PERSPEKTYWY ENERGETYKI WĘGLOWEJ W POLSCE I W ŚWIECIE

Transkrypt

1 PERSPEKTYWY ENERGETYKI WĘGLOWEJ W POLSCE I W ŚWIECIE Autorzy: Tadeusz Olkuski, Wojciech Suwała, Artur Wyrwa ("Rynek Energii" - sierpień 2017) Słowa kluczowe: produkcja energii elektrycznej, węgiel kamienny, bezpieczeństwo energetyczne, perspektywy Streszczenie. Celem artykułu jest pokazanie znaczenia węgla w energetyce polskiej oraz światowej w perspektywie do 2040 roku. Autorzy w swoich analizach wykorzystali własne oryginalne prace i porównali je ze scenariuszami opracowanymi przez Komisję Europejską. Przedstawiono produkcję węgla kamiennego w świecie ogółem oraz w poszczególnych krajach, jego udział w produkcji energii elektrycznej, ceny - zarówno obecne jak i prognozowane - oraz krajowe prognozy wykorzystania węgla w energetyce. Porównano wyniki scenariusza Referencyjnego opracowanego na zlecenie Komisji Europejskiej z wykorzystaniem modelu PRIMES z wynikami własnych symulacji z wykorzystaniem modelu TIMES-PL dla różnych ścieżek cen uprawnień CO 2. Przy wysokich cenach uprawnień wykorzystywanie węgla będzie się zmniejszać we wszystkich scenariuszach. Strategia energetyczna Polski zakłada, że węgiel będzie nadal dominującym paliwem wykorzystywanym do wytwarzania energii elektrycznej. Polska jest krajem o bogatych zasobach węgla a wykorzystanie rodzimego paliwa gwarantuje bezpieczeństwo energetyczne kraju. Niemniej jednak względny udział węgla będzie stopniowo malał. 1. WSTĘP W ostatnich latach pojawiło się wiele scenariuszy mówiących o zmierzchu ery węgla, co jest po części obiektywną prawdą, bo udział węgla kamiennego i brunatnego w pozyskaniu energii pierwotnej spada, ale bezwzględne ilości nawet rosną. Bardzo modne stało się słowo dekarbonizacja oznaczające wypieranie węgla z gospodarki i z naszego życia. Węgiel obwiniany jest za zanieczyszczenie powietrza i zmiany klimatu. Choć wpływ spalania paliw kopalnych na środowisko nie podlega dyskusji, nie mniej jednak, czy jest on aż tak wielki jak głoszą to organizacje ekologiczne, nie jest do końca przesądzone. Węgiel jest podstawowym paliwem do produkcji energii elektrycznej i nie ma możliwości, w najbliższym czasie, zastąpić go innymi źródłami energii. Około 40% energii elektrycznej w świecie pochodzi z węgla, a w Polsce jest to nawet 80%, licząc łącznie węgiel kamienny i węgiel brunatny. Obserwując obecnie realizowane inwestycje w sektorze elektroenergetycznym w Polsce, np. nowe bloki węglowe w elektrowniach Kozienice, Opole, czy Jaworzno oraz analizując wypowiedzi polityków odpowiedzialnych za realizację polityki energetycznej kraju można sądzić, że węgiel nadal pozostanie podstawowym surowcem energetycznym do wytwarzania energii elektrycznej w Polsce. Nasz kraj jest jedynym krajem w Europie, w którym udział węgla w produkcji energii elektrycznej jest tak duży, ale każdy kraj posiada pewną specyfikę. Na przykład Francja korzysta głównie z energetyki jądrowej, a Norwegia z energetyki wodnej. Biorąc pod uwagę wszystkie państwa europejskie, tzw. miks energetyczny jest bardzo zrównoważony i składa się zarówno z paliw kopalnych jak i z energii odnawialnej i jądrowej.

2 Jednym ze scenariuszy próbujących nakreślić przyszłe zdarzenia jest opublikowany w 2016 roku dokument EU Reference Scenario 2016 [7]. Raport ten koncentruje się na projekcjach trendów występujących w sektorze energii, transporcie, środowisku i klimacie i nie jest prognozą w ścisłym tego słowa znaczeniu. Raport pokazuje symulację rozwoju możliwego do zrealizowania w przyszłości, przy założeniu obecnych warunków funkcjonowania energetyki. Scenariusz Referencyjny może pomóc w określeniu dalszych kierunków rozwoju i być materiałem pomocnym w dyskusjach, czy obecna polityka rozwoju jest racjonalna. Scenariusz jest oparty na najnowszych dostępnych w czasie modelowania danych statystycznych Eurostatu. Punktem wyjścia do badań był 2015 Ageing Report [1], z którego zaczerpnięto dane dotyczące długotrwałych tendencji demograficznych i wzrostu PKB, podczas gdy krótkie i średnie prognozy wzrostu PKB wzięto z DG ECFIN [5]. W dalszej części artykułu autorzy będą wielokrotnie powoływać się na ten ważny dla przyszłości UE dokument zwracając szczególną uwagę na perspektywy energetyki węglowej, co jest celem niniejszego artykułu. Nie sposób też pominąć cyklicznej publikacji International Energy Agency, czyli World Energy Outlook z 2016 roku będącej źródłem najbardziej wiarygodnych danych, ale i prognoz dla sektora energetycznego. 2. PRODUKCJA ENERGII ELEKTRYCZNEJ Na rys. 1 przedstawiono produkcję energii elektrycznej z podziałem na źródła według Scenariusza Nowych Polityk. Rys. 1. Produkcja energii elektrycznej z podziałem na źródła [8] Clean Power Plan, którego celem jest redukcja emisji CO 2 z sektora energetycznego o 32% w 2030 roku w stosunku do roku 2005 oraz Carbon Pollution Standard, który określa rygorystyczne limity emisji CO 2 dla nowych elektrowni mają ważny wpływ na Scenariusz Nowych Polityk. Ma to swoje odzwierciedlenie w prognozach wykorzystywania różnych źródeł energii do produkcji energii elektrycznej. W kolejnych latach zmniejszać się będzie rola węgla kamiennego natomiast zwiększał się będzie udział odnawialnych źródeł energii. Nowe elektrownie będą mogły być budowane jeśli emisja CO 2 nie przekroczy 635 kg na MWh, co nie-

3 [mln ton] wątpliwie wymusi zastosowanie urządzeń do wychwytywania CO 2 [8]. W związku z tym zużycie węgla w sektorze energetycznym zmaleje w latach o 45%. Będą się natomiast rozwijały w perspektywie średnioterminowej, dzięki wsparciu finansowemu, odnawialne źródła energii. 2. PRODUKCJA WĘGLA Na rys. 2 przedstawiono produkcję węgla energetycznego na świecie w latach , , , , , , , , , , , , , , , , , Źródło: opracowanie własne na podstawie [4] z lat Rys. 2. Produkcja węgla energetycznego w latach Największa produkcja miała miejsce w 2013 roku, gdy wyniosła 6,064 mln ton. Do największych producentów węgla na świecie zaliczamy (tabela 1): Chiny, USA, Indie, Indonezję oraz Australię, RPA i Rosję. Wszystkie te państwa wydobywają ponad 100 mln ton węgla rocznie. Pozostała ósemka państw wydobywa od 85,5 mln ton, w przypadku Kolumbii, do 11,6 mln ton w przypadku Meksyku. Do grupy państw, których wydobycie przekracza 10,0 mln ton dołączyła niedawno Mongolia (10,6mln ton w 2015r.), za to wypadła Wielka Brytania (8,4 mln ton w 2015 r.), która jeszcze rok wcześniej wydobywała 11,5 mln ton węgla energetycznego. W tabeli 1 przedstawiono producentów tego surowca, choć wydobycie prowadzone jest w około pięćdziesięciu państwach, ale w niektórych jest ono praktycznie śladowe. Tabela 1. Wydobycie węgla energetycznego na świecie w latach w poszczególnych krajach, mln ton Kraj Chiny 2 559, , , , , ,1 USA 856,5 850,7 779,4 755,7 773,4 691,3 Indie 498,6 495,6 514,0 516,1 558,6 593,5 Indonezja 322,8 401,8 440,8 487,5 483,7 466,5 Australia 189,1 184,5 212,5 236,6 248,0 252,3 RPA 252,4 251,2 257,0 252,9 257,1 248,9 Rosja 178,7 177,9 205,5 178,5 187,7 198,1

4 Kolumbia 71,2 81,8 84,5 80,9 83,9 85,5 Kazachstan 91,7 95,7 99,8 99,9 89,2 85,0 Polska 65,1 65,0 68,1 64,9 61,0 59,7 Wietnam 44,0 46,6 42,4 41,0 41,7 37,2 Korea Płn. 32,0 30,2 30,3 29,9 30,8 35,2 Ukraina 37,3 49,9 46,9 49,3 43,3 26,8 Kanada 29,5 27,9 25,9 25,9 29,0 25,2 Meksyk 8,5 13,7 13,0 12,5 12,9 11,6 Inne RAZEM Źródło: opracowanie własne na podstawie [4] z lat Według scenariusza referencyjnego IEA przedstawionego w International Energy Outllok 2016 węgiel pozostanie drugim pod względem wielkości źródłem energii na świecie zaraz za ropą naftową i paliwami płynnymi. Taka sytuacja utrzyma się do 2030 roku. W latach na drugą pozycję przesunie się gaz ziemny. Światowe zużycie węgla będzie wzrastać w latach średnio 0,6% rocznie, z 153 miliardów Btu w 2012 r. do 169 miliardów Btu w 2020 r. i do 180 miliardów Btu w 2040 r. W okresie prognozy całkowite zużycie węgla w krajach nienależących do OECD będzie wzrastać średnio o 0,8% rocznie, w porównaniu ze średnim wzrostem o 0,1% rocznie w krajach OECD [8]. 3. CENY Ewolucja cen paliw kopalnych w świecie zależy w dużej mierze od założeń polityki klimatycznej, których celem jest ograniczenie zużycia tych paliw. W Scenariuszu Referencyjnym, przyjęto pewne założenia takie jak dotacje do OZE, taryfy gwarantowane, wzrost efektywności energetycznej, politykę transportową oraz jakość sprzedawanego węgla. W projektach uwzględnia się również założenia dotyczące kosztów technologicznych, podatków i subsydiów energetycznych (zwłaszcza w regionach rozwijających się), poprawę efektywności energetycznej, wykorzystanie czystych technologii węglowych i aspekty geopolityczne (np. rola OPEC). W 2016 roku zaobserwowano gwałtowne wzrosty cen węgla. Światowe ceny węgla energetycznego wzrosły dwukrotnie. Analitycy Międzynarodowej Agencji Energii (MAE) tłumaczą to głównie cięciami w dostawach węgla z Chin i prognozują spadek cen w kolejnych miesiącach oraz ich stabilizację od 2018 r. na poziomie ponad 60 USD za tonę. Na początku 2015 roku ceny spotowe węgla energetycznego na międzynarodowych rynkach spadły do najniższego w historii poziomu ok. 45 USD za tonę. Później ceny zaczęły wzrastać aby jesienią 2016 r. osiągnąć wartość około 90 USD za tonę. Według analityka Międzynarodowej Agencji Energetycznej Carlosa Fernándeza Alvareza w ciągu pięciu lat ceny węgla ustabilizują się na poziomie około 60 USD/tonę. Jest to więc cena odniesienia po jakiej polskie kopalnie mogą sprzedawać węgiel, gdyż wyższe ceny spowodują zakup węgla u innych producentów.

5 Rozpatrując ceny węgla w horyzoncie czasowym od 2000 roku do chwili obecnej łatwo zauważyć istotne zmiany jakie miały miejsce w tym czasie. W latach , międzynarodowe ceny węgla spadły o 43%, spowodowane to zostało zwiększeniem podaży na poziomie globalnym przez głównych producentów węgla takich jak: Australia, Kolumbia, Indonezja i RPA, podczas gdy wzrost globalnego popytu był słabszy w porównaniu z dekadą Zużycie węgla w latach 2008 i 2014 w Stanach Zjednoczonych zmniejszyło się o 18%, głównie ze względu na rozwój wydobycia gazu łupkowego i późniejszego spadku cen gazu, podczas gdy zapotrzebowanie na węgiel w Chinach (jak dotąd największego konsumenta węgla na świecie) zmniejszyło się z powodu wolniejszego wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną i jednoczesnym zwiększeniu mocy w elektrowniach wodnych i wiatrowych. Do roku 2020 zakłada się względną stabilizację cen węgla. Stabilizacja ta jest wynikiem spowolnienia wzrostu globalnego zapotrzebowania na węgiel wzmocniona przez politykę klimatyczną. Z drugiej strony, w latach , ceny importu węgla do UE zwiększą się z 16,5 $2013/boe w 2020 roku do 29 $2013/boe w 2050 roku. Wzrost cen będzie napędzany przez wzrost zapotrzebowania na węgiel w gospodarkach rozwijających się, zwłaszcza w Chinach i w Indiach, które już importują ogromne ilości węgla, co wpływa na ceny tego surowca na globalnym rynku. Co więcej, ceny węgla są silnie uzależnione od cen ropy naftowej i gazu ziemnego. Zwłaszcza ten drugi surowiec jest paliwem konkurencyjnym w sektorze wytwarzania energii elektrycznej. Jeśli ceny gazu będą wzrastać w latach węgiel stanie się substytutem gazu w sektorze wytwarzania energii elektrycznej, przez co popyt na niego wzrośnie i tym samym ceny. Jednym z najmocniejszych argumentów przemawiających za stosowaniem węgla jest jego cena. Na rys. 3 przedstawiono prognozowane ceny ropy, gazu oraz węgla w imporcie w $2013/boe. Widać wyraźnie, że ceny węgla są najniższe, co jest poważnym argumentem za jego stosowaniem. Rys. 3. Prognozowane ceny ropy, gazu i węgla w imporcie w latach ; Linie przerywane oznaczają poprzedni Scenariusz Referencyjny

6 Na rys. 4 przedstawiono prognozowane ceny węgla w $/tonę przy Q=6000 kcal/kg. W długoterminowej prognozie ceny pozostaną trwale poniżej 100 $, przy czym najniższe będą w USA, a najwyższe w Chinach. Ceny w Europie będą miały wartości pośrednie. Rys. 4. Prognozowane ceny węgla energetycznego w Scenariuszu Nowych Polityk 4. KRAJOWE PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA WĘGLA System energetyczny UE znajduję się w okresie przejściowym, który potrwa przez następne ok. dwie-trzy dekady. W tym czasie zostanie on mocno przebudowany. Znacznie zwiększy się wykorzystanie technologii OZE, a sam system będzie bardziej elastyczny ze względu na nowe rozwiązania dotyczące głównie magazynowania energii. Strategia energetyczna Polski zakłada, że w tymże okresie węgiel będzie nadal dominującym paliwem wykorzystywanym do wytwarzania energii elektrycznej. Polska jest krajem o bogatych zasobach węgla a wykorzystanie rodzimego paliwa gwarantuje bezpieczeństwo energetyczne kraju. Niemniej jednak względny udział węgla będzie stopniowo spadał. Przeprowadzone przez autorów badania modelowe wskazują, że najistotniejszym czynnikiem wpływającym na przyszły kształt sektora wytwarzania energii w Polsce będzie miała polityka klimatyczna UE i co za tym idzie cena uprawnień do emisji CO 2 w ramach Europejskiego Systemu Handlu Emisjami ETS. Potwierdza to porównanie wyników scenariusza Referencyjnego opracowanego na zlecenie Komisji Europejskiej z wykorzystaniem modelu PRIMES [2] z wynikami przeprowadzonych przez nas symulacji z wykorzystaniem modelu TIMES-PL dla różnych ścieżek cen uprawnień CO 2 przedstawionych w [3] (rys. 5). W przyjętych założeniach cena uprawnienia za emisję CO 2 osiąga w 2050 r. wartości: 100 EUR/t, 21 EUR/t, 51 EUR/t odpowiednio dla scenariusza PRIMES, TIME-PL-REF, TIMES_PL-HIGH. Udział węgla w strukturze wytwarzania energii elektrycznej zmniejsza się we wszystkich scenariuszach, przy czym wynosi on wciąż ok. : (i) 70% w przypadku niższych cen uprawnień do emisji CO 2 oraz (ii) ok. 50% przy cenach uprawnień powyżej 50 EUR/t. We wszystkich przedstawionych scenariuszach rośnie poziom produkcji energii z OZE z poziomu ok. 20% w 2050 r dla scenariusza PRIMES Referencyjnego do ok. 30% w przypadku obu scenariuszy TIMES_PL.

7 Produkcja energii elektrycznej wg źródła [%] 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Coal: PRIMES TIMES_PL-REF TIMES_PL-HIGH OZE: PRIMES TIMES_PL-REF TIMES_PL-HIGH Rys. 5. Porównanie wyników scenariusza Referencyjnego opracowanego na zlecenie Komisji Europejskiej z wykorzystaniem modelu PRIMES z wynikami symulacji przeprowadzonymi przez autorów z wykorzystaniem modelu TIMES-PL dla różnych ścieżek cen uprawnień CO 2 5. WNIOSKI Perspektywy energetyki węglowej są przedmiotem dyskusji i sporów w wielu krajach. Również w Polsce odbywają się tego rodzaju spotkania i dyskusje. Jedno z takich znaczących spotkań miało miejsce 25 stycznia 2017 roku w Warszawie. Była to konferencja zorganizowana przez Ministerstwo Energii, na której przedstawiono dwa raporty, jeden dotyczący energetyki w Polsce, a drugi energetyki na świecie. Raport dotyczący Polski to Energy Policies of IEA Countries Poland 2016 Review [6]. Mówi on o tym, że węgiel jest dominującym surowcem w sektorze elektroenergetycznym w Polsce oraz jest największym źródłem emisji gazów cieplarnianych, ale także, co warto podkreślić, ważnym pracodawcą. Perspektywy węgla w Polskiej gospodarce zostaną określone w przygotowywanej aktualizacji długookresowej strategii energetycznej Polski. W nowym programie rozwoju energetycznego kraju priorytetem będzie długoterminowe bezpieczeństwo energetyczne, z dużym naciskiem na redukcję emisji gazów cieplarnianych i zanieczyszczenie powietrza. Poprawić też trzeba będzie efektywność energetyczną i dążyć do dekarbonizacji systemu transportowego. Energia jądrowa może też w przyszłości (dość odległej) odegrać znaczącą rolę w zaopatrzeniu energetycznym kraju, ale taką rolę może mieć także rozwijana obecnie dość intensywnie energetyka odnawialna. Biorąc pod uwagę te ewentualne zmiany, nowa strategia energetyczna będzie wymagać znacznych inwestycji w celu zmniejszenia udziału węgla w produkcji energii elektrycznej i zwiększenia udziału energii niskoemisyjnej. Konieczne będą również dalsze inwestycje mające na celu wzmocnienie integracji z sąsiednimi rynkami. W związku z tym, ostatni przegląd IEA polityki energetycznej Polski analizuje obecny krajobraz i zalecenia dla dalszych ulepszeń - zalecenia, które mają poprowadzić kraj ku bardziej bezpiecznej i zrównoważonej przyszłości energetycznej (Poland 2016).

8 Drugim dokumentem prezentowanym na konferencji był World Energy Outlook 2016 [8], który zawiera prognozy dla wszystkich źródeł energii, regionów i sektorów. Międzynarodowa Agencja Energetyczna przeanalizowała w jaki sposób postanowienia Konferencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu z 2015 r. (COP21) wpłyną na sektor energetyczny oraz na zmiany podejścia państw w nadchodzących dziesięcioleciach. W 2015 roku po raz pierwszy od końca 1990 roku spadł globalny popyt na węgiel. Jest to zjawisko nowe chodź przewidywane. Przyszłość węgla wygląda jednak różnie w zależności od scenariusza. W scenariuszu nowych polityk rośnie na świecie zużycie węgla o 0,2% rocznie w okresie do 2040 roku natomiast w Scenariuszu 450, który przedstawia głębszą dekarbonizację prognozowany jest ostry spadek o 2,6% rocznie. W gospodarkach wysoko rozwiniętych o wysokim dochodzie takich jak Unia Europejska czy Stany Zjednoczone spadek popytu na węgiel może wynieść nawet odpowiednio ponad 60% i 40% w scenariuszu nowych polityk. W Indiach i Azji Południowo-Wschodniej, zmiana nastawienia tamtejszych gospodarek jest dużo trudniejsza. Aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na energię wykorzystuje się przede wszystkim tanie paliwo takie jak węgiel, w związku z tym, zapotrzebowanie na to paliwo w tym regionie nadal będzie duże. W pierwszej połowie 2016 roku dwie największe firmy węglowe w USA Arch Coal i Peabody Energy ogłosiły upadłość. Dołączyły w ten sposób do 50 innych firm węglowych, które ogłosiły upadłość w 2012 roku. Mimo to prognozy przewidują, że trzy czwarte amerykańskich firm węglowych po konsolidacji i redukcji kosztów nadal będzie pracować. Podobne działania podejmuje polski rząd łącząc Polską Grupę Górniczą z Katowickim Holdingiem Węglowym. Na efekty trzeba będzie jeszcze poczekać, ale wszystkie scenariusze zakładają dalszy udział węgla w gospodarce tylko, w zależności od scenariusza, na różnym poziomie. Praca finansowana z badań statutowych AGH Wydziału Energetyki i Paliw nr:

9 LITERATURA [1] European Commission (2014): The 2015 Ageing Report: Underlying Assumptions and Projection Methodologies. European Economy 8/2014. Directorate-General for Economic and Financial Affairs (DG ECFIN). [2] EC: EU Energy, Transport and Ghg Emissions Trends to Reference Scenario E3M- Lab, IIASA, EuroCARE Luxenburg, [3] Wyrwa A., Szurlej A., Gawlik L., Suwała W.: Energy scenarios for Poland a comparison of PRIMES and TIMES PL modeling results. Journal of Power Technologies 95 p. 100 (2015) [4] Coal Information z lat [5] European Commission (2014). European Economic Forecast. Autumn European DG ECFIN 2015 Economy 7/2014. Directorate General for Economic and Financial Affairs (DG ECFIN). Annual macro-economic data available at: [6] Energy Policies of IEA Countries Poland 2016 Review [7] EU Reference Scenario Energy, Transport and GHG Emissions Trends to EUROPEAN COMMISSION Directorate-General for Energy, Directorate-General for Climate Action and Directorate-General for Mobility and Transport. [8] World Energy Outlook IEA International Energy Agency. Secure Sustainable Together. PERSPECTIVES OF COAL POWER TECHNOLOGIES IN POLAND AND THE WORLD Key words: electricity generation, hard coal, energy security, perspectives Summary. The aim of the article is to show the importance of coal in the Polish and world power industry in the perspective until Authors in their analyzes used their own original works and compared them with scenarios developed by the European Commission. The tables and graphs show the world's total and country's production of hard coal, its share in electricity production, prices - both current and forecast - and national coal use forecasts in the power industry. The results of the Reference scenario developed for the European Commission using the PRIMES model with own simulation results using the TIMES-PL model for different CO2 price paths were compared. With high coal prices, coal use will decrease in all scenarios. Poland's energy strategy assumes that coal will continue to be the dominant fuel used to generate electricity. Poland is a country with abundant carbon resources and the use of domestic fuel guarantees the country's energy security. However, the relative share of coal will gradually decrease. Tadeusz Olkuski, dr hab. inż., AGH w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego, adiunkt. olkuski@agh.edu.pl Wojciech Suwała, prof. dr hab. inż., AGH w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego, Dziekan Wydziału Energetyki i Paliw. suwalaw@agh.edu.pl Artur Wyrwa, dr inż., AGH w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego, adiunkt. awyrwa@agh.edu.pl