftpark bidrar därför till en minskning av utsläpp som annars sker vid
nuvarande energiproduktion.
Området för placering av våra vindkraftverk ligger ca 8 km utanför kusten i Robertsfors.
Eftersom området är grunt och har bra vindstatistik, är det väl lämpat för
energiproducering med hjälp av vindkraftverk. En vindkraftanläggning på området skulle
heller inte konkurrera med några allmänna intressen för natur eller friluftsliv. Området
har heller ingen detaljplanering som kan hamna i konflikt med våra intressen och kan
därmed anses lämpligt som platsval.
Vindkraftverk kan medföra störningar i form av buller, reflexer och skuggor. Dessa
störningsmoment kommer inte att vara aktuella vid föreslagen projektering eftersom
avståndet till närmsta bebyggelse eller rekreationsområde är avsevärt.
Vindkraftverken kan anses som störande av landskapsbilden. Dock tror vi att
Vindkraftparken kommer att ge betraktaren en positiv bild av Robertsfors som ett
miljötänkande och framtidssatsande samhälle.
Under byggnation och nedmontering av vindkraftparken kommer vissa störningar, främst
i form av oljud från transporter, att förekomma. Detta kommer dock bara att förekomma
under en begränsad tid och kan inte anses vara betydande.
3
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
Sammantaget kommer en vindkraftpark på Rata storgrund att ha följande effekter:
Positiva miljöeffekter genom att miljöskadlig elproduktion kan ersättas.
Påverkan av landskapsbilden.
Viss störning av djurlivet
Konsekvenserna bedöms som små för växter, djur och fågelliv. Dock kommer
anläggningen att följas noggrant för att säkerställa att avsevärd naturpåverkan inte sker.
Nollalternativet till anläggning av vindkraftparken medför en fortsatt negativ
miljöpåverkan i form av annan energiproduktion.
Samrådsmöte med berörda parter kommer att hållas för att delge berörda parter
information om parken samt att försöka undvika intressekonflikter.
2.2 Bakgrund
Världens elproduktion kommer idag främst från kärnkraft och fossileldade kraftverk. Det
senare alternativet leder till stora utsläpp av växthusgasen koldioxid. Om dessa utsläpp
fortsätter att ligga på samma nivå som idag kommer jordens medeltemperatur att öka med
ca 2 grader fram till 2100. Detta kommer i sin tur att leda till att havsytan kommer att
stiga med minst 50 cm, oerhörda klimatförändringar och försämrade livsvillkor för en
stor del av jordens befolkning.
Vindkraft å andra sidan producerar helt ren energi. Den ger inga utsläpp och lämnar inga
skadliga avfall efter sig. En utbyggnad av denna form av energikällor skulle alltså ha en
positiv effekt på naturen i stort.
4
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
2.3 Lokalisering
Vårt studerade område ligger ca 8 km öster om Robertsfors
2.3.1 Områdets lämplighet för vindkraft
SMHI:s Vindstatistik över området visar på goda förutsättningar för en lokalisering av
vindkraftverk på angiven plats. De platser där vinddata har undersökts från i projektet är
Umeå flygplats, Bjuröklubb, Holmögadd. Dessa platser visar på medelvind på 7,1 m/s
under året. Statistiken bygger på mätningar på 50 meters höjd, dock antar vi att
vindhastigheten kommer att vara avsevärt högre vid vår navhöjd. Detta stärker vår tro på
placering.
5
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
2.3.2 Alternativa platser
Den valda lokaliseringen har många goda förutsättningar för placering av vindkraftverk.
Väldigt få andra alternativ finns längs norrlandskusten eftersom dessa grund, om de inte
störs av något annat, har ett rikare djur och växtliv och därmed bör skyddas från
exploatering. De egenskaper som efterfrågas vid en god placering är
2.3.3 Nollalternativ
Om inga vindkraftverk etableras innebär det att 56,6 GWh årligen måste produceras på
annat sätt. I dagsläget innebär det kolkondens och en kraftig störning av miljön. Detta är
inget långsiktigt alternativ, se avsnitt Bakgrund.
2.4 Ekologiskt värde
Utsjöbankar är upphöjningar från berggrunden som omges av djupare vatten. Rata
Storgrund är just en sådan utsjöbank. Dessa utsjöbankar fungerar ofta som tillflyktsorter
för organismer som tidigare varit vanliga i grundare, mer kustnära områden där de
försvunnit på grund av olika störningar. De flesta av dessa utsjöbankar har höga
ekologiska värden så vi genomförde en genomgående studie av Rata Storgrund, för att
jämföra dess biologiska värde gentemot andra utsjöbankar.
Enligt en undersökning utförd av Naturvårdsverket på tiotalet utsjöbankar visar det sig att
Rata Storgrund har jämförelsevis lågt ekologiskt värde jämfört med andra utsjöbankar
längs den svenska kusten. Flera av de alternativa utsjöbankar vi undersökt har högre
ekologiska värden samt att flera av dem förslås ingå i Baltic Sea Protected Areas
(BSPAs) eller Marine Protected Areas (MPAs). Rata Storgrund föreslås inte ingå i någon
av dessa projekt.
Naturvårdsverkets krav på eventuell placering av vindkraftverk på utsjöbankar är:
1) Enskilda vindkraftverk får inte placeras i särskilt känsliga habitat.
2) En föreslagen vindkraftspark måste placeras utanför det mest ekologiskt
känsliga området på banken.
Vi har tittat lite närmare på undervattensmiljön på vårt föreslagna grund. Rata Storgrund
består till största delen av morän med mindre blottade berghällar.
Jämfört med andra utsjöbankar längs den svenska kusten är artdiversiteten på Rata
Storgrund lågt. Till stor del beror detta på den låga salthalten men även klimatfaktorer
som lång isperiod inverkar på kargheten. Befintlig vegetation är i princip uteslutande
ettårig som följd av dessa förhållanden. Den vegetation som finns domineras av olika
typer av alger.
6
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
Det finns ett fåtal snäckor dominerar djurlivet tillsammans med tångmärlor. En del
svampdjur är relativt vanligt förekommande på stenar. Även ett fåtal fiskarter har
påträffats, däribland tånglake och olika typer av simpor. I utkanterna av banken i de djupa
delarna finns rikliga mängder av pungräkor. Endast en rödlistad art har påträffats, (detta
gäller alla undersökta bankar i Bottenviken), tånglake. Tånglake är listad i kategorin
"missgynnad".
2.5 Markanvändning
Platsen för etablering används i dagsläget inte. Den är av naturliga skäl fri från sjötrafik
och militären har inga intressen som konkurrerar med våra intressen. Platsen omfattas
heller inte av något riksintresse att ta hänsyn till. Inga intressen vare sig för naturvården,
det rörliga friluftslivet eller kulturminnesvård finns i området.
2.6 Ljud
Vindkraftverk alstrar två olika typer ljud. Dels det maskinella som i sammanhanget kan
anses som marginellt, och dels det aerodynamiska som i fallet är det väsentliga. För
vindkraft tillämpas naturvårdsverkets riktvärden för industribuller. Detta innebär att
ljudnivåerna inte får överstiga 35 dB(A) nattetid. Dagtid accepteras en något högre
ljudnivå. Eftersom verken placeras långt ifrån bebyggelse och närmsta bebyggelse är en
hamn som själv alstrar ljud, tas inte ljud upp som något relevant hinder för etablering.
2.7 Visuell påverkan
Under vissa omständigheter kan rotorbladen från vindkraftverken kasta störande skuggor.
Framförallt när solen står lågt och sikten är god kan detta vara en störningskälla.
Skuggorna blir dock diffusare med ökat avstånd från källan och på samma sätt som med
buller, hävdar vi att detta inte kommer vara ett relevant störelsemoment. Dessa verk
kommer att synas från land men på ett sådant avstånd att landskapsbilden endast kommer
ändras marginellt.
2.8 Elektromagnetiska fält
Runt oisolerade strömförande kablar bildas elektromagnetiska fält. Detta skulle kunna
komma att utgöra ett problem för fiskar i verkens närhet. Studier för att styrka detta finns
dock inte och då strömförande kablar inte är något ovanligt i vatten och några kända
problem med detta inte finns anser vi inte detta vara något hinder heller.
7
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
2.9 Fåglar
Enligt undersökningar har det visat sig att det finns en viss risk att fåglar antingen
krockar mot tornen eller rotorbladen. Hos mindre fåglar uppges även turbulensen bakom
rotorerna kunna leda till problem. Studier från existerande anläggningar visar att detta
inte är ett betydande problem.
2.10 Återställande
Vindkraft kan tas bort lika snabbt som det sätts upp. Efter att anläggningen tjänat sin
tekniska och ekonomiska livslängd eller att det skulle visa sig vara olämpligt placerat,
kan verken mycket snabbt monteras ner. Verken går att till större delen återvinna och
mark och landskapsbild kan återställas. Den påverkan som borttagning av fundamenten
innebär är osäkert. De eventuella nya arter som har uppkommit i och med en förändrad
bottenmiljö kommer förmodligen att återgå till nivåer som fanns innan förändringen.
3 Teknik
De vindkraftverk vi tänker använda är ENERCON E-112/45.114. Dessa är trebladiga
turbiner med variabelt varvtal. Detta innebär att de kan anpassa effektuttag och ljudnivå
efter vindförhållanden. Rotordiametern är 114 och bladen är täckta med ickereflekterande film. Verken kan var för sig leverera 4,5 MW i maxeffekt och på det
studerade området beräknas de fyra verken kunna producera cirka 56,6 GWh/år. Detta
motsvarar konsumtionen av hushållsel för cirka 10000 normalstora villor eller 30000
lägenheter. (med antaget årsbehov på 6000 kWh för villorna och 2000 kWh för
lägenheterna) Verken som vi planerar att bygga kommer att vara godkända enligt
boverkets regler. Detta godkännande innebär att de tål väldigt höga vindhastigheter och
är konstruerade för att hålla i minst 20 år.
Den el-anslutning som krävs kommer att ingå i Umeå Energis ledningsnät. Anslutningen
kommer att ske via undervattenskabel in till centralstationen som är placerad på land.
Från denna station kommer kabel att dras till befintligt elnät. Denna kabel kan dras
antingen som luftburen ledning eller som jordkabel.
3.1 Fundament
Vid projekteringen av vår vindkraftspark på Rata Storgrund visade det sig att två typer av
fundament var aktuella: pålfundament och gravitationsfundament.
8
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
3.1.1 Pålfundament
Ett pålfundament är, precis som det låter, pålar som borras ner i botten som grund för
kraftverket.
3.1.2 Gravitationsfundament
Detta fundament föregås av preparering av havsbotten. En grävskopa jämnar ut botten i
en diameter om cirka 20 meter på platsen för fundamentet. Därefter läggs ut ett bärlager i
form av krossad kalksten. Fundamentet bogseras ut med pråm placeras sedan ovanpå
detta bärlager. Runt fundamentet läggs sedan kalkstenskross och stenar (50 - 150 mm)
som erosionsskydd för bärlagret.
På Rata Storgrund har vi, efter att undersökt båda möjligheterna, kommit fram till att
gravitationsfundament är mest fördelaktigt och kommer således att användas.
Det avgörande har varit skillnaden i installationskostnad. Vid användande av
gravitationsfundament kan vi undvika dyra landtransporter av de komponenter som
behövs för pålfundament i och med att våra komponenter kan tillverkas väldigt havsnära.
Grumlingen kommer även att vara betydligt mindre vid användning av
gravitationsfundament jämfört med borrning.
Våra fundament kommer att uppta en area på ungefär 1000 m2 (att jämföra med ca 125
m2 för pålfundament). Detta kommer att leda till en viss förlust av födoyta för
bottenlevande varelser i området men bedöms vara insignifikant eftersom det utgör en så
liten del av revets totala yta. Vårt erosionsskydd kommer å andra sidan att skapa ett
konstgjort rev som gynnar fisk för födosök samt gömställen för yngel och mindre fisk.
Detta gör också att den yta som organismer kan fästa sig vid ökar vilket gynnar musslor,
snäckor och vissa typer av alger. Sammantaget kommer alltså fundamenten gynna de
organismer som är revlevande medan de som lever på sandbotten kommer att få en
marginellt mindre yta att leva på.
3.2 Isbildning
Ett problem med vindkraftetablering till havs är de krafter som uppkommer på
fundamentet av våg- och islaster. Dessa är viktiga parametrar i dimensioneringen av
fundamentstrukturen.
Om vi studerar sannolikheten för isförekomst, se bilaga 1, så ser vi att det kommer att
ligga is till 100 % på Rata Storgrund vid vissa tillfällen under vintern. Enligt bilaga 2 så
ser vi att isen kommer att vara mellan 30 och 50 centimeter tjock.
9
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
De mest signifikanta lasterna orsakas av drivande is som bryts sönder mot fundament. Is
som träffar ett cirkulärt föremål går sönder genom krossning medan is som träffar
sluttande strukturer går sönder genom böjning. Detta leder till att krafterna på den
sluttande strukturen blir betydligt mindre eftersom inte all kraft verkar vinkelrätt mot
fundamentet utan avleds uppåt. Lösningen på detta är att använda oss av en konisk
fundamentsstruktur vid vattenytan. Detta gör att de statiska lasterna minskas till en
tredjedel. Även de dynamiska lasterna minskas avsevärt.
Ett problem med en konformad struktur är att vattenytan kan variera kraftigt. I
Bottenviken kan den ligga ±1 meter. Detta gör att dimensioneringen av fundamentet
försvåras och det kan vara svårt att finna en lämplig placering på denna utan att den blir
alltför stor.
Om isen är stillastående under en längre period kan den frysa fast på underlaget. Denna
fastfrysning måste brytas upp för att konen ska ha önskad verkan. Eftersom isen vandrar
uppför konen så kan uppbyggnaden av isblock mot tornet bli mycket dramatisk och
höjder upp till tio meter bedömer vi som möjliga.
4 Produktionskalkyl
Intäkterna vindkraftsparken kan tänkas leverera är direkt påverkade av vilket elpris de
kan sälja till. I våra beräkningar har vi utgått från ett elpris på 50 öre/kWh. Detta är ett
uppskattat dagspris, beräkningarna sker med reservation för framtida prisändringar.
Vår årliga intäkt ges av Årsproduktionen multiplicerad med försäljningspriset subtraherat
med driftskostnader
Årlig intäkt = 56,6∙106kWh ∙ 0,50 kr/kWh – 519000 = 23,1 Mkr.
Återbetalningstiden ges av investeringskostnaden dividerat med den årliga intäkten.
Återbetalningstid = 160,4∙106 / 23,1∙106 = 7,1 år
Vår vindkraftspark generar alltså vinst efter sju år. Den årliga intäkten blir därefter cirka
23 miljoner.
Våra antagna kostnader för investering och underhåll redovisas i bilaga 3.
10
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
5 Källförteckning
Vindkraft I teori och Praktik, Tore Wizelius, Studentlitteratur 2003
http://www.boverket.se/upload/publicerat/bifogade%20filer/2003/planering_och_provnin
g_av_vindkraftsanlaggningar.pdf#search=%22vindkraftverk%20fundament%20konisk%
22
http://www.sofnet.org/apps/file.asp?Path=2&ID=1448&File=Vindkraft+och+faunakonfli
kter.pdf#search=%22vindkraft%20havs%20problem%22
http://www.vindenergi.org/Vindforskrapporter/CTH_Trumars_Rapport2002_2.pdf#searc
h=%22vindkraft%20havs%20problem%22
http://www.vindkompaniet.se/bilder/projektbeskrivning_Rautiorova.pdf
http://www.vindenergi.foi.se/Rapporter/FOIR0108_is.pdf
11
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
6 Bilagor
Bilaga 1
12
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
Bilaga 2
13
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
Bilaga 3
Investeringskostnad
Moment
Verk
Fundament
Kabel
Mark
Projektering
S:a
Kostnad (kr)
144000000
7200000
3600000
3600000
2000000
Specifik kostnad (kr/kW)
8000kr/kW
400kr/kW
350kr/kW
200kr/kW
160400000
Driftskostnad
Moment
Service
Försäkring
Administration
Elmätning
Telefon
Fastighetsskatt
S:a
kostnad
(kr/år)
180000
144000
15000
28000
8000
144000
Specifik kostnad (per år)
40 kr/kW
32 kr/kW
15000kr
7000kr/verk
2000kr/verk
40kr/kW
519000
14
Umeå Universitet
Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik
Vindkraft C
2006-10-18
Bilaga 4
Resultat från WindPro-simulering
15
