Orkugeta raforkukerfisins og hlýnandi veðurfar
Orkugeta raforkukerfisins og hlýnandi veðurfar 14.11.2006 Annað veldi ehf Skúli Jóhannsson
Efnisyfirlit
bls
Ágrip og helstu niðurstöður ....................................................................
Inngangur ..................................................................................................
Rennslisgögn ............................................................................................
Rennslistilvik ............................................................................................
Rennslisorka .............................................................................................
Orkugeta ....................................................................................................
Aðrir rekstrarþættir ...................................................................................
Heimildir .....................................................................................................
Viðauki. Rennslisraðir ..............................................................................
- 2 -
Ágrip og helstu niðurstöður
Vatnsárin 1950-2000 eða 51 ár hafa til skamms tíma verið notuð við að meta orkugetu raforkukerfisins. Í júlí 2006 bættust við vatnsárin 2001-2004, sem eru vatnsrík og liggja nú fyrir 55 vatnsár eða vatnsárin 1950-2004.
Í heimild [01] var gerður tölfræðilegur samanburður á rennslisröðunum fyrir og eftir þessa viðbót og reynt að varpa ljósi á það “hvort nýjar upplýsingar leiði í ljós að hlýnandi veðurfar sé farið að valda auknu rennsli í íslenskum vatnsföllum sem virkjuð eru til raforkuframleiðslu”. Í þessari skýrslu er rennslisaukningin skoðuð nánar og athugað hvaða áhrif aukið rennsli mun hafa á orkugetu kerfisins.
Orkugeta er sá markaður sem kerfið á að geta annað með ákveðnum kröfum um öryggi afhendingar og ásættanlegan kostnað. Við undirbúning fjárfestinga eða skoðun á rekstri virkjunarkerfisins er orkugeta metin með hermunarlíkönum. Þar hafa jafnan verið notaðar rennslisraðir, sem reiknaðar hafa verið og eiga að líkjast mældum röðum sem mest. Gert ráð fyrir því að rennsli framtíðar muni hegða sér eins og rennsli fortíðar.
Athyglisvert er að raforkukerfið hefur ráðið afar vel við álagið, allt frá vetrinum 1981/1982 þegar verið var að ljúka byggingu Hrauneyjafossvirkjunar, eða í aldarfjórðung. Nánast engin hætta hefur verið á orkuskerðingu allan þennan tíma og hverfandi líkindi á því að vatnsmiðlanir tæmdust. Menn hafa stundum nefnt offjárfestingu sem skýringu, en breytt veðurfar er líka í myndinni.
Vísindamenn telja að veðurfar á jörðinni hafi verið að hlýna undanfarin 100 ár, einnig hér á landi og er það farið að koma fram sem aukið rennsli í rennslisröðum. Það samræmist þessu vel, að sú aukning stafar einkum af aukinni bráðnun jökla. Í greinargerðinni hér á eftir eru skoðuð nánar áhrif þessarar aukningar rennslis vatnsfalla á orkugetu.
Verkfræðistofan Vatnaskil ehf hefur reiknað nýjar rennslisraðir fyrir vatnsárin 1950-2004 út frá veðurfari eins og ætlað er að það verði árið 2010. Raðirnar taka tillit til hlýnandi veðurfars og er gert ráð fyrir fastri hitahækkun um 0,25°C/áratug. Í greinargerðinni er vísað í þessar nýju raðir sem rennslistilvik C. Tafla 1 sýnir aukningu í rennslisorku og orkugetu kerfisins eftir Kárahnjúkavirkjun og stækkun Lagarfossvirkjunar fyrir rennslistilvik C og einnig fyrir rennslistilvik B sem er 20 síðustu árin í reiknaðri/mældri rennslisröð. Líta má á rennslistilvik B sem vísbendingu um þá lágmarksbreytingu sem þegar er orðin vegna hlýnandi veðurfars.
Tafla 1. Aukning orkugetu með hlýnandi veðurfari. GWh/ári
Orka
Rennslistilvik B
Rennslistilvik C
Rennslisorka
2.622
Orkugeta án flutningstakmarkana
Orkugeta með flutningstakmörkunum
Rennslistilvik B: Reiknaðar/mældar rennslisraðir. 1985-2004 eða 20 ár. Rennslistilvik C: Rennslisraðir aðlagaðar veðurfari árið 2010. 1950-2004 eða 55 ár
- 3 -
Orkugeta í kerfi Landsvirkjunar er 88-90% af rennslisorku, en ástæða þess að nýting viðbótarrennslis (mælt með rennslisorku) fyrir tilvik B og C er jafn lítið og kemur fram í töflu 9 er aflskortur í virkjunum og að einhverju leyti takmarkanir í flutningsgetu milli landshluta. Til að setja tölurnar í töflu 1 í samhengi, þá er orkugeta 100 MW jarðgufustöðvar um 800 GWh/ári. 898 GWh/ári jafngildir um 5,3% aukningu á orkugetu landskerfisins eftir Kárahnjúkavirkjun og 446 GWh/ári jafngildir um 2,6% aukningu. Til samanburðar má geta þess að vísindamenn telja að rennsli vatnsfalla á Íslandi muni aukast um hugsanlega 25% frá miðri síðustu öld til ársins 2030 og um 100% til ársins 2100. Er það aðallega vegna hraðari bráðnunar jökla. Til að vinna raforku úr þessu aukna rennsli verða núverandi aflvélar fyrst fullnýttar og síðan þarf að bæta við fleiri og stærri aflvélum og að styrkja flutningskerfið í samræmi við það. Þetta er verkefni framtíðarinnar, ef spár ganga eftir. Hækkað mat á orkugetu kerfisins, sem fæst með því að taka upp nýjar rennslisraðir, þýðir til dæmis að ef farið verður í stækkun álversins í Straumsvík, þá verður hægt að ganga til samninga um orkuafhendingu án þess að stækka Kröfluvirkjun um 40 MW eins og annars er ráðgert. - 4 -
Inngangur
Í rekstri raforkukerfis, þar sem vatnsaflsvirkjanir anna mestum hluta framleiðslunnar, er rennsli vatnsfalla ráðandi óvissuliður. Í rekstrarathugunum fram til þessa, hvort sem tilefnið er að undirbúa fjárfestingar eða skoða rekstur, hefur jafnan verið gert ráð fyrir því að rennsli framtíðar muni hegða sér eins og rennsli fortíðar. Með því er gert ráð fyrir því að rennsli megi lýsa með stöðugum tilviljanakenndum breytum (‘stationary stochastic processes’), þ.e. að líkindadreifing rennslis breytist ekki með tíma.
Breyting á veðurfari getur haft mikil áhrif á rennsli vatnsfalla. Hlýnandi veðurfar síðustu ára stafar af auknu magni gróðurhúsalofttegunda í lofthjúpi jarðar vegna mannlegra athafna. Ef menn telja að hlýnandi veðurfar sé farið að koma fram í rennslisröðunum með auknu ársrennsli síðustu ára, þá blasir við sú ályktun að rennslisraðirnar séu óstöðugar (‘non-stationary’) og vaxandi og þyrfti þá að breyta aðferðum við rekstrarathuganir í samræmi við það. Það yrði afdrifarík og umfangs-mikil endurskoðun á aðferðafræði sem hefur verið notuð hér á landi sleitulaust frá sjöunda áratugi síðustu aldar.
Í eftirfarandi er allt íslenska raforkukerfið tekið til athugunar, enda hvorki verið að skoða áhrif eignarhalds né viðskipta- og lagaumhverfis á nýtingu vatnsorku.
Við mat á nýjum rennslisröðum er miðað við rekstrarárið 2010 eða strax eftir að Kárahnjúkavirkjun (og stækkun Lagarfossvirkjunar) verður komin í fullan rekstur. Samkvæmt þessu verður samsetning raforkukerfis landsins eins og sýnt er í töflu 2.
Tafla 2 Raforkukerfið á Íslandi eftir Kárahnjúkavirkjun Framleiðsla og markaður
Framleiðsla GWh/ári
Vatnsafl 12.204 71,4%
Jarðgufa 4.723 27,6%
Annað 176 1,0%
Samtals 17.103 100%
Markaður m/töpum GWh/ári
Stóriðja 13.846 81,0%
Almenn Notkun 3.257 19,0%
Samtals 17.103 100%
‘Annað’ er skerðing afgangsorku, olíuvinnsla og skerðing forgangsorku - 5 -
Eins og fram kemur í töflunni er stóriðja yfirgnæfandi á orkumarkaðnum með 81% af orkunotkun. - 6 -
Jarðhitahluti raforkukerfisins, sem annar um 28% af orkuframleiðslunni, er aflhannaður. Í því felst að hinn takmarkandi þáttur er uppsett afl, en á vinnslusvæðum hérlendis eru afköst boraðra jarðhitahola jafnan meiri en uppsett afl virkjana,1 sem er takmarkað við það, að ekki gangi nema hæfilega á auðlindina. Vatnsaflshlutinn, sem annar um 71% af orkuframleiðslunni, er hins vegar orkuhannaður. Þar er hinn takmarkandi þáttur aðstreymi vatns sem stjórnast af ákomu, grunnvatnsstöðu, snjóalögum og bráðnun jökla meðan miðlanir skammta vatn eftir þörfum. Uppsett afl vatnsaflsvirkjana er þá hannað til að geta tekist á við afltopp ársins með fullu öryggi, en mestan hluta ársins er fyrir hendi umframafl. Hægt er að grípa til ónotaðs vatnsafls samstundis (snúandi varaafl) eða með stuttum fyrirvara (varaafl). Með auknu rennsli vegna hlýnandi veðurfars og meiri raforkuframleiðslu starfandi virkjana er gengið á þetta varaafl. Varaaflshluti kerfisins, eða ‘Annað’ í töflu 2, er aflhannaður en óverulegur, eða aðeins um 1%. Olíustöðvar eru enn til staðar víða um land vegna hættu á skamm-tíma aflskorti við bilanir, t.d. í flutningskerfinu. Þörf á varaafli í einstökum landshlutum gæti þó aukist í framtíðinni ef veruleg takmörk verða í flutningskerfinu milli landshluta. Samlegðaráhrif orkuhannaðs vatnsaflskerfis og aflhannaðs jarðhitakerfis eru með ýmsum hætti: o Með hlutfallslegi meiri jarðvarma er minni hætta á skerðingu forgangsorku ef miðlanir tæmast. Vatnsskortur á yfirborði jarðar hefur ekki áhrif á upptöku jarðgufu á 2-2,5 km dýpi í jörðu, sem er dýpt borhola á háhitasvæðum. Með samkeyrslu vatnsaflsins og jarðhitaaflsins minnkar þörf fyrir olíustöðvar vegna hættu á langtíma orkuskorti. o Jarðhitavirkjanir henta best fyrir jafna framleiðslu allt árið, meðan vatnsaflskerfi með vatnsmiðlunum er sveigjanlegra til að takast á við síbreytilegt álag. Vatnsaflsvirkjanir eru því nauðsynlegar í samrekstri við jarðhitavirkjanir. Samrekstur þessara kerfishluta, sem oftast eru í eigu mismunandi aðila, er því hagkvæmur eftir því sem viðskiptahættir í markaðsvæddu raforkukerfi gefa tilefni til. o Í vatnsafli er erfitt að áfangaskipta mörgum helstu framkvæmdum eins og stíflum og göngum, svo yfirleitt er best að fullnýta orku hvers virkjunarstaðar í einum áfanga. Áfangaskipting í samræmi við jafnan vöxt markaðar er hins vegar mun auðveldari með jarðvarmavirkjunum, án þess að hagkvæmni skerðist að ráði. Sérstaða íslenska raforkukerfisins, sem gerir kerfið einstakt sinnar tegundar í heiminum, felst í því, að þessum samlegðaráhrifum.þarf að ná fram þó svo að aðföng orkukerfisins, vatnsrennsli og jarðgufa, séu án afgjalds. Til þess þarf að beita reiknilíkönum til að henda reiður á breytilegri kostnaðarmyndun (skuggaverði) og væri þá hægt að taka mið af því í viðskiptum í markaðsvæddu raforkukerfi. Erlendis eru það mismunandi vélfræðilegir eiginleikar, ásamt afar mismunandi eldneytiskostnaði, sem 1 Á ýmsum jarðhitasvæðum erlendis t.d. á Geysir-svæðinu í Kaliforníu eru afköst vélbúnaðar (1200 MW) hins vegar töluvert meiri en það afl, sem boraðar jarðhitaholur geta staðið undir til lengri tíma (6-700 MW). Sama má segja um Kröfluvirkjun í kjölfar eldsumbrota á áttunda áratugi síðustu aldar, en nú hefur verið bætt úr því með fjölgun borhola og einnig hefur svæðið verið að róast. - 7 -
mestu ráða um kostnaðarmyndun á framboðshlið raforkumarkaða. Þar er vatnsorka sérlega verðmæt vegna sveigjanleika. Framboð á vatni í landshlutum og breytingar þar á, t.d. vegna hlýnandi veðurfars, hefur mikil áhrif við hönnun á framleiðsluhluta raforkukerfisins, dreifingu virkjana og stóriðju um landið og á flutningskerfi milli landshluta. Ákvörðun um að taka upp nýjar rennslisraðir með auknu rennsli frá því sem fyrir var, leiðir til þess að endur-skoða þarf uppsett afl virkjana. Líklegt er að hagkvæmt gæti orðið að auka uppsett afl þeirra virkjunarkosta, sem nú eru á hönnunarstigi. Í greinargerðinni er fyrst fjallað um rennslisgögn og stillt upp þremur rennslistilvikum. Þá er fjallað um rennslisorku og orkugetu og að lokum um ýmsa athyglisverða rekstrarþætti sem hermilíkanið reiknar út. Notað er hermilíkan Landsvirkjunar, HYENA “HYdro ENergy simulAtor”, sem Annað veldi ehf hefur þróað. - 8 -
Rennslisgögn
Nýjar rennslisraðir fyrir vatnsárin 1950-2004 komu út hjá rennslisgagnanefnd 1.7.2006. Með því bættust við fjögur ár, árin 2001-2004.
Rennslisgögnin eru í formi heildarrennslis á mælistöðum. Reiknað var út hlutrennsli á virkjunarstöðum. Tafla 3 sýnir tölfræðilega eiginleika þeirra rennslisraða, sem mest eru notaðar í rekstrarhermunum.
Hlutrennsli Háganga Kvíslaveita 5 Þórisvatn Vatnsfell Sigalda Hrauneyjafoss Sultartangi Búrfell Sog Smávirkjanir (Ölfusá) Blöndumiðlun Blönduvirkjun Laxa I-III Hraunaveita Jökulsárveita Kárahnjúkar Lagarfoss
Tafla 3 Hlutrennsli
Meðalársrennsli m3/sek 17,4 44,1 28,8 0,0 86,1 4,0 114,9 0,6 102,2 381,9 41,5 0,8 40,6 9,3 23,0 101,9 85,0
Staðalfrávik m3/sek 2,8 4,8 3,1 0,0 6,5 0,7 10,3 0,2 8,8 42,3 6,4 0,2 1,8 1,9 3,6 19,2 18,3
Breytileiki 16,2% 10,8% 10,9%
Skakki dreifingar 0,58 0,62 0,49
7,6% 17,8% 8,9% 26,3% 8,6% 11,1% 15,4% 27,7% 4,3% 20,6% 15,7% 18,8% 21,6%
0,56 0,08 0,44 0,32 0,48 0,49 0,43 0,28 0,25 -0,04 0,87 0,53 0,91
Í fremsta dálki er sýnt meðalársrennsli (1. mómentið) og í næsta dálki staðalfrávik þess (2. mómentið). Breytileiki (coefficient of variation) er = staðalfrávik / meðalrennsli. Skakkinn (3. mómentið) er í flestum tilvikum > 0 sem þýðir að vatnsrík ár eru fjær meðaltalinu en þurr ár, eins og jafnan tíðkast um rennslisraðir.
- 9 -
Fyrsta rennslisröðin í töflu 3 er hlutrennsli Hágöngumiðlunar. Mynd 1 sýnir dreifingu rennslisins fyrir alla daga ársins og mynd 2 sýnir ársrennslið fyrir öll vatnsárin 55, 1950-2004. Á mynd 2 eru teiknaðar leitnilínur (trend) sem gefa vísbendingu um að rennslið hafi verið að aukast jafnt og þétt allt tímabilið. Leitni upp á 0,079 m3/sek/ár þýðir 4,3 m3/sek aukningu á 55 árum frá 1950-2004 eða sem nemur um 28%. Síðustu fjögur árin 2001-2004 hafa veruleg áhrif til aukningar eins og kemur fram á myndinni.
Mynd 1 Dreifing innrennslis Hágöngumiðlunar
Hágöngumiðlun. Dreifing innrennslis 1950-2004
100%
90%
75%
100 50% 25%
10% 80 0%
Hlutrennsli m3/sek
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
Hlutrennsli m3/sek
Mynd 2 Meðalársinnrennsli Hágöngumiðlunar Hágöngumiðlun. Meðalársrennsli 1950-2004
25 0,079 m3/sek/ár
0,040 m3/sek/ár
0 1950
Sögulegt rennsli 1950-2004 Línuleg leitni 1950-2004 Leitni til 2020? Línuleg leitni 1950-2000 1995 2000 2005 2010 2015 2020
- 10 -
Línuleg leitni fyrir alla rennslisstaði er sýnd í töflum 4.a-4.c, tafla 4.a fyrir 55 árin 1950-2004, tafla 4.b fyrir 51 árin 1950-2004 og tafla 4.c fyrir 45 árin 1960-2004.
Tafla 4.a
Línuleg leitni og áreiðanleiki
55 ára mældra/reiknaðra rennslisraða 1950-2004
Línuleg
Hlutrennsli
leitni % af meðalm3/sek/ári rennsli R2
Áreiðanleiki
Hágöngumiðlun
0,079 0,46% 20,4% 99,8%
Kvíslaveita 5
0,083 0,19%
7,7% 96,2%
Þórisvatn
0,046 0,16%
5,6% 88,3%
Sigölduvirkjun
0,029 0,03%
0,5% 70,4%
Hrauneyjafossvirkjun
0,020 0,50% 20,5% 99,9%
Sultartangavirkjun
0,219 0,19% 11,7% 99,1%
Búrfellsvirkjun
0,001 0,20%
1,6% 25,0%
Sogsvirkjanir
0,031 0,03%
0,3% 38,9%
Smávirkjanir (Ölfusá)
-0,554 -0,15%
4,4% 74,9%
Blöndumiðlun
0,084 0,20%
4,4% 86,9%
Blönduvirkjun
-0,001 -0,17%
1,0% 44,8%
Laxárvirkjanir
0,051 0,12% 21,3% 99,7%
Hraunaveita
0,069 0,74% 33,1%
100%
Jökulsárveita
0,122 0,53% 29,7%
100%
Kárahnjúkavirkjun
0,296 0,29%
6,1% 87,3%
Lagarfossvirkjun
-0,523 -0,61% 20,9% 99,8%
Tafla 4.b
Línuleg leitni og áreiðanleiki
51 ára mældra/reiknaðra rennslisraða 1950-2000
Línuleg
Hlutrennsli
leitni % af meðalm3/sek/ári rennsli R2
Áreiðanleiki
Hágöngumiðlun
0,040 0,24%
6,5% 91,2%
Kvíslaveita 5
0,047 0,11%
2,4% 77,1%
Þórisvatn
0,076 0,26% 12,4% 98,6%
Sigölduvirkjun
-0,020 -0,02%
0,2% 11,6%
Hrauneyjafossvirkjun
0,029 0,71% 33,7%
100%
Sultartangavirkjun
0,172 0,15%
6,6% 95,1%
Búrfellsvirkjun
0,002 0,31%
3,1% 51,5%
Sogsvirkjanir
0,108 0,11%
3,3% 81,7%
Smávirkjanir (Ölfusá)
-0,920 -0,24% 10,0% 96,1%
Blöndumiðlun
0,002 0,00%
0,0% 15,5%
Blönduvirkjun
-0,002 -0,19%
1,1% 48,4%
Laxárvirkjanir
0,061 0,15% 24,8% 99,8%
Hraunaveita
0,055 0,61% 22,7%
100%
Jökulsárveita
0,067 0,30% 14,6%
100%
Kárahnjúkavirkjun
0,004 0,00%
0,0% 26,7%
Lagarfossvirkjun
-0,561 -0,65% 22,4% 99,6%
- 11 -
Tafla 4.b
Línuleg leitni og áreiðanleiki
45 ára mældra/reiknaðra rennslisraða 1960-2004
Línuleg
Hlutrennsli
leitni % af meðalm3/sek/ári rennsli R2
Áreiðanleiki
Hágöngumiðlun
0,134 0,77% 37,2% 100,0%
Kvíslaveita 5
0,129 0,29% 13,7% 98,2%
Þórisvatn
-0,008 -0,03%
0,1% 22,4%
Sigölduvirkjun
0,073 0,08%
2,6% 77,1%
Hrauneyjafossvirkjun
0,008 0,19%
2,8% 59,4%
Sultartangavirkjun
0,300 0,26% 16,2% 99,6%
Búrfellsvirkjun
0,001 0,16%
0,5% 13,2%
Sogsvirkjanir
0,004 0,00%
0,0% 23,8%
Smávirkjanir (Ölfusá)
0,005 0,00%
0,0% 34,0%
Blöndumiðlun
0,219 0,53% 19,9% 99,7%
Blönduvirkjun
-0,001 -0,17%
0,6% 13,2%
Laxárvirkjanir
0,075 0,18% 29,9% 99,9%
Hraunaveita
0,081 0,85% 30,7%
100%
Jökulsárveita
0,184 0,79% 42,3%
100%
Kárahnjúkavirkjun
0,683 0,68% 22,1% 99,6%
Lagarfossvirkjun
-0,272 -0,34%
6,2% 89,3%
Stuðullinn R2 (coefficient of determination) segir til um hve stóran hluta af breytileika tímaraðar má skýra með hinni línulegu leitni. Mann-Kendall aðferðin var notuð til að kanna hvort leitni í tímaröðum geti talist marktæk. Aðferðin felst í því að prófa þá staðhæfingu að engin leitni sé fyrir hendi og reikna út líkindi á því að sú staðhæfing standist ekki. Til þess að leitni geti talist marktæk þá er yfirleitt miðað við að áreiðanleiki sé hærri en 90%, þ.e. að marktektarstigið (significance level) sé lægra en 10%. Niðurstaðan fyrir ársrennslið er sýnd í dálknum “áreiðanleiki” í töflum 4.a – 4.c og gefur sú tala til kynna líkindi á því að leitni sé fyrir hendi. Ef borin eru saman tímabilin 1950-2000 og 1950-2004 þá sýna allar raðir ofan Búrfells í Þjórsá aukna leitni nema hlutrennsli Þórisvatns. Leitni Blöndumiðlunar og Kárahnjúkavirkjunar (Hálslón) eykst einnig. Mikil aukning í leitni á sér stað í Hraunaveitu og Jökulsárveitu. Almennt er breytingin afgerandi mest í jökulrennslinu sem er stór þáttur í innrennsli vatnsmiðlana kerfisins og drífur að miklu leyti vatnsorkukerfi landsins. Niðurstöður mælinga vatnsárin 2001-2004 styrkja þannig þá tilgátu að leitni í röðunum sé fyrir hendi og að hlýnandi veðurfar sé farið að valda auknu rennsli í íslenskum vatnsföllum, sem virkjuð eru til raforkuframleiðslu. Þetta er enn eitt atriðið sem gefur vísbendingu um að tímabært sé að taka tillit til aukningarinnar við rekstrarathuganir. Vísindamenn eru almennt sammála um að hlýnunin er orðin viðvarandi.
- 12 -
Mann-Kendall áreiðanleiki sem kemur fram í töflum 4.a – 4.c er tekinn saman á mynd 3.
110% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
Mynd 3 Mann-Kendall áreiðanleiki 55 ár 1950-2004 51 ár 1950-2000 45 ár 1960-2004
Hágöngumiðlun Kvíslaveita 5 Þórisvatn Sigölduvirkjun Hrauneyjafossvirkjun Sultartangavirkjun Búrfellsvirkjun Sogsvirkjanir Smávirkjanir (Ölfusá) Blöndumiðlun Blönduvirkjun Laxárvirkjanir Hraunaveita Jökulsárveita Kárahnjúkavirkjun Lagarfossvirkjun
Eins og kom fram hér að framan þarf áreiðanleiki að vera 90% eða hærri til að teljast marktækur.
- 13 -
Rennslistilvik Í greinargerðinni er horft er til þriggja rennslistilvika: A. Mælt rennsli fyrir vatnsárin 1950-2004, samtals 55 vatnsár. Það sem hér er nefnt ‘mælt rennsli’ er í raun reiknað út frá veðurröðum með vatnafræðilegum líkönum sem stillt hafa verið af með öllum tiltækum mælingum. Þannig fást samfelldar rennslisraðir yfir þessi 55 ár, þó mælingar nái yfir styttri tíma eða séu götóttar. Þessi aðferð hefur verið notuð við rekstrarhermanir allt frá fyrstu tímum virkjunarathugana á 7. áratugnum. Ávallt hefur verið gengið út frá upphafsárinu 1950 og bætt aftan við röðina eftir því tímar liðu og ný mæligögn eða útreiknaðar rennslisraðir einstakra ára lágu fyrir. B. Mælt rennsli fyrir vatnsárin 1985-2004, samtals 20 vatnsár. Þetta tímabil er hlutfallslega vatnsríkara en öll árin 1950-2004 í rennslistilviki A. Miðað við þá forsendu að veðurfar sé að hlýna, þá má gera ráð fyrir að rennsli síðustu 20 ára gefi vísbendingu um þá lágmarksbreytingu, sem þegar hefur átt sér stað vegna gróðurhúsaáhrifa og orkugeta reiknuð frá því rennsli sé þess vegna varfærið mat. C. Sögulegt rennsli aðlagað veðurfari eins og ætlað er að það verði árið 2010. Vatnsárin 1950-2004 samtals 55 vatnsár. Verkfræðistofan Vatnaskil hefur reiknað þetta rennsli út og er því lýst í heimild [02]. Veðurfarið árið 2010 er áætlað út frá tveimur forsendum eins og þar segir: “Mati vísindamanna á loftslagsbreytingum sem nú eigi sér stað á Íslandi og eru hluti af hnattrænum breytingum á veðurfari vegna gróðurhúsaáhrifa. Að loftslagsbreytingar hafi átt sér stað jafnt og þétt frá árinu 1950, og því megi varpa mældu veðri á hverjum tíma eftir það til ársins 2010 með því að leggja við það veðurbreytingu í réttu hlutfalli við tímann sem þá á eftir að líða til árisins 2010. Með þessu fæst tímaháð leiðrétting sem lögð er við mældar veðurraðir frá 1950 til 2004.” Forsenda C gengur út frá því að framlengja megi væntanlegar framtíðar hitastigsbreytingar aftur í tímann út frá reiknaðri meðalhækkun hita um 0,25°C/ártug frá tímabilinu 1961-1990 til 2071-2100. Hugsanlegt er að slík leiðrétting valdi of háu hitastigi fyrir fyrri hluta mæliskeiðsins 1950-2004 og þar af leiðandi of mikilli jökulbráðnun. Í töflu 5 er sýnt meðalrennsli þessara þriggja rennslistilvika ásamt fráviki frá mældu 55 ára rennslistilviki A. Rennslistilvik B er hlutmengi af rennslistilviki A. Þetta tímabil 1985-2004, sem er næst nútímanum, ætti að vera nógu langt til að lýsa sæmilega núverandi breytileika rennslis og líkja eftir framtíðinni. Mikil aukning kemur fram í afrennsli frá jöklum í tilvikum B og C samanborið við A, sérstaklega í Hágöngumiðlun og Kárahnjúkavirkjun. - 14 -
Hlutrennsli Háganga Kvíslaveita 5 Þórisvatn Vatnsfell Sigalda Hrauneyjafoss Sultartangi Búrfell Sog Smávirkjanir (Ölfusá) Blöndumiðlun Blönduvirkjun Laxa I-III Hraunaveita Jökulsárveita Kárahnjúkar Lagarfoss
Tafla 5
Meðalrennsli
Rennsli A Rennsli B
m3/sek m3/sek
17,4
19,1
44,1
45,9
28,8
29,1
0,0
86,1
86,7
4,0
4,2
114,9 119,4
0,6
0,7
102,2 103,3
381,9 373,7
41,5
43,1
0,8
0,8
40,6
41,6
9,3
10,5
23,0
25,5
101,9 110,0
85,0
78,9
Aukning A til B 10% 4% 1% 1% 6% 4% 3% 1% -2% 4% -5% 2% 13% 11% 8% -7%
Rennsli C m3/sek 25,2 46,6 30,5 92,8 3,7 118,8 0,6 104,9 381,9 45,1 0,8 40,6 9,5 26,3 142,5 81,5
Aukning A til C 45% 6% 6% 8% -7% 3% -6% 3% 0% 9% -5% 0% 2% 14% 40% -4%
Tafla 6 Leitnistuðlar og áreiðanleiki.
Mann-Kendall. Leitni og áreiðanleiki
Rennsli A
Rennsli C
Hlutrennsli
Leitni m3/sek/ár
Áreiðan- Leitni Áreiðanleiki m3/sek/ár leiki
Háganga
0,0793
100% -0,0798 100%
Kvíslaveita 5
0,0827 96,2% -0,0046 5,8%
Þórisvatn
0,0463 88,3% 0,0486 84,5%
Vatnsfell
Sigalda
0,0289 70,4% -0,1213 88,7%
Hrauneyjafoss
0,0201
100% 0,0260 100%
Sultartangi
0,2194 99,1% 0,0626 65,5%
Búrfell
0,0013 28,3% 0,0028 90,8%
Sog
0,0311 38,9% 0,0705 66,9%
Smávirkjanir (Ölfusá)
-0,5539 74,9% -0,5539 74,9%
Blöndumiðlun
0,0838 86,9% -0,0493 48,6%
Blönduvirkjun
-0,0014 43,9% -0,0001 6,9%
Laxa I-III
0,0507
100% 0,0507 100%
Hraunaveita
0,0689
100% 0,0627 100%
Jökulsárveita
0,1224
100% 0,0122
3,5%
Kárahnjúkar
0,2960 87,3% -0,4397 98,3%
Lagarfoss
-0,5228
100% -0,4064 98,5%
Í töflu 6 er sýnd leitni og áreiðanleiki fyrir rennslisraðir A og C fyrir tímabilið 1950- 2004, og Í töflu 6.b. er sérstaklega tekið fyrir tímabilið 1960-2004 fyrir rennslistilvik C. Athyglisvert er að leitni Kárahnjúka breytist frá því að vera 0,296 m3/sek/ári í tilviki A yfir í -0,4397 m3/sek/ári í tilviki C og með meiri áreiðanleika. Hins vegar ef tímabilið 1960-2004 er skoðað þá er leitni í tilviki C -0,0127 m3/sek/ári og ekki markverð. Þetta
- 15 -
samræmist umfjöllun hér á undan um að hugsanlega sé hitastigsleiðréttingin í tilviki C of há fyrir fyrri hluta mæliskeiðsins 1950-2004.
Tafla 6.b
Leitnistuðlar og áreiðanleiki
fyrir rennslistilvik C með árunum 1960-2004
Línuleg
Hlutrennsli
leitni % af meðalm3/sek/ári rennsli R2
Áreiðanleiki
Hágöngumiðlun
-0,039 -0,16%
4,0% 80,7%
Kvíslaveita 5
0,0484 0,10%
2,0% 52,5%
Þórisvatn
-0,0214 -0,07%
0,9% 52,5%
Sigölduvirkjun
-0,0909 -0,10%
3,8% 69,6%
Hrauneyjafossvirkjun
0,0145 0,37%
8,9% 93,3%
Sultartangavirkjun
0,1675 0,14%
5,3% 88,9%
Búrfellsvirkjun
0,0023 0,38%
2,8% 61,6%
Sogsvirkjanir
-0,0163 -0,02%
0,1%
0,8%
Smávirkjanir (Ölfusá)
0,0049 0,00%
0,0% 34,0%
Blöndumiðlun
0,098 0,22%
4,5% 85,5%
Blönduvirkjun
-0,0002 -0,03%
0,0% 17,8%
Laxárvirkjanir
0,0745 0,18% 29,9% 99,9%
Hraunaveita
0,0754 0,77% 26,6% 99,9%
Jökulsárveita
0,0805 0,31% 10,7% 90,9%
Kárahnjúkavirkjun
-0,0127 -0,01%
0,0% 35,4%
Lagarfossvirkjun
-0,1625 -0,21%
2,4% 70,5%
Á mynd 4 er borið saman innrennsli Hágöngumiðlunar og Hálslóns samkvæmt tilviki A og aðlagað veðurfari 2010 (tilvik C). Myndin sýnir hvernig leitni niður á við er svipuð eða meiri í tilviki C en leitni upp á við í tilviki A. Hugsanlegt er eins og fram kemur að ofan að í tilviki C sé hitastigsleiðréttingin á tímabilinu 1950-1960 ofáætluð en þetta tímabil virðist skera sig úr á myndinni. Jafnframt ber að taka mið af því að veðurfarsmælingar á hálendi landsins ná ekki langt aftur í tímann, og hófust t.d. við Kárahnjúka árið 1998. Þar sem að mestu er um jökulvatnasvið að ræða bæði fyrir Hágöngumiðlun og Hálslón, þá er viðkvæmni fyrir hitabreytingum mjög mikil. Vanmat eða ofmat á ætluðum hitastigli með hæð getur haft mikil áhrif á líkanreiknaðar raðir. Í tilviki B er leitnin upp á við mun meiri en leitnin í tilvikum A og C. Síðustu ár hafa verið óvenju hlý jafnvel þó tekið sé tillit til gróðurhúsaáhrifa. T.d. er mælt innrennsli í Hálslón (mælt við Brú í Jökuldal) áranna 2001-2004 um 141,5 m3/s og líkanreiknað rennsli sömu ára með rennslislíkani Vatnaskila um 138,2 m3/s. Þetta er um 40% yfir meðalrennsli áranna 1950-2004, en aftur á móti svipað og meðalrennsli fyrir veðurfar aðlagað að árinu 2010 sbr. töflu 5. Í töflum sem hér koma á eftir er allt tímabilið 1950-2004 notað í tilviki C.
- 16 -
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Mynd 4. Ársinnrennsli Hágöngumiðlunar og Hálslóns Kárahnjúkavirkjunar
Hágöngumiðlun
C. Veðurfar 2010. 1950-2004
Leitni: -0,0798 m3/sek/ár
Hlutrennsli m3/sek
Mælt 1950-2000
Leitni: 0,0399 m3/sek/ár
A. Mælt 1950-2004
B. Mælt 1985-2004
Leitni: 0,0793 m3/sek/ár
Leitni: 0,4141 m3/sek/ár
Hlutrennsli m3/sek
Vatnsár
Hálslón Kárahnjúkavirkjunar 200 C. Veðurfar 2010. 1950-2004 180 Leitni: -0,4397m3/sek/ár 160
Mælt 1950-2000
Leitni: 0,0038 m /sek/ár
40 A. Mælt 1950-2004 B. Mælt 1985-2004 3
Leitni: 0,296 m /sek/ár
Leitni: 1,7664 m /sek/ár
Vatnsár
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
- 17 -
Rennslisorka Rennslisorka er sú raforka sem hægt er að vinna úr öllu tiltæku vatnsmagni ef nægjanlegt vélarafl og markaður er fyrir hendi. Rennsli er mælt í m3/sek eða Gl/ári, en rennslisorka er mæld í GWh/ári.
Rennslistilvik A. 55 ára mældar rennslisraðir 1950-2004
Með rennslistilviki A er meðalársrennslisorka kerfisins 19.289 GWh/ári, sbr töflu 7. Jarðgufuvirkjanir eru látnar fylgja með aftast.
Orkustuðull hlutrennslis er eiginlega mat á tæknilegu gengi vatns á hverjum stað. Með því að margfalda orkustuðul með vatnsgildi, sem tekur mið af stöðu miðlana, takmarkana í vélarafli og flutningskerfi, þá fæst markaðsgengi vatns á hverjum tíma. Rekstrarlíkön sem beita hermunum og bestunum eru notuð til að reikna vatnsgildi kerfisins, bæði við athuganir á rekstri og útbyggingu. Vatnsgildi Hálslóns Kárahnjúkavirkjunar er sýnt síðar, á mynd 10.
Tafla 7. Rennslisorka fyrir rennslistilvik A
Hlutrennsli Háganga Kvíslaveita 5 Vatnsfell Þórisvatn Sigalda Hrauneyjafoss Sultartangi Búrfell Sog Smávirkjanir (Ölfusá) Blöndumiðlun Blönduvirkjun Laxa I-III Hraunaveita Jökulsárveita Kárahnjúkar Lagarfoss Jarðgufa Samtals
Meðalársrennsli Gl/ári 549 1.391 0 909 2.714 126 3.625 20 3.223 12.042 1.309 26 1.282 294 725 3.213 2.681
Orkustuðull GWh/Gl 0,929 0,929 0,929 0,929 0,77 0,601 0,388 0,273 0,169 0,0205 0,683 0,683 0,1666 1,424 1,424 1,424 0,039
Rennslisorka GWh/ári 510 1.292 0 844 2.090 76 1.406 5 545 247 894 18 214 419 1.032 4.575 105 5.018 19.289
Hlutfall Orkustuðl a 23,8 23,8 23,8 23,8 19,7 15,4 9,9 7,0 4,3 0,5 17,5 17,5 4,3 36,5 36,5 36,5 1,0
Í aftasta dálki töflu 7 er til fróðleiks sýnt hlutfall orkustuðla rennslis út frá orku- stuðli Lagarfossvirkjunar (sem viðmiðun velja mætti hvaða virkjun sem er). Þannig er 1 m3/sek af vatni efst á Þjórsársvæðinu 23,8 sinnum verðmætari en sama vatnsmagn ofan Lagarfossvirkjunar og 1 m3/sek í Kárahnjúkavirkjun 36,5 sinnum verðmætari.
- 18 -
Rennslisorka er hentugur mælikvarði þegar skoða á kerfið í heild sinni t.d. við túlkanir á áhrifum hnattrænna breytinga eins og hlýnandi veðurfari.
Mynd 5 sýnir rennslisorku kerfisins eftir virkjun Kárahnjúka fyrir rennslistilvik A og vatnsárin 1950-2004. Meðalársrennslisorkan er 19.289 GWh/ári (sbr. töflu 7). Línuleg leitni sýnir aukningu upp á 33 GWh/ári/ár með 98,6% áreiðanleika samkvæmt Mann-Kendall að-ferðinni, þannig að aðeins 1,4% líkindi eru á því að leitni sé engin. R2 = 11,4% af breytileika ársrennslisorkunnar má skýra með hinum línulega vexti. Orkugeta kerfisins með þessu rennsli er 17.098 GWh/ári eða um 88,6% af rennslisorku. Við það álag er áætlað að framleiðsla í vatnsafls- og jarðgufuvirkjunum verði 16.924 GWh/ári. Til samanburðar gerir áætlun fyrir árið 2010 ráð fyrir framleiðslu upp á 16.713 GWh/ári eða aðeins undir orkugetu.
24.000 23.000 22.000 21.000
Mynd 5. Rennslisorka vatnsafls- og jarðgufuvirkjana Rennslisorka vatnsárin 1950-2004. Rennslistilvik A Rennsli 1950-2004 Meðaltal 1950-2004 Línuleg leitni Orkugeta Framleiðsla
Vöxtur: 33 GWh/á/ári
20.000 19.000 18.000 17.000 16.000
Meðaltal rennslisorku 19.289 GWh/á
Orkugeta Framleiðsla
17.098 GWh/á 16.924 GWh/á
15.000 1950
1980 1985 1990 Vatnsár
Rennslisorka GWh/á
Rennslistilvik B. 20 ára mældar rennslisraðir 1950-2004 Þetta rennslistilvik er síðustu 20 árin af hluti af 55 ára mældu rennslisröðinni á mynd 5. Fyrir þetta tilvik er meðalársrennslisorkan 20.040 GWh/ári og orkugetan 17.535 GWh/ári án flutningstakmarkana. Hækkunin er vegna meira rennslis og vatnsrýru árin, þar sem rennslisorkan fer niður fyrir orkugetu á mynd 5, falla brott. Nánari samanburður er birtur í töflu 9. Rennslistilvik C. Rennslisraðir 1950-2004 sem aðlagaðar að veðurfari 2010. Tafla 8 sýnir rennslisorku kerfisins fyrir vatnsárin 1950-2004 í rennslistilvikum A og C. Meðalársrennslisorkan fyrir tilvik C er 21.911 GWh/ári og hefur hækkað frá rennslistilviki A um 2.622 GWh/á. Samanburður á rennslisorkunni er sýndur á mynd 6. - 19 -
Orkugetan er 17.535 GWh/ári án flutningstakmarkana. Línuleg leitni í tilviki C er
neikvæð -20,4 GWh/ári/ár með 81% áreiðanleika (ekki marktækt) samkvæmt Mann-
Kendall aðferðinni, en jákvæð með 98,6% áreiðanleika (marktækt) fyrir rennslistilvik A.
Tafla 8.
Rennslisorka. Rennslistilvik C og A
Rennslisorka hlutrennslis GWh/á
Virkjun
Rennsli A Rennsli C
C-A
Háganga
Kvíslaveita 5
1.292
1.366
Þórisvatn
Vatnsfell
Sigalda
2.090
2.253
Hrauneyjafoss
-5
Sultartangi
1.406
1.453
Búrfell
Sog
Smávirkjanir (Ölfusá)
Blöndumiðlun
Blönduvirkjun
-1
Laxa I-III
Hraunaveita
Jökulsárveita
1.032
1.179
Kárahnjúkar
4.575
6.398
1.822
Lagarfoss
-4
Jarðgufa
5.018
5.018
Samtals
19.289 21.911
2.622
27.000
Mynd 6 Rennslisorka fyrir rennslistilvik A mæld og C veðurfar 2010 Rennslisorka 1950-2004
25.000 23.000
y = -20,374x + 22254 Mann-Kendall 81%
Rennslistilvik C Mæling aðlöguð 2010 og leitni
Rennslisorka GWh/á
21.000 19.000
Rennslistilvik A Mælt 1950-2004 og leitni
17.000
15.000 1950
Orkugeta
y = 32,975x + 18365 Mann-Kendall 99%
1980 1985 1990 Vatnsár
- 20 -
Orkugeta er sá markaður sem kerfið á að geta annað með viðunandi öryggiskröfum. Þær eru skilgreindar þannig að það jafngildi því að rekstrarkostnaður kerfisins í formi skerðingar afgangsorku og keyrslu olíustöðva sé að meðaltali 230 Mkr/ári samkvæmt keyrslu hermilíkansins. Stundum er notað 300 Mkr/ári.
Tafla 9 sýnir orkugetu kerfisins eftir Kárahnjúkavirkjun fyrir rennslistilvikin þrjú A-C bæði með og án flutningstakmarkana í línum og flóðgáttum. Einnig er rennslisorkan sýnd til samanburðar.
Tafla 9 Rennslisorka og orkugeta
Án flutningstakmarkana
Rennslis-
Rennslistilvik
orka GWh/ári
A. Mælt. 1950-2004
19.289
B. Mælt. 1985-2004
20.040
C. Veðurfar 2010. 1950-2004 21.911
Orkugeta GWh/ári 17.098 17.535 18.061
Nýting 88,6% 87,5% 82,4%
Breyting renn.orku GWh/ári 0 751 2.622
Breyting orkugetu GWh/ári 0 437 963
Nýting 58,2% 36,7%
Með flutningstakmörkunum
Rennslis-
Rennslistilvik
orka GWh/ári
A. Mælt. 1950-2004
19.289
B. Mælt. 1985-2004
20.040
C. Veðurfar 2010. 1950-2004 21.911
Orkugeta GWh/ári 16.974 17.420 17.872
Nýting 88,0% 86,9% 81,6%
Breyting renn.orku GWh/ári 0 751 2.622
Breyting orkugetu GWh/ári 0 446 898
Nýting 59,4% 34,2%
Breyting v/flutningstakmarkana
Rennslis-
Rennslistilvik
orka GWh/ári
A. Mælt. 1950-2004
B. Mælt. 1985-2004
C. Veðurfar 2010. 1950-2004
Orkugeta GWh/ári -124 -115 -189
Orkugeta kerfisins eykst um 446 GWh/ári með rennslistilviki B og um 898 GWh/ári með rennslistilviki C, ef tekið er mið af flutningstakmörkunum. Segja má að flestar virkjanir kerfisins sjái um þessa auknu orkugetu, samanber töflu 11 hér á eftir. Lága nýtingu á aukinni rennslisorku má að miklu leyti skýra með afltakmökunum í virkjunum. Rekstrarkostnaður kerfisins er mjög háður vatnsári eins og sýnt er á mynd 7 þar sem meðaltalið er lítið eitt hærra en skilgreind orkugeta segi til um eða 233 Mkr/ári. Á efri hluta myndar 7 er kostnaðurinn sýndur fyrir hvert vatnsár en á neðri hluta myndarinnar hefur vatnsárununum verið raðað upp í röð fallandi kostnaðar. Fram kemur að kostnaðurinn er meiri en meðaltalið í 15 árum af 55 eða í 27% tilvika. Í 4 árum eða í 7% tilvika er kostnaður meiri en 1.000 Mkr/ári. Þetta sýnir fram á mikilvægi þess að geta hugsanlega spáð fyrir um rýr vatnsár, svo að bregðast megi við á fyrirbyggandi hátt til þess að lágmarka kostnað.
- 21 -
Kostnaður Mkr/ári
Mynd 7 Rekstrarkostnaður kerfis í orkugetu skv. rennslistilviki A.
0 1950
1975 1980 Vatnsár
Meðaltal 233 Mkr/ári 1990 1995 2000
0 1
Meðaltal 233 Mkr/ári
Númer vatnsárs í röð fallandi kostnaðar
Kostnaður Mkr/ári
- 22 -
Tafla 10 sýnir, fyrir rennslistilvik A, B og C, orkugetu þriggja mismunandi vatnsaukandi aðgerða á Þjórsársvæðinu: Norðlingaölduveita með 6. áfanga Kvíslaveitu. 25-30 MW afl þarf fyrir dælu í Norðlingaölduveitu til að pumpa vatni upp til Þórisvatns. 6. áfangi Kvíslaveitu einn sér Skaftárveita ein sér Hugmyndin með þessu er sú að skoða hvort aukið rennsli með tilvikum B og C skapi breytt svigrúm fyrir þessar framkvæmdir. Sýnd er breyting í orkugetu landskerfisins annars vegar eftir Kárahnjúkavirkjun, án frekari framkvæmda á Þjórsársvæðinu og hins vegar eftir Neðri-Þjórsárvirkjanir, stækkun álversins í Straumsvík, og 200 MW stækkun Hellisheiðavirkjunar.
Tafla 10 Orkugeta vatnsaukandi aðgerða á Þjórsársvæðinu.
Vatnsaukandi aðgerð Eftir Kárahnjúkavirkjun Norðlingaölduveita og 6. áfangi Kvíslaveitu 6. áfangi Kvíslaveitu án Norðlingaölduveitu Skaftárveita Eftir Neðri-Þjórsárvirkjanir Norðlingaölduveita og 6. áfangi Kvíslaveitu 6. áfangi Kvíslaveitu án Norðlingaölduveitu Skaftárveita
Rennsli A Mælt/Reiknað 1950-2004 610 145 340 640 165 430
Rennsli B Mælt/Reiknað 1985-2004
Rennsli C Veðurfar 2010 1950-2004
Hafa ber enn í huga að á Þjórsársvæðinu eru rennslistilvik B og sérstaklega C vatnsmeiri en tilvik A. Orkugeta aðgerðanna í töflu 10 ættu því að aukast með rennslistilvikum B og C. Hins vegar hefur í tilvikum B og C talsvert verið gengið á laust afl í virkjunum á svæðinu áður en hinar vatnsaukandi aðgerðir koma í gagnið. Með því að nota rennsli B eða C skila 6. áfangi Kvíslaveitu og Skaftárveita meiri eða svipaðri orkugetu og fæst með rennsli A. Norðlingaölduveita með 6. áfanga Kvíslaveitu skilar aftur á móti mun minni orkugetu með því að nota rennsli B eða C í stað rennslis A. Ekki liggur hvort þessar vatnsaukandi aðgerðir eru yfirleitt raunhæfar vegna umhverfissjónarmiða. Þær eru einungis notaðar hér til að útskýra rekstrarlega eiginleika kerfisins og hvernig vatnsaukandi aðgerðir og stækkun kerfisins gengur á það uppsett afl sem fyrir er. Langæislínur framleiðslu virkjana á Þjórsársvæðinu, fyrir tvenns konar stöðu í útbyggingu landskerfisins, eru sýndar á mynd 8. Annars vegar með rennsli A eftir - 23 -
Kárahnjúkavirkjun (þunn lína, merkt ‘Fyrir’) og hins vegar með rennsli C eftir NeðriÞjórsárvirkjanir, 200 MW aflaukningu á Hellsisheiði, stækkun álvers Alcan í Straumsvík, Norðlingaölduveitu og 6. áfanga Kvíslaveitu (þykk lína merkt ‘Eftir’).
Tímaeining er vika og álag á kerfið er í orkugetu bæði í kerfisstöðu ‘Fyrir’ og ‘Eftir’.
Mynd 8 Langæislínur framleiðslu virkjana á Þjórsársvæði
Orkuframleiðsla MW
Tilvik A
VatnsfellFyrir 250 SigaldaFyrir
HrauneyjafossFyrir
SultartangiFyrir
BúrfellFyrir
150 Tilvik C VatnsfellEftir
SigaldaEftir
HrauneyjafossEftir
SultartangiEftir
BúrfellEftir 50
0 0%
10% 20%
30% 40% 50% 60% 70% Hlutfall tímans
80% 90%
Tafla 10.a sýnir nýtingartíma afls í helstu virkjunum landkerfisins í kerfisstöðu ‘Fyrir’ og ‘Eftir’ samkvæmt skilgreiningu hér að framan.
Tafla 10.a
Nýtingartími afls í virkjunum
Fyrir Eftir
Virkjun
klst/ári klst/ári
Vatnsfellsvirkjun
4.718 6.954
Sigölduvirkjun
5.259 6.957
Hrauneyjafossvirkjun
5.556 7.120
Sultartangavirkjun
7.359 7.802
Búrfellsvirkjun
8.023 8.479
Sogsvirkjanir
7.971 8.179
Blönduvirkjun
5.896 6.400
Kárahnjúkavirkjun
6.688 7.266
Hækkun 47,4% 32,3% 28,2% 6,0% 5,7% 2,6% 8,5% 8,6%
Greinilega kemur fram aukinn nýtingartími virkjana með rennsli C, sérstaklega á Þjórsársvæðinu.
- 24 -
Meðaltal framhjárennslis í m3/sek Háganga Kvíslaveita 5 Þórisvatn Vatnsfell Sigalda Hrauneyjafoss Sultartangi Búrfell Sog Blöndumiðlun Blönduvirkjun Laxa I-III Hraunaveita Jökulsárveita Kárahnjúkar Lagarfoss
Aðrir rekstrarþættir Mynd 9 sýnir hvernig framhjárennsli eykst með því að nota rennsli C í stað rennslis A. Mesta aukningin er á Austurlandi en einnig í Sultartanga- og Búrfellsvirkjun. Af þessu tilefni væri jafnvel ástæða til að kanna hagkvæmni Búrfellsvirkjunar 2 ef taka á upp rennslistilvik C. Mynd 9 Framhjárennsli við rennslistilvik A og C 70 60 Rennsli A. Mælt 50 Rennsli C. Veðurfar 2010 40 30 20 10 Fjöldi ferðamanna mun líklega stóraukast í framtíðinni á Austurlandi vegna Kárahnjúkavirkjunar. Ef rennsli C verður tekið upp er lag að skoða nánar framhjárennslið og þann möguleika að stjórna vatnsnotkun Kárahnjúkavirkjunar þannig að markmiðum umhverfismála verði sem best þjónað. Samanber úrskurð ráðherra um rennsli á fossum í Jökulsá í Fljótsdal og Kelduá yfir ferðamannatímann á sumrin. Tafla 11 sýnir breytingu í orkuframleiðslu virkjana í rennslistilvikum B og C frá rennslistilvki A. Langmesta aukning framleiðslu er í Kárahnjúkavirkjun en þar eykst líka rennslið mest. Einkum eru það virkjanir sem reiða sig á rennsli frá jöklum sem auka framleiðslu. Virkjanir á Þjórsársvæðinu auka allar framleiðslu sína með því að ganga á eigið varaafl. Ef nýtt rennsli verður tekið upp verður nauðsynlegt að fara yfir aflmál allra virkjana í rekstri og aflhönnun virkjana sem eru í undirbúningi til þess að nýta framtíðarrennsli sem best. - 25 -
Tafla 11 Framleiðsla virkjana
Virkjun Háganga Kvíslaveita 5 Þórisvatn Vatnsfell Sigalda Hrauneyjafoss Sultartangi Búrfell Sog Smávirkjanir (Ölfusá) Blöndumiðlun Blönduvirkjun Laxa I-III Hraunaveita Jökulsárveita Kárahnjúkar Lagarfoss Jarðgufa Samtals Orkugeta
Framleiðsla virkjunar GWh/á
Rennsli Rennsli
Rennsli
B-A
428 452 25 486
830 865 35 934
1.154 1.190 36 1.270
979 999 21 1.037
2.246 2.275 29 2.331
236 232 -4 236
873 914 41 949
4.547 4.706 159 4.943
186 185 -1 180
4.722 4.759 37 4.757
16.924 17.312 389 17.863
17.098 17.535 437 18.061
Án flutningstakmarkana
C-A 0 0 0 59 105 116 59 86 14 0 0 76 2 0 0 396 -6 35 939 963
- 26 -
Mynd 10 sýnir hvernig vatnsgildi á Austurlandi rekstrarárið 2010 breytist með því að nota rennsli C í stað rennslis A. Rennsli C, sem er töluvert meira en rennsli A á Austurlandi, leiðir til þess að vatnsgildið lækkar.
Vatnsgildi kr/kWh
Mynd 10 Vatnsgildi Austurlands rekstrarárið 2010
Rennslistilvik A. Mældar rennslisraðir 1950-2004
Fylling
10% 0%
20%
30%
40%
50%
10 60% 70%
1.sep 1.okt 1.nóv 1.des 1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú
Vatnsgildi kr/kWh
Rennslistilvik C. Veðurfar 2010. Rennslisraðir 1950-2004 Fylling 50 10% 0% 20% 40 30% 40% 50% 60% Án flutningatakmarkana
1.sep 1.okt 1.nóv 1.des 1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú
- 27 -
Heimildir [01] Landsvirkjun: Tölfræðilegir eiginleikar rennslisraða, sem notaðar eru í rekstrarhermunum. Annað veldi ehf, Skúli Jóhannsson, 21.7.2006. [02] Landsvirkjun: Rennslisraðir fyrir árið 2010. Verkfræðistofan Vatnaskil, 29.sept.2006. - 28 -
Viðauki. Rennslisraðir
Í viðaukanum er að finna gröf sem lýsa eftirtöldu hlutrennsli:
Háganga
Kvíslaveita 5
Þórisvatn
Sigalda
Sultartangi
Sog2
Blöndumiðlun
Hraunaveita
Jökulsárveita
Kárahnjúkar
Sýnd er dreifing rennslis innan ársins bæði fyrir rennslistilvik A sem er mælt og rennslistilvik C sem er aðlagað veðurfari 2010. Einnig er sýnt þróun meðalársrennslis 1950-2004, leitni og Mann-Kendall áreiðanleiki. Að lokum eru sýndar nokkrar tölfræðiupplýsingar.
Eftirtaldar raðir eru með mjög litlu hlutrennsli og eru þess vegna ekki sýndar sérstaklega. Lýsingu á dreifingu mældu raðanna er að finna í heimild [01].
Lagarfossvirkjun
Hrauneyjafossvirkjun
Búrfellsvirkjun
Blönduvirkjun
Lýsingu á eftirtöldum röðum, sem eru eins í öllum rennslistilvikum, er einnig að finna í heimild [01]:
Smávirkjanir (Ölfusá)
Laxárvirkjanir
Ekki voru teknar inn nýjar hitastigsraðir fyrir Reykjavík í rennslistilviki C og er hitastigsröðin því sú sama og í rennslistilviki A. Hitastigið hefur aðeins áhrif á almennt álag í hermunarlíkaninu og er álag almennrar notkunar því hið sama í öllum rennslistilvikum.
2 Ekki er tekið tillit til vatnstöku Orkuveitu Reykjavíkur úr Þingvallavatni á síðustu árum vegna Nesjavalla. - 29 -
Hlutrennsli m3/sek Hlutrennsli m3/sek
Hágöngumiðlun, hlutrennsli
Mælt. Dreifing innrennslis 1950-2004
100%
90%
140 75%
50%
25%
10%
0%
Meðalársrennsli
Veðurfar 2010 y = -0,0798x + 27,447 R2 = 0,1825
Mælt 1950-2004
40 Mælt 1950-2000 R2 10 y = 0,0793x + 15,178 = 0,2035
y = 0,0399x + 15,895
R2 = 0,0651
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Vatnsár
Veðurfar 2010. Dreifing innrennslis 1950-2004
100% 90%
Rennsli 1950-2004
140 75% 50% C. Veður
25%
A. Mælt 2010 Breyting
10%
0%
Meðaltal m3/sek
17,4 25,2 45%
Staðalfrávik m3/sek
2,8
3,0
6%
Breytileiki
16% 12%
Skakki
0,58 0,30
ek
m /s
nnsli
lutre
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
- 30 -
m /sek
Hlutrennsli
Kvíslaveita 1.-5. áfangi, hlutrennsli
Mælt. Dreifing innrennslis 1950-2004
100%
400 90%
75%
50%
300 25% 50 10%
0%
Meðalársrennsli Veðurfar 2010 y = -0,0046x + 46,756 R2 = 0,0002
Hlutrennsli m3/sek
200 30 Mælt 1950-2000 Mælt 1950-2004
y = 0,0827x + 41,786
y = 0,0469x + 42,431
R = 0,077
R = 0,024
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Vatnsár
Veðurfar 2010. Dreifing innrennslis 1950-2004
100%
Rennsli 1950-2004
400 90%
75%
C. Veður
50%
25%
A. Mælt 2010 Breyting
300 10% 3
0%
Meðaltal m /sek
44,1 46,6
6%
200 Staðalfrávik m3/sek 4,78 4,81 1%
Breytileiki
11% 10%
Skakki
0,62 0,58
m /sek
ennsli
Hlutr
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
- 31 -
m /sek
Hlutrennsli
Þórisvatn, hlutrennsli
Mælt. Dreifing innrennslis 1950-2004
100%
160 90% 40 75%
50%
25% 120 10% 30
0%
Meðalársrennsli
Veðurfar 2010 y = 0,0486x + 29,112 R2 = 0,055
Hlutrennsli m3/sek
Mælt 1950-2000
Mælt 1950-2004
y = 0,076x + 26,974
y = 0,0463x + 27,516
60 15 R2 = 0,1236 R2 = 0,077
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Vatnsár
Veðurfar 2010. Dreifing innrennslis 1950-2004
100%
Rennsli 1950-2004
160 90%
75%
C. Veður
50%
25%
A. Mælt 2010 Breyting
120 10% 3
0%
Meðaltal m /sek
28,8 30,5
6%
80 Staðalfrávik m3/sek 3,14 3,32 6%
Breytileiki
11% 11%
Skakki
0,49 0,31
Hlutrennsli m3/sek
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
- 32 -
m /sek
ennsli
lutr
Sigalda, hlutrennsli
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
Mælt. Dreifing innrennslis 1950-2004
700 100%
600 90% 75%
50% 500 25%
10%
0%
Veðurfar 2010. Dreifing innrennslis 1950-2004
700 100%
600 90% 75%
50% 500 25%
10%
0%
Hlutrennsli m3/sek
Meðalársrennsli
Veðurfar 2010
y = -0,1213x + 96,184
R2 = 0,077
Mælt 1950-2000
y = -0,0202x + 86,13
R2 = 0,0022
Mælt 1950-2004 y = 0,0289x + 85,246 R2 = 0,0051
0 1950
1980 1985 1990 Vatnsár
Rennsli 1950-2004
Meðaltal m3/sek Staðalfrávik m3/sek Breytileiki Skakki
A. Mælt 86,1 6,5 8% 0,54
C. Veður 2010 92,8 7,0 8% 0,84
Breyting 8% 8%
Hlutrennsli m3/sek
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
- 33 -
m /se
l i
nns
Hlutr
Sultartangi, hlutrennsli
Mælt. Dreifing innrennslis 1950-2004
100%
90%
600 75%
50%
25%
10% 120
0%
Meðalársrennsli
Veðurfar 2010
y = 0,0626x + 117,01
0,0096
Hlutrennsli m 3/sek
Mælt 1950-2004
Mælt 1950-2000
y = 0,2194x + 108,8
y = 0,172x + 109,65
R = 0,117
R = 0,0663
100 20
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Vatnsár
Veðurfar 2010. Dreifing innrennslis 1950-2004
90% 100% Rennsli 1950-2004 600 75%
50% 500 25% C. Veður
10%
A. Mælt 2010 Breyting
0%
Meðaltal m3/sek
114,9 118,8
3%
Staðalfrávik m3/sek
10,3 10,2
0%
Breytileiki
9%
9%
Skakki
0,44 0,61
Hlutrennsli m3/sek
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
- 34 -
m /sek
ennsli
Hlutr
Sogsvirkjanir, hlutrennsli
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
Mælt. Dreifing innrennslis 1950-2004
350 100%
300 90% 75%
50%
25%
10%
0%
Veðurfar 2010. Dreifing innrennslis 1950-2004
350 100%
300 90% 75%
50%
25%
10%
0%
Hlutrennsli m3/sek
Meðalársrennsli
Veðurfar 2010
y = 0,0705x + 102,92
0,0146
Mælt 1950-2000
y = 0,1082x + 99,941
R2 = 0,0326
Mælt 1950-2004
y = 0,0311x + 101,33
0,0032
0 1950
1980 1985 1990 Vatnsár
Rennsli 1950-2004
Meðaltal m3/sek Staðalfrávik m3/sek Breytileiki Skakki
A. Mælt 102,2 8,82 9% 0,48
C. Veður 2010 104,9 9,35 9% 0,48
Breyting 3% 6%
m /sek
ennsli
Hlutr
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
- 35 -
Hlutrennsli m3/sek Hlutrennsli m 3/sek
Blöndumiðlun, hlutrennsli
Mælt. Dreifing innrennslis 1950-2004
100%
90%
75%
50%
25%
10%
0%
Meðalársrennsli
Veðurfar 2010
y = -0,0493x + 46,502
0,0146
Mælt 1950-2004
100 20 Mælt 1950-2000 2 y = 0,0838x + 39,155
y = 0,0019x + 40,644
R = 0,0442
0,00001
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Vatnsár
Veðurfar 2010. Dreifing innrennslis 1950-2004
400 100%
90%
Rennsli 1950-2004
75%
25% 300 50% C. Veður
10%
A. Mælt 2010 Breyting
200 0% Meðaltal m3/sek 41,5 45,1 9%
150 Staðalfrávik m3/sek 6,39 6,53 2%
Breytileiki
15% 15%
100 Skakki 0,43 0,36
Hlutrennsli m3/sek
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
- 36 -
m /se
l i
enns
Hlutr
Hraunaveita, hlutrennsli
Mælt. Dreifing innrennslis 1950-2004
100%
90%
100 75% 16 50% 80 25% 14 10% 0% 12
Meðalársrennsli
Veðurfar 2010
y = 0,0627x + 7,7799
0,2768
Hlutrennsli m 3/sek
40 6 Mælt 1950-2004 y = 0,0689x + 7,3943
20 4 Mælt 1950-2000 y = 0,055x + 7,6482 R2 = 0,331
0,2269
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Vatnsár
Veðurfar 2010. Dreifing innrennslis 1950-2004
120 100%
90%
Rennsli 1950-2004
75%
50%
25%
C. Veður
10%
A. Mælt 2010 Breyting
60 0% Meðaltal m3/sek 9,3 9,5 2%
Staðalfrávik m3/sek
1,92 1,91
0%
40 Breytileiki 21% 20%
Skakki
-0,04 -0,14
m /sek
ennsli
Hlutr
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
- 37 -
m /sek
ennsli
Hlutr
Jökulsárveita, hlutrennsli
Mælt. Dreifing innrennslis 1950-2004
100%
90%
75%
50%
200 25%
10%
0%
Hlutrennsli m 3/sek
15 100 10 50
Meðalársrennsli
Veðurfar 2010
y = 0,0122x + 25,913
0,0035
Mælt 1950-2000
y = 0,0669x + 20,566
0,1456
Mælt 1950-2004
y = 0,1224x + 19,557
0,2968
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Vatnsár
Veðurfar 2010. Dreifing innrennslis 1950-2004
90% 100% Rennsli 1950-2004
75%
50% C. Veður
200 25%
10%
A. Mælt 2010 Breyting
150 0% Meðaltal m3/sek 23 26,3 14%
Staðalfrávik m3/sek
3,6
3,32
-8%
100 Breytileiki 16% 13%
Skakki
0,87 0,59
Hlutrennsli m3/sek
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
- 38 -
m /s
l i
nns
lutr
Hálslón Kárahnjúkavirkjunar, hlutrennsli
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
Mælt. Dreifing innrennslis 1950-2004
100% 90% 75% 50% 25% 10% 0%
Hlutrennsli m3/sek
Meðalársrennsli
Veðurfar 2010
y = -0,4397x + 154,78
R2 = 0,0947
0 1950
Mælt 1950-2000 y = 0,0038x + 98,931 R2 = 0,00001 1975 1980 1985 1990 Vatnsár
Mælt 1950-2004 y = 0,296x + 93,601 R2 = 0,0613 2000 2005 2010 2015
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
Veðurfar 2010. Dreifing innrennslis 1950-2004
100% 90% 75% 50% 25% 10% 0%
Rennsli 1950-2004
Meðaltal m3/sek Staðalfrávik m3/sek Breytileiki Skakki
A. Mælt 101,9 19,2 19% 0,53
C. Veður 2010 142,5 22,9 16% 0,33
Breyting 40% 20%
m /se
l i
enns
Hlutr
1.jan 1.feb 1.mar 1.apr 1.maí 1.jún 1.júl 1.ágú 1.sep 1.okt 1.nóv 1.des
- 39 -
- 40 -