Offshore Wind Generation Economic Analysis

Abstract

Los sistemas de conversión de energía eólica (WECS) predominantes dependen en gran medida de generadores de inducción de doble alimentación con engranajes (DFIG) a la luz de su requisito de electrónica de potencia reducida. El sistema basado en un generador síncrono de imán permanente (PMSG) exige un convertidor de potencia con transferencia completa para controlar el flujo de energía. Dichos requisitos de electrónica de potencia han restringido la adopción de un sistema basado en un PMSG, a pesar de su mayor densidad de potencia, mayor eficiencia, mayor confiabilidad y menor mantenimiento en comparación con una agregación basada en un DFIG. El principal desafío del proyecto es hacer una evaluación económica precisa de los diseños propuestos del PMSG y la electrónica de potencia (PE) asociados con el diseño de acuerdo con las variables de entrada de cada una de las tecnologías propuestas específicas. El objetivo de esta tesis es trabajar en la preparación de modelos para la evaluación económica de la generación, el desarrollo de datos de costes por componentes, la estimación del coste de mantenimiento para la transmisión propuesta, teniendo en cuenta la distancia a la costa y la transmisión de energía, el análisis de sensibilidad y el análisis comparativo de todos los prototipos para la transmisión y la extensión a un proyecto eólico marino. Determinaremos el coste nivelado de energía (LCOE) para varios valores de las variables de los datos de costes por componentes. Este trabajo aborda la caracterización probabilística del viento de una ubicación a partir de datos experimentales del viento, la aplicación de esa caracterización del viento para el cálculo de la generación anual de energía esperada de una sola turbina eólica (WT) con las características mecánicas de la tecnología propuesta y el análisis de los costes de los diseños convencionales y nuevos propuestos. La evaluación de métricas de interés como LCOE y los costes fijos del sistema para diferentes diseños propuestos son útiles para la evaluación de las características de los diseños más rentables y los diseños con mejor rendimiento de generación. Calculamos información de valor para la elección de los parámetros reales del PMSG y el PE. Además, evaluamos los resultados numéricos calculados y proporcionamos observaciones finales de la evaluación económica de la tecnología propuesta.

Prevailing wind energy conversion systems (WECS) rely extensively on geared doubly-fed induction generators (DFIGs) in light of their reduced power electronics requirement. The existing permanent magnet synchronous generator (PMSG) based system demands a full-system-rated power converter to control energy flow. Such power electronics requirements have restricted the adoption of a PMSG-based system, despite its higher power density, increased efficiency, improved reliability, better grid-fault-ride-through capability, and reduced maintenance compared to a DFIG-based aggregation. The main challenge of the project is making an accurate economic assessment of the proposed designs of the PMSG and the power electronics (PE) associated with the design according to the input variables of each of the specific proposed technologies. The objective of this thesis is to work on the preparation of models for generation economic evaluation, the development for component-wise cost data, estimation of maintenance cost for the proposed drivetrain, taking into account distance to shore and power transmission, the analysis of parameter sensitivity and the comparative analysis of all the prototypes for the drivetrain and extension to an offshore wind project. We shall determine the levelized cost of energy (LCOE) for various values of the variables of the component-wise cost data. This work addresses the wind probabilistic characterization of a location from experimental wind data, the application of that wind characterization for the calculation of the expected annual energy generation of a single wind turbine (WT) with the mechanical characteristics of the proposed technology, and the cost analysis of the conventional and new proposed designs. The evaluation of metrics of interest such as LCOE and the fixed costs of the system for different proposed designs are useful for the evaluation of the characteristics of the most profitable designs and the designs with better generation performance. We compute valuable information for the choice of actual parameters of the PMSG and the PE. In addition, we evaluate the computed numerical results and provide concluding remarks of the economic evaluation of the proposed technology.