Vind- och solenergi

Användning av vindkraft i Finland

Vinden uppstår när luften rör sig till följd av temperatur- och tryckdifferenser i luftmassorna. Även vindkraften har alltså sitt ursprung i solens strålning. Vindens rörelseenergi omvandlas till rotationsrörelse och vidare till el i en generator. Vindkraftens funktion bygger på de molekyler som rör sig i luften. Molekylernas rörelseenergi omvandlas till rotationsenergi med hjälp av vindkraftverkets rotorblad. Rotorbladen driver en generator via en axel och i generatorn omvandlas rotationsenergin till elenergi. Den el som vindkraften alstrar leds till en transformator och vidare till kraftnätet. [2]

Vindkraftskapaciteten i Finland är totalt 118 vindkraftverk med en sammanlagd effekt på 147 megawatt (MW) (maj 2010). Vindkraften producerar cirka 0,3 procent av elförbrukningen i Finland (cirka 277 GWh år 2009) [4]. Storleken på vindkraftsenheterna har ökat märkbart under senare år. De vindkraftverk som byggs i dag har nästan utan undantag en effekt på åtminstone 1 MW och effekten hos de största vindkraftverken är 5 MW. Den vanligaste storleken är 2-3 MW. Vindkraftverkets huvuddelar är rotorn (nav och rotorblad), maskinhus, torn och fundament. Modellerna från olika kraftverkstillverkare skiljer sig något från varandra beroende på att de tekniska lösningarna är olika. Den största yttre skillnaden är i allmänhet maskinhusets form och storlek. Höjden på vindkraftverkens torn varierar mellan 50 och 130 meter beroende på vindkraftverkets storlek och lokalisering [2]. Den planerade livslängden på ett vindkraftverk är 20-30 år. Under denna tid behöver delar bytas och repareras. Ett tidigare vindkraftverks fundament kan användas som grund för fundamentet när ett nytt vindkraftverk byggs [5].

Ett område med flera vindkraftverk kopplade till varandra kallas vindpark eller vindkraftverkspark. Parken kopplas som en enhet till kraftnätet. Vindkraftverken i vindkraftverksparkerna placeras ofta på flera hundra meters avstånd från varandra. Placeringsavståndet bestäms av många faktorer, t.ex. turbinens storlek, antalet vindkraftverk och placeringsmönstret [5]. En av fördelarna med vindkraftverken är att de kan byggas på kortare tid än traditionella kraftverk. [1]

Vindkraftsproduktionen varierar från dag till dag och årstid till årstid. Därför kan inte vindkraften utgöra den enda energikällan utan annan elproduktion behövs för att jämna ut skillnaden mellan förbrukning och produktion. Vindkraften är mycket lämplig för decentraliserad elproduktion. Vindstilla dagar som förekommer sällan i Finland utgör inget problem när vindkraften endast producerar en del av elenergin. Köldperioder är inget problem för vindkraftverken och det blåser mer under vintern än under sommaren. Ett vindkraftverk kräver en vindhastighet på cirka 4 m/s för att starta. Effekten från anläggningen stiger när vindhastigheten ökar. När vindhastigheten når 15-25 m/s måste effekten begränsas genom passiv stallreglering eller aktiv reglering av bladvinkeln. I allmänhet måste ett vindkraftverk stoppas vid vindhastigheter på över 25 m/s för att undvika skador på anläggningen. [2]

Användningen av solenergi i Finland

Den strålningsenergi som kommer från solen till jordens yta under en timme överstiger den totala mängd energi människan förbrukar under ett helt år. I Finland är den årliga strålningsenergin från solen cirka 1 000 kWh/m². Denna energi kan utnyttjas antingen passivt eller aktivt. Med passivt utnyttjande avses att solens ljus och värme används direkt utan särskild apparat. Vid aktivt utnyttjande omvandlas solens strålning antingen till el i solpaneler eller till värme i solfångare. I småhus är det möjligt att använda både passiva och aktiva metoder. Cirka 15 procent av strålningen kan omvandlas till el med hjälp av solpaneler och cirka 25-35 procent till värme med hjälp av solfångare [2]. Strålningseffekten i södra Finland är cirka 50 procent lägre än effekten i Sydeuropa. I Finland är de viktigaste marknadsobjekten för solenergi byggnader, applikationer i byggd miljö eller sommarapplikationer samt applikationer för solenergi i glesbygden [3].

Solfångare används oftast för uppvärmning av varmvatten men de är också lämpliga för uppvärmning av rum. Ett solvärmesystem kan kombineras med alla former av huvudvärmesystem. Särskilt lämpligt är att kombinera solvärmesystemet med ett värmesystem som innehåller en varmvattenberedare. I hus med golvvärmesystem bidrar solvärmesystemet med mer energi eftersom temperaturen i den cirkulerande vätskan är lägre än i ett radiatorvärmesystem. Den vanligaste tekniska lösningen är en plan solfångare med vätskecirkulation där en pump används för att pumpa runt en vatten-glykolblandning. Den vätska som värms upp i solfångaren transporteras via rör till en värmeberedare och värmen överförs via värmeväxlare till det varma tappvattnet eller till husets värmesystem. När ett solvärmesystem dimensioneras är utgångspunkten förbrukningen av värmeenergi under sommarmånaderna, främst behovet av tappvatten. Beredarens kapacitet bör räcka för några dagars förbrukning. [2]

Ett annat alternativ för värmning av vatten är vakuumrörsolfångare som är effektivare än plana solfångarna med vätskecirkulation. En vakuumrörsolfångare utnyttjar solens diffusa strålning på ett effektivare sätt och kan producera cirka 30 procent mer energi per kvadratmeter. Värmeproduktionen i en vakuumrörsolfångare börjar redan i februari i södra Finland och den producerar värme ännu i november. Det är bäst att kontrollera att solen lyser på taket även när den står lågt innan man köper en solfångare. Hinder i terrängen påverkar i stor utsträckning det utbyte solfångaren ger. [2]

Solenergi produceras med solpaneler. Panelerna består av solceller där solstrålarnas energi åstadkommer en elektrisk spänning. Solcellen är en elektronisk halvledare. Solstrålningen skapar en spänning mellan cellens övre och undre yta. Storleken på den ström ett cellpaket, dvs. en solpanel, producerar är direkt proportionell mot solstrålningens styrka. Vid molnigt väder till exempel är solstrålningen betydligt svagare än i starkt solljus. [2]

Solenergin kan användas för att till exempel producera en betydande del av den elenergi ett hushåll behöver. Solenergisystem kan även installeras i bostads- och kontorshus för att producera en del av den energi som behövs i byggnaden. Den elenergi som en solpanel produceras kan lagras i ett eller flera batterier. Batteriet används på natten och under molniga dagar. Batterikapaciteten dimensioneras så att den täcker några dagars normal förbrukning utan laddning. Överloppsenergin kan matas till det allmänna elnätet. [2]

Ett passivt utnyttjande av solenergin är fördelaktigt. Det enklaste sättet att utnyttja solenergin är att använda dagsljuset i stället för artificiellt ljus. Målsättningen är att ta vara på värmen, främja utnyttjandet av naturligt ljus och minska värmeförlusterna.  Användningen av solens ljus och värme kan förbättras genom olika konstruktionslösningar i en fastighet. Med tanke på tillgången på solenergi är det mest fördelaktigt att placera en byggnad på en sydslutning. Andra påverkande faktorer är husets form, fönstrens storlek och byggmaterialet. Faktorerna ovan påverkar värme- och belysningskostnaderna betydligt. [2]

Det är emellertid viktigt att beakta olägenheterna med för stark uppvärmning under sommaren som kan förbyggas med hjälp av tak- och takfotslösningar, ventilerade grönrum, korsdragsventilation samt persienner, gardiner och andra flyttbara element. Tak- och takfotskonstruktionerna kan planeras så att de skuggar under sommarmånaderna men inte hindrar det lågt kommande solljuset under vårvintern. Särskild uppmärksamhet bör fästas vid att åstadkomma en naturlig ventilation i huset. De bästa passiva metoderna på vintern är god isolering, värmelagrande material, inglasade farstukvistar och grönrum, hjärtmur samt stora fönster mot söder och små mot norr. [2]

Finland har förbundit sig att minska utsläppen av växthusgaser för att bekämpa klimatförändringen. Det mål som ställs i Finlands klimat- och energistrategi (2008) är en ökning av den elenergi som produceras med vindkraft och solenergi till sex terawattimmar senast år 2020. Detta innebär en höjning av i huvudsak produktionskapaciteten hos vindkraften till cirka 2 000 MW under denna tidsperiod [2]. Produktionen av värme med hjälp av solenergi anses vara viktigare än produktionen av el med solenergin. Detta beror främst på solvärmens lägre kostnader. I den långsiktiga klimat- och energistrategin konstateras att ett mer omfattande införande av el från solenergi kommer att ske först under senare decennier och att införandet är beroende av resultaten från forsknings- och utvecklingsverksamheten. [6]

Bild 1. Vindatlasen ger information om vindförhållandena i hela Finland. [1]

I Finland har ett projekt med namnet Vindatlas genomförts (www.tuuliatlas.fi) som har tagit fram information om vindförhållandena i hela Finland. Syftet med Vindatlasen är att ta fram en så noggrann beskrivning som möjligt av vindförhållandena, t.ex. vindens styrka, riktning och turbulens. Vindatlasen har modellerats med hjälp av ett representativt urval av vindförhållanden under de senaste 20 åren. Atlasen innehåller en dynamisk kartbilaga (bild 1) som kan användas för att granska förhållandena på olika håll i Finland. Vindatlasen är ett viktigt redskap vid bedömningen av vindkraftverkens lokalisering och möjligheterna att producera ström med hjälp av vinden. Med atlasens hjälp kan vindförhållandenas variationer per år och per månad jämföras i hela Finland eller inom ett visst avgränsat område. Därför kan kartbilagan anses vara ett viktigt verktyg bland annat för dem som bygger och planlägger vindkraftverk. Avsaknaden av information om vindförhållandena i olika delar av Finland, särskilt i inlandet, har begränsat möjligheterna att reservera områden till exempel i landskapsplaner. [1]

Vind- och solkraftens miljökonsekvenser

Till användningen av förnybar energi hör även potentiella effekter på naturens mångfald. Effekterna är i allmänhet små vid utnyttjande av vindkraft och solenergi, och vissa effekter kan till och med vara positiva. En minskning av utsläppen av växthusgaser i syfte att bekämpa klimatförändringen har direkta positiva miljökonsekvenser. De bästa indirekta konsekvenserna kan vara att ersätta fossila energikällor med vindenergi i syfte att till exempel undvika skadliga utsläpp i luften. Om bioenergi ersätts av solenergi och vindkraft är det möjligt att i bästa fall undvika bl.a. problem med minskad biodiversitet. Utsläpp av växthusgaser uppstår främst under byggnadsskedet både för vindkraft och solenergi. [7]

Vindkraftens miljökonsekvenser är förhållandevis små. Vid elproduktion med vindkraft uppkommer inga CO₂-utsläpp och inte heller andra utsläpp. Vindkraftverkens viktigaste miljöolägenheter under drift är driftsljudet samt markanvändnings- och terrängkonsekvenserna. Den största olägenheten är terrängpåverkan. Vindkraftverksenheterna syns i terrängen på grund av storleken och formen som skiljer sig från andra byggkonstruktioner. Vid byggandet av vindkraftverk kan terrängkonsekvenserna minskas genom att placera vindkraftverken till exempel i havet, på en så osynlig plats som möjligt eller som en del i kulturlandskapet i formationer som är attraktiva för ögat. [7]

Bullerolägenheterna från vindkraftverk består av rotorbladens aerodynamiska buller och ljuden från elproduktionsaggregatet. Vid roten av ett vindkraftverk motsvarar ljudet ljudstyrkan vid ett normalt samtal (60 dB). Bullervärdet för vindkraftverk av industriell storleksklass (2–3 MW) som är placerade i en vindkraftspark på land understiger normalt 40 decibel på 700–1000 meters avstånd från närmaste kraftverk. Antalet vindkraftenheter, terrängen och vegetationen är emellertid faktorer som påverkar bullernivån. [7]

Konsekvenserna för undervattensmiljön vid havsvindkraftverk är mycket lika andra konstruktioner som kräver muddring. Havsbottnen påverkas huvudsakligen av muddringen, byggandet av fundamenten och dragningen av elkablarna under vatten. En havsvindkraftspark kan ha skadliga konsekvenser för fisket och för tillgången på näring för vattendjur. Å andra sidan kan konstruktionerna stimulera havsbottnen genom att ge skydd åt djur och växter. Vindkraftverken begränsar även möjligheterna att färdas på sjön. [7] De eventuella skadliga effekter som bullret och vibrationerna från havskraftverken kan ha för fiskarna undersöks som bäst.

Ute i världen är det känt att vindkraftverksparkerna utgör en fara för fåglar som ibland kolliderar med vindkraftverk. Risken är emellertid relativt liten, storleksordningen har uppskattats till 1/1000. Fåglarna ser och hör vindkraften på långt avstånd. I allmänhet väjer en fågel för vindkraftverket på 100–500 meters avstånd även på natten. Vindkraftverkets storlek, effekt och färg samt placering inom mark- eller sjöområdet har ingen större betydelse för kollisionsrisken. Trots att kollisionsrisken med vindkraftverk är liten rekommenderas att stora flyttfåglars rastplatser (t.ex. Limingoviken) och de stora flyttstråkens knutpunkter (särskilt Porkala, Hangö och Pellinge) undviks vid utplaceringen av nya kraftverksparker. [7]

Solvärmesystemen producerar i sig inga utsläpp när de är i drift. Indirekta utsläpp och miljökonsekvenser uppkommer genom de material som behövs i solvärmesystemet, installationsarbetet och den elenergi som bl.a. driver pumpar under driften. Solenergin orsakar inga utsläpp under driftn. De huvudsakliga miljökonsekvenserna uppkommer under produktionen av solpanelerna. Vid till exempel en olycka skulle skadliga kemikalier kunna komma ut i naturen. Miljökonsekvenserna är i hög grad beroende av sollcellstekniken. [3]