Cost reduction and stochastic modelling of uncertainties for wind turbine design
Author
Kjeldsen, Kasper
Term
4. term
Education
Publication year
2009
Pages
161
Abstract
This thesis investigates whether upscaling offshore wind turbines with current technology can reduce the cost of energy. The lifetime cost is decomposed into 21 constituents, and scaling models are developed for each to estimate the cost of energy for machines up to 20 MW. Because energy production and structural loads scale differently with size, the outcome depends strongly on how installation, transport, electrical connection, and especially operation and maintenance (O&M) costs grow with turbine size. O&M accounts for more than 30% of lifetime cost; equipment can constitute about half of O&M, and unexpected failures still drive over 60% of O&M even with scheduled maintenance. Detailed O&M models for a gearbox and a full turbine identify blades, the electrical system, yaw and pitch mechanisms, the gearbox, and the generator as the main cost drivers; climate-robust equipment design and potentially direct-drive solutions are highlighted as focus areas. Sensitivity analyses show the optimal turbine size ranges from about 3 MW to 8.5 MW depending on O&M scaling; under one set of assumptions the cost-optimal size is 6 MW, with an indicative cost of energy around 3.2 c€/kWh. Finally, Bayesian reliability updating is demonstrated as a way to guide inspections and maintenance, reduce uncertainty, and lower O&M risk and cost.
Denne afhandling undersøger, om opskalering af havvindmøller med den nuværende teknologi kan reducere energiomkostningen. Levetidsomkostningen opdeles i 21 bestanddele, og der udvikles opskaleringsmodeller for hver for at estimere energiomkostningen for møller op til 20 MW. Da energiproduktion og strukturelle laster skalerer forskelligt med størrelsen, afhænger resultatet stærkt af, hvordan installations-, transport-, elektrisk tilslutning og især drifts- og vedligeholdelsesomkostninger (O&M) vokser med møllestørrelse. O&M udgør over 30% af levetidsomkostningen; udstyr kan udgøre omkring halvdelen af O&M, og uventede fejl driver fortsat over 60% af O&M selv ved planlagt vedligehold. Detaljerede O&M-modeller for gearkasse og hele møllen peger på vinger, elsystem, yaw- og pitchmekanismer, gearkasse og generator som de største omkostningsdrivere; klimatrofastt udstyrsdesign og eventuelt direct-drive løsninger fremhæves som fokusområder. Følsomhedsanalyser viser, at den optimale møllestørrelse varierer fra ca. 3 MW til 8,5 MW afhængigt af O&M’s opskalering; under et sæt antagelser er den omkostningsoptimale størrelse 6 MW, med en vejledende energiomkostning omkring 3,2 c€/kWh. Endelig demonstreres Bayesiansk pålidelighedsopdatering som et værktøj til at målrette inspektion og vedligehold, reducere usikkerhed og sænke O&M-risiko og -omkostning.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]