De economische aspecten van inductiesmelten met zonne-energie: wanneer is het terugverdiend en hoe lang duurt het?
De economische haalbaarheid van inductief smelten met zonne-energie wordt steeds aantrekkelijker in markten met goede zonne-energiebronnen en hoge netstroomkosten. De genivelleerde elektriciteitskosten van een systeem met zonne-energie en batterijen zijn gedaald van 0,15 tot 0,20 USD per kWh in 2018 naar 0,05 tot 0,10 USD per kWh in 2024, en naar verwachting zullen ze dalen naar 0,03 tot 0,06 USD per kWh in 2028. De overgang naar netstroom vindt nu in veel markten plaats, en de vraag is niet langer of inductief smelten met zonne-energie zinvol is, maar wanneer de terugverdientijd kort genoeg is om de investering te rechtvaardigen.
Kostencomponenten
De kosten van een inductiesmeltsysteem met zonne-energie en opslag bestaan uit drie hoofdbestanddelen: de zonnepanelen, het batterij-energieopslagsysteem (BESS) en het energieomzettingssysteem (PCS). De kosten van elk van deze onderdelen zijn de afgelopen 5 jaar aanzienlijk gedaald.
De kosten van zonnepanelen bedragen 0,4 tot 0,6 USD per geïnstalleerde Watt voor grootschalige systemen met éénassige volgsystemen. Een zonnepaneleninstallatie van 10 MW kost 4 tot 6 miljoen USD, inclusief de modules, de montage, de omvormers en de netaansluiting.
De kosten van een BESS (Battery Energy Storage System) bedragen 200 tot 350 USD per kWh, inclusief installatie voor LFP-batterijsystemen met batterijbeheersysteem (BMS), thermisch beheer en brandbeveiliging. Een BESS van 10 MWh kost 2 tot 3,5 miljoen USD, inclusief de batterijen, de containers, de HVAC-installatie en de veiligheidssystemen.
PCS-kosten: 0,10 tot 0,15 USD per geïnstalleerde Watt voor bidirectionele omvormers op utiliteitsschaal. Een PCS van 5 MW kost 0,5 tot 0,75 miljoen USD, inclusief de omvormer, de transformator en de schakelapparatuur.
De totale systeemkosten voor een zonne-energie-plus-opslaginstallatie van 5 MW (10 MW PV, 10 MWh BESS, 5 MW PCS) bedragen 6,5 tot 10 miljoen USD, afhankelijk van de locatie en het systeemontwerp. De kosten per kW ovencapaciteit liggen tussen de 1,3 en 2,0 miljoen USD per MW.
Gelijkmatige elektriciteitskosten (LCOE)
De genivelleerde elektriciteitskosten (LCOE) van een zonne-energie-plus-opslagsysteem worden berekend als de totale kosten van het systeem gedurende de levensduur gedeeld door de totale geproduceerde elektriciteit. De formule is:
LCOE = (CRF * CapEx + OpEx) / Jaarlijkse energie
waarbij CRF de kapitaalherstelfactor is (een functie van de disconteringsvoet en de levensduur van het systeem), CapEx de totale kapitaalkosten zijn, OpEx de jaarlijkse operationele kosten zijn en AnnualEnergy de jaarlijkse elektriciteitsproductie is.
Voor een zonne-energie-plus-opslagsysteem van 5 MW met 10 MW PV, 10 MWh batterij-energieopslagsysteem (BESS), een levensduur van 25 jaar, een disconteringsvoet van 8 procent en 0,5 procent jaarlijkse operationele kosten (OpEx) als fractie van de investeringskosten (CapEx):
CRF = 0,08 * (1,08)^25 / ((1,08)^25 - 1) = 0,0937
LCOE = (0,0937 * 8 miljoen + 0,005 * 8 miljoen) / 18 GWh = 0,046 USD per kWh
De LCOE (Levelized Cost of Electricity) van 0,046 USD per kWh is concurrerend met netstroom van 0,05 tot 0,10 USD per kWh in de meeste markten. In markten waar netstroom meer dan 0,08 USD per kWh kost, heeft het zonne-energie-plus-opslagsysteem een duidelijk kostenvoordeel.
Terugverdienberekening
De terugverdientijd wordt berekend als de extra investeringskosten van het zonne-energie-plus-opslagsysteem gedeeld door de jaarlijkse besparing op netstroom. Voor een zonne-energie-plus-opslaginstallatie van 5 MW in een markt met een netstroomtarief van 0,10 USD per kWh:
Jaarlijkse energieproductie: 18 GWh bij een capaciteitsfactor van 0,04, maar slechts 60 procent van het energieverbruik van de oven wordt geleverd door zonne-energie = 18 * 0,60 = 10,8 GWh
Wacht even, dit moet omgekeerd worden. Als het systeem 18 GWh per jaar produceert en de cv-ketel 30 GWh per jaar verbruikt, dan is de bijdrage van de zonne-energie 18/30 = 60 procent. De jaarlijkse besparing op energiekosten bedraagt 18 GWh * (0,10 - 0,046) USD per kWh = 0,97 miljoen USD per jaar.
De terugverdientijd van het systeem van 8 miljoen USD bedraagt 8 / 0,97 = 8,2 jaar. Dit is acceptabel voor een investering met een levensduur van 25 jaar, maar het is langer dan de gebruikelijke terugverdientijd van 3 tot 5 jaar voor industriële installaties. Om de terugverdientijd te verkorten, moet de omvang van het systeem worden geoptimaliseerd of moeten de kosten voor netstroom hoger worden.
Als de netstroomkosten 0,15 USD per kWh bedragen (hoge kostenmarkt), zijn de jaarlijkse besparingen 18 * (0,15 - 0,046) = 1,87 miljoen USD per jaar, en de terugverdientijd 8 / 1,87 = 4,3 jaar. Dit is concurrerend met de meeste investeringscriteria voor de industrie.
Gevoeligheidsanalyse
Het rendement is afhankelijk van verschillende parameters. De belangrijkste zijn:
Kosten van netstroom: de terugverdientijd daalt met 1 jaar voor elke stijging van 0,02 USD per kWh in de kosten van netstroom. In markten met 0,15 USD per kWh of meer aan netstroom bedraagt de terugverdientijd 4 tot 5 jaar.
Zonne-energie: de terugverdientijd daalt met 0,5 tot 1 jaar voor elke 10 procent toename in de jaarlijkse zonne-energieopbrengst. Op locaties met veel zonne-instraling (Midden-Oosten, zuidwesten van de VS, Binnen-Mongolië) is de zonne-energieopbrengst 25 tot 35 procent hoger dan gemiddeld en is de terugverdientijd 1 tot 2 jaar korter.
Kosten van BESS: de terugverdientijd daalt met 0,5 jaar voor elke daling van 50 USD per kWh in de kosten van BESS. Naar verwachting zullen de kosten van BESS tegen 2028 met 30 tot 50 procent dalen, en de terugverdientijd zal in die periode met 1 tot 1,5 jaar afnemen.
Kosten van zonnepanelen: de terugverdientijd daalt met 0,3 jaar voor elke daling van 0,10 USD per Watt in de kosten van zonnepanelen. Naar verwachting zullen de kosten van zonnepanelen tegen 2028 met 20 tot 30 procent dalen, en de terugverdientijd zal in diezelfde periode met 0,5 tot 1 jaar afnemen.
Koolstofbeprijzing: in markten met koolstofbeprijzing (EU CBAM, VS IRA, Chinese koolstofmarkt) stijgen de effectieve netkosten voor elektriciteit met 0,01 tot 0,05 USD per kWh. De terugverdientijd daalt met 0,5 tot 2 jaar, afhankelijk van de hoogte van de koolstofbeprijzing.
Optimale systeemgrootte
De optimale systeemgrootte is niet altijd de grootst mogelijke. Een systeem dat is ontworpen om 100 procent van de jaarlijkse energiebehoefte te dekken, heeft hogere investeringskosten en een langere terugverdientijd. Een systeem dat is ontworpen om 60 tot 80 procent van de jaarlijkse energiebehoefte te dekken (met netstroom als back-up voor de resterende 20 tot 40 procent) heeft lagere investeringskosten en een kortere terugverdientijd.
De optimale omvang hangt af van de kosten van netstroom en de CO2-heffing. In markten met hoge netstroomkosten en een hoge CO2-heffing is de optimale omvang 80 tot 100 procent van het jaarlijkse energieverbruik. In markten met gemiddelde netstroomkosten en zonder CO2-heffing is de optimale omvang 50 tot 70 procent.
MONTE INTELLIGENCE gebruikt een financieel model om de systeemgrootte voor elk project te optimaliseren. Het model houdt rekening met de zonne-energieopbrengst op locatie, de lokale netstroomkosten, de CO2-beprijzing, de kosten van het batterij-energieopslagsysteem (BESS) en de discontovoet. Het model berekent vervolgens de optimale PV-capaciteit, de optimale BESS-capaciteit en de terugverdienperiode.
Financiering en stimuleringsmaatregelen
Verschillende financieringsmogelijkheden en stimuleringsmaatregelen kunnen de terugverdientijd van een inductiesmeltinstallatie met zonne-energie en opslag verkorten. De meest voorkomende zijn:
Groene obligaties: obligaties met een looptijd van 10 tot 20 jaar en een rente van 3 tot 6 procent, gebruikt voor de financiering van projecten voor hernieuwbare energie. De rente is lager dan de kapitaalkosten voor de gieterij en de besparingen worden gedeeld tussen de obligatie-uitgever en de gieterij.
Stroomafnameovereenkomsten (PPA's): overeenkomsten van 10 tot 20 jaar met een externe ontwikkelaar die het zonne-energie-plus-opslagsysteem financiert, bouwt en exploiteert. De gieterij betaalt een vast tarief voor de elektriciteit (doorgaans 0,05 tot 0,10 USD per kWh), en de ontwikkelaar draagt het prestatie- en kredietrisico.
Overheidsstimulansen: veel landen bieden belastingvoordelen, subsidies of terugleveringstarieven voor projecten op het gebied van hernieuwbare energie. De Amerikaanse investeringsbelastingaftrek (ITC) dekt 30 procent van de systeemkosten en de EU heeft vergelijkbare programma's in het kader van de Recovery and Resilience Facility.
Financiering door ontwikkelingsbanken: de Wereldbank, de Afrikaanse Ontwikkelingsbank, de Aziatische Ontwikkelingsbank en de Inter-Amerikaanse Ontwikkelingsbank bieden allemaal gunstige financiering voor projecten op het gebied van hernieuwbare energie in ontwikkelingslanden. De rente bedraagt doorgaans 2 tot 5 procent, met een looptijd van 15 tot 25 jaar.
Neem contact op met MONTE INTELLIGENCE voor meer informatie over de economische aspecten van zonne-energie-inductie.
Voor kopers die een inductiesmeltinstallatie met zonne-energie en opslag overwegen, kan MONTE INTELLIGENCE engineering een financieel model opstellen met de lokale netkosten, de zonne-energieopbrengst, de kosten van het batterij-energieopslagsysteem (BESS) en de CO2-prijs. Het model berekent de optimale systeemgrootte, de jaarlijkse energiekosten, de terugverdientijd en het interne rendement (IRR). Bezoek de website.www.cnlymonte.com/products-solar-induction-furnace.html Voor productspecificaties kunt u contact opnemen met helenxu@cnlymonte.com voor een projectbespreking. Vermeld in de onderwerpregel 'economische aspecten van zonne-inductie' en geef details over uw locatie, de grootte van de oven, de kosten van netstroom en de CO2-prijs.
