5 5 Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003 A rtyku³y Ocena efektywnoœci ekonomicznej modernizacji ciep³owni miejskiej Agnieszka Bojanowicz*, Maciej Chaczykowski**, Jaros³aw Kurowski*, Tadeusz órañski*** Celem niniejszego artyku³u jest zaprezentowanie oceny efektywnoœci ekonomicznej modernizacji ciep³owni miejskiej przy zastosowaniu gazowych Ÿróde³ ciep³a. W artykule wykorzystano wyniki analizy przeprowadzonej w 2002 dla miasta po³o onego w zachodniej Polsce. Miasto jest po³o one na terenie oko³o 40 km 2, posiada oko³o 70 tys. mieszkañców. Ponad 40% mieszkañców zatrudnionych jest w przemyœle, który w g³ównej mierze tworzy 7 du ej i œredniej wielkoœci zak³adów przemys³owych (zatrudniaj¹cych powy ej 100 osób). Na terenie miasta wyznaczonych jest ponad 500 ha terenów pod budownictwo mieszkaniowe, w tym ponad 70 ha pod zabudowê wielorodzinn¹. Miejski system ciep³owniczy eksploatowany jest przez Przedsiêbiorstwo Energetyki Cieplnej, które jest Spó³k¹ z o.o. Podstawowym przedmiotem dzia³ania Spó³ki jest wytwarzanie, przesy³anie i dystrybucja ciep³a, którego noœnikiem jest woda i para wodna. Ciep³o zu ywane jest w celu ogrzewania pomieszczeñ, podgrzewania wody u ytkowej oraz na cele technologiczne. Przedstawiona poni ej ocena efektywnoœci ekonomicznej modernizacji Ÿróde³ ciep³a zawiera szersz¹ grupê zagadnieñ, typowych dla tego rodzaju przedsiêwziêæ. Ich rozwi¹zanie jest warunkiem koniecznym podjêcia decyzji inwestycyjnych. Stosowane w praktyce algorytmy oceny efektywnoœci ekonomicznej modernizacji Ÿróde³ ciep³a maj¹ zawsze pewne cechy wspólne i wymagaj¹: identyfikacji potrzeb cieplnych z uwzglêdnieniem specyfiki odbiorców, w oparciu o stan aktualnego zapotrzebowania na ciep³o oraz plan inwestycyjny, który okreœla budowê i przy³¹czanie nowych odcinków sieci ciep³owniczej, okreœlenia wariantów modernizacji Ÿród³a ciep³a z uwzglêdnieniem charakterystyki istniej¹cych uk³adów, * mgr in. Agnieszka Bojanowicz, mgr in. Jaros³aw Kurowski, Fluid Systems Sp. z o.o., 02-201 Warszawa 124, skr. poczt. 14, ul. Opaczewska 43. ** dr in. Maciej Chaczykowski, Zak³ad In ynierii Gazownictwa, Wydzia³ In ynierii Œrodowiska, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa. *** mgr. in. Tadeusz órañski, Tawi Sp. z o.o., ul. Suwak 4, 02-676 Warszawa, e-mail:babcock@tawi.com.pl przeprowadzenia analizy efektywnoœci przedsiêwziêcia dla poszczególnych wariantów inwestycji. Projekt, w ujêciu kompleksowym, oprócz analiz o charakterze ekonomicznym, dotycz¹cych samego Ÿród³a ciep³a, musi zawieraæ tak e m.in. obliczenia cieplno-hydrauliczne sieci ciep³owniczej oraz obliczenia przepustowoœci sieci gazowej. Analiza stanu istniej¹cego Charakterystyka istniej¹cych uk³adów System ciep³owniczy jest zasilany z dwóch Ÿróde³ ciep³a ciep³owni C1 i C2, wyposa onych w szeœæ kot³ów opalanych wêglem kamiennym (Tab. 1). ¹czne wartoœci mocy cieplnej ciep³owni C1 i ciep³owni C2 wynosz¹ odpowiednio 81,60 MW i 29,26 MW. Podstawowym celem pracy ciep³owni w warunkach sezonu grzewczego jest bie ¹ce pokrywanie potrzeb cieplnych odbiorców ciep³a, zasilanych z wodnej sieci ciep³owniczej wysokotemperaturowej. W okresie letnim system pracuje na potrzeby wytwarzania ciep³ej wody u ytkowej. Udzia³ sprzeda y ciep³a w podziale na grupy odbiorców kszta³tuje siê nastêpuj¹co: 71% odbiór ciep³a na cele mieszkaniowe (spó³dzielnie mieszkaniowe, przedsiêbiorstwa komunalne, wspólnoty mieszkaniowe, osoby fizyczne), 12% na cele obiektów u ytecznoœci publicznej (szpitale, szko³y, przedszkola), 17% pozosta³e obiekty (firmy produkcyjne, us³ugowe, handlowe i inni). W ciep³owni C2 przez ca³y rok produkowana jest para do celów technologicznych na potrzeby pobliskiego szpitala. W razie awarii kot³ów i wytwornicy pary dla szpitala musi byæ zapewniona rezerwa ciep³a zgodnie z wytycznymi Ministerstwa Zdrowia dotycz¹cymi gospodarki cieplnej szpitali. Bilans potrzeb cieplnych W oparciu o informacje dotycz¹ce zamówionych iloœci ciep³a oraz analizê strat ciep³a przy przesyle stworzono wykaz mocy znamionowej dla Ÿróde³ ciep³a. Dysponuj¹c wykazem mocy znamionowej, po uwzglêdnieniu potrzeb w³asnych, sformu³owano bilans potrzeb cieplnych. Podstaw¹ do oceny strat ciep³a w uk³adzie przesy³owym by³y obliczenia cieplno-hydrauliczne sieci ciep³owniczej. Danymi do obliczeñ by³y: topologia sieci (informacje o odcinkach oraz wê- 5
6 6 A rtyku³y Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003 Tablica 1. Charakterystyka istniej¹cych Ÿróde³ ciep³a. Cie p³ownia Zains talowane k ot³y Parame try pracy typ moc, MW szt. woda, temperatura, oc para nasycona, ciœnienie, MP a C1 C2 W R 25 W R 10 29 11,6 2 2 W R 5 OR 5 5,9 3 4 4 130/90 (zima), 68/60 (lato) 130/70 (zima) - 0,42 (0,8) Paliwo wêgiel kamienny wêgiel kamienny z³ach sieci ciep³owniczej) oraz informacja o sposobie zasilania sieci. Maj¹c na uwadze fakt, e przep³yw wody opisany jest modelem nieizotermicznym, do obliczeñ strat ciep³a konieczna by³a identyfikacja parametrów wymiany ciep³a miêdzy noœnikiem ciep³a (wod¹ lub par¹) a otoczeniem. Obliczenia symulacyjne sieci prowadzono dla nominalnych warunków obci¹ enia sieci oraz obliczeniowej wartoœci temperatury zewnêtrznej. Rezultatem symulacji s¹ wartoœci ciœnienia i temperatury wody sieciowej w wêz³ach sieci oraz strumienie masy i prêdkoœci przep³ywu wody w odcinkach sieci. Na rys. 1. przedstawiono strukturê sieci ciep³owniczej zasilanej z ciep³owni C1, z podzia³em na sieæ wykonan¹ w technologii kana³owej, preizolowanej i na estakadzie. Graf sieci jest grafem nieplanarnym, w którym wysokoœci posadowienia wêz³ów zawieraj¹ siê w przedziale 117,8 126,0 m n.p.m. Zasilanie sieci z ciep³owni C1 odbywa siê w wêÿle, którego wysokoœæ punktu geodezyjnego wynosi 130,8 m n.p.m. Symulowana sieæ posiada: 1 Ÿród³o, 634 wêz³y, 826 ³uków i 192 wêz³y cieplne. W obliczeniach uwzglêdniono ró ne wartoœci wspó³czynnika przenikania ciep³a od wody ciep³owniczej do otoczenia dla sieci kana³owej i preizolowanej. Parametry wody w Ÿródle zasilaj¹cym sieæ (ciep³ownia C1) przyjêto: ciœnienie zasilania: 80 m s³. wody, temperatura zasilania: 130 C. Tablica 2. Wyniki obliczeñ sieci ciep³owniczej. pompownia ciœ nie nie s s ania te mpe ratura powrotu mak s ymalna prê dk oœ æ w s ie ci s traty mocy cie plne j w s ie ci 22,14 m s³. wody 77,7 Obliczenia prowadzono dla wartoœci temperatury obliczeniowej zewnêtrznej wynosz¹cej-18 C. Wyniki obliczeñ sieci przedstawiono w tab. 2 oraz czêœciowo pokazano na rys. 2. Bilans potrzeb cieplnych dla ciep³owni C1 i C2 przedstawiono w tab. 3. Produkcja noœników ciep³a, wody sieciowej oraz pary odbywa siê w ciep³owniach i w stacjach uzdatniania wody. Zapotrzebowanie ciep³a pokrywaj¹ pracuj¹ce kot³y, których iloœæ i wydajnoœæ zale y od wielkoœci aktualnego zapotrzebowania systemu na moc ciepln¹. Dobór kot³ów i ich obci¹ enie prowadzone jest pod k¹tem osi¹gania maksymalnej sprawnoœci i minimalizacji kosztów produkcji ciep³a. Maksymalny pobór pary z ciep³owni C2 wed³ug danych dotycz¹cych produkcji wynosi w okresie zimowym 2,5 t/h, a w okresie letnim 3 t/h. o C 1,89 m/s 2,319 MW 3,2 % Kryteria oceny op³acalnoœci inwestycji Rys. 1. Struktura sieci ciep³owniczej zasilanej z ciep³owni C1. Podstawê do oceny rentownoœci przedsiêwziêcia stanowi¹ wartoœci wymienionych poni ej wskaÿników: NPV Wartoœæ zaktualizowana netto wyra a zysk, jaki osi¹gnie inwestor dziêki zainwestowaniu w³asnego lub pochodz¹cego z kredytu kapita³u, zdyskontowany na dzieñ rozpoczêcia eksploatacji uk³adu. Wartoœæ NPV uzyskuje siê przez zsumowanie w danym okresie obliczeniowym, wyznaczanych oddzielnie dla ka dego roku ró nic pomiêdzy przychodami i wydatkami pieniê nymi, przy danej stopie procentowej. Wartoœæ zaktualizowana netto wyra a zatem ³¹czny przewidywany zysk z inwestycji, obejmuj¹cy ca³y okres eksploatacji. Dodatnia wartoœæ NPV oznacza, e stopa procentowa przedsiêwziêcia (stosunek dochodu z zaanga owanych œrodków finansowych do wielkoœci tych œrodków) jest wy sza od stopy dyskontowej (minimalnej stopy procentowej, wykorzystywanej w rachunku dyskontowym, który uwzglêdnia fakt, e wydany pieni¹dz powinien przynosiæ zysk w postaci odsetek). Im wiêksza jest dodatnia wartoœæ NPV, tym inwestycja jest bardziej op³acalna. Je eli NPV = 0 oznacza to, e stopa rentownoœci przedsiêwziêcia jest równa stopie dyskonta, czyli, e przychody z rozwa anej inwestycji pokrywaj¹ poniesione 6
7 7 Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003 A rtyku³y Rys. 2. Prezentacja wyników symulacji dla wybranego fragmentu sieci. Tablica 3. Bilans potrzeb cieplnych dla ciep³owni C1 i C2. Prze znacze nie cie p³a c.o. c.w. para technologiczna potrzeby w³asne raze m M oc, M W Cie p³ownia C1 Cie p³ownia C2 s zpital pozos ta³e obie k ty 59,8 3,4 2 6,8 1,2 0,3-0,5-1,7 1,4-68,3 6,5 2,3 na ni¹ wydatki. Ujemna wartoœæ NPV oznacza, e przedsiêwziêcie nie zapewnia rentownoœci na poziomie stopy dyskonta (stopy minimalnej), czyli e potencjalny inwestor poniesie straty z uwagi na brak op³acalnoœci inwestycji. Jeœli do wyznaczenia NPV przyjêto stopê kredytu, z którego finansowana ma byæ inwestycja, wówczas dodatnia wartoœæ NPV oznacza, e dan¹ inwestycjê mo na sfinansowaæ przy pomocy tego kredytu bez straty dla inwestora. W praktyce, przy pomocy NPV mo na porównaæ rozpatrywan¹ inwestycjê z inwestycj¹ alternatywn¹, o znanej stopie zwrotu, przy czym obie inwestycje musz¹ byæ obarczone takim samym ryzykiem. IRR Wewnêtrzna stopa zwrotu jest podstawowym obok NPV dynamicznym kryterium decyzyjnym. Wewnêtrzna stopa zwrotu jest to stopa dyskonta, dla której NPV przyjmuje wartoœæ zero: NPV ( r= IRR) = 0 Wewnêtrzna stopa zwrotu jest miar¹ rentownoœci inwestycji. Im wy sz¹ wartoœæ przyjmuje IRR, tym inwestycja przynosi wiêkszy dochód. IRR interpretuje siê jako oprocentowanie, jakie przynosi zainwestowany kapita³, tym samym jest to maksymalna stopa kredytu inwestycyjnego, pozwalaj¹ca na sfinansowanie projektu bez straty dla inwestora. Wartoœæ IRR powinna byæ zatem wiêksza od stopy dyskonta r. SPBT Prosty (statyczny) okres zwrotu nak³adów inwestycyjnych okreœla czas, jaki jest niezbêdny do odzyskania nak³adów pocz¹tkowych, poniesionych na realizacjê przedsiêwziêcia. Prosty okres zwrotu nak³adów charakteryzuje op³acalnoœæ inwestycji w sposób uproszczony, poniewa nie uwzglêdnia zmian wartoœci pieni¹dza w czasie, tzn. przep³ywy pieniê ne z kolejnych lat eksploatacji uk³adu nie s¹ dyskontowane, lecz traktowane jako równowarte. WskaŸnik nie bierze pod uwagê ca³ego okresu funkcjonowania przedsiêwziêcia, dlatego nie informuje o efektywnoœci nak³adów inwestycyjnych, ale o ich p³ynnoœci. Dlatego kryterium SPB s³u y z regu³y do wstêpnej oceny efektywnoœci badanego przedsiêwziêcia, g³ównie na etapie studium przedrealizacyjnego. W przypadku, gdy prosty okres zwrotu nak³adów jest krótszy lub równy okresowi przyjêtemu przez inwestora za dopuszczalny, wówczas inwestycja mo e byæ zrealizowana. Warianty modernizacji Podstawowym czynnikiem branym pod uwagê przy doborze uk³adów technologicznych w poszczególnych wariantach modernizacji 7
8 8 A rtyku³y Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003 systemu ciep³owniczego jest ich dopasowanie do potrzeb obiektu. Najkorzystniejsza jest praca urz¹dzenia przy obci¹ eniu nominalnym, gdy wówczas bêdzie ono pracowa³o z optymaln¹ sprawnoœci¹. Uk³ad przewymiarowany bêdzie pracowa³ ze sprawnoœci¹ ni sz¹ od nominalnej, a ponadto nak³ady inwestycyjne na jego realizacjê bêd¹ znacznie wy sze. Przeanalizowano 3 warianty modernizacji: 1. gazowy uk³ad kogeneracyjny pracuj¹cy na potrzeby wytwarzania c.o. i c.w. w ciep³owni C1, kot³y opalane mia³em wêglowym na potrzeby c.o. w ciep³owni C1, kot³y gazowe na potrzeby c.o. i c.w. oraz wytwornice pary w ciep³owni C2, 2. gazowy uk³ad kogeneracyjny pracuj¹cy na potrzeby wytwarzania c. w. dla po³¹czonych rejonów ciep³owni C1 i C2, kot³y opalane mia³em wêglowym na potrzeby c.o. dla po³¹czonych rejonów ciep³owni C1 i C2, wytwornica pary i rezerwowy kocio³ gazowo-olejowy w ciep³owni C2, 3. gazowy uk³ad kogeneracyjny pracuj¹cy na potrzeby wytwarzania c. w. dla po³¹czonych rejonów ciep³owni C1 i C2, kot³y gazowe na potrzeby c.o. dla po³¹czonych rejonów ciep³owni C1 i C2, wytwornica pary i rezerwowy kocio³ gazowo-olejowy w ciep³owni C2. Wariant I W ciep³owni C1 pozostawiono do dalszej eksploatacji 2 kot³y wodne wysokotemperaturowe WR25 i jeden WR5, zasilane mia- ³em wêglowym. Przewiduje siê ich pracê wy³¹cznie w okresie grzewczym. Dodatkowo zaproponowano zainstalowanie nowej jednostki uk³adu kogeneracyjnego (CHP) o mocy cieplnej 3 MW, który bêdzie zasilany gazem ziemnym GZ-50. Mia³by on pracowaæ przez ca³y rok z moc¹ ciepln¹ regulowan¹ w zale noœci od potrzeb. Schemat kot³owni C1 przedstawiony jest na rys. 3. Deficyt zainstalowanej mocy w stosunku do mocy zamówionej stanowi ok. 2,3%, nie ma zatem wp³ywu na jakoœæ ogrzewania i zaspokojenie potrzeb c. w. Dla ciep³owni C2 zaproponowano demonta kot³ów wêglowych i budowê na ich miejscu 2 kot³ów wodnych o mocy 3,5 MW z palnikiem na gaz ziemny i olej opa³owy lekki. Jako paliwo podstawowe przewiduje siê gaz ziemny GZ 50, a olej opa³owy lekki jako paliwo rezerwowe. Dla sieci parowej przyjêto 2 wytwornice pary o mocy 265 kw ka da. Tablica 4 przedstawia zestawienie zainstalowanych jednostek cieplnych. W okresie grzewczym na potrzeby c. o. i c. w. pracowaæ bêd¹ dwa kot³y wodne. W okresie letnim dla potrzeb c. w. szpitala i pozosta³ych obiektów pracowaæ bêdzie jeden kocio³ wodny z obci¹- eniem ok. 45%. Dla potrzeb technologicznych szpitala (kuchnia, pralnia, sterylizacja) przez ca³y rok pracowaæ bêd¹ wytwornice pary. W przypadku awarii jednego kot³a wodnego i jednej wytworni- Tablica 4. Urz¹dzenia cieplne zainstalowane w ciep³owni C1 i C2 (wariant I). ciep³ownia urz¹dzenie iloœæ moc jedn., MW moc ca³k., MW kocio³ WR 25 2 29 58,0 C1 kocio³ WR 5 1 5,8 5,8 CHP 1 3 3,0 razem 66,0 kocio³ wodny 2 3,5 7 C2 kocio³ parowy 2 0,265 0,53 razem 7,53 Tablica 5. Zapotrzebowanie gazu w wariancie I. zapotrzebowanie gazu minimalna maksymalne wartoœæ ciep³ownia ca³kowite godzinowe ciœnienia mln m 3 m 3 /h kpa C1 4,89 776 350 C2 2,38 899 Rys. 3. Schemat ciep³owni C1 (wariant I). 8
9 9 Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003 A rtyku³y Rys. 4. Schemat ciep³owni C2 (wariant I). cy pary zapewniona bêdzie rezerwa ciep³a zgodnie z wytycznymi Ministerstwa Zdrowia dotycz¹cymi gospodarki cieplnej szpitali. Schemat ciep³owni C2 przedstawiono na rys. 4. Wariant II Uk³ad technologiczny ciep³owni C1 jest analogiczny jak dla wariantu I (rys. 3). Pozostaj¹ do dalszej eksploatacji 2 kot³y wodne wysokotemperaturowe WR25, a zamiast jednego kot³a WR5 proponuje siê dwa kot³y WR5. Oba typy kot³ów zasilane s¹ mia³em wêglowym. Przewidziana jest ich praca wy³¹cznie w okresie grzewczym. Dodatkowo zainstalowana jednostka uk³ad kogeneracyjny (CHP), zasilany gazem ziemnym GZ-50, mia³by jednak wiêksz¹ moc ciepln¹ 5 MW. Wynika to z faktu, e z tej ciep³owni nowoprojektowan¹ sieci¹ preizolowan¹ zasilany by³by rejon ciep³owni C2 dla potrzeb c. o. i c. w. Blok CHP pracowaæ bêdzie przez ca³y rok, z moc¹ ciepln¹ regulowan¹ w zale noœci od potrzeb. Ze wzglêdu na to, e potrzeby cieplne c. o. i c. w. rejonu ciep³owni C2 pokrywane bêd¹ z ciep³owni C1 poprzez przesy³ ciep³a now¹ sieci¹ preizolowan¹, dla ciep³owni C2 zaproponowano zainstalowanie dwu kot³ów parowych (wytwornic pary) o mocy 265 kw ka da na potrzeby technologiczne szpitala. Na wypadek awarii sieci cieplnej zasilaj¹cej szpital w c. o i c. w. przewiduje siê zainstalowanie kot³a wodnego o mocy 3,5 MW z palnikiem na gaz ziemny GZ 50 i olej opa³owy lekki (takiego jak w wariancie I). Dla potrzeb c. o. i c. w. wykorzystywane bêd¹ istniej¹ce wêz³y ciep³ownicze. Schemat ciep³owni C2 przedstawiono na rys. 5. Wariant III Zrezygnowano ca³kowicie z dotychczas eksploatowanych kot³ów zasilanych mia³em wêglowym. Zamiast tego zainstalowane mia³yby byæ 3 kot³y wysokotemperaturowe o mocy 23 MW ka dy oraz uk³ad kogeneracyjny (CHP) o mocy cieplnej 5 MW. Paliwem napêdowym kot³ów oraz CHP bêdzie gaz ziemny GZ-50. Z tej ciep³owni nowoprojektowan¹ sieci¹ preizolowan¹ zasilany by³by rejon Tablica 6. Urz¹dzenia cieplne zainstalowane w ciep³owni C1 i C2 (wariant II). ciep³ownia urz¹dzenie iloœæ moc jedn., MW moc ca³k., MW kocio³ WR 25 2 29 58,0 C1 kocio³ WR 5 1 5,8 5,8 CHP 1 5,0 5,0 razem 68,0 kocio³ wodny 1 3,5 3,5 C2 kocio³ parowy 2 0,265 0,53 razem 4,03 Tablica 7. Zapotrzebowanie gazu w wariancie II. zapotrzebowanie gazu minimalna maksymalne wartoœæ ciep³ownia ca³kowite godzinowe ciœnienia mln m 3 m 3 /h kpa C1 8,146 1293 350 C2 0,1375 63 ciep³owni C2 dla potrzeb c. o. i c. w. Blok CHP pracowaæ bêdzie przez ca³y rok, z moc¹ ciepln¹ regulowan¹ w zale noœci od potrzeb. Schemat kot³owni C1 przedstawiony jest na rys. 6. Ze wzglêdu na to, e potrzeby cieplne c. o. i c. w. rejonu ciep³owni C2 pokrywane bêd¹ z ciep³owni C1 poprzez przesy³ mocy cieplnej now¹ sieci¹ preizolowan¹, dla ciep³owni C2 zaproponowano zainstalowanie dwu kot³ów parowych (wytwornic pary) o mocy 265 kw ka da na potrzeby technologiczne szpitala. Na wypadek awarii sieci cieplnej zasilaj¹cej szpital w c. o i c. w. przewiduje siê zainstalowanie kot³a wodnego o mocy 3,5 MW z palnikiem na gaz ziemny GZ 50 i olej opa³owy lekki (takiego jak w wariancie I). Dla potrzeb c. o. i c. w. wykorzystywane bêd¹ istniej¹ce wêz³y ciep³ownicze. Schemat ciep³owni C2 jest identyczny jak dla wariantu II (rys. 5). 9
10 10 A rtyku³y Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003 Rys. 5. Schemat ciep³owni C2 (wariant II). Tablica 8. Urz¹dzenia cieplne zainstalowane w ciep³owni CI i C2 (wariant III). ciep³ownia urz¹dzenie iloœæ moc jedn., MW moc ca³k., MW kocio³ wodny 3 23,0 69,0 C1 CHP 1 5,0 5,0 razem 74,0 kocio³ wodny 1 3,5 3,5 C2 kocio³ parowy 2 0,265 0,53 razem 4,03 Tablica 9. Zapotrzebowanie gazu w wariancie III. zapotrzebowanie gazu minimalna maksymalne wartoœæ ciep³ownia ca³kowite godzinowe ciœnienia mln m 3 m 3 /h kpa C1 37,976 9183 350 C2 0,1375 63 Analiza op³acalnoœci inwestycji Badanie efektywnoœci inwestycji przeprowadzono w oparciu o analizê przep³ywu strumieni dochodów i wydatków. Poniewa analizowana inwestycja polega na modernizacji, w rachunku efektywnoœci uwzglêdniono strumienie pieniê ne, jakie powstaj¹ w wyniku tego projektu, a nie w wyniku finansowym. Oznacza to, e w rachunku efektywnoœci uwzglêdniono jedynie te strumienie dochodów i wydatków, które stanowi¹ bezpoœredni rezultat projektu. Czêœæ dotycz¹ca uk³adu istniej¹cego zawiera faktyczne koszty wytworzenia ciep³a (koszty: opa³u, transportu, wynagrodzeñ, œwiadczeñ dla pracowników, amortyzacji, pozosta³e koszty) oraz podatek dochodowy. Te dane uzyskano od inwestora. Dla analizowanej inwestycji uwzglêdniono: nak³ady inwestycyjne oraz amortyzacjê œrodków trwa³ych, koszty wytworzenia produkcji (koszt energii napêdowej paliwa i energii elektrycznej; koszty utrzymania i serwisu koszt remontów i serwisu urz¹dzeñ, koszt materia³ów nieenergetycznych, pozosta³e koszty operacyjne; koszty osobowe wynagrodzenia i œwiadczenia dla pracowników; koszty œrodowiskowe) przychody przedsiêbiorstwa netto (przychody ze sprzeda y energii elektrycznej wytworzonej w uk³adzie kogeneracyjnym) oraz podatek dochodowy. W analizowanych wariantach przyjêto nastêpuj¹ce za³o enia: czas eksploatacji inwestycji równy 15 lat, inwestycja realizowana w roku 2002, analizê wykonano bez uwzglêdnienia podatku VAT, gdy nie ma on wp³ywu na koñcowe wyniki analizy, przychody ze sprzeda y ciep³a nie ulegn¹ zmianie po zamianie Ÿróde³ ciep³a, wszelkie przychody i koszty (poza amortyzacj¹) s¹ indeksowane wskaÿnikiem inflacji wynosz¹cym 1,9%, czêœæ wytworzonej energii elektrycznej jest przeznaczana na ca³kowite pokrycie zapotrzebowania na energiê elektryczn¹ ciep³owni C1, reszta jest sprzedawana zak³adom przemys³owym w cenie 140 z³/mwh, roczny czas pracy uk³adu kogeneracyjnego wynosi 8400 godz, ca³oœæ prac jest finansowana ze œrodków w³asnych (bez udzia- ³u kredytu), stawkê amortyzacyjn¹ dla kot³ów i maszyn energetycznych przyjêto zgodnie z Ustaw¹ z dnia 15 lutego1992 r. o podatku dochodowym od osób prawnych (Dz. U z 2000r Nr 54 poz. 654 z póÿn. zm.), do obliczeñ wartoœci zaktualizowanych netto przyjêto wartoœæ stopy dyskonta wynosz¹c¹ 5%. op³aty za gospodarcze korzystanie ze œrodowiska wyznaczono zgodnie z Rozporz¹dzeniem Rady Ministrów z dn. 30 grudnia 1997 r. w sprawie op³at za wprowadzanie substancji zanieczysz- 10
11 11 Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003 A rtyku³y Rys. 6. Urz¹dzenia cieplne zainstalowane w ciep³owni I (wariant III). Tablica 10. Wyniki analizy op³acalnoœci inwestycji. nak³ady inwestycyjne NPV (tys. z³) IRR (%) SPBT (lat) (tys. z³) wariant I 9655,60 279,79 6% 1 wariant II 15195,60 3648,75 10% 1 wariant III 20155,60-182940,10 - >15 czaj¹cych do powietrza oraz za usuwanie drzew lub krzewów (Dz. U. Nr 162 poz. 1117 z póÿn. zm.), ceny gazu przyjêto zgodnie z taryf¹ dla paliw gazowych Nr 1/2002 obowi¹zuj¹c¹ odbiorców obs³ugiwanych przez PGNiG S. A., cena energii elektrycznej zu ywanej na potrzeby w³asne zosta³a okreœlone w oparciu o informacje z PEC i wynosi 196,8 z³/mwh. Na podstawie powy szych danych i za³o eñ sporz¹dzono zestawienia wyników finansowych niezdyskontowanych i zdyskontowanych. Podsumowanie ka dej analizy stanowi¹ skumulowane sumy zdyskontowane NPV i wewnêtrzna stopa zwrotu IRR (tablica 10), na podstawie których wysnuto wnioski o op³acalnoœci inwestycji. Z przeprowadzonej analizy wynika, e pierwsze dwa warianty modernizacji ciep³owni C1 i C2 s¹ op³acalne. Wartoœci zaktualizowane netto obu inwestycji uzyskuj¹ dodatni¹ wartoœæ po oko³o 8-10 latach eksploatacji uk³adu, przy czym drugi z analizowanych wariantów jest bardziej op³acalny. Wewnêtrzna stopa zwrotu obu inwestycji jest ni sza od aktualnego oprocentowania kredytów inwestycyjnych na zakup urz¹dzeñ s³u ¹cych ochronie œrodowiska. Œwiadczy to o braku mo liwoœci finansowania inwestycji z kredytu. Warto w tym miejscu zaznaczyæ, e za³o eniem by³o, e ca- ³oœæ inwestycji jest finansowana ze œrodków w³asnych. Przy aktualnej strukturze cen energii elektrycznej, ciep³a i gazu produkcja ciep³a i energii elektrycznej zgodnie z wariantem III nie jest op³acalna, przy czym straty rosn¹ w ci¹gu ca³ego analizowanego okresu. Ponadto realizacja wariantu III wymaga rozbudowy sieci gazowniczej. Efektem tego bêdzie dodatkowy wzrost nak³adów inwestycyjnych. Z przeprowadzonych obliczeñ wynika, e konfiguracja uk³adu oraz tryb jego pracy maj¹ znacz¹cy wp³yw na op³acalnoœæ inwestycji. Skojarzone wytwarzanie ciep³a i energii elektrycznej jest technologi¹ atrakcyjn¹ z ekonomicznego punktu jedynie w przypadku odpowiedniej struktury cen energii elektrycznej, ciep³a i paliwa. Optymalna moc i konfiguracja uk³adu skojarzonego silnie zale y od ceny paliwa, ciep³a i energii elektrycznej, trybu pracy uk³adu i mo liwoœci sprzeda y energii elektrycznej do sieci. Badania przepustowoœci sieci gazowej Dla rozpatrywanych trzech wariantów modernizacji Ÿróde³ ciep³a w ciep³owniach C1 i C2, uwzglêdniaj¹c przewidywany wzrost poboru gazu, dokonano analizy przepustowoœci sieci gazowej œredniego ciœnienia w obszarze oddzia³ywania wymienionych odbiorców. Strukturê symulowanej sieci gazowej przedstawiono na rys. 3. ród³em zasilania sieci gazowej jest stacja redukcyjna I stopnia usytuowana wêÿle 1. Przewidywane punkty odbioru gazu dla ciep³owni C1 i C2 znajduj¹ siê odpowiednio w wêz³ach 13a i 22a. Obliczenia hydrauliczne fragmentu sieci gazowej œredniego ciœnienia przeprowadzono na podstawie danych dotycz¹cych struktury sieci, geometrii odcinków, parametrów dostawy i odbioru gazu, dostarczonych przez Zak³ad Gazowniczy. Dotychczasowa wartoœæ ciœnienia na wyjœciu ze stacji redukcyjnej I stopnia wynosi 300 kpa. Z przeprowadzonych badañ symulacyjnych wynika, e realizacja wariantu I przy aktualnych parametrach zasilania sieci na stacji redukcyjnej I stopnia nie jest mo liwa, poniewa wartoœci ciœnienia w wêz³ach zasilaj¹cych ciep³ownie C1 i C2 wynosz¹ odpowiednio 261,07 oraz 284,46 kpa. Aby uzyskaæ wymagan¹ wartoœæ ciœnienia gazu przed odbiornikami konieczne jest podniesienie ci- 11
A rtyku³y Nowoczesne Gazownictwo 2 (VIII) 2003 œnienia na stacji redukcyjnej do 382,0 kpa. W wariancie II przy dotychczasowych parametrach zasilania sieci na stacji redukcyjnej I stopnia wartoœci ciœnienia w wêz³ach zasilaj¹cych ciep³ownie C1 i C2 wynosz¹ odpowiednio 231,35 oraz 282,74 kpa. Konieczne jest podniesienie ciœnienia na stacji redukcyjnej do 400,0 kpa. Proponowana wartoœæ 400 kpa wynika z faktu, e jest to wartoœæ maksymalnego ciœnienia roboczego na wyjœciu ze stacji redukcyjnej. Realizacja wariantu III przy zmianie parametrów zasilania sieci nie jest mo liwa. Wymagana jest przebudowa struktury sieci gazowniczej w celu zwiêkszenia przepustowoœci. Wnioski Rys. 7. Struktura analizowanego fragmentu sieci gazowej œredniego ciœnienia. Tablica 11. Wyniki obliczeñ hydraulicznych sieci gazowej œredniego ciœnienia. Wariant 1 2 3 Ciœnienie w SR I st. (kpa) Ciœnienie zasilania w wêz³ach (kpa) C1 C2 300 261,07 284,46 382 350,19 369,17 300 231,35 282,74 400 346,94 386,29 300 * * 400 * * Ciœ. minimalne w wêz³ach C1 i C2-350 kpa. * - poza zakresem wartoœci ciœ. sieci dystrybucyjnej. Zast¹pienie kot³owni wêglowych gazowymi Ÿród³ami ciep³a przynosi szerokie korzyœci œrodowiskowe. Z drugiej jednak strony decyzje o budowie kot³owni gazowej musz¹ zostaæ podjête po wnikliwej analizie efektywnoœci ekonomicznej inwestycji. Do obliczeñ efektywnoœci ekonomicznej zamiany kot³ów wêglowych na gazowe stosuje siê ogólnie przyjête metody oceny inwestycji. Powszechnie stosowane wskaÿniki to wartoœæ zaktualizowana netto (NPV) oraz wewnêtrzna stopa zwrotu (IRR). Ocena inwestycji mo e byæ rozszerzona o analizê wskaÿników rentownoœci i p³ynnoœci finansowej. G³ównym Ÿród³em informacji o warunkach pracy systemu zaopatrzenia w ciep³o przy z³o onej strukturze sieci (np. obszar ca³ego miasta) oraz w sytuacji stale zmieniaj¹cego siê zapotrzebowania na ciep³o jest symulator sieci ciep³owniczej. Obliczenia cieplne i hydrauliczne sieci pozwalaj¹ okreœliæ straty ciep³a w systemie, profile zmian temperatury w sieci, wymagan¹ wysokoœæ ciœnienia dyspozycyjnego oraz natê enie przep³ywu wody w ciep³owni. Podczas jednoczesnej pracy takich elementów jak kot³ownie, pompownie, sieci rozprowadzaj¹ce czy wêz³y cieplne, wystêpuje ich wzajemne oddzia³ywanie hydrauliczne, dlatego wa n¹ cech¹ programu komputerowego przeznaczonego do symulacji sieci ciep³owniczych jest mo liwoœæ symulacji sieci o dowolnej konfiguracji. Realizacja projektów ciep³owniczych polegaj¹cych na zamianie kot³ów wêglowych na gazowe wymaga przeprowadzenia analizy przepustowoœci sieci gazowej œredniego ciœnienia. Programy symulacyjne stosowane w tym celu winny umo liwiaæ obliczanie sieci w których wystêpuj¹ dwa poziomy ciœnienia (œrednie i niskie), aby móc oceniæ wp³yw przy³¹czenia du ego odbiorcy przemys³owego na parametry dostawy gazu do pozosta³ych odbiorców. 12 12 12