Załącznik 5: Analizy czułościowe dotyczące konkurencyjności technologii węglowych i poziomu zapotrzebowania na węgiel

Transkrypt

1 RAPORT 2030 Wpływ proponowanych regulacji unijnych w zakresie wprowadzenia europejskiej strategii rozwoju energetyki wolnej od emisji CO 2 na bezpieczeństwo energetyczne Polski, a w szczególności możliwości odbudowy mocy wytwórczych wykorzystujących paliwa kopalne oraz poziom cen energii elektrycznej Część 2 Ocena skutków wdrożenia pakietu energetyczno klimatycznego dla Polski w okresie do roku 2030 Załącznik 5: Analizy czułościowe dotyczące konkurencyjności technologii węglowych i poziomu zapotrzebowania na węgiel Wersja z dn (uwzględniająca wyniki dodatkowych analiz czułościowych) Pracę wykonała firma Badania Systemowe EnergSys Sp. z o.o. na podstawie umowy z Polskim Komitetem Energii Elektrycznej z dn. 7 października 2007 Warszawa, wrzesień 2008

2 Spis treści 1. CEL I ZAKRES ANALIZY CHARAKTERYSTYKI TECHNOLOGII WĘGLOWYCH GAZOWYCH I JĄDROWYCH UKŁAD WARIANTÓW OBLICZENIOWYCH DO ANALIZ CZUŁOŚCIOWYCH WYNIKI MODELOWYCH ANALIZ CZUŁOŚCIOWYCH POZIOM ROZWOJU ELEKTROWNI WĘGLOWYCH STRUKTURA TECHNOLOGII W GRUPIE ELEKTROWNI ZAWODOWYCH ZUŻYCIE WĘGLA WYCOFANIA MOCY ELEKTROWNI ISTNIEJĄCYCH WNIOSKI Z ANALIZ CZUŁOŚCIOWYCH Badania Systemowe EnergSys Sp. z o.o. 1

3 1. Cel i zakres analizy Celem przeprowadzonych dodatkowych analiz była ocena opłacalnego zakresu stosowania technologii węglowych przy zmianach warunków otoczenia, które mają największy wpływ na ich konkurencyjność: wpływ wyższych cen węgla kamiennego z kopalni krajowych, wpływ szybszego wzrostu cen paliw i energii na rynku światowym, wpływ późniejszej dostępności energetyki jądrowej, wprowadzenie obowiązku stosowania instalacji CCS w nowych elektrowniach węglowych od roku Analizy te miały dostarczyć dodatkowych informacji przydatnych w określeniu znaczenia technologii węglowych dla polskiej elektroenergetyki w perspektywie do roku 2030, w tym: minimalnego i maksymalnego możliwego poziomu ich rozwoju, identyfikacji czynników, które mają największy wpływ na ocenę ich konkurencyjności w warunkach polskich, wpływ rozważanych czynników na poziom zapotrzebowania na węgiel i, ocenę możliwości zaspokojenia krajowego popytu na węgiel z produkcji krajowej. W niniejszym załączniku prezentowane są kolejno: a) charakterystyki technologii modelowych wykorzystane do analiz, b) układ przeprowadzonych obliczeń modelowych, c) najważniejsze uzyskane wyniki oraz wnioski z nich wynikające. 2. Charakterystyki technologii węglowych gazowych i jądrowych Analizy technologiczne prowadzone są w oparciu o zestaw modelowych charakterystyk techniczno ekonomicznych alternatywnych technologii produkcji energii elektrycznej. Poniżej przedstawiono najważniejsze parametry modelowych technologii przeznaczonych do stosowania w nowo budowanych elektrowniach lub pojedynczych blokach energetycznych. Badania Systemowe EnergSys Sp. z o.o. 2

4 Tablica 1. Charakterystyki technologii węglowych gazowych i jądrowych (dane kosztowe wyrażono w zł o sile nabywczej z 2005 r.) Nr Typ technologii Nośnik energii Nazwa technologii Dostępna od Nakłady inw. Koszty stałe Koszty zmienne Sprawność Wskaźnik emisji brutto netto CO 2 1 Węglowa bez CCS 2 Węglowa bez CCS 3 Węglowa bez CCS 4 Węglowa bez CCS węgla bez CCS. węgla bez CCS. węgla bez CCS. węgla bez CCS. [rrrr] zł/kw zł/kw/a zł/mwh % % kg/mwh ,9 17,8 43,6% 38,5% 798, ,4 16,7 46,4% 38,5% 749, ,1 16,0 48,4% 40,1% 718, ,1 16,6 46,9% 42,9% 742,07 5 Węglowa CCS ready węgla z CCS ready ,9 17,8 43,6% 38,5% 798,11 6 Węglowa CCS ready węgla z CCS ready ,4 16,7 46,4% 38,5% 749,80 7 Węglowa CCS ready węgla z CCS ready ,1 16,0 48,4% 40,1% 718,88 Badania Systemowe EnergSys Sp. z o.o. 3

5 Nośnik Nr Typ technologii Nazwa technologii energii Dostępna od Nakłady inw. Koszty stałe Koszty zmienne Sprawność Wskaźnik emisji brutto netto CO 2 [rrrr] zł/kw zł/kw/a zł/mwh % % kg/mwh 8 Węglowa CCS ready węgla z CCS ready ,1 16,6 46,9% 42,9% 742,07 9 Węglowa z CCS 10 Węglowa z CCS 11 Węglowa z CCS 12 Węglowa bez CCS 13 Węglowa bez CCS 14 Węglowa bez CCS 15 Węglowa bez CCS węgla - z CCS. węgla - z CCS. węgla - z CCS. węgla bez CCS. węgla bez CCS. węgla bez CCS. węgla bez CCS ,6 32,8 41,2% 29,6% 107, ,3 31,5 43,4% 31,2% 101, ,6 32,0 42,4% 35,3% 101, ,9 18,8 47,2% 42,0% 726, ,2 17,7 50,0% 42,0% 685, ,8 17,0 52,1% 43,6% 656, ,8 17,5 50,5% 46,4% 677,69 Badania Systemowe EnergSys Sp. z o.o. 4

6 Nośnik Nr Typ technologii Nazwa technologii energii Dostępna od Nakłady inw. Koszty stałe Koszty zmienne Sprawność Wskaźnik emisji brutto netto CO 2 [rrrr] zł/kw zł/kw/a zł/mwh % % kg/mwh 16 Węglowa CCS ready węgla z CCS ready ,9 18,8 47,2% 42,0% 726,23 17 Węglowa CCS ready węgla z CCS ready ,2 17,7 50,0% 42,0% 685,30 18 Węglowa CCS ready węgla z CCS ready ,8 17,0 52,1% 43,6% 656,75 19 Węglowa CCS ready węgla z CCS ready ,8 17,5 50,5% 46,4% 677,69 20 Węglowa z CCS 21 Węglowa z CCS 22 Węglowa z CCS 23 Węglowa bez CCS węgla - z CCS. węgla - z CCS. węgla - z CCS. technologii supernadkrytycznej bez CCS ,6 32,9 44,2% 32,3% 97, ,9 31,7 46,4% 33,9% 93, ,5 32,3 45,3% 38,0% 95, ,1 15,1 46,0% 43,0% 900,35 Badania Systemowe EnergSys Sp. z o.o. 5

7 Nośnik Nr Typ technologii Nazwa technologii energii Dostępna od Nakłady inw. Koszty stałe Koszty zmienne Sprawność Wskaźnik emisji brutto netto CO 2 24 Węglowa bez CCS 25 Węglowa bez CCS 26 Węglowa CCS ready 27 Węglowa CCS ready 28 Węglowa CCS ready 29 Węglowa z CCS 30 Węglowa z CCS 31 Węglowa z CCS 32 Węglowa bez CCS technologii supernadkrytycznej bez CCS. technologii supernadkrytycznej bez CCS. techn. supernadkrytycznej z CCS ready. techn.supernadkrytycznej z CCS ready. tech. supernadkrytycznej z CCS ready. technologii supernadkrytycznej - z CCS. kamieny technologii supernadkrytycznej - z CCS. technologii supernadkrytycznej - z CCS. technologii supernadkrytycznej bez CCS. [rrrr] zł/kw zł/kw/a zł/mwh % % kg/mwh ,1 15,1 51,0% 46,0% 841, ,1 15,1 52,0% 47,0% 823, ,1 15,1 46,0% 43,0% 900, ,1 15,1 51,0% 46,0% 841, ,1 15,1 52,0% 47,0% 823, ,7 33,6 34,0% 28,0% 138, ,4 33,6 39,0% 33,0% 117, ,4 33,6 42,0% 36,0% 107, ,1 14,4 45,0% 41,0% 1007,20 Badania Systemowe EnergSys Sp. z o.o. 6

8 Nr Typ technologii Nośnik energii Nazwa technologii Dostępna od Nakłady inw. Koszty stałe Koszty zmienne Sprawność Wskaźnik emisji brutto netto CO 2 33 Węglowa bez CCS 34 Węglowa CCS ready 35 Węglowa CCS ready 36 Węglowa z CCS 37 Węglowa z CCS 38 Węglowa z CCS 39 OXY spalanie 40 OXY spalanie technologii supernadkrytycznej bez CCS. technologii supernadkrytycznej z CCS ready. technologii supernadkrytycznej z CCS ready. technologii supernadkrytycznej z CCS. technologii supernadkrytycznej z CCS. technologii supernadkrytycznej z CCS. Blok energetyczny na parametry nadkrytyczne w tech. spalania tlenowego. Blok energetyczny na parametry nadkrytyczne w tech.spalania tlenowego. [rrrr] zł/kw zł/kw/a zł/mwh % % kg/mwh ,3 14,4 50,0% 45,0% 917, ,1 14,4 45,0% 41,0% 1007, ,3 14,4 50,0% 45,0% 917, ,7 31,6 33,0% 27,0% 152, ,2 31,6 38,0% 32,0% 129, ,2 31,6 40,0% 35,0% 117, ,9 21,5 40,0% 28,0% 6, ,9 22,5 41,0% 29,0% 6,09 41 Jądrowa Uran Elektrownia jądrowa ,2 0,0-34,0% 0, Jądrowa Uran Elektrownia jądrowa ,2 0,0-34,0% 0,000 Gazowy cykl 43 Gaz ziemny kombinowany cyklu kombinowanym. Gaz ziemny ,0 0,7 59,0% 57,0% 347,368 Badania Systemowe EnergSys Sp. z o.o. 7

9 3. Układ wariantów obliczeniowych do analiz czułościowych Analiza czułości (sensitivity analysis) polega na ocenie wpływu zmiany określonego parametru lub grupy parametrów z zestawu założeń obliczeniowych na uzyskiwane przez model rozwiązanie. Wykonane analizy miały ocenić ekonomiczny potencjał rozwoju technologii węglowych a pośrednio ich konkurencyjności w stosunku do elektrowni jądrowych i gazowych - w wyniku następujących zmian warunków otoczenia w stosunku do założeń z obliczeń podstawowych: wyższych cen paliw na rynku międzynarodowym (scenariusz WYSOKI), wyższych cen dostaw węgla krajowego, braku możliwości lub zasadności rozwoju energetyki jądrowej przed rokiem 2030, obowiązkowego stosowania CCS w nowych elektrowniach węglowych od roku Założenie o braku możliwości rozwoju energetyki jądrowej wynika z jednej strony z przedstawionych informacji o złożoności procesu przygotowań do wprowadzenia energetyki jądrowej, koniecznych do tego konsekwentnych i czytelnych działań ze strony rządu oraz niepewności odnośnie akceptacji społecznej dla takiej inwestycji w Polsce. Z drugiej strony, istotne znaczenie mają informacje o możliwości znacznego wzrostu nakładów inwestycyjnych na budowę elektrowni jądrowych. Trzecim czynnikiem, który może przeszkodzić w rozwoju energetyki jądrowej jest sygnalizowane przez niektórych producentów energii (np. Vattenfall) oczekiwanie odnośnie znaczącej obniżki kosztów usuwania CO 2 ze spalin (instalacje CCS) w przypadku komercyjnego rozwoju tych technologii. Wszystkie te czynniki wskazują na możliwą sytuację braku warunków do budowy elektrowni jądrowych w Polsce przed 2030 r. Równocześnie, w świetle przeprowadzonej poszerzonej weryfikacji danych zdecydowano się nie zmieniać założeń odnośnie parametrów i dostępności elektrowni gazowych w Polsce. Wymienione wyżej, przeznaczone do analiz czułościowych zmiany założeń w różny sposób oddziałują na konkurencyjność technologii węglowych, co w syntetyczny sposób opisuje poniższa tablica. Tablica 2. Rozpatrywane czynniki i ich wpływ na konkurencyjność technologii węglowych Czynnik otoczenia Prawdopodobieństwo Oczekiwany wpływ na konkurencyjność technologii węglowych 1. Wysokie ceny paliw na rynku międzynarodowym WYSOKIE Wyższa konkurencyjność technologii węglowych w stosunku do elektrowni gazowych 2. Wyższe ceny dostaw węgla kamiennego z kopalni krajowych w stosunku do danych GIG WYSOKIE Słabsza konkurencyjność elektrowni na węglu m, szansa na szersze wykorzystanie nowych kopalni węgla brunatnego Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 8

10 3. Brak możliwości rozwoju energetyki jądrowej przed 2030 r. 4. Obowiązkowe instalacje CCS dla elektr. węglowych od 2025 r. WYSOKIE ŚREDNIE Większe możliwości rozwoju dla elektrowni węglowych, konkurujących głównie z elektrowniami gazowymi Słabsza konkurencyjność nowych technologii węglowych Poniżej przedstawiono schemat wykonanych obliczeń modelowych, z uwzględnieniem zmian wymienionych wyżej czynników. Tablica 3. Układ analiz czułościowych dotyczących konkurencyjności technologii węglowych Światowe ceny paliw Ceny węgla kraj Energetyka jądrowa Bez polityki Polityka poprawy A. Pakiet energetyczno klimatyczny (EU_MIX) Umiarkowane Wg GIG TAK EUMIX_UM EUMIX-E(UM) + 20% GIG TAK EUMIX_UM+20% EUMIX-E_(UM+20%) Wysokie Wg GIG TAK EUMIX_WYS EUMIX-E_(WYS) Wg GIG NIE EUMIX_WYS_nEJ EUMIX-E_(WYS_nEJ) B. Pakiet energetyczno klimatyczny i obowiązkowy CCS dla nowych elektrowni węglowych od roku 2025 (EU_CCS) Umiarkowane Wg GIG TAK EUCCS_UM EUCCS-E(UM) Wysokie Wg GIG TAK EUCCS_WYS - Wysokie Wg GIG NIE EUCCS_WYS_nEJ - Szczegółowe założenia odnośnie Umiarkowanego i Wysokiego scenariusza przyszłych zmian cen paliw w imporcie do Polski przedstawione zostały w Części I Raportu 2030 (rozdz ). Natomiast dane dotyczące kosztów wydobycia węgla kamiennego z kopalń krajowych w rozdz tej samej części Raportu, a dodatkowo przedstawione są w Załączniku 1 do Części 2 Raportu Układ badanych scenariuszy został dobrany w taki sposób, by w ramach analizowanych warunków umożliwić opisanie sytuacji brzegowych ze względu na skalę rozwoju energetyki na węglu. Obejmuje on m.in. następujące charakterystyczne sytuacje: najbardziej niekorzystne warunki dla rozwoju elektrowni na węglu m (niski popyt na energię ze względu na politykę oraz wysokie ceny węgla kamiennego, przy umiarkowanych cenach paliw węglowodorowych i dostępności energetyki jądrowej wariant: EUMIX-E_(UM+20%) Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 9

11 najbardziej korzystne warunki rozwoju elektrowni węglowych (wysoki popyt na energię oraz umiarkowane ceny węgla kamiennego, przy wyższych cenach paliw węglowodorowych i braku dostępności energetyki jądrowej wariant: EUMIX_WYS_nEJ) korzystniejsze warunki rozwoju elektrowni na węglu m w stosunku do węgla kamiennego (wyższe o 20% ceny węgla kamiennego w stosunku do ocen GIG warianty: EUMIX_UM+20% i EUMIX-E_(UM+20%), Równocześnie, zestaw czterech wariantów obliczeniowych zakładających obowiązek stosowania CCS pozwala na ocenę wpływu tego obowiązku w różnych warunkach cenowych i popytowych. Rozwiązań krańcowych ze względu na rozwój technologii węglowych można spodziewać się w wariantach EUCCS-E(UM) (najniższy poziom rozwoju) i EUCCS_WYS_nEJ (najwyższy poziom rozwoju w warunkach obowiązkowego CCS). Zrezygnowano z badania dwóch wariantów z obowiązkowym CCS w ramach polityki poprawy, gdyż ich wyniki byłyby pośrednie w stosunku do wyników innych badanych scenariuszy. Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 10

12 4. Wyniki modelowych analiz czułościowych Wyniki dodatkowych wariantów obliczeniowych analizowane były pod kątem następujących danych: poziom rozwoju elektrowni węglowych (moc zainstalowana i poziom produkcji), struktura technologii produkcyjnych w sektorze elektrowni zawodowych, zużycie węgla kamiennego i brunatnego w elektrowniach zawodowych, zużycie węgla kamiennego w kraju. Poniżej przedstawiono najważniejsze wyniki wraz z ich omówieniem. Następnie, w podsumowaniu dokonano krótkiego opisu skutków powodowanych zmianą poszczególnych założeń na poziom rozwoju produkcji energii elektrycznej z węgla Poziom rozwoju elektrowni węglowych W kolejnych dwóch tablicach przedstawiono wpływ rozpatrywanych zmian warunków otoczenia na poziom rozwoju elektrowni węglowych (moce elektryczne i produkcja). Tablica 4. Moce produkcyjne elektrowni węglowych w [MW] dla wszystkich rozpatrywanych wariantów ( MW w roku 2005) Światowe ceny paliw Ceny węgla kraj Energetyka jądrowa Bez polityki Polityka poprawy A. Scenariusz EU_MIX Umiarkowane Wg GIG TAK % GIG TAK Wysokie Wg GIG TAK Wg GIG NIE B. Scenariusz EU_CCS Umiarkowane Wg GIG TAK Wysokie Wg GIG TAK Wysokie Wg GIG NIE Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 11

13 Tablica 5. Produkcja energii elektrycznej w elektrowniach węglowych w [TWh/a] dla wszystkich wariantów obliczeniowych (119,3 TWh w roku 2005) Światowe ceny paliw Ceny węgla kraj Energetyka jądrowa Bez polityki Polityka poprawy A. Scenariusz EU_MIX Umiarkowane Wg GIG TAK + 20% GIG TAK Wysokie Wg GIG TAK Wg GIG NIE B. Scenariusz EU_CCS Umiarkowane Wg GIG TAK Wysokie Wg GIG TAK Wysokie Wg GIG NIE 107,8 93,8 118,5 93,5 79,9 87,1 105,8 92,1 118,4 92,4 79,9 85,6 111,7 129,6 127,7 96,1 112,7 95,9 117,4 147,7 173,6 101,7 136,2 142,9 107,4 93,6 112,5 93,5 79,9 86,0 110,2 113,7 122, ,5 128,6 169, Najkorzystniejsze warunki dla rozwoju elektrowni węglowych występują przy wysokich cenach paliw na rynku międzynarodowym, braku specjalnej polityki poprawy energetycznej i braku energetyki jądrowej (wariant EUMIX_WYS_nEJ). W tym wariancie moce elektryczne elektrowni węglowych dochodzą do 30 GW w roku 2030, a produkcja do 170 TWh/a. Najbardziej niekorzystne warunki powstają natomiast w przypadku aktywnej polityki poprawy energetycznej oraz przy umiarkowanych cenach paliw: EUMIX-E_(UM) lub EUMIX-E_(UM+20%). Scenariusze obowiązkowego stosowania w nowych elektrowniach węglowych instalacji CCS powodują znaczne zmniejszenie mocy zainstalowanych w elektrowniach węglowych przy mniejszym spadku produkcji. Efekt ten został wyjaśniony w dalszej części opisu. Uśrednione wskaźniki wykorzystania mocy dla całej grupy elektrowni węglowych wykazują zmienność od 55% do 77%. W wariantach bez obowiązkowych CCS przy umiarkowanych cenach paliw międzynarodowych, w latach wskaźniki wykorzystania mocy w elektrowniach węglowych są niezbyt wysokie, ze względu na aktywny rozwój elektrowni gazowych. Istniejące elektrownie węglowe pracują z niepełnym wykorzystaniem mocy. W roku 2030 następuje gwałtowny wzrost cen gazu, powodujący przejście elektrowni gazowych do pracy w okresach szczytowych i podszczytowych oraz budowę nowych elektrowni węglowych pracujących z pełnym wykorzystaniem mocy, przy równoczesnej likwidacji Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 12

14 znacznej części mocy elektrowni istniejących, co powoduje wzrost średniego wskaźnika wykorzystania mocy elektrowni węglowych. Tablica 6. Średni wskaźnik wykorzystania mocy w elektrowniach węglowych dla wszystkich wariantów obliczeniowych (55% w roku 2005) Światowe ceny paliw Ceny węgla kraj Energetyka jądrowa Bez polityki Polityka poprawy A. Scenariusz EU_MIX Umiarkowane Wg GIG TAK + 20% GIG TAK Wysokie Wg GIG TAK Wg GIG NIE B. Scenariusz EU_CCS Umiarkowane Wg GIG TAK Wysokie Wg GIG TAK Wysokie Wg GIG NIE 63% 58% 74% 61% 55% 76% 63% 57% 75% 60% 54% 76% 56% 61% 61% 55% 59% 61% 57% 65% 66% 56% 64% 66% 64% 58% 77% 61% 55% 75% 60% 64% 73% % 67% 75% W wariantach z wysokimi cenami paliw, wskaźniki wykorzystania mocy elektrowni węglowych kształtują się w latach w przedziale 55-61%. Znacznie niższa w roku 2030 wartość wskaźnika, niż przy cenach umiarkowanych, wynika z pozostawienia znacznie większej części mocy istniejących elektrowni węglowych do końca badanego okresu. W przypadku wariantów z obowiązkowym CCS przy cenach umiarkowanych występują podobne wskaźniki wykorzystania mocy jak bez obowiązkowego CCS. Natomiast w warunkach wysokich cen energii i scenariuszu obowiązkowych instalacji CCS wskaźniki wykorzystania mocy w roku 2030 są znacznie wyższe niż bez obowiązkowego CCS. Wynika to w dużej mierze z ograniczenia budowy nowych elektrowni i dociążenia istniejących elektrowni węglowych po wprowadzenia obowiązku stosowania CCS. Podsumowując należy podkreślić, że rozważane zmiany w otoczeniu wpływają silnie na poziom rozwoju elektrowni węglowych. W rozpatrywanym zakresie zmienności warunków otoczenia poziom rozwoju elektrowni węglowych w końcu badanego okresu wynosi: GW mocy osiągalnej TWh produkcji rocznie. Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 13

15 4.2. Struktura technologii w grupie elektrowni zawodowych Poniżej przedstawiono wyniki pokazujące dokładniej strukturę mocy wg rodzaju technologii, w grupie elektrowni zawodowych, dla czterech charakterystycznych wariantów: dwa warianty bez obowiązku CCS o najwyższym i najniższym poziomie rozwoju elektrowni węglowych: EUMIX_WYS_nEJ, EUMIX-E(UM), dwa warianty z obowiązkowym CCS o najwyższym i najniższym poziomie rozwoju elektrowni węglowych EUCCS_WYS_nEJ, EUCCS-E(UM). Dla pełniejszej prezentacji wyników przedstawiono także wyniki dla wariantów z umiarkowanymi cenami paliw i kontynuacji aktualnej polityki poprawy. Warianty do prezentacji wyników dobrano też w taki sposób, by można było porównać wyniki wariantów z obowiązkowym CCS dla porównywalnych wariantów bez obowiązku CCS. Tablica 7. Zestaw wariantów wybranych do prezentacji struktur technologii produkcji energii elektrycznej Światowe ceny paliw Ceny węgla kraj Energetyka jądrowa Bez polityki Polityka poprawy A. Pakiet energetyczno klimatyczny (EU_MIX) Umiarkowane Wg GIG TAK EUMIX_UM EUMIX-E(UM) + 20% GIG TAK Wysokie Wg GIG TAK Wg GIG NIE EUMIX_WYS_nEJ B. Pakiet energetyczno klimatyczny i obowiązkowy CCS dla nowych elektrowni węglowych od roku 2025 (EU_CCS) Umiarkowane Wg GIG TAK EUCCS_UM EUCCS-E(UM) Wysokie Wg GIG TAK - Wysokie Wg GIG NIE EUCCS_WYS_nEJ - Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 14

16 Tablica 8. Moce elektryczne w grupie elektrowni zawodowych w [MW], wariant EUMIX_UM (umiarkowane ceny światowe) A. Elektrownie cieplne istniejące Elektrownie istniejące WB Elektrownie istniejące WK Elektrownie modernizowane B. Elektrownie cieplne nowe Bloki węglowe kotły pył. (nadkryt.) Bloki ze zgaz. węgla Bloki nadkryt. z CCS Bloki ze zgaz. z CCS Bloki ze spal. w tlenie z CCS Elektr. gazowo-parowe Turbiny gazowe szczytowe Elektrownie jądrowe C. Elektrownie OZE Elektrociepłownie na biomasę Elektrownie wodne Elektrownie wiatrowe Wg paliw: Elektrownie węglowe Elektrownie gazowe Elektrownie jądrowe Elektrownie na en. odnaw Wodne elektr. szczyt-pomp Razem Tablica 9. Moce elektryczne w grupie elektrowni zawodowych w [MW], wariant EUMIX_WYS_nEJ (wysokie ceny światowe, brak energetyki jądrowej) A. Elektrownie cieplne istniejące Elektrownie istniejące WB Elektrownie istniejące WK Elektrownie modernizowane B. Elektrownie cieplne nowe Bloki węglowe kotły pył. (nadkryt.) Bloki ze zgaz. węgla Bloki nadkryt. z CCS Bloki ze zgaz. z CCS Bloki ze spal. w tlenie z CCS Elektr. gazowo parowe Turbiny gazowe szczytowe Elektrownie jądrowe Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 15

17 C. Elektrownie OZE Elektrociepłownie na biomasę Elektrownie wodne Elektrownie wiatrowe Wg paliw: Elektrownie węglowe Elektrownie gazowe Elektrownie jądrowe Elektrownie na en. odnaw Wodne elektr. szczyt-pomp Razem Tablica 10. Moce elektryczne w grupie elektrowni zawodowych w [MW], wariant EUMIX-E (UM) (polityka, umiarkowane ceny światowe) A. Elektrownie cieplne istniejące Elektrownie istniejące WB Elektrownie istniejące WK Elektrownie modernizowane B. Elektrownie cieplne nowe Bloki węglowe kotły pył. (nadkryt.) Bloki ze zgaz. węgla Bloki nadkryt. z CCS Bloki ze zgaz. z CCS Bloki ze spal. w tlenie z CCS Elektr. gazowo parowe Turbiny gazowe szczytowe Elektrownie jądrowe C. Elektrownie OZE Elektrociepłownie na biomasę Elektrownie wodne Elektrownie wiatrowe Wg paliw: Elektrownie węglowe Elektrownie gazowe Elektrownie jądrowe Elektrownie na en. odnaw Wodne elektr. szczyt-pomp Razem Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 16

18 Tablica 11. Moce elektryczne w grupie elektrowni zawodowych w [MW], wariant EUCCS_UM (obowiązkowy CCS, umiarkowane ceny światowe) A. Elektrownie cieplne istniejące Elektrownie istniejące WB Elektrownie istniejące WK Elektrownie modernizowane B. Elektrownie cieplne nowe Bloki węglowe kotły pył. (nadkryt.) Bloki ze zgaz. węgla Bloki nadkryt. z CCS Bloki ze zgaz. z CCS Bloki ze spal. w tlenie z CCS Elektr. gazowo parowe Turbiny gazowe szczytowe Elektrownie jądrowe C. Elektrownie OZE Elektrociepłownie na biomasę Elektrownie wodne Elektrownie wiatrowe Wg paliw: Elektrownie węglowe Elektrownie gazowe Elektrownie jądrowe Elektrownie na en. odnaw Wodne elektr. szczyt-pomp Razem Tablica 12. Moce elektryczne w grupie elektrowni zawodowych w [MW], wariant EUCCS_WYS_nEJ (obowiązkowy CCS, wysokie ceny światowe, brak energetyki jądrowej) A. Elektrownie cieplne istniejące Elektrownie istniejące WB Elektrownie istniejące WK Elektrownie modernizowane B. Elektrownie cieplne nowe Bloki węglowe kotły pył. (nadkryt.) Bloki ze zgaz. węgla Bloki nadkryt. z CCS Bloki ze zgaz. z CCS Bloki ze spal. w tlenie z CCS Elektr. gazowo parowe Turbiny gazowe szczytowe Elektrownie jądrowe Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 17

19 C. Elektrownie OZE Elektrociepłownie na biomasę Elektrownie wodne Elektrownie wiatrowe Wg paliw: Elektrownie węglowe Elektrownie gazowe Elektrownie jądrowe Elektrownie na en. odnaw Wodne elektr. szczyt-pomp Razem Tablica 13. Moce elektryczne w grupie elektrowni zawodowych w [MW], wariant EUCCS-E (UM) (obowiązkowy CCS, polityka, umiarkowane ceny światowe) A. Elektrownie cieplne istniejące Elektrownie istniejące WB Elektrownie istniejące WK Elektrownie modernizowane B. Elektrownie cieplne nowe Bloki węglowe kotły pył. (nadkryt.) Bloki ze zgaz. węgla Bloki nadkryt. z CCS Bloki ze zgaz. z CCS Bloki ze spal. w tlenie z CCS Elektr. gazowo parowe Turbiny gazowe szczytowe Elektrownie jądrowe C. Elektrownie OZE Elektrociepłownie na biomasę Elektrownie wodne Elektrownie wiatrowe Wg paliw: Elektrownie węglowe Elektrownie gazowe Elektrownie jądrowe Elektrownie na en. odnaw Wodne elektr. szczyt-pomp Razem Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 18

20 Na podstawie uzyskanych wyników można sformułować następujące wnioski: 1) Wysokie ceny paliw zwiększają konkurencyjność technologii węglowych w stosunku do elektrowni gazowych, 2) Wprowadzenie obowiązku stosowania CCS w elektrowniach węglowych ma efekt odwrotny pogarsza konkurencyjność nowych elektrowni węglowych w stosunku do gazowych (w wariantach z obowiązkowym CCS poziom rozwoju elektrowni gazowych jest wyższy niż w wariantach bez obowiązku stosowania CCS), 3) Wprowadzenie obowiązku stosowania CCS w nowych elektrowniach węglowych powoduje ograniczenie budowy nowych elektrowni węglowych na rzecz pełniejszego wykorzystania istniejących elektrowni węglowych (efekt ten jest widoczny szczególnie w wariantach umiarkowanych cen paliw na rynku światowym. Bez obowiązku stosowania CCS następuje szybsza likwidacja mocy w elektrowniach istniejących, a z obowiązkowym CCS nadal pracujące moce elektrowni istniejących są w roku 2030 o ok MW wyższe por. tabl. 14 i 15) Zużycie węgla Na kolejnych czterech wykresach przedstawiono poziom zużycia węgla kamiennego i brunatnego we wszystkich rozpatrywanych wariantach obliczeniowych. Najpierw przedstawiane jest zużycie węgla kamiennego i brunatnego w elektrowniach zawodowych łącznie i osobno, a następnie zużycie węgla kamiennego w kraju [PJ/a] EUMIX_UM EUMIX_UM+20% EUMIX_WYS EUMIX_WYS_nEJ EUMIX-E (UM) EUMIX-E (UM+20%) EUMIX-E (WYS) EUMIX-E (WYS_nEJ) EUCCS_UM EUCCS_WYS EUCCS_WYS_nEJ EUCCS-E (UM) Rys. 1. Łączne zużycie węgla kamiennego i brunatnego w elektrowniach zawodowych, różne warianty obliczeniowe Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 19

21 Łączne zużycie węgla kamiennego i brunatnego w elektrowniach zawodowych wynosi pod koniec badanego okresu PJ, zależnie od wariantu - przy obecnym poziomie ponad 1100 PJ. Oznacza to możliwość zwiększenia zużycia o (+ 40%) lub zmniejszenia o (- 30%) w stosunku do roku 2005, zależnie od przyszłych warunków. Przedział zmienności osobno dla węgla kamiennego i brunatnego jest jeszcze większy. W przypadku węgla kamiennego przedział zmienności wynosi PJ w roku 2030, a w przypadku węgla brunatnego: PJ. Najwyższy poziom zużycia węgla kamiennego i brunatnego występuje w wariancie bez aktywnej polityki, przy wysokich cenach paliw na rynku światowym i przy braku energetyki jądrowej. Najniższy poziom zużycia węgla kamiennego występuje przy niskim popycie na energię (polityka ) oraz umiarkowanych cenach światowych, przy wysokich cenach węgla krajowego. W tym wariancie budowane są głównie nowe elektrownie na węgiel [PJ/a] EUMIX_UM EUMIX_UM+20% EUMIX_WYS EUMIX_WYS_nEJ EUMIX-E (UM) EUMIX-E (UM+20%) EUMIX-E (WYS) EUMIX-E (WYS_nEJ) EUCCS_UM EUCCS_WYS EUCCS_WYS_nEJ EUCCS-E (UM) Rys. 2. Zużycie węgla kamiennego w elektrowniach zawodowych, różne warianty obliczeniowe Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 20

22 [PJ/a] EUMIX_UM EUMIX_UM+20% EUMIX_WYS EUMIX_WYS_nEJ EUMIX-E (UM) EUMIX-E (UM+20%) EUMIX-E (WYS) EUMIX-E (WYS_nEJ) EUCCS_UM EUCCS_WYS EUCCS_WYS_nEJ EUCCS-E (UM) Rys. 3. Zużycie węgla brunatnego w elektrowniach zawodowych, różne warianty obliczeniowe Duża zmienność zużycia węgla kamiennego w elektrowniach zawodowych przekłada się na znaczne wahania zużycia węgla energetycznego w całym kraju, co pokazuje rys [PJ/a] EUMIX_UM EUMIX_UM+20% EUMIX_WYS EUMIX_WYS_nEJ EUMIX-E (UM) EUMIX-E (UM+20%) EUMIX-E (WYS) EUMIX-E (WYS_nEJ) EUCCS_UM EUCCS_WYS EUCCS_WYS_nEJ EUCCS-E (UM) Rys. 4. Zużycie węgla kamiennego w kraju, różne warianty obliczeniowe. Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 21

23 Warto zauważyć, że ze względu na stabilizację lub spadek zużycia węgla w innych zastosowaniach - szczególnie w gospodarstwach domowych - przyjęte za danymi GIG zdolności wydobywcze polskich kopalń we wszystkich badanych scenariuszach wystarczą na pokrycie zapotrzebowania krajowego, nawet w wariantach najwyższego zapotrzebowania ze strony elektroenergetyki. Krajowe zużycie węgla brunatnego jest równe jego zużyciu w energetyce, dlatego nie jest osobno prezentowane. Poniżej przedstawiono natomiast łączne krajowe zużycie węgla kamiennego i brunatnego [PJ/a] EUMIX_UM EUMIX_UM+20% EUMIX_WYS EUMIX_WYS_nEJ EUMIX-E (UM) EUMIX-E (UM+20%) EUMIX-E (WYS) EUMIX-E (WYS_nEJ) EUCCS_UM EUCCS_WYS EUCCS_WYS_nEJ EUCCS-E (UM) Rys. 5. Zużycie węgla kamiennego i brunatnego w kraju, różne warianty obliczeniowe. Wykres ten wskazuje, że oprócz spadku, możliwy jest także wzrost łącznego zapotrzebowania na węgiel i po roku Sytuacja taka może wystąpić w przypadku utrzymania się szybkiego wzrostu popytu na energię, wysokich cen paliw oraz braku możliwości budowy elektrowni jądrowych przed rokiem 2030 (scenariusze EUMIX_WYS_nEJ i EUCCS_WYS_nEJ) Wycofania mocy elektrowni istniejących W trakcie prowadzonych analiz okazało się, że badane zmiany warunków otoczenia mają istotny wpływ na skalę i tempo likwidacji istniejących elektrowni węglowych. Ponieważ jest to dość istotne zagadnienie dla producentów energii elektrycznej, poniżej przedstawiono wyniki obrazujące to zagadnienie. Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 22

24 Tablica 14. Moce produkcyjne elektrowni węglowych istniejących w [MW] dla wszystkich rozpatrywanych wariantów ( MW w roku 2005) Światowe ceny paliw Ceny węgla kraj Energetyka jądrowa Bez polityki Polityka poprawy A. Scenariusz EU_MIX Umiarkowane Wg GIG TAK % GIG TAK Wysokie Wg GIG TAK B. Scenariusz EU_CCS Wg GIG NIE Umiarkowane Wg GIG TAK Wysokie Wg GIG TAK Wysokie Wg GIG NIE We wszystkich scenariuszach moce produkcyjne elektrowni węglowych istniejących są niższe od założonych w obliczeniach ograniczeń dotyczących dostępnych mocy elektrowni istniejących z uwzględnieniem mocy po modernizacji (por Zał. nr 1): 2005 r MW MW MW MW Oznacza to, że model dokonuje przyspieszonego wycofania części mocy z elektrowni istniejących, przy czym skala tych wycofań jest zróżnicowana zależnie od wariantu por. tabl. 15). Największe wycofania występują przy umiarkowanych cenach paliw na rynku światowym, gdyż wówczas opłacalne staje się wykorzystanie elektrowni gazowych. Przy wysokich cenach paliw z importu (głównie gazu) istniejące elektrownie gazowe są wykorzystywane przez dłuższy okres pracując jako źródła podszczytowe z niewielkim wykorzystaniem mocy. Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 23

25 Tablica 15. Dodatkowe likwidacje mocy elektrowni węglowych istniejących w [MW] dla wszystkich rozpatrywanych wariantów ( MW w roku 2005) Światowe ceny paliw Ceny węgla kraj Energetyka jądrowa Bez polityki Polityka poprawy A. Scenariusz EU_MIX Umiarkowane Wg GIG TAK + 20% GIG TAK Wysokie Wg GIG TAK Wg GIG NIE B. Scenariusz EU_CCS Umiarkowane Wg GIG TAK Wysokie Wg GIG TAK Wysokie Wg GIG NIE Wprowadzenie obowiązku stosowania CCS od roku 2025 powoduje znaczne zmniejszenie skali wycofań elektrowni istniejących i zwiększenie skali ich wykorzystania. 5. Wnioski z analiz czułościowych 1. W wariantach scenariusza (EU-MIX) zakładających wdrożenie w Polsce pakietu energetyczno-klimatycznego, przy wysokim poziomie rozwoju elektrowni OZE wymuszanego celami UE, poziom rozwoju elektrowni węglowych zależy od ich konkurencyjności w stosunku do elektrowni gazowych i jądrowych, a także od łącznego poziomu zapotrzebowania na energię elektryczną, który zależy m.in. od polityki w zakresie energetycznej. 2. W rozpatrywanym zakresie zmienności warunków otoczenia poziom rozwoju elektrowni węglowych w latach wynosi: GW mocy osiągalnej, TWh produkcji rocznie. 3. Niskie poziomy zdolności wytwórczych elektrowni węglowych po 2020 r.: GW z dotychczasową polityką, GW z aktywną polityką Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 24

26 uzyskano w obliczeniach dla umiarkowanych cen paliw na rynku międzynarodowym i optymistycznych założeniach odnośnie rozwoju energetyki jądrowej. 4. W przypadku wyższych cen energii na rynku światowym (dla elektroenergetyki oznacza to głównie wyższe ceny gazu) i opóźnieniu wdrażania energetyki jądrowej - wyznaczony poziom rozwoju elektrowni węglowych jest wyższy i wynosi: GW z dotychczasową polityką MW z aktywną polityką 5. Powyższe wyniki zakładają budowę elektrowni gazowych pracujących w cyklu kombinowanym o mocy 3,5-6 GW (niższe wartości przy wyższych cenach gazu z importu). 6. Wyższe o 20% ceny węgla kamiennego z kopalń krajowych spowodują uzyskanie konkurencyjności ekonomicznej elektrowni na węglu m budowanych wraz z nowymi kopalniami węgla brunatnego. Dlatego łączny udział elektrowni węglowych przy takiej zmianie pozostaje na podobnym poziomie, co uzyskany w wariancie podstawowym EUMIX_UM. Należy jednak podkreślić, że niepewność odnośnie przyszłych kosztów wydobycia węgla kamiennego oraz pozyskania węgla brunatnego z nowych odkrywek jest duża. Dlatego powyższe wnioski należy traktować jedynie jako orientacyjne i wskazujące generalnie na podobne koszty wytwarzania energii elektrycznej z technologii na węglu m i m w ramach przyjętych kosztów dostawy węgla dla elektroenergetyki. 7. Szybszy wzrost cen paliw na rynku światowym według scenariusza WYSOKIEGO powoduje zmniejszenie skali rozwoju elektrowni gazowych, jednak nawet przy tych cenach nadal są one opłacalne dla okresu budowy , kiedy występują wysokie ceny uprawnień emisyjnych 39 /t a równocześnie brakuje atrakcyjnych opcji technologicznych o niższych emisjach (niedostępność elektrowni jądrowych, niewysoki jeszcze w tym czasie poziom rozwoju elektrowni OZE oraz brak atrakcyjnych technologii węglowych z CCS). 8. Brak możliwości wprowadzenia energetyki jądrowej lub słaba konkurencyjność opcji jądrowej przed rokiem 2030 zwiększa zapotrzebowanie na nowe elektrownie węglowe. Elektrownie gazowe przy braku energetyki jądrowej pozostają na podobnym poziomie. 9. Wprowadzenie obowiązkowego stosowania CCS w nowych elektrowniach węglowych po roku 2025 przy aktualnych założeniach dot. ich kosztów powoduje pogorszenie konkurencyjności tych rozwiązań zarówno w stosunku do elektrowni gazowych jak i do istniejących elektrowni węglowych. W efekcie w scenariuszach EUCCS następuje znaczne przyhamowanie budowy nowych elektrowni węglowych przy nieco większym rozwoju elektrowni gazowych, i dość paradoksalnie szerszym wykorzystaniu mocy wytwórczych starych elektrowni węglowych. Jednym z efektów jest wzrost emisji CO 2. Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 25

27 10. Dodatkowe, nieopisane szczegółowo obliczenia wykonane przy założeniach o wyższych cenach uprawnień emisyjnych wskazują, że ceny uprawnień na poziomie 50 /t lub wyższe poprawiają konkurencyjność technologii węglowych z instalacjami CCS. Stają się one wówczas bardziej opłacalne zarówno od technologii węglowych bez CCS, jak i od elektrowni gazowych (które emitują wówczas ok. trzykrotnie więcej CO 2 na MWh niż elektrownia węglowa z CCS por tabl. 1). 11. Ze względu na oczekiwany spadek zużycia węgla w innych sektorach, przy utrzymaniu potencjału wydobywczego polskich kopalń na poziomie zbliżonym do obecnego (zgodnie z danymi GIG) całość potrzeb elektroenergetyki we wszystkich rozpatrywanych wariantach obliczeniowych będzie mogła być zaspokojona z dostaw krajowych. 12. Interpretując przedstawione tu wyniki dot. ekonomicznego potencjału rozwoju elektrowni węglowych oraz zapotrzebowania na węgiel i należy pamiętać, że wszystkie one zostały uzyskane w ramach scenariusza zakładającego rozbudowę elektrowni wiatrowych do poziomu ok. 15 GW, dwukrotny wzrost produkcji energii elektrycznej w skojarzeniu oraz budowę elektrowni gazowych o mocy 3,5-6 GW. Niższe tempo rozwoju produkcji energii elektrycznej z OZE, gazu ziemnego i z kogeneracji będzie skutkować zwiększeniem zapotrzebowania na węgiel i produkcję z elektrowni węglowych. Badania Systemowe EnergSys sp. z o.o. 26