Beregning av potensial for små kraftverk i Norge

Transkript

1 Beregning av potensial for små kraftverk i Norge Forutsetninger, metodebeskrivelse og resultater Torodd Jensen (red.) R A P P O R T

2 Beregning av potensial for små kraftverk i Norge Forutsetninger, metodebeskrivelse og resultater 0 Norges vassdrags- og energidirektorat 2004

3 Rapport nr Beregning av potensial for små kraftverk i Norge Utgitt av: Ansvarlig: Forfatter: Norges vassdrags- og energidirektorat Torodd Jensen Astrid Voksø, Hallvard Stensby, Kjersti Mølmann, Christian Tovås, Seming Skau, Olav Kavli (Geodata AS) Trykk: NVEs hustrykkeri Opplag: 200 Forsidefoto: ISSN: ISBN: Sammendrag: NVE har utviklet en ny metode for digital ressurskartlegging av små kraftverk mellom 50 og kw. Metoden bygger på digitale kart, digitalt tilgjengelig hydrologisk materiale og digitale kostnadsfunksjoner. Rapporten inneholder resultater og beskrivelse av metoden som er brukt med angivelse av svakheter på grunn av nødvendige forenklinger og det arbeid som må videreføres for å øke kunnskapen om ressursen ytterligere. Samlet har vi funnet ca. 18 TWh med investeringskostnad under 3 kr/kwh. I tillegg kommer ca. 7 TWh fra Samlet plan slik at potensial for små kraftverk under 10 MW med investeringsgrense 3 kr/kwh er ca. 25 TWh. NVE antar at opp mot/ca 5 TWh av dette potensialet kan realiseres i løpet av en ti års periode. Emneord: små kraftverk, potensialberegning, effekt, produksjon, GISanalyse, kartlegging Norges vassdrags- og energidirektorat Middelthunsgate 29 Postboks 5091 Majorstua 0301 OSLO Telefon: Telefaks: Internett: Juli Desember

4 Innhold Forord...4 Sammendrag Bakgrunn Innledning Forhold som begrenser utnyttelsen av ressursen Manuell kartlegging Samlet plan for vassdrag Test av automatisk mot manuell metode for beregning av potensial for små kraftverk Målsetning NVEs GIS-system og kompetanse Grunnlaget for analysene Løsningsidé Forutsetninger Datagrunnlag Metode- og analysebeskrivelse Tilrettelegging av grunnlagsdata Beregne fall Beregning av kostnader Andre egenskaper Kontroll av resultatene Manuell kontroll av resultatene Befaring av utvalgte vassdrag Eksempel fra Luster kommune Eksempel fra Bjerkreimvassdraget Eksempel fra Senja Eksempel fra Rakkestad og Ørsta kommune Erfaringer og problemer Erfaring med databearbeiding Svakheter ved analysemetoden Kvalitet på datagrunnlaget Svakheter ved beregningen pga. datagrunnlaget Resultater Teknisk/økonomisk potensial Kostnadsoversikt Videre arbeid Lavere fall Oppdatering kostnadsgrunnlag Oppdatering av datagrunnlaget Potensial i vernede vassdrag Forbedring og utvidelse av analysemetoden Vedlegg

5 Forord Olje- og energidepartementet har utarbeidet en strategi for økt etablering av små vannkraftverk under henvisning til at dette bidrar til å øke krafttilgangen, verdiskapningen i landet og har positiv effekt for distriktene i Norge. NVE har kunnskap om landets vannkraftressurser over 1 MW, men har hatt mangelfull kunnskap om potensialet for mikro- og minikraftverk som er under 1 MW. Innføring av energiloven har resultert i lettere adgang til distribusjonsnettet for uavhengige produsenter av elkraft. Dette, sammen med en betydelig teknologiutvikling og stabilt høyere priser i elkraftmarkedet, har bidratt til at interessen for bygging av små vannkraftverk de siste år er sterkt økende. I tråd med departementets satsing på små vannkraftverk er NVE tilført midler for å støtte FoUprosjekter med formål å øke kunnskapen om potensialet for småkraftverk og utvikle teknologi og kunnskap for en mer effektiv og miljømessig god utnyttelse av ressursen. For å øke kunnskapen om ressursen for små vannkraftverk etablerte NVE en tverrfaglig arbeidsgruppe med spesiell vekt på geografisk informasjonssystemer (GIS), vannkraft og økonomi. Et forprosjekt som testet ut manuelle metoder, avdekket at metoden ville kreve store utgifter og ta lang tid. Det ble derfor besluttet å utvikle verktøy og metode for digital kartlegging som ga løfter om lavere utgifter og raskere gjennomføring. Samtidig gir en digital metode bedre og enklere muligheter for oppdateringer. Metoden som er utviklet, bygger på digitalt kartverk, hydrologi og kostnadsdata. Denne rapporten beskriver den valgte metoden og viser resultatet av arbeidet. Potensialet for småkraftverk, som er summen av enkeltprosjektene, viser seg å være stort. Det er likevel behov for videre utredninger, fordi metoden inneholder forenklinger av virkeligheten. For eksempel er ikke eiendomsforhold eller miljøforhold tatt hensyn til, og mangel på nettkapasitet vil øke kostnader og begrense utbyggingsmulighetene. Kontroller viser at kvaliteten av den digitale kartleggingen av mulige prosjekter er tilfredsstillende. Resultatene vil være nyttige for arbeidet med lokale energiutredninger og for kommunene i deres arbeid med arealplaner. Potensialet for små vannkraftverk er nå beregnet til 25 TWh med utbyggingskostnad under 3 kr/kwh. 7 TWh av dette potensialet er kjent fra Samlet plan. Antall konsesjonssøknader er allerede stort og dette gjør det realistisk å anslå opp mot/ca 5 TWh ny kraft fra småkraftverk i løpet av en ti års periode. Oslo, desember 2004 Agnar Aas vassdrags- og energidirektør Marit Lundteigen Fossdal avdelingsdirektør 4

6 Sammendrag NVE er de siste par år tilført midler for å støtte FoU-prosjekter med formål å øke kunnskapen om potensialet for små kraftverk og utvikle teknologi og kunnskap for en mer effektiv og miljømessig god utnyttelse av ressursen. For ressurskartlegging av nye små kraftverksprosjekter i vassdrag der tidligere kartlegginger, som Samlet plan for vassdrag, ikke har registrert prosjektmuligheter, har NVE utviklet en ny metode for automatisk ressurskartlegging av små kraftverk. Metoden bygger på digitale kart, digitalt tilgjengelig hydrologisk materiale og digitale kostnadsmanualer. Det er utviklet en automatisk metode ved bruk av GIS (Geografisk Informasjonssystem) til å identifisere interessante fall. Ved hjelp av NVEs GIS- og vannkraft kompetanse har det vært mulig å komme fram til resultater som viser hvilke vassdrag som har et mulig potensial for små vannkraftverk. Det er sett på kostnadsnivå under 5 kr/kwh (investering) og under 3 kr/kwh. Samlet har vi funnet ca. 18 TWh med investering under 3 kr/kwh. I tillegg kommer ca. 7 TWh fra Samlet plan slik at potensial for små kraftverk under 10 MW med investeringsgrense 3 kr/kwh er ca. 25 TWh. Fra GIS kartleggingen kan vi se at potensialet mellom 3 og 5 kr/kwh investeringsgrense er i overkant av 7 TWh. Små vannkraftverk har følgende definisjon: kw: Mikrokraftverk kw: Minikraftverk kw: Småkraftverk Som et samlende begrep kaller vi alle kraftverk fra kw (10 MW) for små vannkraftverk. Rapporten inneholder resultater og beskrivelse av metoden som er brukt med angivelse av de svakheter som nødvendigvis er tilstede og det arbeid som må videreføres for å øke kunnskapen om ressursen ytterligere. Vernede områder (vassdragsvern, nasjonalparker, landskapsvern) er ikke inkludert. Rapporten med kart er lagt ut på NVEs nettsider. En ressurskartlegging gjøres for å øke kunnskapen om energivolumet fra ulike energiteknologier. Dette kan brukes til å vurdere energibidraget fra de samme teknologiene på kort og lang sikt. En ressurskartlegging er ikke en prosjektplanlegging der resultatet kan brukes til konsesjonssøknad og bygging. Identifiserte prosjekter fra denne studien er et grunnlag for videre studier som tar opp mangler denne ressurskartleggingen har, som for eksempel eiendomsforhold og miljøforhold. Ved at allmennheten får kjennskap til ressursen kan NVE også få tilbakemeldinger som muliggjør korreksjoner. En ressurs vil endre seg over tid etter bedret lokal kunnskap, teknologi-, kostnads- og markedsutvikling. Det er derfor en kontinuerlig prosess å arbeide med ressursoversikter. Metoden som er utviklet for dette arbeidet muliggjør, en enklere oppdatering enn manuelle metoder ga rom for. Dersom det tas hensyn til konsesjonsbehandling, finansiering, miljøulemper og byggetid, er det mulig at ca 5 TWh av det kartlagte potensialet kan bygges ut i løpet av en 10-års periode. 5

7 1 Bakgrunn 1.1 Innledning NVE er de siste årene fått tilført midler for å støtte FoU-prosjekter med formål å øke kunnskapen om potensialet for småkraftverk og utvikle teknologi og kunnskap for en mer effektiv og miljømessig god utnyttelse av ressursen. Basert på tidligere ressurskartlegginger som er oppdatert i Samlet plan for vassdrag er småkraftverk med reguleringsmuligheter mellom 1 og 10 MW registrert. Potensialet for dette er ca 7 TWh. Potensialet for kraftverk under 1 MW har vært anslått til 3 TWh, men det lå ingen prosjektvurdering bak dette anslaget. Det er økende interesse for små vannkraftverk også uten reguleringsmuligheter, og behovet for bedre kunnskap om ressursene for denne kategorien er stor. Små vannkraftverk har følgende definisjon: kw: Mikrokraftverk kw: Minikraftverk kw: Småkraftverk Som et samlende begrep kaller vi alle kraftverk mellom 1000 og kw (10 MW) for små vannkraftverk. Når denne rapporten leses, er det nødvendig å forstå hva en ressurskartlegging er for noe og hva den ikke er. En ressurskartlegging gjøres for å øke kunnskapen om energivolumet, hva slags prosjekttyper som kan være aktuelle og mulig lokalisering av disse. En ressurskartlegging er ikke en prosjektplanlegging der resultatet kan brukes til konsesjonssøknad og bygging. Identifiserte prosjekter fra denne studien er et grunnlag for videre studier som tar opp mangler denne ressurskartleggingen har, som for eksempel eiendomsforhold og miljøforhold. Denne ressurskartleggingen bringer fram et potensial som er havet en kan øse av. Bare en mindre del av potensialet kan bli realisert i overskuelig framtid, men kunnskapen om ressursen bidrar til å komme fram til de beste prosjektene. Ved at allmennheten får kjennskap til ressursen, kan NVE også få tilbakemeldinger som muliggjør korreksjoner. En ressurs vil endre seg etter bedret lokal kunnskap, teknologi-, kostnads- og markedsutvikling. Det er derfor en kontinuerlig prosess å arbeide med ressursoversikter. Metoden som er utviklet for dette arbeidet, muliggjør en enklere oppdatering enn manuelle metoder ga rom for. 1.2 Forhold som begrenser utnyttelsen av ressursen Rapporten beskriver en meget stor ressurs. For investering med kostnad under 3 kr/kwh er denne 25 TWh. Det er kartlagt et potensial på 7 TWh med investeringskostnad mellom 3 og 5 kr/kwh. Metoden kan også vise prosjekter med høyere investeringskostnad enn 5 kr/kwh. Under arbeidets gang har NVE erfart at flere av prosjektene mellom 3 og 5 kr/kwh vurderes som interessante av grunneiere. Også noen prosjekter med anleggskostnad over 5 kr/kwh arbeides det med. Dette har sammenheng med at kraftproduksjonen vesentlig skal dekke eget forbruk og da muliggjør alternativ kostnaden investeringer over 5 kr/kwh. For de fleste vil det imidlertid være elkraftprisen i markedet som er utslagsgivende. Da vil kostnad for selve prosjektet, egen kompetanse, evne til å reise nødvendig kapital og kostnad for dette være, 6

8 avgjørende for om prosjektet kan realiseres. I tillegg til dette kommer usikkerhet med hensyn til hydrologi som gir grunnlaget for produksjonen og hvor forutsigbart inntekten vil være. Svingninger i markedet vil også påvirke forutsigbarheten og kunne bidra til dårligere lånebetingelser. Alle disse prosjektene vil måtte vurderes for de miljøinngrep de forårsaker. Først skal det avklares om konsesjonsbehandling er nødvendig. Er prosjektet over 1 MW og krever konsesjonsbehandling skal det avklares i Samlet plan før det er mulighet for å få en konsesjonssøknad behandlet. I denne prosessen vil blant annet kommunen ha stor påvirkning på om prosjektet lar seg realisere. Forholdet til lokale arealplaner kan blokkere eller gi avskallinger av et prosjekt. Selv om det er registrert at mange eiere samarbeider om prosjekter, har vi også mange eksempler på at uenighet eiere imellom gir en alvorlig barriere for de som ønsker å bygge ut et fall de eier sammen med andre. Når alle forhold er avklart, har man kanskje fortsatt en alvorlig barriere knyttet til kapasitet i 22 kv nettet. Dersom denne ikke finnes, vil dette kunne øke kostnaden slik at prosjektet blir ulønnsomt. Resultatet som rapporten presenterer viser et potensial som er framkommet ved kobling av kartdata, hydrologiske data, kostnadsdata og standard prosjekt løsninger definert av NVE. Alle de forhold som er nevnt over, er ikke inkludert og kan først bli det etter en grundigere prosjektvurdering og utredninger av de aktuelle forhold. Resultatet av rapporten kan brukes til å identifisere interessante elver/bekker som kan gi vannkraftprosjekter. Vi anbefaler at kommuner bruker rapporten i samarbeid med lokale aktører for å identifisere alle problemstillinger slik at videre planarbeid konsentreres om de prosjektene som har størst mulighet for å bli bygget. 1.3 Manuell kartlegging Samlet plan for vassdrag Samlet plan for vassdrag baserte seg på tidligere ressurskartlegginger og utredninger av nye prosjekter opp til forprosjektnivå. Alt arbeid var manuelt arbeid med en kostnad pr prosjekt fra kr til flere hundrede tusen for de største og mest kompliserte prosjekter. Samlet plan for vassdrag ga et godt bilde av potensialet for vannkraft over 1 MW med de rammebetingelser som gjaldt på 1980 og 1990-tallet. Samlet plan presenterer Vassdragsrapporter for hvert prosjekt der teknikk, hydrologi, geologi, økonomi, miljøkonflikt med mer er beskrevet i detalj. Samlet plan er mer omfattende og mer pålitelig enn den ressurskartleggingen som nå er gjort for landet. Derfor har vi valgt å beholde prosjekter fra Samlet plan i ressursoversikten der det ble kollisjon med prosjekter fra GIS kartleggingen, selv om noen av Samlet plan prosjekt beskrivelsene er mellom 10 og 20 år gamle. Dette gjelder både for små og store vannkraftverk prosjekter. 1.4 Test av automatisk mot manuell metode for beregning av potensial for små kraftverk NVE engasjerte tre konsulentselskaper til å kartlegge mini og mikro kraftverk potensialet manuelt i utvalgte områder i Det var deler av Vossovassdraget, Bjerkreimvassdraget og Senja. Rapportene inneholder forslag til hvor det var aktuelt å bygge kraftverk mellom 50 kw og 1000 kw. Grensen for øvre spesifikk utbyggingspris var 3 kr/kwh. Det ble også funnet en del større 7

9 prosjekter som ble inkludert i kartleggingen. Resultatet av kartleggingen ble levert digitalt for noen av områdene. NVE fant ut at en manuell kartlegging ville kreve veldig mye tid og kostnader og satt i gang undersøkelser for å finne ut av om det var mulig å beregne potensialet automatisk fra digitale kartdata. BKK Rådgivning ble engasjert høsten 2001 til å utvikle en automatisk metode. Disposisjonsrett til digitale grunnlagsdata ble kjøpt inn og NVEs relevante digitale geografiske data ble gjort tilgjengelig. Metoden ble utviklet ved kartleggingen av Vossovassdraget og testet i Bjerkreimvassdraget. Testen viste at den metoden BKK Rådgivning benyttet krevde store maskinressurser, beregningene tok veldig lang tid og det var behov for kontinuerlig manuell kontroll. NVE ønsket å prøve en annen løsningsidé i samarbeid med Geodata og utviklet en ny metode som ble testet på Senja. Resultatet av det forsøket var vellykket og metoden ble videreutviklet og beregninger er gjort for hele landet. Rapporten beskriver denne beregningsmetodikken og resultater. 1.5 Målsetning Målsettingen med ressurskartleggingen har vært å beregne et mulig potensial for små kraftverk. Omfanget av oppgaven har medført at dette måtte gjøres på et relativt grovt nivå. Beregningene er utført automatisk vha digitalt kartverk/gis, og med visse manuelle korreksjoner i etterkant. Ved kontroller ute i vassdragene vil man ofte kunne se at lokalisering av prosjektet vil bli en annen enn ved detaljert planlegging. De utførte beregninger vil likevel gi et tilfredsstillende bilde av den tilgjengelige energiressursen. 1.6 NVEs GIS-system og kompetanse NVE har siden 1991 samlet inn og tilrettelagt geografiske data i et GIS-system. NVE har egen GIS-kompetanse til databehandling og analyser, og etablerer nye datasett til bruk innen NVEs forvaltningsområder. Mange av de nyeste datasettene var relevant og nødvendig for denne analysen (elvenett, digitalt avrenningskart). NVE har i tillegg disposisjonsrett til landsdekkende kartgrunnlag i 1: fra Statens kartverk (SK) og en digital terrengmodell basert på 1: data. NVE benytter ArcGIS fra ESRI (Environmental Systems Research Institute, USA) som sitt GIS verktøy. 8

10 2 Grunnlaget for analysene Grunnlaget for utnyttelse av et vassdrag til kraftproduksjon er tilgjengelig vannføring og et fall (høydeforskjell) fra inntak til kraftverk. I beregning av potensialet ønsket man å finne alle fall i norske elver hvor kraftverk mellom 50 kw og kw ble vurdert. I tillegg skal kostnadene ved bygging estimeres. Hva som er lønnsomt vil avhenge av finansieringsbetingelser og av hva alternativ energi til enhver tid koster. 2.1 Løsningsidé Ved hjelp av terrengmodellen og elvenettet så vi muligheten til å identifisere alle fall med helning over en definert verdi. Vannføringen i toppen av hvert fall kunne hentes fra avrenningskartet. De fall som gir nok vannføring og fallhøyde til et kraftverk mellom 50 kw og kw og en spesifikk utbyggingspris mindre enn 5 kr/kwh er inkludert i potensialet. NVE kontaktet Geodata AS (distributør av ArcGIS fra ESRI i Norge og konsulentselskap på GIS-analyser og løsninger) for å høre om vår løsningsidé kunne gjennomføres og automatiseres. Det ble bekreftet og NVE og Geodata samarbeidet for å utvikle metoden. 2.2 Forutsetninger For å finne potensialet for små kraftverk har det vært nødvendig å sette grenser for hva som skal analyseres. Alle strekninger med fall ned til 1:25 blir inkludert. Fallhøyden er begrenset til området 10 m m, og midlere vannføring i området 0,05-25 m 3 /s. Turbinens slukeevne er valgt lik 1,5 ganger midlere vannføring. Virkningsgraden er satt til 0,81. Det er forutsatt at 70 % av vannet kan utnyttes for kraftproduksjon. 2.3 Datagrunnlag En forutsetning for analysen basert på bruk av GIS-analyse er tilgang på de nødvendige datasett. Analysen krever både en god terrengmodell som beskriver terrenget med en kvalitet og nøyaktighet som kan brukes til å finne aktuelle fallstrekninger, og et datasett som gir vannføring i hvilket som helst punkt. For å identifisere fallstrekninger, traverseres elvene fra utløp til hvert toppunkt ved hjelp av elvenettet, som er elver og innsjøer representert som linjer, der hver linje har retning mot utløpet. Til kvalitetssikring og kostnadsberegning benyttes ulike datasett om infrastruktur og vannkraftreguleringer. Følgende datasett er benyttet i analysen: Terrengmodell En digital terrengmodell er et regulært grid (raster) med rutestørrelse på 25 m x 25 m (DTEM25). Den er utarbeidet av Statens kartverk (SK) på grunnlag av terrenginformasjon fra kartdata i 1: SK leverer datasettet i de enkelte UTM soner. NVE har konvertert hver av disse som punkter (et punkt pr. rute) til UTM sone 33 og generert ny modell vha. TIN (Triangular Irregular Network) i UTM sone 33. 9

11 Elvenett Fra 1: kartgrunnlag er midtlinje generert for alle innsjøer og flatedefinerte elver. Alle linjer (midtlinjer og linjedefinerte elver) som henger sammen, har fått retning snudd mot utløp. Kartgrunnlaget innholder feil og mangler, derfor vil ikke alle linjestykker henge sammen. Dette er blitt kontrollert og rettet. Elvenettet var ferdig som vektor datasett for hele landet i august 2003 og som geometrisk nettverk 1. kvartal Avrenningskart Normalavrenning som millimeter pr. år for perioden er generert for hele landet som grid med 1000 m x 1000 m celler i Datasettet gir årsmiddelverdier for avrenning for normalperioden Kartet viser hvor stor del av nedbøren som faller i løpet av et år som renner ut i vassdragene. Arbeidet er utført med en metode som kombinerer observerte klima- og vannføringsdata med beregninger med en hydrologisk modell for landskapselement med størrelse 1 km 2. Datasettet dekker bare innenfor Norges grenser. REGIster over Nedbørfelt - REGINE REGINE er den hydrografiske inndelingen av Norge og dekker landarealet og kystarealet så langt ut det finnes øyer. Norge er delt i ca REGINE-enheter. Hele landet er inndelt i nedbørfelt, der utløpet er i ett punkt, og i kystfelt uten ett bestemt utløpspunkt. Videre inndeles disse i flere nivåer med stadig finere delområder, ned til de minste enheter. Hvert delområde er identifisert med et vassdragsnummer. Vassdragsnummeret gjenspeiler den hydrologiske strukturen i et nedbørfelt, og gir informasjon om hvor mange nivåer den overordnete enheten er delt i. Inndelingssystemet er stringent, men åpent slik at nye enheter på laveste nivå i hierarkiet kan deles inn og kodes etter samme enhetlige systematikk. Områdegrensene mellom minsteenhetene er tegnet på papirkart fra kartserien Norge 1: og er digitalisert derfra. Alle enheter er avgrenset ved to punkt på kartet, enten øverst og nederst langs elvestrengen i enheten, eller ytterpunktene langs en kyststrekning (kystfelt). Utbygd vannkraft NVE har digitale datasett for utbygde vannkraftverk med installasjon større eller lik 1000 kw. Datasettet inneholder lokalisering av alle vannkraftverk, vannveier, inntak og dammer. I tillegg er alle innsjøer som er regulert til bruk i vannkraftverk over 1000 kw registrert som magasin med magasinopplysninger knyttet til. Til hvert inntak og magasin er nedbørfeltet som drenerer til punktet definert som et delfelt. Norge har i vannkraftverk over 1000 kw, hvorav 257 stykker er småkraftverk med en samlet årsproduksjon på 4,5 TWh. NVE har i dag ikke en full oversikt over utbygde mikro- og minikraft, men det pågår et prosjekt med å få kartlagt disse. Fra en oversikt som ble laget i år 2000 over mikro- og minikraftverk tilknyttet nettet ble det registrert om lag 170 kraftverk. Det antas at det totale antallet mikro- og minikraftverk er rundt 400 stykker. Samlet plan for vassdrag nye vannkraftprosjekter Tidligere kartlagte prosjekter gjennom Samlet plan er allerede blitt digitalisert og nye prosjekter som er ferdigbehandlet eller til behandling blir digitalisert. I forbindelse med Samlet plan er hovedalternativet av et utbyggingsprosjekt lagt inn. For konkurrerende prosjekter er det største prosjektet lagt inn. Utbyggingsprosjekter der det er søkt konsesjon eller tildelt konsesjon er disse prosjektplanene blitt lagt til grunn. I NVEs tilgangslister for ny vannkraft er det i tillegg til prosjekter i Samlet plan også lagt inn andre prosjekter som ikke er behandlet eller antas ikke å 10

12 trenge behandling i Samlet plan. For de prosjektene hvor det foreligger en prosjektbeskrivelse, er også disse blitt digitalisert. Kostnadsgrunnlaget I forbindelse med Samlet plan har NVE fått utarbeidet kostnadsgrunnlag for å beregne gjennomsnittlige utbyggingskostnader til et prosjekt. Når alle bruker det samme kostnadsgrunnlaget kan en vurdere prosjektene opp mot hverandre på like vilkår. For denne kartleggingen har en benyttet NVE Håndbok nr. 2/2000 Kostnadsgrunnlag for mindre vannkraftverk ( kw) samt NVE Håndbok nr. 3/2000 Kostnadsgrunnlag for vannkraftverk for turbin og elektrotekniske driftsmidler i kraftverk større enn 5000 kw. Prisnivå er pr Usikkerheten i kostnadsgrunnlaget er på +/- 20 %, og generelt er kostnadsgrunnlaget konservativt. I de tilfellene et prosjekt faller utenom dekningsområdet til en kostnadskurve benyttes grenseverdien for kostnadskurven. Til bruk i denne ressurskartleggingen er det laget kostnadsfunksjoner i Excel basert på ovennevnte kostnadsgrunnlag. Kraftlinje Avstanden til kraftlinje henspeiler på den horisontale avstand til nærmeste kraftlinje. NVE har oversikt over landsdekkende kraftlinjer med spenning over 22 kv. I N50 datasettet fra SK er kraftlinjer som vises i terrenget uten angivelse av spenning. Begge datasettene er derfor ufullstendige. Vi har valgt å bruke datasettet til SK i analysene. Veier SKs kartdata i 1: inneholder alle veier i Norge beskrevet med en horisontal nøyaktighet på 25 meter. I analysen er benyttet alle veier unntatt veier i tunnel og stier. Andre datasett fra Statens Kartverk (SK) SKs data i målestokk 1: er basis målestokk for alle datasettene, bl.a. områder vernet etter naturvernloven, og benyttes som bakgrunn i applikasjonen. I presentasjoner brukes ulike detaljering av grunnlagsdata fra SK avhengig av målestokk. 11

13 3 Metode- og analysebeskrivelse For å sette løsningsidéen ut i praksis, kreves ulike datasett og programmering av beregningene. NVE har tilgang på alle relevante data, men de må tilrettelegges for analysen. Dette gjøres delvis ved å kjøre automatiske rutiner på data der resultatet blir manuelt kontrollert og rettet før neste rutine kjøres, og delvis rene manuelle operasjoner på dataene. Når alle grunnlagsdata er tilrettelagt, kjøres en automatisk beregning. Vedlegg A beskriver GIS-analysene basert på ArcInfo 8.3 og ArcGIS 8.3 fra ESRI. 3.1 Tilrettelegging av grunnlagsdata Terrengmodellen er justert med elvenettet for å bedre kvaliteten. Automatiske metoder er benyttet til å generere et grid basert på terrengmodellen som inneholder dreneringsretningen på terrenget (dvs. der terrenget tilsier at det bør være en elv - terrenggenerert elv). Hver gridcelle inneholder antall celler som drenerer til cellen, dvs. nedbørfeltarealet. I tillegg genereres det et grid som er vektet mot avrenningskartet og gir vannføring i de tilsvarende cellene. Begge griddene er forsøkt justert mht. reguleringer slik at nedbørfeltet og vannføring gjenspeiler restareal og restvannføring, men da vannstrømmen i et regulert system ofte er komplisert, er det vanskelig å få med alle ulike overføringer. Figur 3-1. Eksempel på utløpspunkt i hav og innløp innsjø. Analysene utføres for alle elver fra utløp til alle toppunkt. Det er ikke aktuelt med inntak og kraftverk på hver sin side av en innsjø. Fra elvenettet er derfor alle linjer som går gjennom innsjøer fjernet og startpunkt for hver elv er definert som utløp i hav eller innsjø. Elevnettet er konvertert til 3D med høydeinformasjon fra den justerte terrengmodellen. Deretter er den delt opp i 50 meters biter og gradienten på hver elvebit er beregnet på grunnlag av 3D elvenettet. Avstand til veier og kraftledninger skal benyttes i kostnadsberegningene. Til det genereres et grid for hver der hver celle inneholder informasjon om horisontal avstand til hhv. vei og kraftledning. 12

14 3.2 Beregne fall En fallstrekning er definert fra den elvebit med gradient større enn minimumsgrensen (1:25 i vår analyse) og avsluttes når gradienten blir mindre enn minimumsgrensen, eller hvis fallhøyden overstiger den satte maksimumsgrensen (600 meter i vår analyse). På toppen av hver identifiserte fallstrekning beregnes vannføring og effekt. Hvis vannføringen og effekten er innenfor grenseverdiene satt i analysen, genereres et punkt for kraftverk ved bunn av fallstrekning, et inntak ved toppen og en vannvei som rett linje mellom inntak og kraftverk. De tre komponentene identifiseres med samme unike nøkkel Figur 3-2. Profil av en elvestrekning fra bunn til fall med 2 identifiserte fall som tilfredsstiller alle forutsetningene. Det øverste fallet har en vannføring i toppen som er under minimums grense. Kraftverk (bunn av fallet) er markert med gul sirkel, inntak (topp av fall) er markert med blå trekant. 3.3 Beregning av kostnader Fra GIS-analysen beregnes lengden på vannvei, effekt, slukeevne, fallhøyde og avstand til vei og kraftledning. Resultatene blir benyttet til å beregne kostnadene i en kostnadsfunksjon i Excel regneark og resultatet lagres som egenskap til hvert kraftverk. Lengde til vei og kraftlinje er skilt ut som egne kostnader da lengden på disse kan være betydelig pga. lange avstander til nærmeste punkt. Den spesifikke utbyggingsprisen i kr/kwh får man fra kostnadsberegningen og produksjonsberegningen. Det er satt en øvre grense på 5 kr/kwh for hvilke prosjekter som blir inkludert i potensialtallet. Prosjekter med en utbyggingspris under 3 kr/kwh er skilt ut, da disse antas som de mest gunstige. 3.4 Andre egenskaper Til hvert kraftverk som er identifisert er informasjon lagt til automatisk fra andre relevante datasett til bruk i statistikk og utvelgelse. Det er henvisning til lokalisering i kommune, vassdrag, verneplan for vassdrag og om det ligger i et vernet område. I tillegg finnes en egen kolonne med kodeinformasjon om inntaket ligger i innsjø eller ei. 13

15 4 Kontroll av resultatene Resultatet av analysene er forslag til lokalisering av inntak og kraftverk med tilhørende geografiske data. Utbygd vannkraft blir tatt hensyn til, men ingen andre faktorer som vil påvirke en reell plassering av inntak, vannvei og kraftverk. 4.1 Manuell kontroll av resultatene Prosjekter til en spesifikk utbyggingspris under 5 kr/kwh er forutsatt å bli inkludert i potensialet i denne omgang. Alle disse prosjekter blir kontrollert manuelt i ArcView 3.2, spesielt mot prosjekter i Samlet plan for å unngå dobbelkartlegging, utbygd vannkraft og evt. andre typer feil. Når alle analyserte prosjekter er kontrollert, lages nye datafiler av oppdaterte kraftverk, inntak og vannvei som overskriver de gamle. Informasjonen fra kontrollen lagres i en egen tabell med kraftverksidenten som nøkkel. Her lagres en kode for ulike resultat for prosjektet av kontrollen. 0 OK 1 Feil 2 Allerede utbygd 3 Samlet plan prosjekt 4 Vernet eller ligger i nasjonalpark Prosjektet registreres som 1 feil dersom for eksempel den kraftledning som er brukt er en høyspent ledning, avstand til vei som er i luftlinje gir et veldig feil bilde på en evt. veikostnad (eks. at nærmeste vei ligger i bunn av en bratt skråning) eller andre typer feil. Kontrollen er utført av personell med kraftverkskompetanse. 4.2 Befaring av utvalgte vassdrag I månedsskiftet juni/juli 2004 ble det utført befaring i Luster kommune i forbindelse med kartleggingen av små kraftverk. Vassdragene som ble befart i felt var 075 Fortunvassdraget, 076 Årøyvassdraget og 077 Jostedøla. Deltagere på befaringen var representanter fra Luster kommune, Luster energi, Fylkesmannen i Sogn og Fjordane og NVE. Under befaringen var man også i kontakt med grunneiere som ønsket å utnytte sine fall til kraftproduksjon. Erfaringen man sitter igjen med etter befaringen, er at kartlegginga ut fra ressurshensyn virker fornuftig og lokaliserer potensielle kraftverk godt. Mange av prosjektene som ble befart var allerede blitt vurdert av grunneieren og deres planer stemte godt overens med kartleggingen, men noen steder var det avvik. Uavklarte grunneierforhold var noen steder et problem og kunne medføre en mindre utbygging enn optimalt. Andre steder viste det seg at der kartleggingen har prosjekter med forholdsvis høy fallhøyde, ønsker grunneier å bygge kraftverk med litt mindre fall. For hvert prosjekt må det individuelle justeringer til med tanke på optimal plassering av inntak, kraftstasjon og rørgate fordi kartleggingen er en teoretisk generert metode som ikke tar hensyn til lokale forhold. Lite kapasitet på forsyningsnettet er en erfaring fra befaringen som også gjelder de fleste områder som er aktuelle for utbygging av små kraftverk. Forsyningsnettet er de fleste steder dimensjonert for å forsyne kunder og ikke til å ta i mot tildels store mengder kraft. Fra Luster kommune viser det seg at kun få utbygginger av små kraftverk vil føre til at nettet må 14

16 oppgraderes. Dette er kostnader som vil bli lagt på utbygger av små kraftverk og kommer ikke frem i kartleggingen Eksempel fra Luster kommune Eldeelvi er lokalisert ved nordenden av Veitastrondvatnet. Her planlegges et prosjekt som vil utnytte fallet mellom kote 355 og kote 171 med installert effekt på 6,2 MW. Produksjon er beregnet til 23,9 GWh. NVE har kartlagt nøyaktig samme fallstrekning og det samsvarer meget godt. Kraftverket er kartlagt med id 077.z_40. Snauedalen er lokalisert ved Veitastrond. Her planlegges et prosjekt som vil utnytte fallet i Snauedøla mellom kote 370 og kote 225. Planlagt installasjon er på 1,8 MW med en produksjon på 7,2 GWh. NVE har kartlagt et kraftverk i Snauedøla fra kote 451 og til kote 205 med en installasjon på 3,5 MW og produksjon på 14 GWh. Kraftverket er kartlagt med id 077.z_12. Kartleggingen til NVE utnytter ca. 100 m mer fall enn det planlagte prosjektet, forskjellen skyldes bl.a. grunneierforhold Eksempel fra Bjerkreimvassdraget Dalavatnet, eksempel på at NVEs kartlegging har slått feil I den manuelle kartleggingen utnyttes et fall på 55 m mellom kote 363 og kote 308 i Stølsåna med kraftverk ved Dalavatn. Installert effekt er forutsatt til 580 kw med en produksjon på 2,8 GWh. I NVEs kartlegging er dette fallet delt opp i tre prosjekter og alle har fått en kostnad større enn 5 kr/kwh. Dermed er de utelatt fra kartet som kun har med prosjekter med en pris lavere enn 5 kr/kwh. Metoden kartlegger fallhøyden for et prosjekt så lenge stigningen er brattere enn 1/25. Når stigningen blir mindre enn 1/25 avbryter metoden og definerer et inntak. Metoden fortsetter så videre oppover i elvestrekningen for å lete etter strekninger med stigning brattere enn 1/25. Dermed har metoden definert 3 dyre prosjekter mot å bruke hele fallstrekning i et prosjekt og få et økonomisk bedre prosjekt. Lauperak, eksempel der NVEs kartlegging ikke samsvarer helt med manuell kartlegging I den manuelle kartleggingen utnyttes et fall på ca. 161 m i Lauperakåna mellom kote 225, der elvene møtes, og kote 64 ved Ørsdalsvatnet. Installert effekt er forutsatt til 750 kw med en produksjon på 2,6 GWh. I NVEs kartlegging utnyttes et bruttofall på 467 m helt fra Merrstadvatnet på kote 531 til Ørsdalsvatnet på kote 64. Installert effekt er beregnet til 400 kw med en produksjon på 1,67 GWh. Ved å ha inntaket så høyt får man lavere vannføring og atskillig lengre rørgate. Ved å ha inntak på kote 225 som den manuelle kartleggingen gjør, har man også mulighet til å overføre nabobekken uten store inngrep. Metoden genererer så høy fallhøyde som mulig så lenge stigningen er høyere enn 1/25, uten å prøve å lokalisere inntaket der vannføring og fallhøyde gir maksimum effekt. I dette tilfellet får man et kraftverk med veldig høy fallhøyde og liten vannføring, som med fordel kan bygges med lavere fallhøyde og høyere vannføring. 15

17 $T Lauperåk N Manuell Kartlegging Automatisk kartlegging Figur 4-1. Eksempel på avvik mellom den manuelle og automatiske kartleggingen i Lauperak Eksempel fra Senja Hamneelva, manuell og automatisk kartlegging samsvarer Hamneelva er lokalisert på vestsiden av Senja. I den manuelle kartleggingen utnyttes et fall på 140 m mellom kote 142 og kote 2 i Hamneelva, mellom Storvatnet og sjøen. Installert effekt er forutsatt til 410 kw med en produksjon på 1,92 GWh. I den automatiske kartleggingen utnyttes samme fall. Kraftverket har fått id _159. Installert effekt er beregnet til 370 kw med en produksjon på 1,51 GWh. Den manuelle kartleggingen har forutsatt at Storvatnet kan reguleres med 1 m. Dette gjør at den manuelle kartleggingen har fått en litt høyere installert effekt og produksjon. Heggelva, avvik mellom manuell og automatisk kartlegging Heggelva er lokalisert på vestsiden av Senja. I den manuelle kartleggingen utnyttes et fall på 40 meter i Heggelva mellom kote 40 og sjøen. Installert effekt er forutsatt til 1190 kw med en produksjon på 4,96 GWh. I den automatiske kartleggingen utnyttes et fall på 26 meter mellom kote 37 og kote 11. Kraftverket har fått id _167. Installasjonen er beregnet til 792 kw med en produksjon på 3,23 GWh. Her burde den automatiske kartleggingen plassert kraftstasjonen ved sjøen som den manuelle kartleggingen har gjort. Dette skyldes feil i terrengmodellen. I tillegg har terrengmodellen en nøyaktighet på +/- 5-6 meter, noe som vil slå mye ut ved lave fallhøyder som dette eksemplet viser. 16

18 4.2.4 Eksempel fra Rakkestad og Ørsta kommune Den automatiske kartleggingen er sammenlignet mot et utbygd kraftverk i Rakkestad kommune og et kraftverk som er under bygging i Ørsta kommune. Brekke kraftverk er bygd i Rakkestadelva i Rakkestad kommune. Kraftverket utnytter en fallhøyde på 15 meter og har installert effekt på 1,5 MW med en midlere produksjon på 6,3 GWh. Her har den automatiske kartleggingen kartlagt et kraftverk som utnytter samme fall. Kraftverket er beregnet med en installasjon på 1,25 MW med en produksjon på 5,1 GWh. Kraftverket som den automatiske metoden har funnet har litt mindre installasjon og produksjon enn Brekke kraftverk. Dette skyldes at Brekke kraftverk er et rent elvekraftverk og er dimensjonert for å ta større vannmengder enn det den automatiske kartleggingen gjør. I Ørsta kommune er Skjåstad kraftverk under bygging. Kraftverket skal utnytte et fall på 210 m i Sleddalselva. Kraftverket er planlagt med en installasjon på 1,35 MW og en produksjon på 6,5 GWh. Den automatiske kartleggingen har kartlagt samme fall. Installert effekt er beregnet til 1,8 MW med en produksjon på 7,4 GWh. I dette eksempelet har den automatiske kartleggingen fått en noe større installert effekt og produksjon enn Skjåstad kraftverk. Dette skyldes at den automatiske kartleggingen utnytter en litt større vannmengde. 17

19 5 Erfaringer og problemer Analysene krever behandling og bearbeiding av store datamengder og avansert programmering. Metoden har ikke endret seg, men gjennomføringen av tilretteleggingen er effektivisert og programmeringen er justert for å effektivisere beregningen helt til januar Grenseverdiene er fastsatt etter erfaring med resultatene. De første beregningene ble utført uten grenseverdi for fallhøyde eller minimum vannføring og det ble bare identifisert kraftverk opp til 5000 kw. De områder som ble beregnet i 2003 uten de endelige grensebetingelsene, ble beregnet på nytt høsten 2004 for å få et datasett basert på like forutsetninger for hele landet. 5.1 Erfaring med databearbeiding Elvenettet og terrengmodellen er veldig sentral for beregningene og kvaliteten på resultatene. I starten hadde vi en del problemer med beregningen som skyldes feil i elvenettverket. Analysen takler ikke elver med parallelle løp eller flere utløp fra samme elv i innsjøer. Elvenettet er for denne analysen derfor rensket og hver elv har bare et elveløp. Etter at elvenettet ble kontrollert og justert før kjøring, har det ikke vært problemer med dette. Analysen utføres fra utløp i hav eller innsjø til alle toppunkt. Vassdrag med lange strekninger og mange forgreininger uten innsjøer gir lange profiler som skal beregnes. For slike vassdrag har det blitt lagt inn fiktive utløpspunkt for at beregningene skal kjøres rasjonelt. Dette har vist seg å være veldig effektiv. 5.2 Svakheter ved analysemetoden Når programmet traverserer elvenettet for å finne fall som ligger innefor grenseverdiene for gradient, defineres toppen av fallet når elva slaker ut eller høydeforskjellen når maksimumsgrensen (her satt til 600 meter). Da beregnes vannføringen i neste oppstrøms profil. Hvis vannføringen man finner da er under grenseverdien, blir det ikke definert et kraftverk ved dette fallet. Det har vist seg at man i en del tilfeller kan stoppe fallet tidligere, dvs. der vannføringen er stor nok, og definere toppen av fallet der. Eventuelt kan man beregne effekt (som en funksjon av vannføring og fallhøyde) for alle punktene i fallet og plassere inntak i det mest optimale profilet. Dette er ikke gjort i denne versjon av analysen. En slik tilnærming ville gjøre beregningene vesentlig mer tidkrevende da en vannføring må beregnes i mange punkter og traversere i løkke. Når vi sammenligner den automatiske beregning med manuell, er det ofte at inntak og kraftverk er plassert forskjellig. Årsaken er ofte at den automatiske beregningen ikke søker etter den mest optimale plassering. 18

20 Figur 5-1. Eksempel på at elvenettet fra 1: (sort) og den terreng-genererte elva (blå) ikke samsvarer. REGINE (lilla) er ikke korrekt her da den krysser en elv i vest. Vannføringen hentes fra et grid med 25 m x 25 m oppløsning der terrenget tilsier at elva skal renne. Det er ikke alltid tilfelle. Fall identifiseres langs elvenettet som stammer fra kartgrunnlaget og vil ofte være lokalisert forskjellig fra den terrenggenererte elva. Dette er tatt hensyn til ved at analysen søker i 2 x 2 celler rundt elvenettet for å finne vannføringen. Ved sammenligning med manuelle kartlegging og kommentarer fra lokalfolk når resultatene er blitt presentert, har analysen ikke identifisert kraftverk pga. at søkeradiusen til vannføring har vært for liten. Den er da økt til 3 x 3 meter og kraftverk er identifisert. Problemet med å ha for stor søkeradius er at hvis det ligger 2 elver nær hverandre, vil samme vannføring bli tilegnet begge elvene og kraftverk kan bli plassert i begge elvene. 5.3 Kvalitet på datagrunnlaget Terrengmodellen har en nøyaktighet på +/- 5-6 meter med noe dårligere nøyaktighet i enkelte områder i Troms og Finnmark. Dette er bakgrunnen for at minste høydeforskjell er valgt 10 meter. En del potensielle kraftverk blir ikke identifisert med fallhøyder under dette spesielt på Østlandet. Ved forsøk på minimumsgrense på 5 meter i nedre del av Glomma, økte samsvar med allerede utbygde små kraftverk slik at det bare var et fall som ikke ble identifisert. Hele Glomma er beregnet med en minimumsgrense på 5 meter. Avrenningskartet har en ca. nøyaktighet på 25 % beregnet i små felt under ca. 10 km 2. Usikkerheten varierer i landet og er avhengig av tilgangen på nedbørdata. Resultatet i målte felt er korrigert mot måleverdier. Usikkerheten er derfor størst i umålte felt og spesielt i overgangen mellom Øst- og Vestlandet. Siden avrenningskartet bare dekker Norges landområde, vil vannføringen i vassdrag som drenerer til Norge fra utlandet (mest fra Sverige) bli feil. Utvidelsen av datasettet til å omfatte Sverige er ikke gjort i denne omgang. NVE har ikke tilgang på et landsdekkende datasett for kraftlinjer med spenning under 66 kv. Kraftlinjene fra SK i målestokk 1: er brukt fordi datasettet inneholder alle synlige kraftledninger i alle spenningsnivåer. Det ble vurdert at i denne analysen var avstanden til kraftlinjer fra 66 kv mest aktuelle, og de fantes bare i datasettet fra Statens kartverk. Ulempen 19