Implementering af vedvarende energikilder på bygdeplan i Grønland

Transkript

1 11422 Arktisk teknologi Implementering af vedvarende energikilder på bygdeplan i Grønland Udarbejdet i 2005 af: Claus Hansen s992108

2 1. Forord Denne rapport er samme med den indledende rapport Afdækning af energiforbrug på bygdeplan i Grønland resultatet af kursus Arktisk teknologi ved Center for Arktisk teknologi på Danmarks tekniske universitet Kgs. Lyngby. Kurset har forløbet over forår og efterår 2005, med feltarbejde ved Itelleq og Sarfannguaq i forbindelse med et 3 ugers ophold på Grønland. Rapportens formål har været at forsøge og afdække energiforbruget på bygdeplan samt undersøg muligheden for at implementere vedvarende energikilder i bygder. Jeg vil gerne takke de personer der har været involverede i projektet, herunder hovedvejleder Professor Arne Villumsen, som har været meget behjælpelig med input og samling af trådende samt praktiske ting. Vejleder Esben Larsen har været behjælpelig med afklaring af mange elektrotekniske spørgsmål. Der skal gøres opmærksom på at alle tal og figurer i denne rapport ikke må offentliggøres, uden forudgående tilladelse fra organisationer det ejer ophavsrettigheden. Dato: Claus Hansen s Side 1

3 2. Resume Denne rapport er en opfølgning på rapporten Afdækning af energiforbrug på bygdeplan i Grønland som havde til formål at afdække energiforbruget i Itelleq og Sarfannguaq. Rapporten undersøger muligheden for at implementere solvarme, vindkraft, jordvarme og vandkraft for de 2 aktuelle bygder. Dette er gjort ud fra eksisterende rapporter indenfor de 3 områder og jordvarme er så undersøgt generelt. Rapporten er blevet udarbejdet i 2005, med fastlæggelse af projektstruktur i januar 2005, og med indsamling af data og forberedelse til feltarbejdet i foråret Herefter er bygderne blevet besøgt i slutning af juli og starten af august. Rapporten Afdækning af energiforbrug på Grønland blev udfærdiget af undertegnede og Christian Wolf i slutningen af august, hvorefter arbejdet på denne rapport blev påbegyndt som en mandsgruppe i efteråret Det har vist sig at jordvarme og solvarme er mindre egnet for bygderne, men at vindkraft og vandkraft kan have potentiale for de bygder der har en egnet placering med hensyn til vindforhold og placering i forhold til en vandsø. Der er i rapporten en opsummering af anbefalede undersøgelser som bør fortages før en endelig beslutning om implementering af vedvarende energikilder fortages. Side 2

4 3. Abstract This rapport is a continuation of the rapport Afdækning af energiforbrug på bygdeplan i Grønland which aim was to register the energy consumption in Itelleq and Sarfannguaq. The rapport investigates the possibilities of implementing alternative power sources for small communities and the following sources have been investigated: solar power for a hot water boiler, wind power, water power and heat pump. This work has been done with the help of present rapports and a system using heat pumps have been looked into more superficially. The preparation of this rapport was done in 2005, with mapping of the project structure in January 2005 and gathering of data and information in spring 2005, as a preparation for the 3 weeks fieldwork in Greenland summer The 2 small communities Sarfannguaq and Itelleq were visited at the end of July and start august. The rapport Afdækning af energiforbrug på Grønland was afterwards completed by Christian Wolf and Claus Hansen. This rapport was commenced autumn 2005 by Claus Hansen. It has become known that heat pumps and solar power is less suitable for the small communities in Greenland, but it turns out that wind power is cost effective if the right circumstances is present and water power might have a potential use for those communities that is located good in regard to a lake with a good elevation. There is eventually in the end of this rapport a summary of recommendations for further surveys that should be carried out before a final decision about whether or not to implant alternative energy sources is made. Side 3

5 4. Indledning Grønland får i dag primært sin energiforsyning i bygderne gennem dieselgenerator og små individuelle opvarmningssystemer som petroleumsovne, med den stigende interesse der har været den sidst årrække for alternative energikilder er det naturligt at undersøge muligheden for om bygder kunne være selvforsynende med energi. Flere bygder har oplagte vedvarende energikilder i deres baghave, nogen bygder har en drikkevandssø som løber over på grund af den voldsomme vandtilførsel i forårsflommen, og ved andre bygder blæser det altid ved bestemte høje og lignede. Alt imens dette foregår, står der en række af dieselgeneratorer og kører for at levere energi til fiskeindfrysning, opvarmning af varmet vand og belysning. Denne rapport samler op på rapporter som allerede er blevet udført indenfor områderne vindenergi, vandkraft og solvarme. Og forsøger at komme med anbefalingerne for yderligere tiltag for at sikre en økonomisk rentabel etablering af vedvarende energikilder i bygder som er egnet til det. Side 4

6 5. Indholdsfortegnelse 1. FORORD RESUME ABSTRACT INDLEDNING INDHOLDSFORTEGNELSE FIGUR LISTE PRÆSENTATION AF BYGDER ITILLEQ SARFANNGUAQ AFDÆKNING AF ENERGIFORBRUG ENERGIFORBRUG ITILLEQ ENERGIFORBRUG SARFANNGUAQ OPSUMMERING AF BEREGNINGSGRUNDLAG IMPLEMENTERING AF ALTERNATIVE ENERGIKILDER INDLEDENDE OVERVEJELSER Itilleq Sarfannguaq PRÆSENTATION AF ENERGIKILDE: SOLENERGI Dækningsgrad & tilbagebetaling PRÆSENTATION AF ENERGIKILDE: VINDKRAFT Dækningsgrad & tilbagebetaling PRÆSENTATION AF ENERGIKILDE: VANDKRAFT Dækningsgrad & tilbagebetaling PRÆSENTATION AF ENERGIKILDE: JORDVARME OPSUMMERING OG ANBEFALINGER FOR YDERLIGERE TILTAG ANBEFALINGER FOR YDERLIGERE TILTAG KONKLUSION LITTERATUR- OG REFERENCELISTE BILAG DATABLAD FOR ITILLEQ DATABLAD FOR SARFANNGUAQ DATA FOR NEDBØR TENDENSKURVE...40 Side 5

7 6. Figur liste FIGUR 1 KVARTAL FORBRUG ITELLEQ...8 FIGUR 2 KVARTAL PRODUKTION ITELLEQ...9 FIGUR 3 MÅNEDS PRODUKTION ITELLEQ...9 FIGUR 4 MÅNEDSVARIATION ITELLEQ...10 FIGUR 5 KVARTALFORBRUG SARFANNGUAQ...11 FIGUR 6 KVARTALPRODUKTION SARFANGUAQ...12 FIGUR 7 MÅNEDSPRODUKTION SARFANNGUAQ...12 FIGUR 8 MÅNEDSVARIATION SARFANNGUAQ...13 FIGUR 9 ESTIMERET DØGNFORBRUG ITILLEQ...14 FIGUR 10 ESTIMERET DØGNFORBRUG SARFANNGUAQ...14 FIGUR 11 PRINCIP SKITSE OVER SOLVARMEANLÆG...16 FIGUR 12 DÆKNINGSGRAD KOLLEGIE SISIMUT...18 FIGUR 13 PRINCIPSKITSE AF VIND/DIESELSYSTEM...21 FIGUR 14 ASYNKRON GENERATOR...22 FIGUR 15 SYNKRON GENERATOR...22 FIGUR 16 ELFORBRUG SARFANNGUAQ...24 FIGUR 17 : BESPARELSE VED FORSKELLIGE BRÆNDSELSPRISER...24 FIGUR 18 TILBAGEBETALINGSTID FLADE...25 FIGUR 19 SIMULERING AF ET MIDDELDØGN I AUGUST...26 FIGUR 20 SIMULERING AF ET MIDDELDØGN I OKTOBER...26 FIGUR 21 ÅRSNEDBØR FRA STATIONER...27 FIGUR 22 ESTIMERET ÅRSNEDBØR VED SARFANNGUAQ...28 FIGUR 23 VANDBALANCE FOR SØEN...28 FIGUR 24 TENDENSKURVE NEDBØR/ENERGIFORBRUG...29 FIGUR 25 NØGLETAL FOR ANLÆG AF VANDKRAFT...30 FIGUR 26 JORDVARMEANLÆG...31 Side 6

8 7. Præsentation af bygder Herunder følger en opsummering af de energimæssige interessante data for bygderne, i den indledende rapport Afdækning af energiforbrug på bygdeplan i Grønland findes en mere detaljeret beskrivelse af bygderne. Fælles for bygderne er at de begge ligger i Sisimiut kommune, og den nuværende energiproduktion forgår ved dieselgeneratorer opstillet at Nukissiorfiit. 7.1 Itilleq Indbyggertal husstande Fiskefabrik Ingen drikkevandssø Osmoseanlæg Forbrændingsanlæg 7.2 Sarfannguaq Indbyggertal husstande Fiskefabrik Drikkevandssø Forbrændingsanlæg Side 7

9 8. Afdækning af energiforbrug Rapportens datagrundlag tager udgangs punkt i rapporten: Afdækning af energiforbrug på bygdeplan i Grønland, udført sommer 2005 af undertegnede og Christian Wolf. Forbruget er udarbejdet efter datagrundlag indsamlet fra Nukissiorfiit, Sisimiut kommune, Pilersuisoq og ved interview udført ved tur til bygderne. Kun de vigtigste grafer og tabeller er medtaget her. 8.1 Energiforbrug Itilleq Herunder følger en opsummering af energiforbruget for Itilleq. Følgende kvartal forbrug er blevet konstateret: Kvartal forbrug Itelleq KWh kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal 2005 Produktion Egetforbrug Salg, fisk Salg, vejlys Figur 1 Kvartal forbrug Itelleq Det ses at produktionen variere en smule over året, med størst produktion om vinteren dette skyldes øget forbrug til belysning og forbrug på fiskefabrikken. Side 8

10 Herunder er datagrundlaget for figur 1. Kvartal forbrug 1 kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal 2004 Produktion Egetforbrug Salg, fisk Salg, vejlys kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal 2005 Produktion Egetforbrug Salg, fisk Salg, vejlys Figur 2 Kvartal produktion Itelleq Herunder ses generator produktionen fordelt på månedsbasis Produktion Itilleq KWh feb-03 apr-03 Figur 3 Måneds produktion Itelleq jun-03 aug-03 okt-03 dec-03 feb-04 apr-04 jun-04 aug-04 okt-04 dec-04 feb-05 apr-05 jun-05 Side 9

11 Itilleq Produktion Januar Ingen data 1,7 Ingen data Febuar 3,9 9,5 5,9 Marts 6,7 3,1 3,4 April 13,1 5,4 8,4 Maj 5,1 4,4 0,4 Juni 16,1 22,7 10,3 Juli 24,5 12,8 14,8 August 13,8 Ingen data Ingen data September 15,5 Ingen data Ingen data Oktober 1,7 Ingen data Ingen data November 5,9 Ingen data Ingen data December 10,9 Ingen data Ingen data Forbrug fiskefabrik Januar Ingen data 39,9 Ingen data Febuar 62,9 49,7 18,1 Marts 98,5 3,0 92,6 April 10,8 0,3 11,2 Maj 46,0 0,3 46,3 Juni 23,4 49,1 84,1 Juli 20,7 39,3 10,5 August 62,6 Ingen data Ingen data September 23,3 Ingen data Ingen data Oktober 19,9 Ingen data Ingen data November 30,6 Ingen data Ingen data December 30,8 Ingen data Ingen data Forbrug vejlys Januar Ingen data 1,5 Ingen data Febuar 4,1 17,8 21,1 Marts 8,6 3,5 11,8 April 14,1 1,3 15,2 Maj 7,0 1,3 8,2 Juni 241,0 73,6 10,1 Juli 0,0 60,0 0,0 August 68,3 Ingen data Ingen data September 1,9 Ingen data Ingen data Oktober 6,1 Ingen data Ingen data November 7,3 Ingen data Ingen data December 10,5 Ingen data Ingen data Figur 4 Månedsvariation Itelleq Side 10

12 Figur 4 viser variationen på måneds mellem de forskellige år, alle tal er udregnet numerisk og angivet i procent, de tal som er markeret med rødt markere den måned med højest afvigelse og tal med grønt den måned med lavest. Størrelsen af tallene siger noget om hvor stabilt energiforbruget er. 8.2 Energiforbrug Sarfannguaq Herunder følger en opsummering af energiforbruget for Sarfannguaq. Følgende kvartal forbrug er blevet konstateret: Kvartal forbrug Sarfannguaq KWh kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal 2005 Produktion Egetforbrug Salg, fisk Salg, vejlys Figur 5 Kvartalforbrug Sarfannguaq Produktionen ses at variere mere end for Itelleq, men anhængere ligeledes at fiskeindfrysning og belysningsforbruget. Side 11

13 Kvartal forbrug (tal er i KWh) 1 kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal 2004 Produktion Egetforbrug Salg, fisk Salg, vejlys kvartal kvartal kvartal kvartal kvartal 2005 Produktion Egetforbrug Salg, fisk Salg, vejlys Figur 6 Kvartalproduktion Sarfanguaq Herunder ses generatorproduktion fordelt på månedsbasis Produktion Sarfannguaq KWh feb-03 apr-03 Figur 7 Månedsproduktion Sarfannguaq jun-03 aug-03 okt-03 dec-03 feb-04 apr-04 jun-04 aug-04 okt-04 dec-04 feb-05 apr-05 jun-05 Side 12

14 Sarfannguaq Produktion Januar Ingen data 4,1 Ingen data Februar 0,6 5,5 6,1 Marts 5,7 7,0 13,1 April 11,6 26,7 11,9 Maj 8,5 4,1 13,0 Juni 3,3 7,1 4,0 Juli 0,9 11,1 11,9 August 31,1 Ingen data Ingen data September 3,7 Ingen data Ingen data Oktober 15,6 Ingen data Ingen data November 29,4 Ingen data Ingen data December 18,0 Ingen data Ingen data Forbrug fiskefabrik Januar Ingen data 10,7 Ingen data Februar 1239,8 87,2 71,5 Marts 68,1 256,0 13,4 April 14,3 28,6 47,0 Maj 27,4 71,0 117,8 Juni 7,9 16,7 23,2 Juli 45,8 32,0 0,9 August 48,1 Ingen data Ingen data September 21,9 Ingen data Ingen data Oktober 38,6 Ingen data Ingen data November 98,1 Ingen data Ingen data December 94,0 Ingen data Ingen data Forbrug vejlys Januar Ingen data 17,0 Ingen data Februar 4,3 4,3 8,8 Marts 9,7 9,3 1,3 April 4,3 8,2 4,3 Maj 7,2 30,0 20,6 Juni 73,7 100,0 100,0 Juli 0,0 0,0 0,0 August 100,0 Ingen data Ingen data September 7,8 Ingen data Ingen data Oktober 15,0 Ingen data Ingen data November 16,0 Ingen data Ingen data December 4,0 Ingen data Ingen data Figur 8 Månedsvariation Sarfannguaq Side 13

15 8.3 Opsummering af beregningsgrundlag Da der ikke eksistere en brugbar døgnprofil for nogen af bygderne må døgnforbruget estimeres, dette er gjort ved at middel månedstallet for produktionstallet ( output fra generatoren ) og dele det ud på månedens dage. Disse tal vil efterfølgende blive brugt som beregningsgrundlag for de alternative energikilders nødvendige energi produktion. Dette energiforbrug svarer altså til bygdens samlede strømforbrug, og medtager ikke energi brugt til opvarmning ved fossile brændstoffer ect. Datablad for de 2 bygder ses under bilag 1 og 2. Det registrerede max +udsving siger noget om hvor stabilt forbruget er, de måneder hvor udsvinget er væsentligt forøget må der antages en vis usikkerhed i forbruget og derved mulighed for øget forbrug af ikke vedvarende energikilder. Itilleq Middlet Måndes tal Registeret max +udsving Estimeret døgnforbrug KWh % KWh Januar Febuar Marts April Maj Juni Juli August September Oktober N ovember December Figur 9 Estimeret døgnforbrug Itilleq Sarfannguaq Middlet Måndes tal KWh Registeret max +udsving % Estimeret døgnforbrug KWh Januar Febuar Marts April Maj Juni Juli August September Oktober N ovember December Figur 10 Estimeret døgnforbrug Sarfannguaq Side 14

16 9. Implementering af alternative energikilder 9.1 Indledende overvejelser Itilleq Da bygden får deres drikkevand fra et osmoseanlæg og derved ikke har en sø i nærheden med en brugbar højdeforskel, udelukker det brugen af traditionel vandkraft. Osmoseanlægget kunne dog drives af en vindmølle og vandproduktionen kan så lageres i en vandtank, den overskydende el-produktion kunne bidrage til generator produktionen. Fælleshuset og dermed fællesbadet kunne forsynes med en solfanger system der sørger for varmtvandsproduktionen for det meste af året med en el-patron som supplerende energikilde Sarfannguaq Da Sarfannguaq er i den heldige situation at den er beliggende i nærheden af en drikkevandssø med en brugbar højdeforskel samt et opland der bidrager med en væsentlig portion vand om året, må en vandkraft løsning være ideel for bygden. Det kunne måske endda være rentabelt at installere et fjernvarme system i bygden og derved radiator anlæg i alle boliger. Sol og vindenergi ville måske ikke være ideelt for denne bygd, hvis vandkraft anlægget er i stand til at levere nok energi. Side 15

17 9.2 Præsentation af energikilde: solenergi Ved solenergi forstås den energi som det er muligt at omdanne til brugbar energi gennem enten en solfanger eller en solcelle. Da der er tradition for at solceller er dyre i anskaffelse og har en meget lang tilbagebetalingstid, vil de ikke blive behandlet her. En solfanger benyttes ofte og med størst succes i forbindelse med opvarmning af varmt brugsvand og eventuelt som tilskud til rumopvarmning, dette forgår ved at et antal solfangere monteret med frit udsyn til himmelrummet forbundet via et rørsystem, hvori der løber en væske til en soltank, denne soltank kan så have et varmelegeme eller et oliefyr der sørger for tilskudsvarme i de situationer hvor solfangerne ikke er i stand til at levere den nødvendige energi. Herunder ses en princip skitse af et solvarmesystem hvor rumopvarmning indgår: Figur 11 Princip skitse over solvarmeanlæg Side 16

18 For at få klarlagt om et solfangersystem er et brugbar løsning for de pågældende bygder, må forbrugsmønsteret fastlægges/estimeres. Som det forgår nu findes der et fælleshus med badefaciliteter som forsynes af en elvandvarmer, en del af indbyggerne benytter så fælleshuset, mens andre har en elkoger derhjemme, hvor de varmer lidt vand og går i bad i en balje, de benytter dog også fællesbadet af og til. Ifølge SBI anvisning 165 Vandinstallationer kan en gennemsnitligt brusebad sættes til 40 liter vand af 55 det så antages at folk går i bad hver anden dag medfører det et gennemsnitligt varmtvandsforbrug på 2480 liter i døgnet for Itilleq og 2320 liter i døgnet for Sarfannguaq. O C, hvis Det vil sige at brusebadet i fælleshuset forbruger: P Itilleq, døgn = q c ( T ud T ind ) 4181,268 2, m kg J 2, ,898 (55 10) 4181,268 2, døgn m kg K 7 = 7 = 128,97 kwh døgn P Sarfannguaq, døgn = q c ( T ud T ind ) 4181,268 2, m kg J 2, ,898 (55 10) 4181,268 2, døgn m kg K 7 ( Faktoren 2, er fundet på ) 7 = 7 = 121,65 kwh døgn Da solfanger anlægget ikke ville kunne være i stand til at levere al den nødvendige energi til enhver tid, vil der være tidspunkter hvor soltanken er fuldt opladet og tider hvor den har behov for tilskudsvarme fra enten en elparton eller et oliefyrs anlæg. For at imødegå dette problem og derved styrer forbrugsmønsteret en smule ville en offentligt indikator af de grønne tidzoner være hensigtsmæssig, dette kunne for eksempel være en grøn lampe uden for fælleshuset der lyser når soltanken nærmer sig sin max kapacitet, forbrugerne kunne så få en badetidsbonus i form af et længere bad pr polet eller en lavere pris pr minut. Side 17

19 9.2.1 Dækningsgrad & tilbagebetaling Der er i rapporten solvarmeanlæg i Grønland udført en beregning af et solvarmeanlæg for arktiske forhold, hvor der tages udgangspunkt i kollegiebygningen beliggende i Sisimut. Det beregnede solfangeranlæg betjener et varmtvandsforbrug på 800 liter pr døgn, som en del af rapporten er der simuleret dækningsgrad for anlægget, det vil sige den del af energibehovet som anlægget er i stand til at opfylde uden af få tilskud fra eksterne energikilder, nedenstående graf viser en kopi af denne graf Dækningsgrad kollegie Sisimut ( % ) Figur 12 Dækningsgrad kollegie Sisimut Januar Febuar Marts April Maj Juni Juli August September Oktober November December Dækningsgrad ( % ) Den ovenstående graf kan bruge som en indikator for hvilke dækningsgrad det er muligt at opnå for et aktuelt anlæg opstillet i en Itilleq eller Sarfannguaq, som det umiddelbart kan aflæses er det ikke muligt at opnå en dækningsgrad på noget nær 100% og slet ikke set på årsbasis hvor den samlede dækningsgrad ligger noget nær 19,7 %. Dette kan skyldes at der er så stor forskel mellem sommer og vinter, og for at undgå kogning i solfangersystemet om sommeren kan man ikke få så stor ydelse i de energisvage måneder. Den lave energidækningsgrad vil dermed påvirke tilbagebetalingstiden som Side 18

20 normalt ligger i omegnen af år for et normalt solfangersystem opstillet i Danmark om med betjening af et normalt varmtvandsforbrug. Sådanne et anlæg ville have en dækningsgrad på ca %. Så uden at lave en egentligt dimensionering af solvarmesystemet ville det have en væsenligt højere tilbagebetaling end anlæg opstillet i Danmark dvs. noget i omegnen af år, så på det tidspunkt at anlægget begynder at lave penge begynder det også at være gammelt med forøget driftsomkostninger til følge. Denne tilbagebetaling bekræftes af nedenstående tilbagebetalingskurve gældende for kr Sisimiut og med energipriser som ligger meget tæt på den aktuelle 0,468 for kwh kr fjernevarme og 2,20 for el. kwh Solar heating systems Photovoltaic Simple payback time [Years] Today Today Non-renewable energy cost [DKK/kWh] 3.5 Side 19

21 9.3 Præsentation af energikilde: vindkraft Det er en meget gammel ide at udnytte vindens energi, helt tilbage fra det gamle Asien hvor energi blev brugt i form af sejlskibe og ligeledes i Ægypten hvor vindes energi blev brugt til at fragte sten til pyramiderne. De første vindmøller kom til Europa omkring 1100 tallet hvor de i første omgang blev brugt til at male korn med. De først elektriske vindmølle så dagens lys omkring slutning af 1800 tallet, og er blevet udviklet lige siden dog væsentligt mere intenst de sidste 20 år. Ideen bag den moderne vindmølle er at omsætte den kinetiske energi i vinden til brugbar elektrisk energi, dette sker i korte træk ved at lade vinden drive en propel som er forbundet til en generator. Der har gennem tiden været eksperimentet med mange udformninger af vindmøllen som har ledt til den type som benyttes i dag en 3-bladet maskine med horisontalakse. Der er i 2003 udført en rapport Vindressourcer i Grønland rapportens opgave har været at indsamle data for vindmålinger i området omkring Sisimiut, der er i forbindelse med dette opstillet en vindmåle station i Sarfannguaq hvor der ved rapportens afslutning er lageret data for 3 måneder. Der er så udformet et projekt der tager udgangspunkt i en diesel/vind løsning, altså hvor der opstilles en vindmølle som så leverer supplerende energi til generatorens produktion. Det er i rapporten konkluderet at en løsning så simple som mulig vil være den bedste for den type installation som er på tale her, altså en installation som skal kunne opfylde følgende parametre: Systemet skal være billigt det vil sige billigt nok til at systemet kan finansieres gennem brændstofbesparelserne. Systemet skal kunne levere en stabil effekt. Kvaliteten af effekten skal være tilstrækkelig til at systemet fungerer og samtidig lav nok til at systemet er rentabelt ( grundet lav virkningsgrad af dieselgeneratorerne ved lav ydelse ). Side 20

22 Der er herefter opstillet forskellige mulige løsninger og den mest egnet kan beskrives ved følgende punkter: En gennemtestet standardmølle samt dumpload. Standart dieselgenerator sæt. Et minimum af effekt-elektronik og ingen energilagering. Et maksimum at selvregulering. Et minimum at nødvendig overvågning. En principskitse af vind/diesel systemet ses herunder: Figur 13 Principskitse af vind/dieselsystem Systemet tager altså udgangspunkt i en asynkron generator som suppleres af en diesel generator forbundet til en synkron generator, forskellen mellen synkron og asynkron generator forklares efterfølgende. Det vil sige at vindmøllen ikke kunne dække energibehovet alene, og må til enhver tid være suppeleret med energi fra generatoren. Side 21

23 Ved en Asynkron generator også kaldet en induktionsgenerator er her tale om en maskine der meget ofte benyttes i forbindelse med vindmøller, dette skyldes at generatoren typen har en egenskab hvor forskellen imellem tomgang og max produktion kan ligge indenfor et meget lille rpm område, det vil sige at tomgang kan ligge ved f.eks 1500 rpm og maxproduktion ved f.eks 1515 rpm, altså skabes energien ikke så meget af øget omdrejningstal med mere af øget drejningsmoment på rotoren. Dette bevirker et lavt slid på gearkasse og lejrer. En anden egenskab ved Asynkron generatoren er at den ikke er i stand til at magnetisere sin statoren selv, det vil sige at det er nødvendigt for generatoren at være forbundet til et eksisterende elnet for at kunne fungere. Det kan dog teoretisk godt lade sig gøre at benytte en Synkrongenerator i et standalone system, men det kræver opstartsstrøm og nogen særlige modifikationer af generatoren. Figur 14 Asynkron generator Ved en Synkron generator er her ofte tale om en 3-faset maskine der kan fungere som standalone generator, ofte set i forbindelse med dieselmotorer og lignende. Grunden til at de kaldes en synkron generator, er at magneten i midten roterer med en konstant hastighed, der er synkron med magnet feltet. Figur 15 Synkron generator Side 22

24 9.3.1 Dækningsgrad & tilbagebetaling Den indsamlede data er så blevet bearbejdet og analyseret og følgende konklusioner og resultater er fremkommet: Møllens årlige produktion: Leveret til elnettet: Afsat i dumpload*: Tilbagebetalingstid: 35 MWh 28 MWh 7 MWh 13,7 år *overskydende produktion enten afsat i en modstand som varme eller sendt til lagering. Dette er fremkommet ud fra følgende forudsætninger gældende for et anlæg opstillet ved Sarfannguaq: kr El pris ved diesel generator: 0,97 kwh Varme energi pris: kr 0,29 kwh Anlægsomkostninger -mølle: kr Møllepris: kr Det vil sige den pris som det forventes at man kan levere energien til. Følgende elforbrug er registeret og midlet over 3 år dette el-forbrug ligger meget tæt på hvad der er beregnet i Afdækning af energiforbrug på bygdeplan i Grønland som er opsummeret i starten af denne rapport. Side 23

25 El-forbrug (middel for tre år, Nuka, et år) forbrug (kwh) jan feb mar apr maj jun jul aug sep okt nov dec måned I alt Nuka Figur 16 Elforbrug Sarfannguaq Nedenstående grafik viser besparelsen ved forskellige brændselspriser og variation af andelen af energien afsat i dumploaden. Det er konstateret at den mest rentable løsning findes ved en fordeling på 90% til el-produktion og 10% til varme og en energipris på kr 120%, altså 120% af den energipris som er aktuel ved rapportens tilblivelse 1,08. kwh Hvilke vil sige at man antager at energiprisen vil stige 20%, samt at 10% af den samlede effekt produktion fra vindmøllen benyttes til opvarmning og ikke afsættes i dumploaden. Figur 17 : Besparelse ved forskellige brændselspriser Side 24

26 Nedenstående graf viser tilbagebetalingstiden ved forskellige antal møller og forskellige fordelinger mellem elnet og dumpload. Det ses at tilbagebetalingstiden kan variere fra 9-20 år, men da der er en del usikkerhed i parametrene vil de først antaget 13,7 år nok være mest realistisk. Figur 18 Tilbagebetalingstid flade Da der kun er indsamlet data for 3 måneder er der ikke blevet udført en samlet vurdering af dækningsgraden fra vindmøllen, men der er blevet lavet graf for en typisk dag i august og oktober med 2*11 kw møller : Side 25

27 Figur 19 Simulering af et middeldøgn i august Figur 20 Simulering af et middeldøgn i oktober Det vil sige at vi snakker om en dækningsgrad der varierer fra 0% til 45% over døgnet og en grov opsummering giver en samlet dækningsgrad for de 2 måneder som helhed på ca 20% under forudsætning af at dumploaden ikke udnyttes. Grunden til at dækningsgraden kan nå 0% er ikke på grund af at møllen står stille, men fordi at der ønskes en minimum produktion fra diesel generatoren, da en for lav produktion vil medføre en meget dårlig virkningsgrad, så derfor afsættes hele møllens produktion til dumploaden ved for lavt forbrug i bygden. Side 26

28 9.4 Præsentation af energikilde: vandkraft Udnyttelsen af vandkraft har været kendt i meget lang tid, og anses som en del af det fundamentale grundlag for den industrielle civilisation. Der findes eksempler på vandkraft langt tilbage i historien, de første kendte vandhjul stammer fra Vestasien fra tiden før Kristi fødsel. De er blevet anvendt i Norden siden sen vikingetid, hvor de drev kværne og møller til bearbejdelse af korn og lignende. Der er blevet udviklet meget på udnyttelsen af vandkraften, og i 1400 og 1500 tallet begyndte man at benytte opdæmninger og kanaler for at maksimere drivkraften på vandhjulet og en endnu større del af industrien benyttede energien udvundet herved til bearbejdelse. Turbinehjulet som vi kender det i dag blev udviklet og sat i forbindelse med en generator gennem en periode på omkring 100 år Der er i 2004 udført en rapport Vandkraftpotentiale i Grønland som behandler vandkraft til enkelt husstande, vandkraft på bygdeplan og vandkraft i forbindelse med indlandsis på Grønland. Afsnittet omkring vandkraft til bygder danner grundlag for den efterfølgende behandling. Der er i umiddelbar nærhed af Sarfannguaq en drikkevandssø, denne sø har en brugbar koteforskel på 50 meter, og det er derfor oplagt at undersøge muligheden for udnyttelse af vandkraft potentialet. Oplandet til vandsøen er bestemt ud fra 2 nedbørstationer placeret i området ved Sisimiut og dataene er omsat til et årligt nedbør. Figur 21 Årsnedbør fra stationer Side 27

29 Figur 22 Estimeret årsnedbør ved Sarfannguaq Det ses at der forventes et gennemsnitligt årsnedbør på 398 mm på oplandet omkring Sarfannguaq, denne estimering er herefter bearbejdet til med hensyn til fordampning og infiltration som ses herunder: Figur 23 Vandbalance for søen Udfra ovenstående data har søen altså et vandkraft potentiale på 125 s l set ud fra en årsmæssig betragtning. Da det vand der tilføres søen og bygdens energiforbrug varierer ude af takt over året er der et potentiale for at søen vil løbe tør i nogen perioder og flyde over i andre perioder. Denne problematik vil involvere en mere præcis kortlægning af søens rytme, og er relativ vigtigt for beslutningsgrundlaget for anlæggelse af vandkraft ved Sarfannguaq. Side 28

30 Herunder er en tendenskurve for nedbør og energiforbrug på månedsbasis og som det ses er nedbøren langt fra konstant over året og det samme gælder for energiforbruget. Nedbøren og vandstanden i søen er dog ikke den samme ting, da der i vinter månederne oplageres en stor del vand i fast form i og omkring oplandet til søen som frigives i flommen og får søen til at løbe over. Tendenskurve Nedbør Bygdens energiforbrug Januar Febuar Marts April Maj Juni Juli August September Oktober November December Figur 24 Tendenskurve nedbør/energiforbrug Nedbørs data er aflæst fra rapporten Holsteinsborg Sisimut kommune Natur og kulturforhold. Det er muligt at en dæmning kan forøge lagringskapaciteten af søen således at forårsflommen kan udnyttes, som det forholder sig nu løber søen bare over og overskydende vand havner i fjorden, anbefalinger for undersøgelse vil blive beskrevet mere i afsnittet Opsummering og anbefalinger for yderligere tiltag. Side 29

31 9.4.1 Dækningsgrad & tilbagebetaling Der er forslået 3 løsningsmodeller, hvor den mest egnet beskrives herunder: Den nuværende drikkevandledning bibeholdes og der anlægges en trykrørsledning parallelt og vandkraft stationen placeres ved fjorden på samme side om søen, trykrørets længde bliver herved 1500 meter, fra stationen til bygden anlægges et kraftkabel. Ved samme ombæring anlægges der en mindre dæmning som blokerer for det naturlige afløb fra søen således at søens vandstandsniveau kan stige med 5 meter. Der benyttes en turbine med en virkningsgrad i omegnen af % og den samlede virkningsgrad fra stationen er estimeret til 60%. Det årlige energipotentiale er dermed 306 MWh. Tilbagebetalingstiden er beregnet til 5 år Figur 25 Nøgletal for anlæg af vandkraft I rapporten Vandkraftpotentiale i Grønland blev årsforbruget i bygden opgjorde til 298 MWh og dermed ser tilbagebetalingstiden ud til at være meget fin, denne kr tilbagebetalingstid er beregnet ud fra en energipris på 2,26 som ligger tæt på den kwh kr pris der findes ved rapportens tilblivelse kwh Der er i det datamæssige grundlag for denne rapport Afdækning af energiforbrug på bygdeplan i Grønland blev det gennemsnitlige årsforbrug for Sarfannguaq beregnet til 447 MWh, og dermed kan vandsøen ikke dække bygdens årlige energiforbrug, men kun fungere som et supplement til det. Efter sammenligning mellem de energiberegninger er det antaget at et årsforbrug på 447 MWh vil være mest realistisk. Dette ændrer dog ikke noget på den tilsyneladende meget fine tilbagebetalingstid. Side 30

32 9.5 Præsentation af energikilde: jordvarme Ved jordvarme mener man et system som benytter sig at en varmepumpe, varmepumpens funktion er baseret på en gammel og kendt teori udtænkt af franskmanden Sidi Carrot. Carrots teori baserer sig på et energitransport anlæg hvor man kan flytte en varmemængde fra et område med lav temperatur til et område med høj temperatur, dette gøres ved hjælp af en kompressor, en drøvleventil og et kølemiddel med et lavt kogepunkt. Systemet fungerer i praksis ved at kølevæsken ledes gennem en drøvleventil, hvorved at den overgår fra højt tryk til lavt tryk, herefter ledes den til en fordamper som er termisk forbundet med slangerne i jorden og derved køles væsken. Efter fordamperen ledes væsken til kompressoren som øger trykket og som følge heraf også temperaturen og endelig ledes væsken til kondensatoren og det er her at varme kan trækkes ud af mediet til opvarmning af et radiatoranlæg eller lignende. Herunder en principskitse af et jordvarmeanlæg. Figur 26 Jordvarmeanlæg Side 31

33 Ved varmepumpeanlæg snakker man om en effektfaktor, som er forholdet mellem den tilførte energi til kompressoren og den energi som det er mulig af udvinde. En god effektfaktor ligger i omegnen af Det vil altså sige at et jordvarme anlæg ikke kan køre i sig selv, men skal have et tilskud af energi udefra som så bliver ganget op afhængigt af effektiviteten af anlægget. Ved anlægning af et jordvarme anlæg skal slangerne i jorden graves ned til frostfri dybde, hvilke naturligvis ikke kan lade sig gøre hvis man befinder sig i et område med permafrost, systemet vil dog kunne køre alligevel, men med et meget dårlig effektfaktor og dermed en forøget tilbagebetalingstid. Ydermere kan typen af undergrund være et problem for Sarfannguaq og Itelleq da bygderne er beliggende i et område med temmelig meget klippe ganske nær jordoverfladen og altså dermed har begrænset jorddybde før man rammer klippe. Samtidig skal man forventet at skulle grave omkring meter slange ned i området af huset, så der skal altså være en relativ stor have til rådighed, som tommelfingerregel kan man regne med at der skal nedgraves slanger i et areal dobbelt så stort som det areal man ønsker at opvarme. Af ovenstående grunde må jordvarme anses for uegnet for Sarfannguaq og Itelleq, hvis der findes bygder hvor der ikke er permafrost og samtidig findes en rimelig jorddybde kunne en jordvarme løsning være en mulighed. Teknologisk institut har udført et sæt eksempel beregninger over tilbagebetalingstiden for typiske jordvarmeanlæg og danske huse, og afhængigt af hvordan man timer det med udskiftning/installering af nyt varmesystem i huset kan man forvente en tilbagebetalingstid på år. Side 32

34 10. Opsummering og anbefalinger for yderligere tiltag Solenergi: Der er fundet en årlig dækningsgrad på 19,7 % for et solvarmesystem som betjener et forbrug på 800 liter per dag. Dette resulterer i at tilbagebetalingstiden ligger på år med de energipriser som er aktuelle ved rapportens tilblivelse, det vil altså sige at når anlægget begynder at være betalt tilbage og overskuddet skal høstes begynder det at gå i stykker med forhøjet driftsomkostninger til følge. Hvis energipriser stiger kraftigt, vil situationen se helt anderledes ud, men det må konstateres at solenergi nok ikke er den mest rentable løsning for opvarmning af varmt brugsvand i øjeblikket på Grønland. Vindkraft: Ud fra de vindmålinger som er fortaget ved Sarfannguaq er der fundet en dækningsgrad som kan variere fra 0 til 45 % over døgnet under forudsætning at dumploaden ikke udnyttes. Dette giver samlet dækningsgrad på omkring 20 % og er gældende for august og oktober, dækningsgraden på årsbasis kan meget vel være større. Tilbagebetalingstiden er beregnet til 13.7 år ved opsætning af 2*11 kw møller, hvis dumploaden bliver udnyttet vil tilbagebetalingstiden kunne falde med ca. 10 %. Vandkraft: Der er i forbindelse med de beregninger som er fortaget med vandsøen ved Sarfannguaq fundet at søen vil kunne levere nok vand til at et vandkraft anlæg vil kunne producere 298 MWh årligt, og dermed dække en stor del af bygdens energiforbrug som er bestemt til 447 MWh. Dette medfører en tilbagebetalingstid på 5 år som må siges at være meget flot, det vil sige at vandkraften i perioder vil kunne dække 100 % af bygdens behov, afhængigt at vandstanden i søen, men på årsbasis omkring 67 %. Jordvarme: Et varmepumpe system i forbindelse med jordvarme er ikke fundet egnet for bygder som er beliggende i områder med permafrost og meget tyndt jordlag over klippegrund. Dette skyldes at effektfaktoren falder hvis at undergrunden ikke er varm nok, og dermed vil systemet ikke være rentabelt. Side 33

35 10.1 Anbefalinger for yderligere tiltag Sarfannguaq: Ud fra det bearbejdede data i denne rapport må det anbefales at der arbejdes videre med udnyttes at vandkraft potentialet fra vandsøen i Sarfannguaq. Der er et par punkter som man kunne ønske sig undersøgt før man giver los og investerer i et vandkraft anlæg, disse punkter kunne eventuelt klarlægges ved et eller flere studieprojekter eller et professionelt firma kan naturligvis tage over. Følgende emner anbefales undersøgt: Projektemner: Undersøge vandstandsforhold i søen ved en trykmåler placeret på bunden, således at den årlige rytme af søen kan kortlægges præcist med intervaller på under 1 uge. Undersøge opdæmningsmuligheder af søen således at vandstanden og dermed kapaciteten af søen kan forøges. Præcis beregning af månedlig/ugentlig aftapningskapacitet fra søen som den er nu og med en egnet dæmning. Undersøge forhold omkring silt og andre urenheder omkring et eventuelt indtag til et vandkraftværk, specielt i forbindelse med forårsflommen. Herunder undersøge bunden af den eksisterende vandtank i bygden for mængden af urenheder. Itelleq: Da der ikke er noget vinddata for Itelleq og det har vist sig at være en rentabel løsning for Sarfannguaq er det oplagt at flytte målestationen fra Sarfannguaq til Itelleq. Hvis det viser sig at vindforholdende tillader et fornuftigt vindkraftanlæg vil det være oplagt at benytte en form for lagering for at undgå dumpload. Følgende emner anbefales undersøgt: Nedtage målestationen fra Sarfannguaq og opstille den på et egnet sted i Itelleq. Undersøge lageringsmuligheder i forbindelse med Osmoseanlægget. Side 34

36 11. Konklusion Der er blevet undersøgt muligheden for implementering af 4 forskellige alternative energikilder i forhold til de nuværende energikilder opstillet i Sarfannguaq og Itelleq. Dette er gjort ud fra eksisterende rapporter for hver af de 3 energikilder solvarme, vindkraft og vandkraft, jordvarme er ydermere undersøgt uden egentlige beregninger. Vandkraft er fundet til at være den mest interessante energikilde for Sarfannguaq, og kan dække 67 % af bygdens årlige energiforbrug. Og ender op med en tilbagebetalingstid på 5 år som må siges at være meget lavt. Vindkraft er fundet egnet for bygder hvor der ikke er mulighed for vandkraft, men har gode vindmæssige forhold. Hvis vindforholdende ligner dem registeret i Sarfannguaq vil man kunne forvente en tilbagebetalingstid omkring 13.7 år og vindmøllerne vil kunne dække omkring 20 % af det årlig energiforbrug. Solvarme til opvarmning af varmtbrugsvand ender op med en meget lang tilbagebetalingstid på omkring år og må derfor konstateres at være uegnet under normale omstændigheder i Grønland. Den årlige dækningsgrad kan forventes at være omkring 20 %. Jordvarme anlæg er fundet uegnet for installation i bygder hvor klippe undergrunden ligger tæt ved jordoverfladen, samt at anlægget vil have en dårlig ydelse hvis området er underlagt permafrost. Samlet set kan man opdele bygder i 2 kategorier, dem med en drikkevandssø og dem uden. I de tilfælde hvor der er en brugbar drikkevandssø viser vandkraft sig at være vindkraft overlegen med sin meget korte tilbagebetalingstid og store dækningsgrad. Side 35

37 Vindkraft til således være det eneste reelle alternativ til dieselgeneratorer for bygder uden en drikkevandssø, men hvis vindforholdende er i orden kan det meget vel være en meget fornuftig løsning. Hvis de anbefalede yderligere tiltag beskrevet i denne rapport viser sig at være gunstige for Sarfannguaq er det forfatterens overbevisning at et vandkraftanlæg vil være en fornuftig løsning for Sarfannguaq. Så kort sagt hvis der er vilje for vedvarende energi i bygder på Grønland, så vil drikkevandssøen ved Sarfannguaq være et godt sted at starte. Side 36

38 12. Litteratur- og referenceliste DS 439 Vandinstallationer DS 469 varmeanlæg med vand som varmebærende medium Varmeståbi med vand som medium 1992 SBI 165 Vandinstallationer SBI 175 Varmeanlæg Dachs HKA, technical documentation ( mikrokraftanlæg ) Holsteinsborg, Sisimiut kommune Natur og kultorforhold, 1980 Termodynamik 2002, Erik Both Benyttede rapporter: Vandkraftpotentiale i Vestgrønland 2004 Udført af: Anders Rose, Jesper Cramer & Peter Olesen Solvarmeanlæg i Grønland 1999 Udført af: Morten S. Christensen, Søren Eriksen, Claus Jensen, Jesper Kragh, Anders Larsen & Gregers Reimann Solvarmeanlæg i Sisimiut 1999 Udført af: Morten S. Christensen, Søren Eriksen, Claus Jensen, Jesper Kragh, Anders Larsen & Gregers Reimann Status for solvarme i Grønland 2000 Udført af: Lars H. Andersen & Mikkel Westenholz Vandressourcer på Itilleq 2003 Udført af: Annika Fjordbøge, Peter B. Skals & Mads Troldborg Vindressourcer i Grønland 2003 Udført af: Henrik Søgaard Iversen & Jacob Skovgaard Kristensen Afdækning af energiforbrug på bygdeplan i Grønland 2005 Udført af: Claus Hansen & Christian Wolf Materiale fra kursus Solvarmeanlæg, herunder rettede rapporter Links: Side 37

39 13. Bilag 13.1 Datablad for Itilleq Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Side 38

40 13.2 Datablad for Sarfannguaq Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys Egetforbrug Produktion Salg, fisk Salg, vejlys 0 0 Side 39

41 13.3 Data for nedbør tendenskurve Måned Nedbør mm/måned KWh Januar Febuar Marts April Maj Juni Juli August September Oktober November December Side 40