El análisis de costos explora la viabilidad y el riesgo del mercado estadounidense de la energía eólica marina

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Cortesía de NREL.
Por Anya Breitenbach

Se prevé que el gasoducto de energía eólica marina de EE. UU. Supere los 25.000 megavatios (MW) para 2030. Pero, con solo dos plantas eólicas marinas comerciales operando actualmente en los Estados Unidos, los desarrolladores necesitan modelos precisos para evaluar posibles nuevos proyectos, sopesar los costos realistas con los rendimientos financieros. , anticipar el impacto de las innovaciones tecnológicas y de procesos y cuantificar los factores de riesgo. Si bien los avances tecnológicos y la eficiencia mejorada de la cadena de suministro están ayudando a reducir los costos de la energía eólica y generar más energía, las instalaciones eólicas marinas deben cumplir con los objetivos de costos operativos y de desarrollo para ser competitivas en el mercado energético más amplio.

Los investigadores del Centro Nacional de Tecnología Eólica en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) aplican una amplia gama de conocimientos y herramientas de modelado para ayudar a la industria, el gobierno y los socios de investigación a obtener una comprensión crucial y objetiva del equilibrio entre los potenciales offshore costos, ingresos y riesgos eólicos dentro del contexto más amplio de cuestiones técnicas, legales, reglamentarias, fiscales y políticas.

“Es vital comprender la gama completa de factores que pueden afectar los costos de la energía eólica marina, desde la evolución de las nuevas tecnologías hasta las tendencias de la industria, las prácticas de instalación y las limitaciones operativas”, dijo Walt Musial, líder de la plataforma eólica marina de NREL.

“La experiencia tecnoeconómica de NREL brinda a los tomadores de decisiones gubernamentales, investigadores de plantas eólicas, desarrolladores e inversores una imagen completa de los costos futuros del proyecto, lo que aumenta la probabilidad de éxito para este sector emergente”.

Basados ​​en datos robustos y validados, los esfuerzos de modelado del laboratorio se benefician del conocimiento amplio y profundo de los investigadores sobre tecnologías y problemas en alta mar. NREL modela directamente los gastos de capital y operativos (CapEx y OpEx) para comprender el impacto total de los parámetros del proyecto y las decisiones sobre el costo nivelado de la energía (LCOE) y desarrolla métricas alternativas para proporcionar información adicional no capturada por LCOE. Estos modelos de costos pueden considerar un proyecto a la vez o comparar cualquier número de proyectos hipotéticos en diferentes ubicaciones.


En el nivel: prospección de viabilidad económica

NREL analiza los proyectos eólicos marinos a través de la lente principal de la viabilidad económica. Básicamente, LCOE estima los ingresos necesarios para cubrir el gasto total de construir un sistema eólico y operarlo durante su vida útil prevista. A medida que avanzan las tecnologías eólicas marinas y crece la demanda, NREL y otros analistas de la industria estiman que el costo puede alcanzar un LCOE de 50 a 70 dólares por megavatio-hora (MWh) para 2030, lo que podría hacer que la energía eólica marina sea competitiva en algunos mercados eléctricos de EE. UU.

Los analistas de NREL han utilizado el Analizador de costos regionales costa afuera (ORCA) del laboratorio para calcular el LCOE de instalaciones eólicas flotantes y de fondo fijo en miles de sitios costa afuera de EE. UU. Ese análisis ayuda a identificar los sitios económicamente más atractivos y, lo que es más importante, los impulsores clave del LCOE offshore en los Estados Unidos. ORCA hace posible que los investigadores de NREL calculen el LCOE para el potencial de recursos técnicos de todo Estados Unidos, produciendo mapas de calor de LCOE, trayectorias de costos futuras y desgloses de categorías de costos.

Proyectos más enfocados han evaluado la trayectoria futura del LCOE para estados específicos a medida que la tecnología madura y se construye la infraestructura. Los estudios de NREL para la Oficina de Gestión de Energía Oceánica y la Universidad de Maine han explorado el potencial para comercializar la energía eólica marina en California, Oregon y el Golfo de Maine, y NREL lleva a cabo un trabajo continuo para evaluar los costos de la energía eólica marina flotante en Hawai.

“Las herramientas de análisis tecnoeconómico como ORCA nos permiten combinar una gran cantidad de inteligencia industrial agregada con capacidades de ingeniería y modelos económicos de última generación”, dijo Philipp Beiter, analista del mercado eólico marino de NREL.

ORCA proporciona un resumen completo de los principales factores de inversión, gastos operativos, producción de energía y factores financieros para proyectos eólicos marinos. Para una comprensión más detallada de la logística específica del proyecto y los desgloses de costos, NREL ha desarrollado un modelo de simulación basado en procesos: la herramienta de instalación y equilibrio del sistema de energías renovables en alta mar (ORBITA).

En equilibrio: factorización de la innovación en los costes operativos y de construcción

Los costos de equilibrio del sistema (BOS), que abarcan todos los gastos de construcción distintos del CapEx de turbinas, representan aproximadamente el 40% de los costos del ciclo de vida de una planta eólica marina de fondo fijo. Los modelos de costos BOS de NREL se pueden utilizar para explorar el costo y los impactos logísticos de nuevas estrategias, tecnologías, embarcaciones, procesos y diseños de sistemas. La capacidad de considerar muchos escenarios hipotéticos rápidamente ayuda a aliviar la incertidumbre y reducir los riesgos de adoptar nuevos enfoques.

“Los miembros de nuestro equipo han hecho un gran trabajo identificando los costos, la logística y las limitaciones asociadas con el desarrollo de proyectos eólicos marinos”, dijo Matt Shields, ingeniero eólico marino de NREL. “Pero creo que donde realmente podemos agregar el mayor valor es identificando las vías de reducción de costos más prometedoras para el desarrollo de proyectos futuros. Esto es fundamental para la creciente industria offshore de EE. UU.: Las diferencias en la regulación y la fabricación local significan que no podemos hacer las cosas exactamente igual que en Europa “.

ORBIT proporciona estimaciones de los impactos en los costos del tamaño del proyecto, la escala de la turbina, las características del sitio y una amplia gama de alternativas tecnológicas. Además de evaluar los costos de capital, los análisis de BOS pueden considerar factores como los tiempos de instalación, los impactos climáticos y las migraciones de mamíferos marinos para generar una visión integral de la incertidumbre y el riesgo del proyecto. Al interactuar con otros diseño de sistemas y herramientas de plantas eólicas, ORBIT también puede considerar compensaciones a nivel de proyecto que involucran la introducción de tecnologías novedosas o procesos de instalación para comprender cómo estos impactan los costos generales del proyecto.

¿Cómo cambiarán los costos de BOS y LCOE a medida que las turbinas crezcan? ¿Cómo afectan los cuellos de botella de ensamblaje en los puertos a los tiempos de instalación de las turbinas flotantes? ¿Los beneficios de los diseños de cimientos novedosos superan su mayor costo de capital? ORBIT está abordando estas preguntas y otras para los patrocinadores del DOE de NREL y múltiples socios de la industria.

NREL continúa expandiendo sus capacidades de modelado de costos para proporcionar a los socios un recuento más completo de todas las entradas en el libro mayor de energía eólica marina.

Los costos de operación y mantenimiento (O&M) generalmente representan hasta el 30% del valor LCOE de un proyecto. NREL está invirtiendo en nuevas capacidades modeladas en el marco ORBIT para evaluar el impacto de diferentes estrategias de operación y mantenimiento en el costo, el rendimiento, la disponibilidad y la confiabilidad. Esto completará la capacidad de NREL para predecir con precisión las vías de reducción de costos de todo tipo de innovaciones.

Llegar a la costa: determinar el valor del sistema energético

El equipo de investigación tecnoeconómica de NREL trabaja de la mano con especialistas en modelado de redes, desarrollo de la fuerza laboral y medio ambiente, con una visión más amplia, observando el valor que la energía eólica marina puede ofrecer a la red eléctrica de EE. UU. Y la economía en general al comparar el valor neto de la energía eólica marina la eólica con la eólica terrestre tradicional, la energía solar fotovoltaica y el gas natural.

“El LCOE es una conveniente medida resumida de competitividad si usted es un investigador o desarrollador que evalúa un área de arrendamiento”, dijo el ingeniero de investigación senior de NREL, Garrett Barter. “Pero hay muchas otras partes interesadas que valoran la energía eólica marina de manera diferente, por lo que también tratamos de cuantificar esos beneficios”.

En respuesta, NREL está examinando otros beneficios de la energía eólica marina, como ingresos secundarios, servicios adicionales a la red de servicios públicos además de la simple producción de energía, el impacto de la fuerza laboral, la integración con otras energías renovables y el uso de la tierra, mientras continúa enfocándose en el potencial económico general de las instalaciones. .

Al calcular la inversión y los riesgos asociados con la energía eólica marina, y sopesarlos con el potencial de rendimientos positivos, NREL y sus socios están brindando a la industria el conocimiento y las herramientas necesarias para ganar terreno en el mercado energético y aumentar significativamente la capacidad de producción de la nación. su propia energía de fuentes domésticas limpias, renovables.

Este es uno en un serie de articulos en I + D eólica marina de NREL. Obtenga más información sobre el laboratorio costa afuera, basado en tierray repartido investigación eólica, junto con camaradería oportunidades.

—Anya Breitenbach

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