Cost analysis and cost estimation model for 1-10 MW small-scale hydropower projects in Norway

Abstract

Small-scale hydropower has been one of the frontiers in the development of new renewable electricity generation in Norway from the turn of the 21st century. Further, small-scale hydropower will be one of the key technologies to utilize in order to fulfill the political objective to increase the production of renewable electricity toward 2020. A better understanding of factors affecting the development of such schemes would therefore be valuable, but has received little attention in academic research.

This thesis conducts a quantitative analysis of key external cost drivers for small-scale hydropower projects (1-10 MW) commissioned in the past ten years, and attempts to model a cost estimation tool to aid in assessment of new projects that are ready to be deployed.

The results showed that investment costs are consistently underestimated in license application budgets. The median difference for total costs in nominal values was found to be 49.1%, and 1.12 NOK/kWh (estimated annual production). The analysis further documents that: 1) Specific total investment costs (in NOK/kWh) increased in real values during the past ten years, with an estimated average growth rate for all projects at 3.7 pp per year (with 2005 as the base year). 2) Total investment costs increase with longer construction periods. An average increase of 37.8% per year in real values was estimated when all projects in the dataset were taken into consideration. 3) Specific investment costs differ between geographical regions. Projects in Western Norway tend to have relatively low specific costs with an observed average of 3.79 NOK/kWh in real values. Projects in Northern Norway tend to have a relatively high specific investment cost, with an observed average of 4.7 NOK/kWh in real values. 4) Projects developed by the owners of the water resource were found to have lower reported costs than projects developed by professional project development companies. Projects in the non-professional group had an observed average specific cost of 3.95 NOK/kWh in real values, while the projects in the professional group had an average specific cost of 4.71 NOK/kWh in real values.

Two cost estimation models for investment costs of small-scale hydropower projects were developed, with use of multiple linear regression. The first was developed for predicting total investment costs, and achieved a mean absolute error rate of 18.0%,. The second was developed for predicting partial costs, and achieved an error rate of 15.6%.

This thesis contributes to the literature by documenting the scales of underbudgeting in license applications, and by analyzing estimated effects of the selected cost driving factors. The cost estimation models developed may prove useful in comparing future small hydropower projects with respect to their investment costs. They can be used to produce independent cost predictions, and complement license application budget estimates for increased accuracy and indication of the cost uncertainty for each project. If applied for analyzing future project development, these findings may be useful for the decision makers and for the hydropower industry.

Småskala vannkraft har vært en av driverne for utvikling av ny fornybar kraftproduksjon i Norge siden årtusenskiftet. Framover vil også småkraft være en av driverne for å oppfylle de politiske målene om økt fornybar kraftproduksjon fram mot 2020. En bedre forståelse av faktorer som påvirker utviklingen av ny småkraft er derfor fordelaktig, men har mottatt lite oppmerksomhet i forskningen. I denne masteroppgaven utføres en kvantitativ analyse av eksterne kostnadsdrivere for småkraftprosjekter (1-10) satt i drift i løpet av de siste ti årene. Et kostnadsestimeringsverktøy blir utviklet med hensyn på å kunne bidra til å evaluere nye småkraftprosjekter som har mottatt konsesjon. Resultatene i denne analysen viser at investeringskostnadene regelmessig underbudsjetteres i budsjettene i konsesjonssøknadene. Median differanse mellom budsjetterte og innrapporterte totale kostnader var 49,1% og 1,12 kr/kWh (estimert årlig produksjon). Analysen dokumenterer videre at: Spesifikk investeringskostnad (i kr/kWh) hadde en realøkning i løpet av de siste ti årene, med en estimert gjennomsnittlig rate for alle prosjekter på 3,7 p.p. per år (med 2005 som basisår) Totale investeringskostnader økte ved lengre byggeperiode. En gjennomsnittlig økning tilsvarende 37,8% per år i faste priser ble estimert når alle prosjekter i datasettet var inkludert. Spesifikk investeringskostnad varierer mellom geografiske regioner. Prosjekter på Vestlandet tenderer til å ha relativt lave spesifikke investeringskostnader, med et observert gjennomsnitt på 3,79 kr/kWh. Prosjekter i Nord-Norge tenderer til å ha relativt høye spesifikke investeringskostnader, med et observert gjennomsnitt på 4,7 kr/kWh i faste priser. Prosjekter utviklet av grunneiere hadde lavere innrapporterte kostnader enn prosjekter utviklet av profesjonelle aktører. Prosjekter utviklet av grunneierne hadde en observert gjennomsnittlig spesifikk kostnad på 3,95 kr/kWh i faste kroner, mens prosjekter utviklet av profesjonelle aktører hadde en observert gjennomsnittlig spesifikk kostnad på 4,71 kr/kWh i faste kroner. To kostnadsestimeringsmodeller for investeringskostnader for småkraftprosjekter ble utviklet ved hjelp av lineær regresjonsanalyse. Den første modellen ble utviklet for estimering av totale utbyggingskostnader, og hadde en gjennomsnittlig absolutt feilrate på 18.0%. Den andre modellen ble utviklet for estimering av totale delkostnader, med en feilrate på 15.6%. Denne masteroppgaven bidrar til forskningslitteraturen ved å dokumentere omfanget av underbudsjettering i konsesjonssøknadene, og ved å analysere effektene av de utvalgte eksterne kostnadsdrivende faktorene. Kostnadsestimeringsmodellene være nyttige for å sammenligne framtidige småkraftprosjekter med hensyn på utbyggingskostnad. De kan brukes som et uavhengig verktøy for å estimere utbyggingskostnader, og komplementere budsjettestimatene for økt nøyaktighet og en indikasjon på usikkerheten av utbyggingskostnaden for enkeltprosjekter. Disse funnene kan være nyttige for beslutningstakere og vannkraftsektoren for å analysere framtidig utvikling av småkraft i Norge.