Kostnadsanalyse av et innovativt forankringssystem for flytende vindturbiner

Abstract

Offshore vindkraft har et stort potensial som energikilde grunnet havets tilgjengelige areal og sterke vinder. Bunnfaste vindturbiner krever passende bunnforhold og grunt vann. Dette har ført til økt interesse for flytende vindturbiner som kan installeres på dypere vann. Flytende vindkraft er foreløpig ikke lønnsomt, og er avhengig av kostnadsreduksjoner. Forankringssystemet til flytende vindturbiner utgjør en betydelig del av den totale kostnaden. Kjetting er den vanligste forankringslinen som benyttes for flytende vindturbiner, men bruk av kjetting resulterer i et tungt og kostbart forankringssystem som vil ha begrenset funksjonalitet på grunt og dypt vann.

Gjennom denne oppgaven er det foreslått et innovativt forankringssystem som et alternativ til referansesystemet. Det innovative forankringssystemet benytter forankringsliner av polyester og nylon istedenfor kjetting. Dette gjør forankringsystemet mye lettere og mer elastisk, men med tilsvarende stivhet og stabiliseringsevne som referansesystemet. De to forankringssystemene ble modellert og simulert gjennom simuleringsverktøyet 3DFloat. Komponentene i forankringssystemene ble dimensjonert basert på data fra ULS-simuleringer.

En kostnadsanalyse ble gjennomført for å beregne livssykluskostnad (LCC) for forankringssystemene og energikostnad (LCOE) for en vindpark som benytter forankringssystemene. Kostnadsanalysen er basert på innsamlede estimater fra offshore leverandører og tidligere arbeid. En sensitivitetsanalyse ble gjennomført for å undersøke forankringssystemenes kostnadsfølsomhet mot endring av utvalgte nøkkelparametere.

Resultatene fra kostnadsanalysen viste en 45 % reduksjon i LCC for det innovative forankringssystemet i forhold til referansesystemet. Under forutsetning at forankringssystemene utgjør 12,5 % av de totale kostnadene for den flytende vindparken ble det notert en 6 % reduksjon i LCOE ved bruk av det innovative forankringssystemet istedenfor referansesystemet. Etter vurdering av kostnadsreduksjonene anbefales det videre undersøkelser på det innovative forankringssystemet.

Offshore wind power has a large potential as a renewable source of energy due to the available area and strong winds on the ocean. Bottom fixed wind turbines require suitable soil conditions and shallow water. This has caused a rise in interest for floating wind turbines that can be installed on deeper water. Floating wind power is currently not profitable and is depending on cost reductions. The mooring system of floating wind turbines make up a significant part of the total cost. Chain is the most common mooring line used for floating wind turbines, although using chain results in a heavy and expensive mooring system with limited functionality in both shallow and deep water.

This thesis has proposed an innovative mooring system as an alternative to the reference system. The innovative mooring system uses polyester and nylon mooring lines instead of chain. This makes the mooring system much lighter and more elastic but still provide similar stiffness and station keeping ability as the reference system. The two mooring systems were modelled and simulated through the simulation software 3DFloat. The components of the mooring systems were designed based on data from ULS simulations.

A cost analysis was conducted to calculate the life cycle cost (LCC) of the mooring systems and the levelized cost of energy (LCOE) for a wind farm using the mooring systems. The cost analysis is based on obtained estimates from offshore suppliers and previous work. A sensitivity analysis was conducted to measure the cost sensitivity of the mooring systems against changes in selected key parameters.

The results of the cost analysis displayed a 45 % decrease in LCC for the innovative mooring system compared to the reference system. By assuming that the mooring systems make up 12,5 % of the total costs for the floating wind farm, a 6 % reduction in LCOE was noted by using the innovative mooring system instead of the reference system. After considering the cost reductions, the innovative mooring system is recommended for further studies.