Saubere Stromversorgung
Veröffentlicht auf 5. Dezember 2020 |
vom US-Energieministerium
5. Dezember 2020 durch US-Energieministerium
Mit freundlicher Genehmigung von NREL.
Von Anya Breitenbach
Die US-amerikanische Offshore-Windenergie-Pipeline wird voraussichtlich bis 2030 25.000 Megawatt (MW) überschreiten. Da derzeit nur zwei kommerzielle Offshore-Windkraftanlagen in den USA in Betrieb sind, benötigen Entwickler eine genaue Modellierung, um potenzielle neue Projekte zu bewerten und realistische Kosten gegen finanzielle Renditen abzuwägen , antizipieren die Auswirkungen von Technologie- und Prozessinnovationen und quantifizieren Risikofaktoren. Während technologische Fortschritte und verbesserte Effizienz der Lieferkette dazu beitragen, die Windenergiekosten zu senken und mehr Energie zu erzeugen, müssen Offshore-Windanlagen die Entwicklungs- und Betriebskostenziele erfüllen, um auf dem breiteren Energiemarkt wettbewerbsfähig zu sein.
Forscher des National Wind Technology Center des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums (DOE) wenden eine breite Palette von Modellierungskenntnissen und -werkzeugen an, um Industrie, Regierung und Forschungspartnern dabei zu helfen, das Gleichgewicht zwischen potenziellen Offshore-Unternehmen entscheidend und objektiv zu verstehen Windkosten, Einnahmen und Risiken im breiteren Kontext technischer, rechtlicher, regulatorischer, steuerlicher und politischer Fragen.
"Es ist wichtig, die gesamte Bandbreite der Faktoren zu verstehen, die sich auf die Offshore-Windkosten auswirken können, von der Entwicklung neuer Technologien bis hin zu Branchentrends, Installationspraktiken und betrieblichen Einschränkungen", sagte Walt Musial, Leiter der NREL-Offshore-Windplattform.
"Das technoökonomische Know-how von NREL gibt Entscheidungsträgern, Windkraftforschern, Entwicklern und Investoren ein umfassendes Bild der zukünftigen Projektkosten und erhöht die Erfolgswahrscheinlichkeit für diesen aufstrebenden Sektor."
Basierend auf robusten, validierten Daten profitieren die Modellierungsbemühungen des Labors von dem breiten und tiefen Wissen der Forscher über Offshore-Technologien und -Probleme. NREL modelliert direkt sowohl die Kapital- als auch die Betriebsausgaben (CapEx und OpEx), um die Gesamtauswirkung von Projektparametern und Entscheidungen auf die gestuften Energiekosten (LCOE) zu verstehen, und entwickelt alternative Metriken, um zusätzliche Erkenntnisse zu liefern, die von LCOE nicht erfasst werden. Diese Kostenmodelle können jeweils ein Projekt berücksichtigen oder eine beliebige Anzahl hypothetischer Projekte an verschiedenen Standorten vergleichen.
Auf der Ebene: Auf der Suche nach wirtschaftlicher Machbarkeit
NREL analysiert Offshore-Windprojekte unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit. LCOE schätzt im Wesentlichen die Einnahmen, die erforderlich sind, um die Gesamtkosten für den Bau und den Betrieb einer Windkraftanlage über die voraussichtliche Lebensdauer zu decken. Angesichts des Fortschritts der Offshore-Windtechnologien und der steigenden Nachfrage schätzen NREL und andere Branchenanalysten, dass die Kosten bis 2030 einen LCOE von 50 bis 70 USD pro Megawattstunde (MWh) erreichen könnten, was Offshore-Wind auf einigen US-amerikanischen Strommärkten möglicherweise wettbewerbsfähig macht.
NREL-Analysten haben den Offshore Regional Cost Analyzer (ORCA) des Labors verwendet, um den LCOE von Anlagen mit festem Boden und schwimmendem Wind an Tausenden von Offshore-Standorten in den USA zu berechnen. Diese Analyse hilft dabei, die wirtschaftlich attraktivsten Standorte und vor allem die Haupttreiber von Offshore-LCOE in den USA zu identifizieren. ORCA ermöglicht es NREL-Forschern, LCOE für das technische Ressourcenpotenzial der gesamten Vereinigten Staaten zu berechnen und LCOE-Wärmekarten, zukünftige Kostenverläufe und Aufschlüsselungen der Kostenkategorien zu erstellen.
Eng fokussierte Projekte haben die zukünftige Entwicklung von LCOE für bestimmte Staaten bewertet, wenn die Technologie ausgereift ist und die Infrastruktur aufgebaut wird. NREL-Studien für das Bureau of Ocean Energy Management und die University of Maine haben das Potenzial für die Kommerzialisierung von Offshore-Windenergie in Kalifornien, Oregon und im Golf von Maine untersucht. NREL führt derzeit Arbeiten zur Bewertung der schwimmenden Offshore-Windkosten in Hawaii durch.
"Technoökonomische Analysetools wie ORCA ermöglichen es uns, eine Fülle von aggregierten Brancheninformationen mit modernsten technischen und wirtschaftlichen Modellierungsfunktionen zu kombinieren", sagte Philipp Beiter, Offshore-Windmarktanalyst bei NREL.
ORCA bietet eine umfassende Zusammenfassung der wichtigsten CapEx-, OpEx-, Energieerzeugungs- und Finanztreiber für Offshore-Windprojekte. Für ein detaillierteres Verständnis der projektspezifischen Logistik und der Kostenaufschlüsselung hat NREL ein prozessbasiertes Simulationsmodell entwickelt: das Offshore Renewables Balance-of-System und das Installationstool (ORBIT).
In Balance: Innovation in Bau- und Betriebskosten einbeziehen
Die BOS-Kosten (Balance-of-System), die alle Baukosten außer der Turbinen-CapEx umfassen, machen etwa 40% der Lebenszykluskosten einer Offshore-Windkraftanlage mit festem Boden aus. Mit den BOS-Kostenmodellen von NREL können die Kosten und logistischen Auswirkungen neuer Strategien, Technologien, Schiffe, Prozesse und Systemdesigns untersucht werden. Die Fähigkeit, viele „Was-wäre-wenn“ -Szenarien schnell zu berücksichtigen, trägt dazu bei, Unsicherheiten zu verringern und das Risiko neuer Ansätze zu verringern.
„Unsere Teammitglieder haben großartige Arbeit geleistet, um die Kosten, die Logistik und die Einschränkungen bei der Entwicklung von Offshore-Windprojekten zu ermitteln“, sagte Matt Shields, Offshore-Windingenieur bei NREL. „Aber ich denke, wo wir wirklich den größten Mehrwert schaffen können, müssen wir die vielversprechendsten Wege zur Kostenreduzierung für die zukünftige Projektentwicklung identifizieren. Dies ist für die wachsende Offshore-Industrie in den USA von entscheidender Bedeutung. Aufgrund der unterschiedlichen Vorschriften und der lokalen Fertigung können wir nicht genau das Gleiche tun wie in Europa. “
ORBIT bietet Schätzungen der Kostenauswirkungen von Projektgröße, Turbinenskalierung, Standortmerkmalen und einer Vielzahl von technologischen Alternativen. Neben der Bewertung der Kapitalkosten können BOS-Analysen Faktoren wie Installationszeiten, Wetterauswirkungen und Migrationen von Meeressäugern berücksichtigen, um einen umfassenden Überblick über die Unsicherheit und das Risiko des Projekts zu erhalten. Durch die Schnittstelle mit dem anderen NREL Systemdesign und Werkzeuge für WindkraftanlagenORBIT kann auch Kompromisse auf Projektebene in Betracht ziehen, die die Einführung neuartiger Technologien oder Installationsprozesse beinhalten, um zu verstehen, wie sich diese auf die Gesamtkosten des Projekts auswirken.
Wie werden sich BOS-Kosten und LCOE ändern, wenn die Turbinen größer werden? Wie wirken sich Montageengpässe an Häfen auf die Installationszeiten schwimmender Turbinen aus? Wiegen die Vorteile neuartiger Fundamentdesigns die höheren Kapitalkosten auf? ORBIT beantwortet diese und andere Fragen für die DOE-Sponsoren von NREL und mehrere Industriepartner.
NREL erweitert seine Möglichkeiten zur Kostenmodellierung weiter, um den Partnern eine umfassendere Übersicht aller Einträge im Offshore-Windbuch zu bieten.
Die Betriebs- und Wartungskosten (O & M) machen in der Regel bis zu 30% des LCOE-Werts eines Projekts aus. NREL investiert in neue Funktionen, die auf dem ORBIT-Framework basieren, um die Auswirkungen verschiedener Betriebs- und Wartungsstrategien auf Kosten, Leistung, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit zu bewerten. Dies wird die Fähigkeit von NREL abrunden, Kostensenkungspfade aus allen Arten von Innovationen genau vorherzusagen.
Zurück an die Küste: Wert für das Energiesystem bestimmen
Das technoökonomische Forschungsteam von NREL arbeitet Hand in Hand mit Netzmodellierungs-, Personalentwicklungs- und Umweltspezialisten. Dabei wird der Wert, den Offshore-Wind für das US-amerikanische Stromnetz und die Gesamtwirtschaft liefern kann, durch einen Vergleich des Nettowertes von Offshore untersucht Wind mit dem von traditionellem Landwind, Solarphotovoltaik und Erdgas.
"LCOE ist ein praktisches zusammenfassendes Maß für die Wettbewerbsfähigkeit, wenn Sie als Forscher oder Entwickler eine Mietfläche bewerten", sagte Garrett Barter, Senior Research Engineer bei NREL. "Aber es gibt viele andere Interessengruppen, die Offshore-Wind unterschiedlich bewerten. Deshalb versuchen wir, diese Vorteile auch zu quantifizieren."
Als Reaktion darauf prüft NREL neben der einfachen Stromerzeugung, den Auswirkungen auf die Belegschaft, der Integration mit anderen erneuerbaren Energien und der Landnutzung weitere Vorteile von Offshore-Windenergien wie Sekundäreinnahmen, zusätzliche Dienstleistungen für das Versorgungsnetz und konzentriert sich weiterhin auf das gesamtwirtschaftliche Potenzial von Anlagen .
Durch die Berechnung der mit Offshore-Windenergie verbundenen Investitionen und Risiken und deren Abwägung gegen das Potenzial für positive Renditen vermitteln NREL und seine Partner der Industrie das Wissen und die Werkzeuge, die erforderlich sind, um sich auf dem Energiemarkt zu behaupten – und die Produktionskapazität des Landes erheblich zu steigern seine eigene Energie aus sauberen, erneuerbaren, heimischen Quellen.
Dies ist einer in einem Artikelserie zu NRELs Offshore-Wind-Forschung und -Entwicklung. Erfahren Sie mehr über die Labors Off-Shore, Land-basiert, und verteilt Windforschung, zusammen mit Partnerschaft Chancen.
-Anya Breitenbach
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