Techno-economic study of wind energy investments in Europe

Abstract

Energimarkedet går gjennom store endringer som følge av klimaendringer og et økt fokus på bærekraft. Vindkraft er en fornybar energikilde som innehar et enormt potensial for å møte utfordringene med kraftproduksjon, og det har vært en stor utvikling. I denne avhandlingen er det gjennomført en teknisk-økonomisk analyse på lønnsomheten til vindenergi i Europa.

Analysen baserte seg på mulighetene for både landbasert og havbaserte konstruksjoner. De ulike vindpotensialene til ulike Europeiske land ble kartlagt gjennom simuleringer av kapasitetsfaktorer med standariserte parametre basert på dagens markedsituasjon. For landbasert havvind ble det forsøkt å finne et gjennomsnitt av vindpotensialet for landområdet, mens spesifikke områder ble analysert for havvind. Fra disse simuleringene ble kostnaden gjennom livsløpet beregnet med å bruke LCOE(energikostnad over levetiden) som estimator. Her ble det brukt to ulike kostnadsscenarioer for landbasert, bunnfast og flytene havvind for å ta høyde for usikkerheten i kostnadsestimatene, et lavkostnad og et høykostnad. Disse livstidsberegningene ble til slutt sammenlignet med den gjennomsnittlige strømprisen for å etablere lønnsomheten.

Resultatene viser at vindpotensialet følger de samme trendene for både landbasert og havbasert vindkraft, der Nordvest-Europa har de høyeste kapasitetsfaktorene. Områder lenger sør i Europa rundt Middelhavet har lavere potensial. Landbasert vindkraft viser seg å være svært kostnadseffektiv, og er kostnadseffektiv i forhold til strømprisen selv i høykostnadsscenarioet. Dette er med unntak av enkelte områder med spesielt svake vindforhold eller lave strømpriser. Havvind, til tross for høyere energiproduksjon, er ikke kostnadseffektiv i denne analysen uten høye strømpriser og eller lavkostnadsscenarioet. Forskjeller mellom de analyserte teknologiene er illustrert gjennom figurer og tabeller.

Den beste lønnsomheten for vindkraftinvesteringer oppnås i områder med høye strømpriser og gode vindressurser. Irland og Polen fremheves som spesielt gode land for både landbasert og havbasert utvikling. Videre analyser er nødvendige med mer presise kostnadsanslag og for å vurdere hvordan arealbegrensninger for landbasert vind kan påvirke behovet for havvind-utbygging.

The energy market has been transforming for a significant amount of time. Climate change has necessitated the adoption of renewable energy sources (RESs); however, considerable implementation efforts remain to meet the objectives established by Europe and the European Union (EU). Wind power possesses substantial potential, and technological advancements facilitate the ongoing expansion of the wind energy sector.

This thesis performs a techno-economic analysis regarding wind energy investments in Europe. Simulated capacity factors using standard wind turbine design for onshore and offshore are used to differentiate the wind potential between various European countries. From these simulations, the lifetime cost for wind energy investments is calculated by using the Levelised Cost of Electricity (LCOE). Two cost scenarios are used for every turbine design to account for the variable costs related to wind investments, where lower Capital expenditures (CapEx) and interest rates were the differences in the scenarios. These scenarios are compared to average electricity prices to establish where wind power investments are most feasible.

The analysed wind energy potential followed the same trends for onshore and offshore, with northwestern European countries found to have the highest wind potential. Onshore wind feasibility is found to be highly cost-efficient in this analysis, achieving grid parity for the higher-cost scenario. Exceptions occur in areas with weak wind conditions or low electricity prices. Higher energy production offshore doesn't result in grid parity in most cases. It is dependent on high electricity prices and low-cost scenarios. The disparity between the technologies is demonstrated through tables and plots.

The best feasibility for wind energy investments is achieved through a combination of high electricity prices and strong wind resources. Ireland and Poland are highlighted as key locations for both onshore and offshore developments. Further research is needed to refine the cost projections and to assess the available onshore wind development areas, which could provide more incentives for offshore expansion.