Heat-only biomass boiler plant investment cost estimation model based on real boiler plant projects

Thumbnail Image

Files

master_Salmensaari_Tommi_2021.pdf (3.35 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2021-12-13

Department

Major/Subject

Sustainable Energy Conversion Processes

Mcode

ENG3069

Degree programme

Master's Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)

Language

en

Pages

62+1

Series

Abstract

The objective of this master’s thesis was to develop a model for estimating the capital costs of heat-only biomass boiler plants. Data for the model was taken from real biomass boiler plant projects built by the Nordic and Baltic energy company Adven. The purpose of the model is to facilitate quick capital cost estimation for Adven’s new boiler plant projects. As Adven’s project cost data is confidential, only relative cost figures are shown in this thesis. Project data was gathered from project documents for 31 boiler plants from Estonia, Finland and Sweden. Plant projects for the data were taken from 2007 at the earliest to ensure that data was sufficiently current. Project costs were split into 5 different cost categories to help with cost modeling and to increase cost specificity. The investment cost estimation model was created using nonlinear least squares optimization. The structure of the formulas for the cost functions was based on theory and graphical analysis of boiler plant cost data leading to a structure with a logarithmic, linear and constant component. The independent variable used in the cost functions was boiler capacity for most cost categories and building area for the civil contracting cost category. Each cost category was split into several cost functions to reflect different types of boiler plants. Microsoft Excel’s Solver tool was used to create the cost functions from the cost data using the evolutionary algorithm. The completed capital cost estimation model consists of 17 different cost functions and 2 functions for estimating building area. The model functions represent the original cost data accurately for the most part, though some individual cost functions are more uncertain due to lack of data and considerable cost scatter in the data. Based on error analysis, the accuracy of the cost model was approximated at +20/-25% for the total cost which is a great result considering the low number of input variables.

Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää malli biolämpölaitosten investointikustannusten arvioimiseen. Data mallia varten kerättiin oikeista kattilalaitoshankkeista. Laitoshankkeet on toteuttanut energiayhtiö Adven, joka toimii Pohjoismaissa ja Baltiassa. Mallin tarkoitus on mahdollistaa nopea pääomakustannusarvion teko Advenin uusille laitoshankkeille. Advenin projektien hinnat ovat luottamuksellisia, joten tässä työssä esitetään vain suhteellisia lukuja. Projektidata kerättiin projektidokumenteista 31 kattilalaitokselta Ruotsista, Suomesta ja Virosta. Varhaisimmat työhön kerätyt laitokset ovat vuodelta 2007, joten niiden data on vielä ajankohtaista. Projektien hinnat jaettiin viiteen kategoriaan mallinnuksen helpottamiseksi ja hintojen yksityiskohtaisuuden lisäämiseksi. Investointikustannusmalli kehitettiin käyttämällä epälineaarista pienimmän neliösumman menetelmää. Kaavat hintafunktioille valittiin teorian ja graafisen analyysin perusteella johtaen malliin, jossa on logaritminen, lineaarinen ja vakio-osuus. Kattilakapasiteettia käytettiin riippumattomana muuttujana kaikille kategorioille paitsi rakennuskustannuksille, jossa käytettiin rakennusalaa muuttujana. Jokainen hintakategoria jaettiin useaan hintafunktioon, jotta voitaisiin mallintaa erityyppisten laitosten hintoja tarkasti. Hintafunktioiden parametrit optimoitiin Microsoft Excelin Ratkaisin-työkalun evolutionary-ratkaisumenetelmällä. Valmis investointikustannusmalli koostuu 17 hintafunktiosta sekä kahdesta funktiosta, joilla voidaan arvioida rakennusala. Mallin funktiot täsmäävät alkuperäisen datan kanssa pääasiassa hyvin, mutta joidenkin yksittäisten funktioiden tarkkuus on heikompi johtuen datan puutteesta ja suuresta hajonnasta datassa. Virheanalyysin perusteella hintamallin tarkkuuden arvioitiin olevan +20/-25% kokonaishinnalle, mikä on hyvä tulos ottaen huomioon syöttömuuttujien vähäisen määrän.

Description

Supervisor

Vuorinen, Ville

Thesis advisor

Kuusisto, Jaakko

Keywords

biomass, heat-only boiler, boiler plant, CAPEX, capital cost, cost estimation

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2021121910961

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG