Life cycle assessment of a Kaplan runner

Abstract

Hydropower is an important source of renewable electricity. In North America and Europe, many hydropower plants are old, and require refurbishment, including the replacement of old runners with new ones. However, there is a lack of studies evaluating the environmental impact of runners and other key hydropower plant equipment. In this study, a cradle-to-grave life cycle assessment was conducted to gain an overview of the environmental impacts, important contributors to the environmental impacts, and ways to reduce the environmental impact of a hydraulic runner. Eight environmental impact categories were examined: global warming potential (GWP), acidification potential (AP), eutrophication potential (EP), photochemical ozone creation potential (POCP), ozone depletion potential (ODP), abiotic depletion potential (ADPE) for minerals and metal (non-fossil resources), abiotic depletion potential (ADPF) for fossil resources, and water deprivation potential (WDP).

Most of the environmental impacts, ranging from 69-97 %, depending on the environmental impact category, occur during raw material acquisition, refining, and part manufacturing. The installation process accounts for 10-15 % of the environmental impact. The environmental impact from transportation, assembly and testing, use and maintenance, and end-of-life phases is minor. Possible reduction methods are presented, which can reduce the carbon footprint by up to 22 %. Measures to reduce the carbon footprint and other environmental impacts include using renewable electricity in part manufacturing and switching to electrical cars during the installation stage. Additionally, using steel with a low carbon footprint can further reduce the environmental impact.

Vesivoima on tärkeä uusiutuvan sähkön lähde. Monet vesivoimalat varsinkin Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa ovat vanhoja ja tarvitsevat kunnostusta, esimerkiksi vanhan juoksupyörän vaihtamista uuteen. Vesivoimalaitosten keskeisten laitteiden ympäristövaikutuksia arvioivia tutkimuksia ei ole juurikaan saatavilla. Tässä työssä tehtiin kehdosta hautaan -elinkaariarviointi, jolla saatiin yleiskuva juoksupyörän ympäristövaikutuksista, tärkeistä ympäristövaikutuksiin vaikuttavista tekijöistä ja tavoista vähentää kyseisiä ympäristövaikutuksia. Elinkaariarvioinnissa tutkittiin juoksupyörän vaikutusta seuraavissa vaikutusluokissa: ilmastonmuutos (GWP), happamoituminen (AP), rehevöityminen (EP), valokemiallinen otsonin muodostuminen (POCP), otsonikato (ODP), fossiilittomien uusitutumattomien luonnonvarojen ehtyminen (ADPE), fossiilisten uusiutumattomien luonnonvarojen ehtyminen (ADPF) ja veden käyttö (WDP).

Riippuen ympäristövaikutusluokasta suurin osa ympäristövaikutuksista (69–97 %) syntyy raaka-aineiden hankinnasta, jalostuksesta ja osien valmistuksesta. Asennusvaiheen osuus ympäristövaikutuksista on 10–15 %. Kuljetuksen, kokoonpanon ja kokeiden, käytön ja huollon sekä elinkaaren loppuvaiheiden ympäristövaikutukset ovat vähäisiä. Tässä työssä esitetään keinoja, joilla hiilijalanjälkeä voidaan pienentää jopa 22 %. Hiilijalanjälkeä ja muita ympäristövaikutuksia vähentäviä toimenpiteitä ovat muun muassa uusiutuvan sähkön käyttö osien valmistuksessa ja sähköautojen käyttäminen asennusvaiheessa. Lisäksi vähähiilisen teräksen käyttö voi vähentää ympäristövaikutuksia huomattavasti.