| الوصف: |
This thesis aims to study offshore windfarms, with the goal of obtaining an estimation to relate their power to their cost. In order to do so, it is made studies of all the electrical transmission systems they involve (including AC and DC transmission), calculations and evaluations of the electrical losses as well as the cost of all their components to estimate the budget and to know what components represent the most relevant share. The second main goal is to evaluate the best possible energy transfer system for offshore windfarms that provides the maximum profit. The systems evaluated are AC, DC, GIL (Gas Insulated Lines) and hydrogen production and sale. These studies are applied to 2 offshore windfarm projects in Denmark involving the creation of energy islands, the North Sea project (10 GW) and Bornholm project (2 GW) with 30 years lifespan. The results obtained show a cost of €2,5 million per MW installed, being wind turbines half of the budget, cables 30%, electrical equipment 15% and the artificial energy island/sea platforms 5%. In the economic analysis of the projects, it has been obtained a payback period of 2,6 years (9% of the lifespan) and an expected profit of 10 times the investment. All these results have been calculated with the average EU electricity price in 2022, 250 €/MWh. Regarding electrical losses, around 7% of the energy is lost due to the collecting system (AC) and 4% is lost due to the export system (DC). Another really interesting result that has also been obtained is the break-even distance for raising the voltage from 66 kV (wind turbine output voltage) to 275 kV in order to save costs thanks to cable cross- section reduction. The calculated distance is 40 km and it has been obtained by evaluating the distance- dependent models of the cost of each voltage which include cable price per km and transformers. On the other hand, it has been evaluated the break-even distance for AC/DC by comparing the economic distance-dependent model for each technology based on the costs of their components. These costs include cable price per km and AC/DC converters. The break-even distance found from which DC is a cheaper system is 160 km. GIL have also been studied and they have been compared to DC transmission. Comparing their price per km and the power transfer of a single line, it has been found out that GIL are cheaper than XLPE cables when the power transferred is over 2,7 GW, which is the case for the North Sea project export system to Denmark and UK. Finally, H2 production has been evaluated, reaching the conclusion that this method is better than electricity transmission when electricity price (€/MWh) is lower than 22,8 times H2 price (€/kg). The given result has been obtained by evaluating a 1 GW electrolysis plant with an efficiency of 70%, a production of 21 ton/h H2 and a calculated cost of €874 M Esta tesis tiene como objetivo el estudio de los parques eólicos marinos, con el objetivo de obtener una estimación que relacione su potencia con su coste. Para ello se realizan estudios de todos los sistemas de transmisión eléctrica que involucran (incluyendo AC y DC), cálculos y evaluaciones de las pérdidas eléctricas, así como el coste de todos sus componentes para estimar el presupuesto y saber qué componentes representan la parte más relevante. El segundo objetivo principal es evaluar el mejor sistema de transferencia de energía posible para parques eólicos marinos que proporcione el máximo beneficio. Los sistemas evaluados son AC, DC, GIL (Gas Insulated Lines) y producción y venta de hidrógeno. Estos estudios se aplican a 2 proyectos de parques eólicos marinos en Dinamarca, que implican la creación de islas de energía, el proyecto del North Sea (10 GW) y el proyecto de Bornholm (2 GW) con una vida útil de 30 años. Los resultados obtenidos muestran un coste de 2,5 millones de euros por MW instalado, siendo los aerogeneradores la mitad del presupuesto, los cables el 30%, los equipos eléctricos el 15% y las plataformas/isla artificial el 5%. En el análisis económico de los proyectos se ha obtenido un payback de 2,6 años (9% de la vida útil) y un beneficio esperado de 10 veces la inversión. Estos resultados se han calculado con el precio medio de la electricidad de la UE en 2022, 250 €/MWh. En cuanto a las pérdidas eléctricas, alrededor del 7% de la energía se pierde por el sistema colector (AC) y el 4% se pierde por el sistema de exportación (DC). Otro resultado obtenido, es la distancia de equilibrio para elevar la tensión de 66 kV (tensión de salida del aerogenerador) a 275 kV con el fin de ahorrar costes gracias a la reducción de la sección del cable. La distancia calculada es de 40 km y se ha obtenido evaluando los modelos de coste (dependientes de la distancia) de cada tensión, que incluyen el precio de cable por km y transformadores. Por otro lado, se ha evaluado la distancia de equilibrio para AC/DC, comparando el modelo (dependiente de la distancia) de cada tecnología en función de los costes de sus componentes. Estos costes incluyen el precio del cable por km y los convertidores AC/DC. La distancia de equilibrio encontrada a partir de la cual DC es un sistema más económico es de 160 km. También se han estudiado GIL y se han comparado con la transmisión en DC. Comparando su precio por km y la transferencia de potencia de una sola línea, se ha descubierto que los GIL son más baratos que los cables XLPE cuando la potencia transferida supera los 2,7 GW, como es el caso del sistema de exportación del proyecto del North Sea a Dinamarca y Reino Unido. Finalmente, se ha evaluado la producción de H2, llegando a la conclusión de que este método es mejor que el transporte de electricidad cuando el precio de la electricidad (€/MWh) es inferior a 22,8 veces el precio del H2 (€/kg). El resultado obtenido se ha conseguido evaluando una planta de electrólisis de 1 GW con una eficiencia del 70%, una producción de 21 ton/h H2 y un coste calculado de 874 M€ Aquesta tesi té com a objectiu l'estudi dels parcs eòlics marins, amb l'objectiu d'obtenir una estimació que en relacioni la potència amb el cost. Per això es realitzen estudis de tots els sistemes de transmissió elèctrica que involucren (incloent transmissió AC i DC), càlculs i avaluacions de les pèrdues elèctriques, així com el cost de tots els seus components per estimar el pressupost i saber quins components representen la part més rellevant . El segon objectiu principal és avaluar el millor sistema de transferència d’energia possible per a parcs eòlics marins que proporcioni el màxim benefici. Els sistemes avaluats són AC, DC, GIL (Gas Insulated Lines) i producció i venda d'hidrogen. Aquests estudis s'apliquen a 2 projectes de parcs eòlics marins a Dinamarca que impliquen la creació d'illes d'energia, el projecte del North Sea (10 GW) i el projecte de Bornholm (2 GW) amb una vida útil de 30 anys. Els resultats obtinguts mostren un cost de 2,5 milions d'euros per MW instal·lat, i els aerogeneradors són la meitat del pressupost, els cables el 30%, els equips elèctrics el 15% i les plataformes/illa energètica artificial el 5%. A l'anàlisi econòmica dels projectes s'ha obtingut un payback de 2,6 anys (9% de la vida útil) i un benefici esperat de 10 vegades la inversió. Aquests resultats han estat calculats amb el preu mitjà de l'electricitat de la UE el 2022, 250 €/MWh. Pel que fa a les pèrdues elèctriques, al voltant del 7% de l'energia es perd pel sistema col·lector (AC) i el 4% es perd pel sistema d'exportació (DC). Un altre resultat molt interessant que també s'ha obtingut és la distància d'equilibri per elevar la tensió de 66 kV (tensió de sortida de l'aerogenerador) a 275 kV per estalviar costos gràcies a la reducció de la secció del cable. La distància calculada és de 40 km i s'han obtingut avaluant els models de cost (dependents de la distància) de cada tensió, que inclouen preu de cable per km i transformadors. D'altra banda, s'ha avaluat la distància d'equilibri per a AC/DC comparant el model econòmic (dependent de la distància) per a cada tecnologia en funció dels costos dels components. Aquests costos inclouen el preu del cable per km i els convertidors AC/DC. La distància d’equilibri trobada a partir de la qual DC és un sistema més econòmic és de 160 km. També s’han estudiat GIL i s’han comparat amb la transmissió amb cable XPLE convencional. Comparant el preu per km i la transferència de potència d'una sola línia, s'ha descobert que les GIL són més econòmiques que els cables XLPE quan la potència transferida supera els 2,7 GW, com és el cas del sistema d'exportació del projecte del North Sea a Dinamarca i Regne Unit. Finalment, s'ha avaluat la producció de H2, arribant a la conclusió que aquest mètode és millor que el transport d'electricitat quan el preu de l'electricitat (€/MWh) és inferior a 22,8 vegades el preu de l'H2 (€/kg). El resultat obtingut s'ha obtingut avaluant una planta d'electròlisi de 1 GW amb una eficiència del 70%, una producció de 21 tones/h H2 i un cost calculat de 874 M€ |
