Koszty referencyjne technologii dedykowanych na rynek energii elektrycznej

Transkrypt

1 P O L I T E C H N I K A Ś L Ą S K A WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI I STEROWANIA UKŁADÓW Koszty referencyjne technologii dedykowanych na rynek energii elektrycznej Henryk Kocot Gliwice, 26 maja 2009 r.

2 Technologia elektroenergetyczna - definicja

3 Składniki kosztów technologii elektroenergetycznej

4 Rozpatrywane technologie elektroenergetyczne

5 Składniki kosztów zewnętrznych 1. Koszty dostawy energii do odbiorcy: koszty przesyłu ponoszone są po połowie przez odbiorców i wytwórców (funkcjonuje m.in. w W.Brytanii, Skandynawii) koszty strat i ograniczeń wyznaczono metodą kosztów krańcowych koszty rezerw wyznaczono metodą rynkową w kosztach infrastruktury uwzględniono możliwości pojawienia się stranded costs 2. Koszty związane z emisją CO 2 : rzeczywiste emisje CO 2 dla różnych paliw poziomy kosztów jednostkowych: 40 euro/tonę oraz 10 euro/tonę sprawności procesów wytwarzania energii elektrycznej

6 Koszty dostawy energii do odbiorcy Infrastruktura sieciowa (1) Zastosowany rodzaj opłaty: Opłata węzłowa oparta na metodzie śledzenia rozpływów ZAŁOŻENIE METODY ŚLEDZENIA ROZPŁYWÓW: idealne wymieszanie w każdym węźle dopływających do niego mocy (od źródeł i gałęzi) i proporcjonalny ich udział w mocach odpływających. g1 P g1 P Gi i g2 P g2 P Li = P Li P Gi PGi + P + P P g1 Li g1 PGi + Pg 1 P Li WYNIK METODY ŚLEDZENIA ROZPŁYWÓW: rozdzielenie mocy na strugi przypisane poszczególnym węzłom wytwórczym lub odbiorczym

7 Koszty dostawy energii do odbiorcy Infrastruktura sieciowa (2) sieć NN sieć 110 kv sieć SN sieć nn E GNN,110 E GNN,SN E GNN,nN E GNN 94,3 86,5 62,4 34,9 E LNN E G11 45,6 E G110,SN E G110,nN 32,9 18,4 Poziom napięcia 400,220 kv Koszt infrastruktury 12,74 E L110 E GSN 4,4 E GSN,nN 2,5 110 kv SN 15,96 37,56 E LSN E GnN 0,7 nn 99,39 E LnN Jednostkowe koszty infrastruktury sieciowej zł/mwh Śledzenie rozpływów na przykładzie przepływu energii w KSE

8 Koszty dostawy energii do odbiorcy Infrastruktura sieciowa (3) Uzmiennione koszty infrastruktury sieciowej (w PLN/MWh) w przypadku zastępowania produkcji energii na poziomie napięciowym X przez produkcję na poziomie napięciowym Y X / Y NN 110 kv SN nn NN 12,7 16,0 37,6 99,4 110 kv - 3,2 24,8 86,6 SN ,6 83,4 nn ,8 Wielkości poza przekątną główną obrazują efekt wynikający z zastąpienia 1 MWh energii produkowanej w źródle przyłączonym do poziomu napięciowego X przez produkcję tej samej 1 MWh w źródle przyłączonym do poziomu napięciowego Y, przy założeniu lokalizacji źródła w pobliżu (przy) odbiorcy. Wielkości na przekątnej oznaczają efekty osiągane przy lokalizacji źródła na danym poziomie napięciowym, ale przy jego lokalizacji w głębi sieci danego napięcia.

9 Koszty dostawy energii do odbiorcy Infrastruktura sieciowa (4) Oszczędności w kosztach infrastruktury sieciowej (w PLN/MWh) po przyłączeniu źródła dla rozpatrywanych technologii wytwarzania Technologia wytwarzania Atomowa Na węgiel brunatny Na węgiel kamienny Gazowa MW * Gazowa 1 7,5 MW ** Gazowa do 400 kw ** Wiatrowo-gazowa * Biometanowa Mała elektrownia wodna * Ogniwo paliwowe Miejsce przyłączenia NN NN NN 110 kv SN nn SN nn nn nn Efekt finansowy -12,8-12,8-12,8 14,4 16,0 37,6 27,8 99,4 67,5 99,4 * Dla tych źródeł przyjęto, że nie są one przyłączone bezpośrednio przy odbiorze (oszczędności wynikają więc tylko z efektów w sieciach nadrzędnych oraz połowy oszczędności dla sieci danego napięcia). ** W przypadku maksymalnych mocy z podanego zakresu efekt występuje tylko w sieci nadrzędnej, dlatego przyjęto wartości stawek dla sieci o jeden poziom napięciowy wyżej niż poziom przyłączenia źródła.

10 Koszty dostawy energii do odbiorcy Infrastruktura sieciowa (5) Energetyka rozproszona, traktowana rynkowo, musi prowadzić do obniżenia finansowania rozwoju sieci, a nawet do stranded costs w segmencie sieciowym.

11 Koszty dostawy energii do odbiorcy Ograniczenia i straty przesyłowe (1) Krótkookresowa cena węzłowa (Locational Marginal Price - LMP) jest równa minimalnej zmianie całkowitego kosztu wytwarzania i przesyłu energii w systemie elektroenergetycznym spowodowanej zmianą zapotrzebowania w danym węźle, przy czym zakłada się stałość mocy wytwórczych źródeł i przesyłowych sieci. LMP i K(PG ) = P Li c G1 c G2 c G3 P G1 P G2 P G1 G3 G2 G3 P G1 + P G1 L1 P L1 PL2 P L3 c G1 c G2 c G3 P G2 + P G2 L2 P G3 + P G3 G1 G2 G3 L3 Krótkookresowa cena węzłowa LMP jest najniższą możliwą ceną energii w danym węźle sieci, wyznaczoną z uwzględnieniem fizycznych ograniczeń związanych z jej dostawą (strat i ograniczeń przesyłowych). P L1 + P L1 L1 L2 P L3 P L2 LMP L1 = K 2 K 1 L3

12 Koszty dostawy energii do odbiorcy Ograniczenia i straty przesyłowe (2) Stawka węzłowa opłaty rynkowej jest równa różnicy krótkookresowych cen węzłowych między danym węzłem a węzłem wirtualnym. LMP k sieć k i LMP i LMP śr l LMP dla węzłów wytwórczych: l j LMP j Cena węzłowa w węźle wirtualnym LMP śr = n w i= 1 LMP n w i= 1 P i Li P Li SO Gj = LMP śr LMP j

13 Koszty dostawy energii do odbiorcy Ograniczenia i straty przesyłowe (3) kv 220 kv 110 kv SN nn

14 Koszty dostawy energii do odbiorcy Ograniczenia i straty przesyłowe (4) Aktualne i prognozowane wartości kosztów strat i ograniczeń przesyłowych (w PLN/MWh) dla rozpatrywanych technologii wytwarzania Technologia wytwarzania Atomowa Na węgiel brunatny Na węgiel kamienny Gazowa MW Gazowa 1 7,5 MW * Gazowa do 400 kw * Wiatrowo-gazowa Biometanowa Mała elektrownia wodna Ogniwo paliwowe Miejsce przyłączenia NN NN NN 110 kv SN nn SN nn nn nn Koszt strat i ograniczeń przesyłowych przeciętna prawdopodobna prognozowana 5,1 9,1 10,0 1,6 5,5 6,1 7,0 8,5 9,4 0,8-3,5-3,9 0,8-3,5-3,9-4,8-15,0-16,5-4,8-15,0-16,5-5,8-18,1-20,0-5,8-18,1-20,0-5,8-18,1-20,0 * W przypadku maksymalnych mocy z podanego zakresu efekt występuje tylko w sieci nadrzędnej, dlatego przyjęto wartości stawek dla sieci o jeden poziom napięciowy wyżej.

15 Koszty dostawy energii do odbiorcy Koszty rezerw mocy (1) Zawodność źródeł wytwórczych powoduje, że każde źródło powinno mieć zapewnione rezerwowanie w produkcji w przypadku awarii. Gdyby obowiązywała zasada, że wytwórca jest odpowiedzialny za zapewnienie rezerw mocy, to musiałby on kupić tę rezerwę, np. za pośrednictwem OSP na centralnym rynku usług systemowych. Przy ocenie poziomu kosztów związanych z zakupem rezerw mocy dla poszczególnych technologii wytwórczych wykorzystano współczynnik dyspozycyjności: AF n ( T pi i= 1 = n i= 1 + T T ki ri ) 100% i indeks jednostki wytwórczej (i = 1, 2... n) T p czas pracy jednostki T r czas przestojów w rezerwie czas kalendarzowy T k

16 Koszty dostawy energii do odbiorcy Koszty rezerw mocy (2) Technologia wytwarzania Współczynnik AF Koszt zapewnienia rezerwy mocy minimalny średni maksymalny Atomowa 82,87 3,03 5,14 8,93 Na węgiel brunatny 86,80 2,33 3,96 6,88 Na węgiel kamienny 88,00 2,12 3,60 6,26 Gazowa MW 93,53 1,14 1,94 3,37 Gazowa 1 7,5 MW 94,97 0,89 1,51 2,62 Gazowa do 400 kw 97,13 0,51 0,86 1,50 Wiatrowo-gazowa 99,50 0,09 0,15 0,26 Biometanowa 98,22 0,31 0,53 0,93 Mała elektrownia wodna 90,62 1,66 2,82 4,89 Ogniwo paliwowe 76,84 4,09 6,95 12,08 W przypadku technologii gazowych (w tym biometanowych i wiatrowo-gazowych) maksymalny koszt rezerwy mocy ponoszony przez to źródło nie powinien przekraczać 4 PLN/MWh, podczas gdy maksymalny przychód jaki to źródło może uzyskać ze sprzedaży usług systemowych może przekraczać 50 PLN/MWh. Analogiczne relacje dla źródeł systemowych są znacznie mniej korzystne.

17 Koszty oddziaływania na środowisko Emisje CO 2 dla rozpatrywanych technologii Emisja CO 2 dla technologii elektroenergetycznej wysoka (98 kg CO 2 /GJ) średnia (56 kg CO 2 /GJ) zerowa (0 kg CO 2 /GJ) elektrownia kondensacyjna na węglu kamiennym elektrownia opalana gazem ziemnym elektrownia atomowa elektrownia kondensacyjna na węglu brunatnym ogniwo paliwowe elektrownia biometanowa elektrownia wiatrowo-gazowa mała elektrownia wodna Podane wartości emisji dotyczą ilości CO 2 powstającej przy produkcji 1 GJ energii cieplnej ze spalenia paliwa (bez uwzględnienia sprawności wytwarzania energii elektrycznej).

18 Koszty oddziaływania na środowisko Emisje CO 2 dla rozpatrywanych technologii Jednostkowy koszt emisji CO2 [PLN/MWh] Sprawność wytwarzania [%] węgiel, 10 euro/t węgiel, 25 euro/t węgiel, 40 euro/t gaz, 10 euro/t gaz, 25 euro/t gaz, 40 euro/t

19 Koszty oddziaływania na środowisko Koszty emisji CO 2 Technologia wytwarzania Sprawność wytwarzania [%] Emisja [t/mwh] Koszt emisji CO 2 [PLN/MWh] 10 euro/t 25 euro/t 40 euro/t Atomowa - 0,000 0,00 0,00 0,00 Na węgiel brunatny 35 1,008 38,30 95,76 153,22 Na węgiel kamienny 37 0,954 36,23 90,58 144,93 Gazowa MW 35 0,576 21,89 54,72 87,55 Gazowa 1 7,5 MW 40 0,504 19,15 47,88 76,61 Gazowa do 400 kw 40 0,504 19,15 47,88 76,61 Wiatrowo-gazowa 40 0,403 15,32 38,30 61,29 Biometanowa - 0,000 0,00 0,00 0,00 Mała elektrownia wodna - 0,000 0,00 0,00 0,00 Ogniwo paliwowe 40 0,504 19,15 47,88 76,61

20 Sumaryczne koszty zewnętrzne dla poszczególnych technologii Przyjęte założenie, że dla odbiorcy źródło rozproszone stanowi zasilanie podstawowe a sieć elektroenergetyczna zasilanie rezerwowe uprawnia do rozszerzenia klasycznej definicji kosztów zewnętrznych (definiowanych jako różnica między kosztem społecznym a kosztem prywatnym). Poniżej jako koszty zewnętrzne przyjmuje się koszty oddziaływania na środowisko oraz koszty dostawy energii do odbiorcy (koszty związane z siecią elektroenergetyczną i rezerwami mocy). Sumaryczne koszty zewnętrzne [PLN/MWh] min max Technologia elektroenergetyczna Technologia wytwarzania Atomowa Na węgiel brunatny Na węgiel kamienny Gazowa MW Gazowa 1 7,5 MW Gazowa do 400 kw Wiatrowo-gazowa Biometanowa Mała elektrownia wodna Ogniwo paliwowe Nr na wykresie

21 Koszty wytwarzania technologie wielkoskalowe Charakterystyczna wielkość Technologia Jednostkowe nakłady inwestycyjne [mln zł/mw] Okres eksploatacji [lata] Koszty zmienne wytwarzania [zł/mwh] Emisyjność CO 2 [Mg/MWh] Blok parowy na parametry nadkrytycznewęgiel kamienny 5, ) ,745 Blok parowy na parametry nadkrytycznewęgiel brunatny 6, ,805 Blok parowogazowy (gaz ziemny) 2, ,296 Blok jądrowy PWR 8,0 2) 6, ,6 0,000 1) koszty zmienne podano dla trzech lokalizacji (koszty transportu) odpowiednio 60 zł/mwh bez transportu, 80 zł/mwh transport do 300 km, 100 zł/mwh transport powyŝej 300 km 2) większa wartość odpowiada realizacji pierwszej inwestycji w kraju, mniejsza kaŝdej kolejnej

22 Koszty wytwarzania technologie wielkoskalowe Roczny koszt stały [tys. zł/mw] Lp. Technologia przy stopie procentowej 8% przy stopie procentowej 11% 1 Blok parowy na parametry nadkrytyczne węgiel kamienny 544(77,7) 675(96,4) 2 Blok parowy na parametry nadkrytyczne węgiel brunatny 653(93,3) 810(115,7) 3 Blok parowy-gazowy (gaz ziemny) 317(45,3) 387(55,3) 4 Blok jądrowy PWR 870(124,3) 707(101) 1.080(154,3) 878(125,4) Kolorem czerwonym podano jednostkowe uzmiennione koszty stałe przy czasie T=7000h/a

23 Koszty wytwarzania technologie wielkoskalowe Lp. Technologia Jednostkowe koszty wytwarzania zł/mwh Bez kosztów zewnętrznych Z kosztami zewnętrznymi 1 Blok parowy na parametry nadkrytyczne węgiel kamienny Blok parowy na parametry nadkrytyczne węgiel brunatny Blok parowy-gazowy (gaz ziemny) Blok jądrowy PWR * * Dla bloków jądrowych dużej mocy nie uwzględniono konieczności rozbudowy sieci

24 Koszty wytwarzania technologie rozproszone EC z turbiną gazową pracującą w obiegu prostym (ke = 289 zł/mwh), EL wiatrowa (ke = 370 zł/mwh), EC ORC opalana biomasą (ke = 420 zł/mwh), EC parowa opalana biomasą (ke = 426 zł/mwh), EL wodna (ke = 452 zł/mwh), EC z turbiną gazową zintegrowana ze zgazowaniem biomasy (ke = 479 zł/mwh), EC z silnikiem gazowym zintegrowana ze zgazowaniem biomasy (ke = 506 zł/mwh). Dane wg prof. B.Zaporowskiego

25 Koszty wytwarzania Koszty inwestycyjne są stosunkowo stabilne i można określić tendencje ich zmian - dla rozproszonych technologii wytwarzania będą się zmniejszać (ze względu na ciągły postęp technologiczny i konkurencję między dostawcami technologii), natomiast dla technologii systemowych będą wzrastać (ze względu na rosnące wymagania ochrony środowiska i wymagania dotyczące bezpieczeństwa pracy elektrowni). Koszty paliwa podlegają dużym wahaniom (charakteryzują się wielką ekspozycją na ryzyko).

26 Scenariusze rozwojowe koszty dostawy 500,00 Jednostkowy koszt dostawy zł/mwh 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 z CO2 10 euro/t z CO2 40euro/t z KZ min z KZ max rok 450,00 Scenariusz kontynuacji (zaniechania) Scenariusz innowacyjny Jednostkowy koszt dostawy zł/mwh 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 z CO2 10euro/t z CO2 40euro/t z KZ min z KZ max rok

27 Zamiast podsumowania Wycena całkowitych kosztów dostaw energii do odbiorcy, wg reguł rynkowych, (w wytwarzaniu, przesyle i ochronie środowiska) pozwala konkurować na rynku źródłom rozproszonym (szczególnie odnawialnym) bez stosowania różnokolorowych certyfikatów.

28 Koszty referencyjne technologii dedykowanych na rynek energii elektrycznej DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Zaprezentowane wyniki zostały uzyskane w ramach Projektu Badawczego Zamawianego Bezpieczeństwo Elektroenergetyczne Kraju (PBZ-MEiN-1/2/2006) realizowanego przez Konsorcjum Politechnik: Gdańskiej, Śląskiej, Warszawskiej i Wrocławskiej Henryk.Kocot@polsl.pl