Cost estimates for potential future wind and solar power generation in Central Europe
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Author
Date
2013
Department
Major/Subject
Energiatalous ja voimalaitostekniikka
Mcode
Ene-59
Degree programme
Language
en
Pages
(13) + 89 s. + liitt. 11
Series
Abstract
The purpose of this study was to get an overview of the future renewable energy potentials in Europe. More specifically, the potentials were estimated in quantity and also production cost levels (levelised cost of energy, lcoe) were determined. Timeframe for the analysis is up until 2035. The study was limited to cover three technologies: onshore wind, offshore wind and solar PV (photovoltaic), which was divided into rooftop scale and utility scale. Geographically the focus was on five big European countries: UK, Germany, France, Italy and Spain. Each of the countries were assessed individually but still by using similar assumptions in the cost calculations in order to enhance comparability of results. Offshore wind analysis was limited to the two most significant countries: UK and Germany. Each technology had its distinctive research methodology. Onshore wind analysis was based on data from a geographical information system (GIS) which was further refined with self-made assumptions. Offshore wind analysis utilised the existing project pipelines to estimate the potential. Production cost calculations were then incorporated into the analysis in order to form a cost-resource curve as a result. Solar PV potential is fundamentally different from wind due to its practically limitless capacity potential. Therefore, an energy mix model was constructed and applied to give an estimate of the energy system related constraints. In addition, similar production cost calculations were made for solar PV as for the wind. The general result was that wind and solar potentials can easily meet not only the renewable energy targets but in most cases even the whole energy demand of a country. The cost levels in 2035 are low and very competitive, onshore wind being the cheapest technology in northern countries (UK, Germany and France) and utility scale solar PV in Italy and Spain. Offshore wind was found to be more expensive than onshore wind in both countries despite of the high full-load hours. In Germany, the difference was not as great as in UK since the transmission system operator is obliged to provide the grid connection for the wind farms. To summarise the energy mix model results, the intermittency of wind and solar generation results high demand exceeding peaks which start to cumulate in high penetration levels resulting need for storage or curtailment. Moreover, the mutual relation between wind and solar capacity will affect the system functionality, although the most significant effect lies in the system flexibility.Tämän työn tarkoitus oli muodostaa kokonaiskuva Keski-Euroopan aurinko- ja tuulivoimapotentiaalien odotetusta tulevaisuuden kehityksestä. Työssä arvioitiin potentiaalien suuruutta sekä niiden kustannustasoja käyttäen tasoitettua tuotantokustannusta (Icoe). Analyysit pyrkivät arvioimaan tilannetta vuoteen 2035 asti. Työ rajattiin kolmeen teknologiaan: maalla sekä merellä sijaitsevaan tuulivoimaan ja aurinkovoimaan, joka edelleen jaettiin katoille sijoitettavaan PV tuotantoon ja maalle asennettavaan suureen kokoluokkaan. Maantieteellisesti työ rajautui viiteen Euroopan suureen maahan: Britanniaan, Saksaan, Ranskaan, Italiaan ja Espanjaan. Jokainen maa käsitellään omana kokonaisuutena, mutta kuitenkin käyttäen samoja oletuksia tuotantokustannuksen laskennassa jossa vertailukelpoisuus säilyy mahdollisimman hyvänä. Merituulivoima keskittyy kahteen teknologian kannalta merkittävimpään maahan: Britanniaan ja Saksaan. Analyyseissa käytettiin teknologioille ominaisimmin soveltuvaa metodiikkaa. Tuulivoima (maa) analyysissa pohjadata oli peräisin maantieteelliseen informaatio systeemiin (GIS) pohjautuvista analyyseista, joita edelleen muokattiin omien oletusten pohjalta. Merituulivoiman analyyseissa puolestaan käytettiin olemassa olevia projektisuunnitelmia hyödyksi potentiaalin määrittämisessä. Kustannuslaskelmat yhdistettiin potentiaalilaskelmien kanssa kustannus-resurssi käyrien muodostamiseksi. Aurinkovoiman analyysi erosi hieman tuulen analyyseista johtuen sen lähes rajattomasta potentiaalista. Tästä johtuen työssä rakennettiin energiajärjestelmä-malli, jonka avulla potentiaalille pyrittiin löytämään rajoitteita energiasysteemin näkökulmasta. Lisäksi aurinkovoimalle laskettiin samoilla oletuksilla tuotantokustannukset kuin tuulivoimalle. Tulokset osoittivat, että tuuli- ja aurinkovoimapotentiaalit ovat riittäviä kattamaan uusiutuvan energian tavoitteen sekä osassa tapauksista myös jopa maiden kokonaissähkönkysynnän. Kustannustasot vuonna 2035 ovat hyvin matalia ja kilpailukykyisiä. Maatuulivoima oli pohjoisemmille maille (Britannia, Saksa ja Ranska) halvin vaihtoehto kun taas Italialle sekä Espanjalle aurinkovoima oli halvin. Merituulivoima puolestaan osoittautui kalliimmaksi vaihtoehdoksi maatuulivoimaan verrattuna sekä Britanniassa että Saksassa. Saksassa näiden kahden ero ei kuitenkaan ollut suuri, koska verkkoyhtiön vastuulla oleva siirtoyhteyden rakentaminen laskee kustannustasoa investoijan näkökulmasta. Energiajärjestelmä-malli osoittaa, että tuulivoima ja aurinkovoima aiheuttavat systeemiin kysynnän ylittäviä piikkejä tuotannossa, jotka kasautuessaan lisäävät tarvetta energian varastoinnille tai tuotannon leikkaamiselle. Lisäksi todettiin, että tuulivoiman ja aurinkovoiman keskinainen suhde vaikuttaa systeemin toimintaa, vaikkakin sen vaikutus on pieni verrattuna systeemin kokonaisjoustavuuteen.Description
Supervisor
Syri, SannaThesis advisor
Iso-Tryykäri, MikkoKeywords
renewable energy, uudistuva energia, onshore wind, tuulivoima, offshore wind, merituulivoima, solar PV, aurinkovoima, LCOE, kustannusresurssikäyrä, CAPEX, energiajärjestelmä, cost-resource curve
