Morgunblaðið - 05.11.1992, Blaðsíða 17

MORGUNBLAÐIÐ FIMMTUDAGUR 5. NÓVEMBER 1992
Orkuflutning-
ur um sæstreng
eftir Svönu
Helenu Björnsdóttur
Mikið hefur verið fjallað um út-
flutning raforku um sæstreng að
undanfömu. Margar greinar hafa
birst í blöðum um efnið og menn
hafa séð íslendinga sem eins konar
olíufursta norðursins í hillingum.
Umræðan er komin svo langt að
opinberir aðilar hyggjast veija tug-
um milljóna til markaðskannana og
athugana á byggingu sæstrengs-
verksmiðju. En getur ekki veríð að
menn fari sér fullhratt? Hefur hin
tæknilega hlið málsins verið athug-
uð? Gera menn sér grein fyrir því,
að sú framkvæmd sem ætlunin er
að veija fénu til, er margfalt stærri
en sambærilegar framkvæmdir
nokkurs staðar í heiminum? Er slíkt
á færi smáþjóðar?
Til að flytja raforku frá íslandi
um sæstreng þarf að nota Há-
spennta-Jafnstraums-Miðlun (HJM).
I þessari grein verður reynt að skýra
helstu eiginleika slíkrar miðlunar og
nefnd verða nokkur dæmi um mann-
virki af þessu tagi.
Miðlun raforku með háspenntum
jafnstraumi á sér um 40 ára sögu.
Hún hófst árið 1954 þegar tekinn
var í notkun sæstrengur milli meg-
inlands Svíþjóðar og Gotlands. Ef
miðla á raforku um sæstreng lengra
en 50 km leið, er það aðeins unnt
með HJM.
Jafnstraumur eða riðstraumur
Sú orka sem framleidd er í raf-
orkuverum er í formi riðstraums. í
sumum tilvikum getur þó reynst
hentugra að nota jafnstraum, t.d.
þegar flytja á raforku um langan
veg. Þá er HJM besta leiðin til að
tengja saman tvö mismunandi
(ósamfasa) riðstraumskerfi. Oft er
orkuflutningur með HJM ódýrari en
riðstraumsorkuflutningur.
Þegar sæstrengir eru lagðir, er
oft byijað á að leggja aðeins einn
streng. Þá er sjórinn notaður til að
leiða strauminn til baka. Segulsviðið
umhverfis strenginn getur truflað
seguláttavita skipa sem sigla um
hafsvæðið í nágrenni strengsins. Þá
getur segulsviðið umhverfis streng-
inn valdið tæringu í málmum sem
liggja nærri strengnum. Oftast er
reynt að leggja tvo samsíða strengi
í hæfilegri fjarlægð hvorn frá öðrum
til að jafna út segulsviðið umhverfis
þá.
Grundvallareiginleikar HJM
Lýsa má háspenntri jafnstraums-
miðlun HJM með einfaldri mynd.
Myndin sýnir tvö riðstraumskerfi
hvort með sinni spennu og tíðni. Þau
eru tengd saman með jafnstraums-
leiðslu sem flytur raforku frá rið-
straumskerfi 1 til riðstraumskerfis
2. Byijað er á að breyta raforku
þriggja fasa riðstraumskerfis 1 í
jafnstraumsorku. Þetta er gert með
afriðli. Á áfangastað er jafnstraums-
orkunni breytt aftur í þriggja fasa
riðstraum með stöðugri spennu og
tíðni. Þetta er gert með áriðli.
Jafnvægi verður að ríkja milli
raforkuframleiðslu og raforkunotk-
unar. Þetta þýðir að stýra verður
orkuflutningnum með sameiginlegri,
eða a.m.k. samvinnandi, orkustýr-
ingu. Hún verður að vera í samræmi
við þarfir og getu bæði framleiðslu-
kerfisins og þess raforkukerfis sem
nýtir orkuna.
Afriðill og áriðill HJM eru byggð-
ir upp af þriggja fasa umriðilsbrúm
með stýranlegum hálfleiðurum, þýri-
storum. Eiginleikar HJM markast
að miklu leyti af eiginleikum þessara
umriðilsbrúa. Búist er við að á næstu
árum komi fram þýristorar sem þola
hærri straum en til þessa hefur
þekkst. Þetta mun leiða til minni
kostnaðar við umriðilsstöðvar þegar
um langa rafstrengi er að ræða.
Sæstrengir
Mörg dæmi eru um miðlun raf-
orku eftir sæstreng, en til eru um
20 slíkar miðlanir. Hér verða aðeins
nefnd nokkur dæmi um þá strengi
sem lagðir hafa verið.
1. Gotlands-strengurinn.
Hann liggur frá meginlandi Sví-
þjóðar um 100 km leið til eyjunnar
Gotlands /1/. Sem fyrr segir var
þetta fyrsti sæstrengurinn sem flutti
raforku í formi háspennts jafn-
straums. Strengurinn var tekinn í
notkun árið 1954 og mesta dýpi
hans er 160 metrar. Nýir strengir
voru lagðir 1983 og 1987 og nú
hefur rekstri fyrsta strengsins verið
hætt. Nýju strengirnir flytja samtals
320 MW og hafa 150 þúsund volta
(kV) spennu.
2. Ermarsunds-strengurinn.
Fyrsti sæstrengurinn yfir Ermar-
sundið milli Englands og Frakklands
var tekinn í notkun árið 1961 /2/.
Sú leið er 51 km og mesta dýpi er
um 60 metrar. Strengurinn flytur
80 MW og hefur 100 kV spennu.
Árið 1986 voru átta viðbótarstrengir
lagðir yfir sundið. Þeir flytja 2.000
MW raforku og hafa 270 kV spennu.
3. Skagerrak-strengurinn.
Milli Kristjansand í Noregi og Tjele
á Jótlandi liggur 125 km langur
strengur /3/. Hann var tekinn í notk-
un árið 1976 og liggur á mest 570
metra dýpi. Flutningsaflið e_r 500
MW og spennan er 262,5 kV. Áætlað
er að lagningu annars strengs yfir
Skagerrak ljúki árið 1993. Honum
er ætlað að flytja 500 MW og mun
hann hafa 350 kV spennu.
4. Hokkaido-Honsu-strengur-
inn.
Þessi strengur er 42'km og liggur
milli japönsku eyjanna Hokkaido og
Honsu /4/. Hann var tekinn í notkun
árið 1980 og liggur mest á um 300
metra dýpi. Flutningsaflið er 150
MW og spennan er 250 kV.
5. Fenno-Skan-strengurinn.
Árið 1989 var tekinn í notkun 200
km sæstrengur milli Finnlands og
Svíþjóðar /5,6/. Hann hefur 400 kV
spennu, sem er með því hæsta sem
þekkist nú. Þessi strengur flytur 500
MW og liggur á allt að 117 m dýpi.
Um þessar mundir er að hefjast
framleiðsla á lengsta sæstreng sem
til þessa hefur verið lagður, Eysfara-
salts-strengnum /7/. Hann verður
lagður um 250 km leið frá Arrie í
Svíþjóð til Liibeck í Þýskalandi og
mun geta flutt 600 MW. Spennan
verður 420 kV. Áætlað er að verkinu
Ijúki í árslok 1994. Reiknað er með
að kostnaður við þessa háspenntu
jafstraumsmiðlun verði tveir millj-
arðar sænskra króna, eða rúmlega
20 milljarðar íslenskra króna.
Reikna má með að HJM milli íslands
og Hollands kosti fjórum til sjö sinn-
um meira, eða 80 til 140 milljarða
íslenskra króna.
Innan Evrópu eru nú nokkur sam-
tengd raforkukerfi. Eitt þeirra er
norræna kerfið NORDEL, sem teng-
ir saman Svíþjóð, Noreg, Finnland
og Danmörk. Annað slíkt kerfi er
kallað UCPTE og það tengir saman
Mið- og Vestur-Evrópu. Nú þegar
er til staðar tenging milli NORDEL
og UCPTE frá Noregi og Svíþjóð til
vesturhluta Danmerkur. Eystra-
salts-strengurinn verður enn ein
tenging þessara raforkukerfa.
Áhrif lengdar
Lengstur þeirra sæstrengja sem
lagðir hafa verið til þessa er Fenno-
Skan-strengurinn, 200 km. Þegar
lagningu Eystrasalts-strengsins lýk-
ur 1994 verður hann lengstur, 250
km.
Á árunum 1984-1986 fór fram
rannsókn á lagningu HJM á Borneo
í Indónesíu /8/. Um var að ræða
flutning á 1.700 MW rafafli um
1.500 km leið, þar af 650 km eftir
sæstreng. Rannsóknin leiddi í ljós
að mikil rýmd, sem vex í hlutfalli
við lengd sæstrengsins, leiðir til
tæknilegra erfiðleika. Þeir lýsa sér
t.d. þannig, að verði skammhlaup í
jafnstraumskerfinu afhleðst rýmdin
á mjög skömmum tíma og þá mynd-
ast mjög háir yfirstraumar. Umrædd
rannsókn sýndi að í 650 km löngum
streng má búast við yfirstraumum
sem eru allt að sjö sinnum stærri
en sá straumur sem venjulega fer
um strenginn. Til að ráða við þessa
yfirstrauma hefði þurft að yfirhanna
umriðilsstöðvarnar fyrir margfaldan
venjulegan straum með tilsvarandi
kostnaði. Þetta var ein af ástæðum
þess að fallið var frá áformum um
lagningu þessa strengs.
Ef lagður verður 1.800 km langur
rafstrengur frá íslandi til Hollands
má vænta allt að tífalds yfirstraums
/9/. Þetta er eitt þeirra atriða sem
þarf að rannsaka.
Áhrif dýpis
Segja má að helstu áfrif dýpis séu
sú áraun sem þrýsingurinn veldur á
efni í strengnum. Hingað til hefur
reynst erfitt að hafa spennuna á
strengjum á miklu dýpi eins háa og
á strengjum sem liggja grynnra. Á
meira en 500 metra dýpi er erfitt
að fara upp fyrir 350 kV spennu.
Aftur á móti er unnt að fara með
spennuna í 450 kV á sæstrengjum
sem grynnra liggja.
Sá strengur sem dýpst hefur verið
lagður er Skagerrak-strengurinn.
Hann liggur á 570 metra dýpi. Nú
er unnið að tilraunum með 300 kV
rafstreng sem ætlunin er að leggja
á 2.000 metra dýpi við Hawaii-eyjar.
Honum er ætlað að flytja 250 MW
rafafl og lengdin verður um 220 km.
Ýmislegt er enn óljóst um fjármögn-
un þessarar framkvæmdar /10/ og
övíst að hún reynist hagkvæm.
Kostnaður við umriðilsstöðvar
Fyrir um átta árum var kostnaður
vegna afriðils-/áriðilsstöðva talinn
vera um 40% af öllum kostnaði HJM.
Nú mun hann vera um 35%. Lækk-
unina má rekja til örrar þróunar á
þýristorum, en kostnaðurinn við þá
er um 35% af kostnaði umriðilsstöðv-
anna. Þess ber þó að geta, að allur
kostnaður er verulega háður lengd
sæstrengs og þessar tölur eru heldur
lægri hjá löngum strengjum.
Með nýjum gerðum þýristora mun
straum- og spennuþol þeirra vaxa á
næstu árum. Þetta þýðir að vanda-
mál samfara yfirstraumum eiga eft-
Svana Helen Björnsdóttir
„Ljóst er að útflutning-
ur 2000 MW rafafls
krefst stórkostlegra
virkjanaframkvæmda.
Þær eru afar kostnað-
arsamar. Það er um-
hugsunarvert, hvort
rétt sé að flytja út alla
raforku landsins í stað
þess að skapa grundvöll
til uppbyggingar orku-
freks iðnaðar í landinu.“
ir að minnka. Það mun leiða til minni
kostnaðar við umriðilsstöðvarnar.
Orkutap við flutning
Þótt orkutap við HJM sé minna
en við flutning með riðstraumi, er
tapið í 1.800 km löngum sæstreng
verulegt. Sé strengur með 250 kV
spennu og 2.000 A straum lagður til
grundvallar er tapið um 40 til 50
MW. Það er nálægt 10% af því afli
sem flutt er um sæstrenginn. Til að
kaupandi í Hollandi fái 500 MW afl
inn í raforkukerfí sitt þurfa virkjanir
á íslandi að framleiða 550 MW.
Fjárhagsleg áhætta
Þegar fjallað er um lagningu HJM
frá Islandi og þær virkjanafram-
kvæmdir sem hún krefst er mikil-
vægt að gleyma ekki þeirri fjárhags-
legu áhættu sem fylgir. í þeirri
umræðu sem farið hefur fram hér á
landi hefur enn lítið verið fjallað um
þá hlið málsins. Þegar um er að
ræða framkvæmd sem þessa er erf-
itt að fara hægt af stað. Rætt hefur
verið um 2.000 MW miðlun /11/,
en þá er minnsta þrep sem byija
verður á 500 MW. Það þýðir einn
streng með 250 kV spennu og 2.000
A straum. Fyrir utan það að reisa
verður 500 MW vatnsorkuver, sem
er rúmlega þrisvar sinnum stærra
en Blönduvirkjun, þarf að leggja út
í mjög háan stofnkostnað við afrið-
ils-/áriðilsstöðvar. Við þetta bætist
kostnaður við framleiðslu og lagn-
ingu strengsins.
Annað atriði sem huga verður að
er mjög langur framkvæmdartími og
þar með hár fjármagnskostnaður
meðan á framkvæmdinni stendur.
Ætla má að framkvæmdin taki
a.m.k. átta ár. Tafir á verkinu myndu
leiða tii stóraukins kostnaðar.
Sæstrengur frá íslandi
Nú fara fram athuganir á lagn-
ingu sæstrengs frá íslandi til Skot-
lands, Hojlands eða Þýskalands. Sá
Spenna U1
Tíðni fl
Jafnstraumur Id
Jafnspenna
afriðils
Jafnspenna
áriðils
1
Spenna U2
Tíðni f2
Raforku-
kerfi 1
Afriðill
Jafnstraumsleiðsla
Jafnstraumssæstrengur
Áriðill
Raforku-
kerfi 2
Miðlun raforku með háspenntum jafnstraumi
17
-----------------------------rrr-
strengur yrði allt aðT.800 km lang-
ur /11/, sem er meira en sjö sinnum
lengra en lengsti strengur sem lagð-
ur hefur verið til þessa. Þá yrði þessi
strengur á um 1.000 metradýpi, sem
er 430 metrum dýpra en lagt hefur
verið til þessa.
í byijun desember er væntanleg
hagkvæmniskýrsla frá Pirelli-verk-
smiðjunum sem framleiða sæ-
strengi. Skýrslan verður án efa fróð-
leg, en hafa verður í huga að hún
er samin af aðila sem á hagsmuna
að gæta. Þegar hefur verið bent á
að tæknilegar rannsóknir skorti /9/.
Rannsaka þarf hver áhrif hinnar
miklu rýmdar eru á rekstur kerfis-
ins. Ýmis stórfyrirtæki á sviði raf-
orku hafa komið sér upp tölvulík-
önum til að herma eftir miðlun raf-
orku með rafstrengjum. Slík tölvu-
líkön hafa reynst mjög hentug til
rannsókna.
Ef af lagningu sæstrengsins verð-
ur munu Islendingar verða braut-
ryðjendur á sviði orkuflutnings um
sæstreng. Það er því líklegt að ófyr-
irséð vandamál komi upp. Verði taf-
ir á verkinu getur það auðveldlega
leitt til mikils kostnaðarauka.
Ljóst er að útflutningur 2.000
MW rafafls krefst stórkostlegra
virkjanaframkvæmda. Þær eru afar
kostnaðarsamar. Það er umhugsun-
arvert, hvort rétt sé að flytja út alla
raforku landsins í stað þess að skapa
grundvöll til uppbyggingar orku-
freks iðnaðar í landinu. Sem stendur
virðist mikilvægt að byggja upp at-
vinnuskapandi stóriðju. I framtíðinni
gæti vetnisframleiðsla orðið væn-
legri kostur en hún nú er. Þá eru
fá lönd betur fallin til álframleiðslu
og mjög líklegt að á næstu árum
muni fleiri álver rísa hér á landi.
Ráðstefna um útflutning
raforku eftir sæstreng
í tilefni af 80_ ára afmæli Verk-
fræðingafélags íslands mun Raf-
magnsverkfræðideild félagsins,
RVFÍ, standa fyrir hálfsdags ráð-
stefnu um raforkuflutning eftir sæ-
streng. Fjallað verður um möguleika
íslendinga á að flytja út raforku
með sæstreng. Reynt verður að sjá
málið í samhengi við þróun orku-
mála í Evrópu og ný viðhorf í orku-
viðskiptum þar. Stefna stjórnvalda
verður kynnt og reynt verður að
meta efnahagsleg áhrif þess að flytja
héðan út raforku. Þá verður fjallað
um möguleika á framleiðslu sæ-
strengsins hér á landi.
Ráðstefnan verður haldin föstu-
daginn 13. nóvember á Holiday-Inn
hótelinu. Hún hefst klukkan 13.00
og er öllum opin.
Höfundur er
rafmagnsverkfræðingur, einn
eigenda verkfræðistofunnar Stika
hf. og situr i stjóm
Verkfræðingafélags íslands.
Heimildaskrá:
/1/. Petterson, A.R.; Nuder, J.; Hjalmarsson,
G.: A new HVDC cable to the island of Got-
land. Fourth Intemational Conference on AC
and DC Power Transmission, London 23.9.-
26.9. 1986, bls. 141-145.
/2/. Goodard,S.C.; Yates, J.B.; Urwin, R.J.;
Le Du, A.; Marechal, P.; Michel, R.: The new
2000 MW Inteconnection between France and
United Kingdom. CIGRE-Report 14-09, Paris
1980.
/3/. The Skagerrak HVDC Project. NVE
(Norwegian Water Resources and Electricity
Board) and ELSAM (The Jutland-Funen
Electricity Co-operation), Report 1979.
/4/. Senda, T.; Houriuchi, S.; Namera, T.;
Muraoka, Y.; Horiuchi, T.; Oonislii, K.: New
Techologies applied to the recent HVDC Con-
vertor Stations in Japan, CIGRE-Report
14-102, Paris 30.8.-5.9. 1992.
/5/. Carlsson, L; Nyman, A.; Willborg, L;
Hjalmarsson, G: The Fenno-Scan HVDC
submarine cable transmission. System and
design, commisioning and initial operating
experience. Fifth Intemational Conference on
AC and DC Power Transmission, London
15.9. -17.9. 1991, bls. 344-349.
/6/ Pottonen, L.; Hirvonen, R.; Jaaskélainen,
K.; Vaitomaam, M.: Network interaction tests
of the Fenno-Scan HVDC link. Fifth Internat-
ional Conference on AC and CD Power Trans-
mission, London 15.9.-17.9. 1991, bls
286-289.
/7/. Baltic Cable — an HVDC link between
Germany and Sweden. Report , Sept. 1992.
/8/. Pesch, H.; Ranade, S.H.; Ring, H.: Contr-
ol of an HVDC-Link with a very long DC
cable. IEEE Conference on HVDC and Static
Compensators, Montreai, Canada, October
1986, bls. 262-268.
/9/. Bolli Björnsson: Miðlun raforku með há-
spenntum jafnstraumi. Verkfræðingafélag ís-
lands 80 ára, útg. í tilefni af 80 ára afmæli
VFÍ, júli 1992, bis. 95-101.
/10/. Fesmire, V.R.; Richardson, J.F.: Tne
Hawaii Geothermal/Interisland Transmission
project. Fifth Intemational Conference on AC
and DC Power Transmission, London 15.9.-
17.9. 1991, bls. 85-89.
/11/. Halldór Jónatansson: Útflutningur á
raforku, Orkuþing 1991.