Erfarenheter av NNH vid vindkraftprojektet
i Markbygden
2010-12-07
Danjel Henriksson, Svevind AB Ansvarig GIS/ Projektutvecklare
0. Svevind AB
Svevind är ett privatägt företag inom vindkraftbranschen med säte i norra Sverige. Företaget planerar, utvecklar, säljer och driver landbaserade vindkraftsprojekt. Projekten varierar i storlek och omfattar allt ifrån enskilda till flera hundra verk. Svevinds största projekt är beläget i Markbygden i Piteå kommun och har förutsättning att bli den största vindkraftparken i Europa och kanske i världen. Den samlade produktionen väntas bli 8-12 TWh. Det är i detta projekt, som tack vare sin nationella särställning prioriterats i scanningen, vi har fått möjlighet att använda data från nya nationella höjdmodellen i projekteringen.
Vi på Svevind upplever initiativet med att ta fram en ny nationell höjdmodell, och användandet, av NNH som mycket positivt. Vi ser stora möjligheter till att förbättra och effektivisera planeringen. Vi har blivit ombedda att lämna erfarenheter av användningen och denna rapport beskriver kort de vinster vi upplevt med NNH.
Till att börja med ges en genomgång av huvuddragen i arbetsmomenten vid vindkraftprojektering;
Svevind letar lämpliga lokaliseringar med hänsyn till rådande vindförutsättningar, ledningsnät, förekomst av motstående intressen samt utvecklingsmöjligheter för bygden.
Anläggningens utformning planeras översiktligt och underlag för tillståndsansökan tas fram. Utredningsarbetet görs i samråd med berörda privatpersoner, organisationer och myndigheter.
När projektbeskrivningar och miljökonsekvensbeskrivningar är färdiga görs tillståndsansökan eller bygganmälan.
Svevind Holding AB bildar för vart och ett av projekten ett dotterbolag som ansvarar för projekteringen. Även uppförande och ägande kan ske inom Svevind Holding ABs dotterbolag.
När anläggningen fått tillstånd kan Svevind Holding AB eller det aktuella dotterbolaget sälja hela eller delar av projektet eller behålla det för anläggning och drift i egen regi.
Bild 0. Nedre delen av ett torn från bygget av pilotanläggningen på Dragaliden, Piteå.
1. Nyttan av nya nationella höjdmodellen vid planering av vindkraft.
Vindkraftsprojektering är till sin natur nära angränsande till samhälls- planering och har i ljuset av det liknande grundbehov av geografiskt data.
Geografiskt data krävs inte minst för att planera intrånget av en vindkraftetablering i relation till samhällets övriga intressen, men även för att kunna göra bedömningar på detaljprojekteringsnivå och därigenom optimera parkens funktion.
När det gäller data för en övergripande samhällseffektiv planering används mest tillgänglig myndighetsdata och befintlig grunddata i form av vägkartan, terrängkartan eller fastighetskartan beroende på kravet på upplösning. När det gäller detaljprojektering har erfarenheten visat att gamla höjdmodellen inte håller tillräckligt hög klass vare sig vad gäller precision eller upplösning. Den nya nationella höjdmodellen innebär en revolutionerande förbättring i möjligheten att på ett tidigt stadium kunna väga in fysiska aspekter i planeringen.
Planeringen av en vindkraftsanläggning innebär, förutom att verkens positioner föreslås inför en miljöprövning, att vägdragningar, kranuppställningsplatser samt stråk för elektrisk ledning och kabel ritas in på kartan. För samtliga intrång finns några gemensamma nämnare;
geologi, hydrologi och funktion. Dessa kunde tidigare, med den gamla nationella höjdmodellen, bara delvis optimeras och vägas mot varandra men med ett nytt, aktuellt och mer noggrant data finns goda möjligheter att redan vid skrivbordet och projektets inledande faser göra kvalificerade bedömningar som annars varit kostsamma och lagts i ett senare projekteringsskede då investeringen setts mer säker.
Bild 1. 3D-vy från Fughro-viewer där punktmolnet ritats ovanpå en TIN för ett område där en ny transformatorstation planeras. Kraft-
ledningsgatan för befintlig 400kV-ledning framträder tydligt i bildens högra del liksom väg 373 som skär snett uppåt från bildens nedre vänstra hörn. Stigar, bäckar/diken och kalhyggen är också saker som framträder i punktmolnet. Zoomar man in på kraftledningsgatan och tar ut ett tvärsnitt (som i bilden nedan) kan ledarna anas. Vi får också en uppfattning av under- och omgivningsvegetationens höjd.
Bild 2. Ett tvärsnitt ur rådatapunktmolnet över en kraftledningsgata.
2. Geologi
Vid byggande av skogsbilväg och uppställningsplatser för de kranar som ska användas för monteringen av vindkraftverken är markens beskaffenhet av yttersta vikt. Då vägarna byggs för kortaste möjliga förfallstid, samt för att klara mycket krävande transporter (22 tons axeltryck) är det av stor vikt att projekteringen görs noggrant -för att spara tid, pengar och miljö på såväl byggande som underhåll.
Utan tillgång till NNH planeras vägarna grovt medelst fastighetskarta, ortofoton och, i till den grad det anses nödvändigt, fältbesök. För att sedan - när miljötillstånd medgivits - detaljprojekteras inför byggandet. Detta leder ofta till att begränsningar i miljötillståndet hindrar optimal planering vilket ofta medför såväl större intrång som högre kostnader eller att tillstånden hålls allt för generella för att någon planerad miljöhänsyn i praktiken skulle vara garanterad.
Med den nya nationella höjdmodellen kan geologisk information bättre utläsas från terrängmodellen och intrånget begränsas på så sätt att väg dras där förhållanden är så goda som möjligt och uppställningsplatserna planeras så att massbalansen går ihop. Verkens lokaliseringar kan bestämmas till områden med lokala höjdlägen, torr mark och ett lagom tjockt jordtäcke för att minimera sprängningspåverkan. Till höger (bild 3 och bild 4) syns en hillshade samt ett ortofoto för samma plats som bild 1 från föregående sida.
Viktigt att poängtera är att en bra terrängmodell inte är allena frälsande vid fysisk planering och att även annan data krävs i kombination med Lidar- scanningen för att ge maximal utväxling. T.ex. ortofoto eller mark- täckedata.
Bild 3. Hillshade (HS) över exempelområdet från bild 1. Diken, vägar och geologiska strukturer syns tydligt. Man kan också notera att en HS inte säger något om vegetationen och kraftledningsgata och kalhygge syns inte.
Bild 4. Ortofoto och höjdkurvor, 1 m ekvidistans ger en annan bild av markförhållanden.
3. Hydrologi
Att känna till markens hydrologiska egenskaper är viktigt inte minst ur naturhänsynsperspektiv, men även för att bedöma tjälfarlighet och bärighet. Det finns många sätt att bedöma markens hydrologiska egenskaper. Terräng/fastighetskartans våtmarkspolygoner är säkerligen bland det enklaste redskapet för att skilja på olika markklasser, ehuru är inte noggrannheten speciellt hög. Med hjälp av data i NNH kan landskapets topografi bestämmas med högre precision vilket gör att vattendelare kan identifieras och avrinningsområden bestämmas (se bild 5 t.h.).
Vattendelarna är viktiga att identifiera för att våtmarkspassager ska kunna genomföras på ett för naturen så skonsamt sätt som möjligt och på ett anläggningstekniskt enkelt sätt. Förslag på två verktyg som kan användas härvid är endera ”aspect” varmed en ytas riktning bestäms och verktyget
”slope” som ger en ytas lutning.
4. Produktion –vindens betydelse för vindkraften
Då det gäller att för givna ramvillkor, satta av t.ex. naturvärden eller andra samhällsintressen, optimera produktionen är det höjdlägen i terrängen som är absolut viktigast. Trots att det ser platt ut i stor skala är terrängen i regel alltid mycket komplex och inom ett givet område finns det alltid kullar, ryggar och sänkor. Genom att uteslutande lokalisera vindkraftverken på lokala höjder kan därmed produktionen optimeras. Här innebär den högre upplösningen i NNH en sensationellt stor skillnad mot tidigare data.
Vindens hastighet tilltar med höjden (se bild 6 på nästa sida) och därmed ökar effekten. För att förstå vikten av detta tittar vi på skrivningarna för rörelsemängd, rörelseenergi och vindens natureffekt:
Rörelsemängd, :
Rörelseenergi, :
Vindens natureffekt, : Det vi ser är att effekten ökar med kubiken på hastigheten. Generellt kan man säga att en ökning av vindens hastighet med 1,26 dubblar produktionen i ett givet ögonblick.
Bild 5. Terrängkarta och transparent HS med höjdkurvor från NNH. Här ser man differensen mellan höjdkurvor från NNH (lila) och de
kartografiska kurvorna på en ”gammal” terrängkarta. Ekvidistansen är visserligen 5 meter men det är ändå lätt att uppfatta de skillnader som uppenbart finns.
Således är varje liten möjlighet att höja verkets vindresurs av vikt för att optimera produktionen. Detta görs genom att lokala kullar och åsar som tidigare varit osynliga i terrängmodellen kan lokaliseras. Till detta är NNH förträffligt och slår i vissa fall en bedömning i fält, som ibland i skogslandskap blir bristfällig på grund av brist på helhetsperspektiv.
Enligt beräkningar på publikt vinddata från Dragaliden (bild 6) producerar vi 6600 MWh på 138 m och 5700 MWh på 108 m navhöjd. Antar vi ett linjärt förhållande blir produktionsökningen 30 MWh eller 0,5 % per meter.
5. Vindenergiberäkningar
Frågan har diskuterats huruvida vindenergikarteringen kommer att revolutioneras tack vare den nya höjdmodellen. Det är inte undertecknads uppfattning att NNH kommer att leda till någon revolutionerande förbättring, främst eftersom vinden är ett storskaligt fenomen och den befintliga nationella 50-metersgittret på en storskalig nivå fungerar rätt bra. Även för sajtspecifika vindberäkningar finns det saker som påverkar mer än terrängmodellens upplösning. Det kan vara beräkningsmodellernas godhet, förmågan att skatta vegetation (vilket visserligen kan göras för scanningstidpunkten medelst rådata från NNH) eller kunskap om små terrängförändringars exakta påverkan på vindklimatet 100 meter upp i luften. För att skatta vegetationens höjd finns andra metoder, men givetvis ger rådatat till NNH en unik möjlighet att för en given tidpunkt (scanningstidpunkten) utläsa information som tidigare fick härledas ur fältbesök, IRF och ortofoton.
Som med allt annat gäller även att den visionäre givetvis kan se vissa möjligheter. Nationella vindenergikarteringen, som i folkmun kallas för MIUU-modellen, kan kanske på sikt förfinas och ges högre upplösning men då den idag används med kilometerupplösning i rastret är det tveksamt om NNH kommer att vara tungan på vågen för en ny nationell beräkning.
Bild 6. Skärmklipp från beräkningsprogram för att medelst MIUUs vindenergikartering beräkna vindprofilen för en given koordinat.1
1 Använd med tillstånd av Jonatan Bonthron, Umeå Energi
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 2 4 6 8 10
Höjd över markyta [m]
Medelvind [m/s]
Vindprofil för given sajt: Dragaliden
Vindprofil Turbin Trädhöjd
6. Skattning av ekonomiska fördelar tack vare NNH
Då det för perspektivets skull är intressant med kvantifieringar, och lantmäteriet samtidigt är i behov av underlag för att kunna bedöma samhällsekonomin i att göra NNH rikstäckande, inkluderar jag en sammanfattning av några enkla, överslagsmässiga kalkyler för att belysa samhällsnyttan med NNH.
Kostnader för infrastruktur: Låt oss anta att meterkostnaden för skogsbilväg kan minskas med 150 kr/ meter tack vare ett bättre planeringsunderlag. I markbygden kan då drygt 10 Mkr sparas samtidigt som intrångets påverkan minskas. Lägg därtill kostnader för kranplaner och ledningsnät på ca 2 Mkr.
Produktion: Med antagandet att parkens produktion kan ökas med blygsamma 0,5 % tack vare en effektivare detaljplanering innebär detta en ökad produktion av förnybar energi med 50 GWh årligen, eller 1 TWh under parkens livslängd som beräknas till 20 år. (1 TWh kan sättas i relation till Sveriges totala produktion av vindkraftel som år 2009 uppgick till 2,5 TWh eller Sveriges totala elenergiförbrukning på 140 TWh2).
Naturvärden: Svårt att kvantifiera, men flertalet av riksdagens miljökvalitetsmål är beroende av en så god projektering som möjligt.
Däremot krävs mycket annan information, exempelvis marktäckedata och naturvärdesinventeringar för att ge NNH den utväxling som behövs för att bli ett miljökvalitetsverktyg. Dessutom behövs kunniga operatörer för att miljönyttan ska kunna få genomslag.
2 Svensk Energi, Elåret 2009 (maj 2010)
Klimat: Sett till vindkraftverkens ökade kapacitetsutnyttjande samt antagandet att varje tusenlapp i anläggningskostnader motsvarar 100 kg fossilt kan minskade koldioxidutsläpp för markbygdens 1101 vindkraftverk beräknas. Vi noterar dessutom att fossil koldioxid inte är en ensam effekt av suboptimal energiproduktion och projektering utan alltid kommer tillsammans med försurning, stoftutsläpp etc.
1 ton per MWh ger besparing av : 1 000 000 ton för produktionsökningen.
12 000 kkr i minskade anläggningskostnader: 1 200 ton . Summa: 1 001 200 ton .
Text: Danjel Henriksson, Svevind AB Projektutvecklare/ ansvarig GIS
Foto och bilder: Svevind AB Kontakt:
Danjel.Henriksson@svevind.se 090 – 3494983 / 0768 – 330777 www.svevind.se
