Jämförelse av regleringsmönster i en reglerad och en oreglerad älv

(1)

INOM

EXAMENSARBETE TEKNIK, GRUNDNIVÅ, 15 HP

STOCKHOLM SVERIGE 2018,

Jämförelse av regleringsmönster i en reglerad och en oreglerad älv

ANTON HANSSON

KTH

SKOLAN FÖR ARKITEKTUR OCH SAMHÄLLSBYGGNAD

(2)

i

Jämförelse av regleringsmönster i en reglerad och en oreglerad älv

Anton Hansson

Handledare Joakim Riml Examinator Elzbieta Plaza

Degree Project in AL130X KTH Royal Institute of Technology

School of Architecture and Built Environment

Department of Sustainable Development, Environmental Science and Engineering SE-100 44 Stockholm, Sweden

(3)

ii

(4)

iii Sammanfattning

Vid produktion av el med hjälp av vattenkraft regleras vattenflödet i vattendraget för att producera den mängd el som marknaden efterfrågar för stunden. Detta gör att vattenflödet blir annorlunda i en reglerad älv jämfört med en oreglerad älv. Därför analyseras och jämförs skillnaderna i vattenföringen mellan en reglerad och en oreglerad älv i den här rapporten. Det gjordes med hjälp av flödesdata från två mätstationer i finska älvar, en med reglerat flöde och en med oreglerat. Utifrån flödesdatat beräknades tre olika parametrar i olika tidsskalor, månad, dag och timme, för att undersöka olika regleringsmönster i älvarna.

När flödesskillnaderna analyserats i de olika tidsskalorna konstaterades att skillnaderna i

regleringsmönster blev större desto kortare tidshorisont som analyserades. I månadsperspektivet var regleringsmönster nästan lika medan i dags- och timperspektivet var det stora skillnader. I

dagsperspektivet som analyserades med parametern HP1 var värdena i genomsnitt ungefär 20 gånger högre för den reglerade älven än den oreglerade och i timperspektivet som analyserades med

parameter HP2 var värdena ungefär 40–50 gånger högre i genomsnitt i den reglerade älven jämfört med den oreglerade. Att värdena i den reglerade älven är så mycket högre beror på att flödet regleras till att optimera elproduktionen vilket gör att flödesskillnaderna under en dag och mellan två timmar blir betydligt större jämfört med flödesskillnaderna i den naturliga vattenföringen som finns i den oreglerade älven.

När vårfloden kommer händer något intressant med regleringsmönstret. Mönstret i de två älvarna närmar sig varandra och blir mer lika. Värdena på parametrarna i den oreglerade älven ökar medan de minskar kraftigt i den reglerade älven. Att värdena i den reglerade älven minskar beror sannolikt på den ökade risken för dammbrott och översvämningar på grund av de högre vattenflödena, vilket beror på begränsningar i lagringskapaciteten.

Regleringsmönstret skiljer sig från år till år vilket beror på nederbördsmängden och hur fyllda magasinen är vid årets början. Vid jämförelse av resultatet med en annan rapport som analyserat samma parametrar på en älv i Schweiz, kan samma trender i mönstret ses men vissa skillnader finns också vilket indikerar på de lokala förhållandenas påverkan på regleringsmönstret.

Nyckelord:

Vattenkraft, Hydropeaking, Korttidsreglering

(5)

iv Abstract

Hydro Power is one of the most important producer of electricity and to optimize the production hydropeaking is used. Hydropeaking means regulation of the discharge to produce the amount of electricity the market demands at the time. In this study the regulation pattern has been analyzed and compared in one observation station in a regulated river and one observation station in an

unregulated river, in Finland. Flow data has been analyzed with regards to three different statistic parameters. One parameter that analyzes the regulation per month, one that analyzes the regulation per day and one that analyzes per hour.

The result shows that the smaller the time interval is the bigger are the differences in the regulation pattern. In the month perspective the value of the parameter is almost the same, in the day

perspective the values for the regulated river is approximative 10-20 times bigger than the

unregulated. And in the hour perspective it is even bigger differences where the value in the regulated river is around 40-50 times bigger than for the unregulated. The reason to the higher values on the parameters in the regulated river comes from that the discharge here is regulated to optimize the production of electricity which makes the differences in the discharger higher within the day and between two hours.

When the spring flood comes something interesting happens with the regulation pattern. The regulation pattern in the two rivers becomes more similar. In the unregulated river the value of the parameters increases meanwhile the values in the regulated river decreases. The reason the short time regulation decreases in the regulated river is probably because of the higher risk of flooding, due to limitations of the capacity to store water, which comes with higher discharges.

The regulation pattern got some differences between the years which depends on the amount of rain and the levels in the storing magazines by the start of the year. When the results in this thesis are compared with the results of another report which analyzes the same parameters in Switzerland, the same pattern can be seen in general but also some differences which indicates on the local conditions impact on the pattern.

Keywords:

Hydro Power, Hydropeaking, Short-time regualtion

(6)

v Tillkännagivande

Ett stort tack riktas först och främst till Joakim Riml för all hjälp och handledning med arbetet samt inspiration till projektet. Ett stort tack riktas även till Finnish Environmental Institute (SYKE) för tillhandahållna flödesdata som gjorde analysen möjlig.

Stockholm, Maj 2018 Anton Hansson

(7)

vi Innehållsförteckning

Introduktion... 1

Syfte och målformulering ... 3

Material och Metod ... 4

Statistiska parametrar ... 4

Resultat ... 6

Regleringsmönster i månadsperspektiv ... 6

Regleringsmönster i dygnsperspektiv ... 7

Regleringsmönster i timperspektiv ... 9

Diskussion ... 11

Slutsats ... 13

Referenser ... 14

Appendix I ... 15

Appendix II ... 21

(8)

1 Introduktion

Vattenkraft är en av Sveriges viktigaste energikällor och producerar ca 40% av all el i Sverige

(Energimyndigheten, 2018). I vattenkraftverk utnyttjas vattnets lägesenergi och rörelseenergi för att kunna producera elektricitet. Detta görs genom att vattnet passerar turbiner som driver en generator, generatorn omvandlar energin i vattnet till elektricitet. Mängden el som kan utvinnas beror främst på fallhöjden och mängden vatten som passerar, flödet. I dagens vattenkraftverk regleras vattenflödet beroende på hur mycket el som behöver producera, hur mycket vatten som finns i dammarna och hur mycket som förutspås kommer finnas i framtiden. Två typer av regleringar används dels

säsongsreglering och dels korttidsreglering. Säsongsreglering innebär att vatten magasineras under sommaren och hösten då elbehovet är mindre än vad som kan produceras med vattenflödena för att sedan använda det under vintern då elbehovet är större än vad som kan tillgodoses med den naturliga vattenföringen. Korttidsreglering innebär att flödet regleras under kortare intervall såsom dagar eller timmar. Olika älvar har olika bestämmelser för hur flödet får regleras och i Sverige har varje enskild älv sin egen vattendom som bestämmer hur den får regleras. Generellt, i Sverige, ska dammagasinen avsänkas till rimliga nivåer inför vårfloden för att kunna ta emot den ökade mängden vatten och det finns en minimitappning som är det lägsta flödet en älv får ha (Energimyndigheten, 2014).

Eftersom el inte kan lagras måste elen produceras när den behövs, därför talar man ofta om hydropeaking inom vattenkraft. Det saknas en bra svensk översättning för hydropeaking men det innebär att flödet i älven anpassas till att möta efterfrågan på elmarknaden (Barbalić & Kuspilić 2015).

Alltså vid en viss tid kräver elmarknaden en viss mängd el, då regleras flödet genom turbinen i

kraftverket för att producera just den mängden el vilket påverkar flödet i hela älven. Vilket leder till att elpriset kan hållas relativt konstant hela tiden, om flödet inte hade reglerats hade elproduktionen istället bara följt de naturliga flödesförändringarna i älven vilket hade gjort att det ibland hade producerats mycket el och ibland mindre. Elproduktionens variation hade då skett utan hänsyn till marknadens efterfrågan vilket hade lett till att elpriset hade varierat kraftigt under dagen och året.

Detta gör att man får helt olika flödesmönster i en älv som används för vattenkraft och en som inte gör det. I en oreglerad älv kommer man se att vattenflödet, som främst svarar mot nederbörden, är relativt konstant under stora delar av året för att sedan ha en rejäl uppgång någon gång under

försommaren när snösmältningen sker och vårfloden kommer (Bejarano et al. 2017). I en reglerad älv däremot kommer man hela tiden se momentana förändringar ner på timbasis för att hela tiden kunna producera den el som marknaden kräver. Sett över hela året kan det vara så att hydrografen inte har någon tydlig topp vid vårfloden eller att den är förminskad. Istället kommer den under resterande året ligga på högre flöden än en oreglerad älv men med små hack, detta gäller för älvar som regleras på timbasis vilket gäller för de flesta älvar som används för vattenkraft. Hacken symboliseras över att elbehovet är större under dagen än natten och därför är flödena högre under dagen för att kunna producera mer el. Anledningen till att man inte får en tydlig topp vid vårfloden är för att en del av det vattnet kan behöva magasineras för att användas senare under året.

För att förstå vikten av att reglera vattenflöden måste hänsyn tas till vilka andra energikällor som kan användas för elproduktion. I Sverige används, förutom vattenkraft, främst kärnkraft men även sol- och vindkraft förekommer vid produktion av el (Energimyndigheten, 2018). Då mängden el som kan utvinnas med både sol- och vindkraft är väderberoende, kommer det i en framtid med mer vindkraft och solkraft bli ännu viktigare att kunna använda sig av hydropeaking för att säkerhetsställa en jämn produktion på elmarknaden. Vattenkraft är visserligen också beroende av vädret då flödet i älven beror på mängden nederbörd och snösmältningen men här kan produktionen styras genom att magasinera vatten i dammar. Om kärnkraften dessutom ska avvecklas på sikt kommer beroendet av en säker produktion från vattenkraften att bli än starkare.

Att den naturliga vattenföringen i vattendragen hela tiden störs har stora effekter på både hydrologin och ekologin. Ett exempel är att de höga vattenflödena som vårfloden normalt ger uteblir eller minskas eftersom att en del vatten magasineras till senare då behovet av el är större. Detta leder till att vårflodens positiva effekter på den omkringliggande miljön t.ex. för svämskogar och strandängar inte tillvaratas (Lindblom & Holmgren, 2016). En konsekvens av att vatten magasineras till vintern för att kunna producera den el som krävs då är att det blir ovanligt höga vattenflöden vintertid, vilket är

(9)

2

problematiskt för t.ex. fiskar som är biologiskt inställda att gå på sparlåga under vintern (Lindblom &

Holmgren, 2016).

Vattenkraftverk utgör även stora vandringshinder för fiskar vilket försvårar fiskarnas fortplantning. I vissa reglerade älvar kan så kallad nolltappning utnyttjas ibland vilket helt enkelt innebär att man inte har något vattenflöde alls. Detta leder till att älvfåror nedströms kraftverken torrläggs helt vilket innebär att djur- och växtlivet i princip dör ut helt (Jewert, 2014). Vid låga vattenflöden ökar också sedimenteringen av näringsämnen som är viktiga för de vatten som älvarna rinner ut till exempelvis påverkas Östersjön negativt av sedimentation av kisel.

I det här projektet kommer regleringsmönstret i en reglerad och en oreglerad älv analyseras och jämföras. Detta kommer ske genom att tre statistiska parametrar som analyserar regleringsmönster i tre olika tidsskalor (månad, dygn och timme) beräknas. Inspirationen till de statiska parametrarna kommer från en rapport som analyserar hydropeaking-indikatorer i Rhone-floden i Schweiz skriven av Meile et.al år 2010. Resultaten som den här rapporten kommer fram till kommer jämföras med resultaten från Meile et.al för att hitta likheter och skillnader och diskutera orsakerna till dem. De ekologiska effekterna av regleringsmönster i den reglerade älven kommer även att diskuteras översiktligt i den här rapporten.

(10)

3

Syfte och målformulering

Syftet med rapporten är att redogöra hur vattenflöden regleras i vattenkraftverk och översiktligt diskutera vilka effekter det får på ekologi. Utifrån flödesdata från två mätstationer i Finland kommer statistiska parametrar som beskriver regleringsmönster beräknas. En av mätstationer finns i en älv som utnyttjas till vattenkraft medan den andra ligger i oreglerad älv. Syftet med det är att kunna jämföra regleringsmönstret mellan älvarna och visa på skillnaderna i regleringsmönstret om en älv används till vattenkraft eller inte. Rapporten beskriver inte generella skillnader i regleringsmönster mellan reglerade och oreglerade älvar utan är bara en jämförelse mellan dessa två.

Hur ser regleringsmönstret i reglerade älvar ut i jämförelse med oreglerade älvar?

Vilka effekter får korttidsreglering på vattendragens ekologi?

(11)

4 Material och Metod

I det här projektet kommer en litteraturstudie genomföras för att få en bakgrund till hur reglering av vattendrag ser ut och varför samt översiktligt vilka konsekvenser det får på ekologin. Flödesdata från vattendrag har inhämtats från Finnish Environmental Institute (SYKE) för att med hjälp av olika statistiska parametrar visa på olika regleringsmönster och dess effekt på vattenföringen.

Data över vattenflöden har hämtats från två finska mätstationer, en reglerad och en oreglerad, som tidigare har använts som referensälvar. De mätstationer som har använts är Ousjoki.Marraskoski, senare bara benämnd Marrakoski och Taivalkoski. Värt att notera är att Marrakoski är ett oreglerat biflöde till Taivalkoski, som är reglerad, vilket får konsekvensen att det är betydligt lägre vattenflöden där. De data som använts är från 2013-01-01 00:00 till 2016-11-07 10:00 med data över vattenflödet med en upplösning på 1 timme. Detta möjliggör att flödet kan analysera i olika tidsskalor från årsvariationer till variationer ner på timmar.

Statistiska parametrar

För att beskriva årsreglering i en älv och hur vattenflödet varierar över året i en älv används Pardé- koefficienten. Pardé-koefficienten definieras som kvoten mellan månadens genomsnittliga utflöde och årets genomsnittliga utflöde (Meile et al, 2010):

𝑃𝐶_𝑚,å=^𝑄^{𝑚𝑒𝑑𝑒𝑙,𝑚,å}

𝑄_{𝑚𝑒𝑑𝑒𝑙,å} (ekv. 1)

där Q är vattenflödet (m³/s), m är månad (1 ≤ m ≤ 12) och å är år.

I analysen beräknades Pardé-koefficient för varje månad under den aktuella perioden och jämförelser mellan den reglerade (Taivalkoski) och den oreglerade älven (Marrakoski) genomfördes. Denna parameter är normaliserad med medelvärdet under året för att möjliggöra jämförelser mellan små och stora vattendrag.

För att beskriva korttidsreglering i en älv kommer två olika parametrar att beräknas, HP1,j och HP2,i

(Meile et al, 2010). Den första parametern, HP1,j , definieras som skillnaden mellan det största och minsta flödet under en dag dividerat med medelvärdet för dagen:

𝐻𝑃_1,𝑗=^𝑄^{𝑚𝑎𝑥,𝑗}^−𝑄^{𝑚𝑖𝑛,𝑗}

𝑄_{𝑚𝑒𝑑𝑒𝑙,𝑗} (ekv. 2)

där Q är vattenflödet (m³/s) och j är dag (1 ≤ j ≤ 365).

Parameter HP1 kommer visa på flödesskillnader under en enskild dag, för att normalisera värdet divideras skillnaden på det maximala flödet och det minsta flödet med dagens medelflöde.

Anledningen till denna normalisering är att flödesvariationer i en typisk flodsträcka beror på både ändringar i utflöde och medelflödet, detta möjliggör också jämförelser mellan små och stora vattendrag (Barbalić & Kuspilić 2015). I denna analys beräknades ett värde för varje dag . Den andra parametern för att beskriva korttidsreglering, HP2,i, definieras som skillnaden mellan utflödet under två mätperioder dividerat med tidsintervallet mellan mätningarna:

𝐻𝑃_2,𝑖 =^𝑄^𝑖^−𝑄^𝑖−1

𝑡_𝑖−𝑡_𝑖−1 (ekv. 3)

där 𝑄_𝑖 är flödet vid tiden 𝑡_𝑖 (m³/s) och 𝑄_𝑖−1 är flödet vid tiden 𝑡_𝑖−1 (m³/s), här anges tiden i minuter.

Parameter HP2 kommer beskriva flödesförändringen under en viss tid, eftersom flödesdata finns för varje timme kommer tiden att väljas till en timme. Vilket betyder att det kommer beräknas ett värde för varje timme. Viktigt att notera är att det för denna parameter inte sker någon normalisering i förhållande till medelflöde vilket får konsekvensen att det naturligt blir större värden på parametern i älvar med större flöden.

(12)

5

För att få en första känsla över skillnaden i vattenföringen i de olika älvarna visas deras vattenflöden under 2013 i figur 1 och figur 2 nedan.

Figur 1: Flödesdata över Ousjoki under 2013

Figur 2: Flödesdata över Taivalkoski under 2013

I figurerna kan tydliga skillnader urskiljas, dels att flödet i Taivalkoski är betydligt mer hackigt som en konsekvens av att det här finns ett vattenkraftverk, dels att det generellt är högre flöden i den älven.

Att det är högre flöden i Taivalkoski beror på att Marraskoski är ett biflöde till Taivalkoski. Både den reglerade (Taivalkoski) och den oreglerade älven (Marraskoski) har en tydlig topp under maj månad när vårfloden kommer.

1000 200300 400500 600700 800900 1000

Flöde [m3/s]

Datum

Ousjoki..Marraskoski

0 500 1000 1500 2000 2500

Flöde [m3/s]

Datum

Taivalkoski

(13)

6 Resultat

Regleringsmönster i månadsperspektiv

För att beskriva årsregleringen i älvarna beräknades Pardé-koefficienten enligt ekv. 1. Efter att det gjorts för alla månader beräknades medelvärdet för varje månad under de fyra åren och resultatet presenteras i figur 3 nedan. I Appendix I kan Pardé-koefficienten för varje enskilt år beskådas.

Figur 3: Medelvärde för Pardé-koefficienten per månad under 2013–2016.

Som figuren visar så är säsongsregleringen i de olika älvarna väldigt lika. Anledningen till det är att värdena har normaliserats med medelflödet under året. Båda har klart högre genomsnittsflöde i framförallt maj men även i juni än genomsnittsflödet för hela året medan det under övriga månader ligger klart under. En viss tendens att Taivalkoski har lite lägre värde i maj och högre under övriga månader kan urskiljas.

När figurerna i Appendix I studeras kan skillnader mellan åren utläsas. Det som sticker ut mest är 2016 där värdet i maj månad är klart lägre än under övriga år cirka 1 enhet lägre för den oreglerade älven (Marraskoski) och cirka 0,5 enheter lägre för den reglerade (Taivalkoski). Värdena i juni- september ligger istället högre än under övriga år.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Jan Feb Mars April Maj Juni Juli Aug Sep Okt Nov Dec

Värde

Månad

Medelvärde PC 2013-2016

Marrakoski Taivalkoski

(14)

7

Regleringsmönster i dygn sperspektiv

För att beskriva korttidsregleringen ur ett dygnsperspektiv i älvarna beräknades HP1,j enligt ekv. 2 för varje dag under den aktuella perioden. Efter det beräknades medelvärdet och standardavvikelsen för varje månad under åren 2013–2016. Sedan gjordes ett diagram med medelvärdet, medelvärdet plus standardavvikelsen samt medelvärdet minus standardavvikelsen och resultatet visas nedan i figur 4. I figuren visas variansen med de svarta klamrarna och medelvärdet visas med en punkt. Detta gjordes för att visa på dels medelvärdet per månad och dels hur variansen per månad såg ut. Medelvärdet per månad för varje enskilt år kan ses i Appendix I.

Figur 4: Medelvärde per månad för HP1 under 2013–2016.

I figuren syns tydliga skillnader mellan de två älvarna där den oreglerade älven (Marrakoski) ligger stabilt under hela året på värden mellan 0 och 0,2. I den reglerade älven (Taivalkoski) däremot syns en tydlig nedgång under maj månad, där värdet är så lågt som 0,2 medan det under övriga månader ligger mellan 0,8 och 1,5. Ett värde på 0,1 innebär att skillnaden mellan det maximala och det minimala flödet under en dag är en tiondel av medelvärdet under dagen. Ett värde på 1,0 däremot innebär att skillnaden är lika stor som medelvärdet, vilket uppvisades för alla månader utom maj i den reglerade älven. I figuren syns även att variansen på parametern är betydligt större i den reglerade älven (Taivalkoski) än i den oreglerade (Marrakoski).

I de bifogade diagrammen i Appendix kan skillnader mellan åren utläsas, under både 2015 och 2016 syns tydliga nedgångar under hösten vilket man inte ser under 2013–2014. Under 2014 ligger värdet nästintill konstant under hela året bortsett maj månad vilket det inte gör under de tre övriga åren.

-0,5 0 0,5 1 1,5 2

0 2 4 6 8 10 12 14

HP1 2013-2016

(15)

8

Figur 5 nedan visar täthetsfunktion för samtliga värden på parameter HP1 under perioden 2013–2016.

Figur 5: Täthetsfunktion för HP1.

I figur 6 nedan visas en kumulativ fördelningsfunktion för HP1 under 2013–2016 där värdet för alla dygn är medräknade.

Figur 6: Kumulativ fördelningsfunktion för HP1.

I figurerna syns väldigt stora skillnader mellan de olika älvarna, värdena för den reglerade älven (Taivalkoski) är kraftigt förskjutna till höger jämfört med värdena för den oreglerade (Marrakoski). I Marrakoski ligger de flesta värden mellan 0,01 och 0,1 och samtliga under 0,5. För Taivalkoski

däremot är det nästan tvärtom då i princip samtliga värde ligger över 0,5 och majoriteten finns mellan 1 och 2. Anledningen till förskjutningen av värdena är de större skillnaderna i största och minsta flöde under dagen i förhållande till medelflödet under dagen i den reglerade älven (Taivalkoski), vilket är en följd av att flödet här regleras till optimal elproduktion.

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

0 0-0,01 0,01-0,1 0,1-0,5 0,5-1 1-2 2+

Fraktioner av 1

Intervall

Täthetsfunktion HP1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 0-0,01 0,01-0,1 0,1-0,5 0,5-1 1-2 2+

Procent

Värde

Kumulativ fördelningsfunktion HP

₁

(16)

9

Regleringsmönster i timperspektiv

För att beskriva hur korttidsregleringen ser ut på timbasis beräknades HP2,i enligt ekv. 3. I figur 7 visas medelvärdet för varje månad under 2013–2016. För att beräkna medelvärdet har

absolutbeloppet av HP2,i använts då värdet blir negativt då flödet mellan två tidpunkter minskar, vilket leder till att medelvärdet blir annorlunda om absolutbelopp inte används. Det intressanta är hur stor flödesförändringen är och inte huruvida den är positiv eller negativ. Medelvärdet per månad för varje enskilt år bifogas i Appendix I. I Appendix II finns värdet på HP2varje timme under respektive år bifogat.

Figur 7: Medelvärde per månad för HP2 under 2013–2016.

Ur figuren kan samma mönster som för parameter HP1 utläsas med en nedgång under maj månad för den reglerade älven (Taivalkoski), nedgången är inte lika stor som för HP1men alltjämt tydlig. Under samtliga månader ligger den reglerade älven (Taivalkoski) på klart högre värden än den oreglerade (Marrakoski). En del av förklaringen till det är att värdena inte är normaliserade vilket betyder att det naturligt blir högre värden på parametern vid högre vattenflöden som den reglerade älven

(Taivalkoski) har. Skillnaderna i värdena på parametern är dock så pass stora att det inte är den största bidragande faktorn.

För att få en känsla för vad ett visst värde på HP2 betyder ges några exempel i Tabell 1 nedan.

Tidsskillnad (min) Flödesskillnad (m³/s) Värde HP2

60 0 0

60 6 0,1

60 30 0,5

60 60 1

60 120 2

60 180 3

Tabell 1: Beskrivning av värden på HP2

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

0 2 4 6 8 10 12 14

Värde

Månad

Medelvärde HP

₂

2013-2016

(17)

10

I figur 8 visas täthetsfunktion för parameter HP2 där alla värden på parametern under den aktuella perioden har använts.

Figur 8: Täthetsfunktion för HP2.

I figur 9 nedan visas en kumulativ fördelningsfunktion för HP2 under 2013–2016 där alla värden på parametern är medräknade.

Figur 9: Kumulativ fördelningsfunktion för HP2.

I figurerna kan stora skillnader utläsas mellan de olika älvarna. Kurvan för den oreglerade älven (Marrakoski) liknar en normalfördelningskurva medan kurvan för den reglerade älven (Taivalkoski) är betydligt mer utspridd över de olika intervallen. I Marrakoski är HP2,i nästan alltid 0, närmare 80%, medan det för Taivalkoski är knappt 5%, vilket betyder att det nästan aldrig sker någon

flödesförändring på en timme i den oreglerade älven (Marrakoski) medan det nästan alltid sker i den reglerade (Taivalkoski). När flödesförändringar väl sker i den oreglerade älven är de i princip alltid mindre än 30 m³/s medan flödesförändringarna mellan två timmar i den reglerade älven vanligen ligger mellan 30–120 m³/s.

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

< -2 -2- -1 -1- -0,5 -0,5-0 0 0-0,5 0,5-1 1-2 >2

Fraktioner av 1

Intervall

Täthetsfunktion HP2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

< -2 -2- -1 -1- -0,5 -0,5-0 0 0-0,5 0,5-1 1-2 >2

Procent

Intervall

Kumulativ fördelningsfunktion HP

₂

(18)

11 Diskussion

Då flödet i Marrakoski är oreglerat får det anses vara en naturlig vattenföring. När det jämförs med flödet i Taivalkoski som är reglerat kan stora skillnader i regleringsmönster ses beroende på vilken tidshorisont som undersöks.

När säsongsregleringen analyseras syns snarlika regleringsmönster mellan den reglerade älven (Taivalkoski) och den oreglerade (Marrakoski). Vad gäller korttidsregleringen däremot syntes som förväntat väldigt stora skillnader i regleringsmönster. I Marraskoski finns ingen korttidsreglering och när flödet analyseras på dags- eller timbasis finns inga stora förändringar utan det är relativt

konstant. För Taivalkoski däremot så förändras flödet hela tiden på grund av en aktiv reglering och flödet kan ändras med flera hundra kubikmeter per sekund med bara en timmes mellanrum.

I månadsperspektivet såg vi med hjälp av Pardé-koefficienten (figur 3) att regleringsmönstret var nästan lika för de båda flödena. Att Marrakoski skulle ha det mönstret, med en tydlig topp när vårfloden kommer var väntat men att Taivalkoski skulle ha ett liknande var mer förvånande. Det betyder att vatten från vårfloden inte magasineras i dammar eller åtminstone inte några större mängder. Då elbehovet knappast ökar lika mycket som produktionen gör med de ökade flödena finns två möjliga förklaringar. Antingen att det produceras mer el än vad som behövs och att elen då antingen säljs vidare eller att övrig elproduktion minskas. Eller att allt vatten inte används till att producera el utan bara rinner igenom. När resultatet jämförs med resultaten som Meile et.al fick i sin analys av Pardé-koefficienten syns likheter men även olikheter, jämförelsen där skedde i en del av Rhone-floden i alpområdet och värden från tidigt 1900-tal (oreglerat flöde) jämfördes med värden från sent 1900-tal (reglerat flöde). Istället för en väldigt tydlig topp under maj månad är toppen här utspridd över juni, juli och augusti. Detta visar på de lokala förhållandenas påverkan på

regleringsmönster och i Alperna kan snösmältningen antas ske både senare och långsammare än i Finland utifrån resultatet. Det leder till att de höga vattenflödena kommer senare under året och under längre tidsperiod, dvs värdet på Pardé-koefficienten kommer vara högre senare under året och under längre tidsperiod.

Om regleringsmönstret istället analyseras i dagsperspektivet med hjälp av HP1 (figur 4–6) upptäcks stora skillnader och där värdena för Taivalkoski har förskjutits mot högre värden dvs. större skillnader mellan största och minsta värden under en dag i förhållande till medelvärdet under dagen. Värdena i Taivalkoski är ungefär 10–20 gånger högre än i Marrakoski. En intressant aspekt från Taivalkoski är att det under maj månad, när vårfloden kommer, sker en drastisk minskning av värdet på parametern.

Vid jämförelse med Meile et.al syns snarlika resultat där det också finns en nedgång under vårfloden för det reglerade flödet men samtidigt är det klart högre värden för det reglerade flödet under hela året.

När flödet analyseras per timme, som gjordes med hjälp av HP2, (figur 7–9) syns ännu större skillnader. Här liknade regleringsmönstret i den oreglerade älven (Marrakoski) en

normalfördelningskurva med 0 som det absolut vanligaste värdet medan det i den reglerade (Taivalkoski) inte alls liknande en normalfördelningskurva och värdet 0 förekom väldigt sällan.

Istället har de stora antalet värden på 0 fördelats ganska jämt över de andra olika intervallen och kurvan för Taivalkoski är ganska plan utan några större toppar. Under maj månad syns det även här en nedgång av värdet på parametern i den reglerade älven (Taivalkoski) om än inte lika stora som för parameter HP1. Att nedgången inte är lika stor kan ha en förklaring i att parameter HP2 inte är normaliserad vilket gör att det naturligt blir högre värde på parametern vid högre vattenföden. Även här kan snarlika resultat som Meile et.al utläsas med en tydlig tyngdpunkt i värdet 0 för det

oreglerade flödet medan det är mer utspritt för det reglerade.

I Appendix II ses timvärdena på parameter HP2 och där kan stora skillnader utläsas mellan älvarna utifrån amplituden på kurvorna. Kurvan för den oreglerade älven (Marraskoski) har knappt någon amplitud utan ligger på 0 under i stort sett hela året. Amplituden på kurvan för den reglerade älven (Taivalkoski) är betydligt större och varierar mer under året, t.ex. kan även här nedgången under maj månad utläsas genom att amplituden där är betydligt mindre. Vidare kan vissa skillnader under året utläsas, t.ex. att amplituden under hösten 2015 och 2016 är betydligt mindre än under hösten 2013 och 2014.

(19)

12

Anledningen till den kraftiga minskningen av korttidsregleringen i den reglerade älven (Taivalkoski) när vårfloden kommer under maj månad beror troligen på att det är väldigt höga flöden och att det då finns stora risker med att försöka styra flödet för mycket. Framförallt ökar risken för dammbrott eller översvämningar om för mycket vatten magasineras särskilt då när det kan vara svårare att bedöma hur mycket vatten som kommer de närmaste dygnen.

De stora förskjutningarna som ses i dygns- och timperspektivet för den reglerade älven (Taivalkoski) beror på att här utnyttjas hydropeaking för att få en optimal elproduktion dvs. för att producera den mängd som marknaden efterfrågar. Det gör att flödet hela tiden styrs utifrån att producera rätt mängd el och när flödet jämförs med den naturliga vattenföringen som finns i den oreglerade älven blir skillnaderna stora.

Exakt hur regleringsmönstret ser ut varierar från år till år vilket kan utläsas ur diagrammen i Appendix I. Möjligheterna att reglera vattenflödena påverkas av mängden nederbörd vilken varierar både under året och från år till år vilket gör att regleringsmönstret varierar mellan åren. Vissa år kan det vara svårare att reglera flödet eller så är behovet mindre, t.ex. kan magasinen vara välfyllda vid våtår vilket leder till att utflödet måste ökas trots att det kanske inte behövs för elproduktionen i en reglerad älv. Det kan också vara så att efterfrågan på el är mindre vissa år p.g.a. lågkonjunktur eller liknande vilket gör att behovet av att reglera kan skilja sig mellan olika år.

Vid jämförelsen av resultaten i den här rapporten och resultaten som Meile et.al kom fram till kan även de lokala förhållandenas inverkan på regleringsmönstret ses. T.ex. kan tidpunkten när vårfloden kommer och nederbördsvariation under året se olika ut beroende på var man analyserar vilket gör att regleringsmönstret ser annorlunda ut beroende på var analysen är gjord.

Vårflodens bevarande även i den reglerade älven (Taivalkoski) gör att de negativa ekologiska effekterna kraftigt minskar. När flödet analyseras syns även att väldigt låga vattenflöden (mindre än 100 m³/s) är ovanliga vilket gör att risken för torrläggning av älvssträckor inte finns. Däremot är vattenkraftverket såklart ett vandringshinder för fiskar och flödena under vintertid är högre än vad de hade varit om flödet var oreglerat vilket kan störa arter som är vana vid att gå på vintervila. Utifrån de resultat som fåtts fram i regleringsmönstret bedöms dock de negativa ekologiska effekterna i den reglerade älven (Taivalkoski) vara relativt små.

(20)

13

Slutsats

Utifrån resultatet dras slutsatsen att jämförelsen mellan regleringsmönster skiljer sig beroende på vilken tidshorisont som analyseras. I månadsperspektivet ,som analyserades med Pardé-koefficienten, är mönstret i den reglerade älven och den oreglerade relativt lika. I dygnsperspektivet, som

analyserades med parameter HP1, är skillnaderna stora där värdena för den reglerade älven har förskjutits mot högre värden jämfört med den oreglerade. I timperspektivet, som analyserades med parameter HP2, är skillnaderna ännu större där det knappt sker några flödesförändringar i den oreglerade älven medan det i den reglerade hela tiden sker flödesförändringar. Skillnaderna i regleringsmönstret i dygns- och timperspektivet kommer från att den reglerade älven utnyttjar hydropeaking för att styra flödet medan det i den oreglerade älven är en naturlig vattenföring.

Slutligen bedöms den negativa påverkan på ekologin i den reglerade älven (Taivalkoksi) som liten.

(21)

14 Referenser

Barbalić D., Kuspilić N., 2015, Indicators of sub-daily hydrological alterations, ResearchGate

Bejarano M., Sordo-Ward A., Alonso C., Nilsson C., 2017, Characterizing effects of hydropower plants on sub-daily flow regimes, Journal of Hydrology 550 (2017) s.186-200

Energimyndigheten, 2018, Nära toppnotering för elproduktionen och nettoexporten av el under 2017, http://www.energimyndigheten.se/nyhetsarkiv/2018/nara-toppnotering-for-elproduktionen-och- nettoexporten-av-el-under-2017/

Energimyndigheten, 2014, Vad avgör ett vattenkraftverks betydelse för elsystemet,

https://www.energimyndigheten.se/globalassets/nyheter/2014/vad-avgor-ett-vattenkraftverks- betydelse-for-elsystemet.pdf

Jewert J. 2014, Den nya striden om vattenkraften, https://fof.se/tidning/2014/6/artikel/den-nya- striden-om-vattenkraften

Lindblom E. & Holmgren K. 2016, Den småskaliga vattenkraftens miljöpåverkan och samhällsnytta, http://www.ivl.se/download/18.7e136029152c7d48c201af0/1461932910506/B2258.pdf

Meile T., Boillat J.-L., Schleiss A. J., 2010, Hydropeaking indicators for characterization of the Upper- Rhone River in Switzerland, Aquatic Sciences

(22)

15 Appendix I

PC variation under år 2013.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

0 2 4 6 8 10 12 14

PC 2013

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

0 2 4 6 8 10 12 14

PC 2014

(23)

16

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

0 2 4 6 8 10 12 14

PC 2015

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

0 2 4 6 8 10 12

PC 2016

(24)

17

Medelvärde per månad för HP1 under 2013.

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 2 4 6 8 10 12 14

HP1 2013

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 2 4 6 8 10 12 14

HP1 2014

(25)

18

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 2 4 6 8 10 12 14

HP1 2015

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 2 4 6 8 10 12

HP1 2016

(26)

19

Medelvärde HP2 under 2013.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

0 2 4 6 8 10 12 14

Värde

Månad

HP

₂

2013

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8

0 2 4 6 8 10 12 14

Värde

Månad

HP

₂

2014

(27)

20

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

0 2 4 6 8 10 12 14

Värde

Månad

HP

₂

2015

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8

0 2 4 6 8 10 12 14

Värde

Månad

HP

₂

2016

(28)

21 Appendix II

Variationen av HP2 under 2013.

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

1 303 605 907 1209 1511 1813 2115 2417 2719 3021 3323 3625 3927 4229 4531 4833 5135 5437 5739 6041 6343 6645 6947 7249 7551 7853 8155 8457

Värde

Timme

HP

₂

2013

Taivalkoski Marrakoski

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

1 304 607 910 1213 1516 1819 2122 2425 2728 3031 3334 3637 3940 4243 4546 4849 5152 5455 5758 6061 6364 6667 6970 7273 7576 7879 8182 8485

Värde

Timme

HP

₂

2014

(29)

22

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

1 304 607 910 1213 1516 1819 2122 2425 2728 3031 3334 3637 3940 4243 4546 4849 5152 5455 5758 6061 6364 6667 6970 7273 7576 7879 8182 8485

Värde

Timme

HP

₂

2015

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

1 259 517 775 1033 1291 1549 1807 2065 2323 2581 2839 3097 3355 3613 3871 4129 4387 4645 4903 5161 5419 5677 5935 6193 6451 6709 6967 7225

Värde

Timme

HP

₂

2016

(30)

TRITA -ABE-MBT-18359

www.kth.se