Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Vindkraften spelar en central roll i den gröna omställningen och i jakten på att nå olika miljömål. Vindkraft är ofta ansett som miljövänligt då omvandling av rörelseenergi i vinden till elektricitet sker utan utsläpp som exempelvis växthusgaser. Analyser kopplade till miljöpåverkan är därför mest fokuserad till vindkraftens driftsfas och negligerar ofta miljöpåverkan från komponenter som möjligtvis inte syns lika mycket och i stället främst har sin påverkan i begynnelse- och slutfaserna av vindkraftsverkens livscykel. Därav utfördes en livscykelanalys (LCA) baserat på ISO standarderna 14040 och 14044 där gravitationsfundament och bergsförankrade fundament för landbaserad vindkraft jämfördes i fem utvalda miljöpåverkanskategorier med hjälp av modeller skapade i SimaPro med data hämtad från ecoinvent. Den funktionella enheten bestämdes till ”fundament som möjliggör stabil drift av ett landbaserat vindkraftsverk under en livslängd på 25 år” och systemgränserna klassades som ”cradle-to-grave”. För modellering av fundamenten i SimaPro inventerades data för material och andra processer var för sig med hjälp utav konstruktionsunderlag, vetenskaplig litteratur, tekniska produktblad men även egna beräkningar. Efter modellering och simulering kunde båda fundamenttypernas miljöpåverkan analyseras och jämföras. Det bergsförankrade fundamentet stod för 40 ton utsläppta CO2-ekvivalenter över sin livstid och gravitationsfundamentet stod motsvarande för 303 ton CO2-ekvivalenter. En skillnad på 87%. Hotspotanalyser för klimatpåverkan visar att detta främst beror på den stora mängden betong som används i gravitationsfundament. Utöver detta uppvisade gravitationsfundamentet även högre påverkan i kategorierna för övergödning, försurning och markanvändning. Medan det bergsförankrade fundamentet hade något högre resultat när det kom till utsläpp av cancerframkallande ämnen. Troligen på grund av den högre stålanvändningen. Processer kring transporter, installationer och sluthantering hade begränsad påverkan jämfört med materialproduktion. De tre utförda känslighetsanalyserna visade på modellernas robusthet genom att väsentliga parametrar och scenarion förändrades samtidigt som resultaten inte förändrades nämnvärt jämfört med basfallet. Trots beskrivningarna av fundamentens klimatpåverkan visade det sig efter en koldioxidåterbetalningstidanalys att gravitation- och bergsförankrade fundament återbetalar sin klimatskuld efter endast 95 respektive 13 dagar vid användning. Något som stödjer fortsatt utveckling och effektivisering av främst materialrelaterade processer inom ämnet. Resultaten indikerar på att vidare studier som möjligtvis inkluderar ekonomiska och sociala aspekter kan bidra till framtida beslutsunderlag.

Wind power plays a key role in the green transition and in the pursuit of achieving various environmental goals. Wind power is often regarded as ecofriendly as the transformation of kinetic energy from wind to electricity occurs without any emissions. Particularly greenhouse gases. Analyses and studies connected to environmental impact is therefore mostly focused on wind turbines during their usage phase and not necessarily on components linked with the beginning- and end phases of the lifecycle. Therefore, a life cycle assessment (LCA) study was conducted based on ISO standards 14040 and 14044 where gravity-based foundations were compared with rock-anchored foundations in five chosen environmental impact categories for onshore wind power by building models in SimaPro with data from ecoinvent. The functional unit was defined as “Foundation for onshore wind power that facilitates secure operation of onshore wind turbines with a lifecycle of 25 years” and the system boundaries were classed as “cradle-to-grave”. To model the foundations in SimaPro, materials and process data were inventoried separately in the life cycle inventory (LCI) phase with the help of engineering documentation, academic papers and different calculations. The gravity-based foundation proved to have a higher climate impact than the rock-anchored foundation. Hotspot analyses were concluded and showed that this was mainly due to the large amount of concrete used in the gravity-based foundation. The gravity-based foundation also showed a bigger impact in the categories for terrestrial acidification, eutrophication and land use. However, the rock-anchored foundation demonstrated greater results for human carcinogenic toxicity. Due to the higher use of steel. Transport, installation and disposal processes had a limited impact compared to material production. The three conducted sensitivity analyses indicated that the initial models were relatively robust due to even though crucial parameters and scenarios were changed, the results didn’t differ significantly. A carbon payback time analysis was conducted and the results demonstrated that gravity-based foundations and rock-anchored foundations offset their climate debt after only 95 and 13 days respectively. This supports continued development and optimization of primarily processes related to material production. The results indicate that future studies that possibly also include social and economic aspects can contribute to future basis for decision-making.