Livsløpsanalyse av flytende vindturbiner med hensyn på interne og eksterne faktorer i sammenligning med bunnfaste vindturbiner

Abstract

Denne masteroppgaven er en del av utviklingen av Njord, et flytende vindturbinkonsept ved UMB. Det blir i denne oppgaven fokusert på å avdekke kostnadene knyttet til hele livsløpet til vindturbinkonseptet. Dette inkluderer produksjon, montering, drift, vedlikehold, og dekommisjonering. For å vise potensialet til Njord blir disse kostnadene sammenlignet med en modell av Hywind, som er et flytende vindturbinkonsept utviklet av tidligere StatoilHydro. Årsaken til at Hywind blir valgt som sammenligningsgrunnlag er at dette konseptet har kommet lengst i utviklingen mot kommersialisering og det er relativt god og tigjengelig informasjon om konseptet. En av hovedforutsetningene for oppgaven er at det forutsettes stor skala vindparker. For å lage et bilde av besparelser knyttet til stor skala tas det utgangspunkt i fire ulike vindparker med ulik avstand fra land og ulikt antall vindturbiner. Det er foreløpig få kostnadsanalyser for flytende offshore vindturbiner tilgjengelig. Dette har skapt utfordringer rundt arbeidet med oppgaven. For offshore bunnfaste vindturbiner eksisterer det derimot god empirisk data innenfor både økonomi og marked. I oppgaven er det derfor benyttet en bunnfast vindturbin som referansegrunnlag. Den økonomiske analysen deles i fire hovedkategorier. Disse er produksjon, montering, drift og vedlikehold samt dekommisjonering. Analysen av produksjonskostnader avdekker sveise–og stålkostnader for de ulike konseptene. De største økonomiske forskjellene mellom konseptene finner man i denne delen av analysen. For monteringsanalysen velges det å ta utgangspunkt i en konvensjonell og en spesialisert monteringsmåte. Kostnader knyttet til disse redegjøres og sammenlignes. Forankringskostnader for de flytende konseptene estimeres og inkluderes i den totale monteringskostnaden. En analyse av kabel- og transformatorkostnader gjennomføres der det blir lagt spesiell vekt på avstanden fra land og ulike teknologibehov som kommer av denne. Drifts – og vedlikeholdskostnader omfatter kostnader knyttet til drift av driftsbase, planlagt og ikke-planlagt vedlikehold av vindturbiner og vedlikehold knyttet til sjøkabler. Det lages flere scenarioer der man benytter et vanlig fartøy, spesialfartøy eller helikopter, samt om det velges å ha driftsbase på land eller en driftsplattform ute i vindparken. Den siste fasen i livsløpet til alle vindturbiner er dekommisjoneringen. Tauing, tilsvarende som for montering, anses som eneste gjennomførbare alternativ. Den største forskjellen i kostnader ligger her i skrapverdien av vindturbinene som avhenger av totalvekt av stål avdekket i produksjonsanalysen. Foreløpige økonomiske analyser viser en klar fordel for Njord-konseptet. Den har en mindre flyter som gir betydelige besparelser i produksjonskostnader. På den annen side vil Njord-konseptet medføre større utfordringer i forhold til montering og håndtering. Endelig løsninger for montering vil derfor bli avgjørende for om konseptet er gjennomførbart. Med utgangspunkt i livsløpet til flytende vindturbiner utføres en SWOT-analyse for å vise eksterne og interne styrker og svakheter for konseptene. Med bakgrunn i denne og den økonomiske analysen utarbeides til slutt en forretningsplan for Njord-konseptet. For forretningsplanen er det valgt å konsentrere seg om et tidsperspektiv på ett år siden Njord-konseptet er på et tidlig stadium i utviklingen. Forretningsplanen blir således utarbeidet mer som en plan for neste finansieringssteg og ikke som en standard forretningsplan. ABSTRACT This master thesis is a part of the development of Njord, a floating wind turbine concept at The University of Life Sciences (UMB). The thesis focuses on determining the costs associated with the entire life cycle of Njord. This includes manufacturing, installation, operation and maintenance, and decommissioning. The life cycle costs for Njord are then compared with a model of Hywind, a floating wind turbine concept developed by former StatoilHydro. Hywind is selected as a basis of comparison because this concept is the one which has developed furthest towards commercialization. It is also the one that is best known in terms of information. Throughout the thesis large-scale wind farms are assumed. To create a picture of the savings related to large-scale, four wind farms with different distance from shore and number of wind turbines are used. Offshore floating wind power is still a very immature business and it is not much information available. This has complicated the analysis. This is also the reason that throughout the thesis a bottom-fixed wind turbine is used as a reference. The analysis of production costs covers welding and material costs for the different concepts. It is in this part of the economic analysis that the major differences between the concepts will be revealed. To verify the production costs generated from a simulation model, production costs will be compared to various sources of bottom-fixed wind turbines. The analysis of installation costs is based on two assembly methods. These are compared in respect of technology use and costs. Costs related to the foundation revealed for the floating concepts, and cable and transformer costs are included here as well. Operating and maintenance costs include costs related to operation of the operating base, planned and unplanned maintenance of wind turbines and maintenance associated with submarine cables. Several scenarios are established in which depends on if you choose to use normal vessels, special vessels or helicopters. It also depends on if you choose to have an operational base on land or an operating platform out in the wind park. The last phase in the life cycle of all wind turbines are decommissioning. After discussing several options a reverse course of towing assembly is chosen. The biggest difference in decommissioning costs between the concepts lies in the scrap value of wind turbines that depends on the total weight of steel earlier identified in the production analysis. Preliminary economic analysis shows a clear advantage for the Njord concepts. The Njord concepts, and especially Njord-B, have a small floating foundation compared to Hywind that provides significant savings in production costs. Based on the life cycle of floating wind turbines a SWOT-analysis has been established to identify external and internal strengths and weaknesses of the concepts. Based on this SWOT-analysis and the economic analysis a plan for the first financial step for the Njord concept has been developed. The first financial step concentrates on a time horizon of one year since the Njord concept is still at an early stage of development. The business plan is therefore developed more as a plan for financing the next step and not as a standard business plan.