elektrisitet – elektrisitetsforsyning

Elektrisitet. Moderne storbyer, slik vi kjenner dem, er utenkelige uten sikker elektrisitetsforsyning. Konsekvensene ved strømstans er dramatiske. Bildet viser Hamburg nattestid.

Anon. begrenset

Reklameplakat for elektriske apparater i husholdningen fra 1920-årene. Norsk Teknisk Museum, Oslo.

KF-bok. begrenset

Elektrisitetsforsyningen omfatter produksjon, fordeling og leveranse til forbrukerne av elektrisk energi. For elektrisk distribusjonssystem i bygninger, se elektrisk installasjon.

Historikk. Verdens første alminnelige elektrisitetsforsyning ble startet i London og New York i 1882. Tre år senere begynte Laugstol Brug i Skien å levere strøm for lys og motordrift til borgere av byen. Kullbuelampen ble utviklet for innendørs bruk i 1871. To år senere ble elektromotoren demonstrert, og i 1879 kom Edisonglødelampe. I 1898 laget Kristian Birkeland fra Norge lysbueovnen, som ble starten på Norsk Hydro. Til å begynne med ble elektrisitet brukt til lysbuelamper, men det var Edisons glødelampe som ga støtet til de første strømforsyningsanleggene. De ble gjerne kalt lysverker – en betegnelse som holdt seg lenge etter at elektrisiteten ble tatt i bruk til andre formål.

Elektrisitetens utbredelse skyldes utviklingen av overføringsteknikken. Med likestrøm, som kom først, og med de spenningene man behersket, kunne ikke elektrisk energi transporteres i store mengder over lange avstander. I 1885 fant Nikolau TeslaGalileo Ferraris og Michael Dolivio-Dobrowolski på å lage vekselstrøm-dreiefelt og utviklet dermed kraftoverføring med vekselstrøm. Dermed kunne en nå heve og senke spenningen i systemet ved hjelp av transformatorer. I 1891 ble det bygd en 178 km lang kraftoverføring for 15 000 volt vekselspenning fra vannkraftverket Lauffen ved Neckar-elven i Sveits til Frankfurt am Main, for belysning av den internasjonale elektrisitetsmessen der. Dette representerte et springbrett for vannkraftutbyggingen både i Europa og Nord-Amerika.

I løpet av bare 20 år, fra 1870 til 1890, skjedde en banebrytende utvikling på elektroteknikkens område som gjorde det mulig å omsette til praktisk nytte de mer grunnleggende oppdagelser innen fysikken. Det la grunnlaget for utbredelsen av elektrisitetsforsyning over hele kloden. Norge kom meget tidlig med fordi landets store og mangeartede forekomster av vannfallsenergi nettopp egner seg for omforming til elektrisitet. Dampmaskinen og senere dampturbinen, ottomotoren (firetaktsmotoren) og dieselmotoren kom også i bruk som drivmaskineri for elektriske generatorer der de ikke hadde vannfall som egnet seg. Elektrisk energi ble tatt i bruk til formål som før var dekket av andre energiformer, og til formål som tilgangen på elektrisitet i seg selv skapte.

Elektrisitetens andel av totalt energiforbruk har hele tiden økt i alle land, bortsett fra i perioder med uro og ødeleggelser. Forbruksøkningen har stort sett fulgt et lignende forløp i alle land og i takt med den økonomiske utvikling. De fleste industrialiserte land er nå fullt elektrifisert, dvs. alle husholdninger foruten industri og øvrig næringsliv har muligheter for tilkobling til landsomfattende forsyningsnett. Dette er langt fra tilfellet i en rekke utviklingsland; der ligger andelen av husholdninger med tilgang på elektrisk energi ofte under 10 %. Gjennomsnittlig årlig forbruk i verden (regnet per innbygger) er i underkant av 2500 kWh, men dette varierer enormt mellom ulike land. Etiopia har eksempelvis et forbruk på 25 kWh per innbygger, mens Norge har omkring 25 000 kWh. Qatar, Island, Forente arabiske emirater og Luxemburg ligger på topp når det gjelder totalt forbruk av energi per innbygger. Norge ligger her omtrent på gjennomsnittet for de industrialiserte land (se energiforsyning).

Elektrisk energi produseres i kraftstasjoner basert på vannfallsenergi, vindenergi, forbrenning av kulloljegass eller biomasse, eller basert på frigjort varmeenergi fra jordskorpen eller fra fisjon av anriket uran (uran235) i kjernereaktorer. Kraftstasjonene bygges for å yte fra noen få kW til over 20 000 MW.

Beliggenheten av kraftstasjonene bestemmes ut ifra beliggenheten av selve energikilden eller mulighetene for transport fra denne; vannkraftverk må bygges i nær tilknytning til fallstrekningene, mens oljefyrte kraftverk gjerne plasseres ved havner der tankbåter kan legge til. Varmekraftverk krever bortføring av kjølevarme, og store stasjoner legges helst ved elver og sjøer som kan gi kjølevann.

Overførings- og distribusjonsdelene av forsyningssystemet er bygd opp på samme måten verden over. I byer og tettbebygde strøk blir ledningene gjerne lagt som kabel i jord, men jordkabel faller svært kostbar i forhold til luftledning (avhengig av spenningsnivået; mer enn 10 ganger så mye for de høyeste spenninger). Overføring av store kraftmengder over lange avstander krever ekstra høye spenningsnivåer for å redusere overføringstapene.

For avstander opptil omkring 500 km brukes vekselstrøm. Begrensningen i bruk av likestrøm ligger i at generatorer så vel som distribusjonssystemer nå bygges for vekselstrøm og at omforming fra vekselspenning til likespenning og omvendt er kostbart. Over svært lange avstander kan det imidlertid bli økonomisk interessant å bruke likestrøm, og som eksempel på lange overføringer med luftledninger for likestrøm kan nevnes den 1420 km lange forbindelsen mellom Cahora Bassa i Mosambik og Johannesburg i Sør-Afrika, og overføringen mellom provinsene Inga og Shaba i Zaïre på 1700 km. Tilsvarende lange forbindelser for likestrøm er bygd i det tidligere Sovjetunionen og i USA.

Der jord- eller sjøkabel må brukes, vil bruk av vekselspenning by på problemer på grunn av en kabels store kapasitive resistans ved vekselstrøm, noe som fører til store tap. Likestrømskabler (HVDC) er derfor brukt på alle overføringer mellom Skandinavia og kontinentet. Også når det er tale om store kraftmengder, som ved forsyning inn gjennom store byer, kan likestrøm bli brukt for avstander helt ned til 10–20 km.

Overføringsteknikken har hele tiden satt grenser for hvor langt det lønner seg å transportere den elektriske energien. Men ønsket om utnyttelse av vannfallressurser og store kraftstasjoner basert på kull eller olje som ligger fjernt fra forbruksområdene, har ført til en stadig forbedring av teknologien, og grensene blir stadig tøyd. Da f.eks. Sverige bygde ut vannkraftkildene i nord for å dekke etterspørsel lenger sør i landet, måtte problemet med å overføre kraft over lange avstander løses. Dette førte til utviklingen av 400 kV-systemet, som nå er vanlig i mange land, også i Norge. Tilsvarende behov meldte seg i mange andre land omkring 1950, særlig i USA, Canada og tidligere Sovjetunionen.

Måten vi bygger distribusjonsnett på i Norge har endret seg vesentlig de siste tiårene, ved at vi har gått over fra IT- til TN-nett (se nettsystem). Samtidig er materiellet stadig blitt forbedret. 

Utviklingen av elektrisitetsforbruk avhenger av en rekke faktorer. De viktigste er tilgjengeligheten av ulike energiressurser, utviklingen i sektorer som landbruk, industri og service og befolkningsøkningen fordelt på urbane og rurale strøk. Men også endringer i elektrisitetsprisene og antatte forhold mellom endringen i nasjonalproduktet og ulike etterspørselsgrupper som alminnelig forbruk, industri, handel og service er viktige faktorer. Startnivået varierer mye fra land til land. Typiske utviklingsland ligger nå på et nivå helt ned mot 50 kWh per innbygger per år og opp mot nivået for nylig industrialiserte land på ca. 700–900 kWh. Målet for alle synes å være full elektrifisering opp til nivået i de industrialiserte land på 3000 kWh eller mer. Samtidig skjer en omlegging i industrilandene i retning av å legge mer av sitt øvrige energiforbruk over på elektrisitet.

Om alle de ca. 5 milliarder nålevende (2003) mennesker i Afrika, Asia og Latin-Amerika skulle øke sitt elektrisitetsforbruk til 3000 kWh per år, ville det kreve en årlig kraftproduksjon på ca. 15 000 TWh. Skulle de produsert denne kraften selv, ville det innebære en økning på ca. 11 000 TWh som svarer til nærmere 75 % av verdens totale produksjon av elektrisk energi i 2001 (ca. 15 500 TWh). Problemet med å få til en slik økning ligger ikke så mye i mangel på energiressurser som i manglende evne til å få til den vekst som kan generere den nødvendige investeringskapital.

Organiseringen av elektrisitetsforsyningen har etter hvert utviklet seg ulikt i de forskjellige land. Den begynte gjerne ved at industribedrifter bygde en kraftstasjon for egen forsyning til motordrift og belysning, eller i forbindelse med elektrokjemisk eller elektrometallurgisk industri, som Norsk Hydros begynnelse på Rjukan 1905, aluminiumsindustrien i Canada og USA og stålindustrien i Sverige. Det kunne også være mindre foretak, som teplantasjene på Sri Lanka og gruveindustri i Sierra Leone. Meget tidlig slo forbrukere seg sammen i samvirker for bygging av kraftstasjoner, fordelingsnett og levering av elektrisk energi til lokale samfunn. Etter hvert gikk disse sammen for å satse på større utbyggingsoppgaver, og laget større organisatoriske enheter. Drivkreftene bak denne utviklingen var først og fremst ønsket om å produsere kraften til så lave kostnader som mulig – dette kunne oppnås gjennom å satse på stadig større kraftstasjoner basert på kull og fossilt brensel. Det samme ønsket drev utviklingen mot større vannkraftprosjekter.

Distribusjonsoppgaven ble i mange tilfeller ivaretatt av de opprinnelige små enhetene som skapte en organisasjonsstruktur som reflekteres i dagens mønster i mange land. Forsyningsenhetene har som oftest som mål å være selvstendige, og motsetter seg vanligvis sammenslutning med naboenheter.

Etter siste verdenskrig ble elektrisitetsforsyningen i mange land nasjonalisert. Dette gjaldt alle land i Øst-Europa, mange land i det sørlige Europa og Storbritannia. I Canada og USA ble det bl.a. dannet delstatsomfattende kraftforsyningsenheter, som i global sammenheng hver for seg er store foretak som eies av delstatsregjeringer eller er aksjeselskaper av privat karakter. Innflytelsen fra tidligere kolonimakter og fra Øst-Europa førte til at utviklingslandene, med unntak av India, organiserte sin elektrisitetsforsyning som sentraliserte statlige foretak – enten som én enhet som tok seg av alt fra kraftproduksjon til levering til forbrukerne, eller som statlige enheter organisatorisk atskilt for distribusjon og produksjon. Som drivkraft for elektrifisering og utvikling i de fattige landene virket denne formen til dels dårlig, og elektrifiseringen av disse landene ligger langt tilbake. I svært få av disse er (2001) andelen av husholdninger med tilgang på elektrisitet mer enn 20 %, ofte ligger den under 10 %.

I de nordiske landene og Sveits er fremdeles organisasjonsstrukturen sterkt oppsplittet – i forhold til folketall har Sveits og Norge det største antall distribusjonsenheter. I mange av disse landene bærer bildet ennå preg av den strukturen som utviklet seg frem til midten av 1960-årene, og som åpenbart var hensiktsmessig for utbyggingen av elektrisitetsforsyningen. Organisasjonsutviklingen har gått i retning av å skape et skille mellom overførings- og distribusjonsnettene på den ene siden, og produksjonen av elektrisk energi på den andre; overføring og distribusjon aksepteres som monopol-virksomhet, mens produksjonen er gjort til gjenstand for konkurranse. Norge er blant de land som har gått lengst i denne retning og lovfestet et slikt skille. Dette legger grunnlaget for at forbrukere kan kjøpe elektrisk energi fra hvilken som helst produsent som omsetter kraft over de monopolistiske overførings- og distribusjonssystemene. Også i Storbritannia og New Zealand har man skapt et større skille mellom produksjon og distribusjon.

Samdrift av kraftsystemer med ulike produksjonsenheter og kraftforbruk medfører fordeler fremfor å drive systemene isolert. Dette førte til at forsyningssystemer som ble drevet hver for seg, etter hvert ble bundet sammen med nabosystemer. Alle industrialiserte land har etter hvert endt opp med landsomfattende samkjøringsnett, og sammenkobling av kraftsystemer over landegrensene var en naturlig videreføring. Hittil har imidlertid alle land nølt med å bli avhengig av kraftproduksjon i andre land for sin elektrisitetsforsyning. Dette henger sammen med elektrisitetens vitale betydning i ethvert samfunn og tradisjonell oppfatning om elektrisitetsforsyning som et offentlig anliggende.

De nordiske landene har allikevel en lang tradisjon med kraftsamarbeid over landegrensene. Den første kabelforbindelsen mellom Danmark og Sverige kom i 1915, og samarbeidet mellom alle landene foregikk på ulike måter frem til 1963, da organisasjonen Nordel (nå ENTSO-E) ble stiftet etter ønske fra Nordisk Råd. Tilsvarende organisasjoner ble dannet allerede i 1951 mellom land lenger sør i Europa, og etter den annen verdenskrig mellom land i Øst-Europa. Mellom statene i USA og Canada, mellom land i det sørlige Afrika og mellom seks land i Sørøst-Asia foregår lignende samarbeid. Etter hvert som kraftmarkedene blir liberalisert, ventes det at krafthandelen over grensene vil øke vesentlig.

Deler av elektrisitetsforsyningens virksomhet kom tidlig i fokus når det gjaldt miljøspørsmål, både i Norge og andre deler av verden. Skadelige utslipp og inngrep i natur i forbindelse med utbygging av kraftproduksjonsanlegg og kraftledninger, fanger publikums interesse og berører til dels sterke lokale interesser. Dette ble erkjent av myndighetene her hjemme, og i tillatelser til utbygging ble det etter hvert lagt sterkere vekt på miljøhensyn. Miljøpåvirkninger og forurensning er etter hvert også blitt fanget opp innenfor FN, Verdensbanken og de regionale utviklingsbankene, som nå stiller sterkere krav om hensyn til miljø og samfunnspåvirkning som vilkår for medvirkning i finansiering. Naturvernorganisasjonene spiller en viktig rolle som pådrivere overfor så vel regjeringsorganer som de enkelte aktører innen elektrisitetsforsyningen.

Se for øvrig natur- og miljøvern, Energi i Norge, elektromagnetisme, samt de enkelte energiformene.

Verdens kraftproduksjon 2001 (15 476 TWh) fordelt på ulike genereringsformer

Kull 38,7 %
Olje og gass 25,8 %
Kjerneenergi 17,1 %
Vannfallsenergi 16,6 %

Resten (ca. 1,8 %) baseres på geotermisk varme, vindenergi og solstråler (solceller)

Land med størst produksjon 2001

TWh Andel av total elektrisitetsproduksjon
USA 808 21 %
Frankrike 421 77 %
Japan 320 31 %
Tyskland 171 30 %
Russland 137 15 %
Korea 112 40 %
Storbritannia 90 23 %
Canada 77 13 %
Sverige 72 45 %
Verden 2 653 17 %

Land med størst produksjon 2001

TWh Andel av total elektrisitetsproduksjon
Canada 333 56,7 %
Kina 277 18,9 %
Brasil 268 81,7 %
USA 223 5,7 %
Russland 176 19,7 %
Norge 124 99,3 %
Japan 94 9,0 %
Sverige 79 49 %
Verden 2 646 17 %

Se også egne produksjonstabeller for kull, råolje og naturgass.

Kilde for tabellene: IEA: Key World Energy Statistics

Forbruk i Norge angitt i netto GWh per år

1970 1980 1984 1992 2001
Kraftintensiv industri 23 188 27 875 31 166 27 468 32 760
Treforedlingsindustri 3 604 3 257 3 636 4 628 6 622
Annen industri og bergverk 5 123 8 541 8 371 8 721 9 125
Alminnelig forsyning; transport, husholdninger, forretninger o.l. 18 987 34 202 34 202 51 467 64 751
Totalt nettoforbruk (fastkraft) 50 902 73 875 84 348 92 284 113 258

Kilde: SSB

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

27. januar 2012 skrev Knut A Rosvold

Hei!
Jeg kunne tenke meg at denne artikkelen ble flyttet fra
Realfag>Fysikk>Elektromagnetisme til Næringsliv og teknikk>Energi>Energi og ressurs.

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.