Kan vindkraften bli mer hållbar?

Vindkraftsteknik Svenska beslutsfattare som tycker till om vindkraft behöver skaffa sig kunskap om denna alternativa teknikutveckling och öka sin beställarkompetens. För det krävs teknikvärderingar till allmänheten och politiken, som visar hur vindkraften kan bli mer hållbar.

Vindkraften kan snabbt skalas upp och ge förnybar energi. Vertikalaxlade vindkraftverk har dock bättre prestanda, lägre buller och stör inte fågellivet lika mycket som horisontalaxlade kraftverk med jämförbar storlek.

För att skapa elenergi i Sverige har andelen vindkraft ökat successivt de senaste åren och uppgår idag till mellan 15-25% av den totala elproduktionen. Övriga storskaliga källor till elproduktion i Sverige är vattenkraft och kärnkraft med andelar mellan 30-40%.

• Hur mycket ny elkapacitet behöver Sverige bygga upp de närmaste åren?

Vissa auktoritativa bedömare, såsom t ex Energimyndigheten,menar att det ökade behovet av elkraft de närmaste 10 åren i Sverige uppgår till ca 100 procents ökning jämfört med idag. Denna bedömning kan ifrågasättas samtidigt som den ökar de politiska ropen på mer vindkraft. Vindkraften framstår för politikerna som möjlig att skala upp till stora volymer relativt snabbt om man dessutom löser problemet med varierande produktion av el vid olika vindförhållanden.

När det blåser mycket och det produceras ett överskott av el, behöver detta tas om hand genom stor överföringskapacitet till regioner som kan förbruka elen omedelbart eller att elen lagras. Lagring av elenergi kan till exempel ske med vätgasproducerande havsbaserade vindkraftsparker. Med utbyggnad av vindkraft och solceller behöver Sverige förstärkt överföringskapacitet och bättre lagringsmöjligheter.

Ett så stort behov som 100 procent ny elenergi är en överskattning eftersom det främst utgår från att de industriella processerna i norra Sverige behöver el för att ersätta kolet vid framställning av stålprodukter. Det dessa industriella processer( Hybrit ca 55-60 TWh/år, H2 ca 12 TWh/år) behöver är vätgas in i processerna. Att gå omvägen via el till vätgas skapar stora omvandlingsförluster. Kan dessa förluster undvikas?

Vätgas som kommer från vindkraftverk och solceller betecknas som grön. Geotermisk vätgas är relativt grön eftersom de varma källorna tas om hand och värmen skulle annars släppas ut i atmosfären.
För lagring av energi kan vätgas produceras från stora vindkraftverk till havs och blir då grön vätgas. Som ett exempel från Japanvisar är det dessutom fullt möjligt att skapa en försörjningskedja med vätgas. Japan skapar i ett projekt sedan tre år tillbaka en sådan uppbyggnad av levererad vätgas från Australien.Även Tyskland vill köpa vätgas från Australien.

För Sveriges del skulle något motsvarande kunna ske via relativt grön vätgas från till exempel Island via Narvik och malmbanan. Detta kräver dock en offensiv vätgasstrategi i Sverige som vi inte har för tillfället.

Om ovanstående analys stämmer kvarstår bedömningen att Sverige behöver öka  elproduktionen på 10 års sikt med cirka 50 procent, inte 100..

Om ovanstående analys stämmer kvarstår en bedömning att Sverige behöver en ökning av elproduktionen på 10 års sikt, möjligen ca 50%. Det är bland annat övergången till elbilar och vissa industrietableringar som skapar detta behov. Det finns dock också möjligheter att även framgent spara på elkonsumtionen.

I den övergripande bilden finns också möjligheten att öka produktionen av el avsevärt och snabbt, med ytterligare investeringar i solceller. I Tyskland passerade andelen el från solceller 10 procent av den totala elproduktionen. Den nätkopplade elen som genereras av solceller gav i Sverige 2021 bara ca 0,5 procent och kan kanske nå 1 procent år 2022 med nuvarande utbyggnadstakt. Tysklands andel solcells-el har ökat från ca 3 procent till ca 10 procent de senaste tre-fyra åren.

Men för att detta ska ske behöver Sverige en nationell solcellsstrategi som inte finns idag.

Samma volym (kapacitet) som finns i Tyskland idag går alltså att snabbt bygga upp i Sverige och skulle då motsvara minst 30 procent av den svenska elproduktionen. Tyskland har ju en mer än tre gånger så stor total elförbrukning jämfört med Sverige. Men för att detta ska ske behöver Sverige en nationell solcellsstrategi som inte finns idag.

Ovanstående innebär emellertid inte att det är oviktigt att på kort sikt öka den svenska produktionen av el från vindkraftverk. Det är dock viktigt att inte lägga alla ägg i samma korg och till exempel bara satsa på vindkraft. En faktor som talar för en vindkraftssatsning är relativt låga elpriser för el från vindkraften, men det bör ske en välplanerad ökning som även tar hänsyn till de negativa konsekvenserna.

Vindkraft värderas ofta som en helt grön energikälla av miljövänner. Flera personer har dock övergivit sin tidigare positiva inställning till vindkraften, till exempel Björn Gillberg. Kritiken handlar huvudsakligen om att områden exploateras av utländska företag med vinstsyften och inte för miljöns bästa. I motsats till detta framhåller regeringen i sin retorik att vindkraft är en grön och billig elproduktion.

En betydande svårighet med de konventionella vindkraftverken är att de är klumpiga och har stora mekaniska system som slits ner snabbt, både i maskineriet och i rotorbladen. Den korta livslängden på de konventionella vindkraftverken (ca 15-25 år) gör att miljönyttan med investeringen är för begränsad. CO²utbytet med överskott vid produktion av el jämfört med underskottet vid produktion av själva vindkraftverken, är relativt god trots den korta livslängden Men, sämre är det med energiutbytet av investeringen som är relativt dåligt.

En typ av helhetsvärdering av olika lösningar som mer och mer har börjat tillämpas av forskare är nyckeltal för energiåterbetalning eller Energy Return Ratio (ERR eller EROEI). I en kunskapsöversikt (Rana et al, 2020) över olika vetenskapliga studier, visas att system baserade på biomassa är dyrare och mindre effektiva jämfört med jämförbara tal för fossil-baserad energi, medan solceller och vindenergi har nått en bättre och högre mognadsgrad (Rana et al, 2020).

Där påpekas också att det är viktigt att förbättra energieffektiviteten för fossilfria lösningar. Detta resultat tycks utgöra en skarp kritik av Sveriges satsning på biogas-baserade lösningar. Resultaten pekar också på att det behövs vindkraftverk med längre livslängd för ökad energiåterbetalning. Även lönsamheten över hela livscykeln kan ifrågasättas med så korta livslängder. Det kan till och med ifrågasättas om en livscykelanalys av de redan installerade vindkraftverken verkligen visar på grön och lönsam elproduktion.

Till detta kommer problem med höga bullernivåer som är det viktigaste argumentet lokalt för att hindra utbyggnaden av vindkraft på land.

Teknologier bör inte utvärderas utifrån en enda framgångsvariabel utan också utifrån om de uppnår en nöjaktig nivå (hygienfaktornivå) på alla andra variabler. Hygienfaktorerna som den konventionella vindkraften (horisontalaxlade) har svårigheter att uppnå är huvudsakligen buller, visuellt utseende i landskapet och påverkan på djurlivet. Dessa vindkraftverk ger förmånliga elpriser men har problem med att nå ner till nöjaktiga bullernivåer när det finns bebyggelse i närheten. Den första utbyggnaden av vindkraft som etablerades låg i områden långt från bebyggelsen. När dessa ekonomiskt gynnsamma lokaliseringar med närhet till kraftledningar började ta slut kom planeringen av vindkraftsparker närmare och närmare bebyggelsen, vilket innebar att till exempel hygienfaktorn buller blev ett stort problem för enskilda människor.

Det växande motståndet handlar om lokala reaktioner på etablering av vindkraft nära bebyggelse. Lokala parter var inte längre beredda att offra sig för det nationella behovet av mer el.

De senare versionerna är mer än dubbelt så höga som de äldre vindkraftverken och har högre bullernivåer.

För att få bättre ekonomi i vindkraftsparkerna utvecklade företagen också jättestora och höga vindkraftverk, ett volym- och storskalighetstänkande. De senare versionerna är mer än dubbelt så höga som de äldre vindkraftverken och har högre bullernivåer. Det blev minst sagt svårt att finna stöd för att bygga dessa på land, när de överskred vissa hygienfaktorer. Detta gäller speciellt tätbefolkade regioner i södra Sverige där elbristen också är som störst.

Det lokala folkliga motståndet mot dåliga hygienfaktorer ledde till att fler och fler kommuner utnyttjade det kommunala vetot mot etableringar. År 2021 var det ca 78 procent av alla vindkraftverk som stoppades av kommunerna. De flesta etableringsförsöken på land för vindkraftsparker misslyckas alltså numera. Det lokala intresset ställs mot riksintresset av mera elproduktion.

Regeringen vill snabba på utbyggnaden av vindkraft och startade utredningar samt en process med en ändrad lagstiftning som skulle ta bort det kommunala vetot mot utbyggnad av vindkraftsverk.

Den 28 februari 2022 beslutade regeringen om en lagrådsremiss med förslag till regeländringar om kommunal tillstyrkan till vindkraft. Kommunernas vetorätt finns då kvar, men tidigareläggs och blir en förutsättning för att en tillståndsansökan för att vindkraft ska kunna prövas enligt miljöbalken
Argumentet är att vindkraften då blir mer förutsägbar, men all projekterfarenhet visar att ett väl förberett och väl förankrat projekt går snabbare under genomförandefasen och skapar mindre problem efter etableringen. En jämförelse mellan olika teknikalternativ och ett lokalt förankringsarbete kräver tid.

Den 6 april 2022 aviserade regeringen tre nya utredningar för att snabba på utbyggnaden av vindkraft, men ingenting om de alternativa tekniker som lokala aktörer behöver få kännedom om och värdera. Regeringens utredningar handlar om:

• Stärkta incitament till kommuner och lokalsamhällen för utbyggd vindkraft.
• Effektivisering av regeringens roll som prövningsmyndighet för förvaltningsärenden enligt miljöbalken, bland annat ärenden om havsbaserad vindkraft.
• Regeringsuppdrag till Havs- och vattenmyndigheten att utreda konkurrerande vindkraftparker till havs. Myndigheten ska utreda ett system för hur aktörer tilldelas ensamrätt att etablera havsbaserad vindkraft i specifika områden.

Vindkraftverk som placeras ute till havs syns och hörs knappt alls från land, vilket gör att upprivande lokala beslutsprocesser ibland kan undvikas.Förhoppningar riktas därför mot havsbaserad vindkraft av konventionell typ. Till havs är det dock ännu svårare att få tillstånd när fiskerinäringens intressen, miljökrav och rikets säkerhet ska tas i beaktande. Upp emot 95 procent av alla ansökningar till havs nekas för tillfället . Kommer de nya utredningarna att bädda för mer acceptans?

Tyvärr övervägs inte alternativen vertikalaxlade vindkraftverk som tycks ha bättre prestanda i flera avseenden. Regeringen har nu satsat på att skapa en stor ökning av vindkraften genom att fastställa de statliga havsplanerna och skyndar därmed på utbyggnaden av den havsbaserade vindkraften av traditionell typ, horisontalaxlade vindkraftverk. Många havsvindparker ligger långt ut från kusten, i områden där kommunernas vetorätt inte gäller. På dessa platser är det regeringen som beslutar om tillstånd.

Den förbehållslösa satsningen på vindkraft till havs tycks utgå från att vindkraft är bra eftersom den ger förnybar el, utan hänsyn till hygienfaktorer eller livslängdsanalyser.

Denna förbehållslösa satsning på konventionell vindkraft till havs tycks utgå från värderingen att vindkraft är bra eftersom den ger förnybar el, utan hänsyn till besvärande hygienfaktorer eller livslängdsanalyser. Försvinner då problemen med hygienfaktorerna vid havslokalisering?

Kritiska röster har höjts mot att det är en föråldrad syn som råder avseende utbyggnaden till havs eftersom gränsen har satts till mindre än 40 meters djup. Det är just på sådana grundare vatten som det finns störningskänsliga och värdefulla naturintressen samt goda fiskemöjligheter. Vindkraftens bullernivåer stör till exempel fisken som annars gillar grunt vatten. Det är idag istället möjligt att bygga bottenfasta vindkraftverk ner till 60-70 meters djup   samtidigt som det sker en utveckling av flytande vindkraftverk, till exempel av svenska Hexicon.

Kraven på att teknikutveckling av vindkraftverken verkligen ska producera hållbar grön och lönsam el bör ställas av samhället, oavsett om det är landbaserad eller havsbaserad vindkraft. Hur ska detta gå till?

De konventionella vindkraftverken är horisontalaxlade med en enorm tyngd högst uppe på pelaren och ju större de blir desto större blir tyngden. Flera haverier har inträffat vid höga vindhastigheter, till exempel i Jörn eller Vattenfalls havsbaserade Ormonde.

Men det finns också alternativ teknik i form av två huvudtyper av vertikalaxlade vindkraftverk, Darrieus och Savonius, med flera varianter. Där ligger tyngden på marken/havsytan. Det är till och med på gång ett vindkraftverk utan rotorblad (Vortex). Vi behöver faktaunderlag och löpande teknikvärderingar om dessa alternativ.

Det går att förlänga livslängden väsentligt för landbaserade vindkraftverk med hjälp av magnetlager som skapar friktionsfrihet. Detta ger längre livslängd, bättre livscykelresultat och mindre underhållskostnader. Magnetlager är tunga och passar därför bäst för vertikalaxlade vindkraftverk där lagret ligger nära marken. Förutom produktion av små vertikalaxlade vindkraftverk finns i Sverige företaget SeaTwirl som utvecklar stora vertikalaxlade vindkraftverk till havs, men var i Sverige finns opartiska studier av alla möjliga teknikalternativ som utvecklas internationellt?

För havsbaserade vindkraftverk tillkommer dessutom slitage från saltblästring. Det behövs nya hållbara material i rotorbladen för vindkraftverken, vilket är en bättre möjlighet med vertikalaxlade vindkraftverk på grund av deras lägre rotationshastighet. Med vertikalaxlade vindkraftverk kan vindkraften bli mer långsiktigt hållbar.

Fördelarna med vertikalaxlade vindkraftverk är huvudsakligen:

• Generatorn till vertikalaxlade verk kan placeras på marken eller havsytan och saknar växellåda, vilket ger mindre driftsavbrott, lägre underhållskostnader och längre livslängd.
• Magnetlagrade verk börjar snurra vid ca 1,5 m/s jämfört med 4-6 m/s för konventionella verk och klarar också mycket höga vindstyrkor.
• Vertikala vindkraftverk har ett högt vridmoment som gör att de producerar mer elektricitet än motsvarande horisontella vindkraftverk i låga och moderata vindhastigheter.
• Vertikalaxlade vindkraftverk har enligt en doktorsavhandling (Möllerström, 2017) relativt lågt buller.
• Vertikalaxlade vindkraftverk stör inte fågellivet lika mycket eftersom den lägre hastigheten på bladen gör att de är lättare att upptäcka för fåglar. Bladen har lägre rotationshastighet.

Traditionella vindkraftverk i en vindkraftspark lider av turbulens i de bakre raderna. En studie (Hansen et al 2021) hävdar att vertikalaxlade vindkraftverk därför levererar mer el eftersom de blir effektivare i grupp.

Den fördel som framhålls med de konventionella horisontalaxlade vindkraftverken är att moderna sådana kan byggas med större storlek och därmed når kraftfulla vindar i de högre luftlagren. Det rapporteras om nya vindkraftverk som är ca 200-300 meter höga, men de som byggdes för 15 år sedan var typiskt ca 70-80 meter höga. Även vertikalaxlade vindkraftverk kan byggas på relativt hög höjd. I Tyskland har en vertikalaxlad prototyp byggts som är 105 meter hög . Det finns behov av en jämförande studie.

Varför diskuteras inte utvecklingen av vertikalaxlade vindkraftverk av våra politiker? De ställer tyvärr inte krav på mer hållbara vindkraftverk därför att de inte känner till tekniken jämfört med andra typer av vindkraftverk och får inte heller rapporter om teknikutvecklingen. Sverige behöver en teknikvärderingsinstitution   som ger allmänhet och politiker opartisk och uppdaterad information om teknikutvecklingen. Först då kan fakta gå före löst grundat tyckande. Fram tills vi har en sådan behöver dock alla teknikalternativ för vindkraft opartiskt jämföras med varandra i en grundlig utredning.

Noter

Hansen J. T. Mahak M. Tzanakis L. (2021), Numerical modelling and optimization of vertical axis wind turbine pairs: A scale up approach. Renewable Energy, Vol 171, june 2021, p 1371-1381.

Möllerström E. (2017), Diss., “Noise, eigenfrequencies and turbulence behavior of a 200 kW H-rotor vertical axis wind turbine”, urn:nbn:se:uu:diva-316385

Rana R.L. Lombardi M. Giungato P. Tricase C. (2020), Trends in Scientific Literature on Energy Return Ratio of Renewable Energy Sources for Supporting Policymakers Adm. Sci. 2020, 10, 21; doi:10.3390/admsci10020021