Betydningen av demningsmagasin og av klimaendringer for energiproduksjonen i småkraftverk

Transkript

1 Materoppgave tp Fakultet for realfag og teknologi Arne Auen Grimene Betydningen av demningmagain og av klimaendringer for energiprodukjonen i måkraftverk Effect of dam and of climate change on hydropower generation from mall hydro power plant Edwige Solène Hwang Miljøfyikk og fornybar energi Fakultet for realfag og teknologi

2 NORGES MILJØ- OG BIOVITENSKAPELIGE UNIVERSITET FAKULTET FOR REALFAG OG TEKNOLOGI Betydningen av demningmagain og av klimaendringer for energiprodukjonen i måkraftverk Edwige Solene Hwang MASTEROPPGAVE I MILJØFYSIKK OG FORNYBAR ENERGI Veiledere: Arne Auen Grimene og Bjørn Sønju-Moltzau Mai 2018

3 1

4 Forord I løpet av mitt utdanningforløp har intereen min for vannkraftprodukjonen økt. Det var derfor et tort privilegium å få muligheten til å krive denne materoppgaven i amarbeid med Norge Vadrag- og Energidirektorat (NVE). Jeg har fått bryne meg på en pennende og aktuell problemtilling, noe jeg er vært takknemlig for. At energiverk vil kunne dra nytte av reultatene fra min tudie, har deuten vært en tor motivajonfaktor for å utføre arbeidet mitt. Jeg vil ført rette en takk til Bjørn Sønju-Moltzau, veilederen min fra NVE, for han medvirkning til dette projektet. Jeg vil deretter takke Arne Auen Grimene for god veiledning under den avluttende delen av arbeidet, om ogå markerer ite fae av en flott tid om tudent i Å. Jeg er ogå takknemlig overfor Fredrik Arneen og Erik Holmqvit fra NVE, om har vært meget hjelpomme og delt nyttig faglig kunnkap med meg. Til lutt en takk til familien førteamanueni for gode innpill og tøtte. Olo, Mai

5 Sammendrag Denne materoppgaven omhandler betydningen av demningmagain og av klimaendringer for energiprodukjonen i måkraftverk. Formålet er å underøke hvordan energiprodukjonen i norke måkraftverk endre, derom det forutette inntallering av et tenkt demningmagain i vannkraftverk om per dag dato ikke har noen demning, og derom det anta at dagen klimaprognoer vil inntreffe i fremtiden. Analyene utføre på tjue måkraftverk om er valgt ut baert på vie kriterier. Når utvalget av måkraftverkene er betemt, hente målte tiligerier med døgnoppløning for å underøke effekten av demningmagain på vannkraftprodukjonen. Tiligeriene om benytte i forbindele med klimaendringer innvirkning på energiprodukjonen, er ikke baert på oberverte data. Vannføringverdiene i die eriene vil avhenge av det utlippcenario og den klimamodell om legge til grunn for framkrivingen av tiligene. Tiligerier baert på tre forkjellige cenarioer (CNRM-CCLM-RCP4.5, CNRM-CCLM-RCP8.5 og EC- EARTH-CCLM-RCP4.5) bruke om datagrunnlag i denne oppgaven. Målte og modellerte tiligerier ette inn i en modell i Excel, lik at energiprodukjonen for hvert måkraftverk kan beregne. For de tjue måkraftverkene vil det være lønnomt å intallere et demningmagain, da gjennomnittlig endring i energiprodukjonen ble beregnet å være 26,8 % med dam. Det konkludere med at klimaendringene vil påvirke energiprodukjonen, men reultatene fra denne tudien peker ikke entydig mot høyere vannkraftprodukjon, lik om tidligere forkning. Enkelte måkraftverk vil oppleve redukjon i energiprodukjonen, eller lite endring, avhengig av hvilket cenario tiligeriene baerer eg på, amt hvilken fremtidig periode om analyere. Sannynligvi er det mange åraker til at få måkraftverk opplever relativt tor økning i energiprodukjonen, når det ta henyn til klimaeffekter. Den met åpenbare åraken er den begrenede reguleringevnen til de flete måkraftverkene, lik at få av die har muligheten til å nyttiggjøre eg det ektra tiliget om kommer om følge av klimaendringer. En annen årak er betydningen av hvor i landet det enkelte måkraftverket befinner eg. Variajonene i reultatene mellom cenariene anta å ha ammenheng med modellene forenklinger og begrenninger. Det fremheve at reultatene i denne tudien kun gjelder for den utvalg, altå de tjue måkraftverkene. Det vil være nødvendig å øke utvalget, og eventuelt å utvikle bedre klimamodeller, for å kunne heve kvaliteten på analyene og kunne trekke mer vidtgående konklujoner. 3

6 Abtract Thi thei focue on the ignificance of dam reervoir and of climate change on power generation in mall hydro power plant. The purpoe of thi paper i to examine eventual change in power generated by mall Norwegian hydro power plant, uppoing the intallation of a fictive dam reervoir, a well a climate change cenario occurring in the future. Performing the wanted analyi require a election of twenty mall hydro power plant. When the election criteria are acertained, meaured inflow erie with day reolution are ued to ae the effect of dam reervoir on hydropower generation. On the other hand, inflow erie ued to evaluate the impact of climate change on hydropower generation are not baed on oberved data. The value of water flow in thee erie will depend on which emiion cenario and which climate model that are the bai of inflow projection. Inflow erie baed on three different cenario (CNRM-CCLM-RCP4.5, CNRM-CCLM-RCP8.5 and EC-EARTH-CCLM-RCP4.5) make up the data bai in thi thei. Meaured and modeled inflow erie are put in an Excel-model, which enable to calculate the hydropower generation in each power plant and for the period in quetion. It will be beneficial for the twenty mall hydro power plant to intall a dam reervoir, a the average increae in hydropower generation i calculated to be 26,8 % with a dam. The econd concluion i that climate change will influence the hydropower production, however the reult obtained in thi tudy do not point unambiguouly toward increaed power generation, a ha been the cae with former reearch. Some mall hydro power plant will either experience a reduction in power generation or little change, depending on which cenario the inflow erie are baed on, and which future period i analyzed. There are probably many reaon a to why o few mall hydro power plant experience any notable increae in power generation, when conidering effect of climate change. The mot obviou reaon i the mall hydro power plant limited capacity to regulate, meaning few of them could benefit from the additional inflow that will come from increaing rainfall. Another caue i the importance of the hydropower plant geographical location. Variation in reult between different cenario are uppoed to be due to the limitation of the model. It hould be highlighted that the reult from thi tudy firt and foremot apply to the elected mall hydro power plant. If generalization of reult or definition of regional tendencie i deirable, then more hydro power plant hould be elected and better climate model hould be developed. 4

7 Innholdfortegnele 1. Problemtilling og bakgrunn Bakgrunn Oppgaven problemtilling og formål Avgrenning Om vannkraftanlegg Teori om vannkraftanlegg Noen teknike forutetninger i imuleringmodellen Kort om kraftprodukjonen og kraftverkene i Norge Om bygging av dammer og opprutning/utvidele Grunnleggende krav ved bygging av dam Opprutning og utvidele Betydningen av opprutning og utvidele for produkjonpotenialet Teoretik utgangpunkt for den videre analye av effekten av et demningmagain for kraftprodukjonen i måkraftverk Teorier og modeller knyttet til klimautviklingen Det hydrologike kretløp Tiligerier HBV- og GWB-modellene Generelt om modellene Analyer av klimaendringer påvirkning av tilig og energiprodukjon Uikkerhetanalyer Utviklingen i klimatike og hydrologike forhold i Norge i de ite tiårene Klimamodeller og utlippcenarioer Innledende om modeller for imulering av framtidig klimautvikling Utlippcenarioer Uikkerhet i modellene

8 4.6.4 Et ekempel på beregninger av klimaendringer konekvener for vannkraftprodukjonen ved bruk av en global klimamodell Kort om klimamodellene om anvende i denne tudie Oppummering av det teoretike grunnlaget for den videre analye av effekten av klimaendringer for energiprodukjonen i måkraftverk Utvalget av måkraftverk Innledende om metoden Kriteriene for utvelgele av måkraftverkene En preentajon av entrale data for kraftverkene i utvalget Måleerier og varighetkurver Måleerier Varighetkurver for vannføringerier Produkjonanalye Kilder til uikkerhet Reultater av imuleringene Utarbeidele av varighetkurver Beregning av energiprodukjon med og uten demningmagain Beregning av energiprodukjon med klimajuterte tilig Regionale forkjeller Dikujon Effekten av demningmagain på energiprodukjonen i måkraftverk Effekten av klimaendringer på energiprodukjonen i måkraftverk Konklujon Referaner Vedlegg...56 Vedlegg I: Sentrale definijoner...56 Vedlegg II: Kontanter...57 Vedlegg III: Varighetkurver for vannføringerier

9 1. Problemtilling og bakgrunn 1.1 Bakgrunn Fremtidig energiprodukjon i norke vannkraftverk vil kunne ee i ly av den globale klimautviklingen. Hva angår klimautviklingen, har FN klimapanel utarbeidet to ulike cenarioer for å bekrive fremtiden klima baert på utlippmengden av klimagaer (Stocker et al., 2013). Utlippøkning er direkte korrelert med global temperaturøkning. Klimapanelet førte utlippcenario, ogå kalt RCP8.5, har et anlag på 4,5 C i global temperaturøkning mot lutten av dette århundret. Utlippcenario RCP4.5 opererer med et mer moderat anlag i temperaturøkning, rundt 2,5 C, og det anta en tabiliering av klimagakonentrajonene i atmofæren rundt Uanett hvilket utlippcenario en velger å baere eg på, er det framtredende likheter i forventningene rundt konekvenene av klimaendringene i Norge. Det er en generell konenu blant forkere om at die klimaendringene vil føre til en økning i flomhendeler og færre eongvariajoner i tiliget. Dette har ammenheng med en økning både i årmiddeltemperatur og årmiddelnedbør (Beiland et al., 2017 & Hanen-Bauer et al., 2015). Det er grunn til å anta at det norke kraftytemet vil kunne dra fordel av de forventede endringer i tiligmønteret, i form av økt kraftprodukjon. Samtidig må en regne med at endringene vil medføre økte flomtap. 1.2 Oppgaven formål og problemtilling Denne oppgaven omhandler potenialet for økt kraftprodukjon i måkraftverk. Formålet med arbeidet er todelt. For det førte kal vurdere potenialet for økning i kraftprodukjonen i måkraftverk, om følge av at det bygge et demningmagain. For det andre kal vurdere hvilke virkninger om klimakapte endringer i vanntilig kan få for måkraftverkene produkjon. I korte trekk kan problemtillingen for denne materoppgaven bekrive på følgende vi: Å utføre analyer av den potenielle energiprodukjonen i et utvalg av måkraftverk, når det forutette: 1) kontrukjon av et tenkt demningmagain, ved et kraftanlegg om per i dag ikke har et likt anlegg; 2) endret vanntilig om følge av klimaendringer, i amvar med realitike antakeler om klimautviklingen; 3) en kontrukjon av et demningmagain kombinert med et endret (klimakapt) vanntilig. 1.3 Avgrenninger og betydningen av forenklinger Beregninger og analyer om utføre i denne oppgaven bygger på vie forenklinger, om er nødvendige for å kunne iolere effektene av en (tenkt) damkontrukjon og/eller av et gitt klimakapt tiligmønter. I realiteten vil produkjonpotenialet i 7

10 et kraftanlegg avhenge av en rekke faktorer. Blant annet magaintørrele, miljøapekter (om topografi) amt ulike lokale fyike forhold piller inn. I all hovedak vil like faktorer ikke bli tatt henyn til i denne materoppgaven. Det kan for øvrig ikke ta for gitt at bygging av et demningmagain er gjennomførbart eller aktuelt for alle måkraftverkene om vil inngå i utvalget. Forenklinger og andre forutetninger om ligger til grunn for modeller og analyer i denne materoppgaven, vil nødvendigvi ha en vi betydning for reultatene om det komme fram til. Avgrenninger og forenklinger medfører nemlig at vie forhold (og eventuelt interakjoner) ikke inngår i modellen og dermed ikke blir tatt henyn til. Die begrenningene trenger likevel ikke å bety at reultatene om oppnå, har en lav grad av validitet eller pålitelighet. For det førte kan modellen avpeile på en god måte de entrale relajonene om den er ment å fokuere på. Og for det andre å kan data om anvende i modellen være av høy kvalitet. I avnitt 4.4 vurdere modellen egnethet med utgangpunkt i en drøfting av reliabiliteten til beregningmodellen reultater, det vil i i hvilken grad en oppnår en tabilitet i reultatene, når imuleringer foreta med ulike modeller. 2. Om vannkraftanlegg 2.1 Teori om vannkraftanlegg Et vannkraftverk utnytter poteniell energi i form av vannfallenergi for å produere kraft. Vannfallenergien er den ideelle energimengden om kan innvinne ved en vannmae fall fra ett nivå (ekempelvi nedbørfelt eller et vannmagain) til et lavere nivå. Denne energien betemme av vannmengde og fallhøyde (Sønju- Moltzau, peronlig meddelele 2014). I krafttajonen driver det rennende vannet en turbin; med andre ord omdanne energien i vannet til mekanik energi i turbinen, og dette får turbinen til å rotere. Turbinen er knyttet til en generator (om regel en trefaet ynkrongenerator) gjennom en akling (Sønju-Moltzau, peronlig meddelele 2014). På turbinaklingen er det fetet en pole av kobbertråd, og turbinen rotajon i et magnetik felt medfører at det induere en trøm inne i polen, lik at den mekanike energien omforme til elektrik energi i generatoren. Før vekeltrømmen overføre til luttbrukerne, må den gjennom en tranformator, lik at den penningnivå endre. I det øyeblikket vekeltrømmen når tranformatoren primærvikling, vil det induere en varierende magnetik fluk i jernkjernen, om igjen vil induere en varierende elektromotorik penning i ekundærviklingen. Den generelle likningen for poteniell energi er gitt nedenfor: E p = mgh (1) Der E p er poteniell energi, m er mae, g er gravitajonkontanten og h er fallhøyde. 8

11 En vil kunne benytte definijonen på vannet tetthet eller peifikke vekt for å beregne tillingenergien, da vannmengden ofte oppgi i kubikkmeter: E p = Vρgh (2) Der maen er blitt ertattet med: m = Vρ (3) V er vannet volum, og ρ er vannet tetthet. Fra definijonen for effekt gitt ved (4), er en at 1 J tillingenergi per ekund produerer 1 W effekt. P = E t (4) P er effekt, og t er tid. Innen kraftprodukjon vil typik uttrykket kwh/h bruke (arbeid per time). Formel (5) oppgir det generelle uttrykket for effekten i et vannkraftverk. P = ρqghη (5) Q er trømningrate, vannføring (gjennomnittlig midlere tilløp til turbinene) eller lukeevne. η er virkninggraden i anlegget. Som regel vil det måtte regne med flomtap og vannlipping forbi turbinen. Vannlipping kylde at turbinen minte lukeevne er tørre enn elve vannføringen. Derfor blir uttrykket energipotenial benyttet, lik at en kan i hvor mye energi om teoretik kan hente ut av et vadrag, når en ikke tar henyn til forkjellige former for vanntap. Figur 1 vier hovedkomponentene i et vannkraftverk med tilhørende tabell nedenunder. 9

12 Figur 1: Skie av et vannkraftverk (Svarte og Sebergen, 2012). Tabell 1: Hovedkomponenter i et vannkraftverk. Sirkel A Sirkel B Sirkel C Inntakluke og grind. Fa tilløptunnel til trykkjakt. Turbin og generator. Turbinen og effekten av turtallet Ved utbygging av vannkraftverk har tre faktorer veentlig betydning for valg av turbintype. Die faktorene er: 1. Fallhøyden 2. Vannføringen eller trømningraten 3. Turtallet på turbinen. En kan ført få fram ammenhengen mellom effekten og turtallet, ved å benytte relajonen: P = ꙍτ (6) Der P er effekt, ꙍ er omdreininghatighet, og τ er kraftmoment. Deretter ta det utgangpunkt i at: ꙍ = 2πn 60 (7) 10

13 I formel (7) tår n for turtall. Det betyr at ved å kombinere formlene (6) og (7), kan effekten uttrykke om funkjon av turtall på følgende vi: P = πnτ 30 (8) Turbintypene En turbin er et hjul med kovler. Met utbredt er turbiner av typene Pelton, Kaplan og Franci (Fornybar, 2018). Franciturbinen er den vanligte typen og bruke ved middel vannføringer i forhold til fallhøyde. Den dekker området mellom Pelton- og Kaplanturbinen. Vannet i en Franciturbin lede inn via en piralformet tromme (et «neglehu»). Vannet fordele jevnt på ledekovlene og videre til løpehjulet. Franciturbinen har noe høyere makimalvirkninggrad enn Peltonturbinen, men virkninggraden reduere betydelig når turbinen kjøre på lave vannføringer. Ved fravær av et vannmagain bør derfor to turbiner vurdere. Figur 2: Skie av en franciturbin (Svarte og Sebergen, 2012). Kaplanturbinen er ærlig egnet ved tore vannføringer i forhold til fallhøyde. Kaplanturbinen deler mange trekk med Franciturbinen. Vann lede til løpehjulet gjennom en piraltromme, og effekten regulere når ledekovlene regulerer vannmengden. Begge turbinene har løpehjulet under undervannet. Forkjellen mellom en Kaplan- og en Franciturbin ligger i utformingen av løpehjulet amt retningen til vanntrømningen i forhold til løpehjulet (Svarte og Sebergen, 2002). 11

14 Figur 3: Skie av en kaplanturbin (Svarte og Sebergen, 2012). Peltonturbinen bruke ved liten vannføring i forhold til fallhøyden. Vannet lede gjennom en eller flere dyer om trømmer inn om fri vanntråle på kovlene til det roterende løpehjulet. Dette er ogå en av karakteritikkene til en åkalt partialturbin, noe en peltonturbinen er. En partialturbin kjennetegne i tillegg ved at hele vannveien er fylt med vann. Når vanntrålen treffer en kovl bøye trålen av, lik at det overføre en impul om gir rotajon av hjulet. Dyene er regulerbare for å tilpae vannmengden inn på løpehjulet. I motetning til Franciturbinen og Kaplanturbinen, er Peltonturbinen løpehjul over undervannet (Svarte og Sebergen, 2002). Figur 4: Skie av en peltonturbin (Svarte og Sebergen, 2012). 12

15 Figur 5: Ideell turbintype om funkjon av trømningrate og fallhøyde (Bachke et al., 2010). (På begge akene anvende en logaritmik kala) Virkninggrader For å kunne betemme produkjonmengden fra et kraftverk, er det nødvendig å e på de forkjellige virkninggradene om påvirker hvor mye kraft om kan produere. For det førte vil falltap, det vil i frikjontap i rørene, gi utlag på totalvirkninggraden. Virkninggraden blir (Nielen, 2014): η vannvei = 1 h f h (9) Der h f er falltap, og h er brutto fallhøyde. Falltap definere nærmere i avnittet om omhandler Bernoulli-likningen. Når vannet treffer turbinen, vil effekten ut fra turbinen avhenge av turbinen virkninggrad, jf. formel (10). Turbinen virkninggrad η turbin uttrykke om funkjon av effekt ut fra turbinen: 13

16 η turbin = P turbin ρgqh (10) Der P turbin er effekt ut fra turbin. Til lutt vil effekten om kommer ut av generatoren ha en lavere verdi enn effekten om kommer inn (tilvarende effekt ut fra turbin). Virkninggraden η generator til generatoren er gitt ved: η generator = P generator P turbin (11) Der P gen er effekt ut fra generator. Totalvirkninggraden til anlegget blir dermed: η = η vannvei η turbin η generator (12) 2.2 Noen teknike forutetninger i imuleringmodellen Valg av kapaitet for elvereervoar Kapaiteten til et elvereervoar betemme ved å utføre åkalte operajontudier, der driften av magainene imulere i løpet av et tidintervall. Tidintervallet kan være en dag, en måned eller et år. Som regel anvende månedlige data. Siden det ønke å e på effekten av må inntakmagain, vil data med døgnoppløning anvende i denne materoppgaven. Årlige intervaller er met aktuelle for tore magainer med lagringkapaitet om kan vare i flere år (Linley og Franzini, 1992). Bernoulli-likningen Simuleringmodellen for kraftprodukjon (utviklet i Excel) om benytte i arbeidet med denne materoppgaven, og om det er redegjort for i avnitt 6.3, baerer eg blant annet på Bernoulli-likningen for inkompreible fluider og med frikjontap. En inkompreibel fluid har kontant tetthet (Finnemore og Franzini, 2002). Vann, om har en tetthet lik 1000 kg m3, er en inkompreibel fluid. Bernoulli-likningen for inkompreible fluider og med frikjontap er gitt nedenfor (Finnemore og Franzini, 2002). ( p 1 γ + z 1 + V g ) h f = ( p 2 γ + z 2 + V g ) (13) Der p tår for trykk, z er høyde, g er gravitajonkontanten, V er trømninghatigheten i røret, og h f er falltap grunnet frikjon, ogå kalt for frikjontap. Fotkriften 1 tår for inntakpunkt, men fotkrift 2 tår for uttakpunkt. Og videre: γ = ρ g (14) γ er (vannet) peifikke vekt, men ρ er (vannet) tetthet. 14

17 Denne Bernoulli-likningen er viktig, iden den tar høyde for frikjontap i rør. Falltap grunnet frikjon er en av parameterne om beregne i modellene. Rørene om benytte i kraftverkene, er om regel irkulære. Da er h f gitt ved: h f = 4 τ 0 L γ D (15) Der τ 0 er kjærfrikjon, L er rørlengden og D er rørdiameteren (Finnemore og Franzini, 2002). Fra formelen ovenfor er en at frikjontapet avhenger blant annet av rørlengden og rørdiameteren. 2.3 Kort om kraftprodukjonen og kraftverkene i Norge I dag tår vannkraft for tilnærmet 16 % av verden elektriitetprodukjon (Adam K et al., 2015). Canada, USA, Brail, Kina og Ruland tår for mer enn 50% av verden vannkraftprodukjon, og er de tørte vannkraftproduentene i verden. Den norke vannkraftprodukjonen tilvarer neten 40% av den europeike, og gjør dermed Norge til den tørte produenten av vannkraft i Europa. I 2016 var det totalt 1066 krafttajoner i Norge. Mengde vannkraft produert var på 144 TWh, og utgjorde 96,3 % av den totale kraftprodukjonen. Nettoekporten av kraft i 2016 var på 16,5 TWh, noe om ane for å være veldig høyt (SSB, 2017). Små variajoner i kraftprodukjonen vil kunne forekomme fra år til år, om følge av årlige endringer i værforhold (Energifakta Norge, 2017). En overikt over det utbygde vannkraftytemet pr 01. januar 2018 er vit i tabell 2. Tabell 2: Utbygd vannkraftytem pr Referaneperioden for midlere årprodukjon er Kategori Antall Ytele i GW Midlere årprodukjon i TWh Under 1 MW 569 0,18 0, MW 690 2,39 9, MW 259 9,64 43,08 Over 100 MW 81 19,62 80,71 Pumper ,16 Totalt ,83 133,89 Kilde: NVE, 2018b. Små vannkraftverk er kraftverk med intallert effekt opp til 10 MW. De dele inn i følgende undergrupper (Fornybar, 2018): - Mikrokraftverk, intallert effekt er inntil 100 kw. - Minikraftverk, intallert effekt er mellom 100 kw og 1 MW. - Småkraftverk; intallert effekt er mellom 1 og 10 MW. 15

18 Antall måkraftverk pr er 690 tk, jf. tabell 2. Meteparten av elvekraftverkene i Norge ligger i lavlandet, hovedakelig på Sørlandet, Øtlandet og i Trøndelag (Fornybar, 2018). Det finne både elvekraftverk og magainkraftverk, der itnevnte killer eg fra førtnevnte ved at et magain regulerer vannføringen (Sønju-Moltzau, peronlig meddelele 2014). I noen tilfeller vil det kunne være demningmagain i elvekraftverk, men ikke alltid. Småkraftverk vil typik være et elvekraftverk. Et magainkraftverk har muligheten til å reduere vanntapet, og har derfor høyere produkjon. Produkjonen er ogå høyere enn i de to andre kraftverktypene når forbruket er høyet, og effekten på foryningikkerheten er poitiv (Sønju-Moltzau, peronlig meddelele 2014). 3. Om bygging av dammer og opprutning/utvidele 3.1 Demningmagainet funkjon En demning topper og amler opp vann på demningen overide, lik at vanntanden heve og vannkraftverket får et inntakmagain. Et magain kan ogå oppnå uten nødvendigvi å måtte bygge en dam. Dette gjelder derom det finne en naturlig jø. Da kan vann tappe ut gjennom en tunnel inn under jøen, og på den måten kan vanntanden enke etter behov (Brattebø et al., 2013). For måkraftverk vil det være aktuelt å bygge en liten oppdemning, altå en mindre kontrukjon, for å magainere vannet. Da oppnår en et åkalt demningmagain. Derom vannet ikke kan lagre når turbinlukeevnen er mindre enn tilløpet, vil vannet renne forbi (Bachke et al., 2010). Selv om demningmagainet ikke vil kunne manøvrere om andre tørre reguleringmagainer, vil vanntap kunne minke ved å holde den øverte delen av inntakmagainet nedtappet. I denne materoppgaven imulere og analyere hvilken effekt om et demningmagain kan ha for energiprodukjonen i må kraftverk. 3.2 Grunnleggende krav ved utbygging av dam Det tille krav til alle dammer om kal bygge ut. Betemmeler om ikkerhet og tilyn med vadraganlegg finne i Forkrift om ikkerhet ved vadraganlegg av 2009 (damikkerhetforkriften). NVE har utgitt en veileder til bruk ved planlegging og bygging av vadraganlegg, for å ivareta kravene i forkriften (Petteron, 2012). Det er deuten utviklet en egen veileder for utbygging av dammer av mindre tørrele (Midttømme, 2006). Ethvert vadraganlegg blir plaert i en åkalt «konekvenklae». Kravene til anlegget vil avhenge av hvilken klae den tilhører (e mer om dette i NVE rapport fra 2014). Hva angår dammer, gjelder generelt at demningene må kunne tåle 16

19 vanntrykket om de vil utette for, og være olide nok mot bølger, frot og i. I tillegg må de kunne håndtere forekomten av tore flommer (Midttømme, 2006). Lia. et al (2015) er på nåværende tatu for utviklingen av vannkraft og damutbygging. Der redegjøre for at det om følge av økte energiprier og politik tøtte, har vært en økning i vannkraftprodukjonen iden Det forvente at produkjonen av vannkraft vil øke enda kraftigere fram til 2020, om er året hvor elertifikatene utløper. Elertifikater er tøtteordninger for produkjon av fornybar kraft (NVE, 2017a) og er en konekven av den norke regjeringen forpliktele til å innføre 13,2 TWh fornybar kraft årlig til det europeike markedet innen 2020 (Lia et al., 2015). Mellom 2001 og 2010 ble det gitt konejon til utbyggingen av 234 nye måkraftverk. De flete måkraftprojektene har høye fall, og vil følgelig være uttyrt enten med to Franci-turbiner eller med en Pelton-turbin (Lia et al., 2015). Utbygging av dam må kje ut ifra de forutetninger om ekiterer på utbyggingtedet. Det ønke å reduere kotnadene relatert til utbyggingen og å minimere eventuelle påvirkninger på miljøet. De flete dammer om bygge ut er av typene gravitajondam, platedam og buedammer. Alle die er laget av betong, og de egner eg godt for måkraftverk grunnet dere overløpkapaitet (Lia et al., 2015). Figurer av de tre damtypene er vit nedenfor. Figur 6: Buedam (NVE, 2017c). Figur 7: Tverrnitt av en gravitajondam (Britih dam, 2018). 17

20 Figur 8: Platedam (NVE, 2016). Ingen tore dammer, dv. med en lengde tørre enn 15 m, er blitt bygget for nye måkraftprojekter mellom 2010 og 2014 (Lia et al., 2015). Siden 2000 har NVE gitt tøtte til tudier om nye hydrologike modeller og kart, i den henikt å forbedre planleggingen av uregulert vannkraft. Nye byggemetoder er blitt utviklet, blant annet for å ertatte trykkjakt på overflaten med ny boringteknologi. Det forke ogå på miljørelaterte pørmål, ekempelvi hvordan man kan minimere effektene på fikemigrajon. 3.3 Betydningen av opprutning og utvidele for produkjonpotenialet De flete norke kraftverkene ble bygd mellom 1950 og 1980-tallet, og vil nærme eg in teknike levealder rundt Selv om mange er godt vedlikeholdt, vil oppdateringer i kraftanleggene kreve. I denne ammenheng har regjeringen og NVE utarbeidet en plan for å realiere potenialet for opprutning og utvidele (heretter forkortet O/U) (NVE, 2017b). Opprutningtiltak vil ikre driften til anlegget. Ekempel på opprutningtiltak er: Utvidele av tverrnittene i vannveiene, i den henikt å reduere falltapene. Automatiering av kraftverkene og utkiftning av gamle komponenter, om vil bidra til tørre virkninggrad for anlegget. Med utvideletiltak øke det å øke lønnomheten ved å utvide kapaiteten. Aktuelle utvideletiltak kan være: Utbygging av nye magainer eller økning av volumet til ekiterende magainer. Bedre utnyttele av fallhøyden ved økning av tunneltverrnitt (Lia et al., 2017). Økning av lukeevnen. Økt kapaitet for å reduere løing av vann (Lia et al., 2017). 18

21 I forbindele med opprutning og utvidele av norke vannkraftanlegg, har det vært forket på potenialet for økning i kraftprodukjonen om følge av implementeringer av opprutning- og utvideletiltak. Pr 2017 er nye anlegg med en tilleggprodukjon på totalt 2,3 TWh/år under oppbygging, men det vil kunne forvente ektra kraftprodukjon på 4,7 TWh/år om følge av at kraftelkaper er blitt gitt konejon (Lia et al., 2017). Selv om oppgradering av kraftanleggene ført og fremt kjer i forbindele med at dere levealder går mot lutten, ligger det ogå et politik inentiv bak. Både Norge og Sverige har forpliktet eg til å øke fornybar kraftprodukjon med 26,4 TWh innen 2020, en økning om tilvarer 10 % av dagen kraftprodukjon i begge landene til ammen. Av fornybar energi er vannkraft det billigte alternativet (ammenliknet med for ekempel vindkraft og bioenergi), hvor bidrag fra måkraftverk ved O/U piller en ikke ubetydelig rolle (Lia et al., 2017). Faktik er det pr 2017 regitrert en topp i utviklingen av norke måkraftverk, om følge av ovennevnte inentiv. Det er dog ønkelig å videreutvikle allerede etablerte anlegg, lik at eventuelle innvirkninger på miljøet minimere. Forkningen til Lia et al. (2017) baerer eg på et tjuetall vannkraftverk, foretatt der anleggene er blitt oppgradert i løpet av de ite femten årene. Enkelte kraftverk ble valgt ut tilfeldig, men andre ble valgt med henyn på tilgjengelig datamengde. Total økning i energiprodukjonen for de tjue kraftverkverkene om følge av oppgraderingene ble anlått til å ligge rundt 4 TWh/år, eller 31 %. Potenialet for kraftprodukjonen avhenger av flere faktorer. Lia et al. (2017) har påvit et tørre potenial blant eldre kraftverk, da nyere teknologi og nyere måter å optimaliere driften gjør det mulig å tyrke reurutnyttelen. En annen faktor av betydning er, om nevnt over, muligheten til å øke kapaiteten til anlegget (i MW). Men i motetning til hva en kankje kulle tro, har ikke elve ytelen/tørrelen på anlegget noe å i for potenialet for økt kraftprodukjon. Ifølge amme forkningartikkel fra Lia, Aa og Killingtveit vil framtidige oppgraderinger knyttet til utvidele av kraftanlegg kunne medføre en økning i kraftgenerering mellom 6 og 60 % av økning i kraftgenerering, lik tilfellet var for de tjue kraftverkene i tudiet. Politike og miljømeige utfordringer vil kunne reduere dette etimatet noe. Der hvor utvidele ikke er mulig, vil potenialet for økt kraftprodukjon begrene av mulige forbedringer av virkninggraden til turbiner amt redukjon av falltap. 3.4 Teoretik utgangpunkt for den videre analye av effekten av et demningmagain for kraftprodukjonen i måkraftverk Det legge til grunn at oppgraderinger og utvideler av et ekiterende vannkraftanlegg normalt kan bidra til en markant vekt i energiprodukjonen. I forhold til materoppgaven problemtilling vil det være intereant å e om etableringen av inntakmagainer i måkraftverk om altå er et utvideletiltak bekrefter reultatene fra Lia et al., nemlig et potenial for økt kraftprodukjon på mellom 6 og 60 %. Derimot vil det ikke kunne trekke noen lutning om den teknike 19

22 alderen til kraftverkene har betydning for potenialet for kraftprodukjon, iden andre former for oppgradering av eldre kraftverk er eparate utvideletiltak om ikke analyere videre i denne oppgaven. 4. Teorier og modeller knyttet til klimautviklingen Det foreligger en god del forkning om hvilke effekter klimaendringer vil ha på vannkraftprodukjonen, både globalt, najonalt og lokalt på et og flere vannkraftverk. Sentralt i dette kapitlet vil være å gi en kort ammenfatning av noen av die tudiene, amtidig om det vil forøke å koble de opp mot henikten til oppgaven problemtilling. Speielt modellene om anvende og uikkerhetene knyttet til die vil bli dikutert. Men ført gi en preentajon av det hydrologike kretløp, amt at tiligerier blir preiert. 4.1 Det hydrologike kretløp Solenergi driver vannet kretløp, og i likhet med både vindkraft og geotermik energi er vannkraft en indirekte form for olenergi (Fornybar, 2018). Havvann og overflatevann varme opp av oltråler, lik at vannet fordamper og tiger i overflateluften. Ved høyere luftlag kjer det en nedkjøling av vanndampen, og avhengig av temperaturforhold vil vannet kunne falle ned om nø, regn eller hagl. På jordoverflaten vil vannet i bekker og elver renne ned til havet, hvor fordampningproeen gjenta (Fornybar, 2018). Vannet kretløp kan kort bekrive av vannbalanen gjengitt nedenfor (Cook, 2013): S = P E R R u (16) Der S er lagringraten til vann, P er nedbørraten, og E er evapotranpirajonraten. R er raten for avrenning fra landoverflaten, men R u er raten for underjordik avrenning. P omfatter nedbøren i form av regn, nø og i. I uttrykket evapotranpirajon inngår fordampning henholdvi fra vannoverflater, jordoverflater, planteoverflater og nø og i (Cook, 2013). Av (16) utlede at flomhendeler kjer når S er poitiv, dv. når evapotranpirajonen og avrenningen ikke er tore nok i forhold til nedbørraten. Tørke vil forekomme når S har negativ verdi. Vann kalle for markvann når det infiltrere ned i bakken og for grunnvann når det lagre under jordoverflaten. Fordampning av vann kjer både fra hav- og jordoverflaten. Kretløpet vil påvirke av klimaendringene (Hanen-Bauer I et al., 2015). Dette vil bli utdypet i avnitt

23 Siden det globale klimaytemet omfatter det hydrologike kretløpet der proeene ovenfor inngår, blir die påvirket av både interne faktorer om irkulajonmøntre og intabiliteter i atmofæren, amt ekterne faktorer om oltråling, avtand til havet og jorden rotajon (Beldring et al., 2002). Lokale og globale endringer i klimaet medfører at ytematike oppdateringer blir nødvendige, for å kunne bekrive klimatike forhold betydning for lagringraten. Figur 9 gir en illutrajon av de forkjellige hydrologike proeene om er bekrevet ovenfor. Figur 9: Vannet kretløp (Britannica, 2018). 4.2 Tiligerier Et tilig definere om den amlede vannmengden i millioner m 3 om renner til det totale nedbørfeltet til et vadrag. Tiliget er om regel tørt om våren under nømeltingen amt om høten ved mye nedbør (Rovold, 2015). I denne materoppgaven vil tiligerier danne datagrunnlaget. En tiligerie definere om en dataerie om kildrer et felt tilig. Formel (17) vier hvilke ledd om inngår, når en tiligerie kal beregne (NVE, 2015b). QT = QA + QD + QO + Q FRA Q TIL + dm dt (17) 21

24 Der QT er tilig. QA er ummen av avløpene fra en måletajon. I måletajonen utføre blant annet målinger av anntidvannføring. QD er ummen av avløpene gjennom krafttajonen. QO er ummen av avløpene gjennom overløp og luker. Q FRA er overføring fra feltet, og Q TIL er overføring til feltet. dm tilvarer endringer i magainene innenfor feltet. Magainendringer kan beregne dt på to måter. For det førte kan de beregne ved å ubtrahere magainvolumet på den foregående dagen fra magainvolumet på den aktuelle dagen. Dette gjør det mulig å beregne kvotienter. Den andre måten går ut på å beregne et gjennomnitt, altå en midlere differane over to dager. Dette gjør det mulig å beregne rater. Nedbør og temperatur er ekempler på klimatike elementer om blir oppgitt i normalverdier for å bekrive dere midlere tiltand (Beldring et al., 2002). 4.3 HBV- og GWB-modellene Generelt om modellene Klimaendringene forvente å påvirke det hydrologike kretløp på forkjellig kala (Olon et al., 2016). Dette gjør det nødvendig med klimamodeller om kan reproduere både torkala ynoptike trender og lokal måkala variabilitet. Skjevhetjutering og/eller nedkalering av reultatene fra klimamodellene er viktig før imuleringer gjennomføre i de hydrologike modellene. Hydrologike innvirkninger vil i tillegg være følomme for geografike og meteorologike data. Selv om klimaendringer vil pille en tor rolle for fremtiden hydrologi, vil ogå mennekelige intervenjoner herunder urbaniering, infratruktur, landbrukpraki, luftforurenning og tyring av vannkraftytemet kunne påvirke hydrologien i mint like tor grad om klimaendringene. HBV-modellen, eller Hydrologika Byrån Vattenbalanavdelning-modellen, er betegnelen på en av de met brukte hydrologike modellene globalt. Den er utviklet ved Svenka Meteorologika och Hydrologika Intitut. I Norge bruke en tilpaet verjon av denne både for imuleringer og anlag for avrenning (NVE, 2015a). Den norke tilpaede verjonen av HBV-modellen kalle for GWB-modellen (Gridded Water Balance Model). Både HBV- og GWB-modellene benytte ved prognoering av tilig. Det åkalte avrenningkartet, om er utarbeidet av NVE, oppgir normalverdier for vannføring for perioden , og er baert på beregninger av vannføringer ved hjelp av GWB-modellen. På hjemmeidene til NVE tår oppført hitorike tiligerier for uregulerte nedbørfelt. Kvaliteten på die eriene er ikret ved å anvende kalibrerte HBV-modeller (Beldring et al., 2002). Input til HBV-modeller er nedbør- og temperaturdata, men elementer i vannbalanen avrenning, fordampning og vanninnhold i nømagain, mark- og grunnvann utgjør utgangverdiene (Holmqvit, 2014). Nedbør imulere enten om nø eller regn avhengig av verdien på temperaturen om inngangdata. Nedbør og meltevann dele inn i markvann eller opplading av grunnvann (Seibert, 2005). 22

25 I GWB-modellen beregne vannbalaneelementene for hver kvadratik rute à 1 km 2 om nedbørfeltet dele inn i. Ved å amle døgnmiddelverdiene for nedbør og temperatur får en til lutt årnormaler for hver rute. Økt nedbør fører til tørre avrenning. Økt temperatur fører derimot til mindre avrenning, grunnet økning i evapotranpirajon. Avrenningraten avhenger derfor terkt av ted og hvordan klima forvente å endre eg. Magaintørrelen og karakteritika om overflate og volum er ogå av betydning (Wetterhall et al., 2011) Analyer av klimaendringer påvirkning av tilig og kraftprodukjon I dere tudie fra 2011 er Wetterhall et al. på hvordan klimaendringer vil påvirke vanntanden til tre forkjellige magainer i Sverige. Studiet andre formål var å underøke hvorvidt reponoverflatemodellering var et egnet verktøy for å analyere og viualiere annynlige klimacenarioer. Reponoverflatemodellering gjør det mulig å underøke ammenhenger mellom forklaringvariabler og reponvariabler. Tilnærmingen innebærer at reultatene fra flere klimamodeller kombinere med en hydrologik modell, i dette tilfellet HBV-modellen. Reponoverflatene repreenterer HBV-modellen følomhet til trinnvie endringer i klimavariabler og vier annynlighetene for at klimavariablene overtiger vie terkelverdier (ekempelvi kan en beregne annynligheten for at vanntanden i et av magainene ikke overtiger en vi høyde innenfor en vi tidperiode). Det er to tilnærminger om bruke i lokal påvirkningmodellering av klimaendringer. Die betegne henholdvi topp-ned-tilnærming og bunn-opptilnærming. Ved topp-ned tilnærming, om er en direkte tilnærming, vil utgangverdier fra klimaprojekjoner bruke om inputverdier i de hydrologike modellene. Ved bunn-opp tilnærming anvende hydrologike modeller med utgangverdier fra klimamodeller, ved å identifiere terkelverdier gjennom omfattende enitivitetanalye og deretter ved å bygge reponoverflater. Utgangverdier fra klimaprojekjoner legge til lutt på reponoverflatene (Wetterhall et al., 2011). Wetterhall et al. konkluderer med at reponoverflater utgjør et viualieringverktøy om kan uttrykke annynlig hydrologik endring. En fordel med reponoverflater er muligheten til å beregne annynligheter for at klimavariabler når forhåndbetemte terkelverdier ved bruk av flere klimacenarioer. Det forutette at en kjenner godt til lokale forhold, lik at en finner fornuftige terkelverdier i utgangpunktet. Med reponoverflater kan annynlige trender for fremtidige endringer anlå. I tillegg kan uikkerheten knyttet til ulikhetene mellom benyttede klimamodeller vurdere. Dette er en tor fordel, da uikkerhet er vankelig å vurdere, noe om forterke når klimaendringene er ektreme. Typik vil etimeringer av fremtidig klima ved hjelp av globale klimamodeller ha tor uikkerhet pga. avgrenninger knyttet både til modellene og utlippcenarioene. I en tudie fra 2013 fokuerer Chernet et al. på virkningen av klimaendringene på et nork vannkraftytem, med mange inntakmagainer. Vannkraft er energikilden 23

26 om er met årbar for klimaendringer, og det gir gode muligheter for å analyere virkninger av klimaendringer. Modellen om anvende er en kombinajon av en hydrologik modell og en imulajonmodell. Den hydrologike modellen er den åkalte HBV-modellen (Hydrologika Byrån Vattenbalanavdelning) implementert i Excel, og er en av de met brukte modellene for å finne tiligcenarioer. Datainput er daglig nedbør, temperatur amt daglig og månedlig evapotranpirajon. Simulajonmodellen nmag imulerer vannkraftytemet for både kontrollperioden og cenarioperioden. Kombinajonmodellen baerer eg på cenarioer fra AOGCM (Atmopheric-Ocean General Circulation Model). Vannkraftytemet befinner eg i Aurland, et ted om er høyt regulert, og hvor det derfor er vankelig å finne en naturlig avrenningerie om kan bruke til kalibrering av HBV-modellen. Det ble derfor brukt en avrenningerie fra et nobakraftverk i Flåmelvi. Dataerier ble gitt av Meteorologik Intitutt. Chernet et al. (2013) ine beregninger for fremtidcenarioer indikerer en gjennomnittlig økning i årlig tilig på mellom 11 og 17 %, om tilvarer en økning i kraftprodukjon på mellom 9 og 20 %. I tillegg vier imulajonmodellen at tiligtoppene kommer tidligere på året enn i dag, amt en økning i tilig om våren, høten og vinteren, men en redukjon i tilig om ommeren. Reultatene til Chernet et al. (2013) er i amvar med tendenene mot høyere tilig og tørre vannkraftprodukjon om er funnet i tidligere tudier. For ekempel forvente en økning i produkjon av vannkraft i NordPool-regionen, om Norge er en del av, på mellom 9-10 %, om følge av klimaendringer (Mo et al., 2010). Jerkø og Killingtveit (2010) har underøkt effekten av klimaendringer på to vannkraftverk i den nordlige delen av Norge. De konkluderte med at kraftprodukjonen ville øke, men behovet for turbin- og magainkapaitet ville minke. Roald et al. (2006) regitrerte en markant økning i vanntrømningen om vinteren og en markant nedgang i vanntrømningen om ommeren i mange norke regioner. Reultatene fra ovennevnte tudie vil være høyt relevante å bruke om ammenlikninggrunnlag for denne materoppgaven. Hovedkildene til uikkerhet er, lik Chernet et al. (2013) påpeker, knyttet til klimacenarioet (AOGCM), nedkaleringen av data og den hydrologike modellen. Uikkerheten fra den hydrologike modellen er relativt mindre i forhold til uikkerheten fra meteorologike data fra klimamodellen. Forutetningene om ble gjort, kan ha påvirket reultatene. For det førte anta det at parametrene i modellen etablert på grunnlag av oberverte data, ogå er gyldige i fremtiden. For det andre anta det at eventuelle modellerende feil er like både for kontrollperioden og cenarioperioden. Når det gjelder inntektene om generere av vannkraftprodukjon, vil die påvirke av både klimaendringer og kraftprier. Gaudard et al. (2015) vier i in tudie at korrelajonen mellom inntektene og midlere avrenning er på 0,16, men korrelajonen mellom inntektene og midlere årlig kraftpri er på 0,91. Med andre ord vil inntektene til et vannkraftverk variere mer med kraftpriene enn med avrenningen. 24

27 4.4 Uikkerhetanalyer De nete artiklene om dikutere, er hovedakelig entrert rundt uikkerhet knyttet til reultatene av forkning om er gjort for å betemme påvirkningen av klimaendringer på kraftprodukjonen. Clark et al. (2016) fokuerer på uikkerheten ved imuleringer om utføre for å få et bilde av fremtiden klima. Forfatterne av denne artikkelen forelår følgende for å forbedre kvaliteten på beregningene: - Uikkerheten knyttet til globale klimamodeller kan fortå bedre ved å tyrke innledende forutetninger, amt ved videre forkning på hvilke klimamodeller om bør velge. - Bedre karakteriering av uikkerhet i nedkalering av regionalt klima kan få ved en mer uttrakt bruk av dynamike modeller, en videreutvikling av tatitike nedkalingmetoder for viktige beregninger innenfor hydrologi amt en avvining av nedkaleringmetoder med begrenet verdi for tudier av klimaeffekter på vannkraftprodukjon. - Ved å utforme modeller hvor flere parametere kan implementere og ved å bruke en nøyere repreentajon av hydrologike proeer, vil karakterieringen av uikkerhet i hydrologik modellering forbedre. - Ved bruk av omfattende karakterieringer av uikkerhet i global klimamodellering, nedkalering og hydrologik modellering vil die uikkerhetene kunne bedre reflektere kvantitativt. Forfatterne konkluderer med at det treng mer holitike bekriveler av uikkerhet, om igjen avhenger av utvikling av nye teknikker og metoder for å generere lokaletil-regionale klimautikter og hydrologicenarioer. Ved beregning av normalavrenning i Norge benytte det perioder på 30 år (Hanen- Bauer et al., 2015). Referaneperioden i rapporten «Klima i Norge 2100» er perioden mellom 1971 og En hydrologik modell (HBV-modellen) med et landdekkende rutenett eller grid bruke for å beregne avrenning og fordampning. Rutenettet har en oppløning på 1 x 1 km 2 (Beldring et al., 2003). Uikkerheten i verdiene anta å være på mellom 5 og 25 proent. Jo mindre området er, jo høyere vil uikkerheten være. Med en midlere årlig avrenning på ca mm og en midlere årlig fordampning på rundt 500 mm, er midlere årlig nedbør betemt til å være på litt over 1600 mm for referaneperioden (verdiene gjelder for fatland-norge). Norge er delt inn i totalt 262 vadragområder, fordelt på tolv landdeler (Petteron, 2012); Øtlandet, Sørlandet, Vetlandet yd, Sognefjorden, Vetlandet nord, Trondheimfjorden, Trøndelagkyten, Nordland yd, Nordland nord, Trom, Finnmark og Utlandet (omfatter vadrag om har avløp til nabolandene Sverige og Finland). For perioden ble dataerier fra drøyt 180 måletajoner benyttet for å betemme årlig totalavrenning. 25

28 Det fremkommer tore forkjeller i normalavrenning avhengig av hvor en befinner eg i landet, hvor høyt over havet nedbørfeltet ligger og når på året målingene ta. Topografi og lavtrykkbaner er andre naturlige faktorer om tyrer avrenningen. Avrenningen er tørt om vinteren og høten for nedbørfeltene lang kyten, men nedbørfeltene i indre og nordlige trøk har høyere avrenning om ommeren enn om vinteren. Avrenningverdier kan ogå variere fra år til år, og vil typik ligge mellom 800 og 1300 mm. Variajoner i målingene kan kylde flere faktorer. For de eldte dataeriene vil målinger av vannføring være påvirket av reguleringer av vannkraft i enkelte deler av perioden, noe om ogå forklarer terke variajoner mellom eonger. Siden både vannkraftreguleringer og mennekelige inngrep om urbaniering og avkoging piller inn, amt at naturlige faktorer ofte ligger bak eongendringer, kan det være vankelig å vite den nøyaktige effekten fra klimaendringene. Reultatene peker likevel klart mot tørre avrenning om vinteren og våren. Dette amvarer godt overen med reultater fra annen forkning (Wilon et al., 2010). 4.5 Utviklingen i klimatike og hydrologike forhold i Norge i de ite tiårene Under referere det til tall om alle er hentet fra perioden Lufttemperatur: Årmiddeltemperaturen i Norge var 0,5 C høyere enn for perioden Temperaturen var høyere for alle regioner og årtider. Størt var temperaturøkningen på Finnmarkvidda (+ 0,6 C); den var mint på Vetlandet (+ 0,4 C) (Hanen-Bauer et al., 2015). Nedbør: Årnedbøren var høyere enn for , både på landbai (4%) og for de totalt tretten nedbørregionene (Øtfold, Øtlandet, Sørlandet, Sørvetlandet, Sunnhordland/Ryfylke, Sogn og Fjordane/Nordhordland, Dovre/Nord-Øterdal, Møre og Romdal, Inntrøndelag, Trøndelag/Helgeland, Hålogaland, Finnmarkvidda og Varanger). Økningen i nedbørmengdene er tørt på Sørlandet, Øtlandet og Finnmarkvidda (7-8%). Nedbøren har økt met om våren, men flere teder har den økt med mer enn 10 % i vinter- og ommereongen i perioden På landbai har nedbørmengdene derimot avtatt om høten (Hanen-Bauer et al., 2015). Åravrenning: For landet om helhet er åravrenningen tørre for perioden enn for Det fremkommer tørre variajoner mellom enkelte år enn mellom de to trettiårperiodene. Økning i avrenningen er tørt om vinteren og om våren (6%); ommeravrenningen er tilnærmet tabil. Vetlandet har verken opplevd økt vinteravrenning eller økt høtavrenning, men Trom og Finnmark har opplevd tørt økning i avrenning om vinteren amt økt avrenning om høten (Hanen- Bauer et al., 2015). Naturlige klimavariajoner har fortatt tørre påvirkning enn elve drivhugaeffekten (Hanen-Bauer et al., 2015), og dette vil annynligvi ogå 26

29 gjelde for de nete tiårene. Betydningen av eventuelle uikkerheter og feil i reultater amt begrenninger relatert til rom- og tidoppløning i modeller er tørre enn betydningen av forutetninger om fremtidig klimapådriv. Ved planlegging for de nete tiårene anbefale det derfor å benytte obervajoner i tørt mulig grad. Da klimavariajonene har vært tore de enete dekadene, bør framtidprognoer baere eg på obervajoner fra den ite trettiårperioden. 4.6 Klimamodeller og utlippcenarioer Innledende om modeller for imulering av framtidig klimautvikling Det finne flere modeller til bruk for beregning av det globale fremtidklima under påvirkning av klimagautlipp. For like beregninger er det vanlig å anvende åkalte globale klimamodeller eller GCM (Global Climate Model), amt jordytemmodeller eller ESM (Earth Sytem Model). I likhet med HBV- og GWBmodellene dele analyeobjektet (her klimaytemet) opp i kvadratike ruter, men i GCM- og ESM-modeller er tørrelen på die 100 x 100 km 2. Simuleringene fanger opp både indre variajoner i klimaytemet (atmofæren, landjorda, kryoføren nø/i, biofæren og havet) og ytre klimapådriv. Klimapådriv er ubalane i energibudjettet, og har både naturlige og mennekekapte åraker om aerooler og drivhugautlipp Utlippcenarioer For å beregne hvordan klimaet endre om følge av utlipp av drivhugaer (hovedakelig CO 2, CH 4 og N 2 O) og aerooler, er det nødvendig å gjøre noen antakeler. I praki innebærer det etimeringer av utviklingen av klimagautlipp ved hjelp av utlippcenarioer, om kan ee på om et ett av hypoteer. De tre met entrale utlippcenarioene er RCP2.6, RCP4.5 og RCP8.5 («Repreentative Concentration Pathway»), og er utarbeidet av FN klimapanel. Førte utlippcenario, RCP2.6, er et cenario der utlippene holde på et lavt nivå. Her gjøre forutetninger om betydelige utlippkutt, med en dratik redukjon i utlippene fra Konentrajonen av drivhugaer anta å minke fra 2040, men klimagautlippene rundt 2080 anta å bli tilnærmet lik null. Det forutette lavere forbruk av energi og olje amt en verdenbefolkning på ni milliarder menneker rundt Med RCP2.6 om utlippcenario er det meget annynlig at global temperaturøkning relativt til perioden ikke vil overtige 2 C. I cenario RCP4.5 vil de reduerte utlippene ikke fremkomme før etter Det forvente at utlippene i 2080 vil tilvare rundt 40 % av utlippene i Konentrajonen av klimagaene vil deretter tabiliere eg ved lutten av århundret. Global oppvarming vil på dette tidpunktet være på ca. 2,5 C i forhold til perioden Utviklingen i dette cenarioet kan være oppnåelig, derom energieffektive tiltak får gjennomlag de flete tedene i verden. I RCP8.5 legge til grunn at dagen utlippøkning fortetter i fremtiden. Det anta en verdenbefolkning på 12 milliarder innen lutten av århundret. Både 27

30 konentrajonen av klimagaer og global middeltemperatur vil fortette å øke etter lutten av dette århundre. Temperaturen anta å bli mer enn 4 C høyere enn i perioden Uikkerhet i modellene For å belye et avgrenet problemfelt, kan det være fruktbart å anvende ulike metoder og modeller, og ulike dataett. Slik kombinajon av metoder vil bidra til mer ikker kunnkap, og man kan bedre e nyaner i problemfeltet. En legger ogå et grunnlag for å tyrke reliabiliteten ved enere forkningarbeider på feltet. I forkninglitteraturen benevne like tilnærminger for triangulering (Laren og Vejlekov, 2002). I klimaforkningen er det blitt ganke vanlig å baere eg på reultater fra flere modeller. Reultatene om en amlet ett da oppnår åkalte enembler tyrker mulighetene for å kvalitetikre beregningene, og gjør det mulig å få et godt bilde av uikkerheten i analyene av den framtidige klimautviklingen. En aner at det bete målet på uikkerhet i anlagene på klimautviklingen, for en gitt RCP, er predningen i enemblet knyttet til cenarioet (Hanen-Bauer et al., 2015). En kan dog ikke utlede herfra at predningen reflekterer den faktike uikkerheten i klimautviklingen, fordi det finne kilder til uikkerhet om det ikke er tatt høyde for i modellene. For å få et met mulig riktig bilde av klimautviklingen er det nødvendig å nedkalere reultatene fra de globale modellene med romlig oppløning på 100 x 100 km 2. Nedkalering kan gjøre på to måter. Empirik tatitik nedkalering (ESD) bruke til å beregne ammenhengene mellom globalt og lokalt klima ved hjelp av tatitike vurderinger. På denne måten kan en betemme utviklingen av lokalt klima, om ogå varierer mye avhengig av topografi og avtand fra kyten. ESD er en metode om gjerne bruke for å framkrive verdier for lufttemperatur i Norge. Derimot vil reultater fra RCM regional klimamodellering eller dynamik nedkalering, gjerne danne grunnlaget for framkrivninger av hydrologike parametere. Til forkjell fra ESM og GCM går RCM ut på at den dynamike klimamodellen om benytte, har mindre gridruter enn de globale modellene. Slik blir blant annet topografien bedre bekrevet og tatt henyn til. Reultater fra den globale modellen benytte da på grenene av det geografike området om avgrene av den kvadratike ruten Et ekempel på beregninger av klimaendringer konekvener for vannkraftprodukjonen ved bruk av en global klimamodell Hamududu og Killingtveit (2012) øker å e på klimaendringer påvirkning på vannkraft i global kala. I tudiet dere er et enemble av imuleringer av regionale møntre i nedbørendring brukt. Simuleringene er utført med GCM. Tabell 3 oppummerer utviklingen av generert vannkraft i Europa i 2050, ammenliknet med generert vannkraft i Fra tabellen kan en e at nordlige deler av Europa vil ha en økning i generert vannkraft på 1,46 %. Mange av landene om i dag genererer tørt mengde 28

31 vannkraft, vil generere enda mer vannkraft i Dette gjelder blant annet for deler av Europa, Nord-Amerika og Ruland (Hamadudu og Killingtveit, 2012). Tabell 3: Etimering i utviklingen av generert vannkraft i 2050 i Europa Kontinent Region Energiprodukjon i TWh Endring i energiprodukjon i TWh Endring i energiprodukjon i % Europa Øt 50,50-0,60-1,00 Nord 227,72 3,32 1,46 Sør 96,60-1,79-1,82 Vet 142,39-1,73-1,28 Totalt 517,21-0,8-0,16 Kilde: Hamadudu og Killingtveit, Kort om klimamodellene om anvende i denne tudie For å e på effekten av klimaendringer på energiprodukjonen til måkraftverk, vil modellerte tiligerier benytte. Die tiligeriene er framkrevne ved hjelp av klimamodeller. De globale klimamodellene om ligger til grunn for tiligeriene, er CNRM- og EC-EARTH-modellene. Den regionale klimamodell CCLM anvende for dynamik nedkalering av de globale klimamodellene. For å vie betydningen av modellene for reultatene, vil det ee på tre forkjellige cenarioer; CNRM-CCLM- RCP4.5, CNRM-CCLM-RCP8.5 og EC-EARTH-CCLM-RCP4.5, der RCP4.5 og RCP8.5 tår for to av utlippcenarioene om er bekrevet i avnitt De forkjellige globale klimamodeller er utarbeidet av ulike intitujoner. CNRM er utarbeidet av Centre National de Recherche Météorologique (Centre National de Recherche Météorologique, 2014), men EC-EARTH er utarbeidet av European EC- EARTH i amarbeid med den venke meteorologike og hydrologike intitutt (SMHI, 2017). 4.7 Oppummering av det teoretike grunnlaget for den videre analye av effekten av klimaendringer for energiprodukjonen i måkraftverk Speielt de ite fem årene har det vært att foku på effekten av klimaendringer på vannkraftprodukjonen. Det vil derfor være intereant å e om reultatene fra arbeidet med denne materoppgaven bekrefter det om er kommet frem av nyere forkning, nemlig tendenen mot en høyere kraftprodukjon. I motetning til hva om har vært tilfelle for en del av ovennevnte forkning, ee det bort ifra variajoner mellom årtider. I tillegg fokuerer problemtillingen i denne materoppgaven på måkraftverk og ikke kraftverk generelt eller kraftverkektoren i in helhet. Det henvie til dikujondelen for analyer av forkjeller og likheter mellom reultater i denne oppgaven og tidligere forkningarbeid. 29

32 5 Utvalget av måkraftverk 5.1 Innledende om metoden I Norge er det i dag rundt 690 måkraftverk. I amtaler med repreentanter for NVE i forbindele med den tematike avgrenningen av oppgaven og i forbindele med underøking av tilgjengelige data, ble det gitt et råd om å tudere et utvalg på om lag 20 måkraftverk. Veileder fra NVE mente at dette ville være en håndterbar mengde av data innenfor projektet tidrammer, amtidig om utvalget ville være tiltrekkelig tort for å være høyt repreentativt for de måkraftverkene om problemtillingen er aktuell for. I tillegg ville man i en tudie av 20 måkraftverk kunne forvente å fange opp eventuelle geografike (regionale) forkjeller, iær med henyn på den klimatike faktoren. På dette grunnlaget ble det betemt å etablere et utvalg på 20 måkraftverk. Nete etappe ble å fatette kriteriene for utvelgelen av måkraftverk. Kriteriene og en begrunnele for die preentere i avnitt Kriteriene for utvelgele av måkraftverkene Tiligerier for 20 måkraftverk predt rundt i landet kal utgjøre grunnlaget for de videre analyene i denne oppgaven. Utvalgkriteriene for porteføljen av måkraftverk i tudien lite opp punktvi nedenfor. For hvert punkt kommentere det hvordan utvelgelen utartet eg i praki, det vil i i hvilken grad kriteriene ble oppfylt. 1) Småkraftverk har om tidligere nevnt en ytele på mellom 1 og 10 MW. Dette var dermed et utvalgkriterium. 2) Opprinnelig var intenjonen å velge fire eller fem måkraftverk i hver landdel, for å danne et enkelt ammenligninggrunnlag for eventuelle regionale forkjeller. Dette vite eg imidlertid å bli vankelig, ved anvendele av de to øvrige kriteriene. Reultatet ble en noe ujevn geografik fordeling av kraftverkene, med Vetlandet om landdelen betående av et klart flertall av kraftverkene. 3) Vannføringen, om altå er den vannmengden om er tilgjengelig gjennom året, er betemmende for hvor mye energi et vannkraftverk kan produere. Vannføringen avhenger igjen av gjennomnittlig årlig nedbør, hvor tor fordampningen og avrenningen er årlig, og tørrelen på nedbørfeltet. Dette kan ee fra vannbalanen, jf. avnittet om klima i kapittel 4. For å ikre et godt ammenlikninggrunnlag, må verdien for forholdet mellom midlere vannføring og makimal lukeevne være innenfor et begrenet intervall. Ved å minimere forkjellen mellom kraftverkene i forholdet mellom midlere vannføring og makimal lukeevne, ikre det at kraftverkene har et tilnærmet likt potenial for nyttiggjøring av vannføringen. I denne oppgaven ble 30

33 intervallet betemt etter hvert om aktuelle kraftverk ble funnet. Småkraftverk med enten et høyt eller et lavt forhold mellom midlere vannføring og makimal lukeevne ble eliminert. Det er lik at flomtap vil forekomme derom vannføringen er tørre enn makimal lukeevne, i tilfellet der kraftverket er uten magain (Bachke et al., 2010). Når minte vannføring er tørre enn elve vannføringen, vil en få vanntap. Intervallet for forholdet mellom midlere vannføring og makimal lukeevne endte på mellom 0,5 og 0,8 for de 20 måkraftverkene med lavet prik i det innbyrde forholdtallet. Rendalelva har det minte forholdet blant måkraftverkene på 0,51, men tørte forhold er på 0,79 (Huglia måkraftverk). Dette førte fort til en merkbar avgrenning av utvalget. Kun ett måkraftverk fylte opp alle kriteriene henholdvi i Nord-Norge og på Øtlandet. I avnitt 5.3 gi en overikt over måkraftverkene om inngår i utvalget. 5.3 En preentajon av entrale data for kraftverkene i utvalget I tabellene 4 og 5 oppummere kort karakteritikaene til de utvalgte kraftverkene. Her oppgi bl.a. kraftverkene makimale ytele, hitorike tall for middelvannføring og forholdet mellom midlere vannføring og makimal lukeevne, om ble beregnet for å fatette utvalget. Enkelte geografike data tår ogå oppført i tabellen. Tabell 4: Overikt over utvalget av måkraftverk. Småkraftverk Makimal ytele i MW Midlere årprodukjon (ref ) i GWh Landdel Kommune/Fylke Tiligerie Gleåa 2,1 6,7 Øtlandet Åmot/Hedmark Fura Skripelandfoen 2,6 12,4 Sørlandet Froland/Aut-Agder Søgne Røylandfo 1,3 4,2 Sørlandet Kvinedal/Vet-Agder Tingvatn Virak 1,4 4,6 Sørlandet Sirdal/ Vet-Agder Bjordal Gråklubben 1,1 3,5 Vetlandet Fua/Hordaland Røykene Liarelva 1,9 6,2 Vetlandet Kvinnherad/Hordaland Stordalvatn Steine 1,9 6,5 Vetlandet Suldal/Rogaland Stordalvatn Helgane 3,5 9,2 Vetlandet Suldal/Rogaland Stordalvatn Stråpa 4,4 13,3 Vetlandet Suldal/Rogaland Stordalvatn Rydal 1,3 5,9 Vetlandet Gloppen/Sogn og Fj. Fetvatn Trollelva 1,3 4,8 Vetlandet Stryn/Sogn og Fj. Lovatn Hugla 1,4 5,5 Vetlandet Vik/Sogn og Fj. Vikvatn Meierifoen 1,4 5,3 Vetlandet Jølter/Sogn og Fj. Needalelv Støllia 1,5 5,1 Vetlandet Førde/Sogn og Fj. Hovefo Veiteberg 2,1 6,9 Vetlandet Jølter/Sogn og Fj. Needalelv Sandal og Foheim 2,7 13,3 Vetlandet Gloppen/Sogn og Fj. Fetvatn Dale 3,0 12,0 Vetlandet Baletrand/Sogn og Fj. Needalelv 31

34 Sundli 1,4 5,3 Midt-Norge Orkdal/Trøndelag Krinvatn Voldetelva 4,9 16,0 Midt-Norge Verran/Trøndelag Øyungen Rendalelva 2,8 7,8 Nord-Norge Meløy/Nordland Berget Grunnlagdata for tabell 4 er hentet fra vannkraftdatabaen til NVE (gjelder dataene for makimal ytele, midlere årprodukjon, kommune og fylke). Kobling mellom tiligerie og kommune ble gitt fra kontaktperoner i NVE. Småkraftverk har per definijon en ytele på mellom 1 og 10 MW. Som en kan e fra tabellen, er det imidlertid ingen blant de utvalgte måkraftverk om har en ytele på over 5 MW. Dette har in naturlige forklaring. Det er nemlig lik at de høyere ytele et måkraftverk allerede har, de tørre er annynligheten for at en eller flere inntakmagainer er intallert. Ved hjelp av vannkraftdatabaen kan en finne ut om det er intallert inntakmagainer for det enkelte kraftverket. For hvert kraftverk er det, i tillegg til en overikt over ytele, lukeevne, ov., et kartbilde om illutrerer plaeringen til kraftverket, amt eventuelle tunneler, dammer og magainer. Eventuell tiltedeværele av inntakdammer eller inntakmagainer ved kraftverkene har vært dobbeltjekket på NVE Atla, et kartverktøy om i likhet med vannkraftdatabaen er tilgjengelig på nve.no. Tabell 5: Middelvannføring og forholdet mellom midlere vannføring og makimal lukeevne. Småkraftverk Middelvannføring i l km 2 Nedbørfeltet areal i km 2 32 Midlere vannføring i m3 Forhold mellom midlere vannføring og makimal lukeevne Gleåa 21,2 32,9 0,70 0,58 Skripelandfoen 33,8 530,1 17,92 0,69 Røylandfo 60,2 42,5 2,56 0,67 Virak 65,9 22,3 1,47 0,70 Gråklubben 118,4 1,9 0,23 0,56 Liarelva 101,5 2,7 0,27 0,55 Steine 102,0 7,5 0,77 0,70 Helgane 88,7 14,0 1,24 0,69 Stråpa 96,6 7,8 0,75 0,75 Rydal 56,0 10,7 0,60 0,75 Trollelva 48,8 6,1 0,30 0,59 Hugla 61,8 15,4 0,95 0,79 Meierifoen 78,7 38,1 3,00 0,64 Støllia 80,4 12,9 1,04 0,74 Veiteberg 83,5 11,8 0,99 0,70

35 Sandal og 89,3 44,9 4,01 0,74 Foheim Dale 75,6 11,7 0,88 0,68 Sundli 24,6 25,1 0,62 0,77 Voldetelva 53,7 55,2 2,96 0,63 Rendalelva 79,2 8,4 0,67 0,51 For å finne verdier for middelvannføring og arealet til nedbørfeltet, ble karttjeneten NEVINA benyttet (nevina.nve.no). Tallene for middelvannføring gjelder for referaneperioden, dv. årene Figuren nedenfor illutrerer nedbørfeltet til Gleåa måkraftverk, generert ved hjelp av NEVINA. Figur 10: Skjermbilde fra NEVINA for Gleåa måkraftverk. Etter fatettele av nedbørfeltet kan feltparametere om nedbørfeltet areal og feltindeker om middelvannføring for perioden mellom 1961 og 1990 generere. Alle parametere og indeker kan deretter ekportere til en rapport, e figur

36 Figur 11: Skjermbilde av rapport med beregnede feltparametere og generert nedbørfelt for Gleåa måkraftverk. Middelvannføring er i NEVINA baert på data fra avrenningkartet. Dette kartet er et redkap utarbeidet av NVE om benytte for å finne normalverdier for avrenning for perioden Det er en uikkerhet i verdiene på rundt 20 %. For mindre felt med et areal under 20 km 2 blir uikkerheten tørre (Bachke et al., 2010). 6 Måleerier og varighetkurver 6.1 Måleerier For å bekrive tiliget i måkraftverk, må vannføringdata i form av måleerier benytte. Pr 2018 finne det måleerier for perioden mellom 1958 og 2017, og de oppdatere årlig. Måleeriene er fra uregulerte nedbørfelt, lik at naturlige variajoner i vannføringen i nedbørfeltet gjenpeile i dataene. Måledata kan derfor betrakte om preie. I enkelte erier har mangel på oberverte verdier forekommet, og måleeriene er blitt utfylt ved bruk av HBV-modeller (NVE, 2018a). Oberverte målinger regitrere ved 82 måletajoner. I denne materoppgaven er det ikke nødvendig å anvende vannføringdata fra amtlige måletajoner. Det fokuere kun på tiligeriene om er aktuelle for måkraftverkene, og de er oppgitt i tabell 4 i kapittel 4. Tiligerier på døgnbai late ned fra NVE ine ider. I enkelte vadrag vil det ikke foreligge vannføringdata. Dette er tilfellet for alle måkraftverkene i denne materoppgaven. Derfor benytte måleerier fra andre felt (tiligeriene om er nevnt ovenfor). Det er entralt at dataene kommer fra åkalte repreentative ammenligningtajoner. Dette innebærer at feltparametere fra 34

37 kraftverket nedbørfelt i en vi grad tilvarer feltparametere fra ammenligningtajonene (Bachke et al., 2010). Med feltparametere mene ekempelvi nedbørfeltet tørrele og effektiv jøproent, jf. kjermbilde av generert rapport fra NEVINA (figur 11). Måten å ta henyn til feltparametere er å multipliere amtlige verdier fra den repreentative erien med en kaleringfaktor. Skaleringfaktoren finne ved å dividere midlere årlig avrenning for måkraftverket for perioden i m3 m3 med normalvannføringen i for den repreentative tajonen nedbørfelt for amme periode. På denne måten vil tiliget til hvert måkraftverk kunne bekrive med en egen dataerie. Midlere årlig avrenning for måkraftverket kan finne fra den genererte rapporten fra NEVINA, men normalvannføringen for den repreentative tajonen nedbørfelt finne ved å beregne gjennomnittet av verdiene i den aktuelle tiligerien for perioden Skaleringfaktoren vil ogå avhenge av om måleerien vier døgntilig, uketilig eller månedtilig. Med andre ord beregne det totalt tre kaleringfaktorer for hvert måkraftverk. I praki betyr det at kaleringfaktoren for døgntilig beregne ved å ta gjennomnittet av verdiene mellom og , men kaleringfaktoren for uketilig beregne ved å ta gjennomnittet av verdiene mellom og Et annet brukformål for den genererte dataerien, er å finne optimal turbinytele eller bare optimal turbin (Bachke et al., 2010). Siden dette ligger utenfor oppgaven formål, vil optimal turbinytele ikke dikutere videre. Etter at dataeriene for måkraftverkene er etablert, vil åkalte varighetkurver kunne lage (e avnitt under). 6.2 Varighetkurver for vannføringerier En varighetkurve er en kurve om vier andelen av en tidenhet (oppgitt i proent) der trømningraten er mindre eller lik en vi hatighet (Linley et al., 1992). Eventuelt kan en varighetkurve vie andelen av tiden der trømningraten er tørre eller lik en gitt hatighet. En varighetkurve lage ved å telle antall dager, måneder eller år med en trømning om ligger mellom vie hatighetintervall. Tidenheten (dag, måned, år) velge ut ifra henikten med varighetkurven, dv. anvendelen om man kal gjøre av informajonen. Ulempen med en varighetkurve er at det ikke er mulig å vite om trømningene ved lavet rate forekommer etter hverandre, eller om de er predt i perioden om analyere. Alle de daglige vannføringene i tiligerien om legge til grunn for beregningen av en varighetkurve, er ortert fra høyete til lavete verdi. Det vie til kapittel 4 i NVE rapport fra 2017 for en utdypning av metoden. I denne oppgaven blir varighetkurver laget for hvert kraftverk i tilfellet der man er bort fra både tenkt intallering av demningmagain og av klimaendringer. Det benytte tiligerier med døgnoppløning. 35

38 For å e på effekten av dam og av klimaendringer på kraftprodukjonen til måkraftverkene, benytte det en egen beregningmodell i Excel. 6.3 Produkjonanalye For å beregne elve kraftprodukjonen, benytte om tidligere nevnt en Excel-fil om er gitt av NVE. Nedenfor finne et kjermbilde av øvre del av førte Excel-ark. Figur 12: Skjermbilde av øvre del av førte Excel-ark. Parameterverdiene i de oranje feltene vil variere avhengig av hvilket kraftverk om analyere. Felle for amtlige måkraftverk er at det ee bort fra «tunnelekjonene» 1 og 2 i Excel-arket, iden tunneler ikke bygge for måkraftverk (Arneen, peronlig meddelele 2018). Parameterverdiene i de grønne feltene beregne på grunnlag av variablene i de oranje feltene. Det gi en kort forklaring på hvordan de ulike parameterverdiene (i de oranje feltene) betemme. Generelle data Makimal driftvannføring tilvarer makimal lukeevne. Sitnevnte finne, om nevnt tidligere, i vannkraftdatabaen. Minimum driftvannføring. Det vanligte er å anta at minimum driftvannføring er en tiendedel av makimal driftvannføring (Arneen, peronlig meddelele 2018). Mintevannføring i henholdvi ommer- og vintereong. De lavete vannføringene forekommer i forkjellige årtider, avhengig av hvor i landet vannkraftverket befinner eg, amt andre faktorer om topografi. Ekempelvi vil vannføringene i kytnære trøk være på itt lavete nivå om ommeren. I høyfjellet eller i innlandet vil de lavete vannføringene hovedakelig forekomme ent på vinteren (Bachke et al., 2010). Ved å oppgi verdier for mintevannføringer for ommereongen (perioden fra 1. mai til 30. eptember) og vintereongen (perioden fra 1. oktober til 30. april), vil en få et 36

39 riktigere bilde av kraftprodukjonen når denne imulere. Den eongbaerte mintevannføringen tilvarer vannføringen om underkride 5 % av tiden i løpet av eongen (5-perentil-regelen) (Bachke et al., 2010). Die verdiene kan generere gjennom NEVINA, og få i den amme rapporten om dikutere i avnitt 5.3. Magainkapaitet, demningmagain. Magainkapaiteten beregne ved å bruke at: Reguleringgrad = Magainkapaitet Midlere årtilig (18) Midlere årtilig finne ved å multipliere midlere vannføring i m3, om finne i tabell 5, med antall ekunder i året. Parameterverdien til midlere årtilig ette inn i den nedre delen av Excel-arket, e figur 13. Det er vanlig å anta en reguleringgrad på mellom 3 og 10 % (Arneen, peronlig meddelele 2018). I denne oppgaven forutette en reguleringgrad på 6 % for amtlige måkraftverk. Magainkapaiteten finne da ved å multipliere midlere årtilig med antatt reguleringgrad. Andel av tiliget regulert. I tilfellet der måkraftverket er uten demningmagain vil andelen regulert tilig ette lik 0. I tilfellet der et demningmagain vil være intallert ette andel regulert tilig lik 1. Rørekjon 1: Frikjonkoeffiienten. Frikjonkoeffiienten vil for mange typer materialer (tål, polyetylen, ov.) ligge rundt 0,015 (jf. tabell øvert til høyre), og vil derfor være tabil. Rørlengde. Fra kartverktøyet NVE Atla vil en kunne måle og beregne den omtrentlige verdien til rørlengden. Diameter. Fra formel (15) kan en obervere at falltapet vil øke med økt rørlengde og reduert rørdiameter. Falltapet beregne automatik, jf. figur 12. Som regel vil falltapet være i området 2-5 m (Arneen, peronlig meddelele 2018). En kan ikke vite den ekakte verdien til rørdiameteren, og en blir derfor nødt til å prøve eg fram og velge en diameterverdi om med den antatte rørlengden gir et falltap om ligger mellom 2 og 5 m. Generelle data (fort.) Brutto fallhøyde. Brutto fallhøyde finne i vannkraftdatabaen for hver enkelt av energiverkene. Virkninggrad, turbin, tranformator og generator. Siden det ikke kan vite hvilken eller hvilke turbintyper om utnytte i hvert måkraftverk, amt at de ulike virkninggradene er ukjente, anta det en amlet virkninggrad for turbin, generator og tranformator på 0,86. Denne virkninggraden er blitt brukt i et ekempel i NVE veileder i bygging av måkraftverk. Ifølge amme veileder vil virkninggrad til en turbin typik ligge mellom 85 % og 95 %. 37

40 Virkninggrad inkl. tap. Siden virkninggraden ovenfor er den om benytte for å beregne energiprodukjonen, benytte ikke virkninggrad inkludert falltap, og hvilken verdi den ette til er derfor irrelevant. Startuke for ommereongen. Sommereongen tarter 01. mai, altå rundt uke 18. Startuke for vintereongen. Vintereongen tarter 01. oktober, altå rundt uke 40. Figur 13: Skjermbilde av nedre del av førte Excel-ark. Skalering av tiligerien Analyeperiode. Tilvarer hvilken periode om analyere. Når det ee på hvordan intalleringen av et demningmagain endrer energiprodukjonen, vil analyeperioden være fra 1981 il Når effekten av klimaendringene på vannkraftprodukjonen analyere, vil den aktuelle trettiårperioden vare til analyeperioden (altå , eller ). Tiligperiode. Tilvarer perioden for tiligerien. Når det ee på hvordan intalleringen av et demningmagain endrer energiprodukjonen, vil tiligperioden være fra 1958 il Når effekten av klimaendringene på vannkraftprodukjonen analyere, vil den aktuelle trettiårperioden vare til analyeperioden. Det er viktig å huke at tiligeriene om benytte for å e på effekten av klimaendringene er modellerte. Dette gjelder ogå hitorikken. Modellerte og målte dataerier har med andre ord forkjellige tiligverdier for perioden Derfor vil kun modellerte erier benytte for å e på effekten av klimaendringer. 38

41 Derimot vil betydningen av demningmagain på energiprodukjonen ført og fremt analyere ved bruk av oberverte/målte tiligerier. 6.4 Kilder til uikkerhet Som nevnt i 5.3, vil avrenningkartet ha en uikkerhet på minimum ± 20 %. Som følge av det fremkommer en uikkerhet både i middel avrenning, kaleringfaktor og verdiene i de etablerte dataeriene for måkraftverkene. I avnitt 5.1 ble ogå betydningen av valg av repreentativ ammenlikningtajon dikutert. Både tørre effektiv jøproent og tørre nedbørfelt fører til tørre elvreguleringevne for ammenlikningtajonen. Dette innebærer at varighetkurven vil kunne gi en nyttbar vannmengde for kraftprodukjonen om er høyere enn den egentlig er. Dette betyr en underetimering av flomtap og av antall dager der kraftverket må opphøre produkjonen på grunn av for lite tilig. Dette gjelder peielt for må nedbørfelt, det vil i felt med et areal på mindre enn 20 km 2. Uikkerheten er høyere, etterom det er færre måletajoner/ammenlikningtajoner med må felt. En annen kilde til uikkerhet er hvorvidt vannføringmålingene og obervajoner av vanntand er riktig (Bachke et al., 2010). 7 Reultater av imuleringene 7.1 Utarbeidele av varighetkurver I avnitt 6.2 ble varighetkurver for tilig definert. Varighetkurver for tilig kan blant annet bruke for å beregne produkjonen av et vannkraftverk. Arealet under kurven om er begrenet av kraftverket makimale vannføring (lukeevne) og det minimale vannføring betemmer hvor mye energi om kan produere. I denne materoppgaven vil produkjonen om tidligere nevnt imulere direkte med et Excel-ark, lik at analyer av varighetkurvene blir overflødig. Varighetkurver utgjør likevel en åpa entral del av teorigrunnlaget bak ovennevnte Excel-ark, at det er blitt beluttet å lage varighetkurver for amtlige måkraftverk, i den henikt å gi en konkret illutrajon på varighetkurver. Som et ekempel på beregningene og framtillingene av varighetkurvene, er varighetkurven for Gleåa måkraftverk gjengitt i figur 14. Under figuren opplye det om makimal verdi og medianverdi i den aktuelle tiligerien. Varighetkurvene for de andre måkraftverkene finne i Vedlegg III. Varighetkurvene etablere ved å bruke målte tiligerier. 39

42 100,00 96,66 93,32 89,99 86,65 83,31 79,98 76,64 73,30 69,97 66,63 63,29 59,96 56,62 53,29 49,95 46,61 43,28 39,94 36,60 33,27 29,93 26,59 23,26 19,92 16,58 13,25 9,91 6,58 3,24 m 3 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Gleåa % Figur 14: Varighetkurve for Gleåa. Makimal vannføring er 20,5 m3 m3. Medianverdien i tiligerien er 0, Beregning av energiprodukjon med og uten demningmagain Nedenfor vie to kjermbilder av reultater fra imuleringene. Figur 15 er tilfellet der det ikke er intallert et demningmagain ved Gleåa måkraftverk, men figur 16 vier reultater i tilfellet der et demningmagain intallere ved Gleåa måkraftverk. Det met entrale tallet i figurene, er den beregnede midlere årprodukjonen for den aktuelle 30-årperioden. For Gleåa måkraftverk vier imuleringen en årprodukjon på 5004 MWh i fravær av et demningmagain. Derom et demningmagain intallere, er den totale midlere årprodukjon anlått til å være 6934 MWh. Figur 15: Skjermbilde om vier en overikt over reultatene, blant annet midlere årprodukjon, for Gleåa måkraftverk uten demningmagain 40