Zalety kogeneracji. Paweł Urbański, Jacek Sawicki. Zielona Góra, 12 maja 2011 r.

Transkrypt

1 Zalety kogeneracji w kontekście efektywności energetycznej oraz możliwości budowy układów kogeneracyjnych na bazie ciepłowni lokalnych w gminach województwa lubuskiego Paweł Urbański, Jacek Sawicki Zielona Góra, 12 maja 2011 r.

2 W prezentacji oprócz materiałów i opracowań własnych Inven Group wykorzystano informacje zawarte w opracowaniach: Studium Rozwoju Systemów Energetycznych w Województwie Lubuskim do roku Energoekspert, Katowice Koszty wytwarzania energii elektrycznej i ciepła - prof. J. Lewandowski, ITC Autorom źródeł dziękujemy

3 IDEA KOGENERACJI Strata 53 Strata 15 Paliwo Całość 138 Wytwarzanie rozdzielone Elektrownia 42% Ciepłownia 90% Energia elektryczna Ciepło Kogeneracja 35% Elektrociepłownia 50% Paliwo 100 Całość 100 Sprawność ogólna: η elektrownia kondensacyjna = 42% η ciepłownia = 90% η elektrociepłownia = 85% 3

4 CIEPŁOWNICTWO, SKALA ZAGADNIENIA Zbiorcze (scentralizowane) systemy ciepłownicze zapewniają ciepło znacznej części polskiego społeczeństwa. Są ważnym elementem systemu bezpieczeństwa energetycznego gmin. Miejskie Systemy Ciepłownicze wg dostaw ciepła do miejskich systemów ciepłowniczych Moc: Elektrociepłownie zawodowe 45% MWt Ciepłownie komunalne 32% Wielkość rynku docelowego: Produkcja: TJ Elektrociepłownie systemowe 13% Około 100 PEC-ów gminnych (niesprywatyzowanych) o mocy MWt Wartość rynku - około mld zł Elektrociepłownie przemysłowe 10% Źródło: URE, IGCP, Analizy własne 0% 20% 40% 60% 4

5 WIĘKSZE WYSPOWE SYSTEMY CIEPŁOWNICZE W WOJEWÓDZTWIE LUBUSKIM Świebodzin Lubsko Żary Kożuchów Nowa Sól Szprotawa Żagań Słubice Sulęcin Gubin Sulechów Międzyrzecz Skwierzyna Strzelce Krajeńskie TEZA: Z energii paliw wykorzystywanych dziś w systemach centralnego ogrzewania powinno się produkować nie tylko ciepło ale również prąd. (Kogeneracja) Pojawiają się szczególnie korzystne ku temu okoliczności. 5

6 POKRYCIE ZAPOTRZEBOWANIA NA CIEPŁO W WOJEWÓDZTWIE LUBUSKIM 4% 8% 21% Gaz sieciowy 31% Centralny system ciepłowniczy Wyspowe systemy ciepłownicze Energia elektryczna 21% 10% Kotłownie lokalne węglowe Inne paliwa Odnawialne źrodła energii 1% 4% Indywidualne ogrzewanie węglowe KOTŁOWNIE przedział mocy Węgiel Gaz sieciowy Biomasa, biogaz Inne RAZEM Moc kotłowni łącznie [MW] 0,1-5 MW MW > 20 MW ilość kotłowni łączna moc zainstalowana [MW]

7 LUBUSKIE CIEPŁOWNICTWO Zapotrzebowanie na moc cieplną MW Produkcja ciepła GJ Teoretyczny potencjał produkcji energii elektrycznej w skojarzeniu MWh 7

8 ZAPOTRZEBOWANIE NA MOC I ZUŻYCIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ Ponad 30% energii elektrycznej zużywanej w województwie lubuskim dostarczane jest spoza jego obszaru. Moc osiągalna [MW] Produkcja [MWh] Produkcja w źródłach lokalnych 446, Deficyt / Źródła zewnętrzne Dostawa spoza obszaru województwa lubuskiego Zapotrzebowanie/ zużycie w województwie lubuskim 253, Konieczność importu energii elektrycznej oznacza większe koszty (przesyłu) i większe ryzyko zakłócenia dostaw Lubuskie potrzebuje nowych, lokalnych źródeł energii elektrycznej, najlepiej aby były to źródła rozproszone, skojarzone i odnawialne 8

9 SKUTKI ZAOSTRZONYCH REGULACJI ŚRODOWISKOWYCH Nowe wymagania unijne, głównie wynikające z dyrektyw ETS i IED, poza zmniejszeniem zanieczyszczenia, spowodują wzrost cen ciepła centralnego. Dotyczy to zwłaszcza systemów bazujących na technologii węglowych kotłów wodnych. Dyrektywa ETS w sprawie emisji CO2 Uprawnienia darmowe zostaną przydzielone metodą benchmarkową, opartą o standard 10% najlepszych instalacji w Europie. Liczba darmowych uprawnień będzie się corocznie zmniejszać, z 80% w roku 2013 do 30% w roku 2020 i 0% w roku Możliwe są derogacje, ale to jedynie odsuwa a nie rozwiązuje problem zł/gj Cena ciepła dla mieszkańców bez zmiany technologii* Efekt nowego systemu rozliczania CO 2 (2013) Efekt dostosowania do dyrektywy IED (2023) Dyrektywa IED w sprawie emisji Redukcja SO2 przemysłowych Wzrost rachunków za ciepło bez uwzględnienia inflacji wyniesie 35-50% Redukcja NOx Redukcja Pyłu Nie jest jeszcze znany ostateczny termin wejścia w życie obowiązku redukcji SO2 i NOx 2016 lub 2023 rok *Analiza wykonana dla systemu ciepłowniczego 70-tysięcznego miasta Nominalny wzrost kosztów wytwarzania ciepła wyniesie 50-75%

10 ZAOPATRZENIE W GAZ WOJEWÓDZTWA LUBUSKIEGO Ziemia Lubuska jest bogata we własne zasoby gazu ziemnego, ale poza głównymi miastami i kilkoma gminami jest słabo zgazyfikiwana. Zużycie gazu (przemysł i odbiorcy komunalni ) ok. 1 mld. m 3 /a 10

11 STRATEGIE MODERNIZACJI POLSKICH CIEPŁOWNI Wymierne korzyści można osiągnąć zastępując węgiel gazem lub biomasą i wprowadzając produkcję energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu. Zalety Wady Strategia A Budowa układów kogeneracyjnych na węglu Strategia B Budowa układów kogeneracyjnych na gazie Dobrze rozpoznana technologia Dostępność paliwa Dobrze rozpoznana technologia Dostępność paliwa Redukcja emisji Wysoki koszt, niska opłacalność realizacji inwestycji przy obecnym systemie wsparcia bez dotacji UE dla małych jednostek Duże ryzyko kolejnego zaostrzania wymagań środowiskowych (węgiel napiętnowany) Niepewny stan regulacyjny w zakresie obowiązywania żółtych certyfikatów Duża wrażliwość na wahania indeksów cen ropy (czasowo) Strategia C Budowa układów kondensacyjnokogeneracyjnych na biomasie Strategia D Układy hybrydowe łączące powyższe strategie Atrakcyjna stopa zwrotu na niektórych paliwach (np. słoma) W zasadzie nie wrażliwy na zmienny poziom odbioru ciepła Szansa na poprawę ekonomii wraz z zaostrzaniem wymagań ochrony środowiska Możliwość zoptymalizowania elektrociepłowni pod względem ekonomii i ryzyk do specyficznych cech indywidualnych rynków ciepła. Dywersyfikacja ryzyka paliwowego i maksymalne wykorzystanie konkretnych możliwości oferowanych przez lokalny rynek biomasowy. Duże ryzyko rynku paliwowego, zwłaszcza przy silnej konkurencji ze strony współspalania i dużych kotłów dedykowanych Droga i wymagająca precyzyjnego dopasowania do paliwa technologia Przedsięwzięcie skomplikowane od strony inżynierskiej i organizacyjnej. Wysokie nakłady 11

12 BUDOWA NOWEJ ELEKTROCIEPŁOWNI PRZEZ INWESTORA ZEWNĘTRZNEGO Nowa elektrociepłownia jest budowana na terenie istniejącego żródła ciepła. Finansowanie organizowane jest przez inwestora zewnętrznego w formule Project Finance bez konieczności angażowania środków PEC-u. Kluczowa jest umowa sprzedaży ciepła i umowa dzierżawy z opcją wykupu gruntu. Spółka inwestycyjna (celowa) Umowa sprzedaży ciepła: 20 lat Gwarantowany odbiór minimalny Uzgodniona formuła cenowa Potencjalny udział kapitałowy 10-15%: Aport majątku Wkład gotówkowy PEC Umowa dzierżawy/kupna gruntu Umowa usługi eksploatacyjnej 12

13 KORZYŚCI DLA MIASTA I PEC-U WYNIKAJĄCE ZE WSPÓŁPRACY Główną korzyścią jest szansa na niższe ceny ciepła dla mieszkańców i skierowanie dostępnych środków PEC na inwestycje w system dystrybucji ciepła. Ilustracja ścieżek cenowych ciepła dla mieszkańców (łącznie z dystrybucją) [zł/gj] Korzyści dla PEC-u: Prognoza cen w przypadku kontynuowania działalności PEC bez nowego bloku Prognoza cen dla mieszkańców w przypadku wybudowania nowego bloku Ilustracja Poprawa konkurencyjności PEC wobec alternatywnych nośników energii Uniknięcie przez PEC części własnych wydatków inwestycyjnych na majątek wytwórczy Możliwość zwiększenie inwestycji w dystrybucji Prognoza cen wg wzrostu inflacyjnego 13

14 GŁÓWNE KORZYŚCI PRZY BUDOWIE ELEKTROCIEPŁOWNI WE WSPÓŁPRACY Z INWESTOREM ZEWNTRZNYM 1 Niższe ceny ciepła - budowa nowego bloku kogeneracyjnego pozwala na obniżenie kosztów wytwarzania ciepła w stosunku do istniejących kotłów węglowych. Dodatkowym czynnikiem sprzyjającym redukcji cen jest uniknięcie inwestycji przez PEC i działania optymalizacyjne po stronie własnego majątku. 2 Uniknięcie własnych inwestycji Wymagany udział własny w całości lub w przeważającej części pokryje inwestor zewnętrzny. Dodatkowo możliwe będą oszczędności na modernizacji istniejącej ciepłowni. 3 4 Ograniczenie niskiej emisji i emisji przemysłowych utrzymanie niższych, a tym samym bardziej konkurencyjnych cen ciepła oraz uniknięcie potrzeby inwestowania w działalność wytwórczą, stwarzają możliwości dla większego rozwoju działalności sieciowej. Przyłączanie nowych odbiorców do centralnej sieci cieplnej redukuje problem niskiej emisji (zanieczyszczeń emitowanych przez mieszkańców ze spalania węgla i odpadów we własnych piecach). Nowy blok z powodu zastosowanej technologii i wysokich standardów nakładanych na nowe instalację będzie emitował wielokrotnie mniej zanieczyszczeń w porównaniu do kotłów węglowych, a w przypadku niektórych związków (pył) emisja może być zerowa. Zwiększenie wpływów do budżetu gmin budowa elektrociepłowni zwiększy wpływy do budżetu gminy w wysokości 1-3 mln zł. Będą to przede wszystkim dochody z trzech źródeł: Udział w dywidendzie (w przypadku zaangażowania kapitałowego PEC-u w projekt). Podatek od nieruchomości Udział gmin w CIT 5 Utrzymanie kontroli nad rynkiem ciepła w przeciwieństwie do prywatyzacji, miasta nadal utrzymają kontrolę nad majątkiem dystrybucyjnym i sprzedażą ciepła w mieście. 14

15 NOWOCZESNE UKŁADY KOGENERACYJNE Nowe instalacje kogeneracyjne współpracują z istniejącymi źródłami (kotłami wodnymi). Z reguły nowy blok pokrywa 70-80% potrzeb cieplnych systemu, a kotły wodne pełnią funkcje rezerwowo-szczytowe. Przykładowy układ kogeneracyjny z wykorzystaniem silników tłokowych na gaz ziemny 12 89, mieszanka 73,39 MW 12,04 MW paliwowo-powietrzna chłodzenie mieszanki 12 89,5 2,69 C M MW Moc cieplna silników 27,08 MWt Moc generatora 8,28 MW Silniki gazowe G 34,20 MWe chłodzenie płaszcza 4,07 MW chłodzenie oleju 2,69 MW 19 89, ,8 16 0, CM ,5 Strata chłodzenia ,00 MW 16 6,65 MWt Ilustracja 32,0 15,6 Zapotrzebowanie systemu na ciepło 14,6 12,4 Produkcja z istniejących instalacji Produkcja w kogeneracji z nowego źródła 11,2 7,3 3,1 2, ,6 h 15

16 PRZYKŁADOWY SCHEMAT ELEKTROCIEPŁOWNI GAZOWO-BIOMASOWEJ Z WYKORZYSTANIEM TURBINY GAZOWEJ Stata w spalinach 2,9 MW Moc generatora 21,8 MW Straty w chłodnicy 0,00 MW CH Moc w paliwie 114,3 MW Sprawnośd kotła odzysknicowego 90,0% Sprawnośd kotła biomasowego: 87% Moc kotła odzysknicowego: 39,7 MW Moc kotła biomasowego: 20,28 MW Turbina Parowa G moc cieplna przekazana w spalinach do KO 44,12 MW KO Moc w paliwie 23,3 MW KB Straty na odsalaniu 0,14 MW Moc na kondensatorze 42,96 MW WC PSW WCP PWC Sprężarka Komora Turbina Gazowa Spalania G Energia w wodzie moc generatora Moc na wym. szczytowym 47,2 MW 0,00 MW WP 0,09 MW PK WS Energia w powietrzu 37,5 MW PS SC Moc do sieci 42,96 MW SUW Moc elektryczna: 69,0 MW Sprawność elektryczna: 50,13% PZ Wykaz oznaczeń: Sprawność ogólna: 81,34% CH chłodnie WC wymiennik ciepłowniczy G generator WCP wymiennik chłodzący pośredni PK pompa kondensatu WP wymiennik regeneracyjny wysokociśnieniowy Nazwa projektu: EOD Inwestor: PS pompa sieciowa WS wymiennik szczytowy Elektrociepłownia Odolany INVEN Group PSW pompa sieciowa wstępna ZZ zbiornik zasilajacy z odgazowywaczem etap: Wstępna koncepcja PWC PZ SC pompa wody chłodzącej pompa wody zasilającej obieg ciepłowniczy Nazwa rysunku: Bilans cieplno-masowy, Wariant: B Wersja: 0.1 SUW stacja uzupełniania i uzdatniania wody Wykonał: Michał Kalbarczyk; Justyna Bartosiewicz Nr rysunku: Sprawdził: Jacek Sawicki EOD/T/1.1/0.1/11 16

17 PODSUMOWANIE Jednym z istotnych obowiązków władz samorządowych jest zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego swoim mieszkańcom. Nowe wymagania związane z ochroną środowiska, głównie ETS i IED, spowodują wzrost cen ciepła (centralnego). Dotyczy to zwłaszcza systemów bazujących na technologii węglowych kotłów wodnych. Ograniczenie tego wzrostu jest możliwe przez całkowite lub częściowe zastąpienie istniejących instalacji nowymi układami kogeneracyjnymi opalanymi gazem lub/i biomasą. Inwestycje w budowę nowych jednostek kogeneracyjnych można zrealizować przy wykorzystaniu inwestorów zewnętrznych bez konieczności, choć przy możliwym udziale, finansowania samorządowego. Wsparcie dla kogeneracji na gazie upływa w 2012 r. Wzorem innych krajów konieczna jest kontynuacja lub wdrożenie nowego systemu wsparcia dla tej technologii, w szczególności gwarantującego rynkową opłacalność inwestycji dla średniej wielkości systemów miejskich. Układy biomasowe, o ile zostaną uznane podwójne świadectwa lub pojawi się nowy rodzaj świadectw, mogą stać się dość atrakcyjne. Problemem pozostanie dostępność biomasy i skala obiektu.

18 Dziękuje Państwu za uwagę, Chętnie odpowiem na ewentualne pytania z sali, lub poprzez Jacek. Sawicki@invengroup.pl 18