Vattenkraft
Från Rilpedia
 |
Denna artikel eller detta avsnitt anses inte vara skrivet ur ett globalt perspektiv. Förbättra gärna texten eller diskutera saken på diskussionssidan. |
Vattenkraft är den energi som kan utvinnas ur strömmande vatten beroende av jordens dragningskraft eller vattenströmning beroende av temperaturskillnader i världshaven eller som tidvattenströmmar som beror av gravitationskraften från månens massa. Det man vanligen avser med vattenkraft är utvinning av den lägesenergi som vattnet har fått i sitt naturliga kretslopp genom soldriven avdunstning följt av nederbörd på högre liggande markområden. Vatten från regn eller smält snö samlas upp i floder och sjöar som fördäms och tunnlar inrättas från fördämningarna till turbiner på lägre nivåer. När vattnet från vattendammen strömmar ner till turbinen utvinns den energi som definieras av nivåskillnaden mellan vattenytan i dammen och nivån där turbinerna är placerade. Energin omvandlas i turbinen till mekanisk energi som driver elgeneratorer som producerar elektrisk energi. Fram till slutet av 1800-talet utnyttjades främst vattenkraften genom att placera skovelhjul i strömmande floder för drivning av exempelvis kvarnar som malde säd eller som drivkälla för smideshammare och andra direktdrivna maskiner där fabriken låg i direkt anslutning till vattendragen. Så småningom utvecklades effektiva vattenturbiner som kunde driva elgeneratorer där man på ett enkelt sätt kunde transportera energin i form av el-energi till olika platser som låg långt från själva produktionsplatsen av vattenkraftsutvinningen.
Vattenkraften är en beprövad, säker och förnyelsebar energikälla. Vattenkraften är också en helt avgörande faktor vid utbyggnad av vindkraft, eftersom den är reglerbar. Vattenkraftanläggningar, och då särskilt dammarna, kan i vissa fall innebära lokal miljöpåverkan. Att återställa en utbyggd älv/å/bäck är sällan prövat, men kan göras till ett, fysiskt, i stort sett ursprungligt skick.[källa behövs] De arter som eventuellt utrotats ur vattensystemet, på grund av det vandringshinder som kraftverket utgör, kommer däremot inte tillbaka.
Vattenkraften är reglerbar och kan snabbt anpassas till de förändringar som sker i konsumtionen av el. Vattenkraftens reglering är en förutsättning för att vindkraft skall kunna byggas ut i större omfattning. När det inte blåser fyller vattenkraften i. En stor utbyggnad av vindkraft kommer att medföra ett ökat behov av reglering i vattenkraftanläggningarna, tvärtemot den allmänna trend som verkar för en minskning av regleringen av vattendragen med motiveringen att främja den biologiska mångfalden (se miljöpåverkan).
Innehåll |
Miljöpåverkan
Kraftverksdammar fungerar som vandringshinder för de fiskarter som företar vandringar (vanligast lekvandring). Detta gäller till exempel asp, vimma, id, ål, lax, havsöring, färna, nejonögon, sik, harr, öring, röding och elritsa. Flera svenska lax- och havsöringstammar har slagits ut och aspen, ål och lax är upptagen på rödlistan över hotade arter. Vattenmagasin med stor regleringshöjd får genom den onaturliga nivåskillnaden mellan hög- och lågvatten ett stört ekosystem. Detta beror på att den huvudsakliga produktionen av djur och växter normalt sker vid stranden ned till c:a 6 meters djup. De konstanta svängningarna i vattenstånd gör att näringsämnen transporteras bort från den produktiva strandzonen så att t.ex. de norrländska vattenmagasinen drabbas av näringsbrist. Nedströms dammen kommer den gamla strömfåran att vara ömsom torr och ömsom ha högvatten - en förändring i levnadsmiljön som blir svår att anpassa sig till för samtliga arter. I och uppströms dammen får man också en kraftig förändring, där bland annat bottenförhållandena förändras genom sedimentering.
I Sverige har det i vattendomarna ålagts kraftverksägarna att motverka detta genom en aktiv fiskevård, bland annat genom utsättning av fiskyngel, främst lax och havsöring. Detta är dock som en form av konstgjord andning, när utsättningarna upphör dör populationen. De fiskvägar som anlagts har ofta inte haft den effekt man avsett då fisk dels har haft svårt att hitta in i fiskvägen dels har turbinerna dödat eller skadat nedvandrande fiskungar eller urlekta föräldrafiskar.[1]
Dammar kan i vissa fall minska utsläpp av växthusgaser genom bland annat bevattning, grundvattenförändringar och översvämning ökar arealen med koldioxidinlagrande växter, dels påverkar reduktionsförhållandena vilket gör att mer koldioxid kan bindas i bottensedimenten vid syrgasbrist. För att det ska uppstå syrgasfria förhållanden fordras att näringstillskottet är tillräckligt stort och att syrgastillskottet är litet, vilket kräver stora magasin, med liten vattenomsättning samt mycket växtlighet.
Utbyggda ekosystemen gynnar vissa fiskarter och stammar på de ursprungligas bekostnad: gädda och lake gynnas i magasinen på öringens bekostnad. Fördvärgad sik och röding gynnas på normalstora exemplars bekostnad.
Historia
De första vattenkraftverken härstammar från Kina. På 1200-talet började vattenkraften komma till användning i Sverige. Genom att utnyttja det rinnande vattnet i älvarna så kunde man ta bättre vara på våra naturtillgångar, framförallt skogen och malmen. Omkring år 1200 byggdes de första vattenkraftsanläggningarna i Norden. I nästan 700 år har vattenkraften utnyttjas i Norden. Tiden som står vid namnet är när den typen kom till Sverige.
Skvalthjul (horisontellt vattenhjul), kom ungefär år 1250. Skvalthjulet kallas även horisontellt vattenhjul. Det är den enklaste typen av vattenhjul. Även den första typen av vattenhjul. I Sverige har skvalthjul använts sedan medeltiden för malning av säd i så kallade skvaltkvarnar. Det finns två former av horisontella vattenhjul, dels med raksnedställda skolvar och dels med en krans av skedformade skolvar. Den sistnämda varianten är var vanlig i södra Europa men var ovanlig i Norden. Den moderna varianten av vattenturbiner kan man betrakta som en vidareutveckling av det horisontella vattenhjulet. Under senare medeltiden och nya tiden så kom det horisontella vattenhjulet att utvecklas. En mängd försök att utveckla det horisontella vattenhjulet gjordes även under 1700-talet och början av 1800-talet. I Frankrike utfäste 1826 Sociéte d´Ecouragement pour l´industrie Nationale ett pris värt 6000 franc till den som kunde konstruera ett horisontellt vattenhjul med skedformade skovlar som uppfyllde vissa krav på verkningsgrad m.m. Det vinnande inslaget lämnade den unge ingenjören Bénoît Fourneyron. Hans konstruktion Fourneyronturbinen räknas som den första praktiskt användbara vattenturbinen. Ett skvalthjul fungerar så att vatten leds fram till en pinne med skovlar som står över ett vattendrag. Det rinnande vattnet gör så att hjulet börjar rotera och via axlar och kugghjul drivs kvarnen så att man kan mala sin säd.
Problemet med svaltkvarnarna var att man var tvungen att ha vattenkraftverket nära vattnet. Energin kunde inte transporteras längre än till själva vattenkvarnen. Nästa steg i utvecklingen var att kunna leda kraften längre. Svensken Kristoffer Polhem (1661-1751) gjorde en genialisk konstruktion som gjorde det möjligt att transportera vattnets rörelse någon kilometer från forsen. Hans konstruktion var enkel men genialisk. Den gick ut på att långa rörliga stänger kopplades till ett vattenkraftverk, så att vattnets rörelser kunde transporteras någon kilometer. Kristoffer Polhem kallade sin uppfinning för stånggång. Men den hade brister. Den utsattes för stora påfrestningar så att den krävde mycket underhåll. Stånggången blev utkonkurrerad av ångmaskinen då den kom till användning i gruvhanteringen.
I slutet av 1800-talet fick vattenenergin ett rejält uppsving. Då uppfanns motorer och elgeneratorer. En turbin ersatte skovelhjulet så att energin kude ledas till en generator så att energin omvandlades till elektrisk energi. Francis turbin (horisontell turbin) 1838-?. År 1826 lade fransmannen Jean Victor Poncelet fram ett förslag om en vattenturbin där vattnet strömmar in och ut radiellt. Poncelet kom dock aldrig att förverkliga sin idé. Samuel B Howd kom att bygga det första praktiskt användbara turbinen av det här slaget. Han fick patent på det 1838. Det stora genombrottet för den här turbintypen kom med James B Francis utvecklingsarbete. Francis lyckades konstruera en turbin med mycket bättre prestanda än Howds. James Bicheno Francis (1815-1892) var född i England men vid 18 års ålder utvandrade han till USA. Han kom att bosätta sig i staden Lowelli delstaten Massachusetts. Staden Lowell är belägen där floderna Concorde och Merrimac förenas,var ett centrum för Amerikas textilier och vattenkraft utnyttjades i stor skala. Lowell brukade även kallas för "Amerikas Manchester". Francis började sin karriär som järnvägsbyggare men efter några år blev han chefsingenjör vid Lowell Manufactering company, där han fick i upppdrag att planera vattenkraftsutbyggnaden i området. Det var det här arbete som ledde honom in på området om konstruktioner av vattenturbiner. Farcis utförde under 1840-talet flera expriment där han jämförde prestandan mellan Fourneyronturbinen och sin egen konstruktion. I Fourneyronturbinen strömmar vattnet inifrån och utåt. Francis publicerade sina resultat i boken "Lowell Hydrualic Expriments" år 1855. Boken kom att ha stor betydelse för den fortsatta utvecklingen av vattenturbiner. I sin ursprungliga form kom Francisturbinen att användas i begränsad utsträckning. Efter år 1860 kom turbintypen att utvecklas och modifieras. Engelsmannen James Thomson gjorde betydelsefulla förändringar av Francis turbin. Thomson försedde turbinen med rörliga ledkolvar och en spiralformad tryckpump. I Sverige uppmärksammade Qvist & Gjers ingengörsbyrå i Arboga francisturbinen under 1880-talet. Francisturbinen blev deras huvudtyp av turbiner. Firman var ledande på vattenturbiner under 1880-talet. I sina huvuddrag var turbinen färdigutvecklad vid sekelskiftet. Idag är francisturbinen den vanligaste turbintypen och den används av vattenkraftverk över hela världen.
Den första vattendrivna elgeneratorn kom till Sverige 1882. Det var ett spinneri i Västergötland som på så sätt fick elbelysning. Efter det har utvecklingen gått fort. Sverige var det första landet i Europa som fick elektricitet. Härnösand fick som en av de första städerna i Europa gatubelysning år 1885. Tack vare vattenkraften var Sverige det första landet i världen som fick eldrivna tåg.
De flesta vattenkraftverken i världen är byggda under 1950 och 1960-talen.
Sverige har idag ungefär 1800 vattenkraftverk.
Under 1990-talet utvecklade ABB (Asea Brown Boveri) en ny typ av generator, Powerformer, som skulle leverera högspänd ström direkt till nätet utan transformator. Detta skulle resultera i minskade effektförluster, men projektet lades ner efter tekniska svårigheter.
Produktion
Vattenkraftproduktionen byggdes ut kraftigt i Nordamerika och Europa fram till 1980-talet. Idag sker en omfattande vattenkraftutbyggnad i Latinamerika och Asien.
Vattenkraften står idag för cirka hälften av Sveriges elproduktion. De så kallade nationalälvarna, Kalix älv, Torne älv, Piteälven och Vindelälven, liksom en rad andra älvsträckor och åar, är genom riksdagsbeslut skyddade från vidare utbyggnad. I Piteälven finns dock ett kraftverk, Sikfors, och ett par regleringsmagasin, och Vindelälven flyter ihop med Umeälven strax uppströms om Stornorrfors kraftverk.
De största produktionsländerna under perioden 2001-2005 var (årliga medelvärden){http://www.bp.com/productlanding.do?categoryId=91&contentId=7017990}
| Land | Produktion TWh | Per capita | Andel av elproduktion | Förändring mot 1995-2000 |
|---|---|---|---|---|
| Kanada | 344 | -1% | ||
| Kina | 321 | +58% | ||
| Brasilien | 304 | +6% | ||
| USA | 260 | -20% | ||
| Ryssland | 170 | +7% | ||
| Norge | 121 | +1% | ||
| Syrien | 119 | +2% | ||
| Japan | 96 | +2% | ||
| Indien | 78 | +2% | ||
| Frankrike | 67 | -6% | ||
| Venezuela | 66 | +12% | ||
| Sverige | 65 | 47,5% | -6% | |
| Italien | 48 | -2% | ||
| Österrike | 41 | +4% | ||
| Schweiz | 37 | +3% | ||
| Colombia | 36 | +12% | ||
| Turkiet | 36 | -5% | ||
| Argentina | 34 | +34% | ||
| Spanien | 34 | -7% |
Stora vattenkraftverk
Världens största vattenkraftverk angivet i installerad max-effekt är:
| Itaipú | Brasilien/Paraguay | 1984/1991 | 12 666 MW | 93,4 TWh |
| Guri | Venezuela | 1986 | 10 200 MW | 46 TWh |
| Grand Coulee | USA | 1942/1980 | 6 809 MW | 22,6 TWh |
| Sayano Shushenskaya | Ryssland | 1983 | 6 721 MW | 23,6 TWh |
| Robert-Bourassa | Kanada | 1981 | 5 616 MW | |
| Churchill Falls | Kanada | 1971 | 5 429 MW | 35 TWh |
| Järnporten | Rumänien/Serbien | 1970 | 2 280 MW | 11,3 TWh |
Tre raviners damm, Kina: I drift 2003, fullt utbyggt 2009, 18 200 MW
De största svenska kraftverken är:
Alternativ vattenkraft
Man kan även utvinna energi ur vågor, så kallad vågkraft, eller tidvatten. Dessutom finns försök att utvinna energi ur långsamt strömmande vatten, med anläggningar som liknar vindkraftverk under vatten och inte behöver några dammar. Energitätheten i långsamt strömmande vatten är låg, och anläggningarna behöver bli väldigt stora för att få någon egentlig betydelse. Den synliga miljöpåverkan blir mindre än med dagens vattenkraftverk, men investeringarna är i dagsläget avsevärt mycket större, varför de i dagsläget inte är genomförbara annat än i experimentell skala. Över tid är det troligt att de endast får en marginell betydelse.
Se även
Källor
- ↑ Annika Nilsson (6 maj 2007). ”Misslyckad räddning av havsöringen”. Dagens Nyheter. http://www.dn.se/DNet/jsp/polopoly.jsp?a=646918.
Externa länkar
- SERO om miljövänlig småskalig vattenkraftproduktion
- Kuhlins hemsida om svensk vattenkraft
- Biologisk mångfald i Sverige, Monitor 14, Naturvårdsverket.
- Naturskyddsföreningen om vattenkraft
- Vattenfall om elprodukton
|
|||||||||||||||||||
