© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

1. Pienvesivoima projektianalyysi Clean Energy (CE) Projektianalyysi kurssi Pienvesivoimala koskessa, Kanada Kuva: SNC-Lavalin © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

2. Tavoitteet • Tarkastella pienvesivoiman perusteita • Kuvata pienvesivoimaprojektin avainkohtia • Esitellä RETScreen® Pienvesivoiman projektimalli © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

3. Mitä pienvesivoima tarjoaa • Sähköä • keskusverkkoihin • erillisverkkoihin • syrjäseutujen voiman tarpeeseen …mutta myös… • luotettavuutta • alhaiset käyttökustannukset • vähentyneen riippuvuuden energian hinnanvaihteluista Kuva: Robin Hughes/ PNS © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

4. Pienvesivoimajärjestelmän kuvaus Putouskorkeus (m) Ylävesiallas Pato ja ohivirtaus-aukko Voimala Välppä Ohjaus/automatiikka Paineputki Liitäntä sähköverkkoon Kytkentä-kenttä Virtaama (m3/s) Generaattori Imuputki Turbiini Sähkö kW ≈7 xPutouskorkeusxVirtaama Alakanava

5. “Pien” vesivoima projektit • “Pienvesivoimaa” ei ole yleisesti määritelty • Projektin koko liittyy niin tuotettavan sähkön määrään vaan myös veden putouskorkeuteen Tyypillinen teho RETScreen®Virtaama RETScreen®Putken halkaisija Mikro < 100 kW < 0,4 m3/s < 0,3 m Mini 100 – 1 000kW 0,4 to 12,8 m3/s 0,3 – 0,8 m Pieni 1 - 50 MW > 12,8 m3/s > 0,8 m © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

6. Pienvesivoiman toteutusmalleja • Verkon tyyppi • Keskusverkko • Erillisverkko tai verkon ulkopuolinen laitos • Maa- ja vesirakennustyöt • Jokivoimala • Ei säännöstelyaltaita • Teho vaihtelee virtaaman mukaan: voimantuotannon taso vaihtelee • Säännöstelyallas/tekojärvi • Voimantuotannon taso vakaampi vuoden ympäri • Tarvitaan merkittäviä patotöitä 17,6 MW jokivoimala, Massachusetts, USA Kuva: PG&E National Energy Group/Low Impact Hydropower Institute 4,3 MW jokivoimala,Oregon, USA Kuva: Frontier Technology/ Low Impact Hydropower Institute © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

7. Komponentit: Maa- ja vesirakennustyöt • Vastaavat tavallisesti 60 % laitoksen perustamiskustannuksista • Pato tai penkere • Jokivoimaloissa matala ja yksinkertainen pato • Betoni, puu tai tiili • Padon rakennuskustannukset voivat estäähankkeen toteutumisen • Vesikanavat • Tuloputki välpällä; alavirrassa imuputki • Louhittu kanava, maanalainen tunneli ja/tai tuloputki • Luukut ennen ja jälkeen turbiineja, huoltoa varten • Voimalarakennus • Rakennuksessa on turbiini, mekaniikka sekä sähkölaitteet Photo Credit: Ottawa Engineering © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

8. Komponentit: Turbiini • Pienennetyt versiot suurista vesiturbiineista • 90 % hyötysuhde mahdollinen • Koskivoimalassa virtaamanopeus vaihtelee • Turbiinin pitää toimia hyvin eri virtaamanopeuksilla, tai tulee käyttää useita turbiineita • Ylipaine: Francis, kiinteän pyörimisnopeuden potkuriturbiini, Kaplan • Kohteisiin joissa putouskorkeus on matala tai keskikorkea • Vedenalainen turbiini käyttää vedenpainetta jaliike-energiaa • Suihku: Pelton, Turgo, ristivirtaus • Kohteisiin joissa putouskorkeus on suuri • Käyttää korkeapaineisen vesisuihkun liike-energiaa Pelton-turbiini Kuva: PO Sjöman Hydrotech Consulting Francis-turbiini Kuva: PO Sjöman Hydrotech Consulting © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

9. Komponentit:Sähkö- ja muut laitteet • Generaattori • Epätahtigeneraattori • Pitää liittää muihin generaattoreihin • Käytetään tuotettaessa sähköä laajoihin verkkoihin • Tahtigeneraattori • Voi toimia erillään muista generaattoreista • Soveltuu verkon ulkopuolisiin tai erillisverkkokohteisiin • Muut laitteet • Kiihdytin jolla turbiini sovitetaan generaattoriin • Venttiilit, ohjausautomatiikka, suojauslaitteet • Muuntamo © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

10. Maailman vesivarat • Mantereille sataa enemmän vettä kuin niistä haihtuu • Tasapainon vuoksi sateen tulee virrata jokiuomista meriin Tekninen potentiaali (TWh/vuosi) % Hyödynnetty Afrikka 1 150 3 Etelä-Aasia ja Lähi-Itä 2 280 8 Kiina 1 920 6 Entisen Neuvostoliiton alue 3 830 6 Pohjois-Amerikka 970 55 Etelä-Amerikka 3 190 11 Väli-Amerikka 350 9 Eurooppa 1 070 45 Australia ja Tyynenmeren alue 200 19 Lähde: Renewable Energy: Sources for Fuels and Electricity, 1993, Island Press. © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

11. Paikalliset vesivarat • Paikkaan sidottuja: tarvitaan joki, jota voidaan hyödyntää! • Korkeusero suhteellisen lyhyellä matkalla (putouskorkeus) • Hyväksyttävä vaihtelu virtaamanopeuksissa tietyllä ajalla: virtaamakäyrä • Ohivirtaama vähentää voimantuotantoon käytettävää virtaamaa • Virtaamapysyvyys käyrän arviointiperusteet • Virtaamamittaukset tietyllä ajanjaksolla • Kohteen yläpuolinen juoksutus, valuma, ja virtaamakäyrän muoto Virtaaman pysyvyyskäyrä Virtaama (m3/s) Prosenttia ajasta virtaama sama tai ylitetty (%) © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

12. Pienvesivoiman kustannukset • 75 % kustannuksista ovat paikkaan sidottuja • Korkeat perustamiskustannukset • Maa- ja vesirakennustyöt sekä laitteet voivat kestää > 50 vuotta • Hyvin alhaiset käyttö- ja huoltokustannukset • Yksi osa-aikainen huoltaja riittää • Laitteistojen kausittaiseen huoltoon tarvitaan ulkopuolinen urakoitsija • Korkean putouskorkeuden hankkeet ovat yleensä halvempia • Kustannusjakauma: 1 200$ - 6 000$ per tuotettu kW Kuva: Ottawa Engineering © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

13. Pienvesivoimaprojektinnäkökohtia • Kustannukset pidetään alhaisina yksinkertaisilla suunnitelmilla ja käytännöllisillä, helposti toteutettavilla maa- ja vesirakenteilla • Voidaan hyödyntää olemassa olevia patoja • Hankkeen kesto 2-5 vuotta • Tuottavuus- ja ympäristöselvitykset: hyväksynnät • Suunnittelutyössä neljä vaihetta: • Kartoitukset ja hydrauliset testit • Esiselvitys • Kannattavuustutkimus • Järjestelmän suunnittelu ja toteutus Kuva: Ottawa Engineering © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

14. Pienvesivoiman ympäristölliset näköhtia • Pienvesivoimalaitos voi vaikuttaa • Kalojen elinolosuhteisiin • Kohteen esteettisiin arvoihin • Ulkoilu/veneily käyttöön • Vaikutukset ja niiden arviointivaatimukset riippuvat kohteen sijainnista ja projektin tyypistä: • Jokivoimala ja olemassa oleva pato: suhteellisen pienet vaiktukset • Jokivoimala uudessa kohteessa: padon rakennus • Säännöstelyaltaiden toteutus: suuret vaikutukset jotka kasvavat kohteen laajentuessa © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

15. Esimerkit: Slovakia, Kanada ja USAPienvesivoimala keskusverkkoon liitettynä • Jokivoimalat tuottavat sähköä verkkoon kun virtaama on riittävä • Voimayhtiön tai yksityisen omistama, pitkäaikainen sopimus Pienvesivoimala,Southeastern, USA Kuva: CHI Energy 2,3 MW, 2 turbiinia, Jasenie, Slovakia Pienvesivoimala, Newfoundland, Kanada Kuva: CHI Energy Kuva: Emil Bedi (Foundation for Alternative Energy)/ Inforse © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

16. Esimerkit: USA ja KiinaPienvesivoimala erillisverkkoon liitettynä • Syrjäseuduille, taajamien ulkopuolelle • Taajamien ulkopuoliset rakennukset ja teollisuus Pienvesivoima generaattoreita, Kiina Kuva: International Network on Small Hydro Power • Sähköstä maksetaan korkeampi hinta • Koskivoimalat tarvitsevat joko lisäkapasiteettia tai virtaamat ovat yli oman tuotantotarpeen King Cove 800 kW pienvesivoimala, Kylässä 700 asukasta Kuva: Duane Hippe/ NREL Pix © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

17. RETScreen®Pienvesivoima projektimalli • Maailmanlaajuinen energiantuotannon, elinkaarikustannusten ja kasvihuonekaasujen päästövähenemien analyysi • Keskusverkko, erillisverkko tai verkon ulkopuolinen • Yhden turbiinin mikrovesivoimasta monen turbiinin pienvesivoimaan • Kustannuslaskenta laskukaavalla • Malli ei vielä sovellu seuraaviin: • Erillisverkon tehontarpeessa on kausittaisia vaihteluita • Muutokset putouskorkeudessa säännöstelyallas hankkeissa(käyttäjän tulee syöttää keskimääräinen arvo) © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

18. RETScreen®Pienvesivoimaenergialaskenta Kuorman pysyvyys-käyrästö Virtaaman pysyvyyskäyrä Turbiinin tehokäyrän laskenta Voimalan kapasiteetin laskenta Kapasiteetin pysyvyyskäyrän laskenta Saatavilla olevan uusiutuvan energian laskenta Katso e-Käsikirja Clean Energy (CE) Projektianalyysi: RETScreen® Suunnittelu ja esimerkit Pienvesivoiman projektianalyysi osio Tuotetun uusiutuvan energian laskenta (erillisverkko tai yksittäinen laitos) Tuotetun uusiutuvan energian laskenta(keskusverkko)

19. Esimerkki RETScreen® Pienvesivoiman projektimallin varmentamisesta • Turbiini hyötysuhde • Verrataan valmistajan tietoihin asennetusta 7 MW GEC Alsthom Francis turbiinista • Laitoskapasiteetti ja tuotanto • Verrattuna skotlantilaiseen laitokseen sijoitettuun HydrA:han • Tulosten virhemarginaali 6,5 % Valmistaja Hyötysuhde (%) Turbiinin hyötysuhdekäyrä:RETScreen vs. valmistaja Prosenttia mitatusta virtaamasta • Kustannuslaskennan laskentakaava • RETScreen®’in virhemarginaali on alle 11 % verrattuna Newfoundlandissa toteutettuun 6 MW:n projektin yksityskohtaiseen kustannusarvioon © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

20. Johtopäätökset • Pienvesivoimalla (> 50 MW) voidaan tuottaa sähköä keskus- tai erillisverkkoihin ja verkon ulkopuoliseen tarpeeseen • Jokivoimalahankkeet: • Alemmat kustannukset & vähäiset ympäristövaikutukset • Erillisverkot tarvitsevat varavoimaa • Perustamiskustannukset korkeat ja niistä 75 % paikkaan sidottuja • RETScreen® arvioi kapasiteetin, pysyvän kapasiteetin, tuotannon ja kustannukset perustuen paikallisiin tekijöihin kuten virtaaman kestokäyrään ja putouskorkeuteen • RETScreen® tarjoaa merkittäviä säästöjä esiselvitys- ja kannattavuustutkimusvaiheissa © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

21. Kysymyksiä? Pievesivoiman projektianalyysiosio RETScreen® International Clean Energy Projektianalyysikurssi Lisätietoja RETScreen www-sivustolta: www.retscreen.net © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.