ANALIZA EFEKTYWNOŚCI EKONOMICZNEJ ELEKTROCIEPŁOWNI OPALANYCH GAZEM ZIEMNYM PO WPROWADZENIU ŚWIADECTW POCHODZENIA Z WYSOKOSPRAWNEJ KOGENERACJI

Transkrypt

1 ANALIZA EFEKTYWNOŚCI EKONOMICZNEJ ELEKTROCIEPŁOWNI OPALANYCH GAZEM ZIEMNYM PO WPROWADZENIU ŚWIADECTW POCHODZENIA Z WYSOKOSPRAWNEJ KOGENERACJI Autor: Bolesław Zaporowski ( Rynek Energii nr 6/2007) Słowa kluczowe: gaz ziemny, elektrociepłownia, efektywność ekonomiczna Streszczenie. W referacie została przedstawiona analiza przewidywanej efektywności ekonomicznej skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej ciepła w elektrociepłowniach opalanych gazem ziemnym, po wprowadzeniu świadectw pochodzenia z wysokosprawnej kogeneracji. Analizę wykonano dla trzech typów elektrociepłowni opalanych gazem ziemnym: elektrociepłowni gazowo-parowej z dwuciśnieniowym kotłem odzysknicowym, elektrociepłowni z turbiną gazową pracującą w obiegu prostym oraz elektrociepłowni z silnikiem gazowym. Jako wielkości charakteryzujące efektywność ekonomiczną analizowanych bloków ciepłowniczych wyznaczono wartość bieŝącą netto (NPV) i wewnętrzną stopę zwrotu (IRR). 1. WPROWADZENIE W dniu 12 stycznia 2007r. Sejm RP dokonał zmian w ustawach: Prawo energetyczne, Prawo ochrony środowiska oraz o systemie oceny zgodności (Dz.U. z 2007r. Nr 21, poz. 124), stanowiących wdroŝenie w Polsce dyrektywy 2004/8/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 11 lutego 2004r., w sprawie wspierania kogeneracji na wewnętrznym rynku energii, w oparciu o zapotrzebowanie na ciepło uŝytkowe [9]. W najbliŝszym czasie Minister Gospodarki wyda rozporządzenie, które określi szczegółowe przepisy, związane z wdroŝeniem wyŝej wymienionej dyrektywy Unii Europejskiej (UE) oraz decyzji Komisji Europejskiej i zastąpi rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia r. Nowe rozporządzenie Ministra Gospodarki obowiązuje od r. WdroŜenie w Polsce dyrektywy UE wprowadza nowe kryterium oceny efektywności energetycznej skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła oraz nowy środek wspierania tej technologii energetycznej w postaci świadectw pochodzenia z kogeneracji". 2. KRYTERIA OCENY EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ SKOJARZONEGO WYTWARZANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ I CIEPŁA ZAWARTE W DYREKTYWIE UNII EUROPEJSKIEJ Kryteria oceny efektywności energetycznej skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła zawarte w dyrektywie UE opierają się na innej filozofii, niŝ kryterium zawarte w rozporządzeniu Ministra Gospodarki i Pracy z dnia r. Zgodnie z tą dyrektywą podstawą zaliczenia energii elektrycznej do produkcji w skojarzeniu (energii elektrycznej z kogeneracji) jest wytworzone w skojarzeniu ciepło uŝytkowe. KaŜdej ilości ciepła uŝytkowego, wytworzonego w skojarzeniu (w jednostce kogeneracyjnej), odpowiada pewna ilość energii elektrycznej wytworzonej w skojarzeniu. Dyrektywa UE rozróŝnia w tym zakresie dwa pojęcia: - energię elektryczną wytworzoną w skojarzeniu (energię elektryczną z kogeneracji), - energię elektryczną wytworzoną w skojarzeniu o wysokiej sprawności (energię elektryczną z wysokosprawnej kogeneracji).

2 Środki wsparcia, w postaci świadectw pochodzenia z kogeneracji, dyrektywa przewiduje tylko dla energii elektrycznej z wysokosprawnej kogeneracji. JeŜeli jednostka kogeneracyjna uzyskuje średnioroczną sprawność ogólną (średnioroczną sprawność przemiany energii chemicznej paliwa w energię elektryczną i ciepło uŝytkowe) wyŝszą niŝ wartość graniczna gr gr η e = 80% (bloki gazowo-parowe) lub wyŝszą niŝ η e = 75% (bloki z turbinami i silnikami gazowymi), to całkowita jej produkcja energii elektrycznej jest zaliczana do energii elektrycznej wytworzonej w skojarzeniu: A s e = A e (1) gdzie: A e - roczna produkcja energii elektrycznej jednostki kogeneracyjnej, A s e - roczna produkcja energii elektrycznej wytworzonej w kogeneracji. Natomiast, jeŝeli średnioroczna sprawność ogólna jednostki kogeneracyjnej jest niŝsza odpowiednio od 80% lub 75%, to ilość energii elektrycznej zaliczanej do produkcji wytworzonej w skojarzeniu oblicza się za pomocą zaleŝności [9]: A s e = C * Q s (2) gdzie: C - średnioroczny wskaźnik skojarzenia (średnioroczny stosunek energii elektrycznej do ciepła uŝytkowego wytworzonych w kogeneracji), Q s - roczna produkcja ciepła uŝytkowego wytworzonego w kogeneracji. Z zaleŝności tej wynika, o czym była mowa juŝ wyŝej, Ŝe kaŝdej ilości ciepła uŝytkowego, wytworzonego w jednostce kogeneracyjnej w skojarzeniu (Q s ), przyporządkowana jest pewna ilość energii elektrycznej wytworzonej w skojarzeniu (A s e). Dopiero w drugim etapie analizy bada się czy zdefiniowana, za pomocą zaleŝności (1) lub (2), energia elektryczna wytworzona w skojarzeniu (A s e), naleŝy do energii elektrycznej z wysokosprawnej kogeneracji (A ws e - roczna produkcja energii elektrycznej wytworzonej w wysokosprawnej kogeneracji). Rozstrzyga o tym kryterium oszczędności energii pierwotnej (Pri-mary Energy Savings - PES), uzyskiwanej dzięki skojarzonemu wytwarzaniu energii elektrycznej i ciepła, w porównaniu z wytwarzaniem rozdzielonym. Oszczędność energii pierwotnej oblicza się za pomocą zaleŝności [9]: gdzie: η cs - sprawność wytwarzania ciepła w kogeneracji, η es - sprawność wytwarzania energii elektrycznej w kogeneracji, η cr - sprawność referencyjna wytwarzania ciepła w produkcji rozdzielonej, η er - sprawność referencyjna wytwarzania energii elektrycznej w produkcji rozdzielonej.

3 Energia elektryczna wytworzona w skojarzeniu jest zaliczana do energii elektrycznej z wysokosprawnej kogeneracji jeŝeli oszczędność energii pierwotnej, uzyskana dzięki skojarzonemu wytwarzaniu energii elektrycznej i ciepła, w porównaniu z wytwarzaniem rozdzielonym, wynosi co najmniej 10%, a w jednostce o mocy poniŝej 1 MW jest większa od zera. 3. PODSTAWOWE UKŁADY TECHNOLOGICZNE ELEKTROCIEPŁOWNI OPALANYCH GAZEM ZIMNYM Do analizy efektywności ekonomicznej skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w elektrociepłowniach opalanych gazem ziemnym, w niniejszym artykule, wybrano następujące układy: - elektrociepłownię gazowo-parową o mocy elektrycznej ok. 90 MW, z dwuciśnieniowym kotłem odzysknicowym i upustowo-kondensacyjną turbiną parową, której układ technologiczny jest przedstawiony na rys. 1, - elektrociepłownię gazową o mocy elektrycznej ok. 5,3 MW, z turbiną gazową pracującą w obiegu prostym, której układ technologiczny jest przedstawiony na rys. 2, - elektrociepłownię gazową o mocy elektrycznej ok. 250 kw, z silnikiem gazowym, której układ technologiczny jest przedstawiony na rys. 3. Wielkości charakteryzujące efektywność energetyczną analizowanych układów elektrociepłowni przedstawiono w tabeli 1 [2].

4 4. ANALIZA EFEKTYWNOŚCI EKONOMICZNEJ Jako wielkości charakteryzujące efektywność ekonomiczną poszczególnych rodzajów elektrociepłowni przyjęto: - wartość bieŝącą netto (NPV - Net Present Value), - wewnętrzną stopę zwrotu (IRR - Internal Rate of Return). Obliczenia tych wielkości wykonano, wykorzystując wielkości zawarte w tablicy 1 oraz przyjmując następujące wartości danych wejściowych: a) jednostkowy koszt inwestycyjny bloku gazowo-parowego, z dwuciśnieniowym kotłem odzysknicowym, o mocy turbiny gazowej ok. 65 MW, I gp = zł/kw, b) jednostkowy koszt inwestycyjny bloku gazowego z turbiną gazową, o mocy elektrycznej ok kw, I gt = zł/kw,

5 c) jednostkowy koszt inwestycyjny bloku gazowego z silnikiem gazowym, o mocy elektrycznej ok.250 kw, I gs = zł/kw, d) okres eksploatacji elektrociepłowni: gazowo-parowej i z turbiną gazową pracującą w obiegu prostym T e = 25 lat, a z silnikiem gazowym T e = 15 lat, e) czas wykorzystania elektrycznej mocy zainstalowanej dla elektrociepłowni gazowoparowej z turbiną upustowo-kondensacyjną T e = godz/rok oraz cieplnej T c = 3900 godz/rok, f) czas wykorzystania mocy zainstalowanej (elektrycznej i cieplnej) dla elektrociepłowni gazowych: T l = godz/rok (praca w okresie grzewczym i letnim), g) cenę sprzedaŝy ciepła przez elektrociepłownię gazową z silnikiem gazowym o mocy elektrycznej 250 kw c c = 30,50 zł/gj, h) cenę sprzedaŝy ciepła przez elektrociepłownię gazowo-parową oraz elektrociepłownię gazową z turbiną gazową pracującą w obiegu prostym c c = 24,24 zł/gj, i) stopę dyskontową 6,0%, j) udział środków własnych w finansowaniu inwestycji 20 %. Wyniki obliczeń efektywności ekonomicznej analizowanych elektrociepłowni przedstawiono na rys. 4-6.

6

7 5. WNIOSKI Wyniki wykonanych obliczeń efektywności ekonomicznej, analizowanych elektrociepłowni opalanych gazem ziemnym, pozwalają na sformułowanie następujących wniosków. Elektrociepłownia gazowo-parowa z turbiną parową upustowo-kondensacyjną, która moŝe pracować w systemie elektroenergetycznym zarówno w sezonie grzewczym jak i letnim, przy najniŝszej obecnie cenie gazu ziemnego sieciowego dla wielkich odbiorców wynoszącej ok. 23,50 zł/gj, moŝe uzyskać dodatni efekt ekonomiczny (dodatnie NPV) przy średniej cenie sprzedaŝy energii elektrycznej ok. 210 zł/mwh (rys. 4). Aby uzyskać taką wartość średniej ceny sprzedaŝy energii elektrycznej, po wprowadzeniu świadectw pochodzenia z wysokosprawnej ko-generacji, udział energii elektrycznej z wysokosprawnej kogeneracji, w całkowitej jej produkcji, powinien wynosić ok. 77,20%. Natomiast z tablicy 1 wynika, Ŝe dla przyjętych danych wejściowych do obliczeń, wynosi on 72,31%. Elektrociepłownia gazowa z turbiną gazową pracującą w obiegu prostym, o mocy elektrycznej ok. 5,3 MW, przy aktualnej cenie gazu ziemnego dla tego typu odbiorcy, wynoszącej ok. 24,00 zł/gj, moŝe uzyskać dodatni efekt ekonomiczny przy średniej cenie sprzedaŝy energii elektrycznej ok. 242 zł/mwh (rys. 5). Natomiast maksymalna wartość ceny sprzedaŝy energii elektrycznej jaką tego typu wytwórca moŝe uzyskać w II połowie 2007 r., po wprowadzeniu świadectw pochodzenia z wysokosprawnej kogeneracji, wynosi. 236,70 zł/mwh (119,70 zł/mwh + za świadectwa pochodzenia maksymalnie 117,00 zł/mwh). Elektrociepłownia gazowa z silnikiem gazowym o mocy elektrycznej ok. 250 kw, przy aktualnej cenie paliwa gazowego dla tego typu odbiorcy wynoszącej ok. 29,50 zł/gj, moŝe uzyskać dodatni efekt ekonomiczny przy średniej cenie sprzedaŝy energii elektrycznej ok. 288 zł/mwh (rys. 6). Dlatego elektrociepłownie tego typu mogą uzyskać dodatnią efektywność ekonomiczną, tylko w tym przypadku, gdy znaczna część wytwarzanej przez nie energii elektrycznej będzie zuŝywana przez inwestora i w związku z tym będzie moŝliwe

8 przyjęcie, w analizach ekonomicznych, równowaŝnika finansowego jednostki wyprodukowanej energii elektrycznej jako kosztu unikniętego jej zakupu w wysokości ok. 171,00 zł/mwh oraz dodatkowego przychodu ze sprzedaŝy świadectw pochodzenia z wysokosprawnej kogeneracji (maksymalnie 117 zł/mwh). LITERATURA [1] Decyzja Komisji Europejskiej z dnia ustanawiająca zharmonizowane wartości referencyjne sprawności dla rozdzielonej produkcji energii elektrycznej i ciepła. Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej L32/183 z dnia [2] Directive 2004/8/EC of the European Parliament and of the Council of 11 February 2004 on the promotion of cogeneration based on useful heat demand in the internal energy market. Official Journal of the European Union, L52/50, [3] Kotowicz J.: Analiza wybranych kryteriów dla wyboru konfiguracji układu gazowoparowego. Rynek Energii 2006, nr5. [4] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 26 września 2007 r. w sprawie sposobu obliczania danych podanych we wniosku o wydanie świadectwa pochodzenia z kogeneracji oraz szczegółowego zakresu obowiązku uzyskania i przedstawienia do umorzenia tych świadectw, uiszczania opłaty zastępczej i obowiązku potwierdzenia danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w wysokosprawnej kogeneracji. Dz.U. z 2007 r., Nr 185, poz [5] Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 9 grudnia 2004r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu z wytwarzaniem ciepła. Dz.U. z 2004r., Nr 267, poz [6] Statystyka Elektroenergetyki Polskiej Agencja Rynku Energii SA, Warszawa [7] Stańczyk M: Ocena bloku parowo-gazowego w Elektrociepłowni Lublin-Wrotków po 3,5 letniej eksploatacji. Materiały III Konferencji Naukowo-Technicznej Elektrownie i elektrociepłownie gazowe i gazowo-parowe", Poznań-Kiekrz, [8] Ustawa Prawo energetyczne z dnia , stan prawny na dzień [9] Ustawa z dnia 12 stycznia 2007 r. o zmianie ustawy - Prawo energetyczne, ustawy - Prawo ochrony środowiska oraz ustawy o systemie oceny zgodności. Dz. U. z 2007 r., Nr 21, poz. 124 [10] Zaporowski B. Analiza efektywności ekonomicznej skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w elektrociepłowniach opalanych gazem ziemnym. Rynek Energii 2004, nr 3.

9 ECONOMIC EFFECTIVENESS ANALYSIS OF CHP PLANTS FIRED WITH NATURAL GAS AFTER IMPLEMENTATION OF QUANTITY SPECIFICATION OF ELECTRICAL ENERGY FROM HIGH EFFICIENCY COGENERATION Key words: gas, cogeneration unit, economic effectiveness Summary. The paper presents an analysis of economic effectiveness of electricity and heat cogeneration in the following natural gas fired cogeneration units: gas-steam cogeneration błock with extraction-condensing steam turbinę, cogeneration błock with simple cycle gas turbinę and cogeneration błock with combustion engine. For these types of cogeneration units there were determined: Net Present Value (NPV and Internal Ratę of Return (IRR). Bolesław Zaporowski, prof. dr hab. inŝ., Politechnika Poznańska, Instytut Elektroenergetyki, ul. Piotrowo 3A Poznań.