Verdifaktor for vindkraft på land i kraftmarkedet: Effekten av økende vindkraftkapasitet

Abstract

Forskjellige kraftverk har ulike produksjonsprofiler, produksjonsmønstre, korrelasjoner med forbruk og størrelse på kraftanlegg. Det er derfor ikke lett å sammenligne hvor godt et kraftverk gjør det mot et annet bare ved å sammenligne inntekter. Verdifaktor er en beskrivelse av hvor god inntjening et kraftverk har per produserte enhet i forhold til andre kraftprodusenter i et kraftmarked. Denne studien tar for seg en analyse av verdifaktor for vindkraft på land. Oppgavens metode er en kvantitativ analyse av observerte og simulerte markedsdata for å beregne verdifaktor til vindkraft i kraftmarkedet for kraftsone NO3 i Norge. Hovedproblemstillingen for denne oppgaven var å analysere hvordan verdifaktoren til vindkraft i Norge vil endres med økende vindkraftkapasitet for vindkraft på land. Første del av gradsoppgaven gir et kort tilbakeblikk i utviklingen av vindkraft og verdifaktor ved hjelp av et eksempelanlegg. Her kombineres en historisk vindprofil fra et eksempelanlegg med kraftpriser fra Nord Pool brukt for å se på utviklingen av verdifaktoren fra perioden 05.02.2019 til 31.03.2022. Resultatene tilsier at verdifaktoren ble redusert i perioden og korrelerer negativt med kraftprisen på årsbasis. Verdifaktorens synkende trend kan skyldes et reduserende kraftvolum og dårlig vinterkorrelasjoner. «Curtailment» (tap) er ikke inkludert i den historiske profilen. Analyser av simulasjoner i kraftsystemmodellen Balmorel gir med ulike scenarier innsikt i hvordan kraftprisen og dermed verdifaktoren utvikler seg i takt med en økning av vindkraftkapasitet. Balmorel ble brukt til å simulere produksjonsdata og kraftpriser for året 2030 i kraftsone NO3 i Norge. Produksjonsdata ble gitt som en kapasitetsfaktor, som ble multiplisert med økende installert vindkraftkapasitet. Det ble gjort en forenkling ved at vindkraftproduksjonen (og curtailment) blir solgt (eller går tapt) til kraftprisen i kraftsone NO3. For å analysere hvordan verdifaktoren påvirkes med en økning av markedsandel for vindkraft på land i 2030, ble ulike scenarier for utviklingen av vindkraftkapasiteten analysert i Balmorel. Dette ble gjort ved å sammenligne vindprofiler med dagens installerte vindkraftkapasitet på land i kraftsone NO3 på 2100 MW med økte kapasiteter på 4200, 6300 og 8400 MW. Dette ble gjort med to ulike vindprofiler: En «simulert profil» som er simulert i Balmorel fra DTU Wind Energy’s kalt CorRES (Correlations in Renewable Energy Sources) og en «historisk profil» basert på observerte produksjonsdata fra et faktisk vindkraftanlegg. Den simulerte profilen har ulike vindhastigheter per tidssegment som er spredt utover analysert område i kraftsone NO3. Historisk profil, fra første del av analysen, ble behandlet som en «flat» profil for vindkraftproduksjon på land i kraftsone NO3. Det vil si at vindhastighetene er like over hele landområdet i hvert enkelte tidssegment. Vindprofilene ble deretter sammenlignet for de fire økende scenariene for å se om utviklingen av verdifaktorene ga forskjellige resultater. Historisk profil hadde i gjennomsnitt ca. 9 prosentpoeng lavere verdifaktor enn simulert profil og gikk fra 0,90 til 0,61 med økningen fra 2100 MW til 8400 MW. Disse resultatene viser at en økende vindkraftkapasitet reduserer verdifaktoren vesentlig. Analysen i denne oppgaven viser betydningen av å utføre en undersøkelse av verdifaktor fordi en økt markedsandel vindkraft påvirker verdifaktoren og dermed inntektene negativt. Dette er viktig for lønnsomheten til et vindkraftanlegg og planlegging av nye anlegg og overføringskapasitet.

Different power plants have different production profiles, production patterns, correlations with consumption and size of power plants. It is therefore not easy to compare how well one power station is doing against another just by comparing revenues. A value factor is a description of how good a power plant’s earnings are per unit produced in a power market. This thesis deals with an analysis of the value factor for onshore wind power. The thesis’s method is a quantitative analysis of observed and simulated market data to calculate the value factor for wind power in the power market for power zone NO3 in Norway. The main problem for this thesis was to analyze how the value factor for wind power in Norway will change with increasing wind power capacity for onshore wind power. The first part of the thesis provides a brief overview of the development of wind power and value factor using an example plant. Here, a historical wind profile from an example plant is combined with power prices from Nord Pool, is used to look at the development of the value factor from the period 05/02/2019 to 31/03/2022. The results indicate that the value factor was reduced during the period and correlates negatively with the power prices on an annual basis. The value factor’s downward trend may be due to a reducing power volume and poor winter correlations. «Curtailment» (loss) is not included in the historical profile. Analyzes of simulations in the Balmorel power system model provide, with different scenarios, insight into how the power price and thus the value factor develops in line with an increase in wind power capacity. Balmorel was used to simulate production data and power prices for the year 2030 in power zone NO3 in Norway. Production data was given as a capacity factor, which was multiplied by an increasing installed wind power capacity. A simplification was made in that the wind power production (and curtailment) is sold (or lost) as the power price in power zone NO3. To analyze how the value factor is affected by an increase in the market share for onshore wind power in 2030, various scenarios for the development of wind power capacity were analyzed in Balmorel. This was done by comparing wind profiles with today’s installed wind power capacity onshore in power zone NO3 of 2100 MW with increased capacities of 4200, 6300 and 8400 MW. This was done with two different wind profiles: A «simulated profile» which is simulated in Balmorel from DTU Wind Energy’s called CorRES (Correlations in Renewable Energy Sources) and a «historical profile» based on observed production data from an actual wind power plant. The simulated profile has different wind speeds per time segment which are spread over the analyzed area in power zone NO3. Historical profile, from the first part of the analysis, was treated as a «flat» profile for wind power production onshore in power zone NO3. This means that the wind speeds are the same over the entire land area in each individual time segment. The wind profiles were then compared for the four increasing scenarios to see if the development of the value factor gave different results. Historical profile had on average approximately 9 percentage points lower value factor than simulated profile and went from 0.90 to 0.61 with the increase from 2100 MW to 8400 MW. These results show that an increasing wind power capacity significantly reduces the value factor. The analysis in this thesis shows the importance of carrying out an investigation of the value factor because an increasing market share of wind power affects the value factor and thus the revenues negatively. This is important for the profitability of a wind power plant and the planning of new plants and transmission capacity.