Porównanie cen zakupu ciepła pochodzącego z geotermii i konwencjonalnych nośników energii w latach

Transkrypt

1 Porównanie cen zakupu ciepła pochodzącego z geotermii i konwencjonalnych nośników energii w latach Comparison of the purchase price of heat origin by geothermal and conventional energy carriers in Ciepłownictwo LESZEK PAJĄK,WIESŁAW BUJAKOWSKI W artykule dokonano oceny jednostkowych kosztów zakupu ciepła dla odbiorcy końcowego. Wykorzystano aktualne na wrzesień 2018, zatwierdzone przez Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki taryfy rozliczeniowe dla wszystkich ciepłowni wykorzystujących energię geotermalną. Cena jednostkowa ciepła uwzględnia wszystkie koszty ujęte w taryfie, tj. koszty: wytwarzania, przesyłu i dystrybucji. Ceny ciepła dla instalacji geotermalnych porównano z cenami ciepła pochodzącego z konwencjonalnych nośników energii (węgiel kamienny, sieciowy gaz ziemny i olej opałowy dla wybranych przedsiębiorstw). Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzić można, że cena ciepła pochodzącego z instalacji geotermalnych i obowiązująca odbiorcę końcowego zawiera się w przedziale cen charakteryzujących konwencjonalne nośniki energii. Jest ona uzależniona od warunków geotermalnych. Tam gdzie temperatura płynów geotermalnych pozwala na wykorzystanie ciepła bez zastosowania ciepła, jego cena zawiera się w przedziale typowym dla ciepła pochodzącego ze spalania węgla kamiennego. Tam gdzie konieczne jest stosowanie pomp ciepła, cena ciepła zawiera się w przedziale typowym dla ciepła pochodzącego ze spalania gazu ziemnego i oleju opałowego. Zmiany cen ciepła w analizowanym przedziale czasu (lata ) nie są znaczące w przypadku: geotermii, węgla i sieciowego gazu ziemnego. Znaczącym zmianom w czasie podlega cena ciepła pochodzącego ze spalania oleju opałowego. W nadchodzącym czasie spodziewać się można wzrostu cen ciepła pochodzącego z instalacji na węgiel kamienny. Wiązać się to będzie z wprowadzeniem opłat za emisję CO 2. Słowa kluczowe: cena ciepła, geotermia, ciepłownictwo, taryfy rozliczeniowe, zmiany cen w czasie The paper assessed the unitary purchase price of heat for space heating and hot tap water preparation valid for the end user. The billing tariffs for all Polish geothermal heating plants approved by the President of the Energy Regulatory Office (URE) were used. The analyses are based on billing tariffs up to date on the September The unitary energy price includes all costs covered by tariffs, i.e. costs of: generation, transmission and distribution of heat. Geothermal heat prices were compared with conventional energy carriers (hard coal, natural gas and fuel oil for selected heat suppliers). Based on the analyses it might be notice that the price of geothermal heat covers the range of prices typical for the conventional energy carriers. The price strictly depends on geothermal conditions (represented by temperature). In cases where the temperature of geothermal fluids allows the use of energy without heat pumps, the price of energy is in the range typical for energy received from hard coal. Where it is necessary to use heat pumps, the price of energy is in the range typical for the natural gas and the heating oil. Changes in energy prices in the analysed period of time (years ) are not significant in the case of: geothermal, coal and natural gas. The price of energy from heating oil is subject to significant changes over time. In the upcoming time, an increase in energy prices originated from hard coal might be expected. This will involve because of fees for CO 2 emission. Key words: energy price, geothermal energy, heating, billing rates, price changes over time Wprowadzenie W przeświadczeniu powszechnym geotermia uznawana jest za drogie źródło, którego wykorzystanie wiąże się z wysokimi kosztami zaspokojenia potrzeb energetycznych. Autorzy od roku 2007, cyklicznie dokonują analiz zestawiających cenę ciepła pochodzącego z instalacji geotermalnych z cenami ciepła pochodzącego z wybranych instalacji, korzystających z nośników konwencjonalnych. Przedmiotem analiz jest cena ciepła obowiązująca końcowego odbiorcę, uwzględniająca zarówno koszty jego pozyskania jak Dr hab. inż. Leszek Pająk, pajak@min-pan.krakow.pl AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Kraków, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk w Krakowie, Pracownia Odnawialnych Źródeł Energii, Kraków dr hab. inż. Wiesław Bujakowski prof. IGSMiE PAN Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk w Krakowie, Pracownia Odnawialnych Źródeł Energii, Kraków 12/2018 7

2 C i przesyłu oraz dystrybucji. Stosowana metodyka ulega zmianom w czasie. Są one dyktowane głównie zmieniającymi się wymogami dotyczącymi zapotrzebowania na moc i energię przez obiekty budowlane. Poniżej przedstawiono stosowaną metodykę oraz otrzymane wyniki. Metodyka szacowania całkowitej ceny ciepła obowiązującej odbiorcę końcowego Podstawą analiz jest ocena jednostkowej (odniesionej do 1 GJ), całkowitej ceny ciepła jaką płaci końcowy jej odbiorca. Cena ta uwzględnia koszty wytwarzania, przesyłu i dystrybucji, w zakresie składników stałych i zmiennych taryfy rozliczeniowej. Została ona określona w oparciu o metodykę wcześniej wykorzystywaną i opisaną w (Pająk i Bujakowski 2016). W roku 2016 dokonano korekt wcześniej stosowanej metodyki (Pająk i Bujakowski 2013; 2011 i 2007). Korekty te dotyczyły uaktualnienia (zmniejszenia wartości) wskaźników zapotrzebowania na moc i ciepło zużywane w celu ogrzewania i przygotowania ciepłej wody. Określenia ceny jednostkowej zakupu ciepła dokonano wykorzystując zatwierdzone przez Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki taryfy rozliczeniowe. Minimalną granicę jednostkowego zapotrzebowania na ciepło użytkowe (konsumowane w celach ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody) określono wg zależności (1) na q H-W_min =70,8 kwh/(m 2 rok). Odpowiada to rocznemu zapotrzebowaniu na energię pierwotną E PH-W =85 kwh/(m 2 rok), podanemu w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury i Budownictwa z 8 grudnia 2017 roku Dz.U poz. 2285, dla budynków wielorodzinnych od 1 stycznia 2017 roku. Dla obiektów podłączonych do lokalnej sieci ciepłowniczej, łączącej odbiorcę z ciepłownią gazową lub olejową, współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzenie i dostarczenie nośnika energii w i wynosi 1,2 (Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z 27 lutego 2015 Dz.U. 2015, poz. 376). q H-W_min = E PH-W /w i = = 85 kwh/(m 2 rok)/1,2 = = 70,8 kwh/(m 2 rok) = = 0,255 GJ/(m 2 rok) (1) Maksymalne zapotrzebowanie na ciepło konsumowane w celu ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody q H-W_max określono przyjmując zapotrzebowanie na energię pierwotną E PH-W = 300 kwh/(m 2 rok). Co odpowiada mniej więcej obiektom budowlanym wznoszonym w latach (Norwisz red. 2004)). Dla w i = 1,2 dało to: q H-W_max = 300 kwh/(m 2 rok)/1,2 = = 250 kwh/(m 2 rok) = = 0,9 GJ/(m 2 rok) (2) W celu określenia maksymalnego zapotrzebowania na moc grzewczą posłużono się bezwymiarowym współczynnikiem średniorocznego wykorzystania mocy maksymalnej zamówionej (współczynnikiem obciążenia LF), definiowanym jako: (3) gdzie: LF średnioroczny współczynnik wykorzystania mocy zamówionej [-], Q ilość ciepła zużytego przez odbiorcę [J/rok], Q max maksymalna ilość ciepła jaką mógłby zużyć odbiorca [J/rok], gdyby przez cały rok pobierał moc zamówioną, max(p(τ)) wartość maksymalna mocy chwilowej zamówionej [W], 3, s/rok ilość sekund w roku kalendarzowym. Wartość średnioroczną współczynnika wykorzystania całkowitej mocy zamówionej określono uwzględniając stopień wykorzystania mocy w celu ogrzewania i przygotowania ciepłej wody. Wielkości te zdefiniowano następująco: (4) (5) (6) gdzie: τ czas w ciągu roku [s], p c (τ) stopień chwilowego wykorzystania całkowitej mocy zamówionej [-], 8 12/2018

3 Tabela 1. Zestawienie danych dotyczących cen ciepła u poszczególnych dostawców, wartości netto według stanu na wrzesień 2018 (Pająk i Bujakowski 2018) Tabela 1. Energy price for final energy user (based on billing tariffs), the net value as of September 2018 (Pająk and Bujakowski 2018) lp Nazwa (grupa taryfowa) \ rodzaj opłaty Opłata stała za moc zamówioną c smz [zł/mw rok] Cena za ciepło c ec [zł/gj] Cena nośnika ciepła [zł/m 3 ] Stała stawka opłaty przesyłowej c sop [zł/mw rok] Zmienna stawka opłaty przesyłowej c zop [zł/gj] 1 Geotermia Pyrzyce (grupa odbiorców A) ,20 37,84 22, ,16 18,89 2 Geotermia Pyrzyce (grupa odbiorców B) ,20 37,84 22, ,96 15,26 3 Geotermia Pyrzyce (grupa odbiorców B1) ,20 37,84 22, ,24 18,03 4 Geotermia Pyrzyce (grupa odbiorców B2) ,20 37,84 22, ,20 11,30 5 Geotermia Mazowiecka (grupa M1 80/60 C) ,08 47,04 13, ,53 11,28 6 Geotermia Mazowiecka (grupa M2 70/50 C) ,08 47,04 13, ,39 12,00 7 Geotermia Podhalańska (M1 węzeł indywidualni odbiorcy) 72770,11 19,01 17, ,53 15,33 8 Geotermia Podhalańska (M2) węzeł indywidualni odbiorcy PEC) 72770,11 19,01 17, ,78 20,62 9 Geotermia Podhalańska (M4 węzeł grupowy PEC) 72770,11 19,01 17, ,12 24,90 10 Geotermia Podhalańska (G zasilanie bezpośrednie geotermia) 52974,88 16,52 3,35 0,00 0,00 11 PEC Stargard (B1 PEC Stargard Szczeciński) 68472,69 26,38 44, ,43 11,03 12 PEC Stargard (B2/1 PEC Stargard Szczeciński) 68472,69 26,38 44, ,28 18,91 13 PEC Stargard (B2/2 PEC Stargard Szczeciński) 68472,69 26,38 44, ,58 11,84 14 PEC Stargard (B3 PEC Stargard Szczeciński) 68472,69 26,38 44, ,00 19,14 15 MPEC Kraków (KO-w z olejuopałowego) ,56 66,05-0,00 0,00 16 MPEC Kraków (KG-w z gazu ziemnego) ,16 59,88-0,00 0,00 17 Veolia Energia Warszawa SA (A12B1C3 gaz ziemny Nurzynska 1) 96192,96 56,62 13, ,72 9,00 18 Geotermia Mazowiecka (S1 węgiel i biomasa) ,24 35,91 11, ,42 10,40 19 Veolia Energia Warszawa SA (A15B1C1 węgiel) 68345,64 31,74 4, ,92 3,17 20 Veolia Energia Warszawa SA (A3B1C221 sieć ciepłownicza, MPO) 40469,04 27,10 7, ,92 12,95 21 MPEC Kraków SA (S1 WGP węzeł należy do MPEC) 66228,36 25,00 16, ,16 16,60 Ciepłownictwo Rys. 1. Wykres uporządkowany stopnia wykorzystania mocy maksymalnej zamówionej dla odbiorcy zlokalizowanego w Krakowie i korzystającego z ciepła w celu przygotowania ciepłej wody i ogrzewania Rys. 1. Ordered curve of the utilization capacity of maximum power for an energy user located in Krakow and uses the heat both for central heating and domestic water heating Tabela 2. Zmiany cen ciepła pochodzącego z instalacji wykorzystujących geotermię i wybrane zasoby konwencjonalne w czasie od roku 2007 do 2018 (na podstawie Pająk i Bujakowski 2007; 2011; 2013; 2016 i 2018) Table 2. Changes in the price of energy origin of geothermic and choice conventional Energy carriers in the time from 2007 up to 2018 (based on Pająk and Bujakowski 2007; 2011; 2013; 2016 and 2018) Geotermia Węgiel kamienny Gaz ziemny Olej opałowy Rok min max min max min max min max Rys. 2. Zestawienie cen jednostkowych zakupu netto ciepła obowiązujących odbiorcę końcowego i zawierających wszystkie opłaty stałe i zmienne dla wybranych przedsiębiorstw w roku 2018 (Pająk i Bujakowski 2018) Rys. 2. Statement of the unitary net price of purchase the heat suitable for the end user, includes all fixed charges and variable for the selected companies in 2018 (Pająk and Bujakowski 2018) 12/2018 9

4 C p co (τ) i p cwu (τ) stopień chwilowego zapotrzebowania na moc zamówioną dla centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody [-], t w obliczeniowa temperatura wewnętrzna [ C], t z (τ) i t z min wartość chwilowa i minimalna (obliczeniowa) temperatury zewnętrznej [ C], Q cwu roczne zapotrzebowanie na energię w celu przygotowania ciepłej wody [J/rok], P cwu max moc maksymalna zamówiona związana z przygotowaniem ciepłej wody [W]. Chwilowa wartość temperatury zewnętrznej t z (τ) jest w analizach określona na podstawie Typowych lat meteorologicznych i statystycznych danych klimatycznych do obliczeń energetycznych budynków (MIiB RP 2016). Wartość minimalną (obliczeniową) t z min określono za PN-EN Dla Krakowa, leżącego w III-ciej strefie klimatycznej, t z imin wynosi 20 C. Na rys. 1 przedstawiono wykres uporządkowany stopnia wykorzystania całkowitej mocy zamówionej przez odbiorcę p c (τ). Wykres uzyskano przy założeniu, że maksymalne zapotrzebowanie na całkowitą moc zamówioną przez odbiorcę odpowiada rzeczywistemu zapotrzebowaniu na moc. Bazując na podanych założeniach wartość średnioroczną współczynnika wykorzystania mocy zamówionej określić można zależnością: (7) Wynosi on w analizowanym przypadku 0,27. Wartość ta może być traktowana jako maksymalna (LF max ), teoretycznie możliwa do uzyskania. W rzeczywistości najczęściej spotykamy się z sytuacją, w której wartość mocy zamówionej przewyższa wartość rzeczywistego zapotrzebowania na moc. Współczynnik średniorocznego wykorzystania mocy zainstalowanej przyjmuje zatem mniejsze wartości. W dalszych obliczeniach założono, że w skrajnym przypadku wartość LF może być o 30% mniejsza od wartości teoretycznej (LF max ) zatem wynosić ona będzie ok. 0,19 (LF min ). Idealne dopasowanie mocy zamówionej skutkować będzie redukcją kosztów stałych zaspokojenia potrzeb odbiorcy w zakresie pokrycia zapotrzebowania na ciepło. Zamówienie mocy większej od realnie wykorzystywanej powoduje wzrost kosztów stałych zaspokojenia potrzeb. Na podstawie wartości LF ocenić można rzeczywistą wartość mocy zamówionej w celach grzewczych p z : (8) Zapotrzebowanie na moc zamówioną maksymalną i minimalną oszacowano (na podstawie zależności 9) na: p z_min = 31,71 (0,26 GJ/(m 2 ok)/0,27) = = ~ 30 W/m 2 p z_max = 31,71 (0,9 GJ/(m 2 ok)/0,19) = = ~ 150 W/m 2 W tabeli 1 zestawiono aktualne (wrzesień 2018) taryfy rozliczeniowe obowiązujące dla wybranych przedsiębiorstw ciepłowniczych zarówno korzystających z energii geotermalnej, jak i z konwencjonalnych nośników energii. Uwzględniono wszystkich dostawców ciepła wytwarzanego przy wykorzystaniu geotermii, którzy mają zatwierdzoną przez Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki i publikowaną taryfę rozliczeniową. W przypadku wyboru referencyjnych dostawców ciepła pochodzącego ze źródeł konwencjonalnych kierowano się zasadą, że muszą to być duże przedsiębiorstwa, mające stabilną pozycję na rynku obrotu ciepłem w ten sposób autorzy starali się zminimalizować błąd polegający na porównywaniu geotermii z taryfami rozliczeniowymi niepoprawnie skalkulowanymi. Na podstawie danych z tabeli 1 i obliczeń dotyczących zapotrzebowania na moc i ciepło dokonać można oceny minimalnej i maksymalnej ceny całkowitej zakupu ciepła przez odbiorcę końcowego: (9) 10 12/2018

5 Ciepłownictwo (10) (11) gdzie: c min, c max minimalna i maksymalna cena ciepła obowiązująca odbiorcę końcowego, uwzględniająca zarówno opłaty stałe jak i zmienne, c smz opłata stała za moc zamówioną (tabela 1), c sop stała stawka opłaty przesyłowej (tabela 1), c ec opłata za ciepło (tabela 1), c zop zmienna stawka opłaty przesyłowej (tabela 1). Wyniki Określone wg równań 10 i 11 całkowite minimalne i maksymalne obowiązujące odbiorcę końcowego zostało przedstawione na rys. 2 dla wszystkich zestawionych w tabeli 1 dostawców ciepła. W tabeli 2 zestawiono zmiany maksymalnej i minimalnej ceny ciepła dla odbiorców końcowych, korzystając z danych literaturowych (Pająk i Bujakowski 2016; 2013; 2011 i 2007) i prezentowanych wyników. Podsumowanie W świetle przeprowadzonych obliczeń stwierdzić można, że cena jednostkowa ciepła pochodzącego z instalacji geotermalnych zawiera się w przedziale cen ciepła pochodzącego z nośników konwencjonalnych i jest zależna od dostępnych warunków złożowych (geotermalnych). Instalacje, w których temperatura zasobów geotermalnych pozwala na samodzielne zaspokojenie potrzeb odbiorcy (temperatura na powierzchni powyżej 70 C) bez użycia pomp ciepła, uzyskały ceny jednostkowe zbliżone do ceny ciepła pochodzącego z węgla. Cena ta zawiera się w przedziale od 48 do ok. 66 zł/gj (rys. 2). Do instalacji tych zalicza się PEC Geotermia Podhalańska i PEC Stargard. Instalacje geotermalne, które muszą wykorzystywać pompy ciepła by dopasować się temperaturami do wymogów odbiorcy ciepła (Geotermia Pyrzyce i Geotermia Mazowiecka), mają cenę jednostkową ciepła zbliżoną do ciepła pochodzącego z gazu ziemnego lub oleju opałowego. Cena zawiera się w przedziale od ok. 65 do 83 zł/gj (rys. 2). Cena ciepła pochodzącego z geotermii, w analizowanym przedziale czasu tj. od roku 2007 do roku 2018, wykazuje stabilność (tabela 2). Stabilnością również cechuje się cena ciepła pochodzącego ze spalania węgla kamiennego i gazu ziemnego. Dużą zmienność cen ciepła w czasie charakteryzuje natomiast olej opałowy. W najbliższym czasie spodziewać się można znaczącego wzrostu cen ciepła pochodzącego ze spalania węgla kamiennego, wiązać się to będzie ze wzrostem opłat za emisję CO 2. LITERATURA [1] Pająk L., Bujakowski W. Zmiany ceny zakupu energii cieplnej pochodzącej z polskich ciepłowni geotermalnych w latach w świetle obowiązujących taryf rozliczeniowych (Changes in the purchase price of heat originating from Polish geothermal heating plants in the time period based on settlement tariffs). Technika Poszukiwań Geologicznych, Geotermia, Zrównoważony Rozwój nr 1/2018, strony /

6 C [2] Pająk L., Bujakowski W., Analiza zmian cen energii cieplnej pochodzącej z instalacji geotermalnych i wybranych źródeł konwencjonalnych na podstawie taryf rozliczeniowych w latach Technika Poszukiwań Geologicznych, Geotermia, Zrównoważony Rozwój nr 1. strony [3] Pająk L., Bujakowski W., Porównanie cen energii cieplnej pochodzącej z instalacji geotermalnych z cenami konwencjonalnych źródeł energii na podstawie taryf rozliczeniowych obowiązujących w 2013 roku. Technika Poszukiwań Geologicznych Geotermia, Zrównoważony Rozwój nr 1/2013. strony [4] Pająk L., Bujakowski W., Porównanie cen zakupu energii pochodzącej z polskich ciepłowni geotermalnych z energią innych dostawców w świetle obowiązujących taryf rozliczeniowych. Technika Poszukiwań Geologicznych Geotermia, Zrównoważony Rozwój nr 1-2. strony [5] Pająk L., Bujakowski W., Analiza cen energii cieplnej pochodzącej z działających w Polsce ciepłowni geotermalnych. Technika Poszukiwań Geologicznych, Geotermia, Zrównoważony Rozwój nr 2007/1. strony 9-16 [6] Decyzja nr DRE.WRC XIZM2.ESZ Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki z dnia 10 stycznia 2018 r. Zmiana taryfy dla ciepła dla Geotermii Mazowieckiej S.A.. Mszczonów, grudzień 2017 [7] Decyzja nr OKR (20)/2017/2018/ 401/X/UJN Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki z dnia 29 stycznia 2018 roku w sprawie zatwierdzenia taryfy dla ciepła Przedsiębiorstwa Energetyki Cieplnej Geotermia Podhalańska S.A. z siedzibą w Bańskiej Niżnej [8] Geotermia Pyrzyce Sp. Z o.o. Taryfa dla ciepła. Załącznik do decyzji Prezesa URE nr OSZ XIII.SR. Pyrzyce, 2018 [9] PEC Stargard. Taryfa dla ciepła Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej w Stargardzie Sp. z o.o. Załącznik do decyzji Prezesa URE z dnia 20 sierpnia OSZ XIX.EZ.BO. Stargard, 2018 [10] MPEC S.A. w Krakowie. Taryfa MPEC S.A. w Krakowie dla odbiorców ciepła (netto) obowiązująca od r. [11] Veolia Energia Warszawa S.A. Aktualny wyciąg cen oraz stawek opłat stosowanych przez Veolia Energia Warszawa S.A. od dnia roku [12] Ministerstwo Infrastruktury i Budownictwa RP. Wskaźniki emisji i wartości opałowe paliwa oraz typowe lata meteorologiczne i statystyczne dane klimatyczne do obliczeń energetycznych budynków, [13] dostęp /2018