MRiRW KIERUNKI ROZWOJU ENERGETYKI OZE W POLSCE wykorzystanie zasobów, możliwość wykreowania polskich specjalności, systemy wspomagania J. Popczyk Warszawa, 17 listopada 2010 1
NAJWAŻNIEJSZE PYTANIE Na co przeznacza się w Polsce 3 mld zł rocznie z podwyżek cen energii elektrycznej z tytułu wymaganego udziału energii odnawialnej na rynku energii elektrycznej? Jaką polską specjalność buduje się za te pieniądze? 2
FUNDAMENTALNE UWARUNKOWANIA 3
Pakiet 3x20 w UE (przewrót technologiczny, synteza rynków końcowych, konwergencja sektorów, przebudowa bilansu paliwowo-energetycznego) - wstęp do zmian strukturalnych SYNTEZA BEZPIECZEŃSTWA ENERGETYCZNEGO, ŻYWNOŚCIOWEGO I EKOLOGICZNEGO globalna strategia polityczna i egoistyczne działanie prosumenta Świat: Runda Doha (WTO, FAO), polityka klimatyczna (CO 2 ) UE: WPR, Pakiet 3x20 Polska: Polityka energetyczna (do 2030 roku) 4
POLSKI PROBLEM W UE W ROLNICTWIE UE wchodzi w etap redukowania polityki (WPR) i Polska musi się wpisać w ten trend W ENERGETYCE Polska dąży do wykreowania polityki (polegajacej na kontynuacji energetyki wielkoskalowej), ale UE w ten trend się nie wpisze 5
PAKIET 3X20 przede wszystkim siła sprawcza, ale także program operacyjny Technologia/mechanizm Samochód elektryczny Pompa ciepła Paliwa drugiej generacji Aukcjoning emisji CO 2 Współczynnik/rozwiązanie Mnożnik 2,5 przy zaliczaniu do celu energii elektrycznej (odnawialnej) wykorzystanej do napędu samochodu Zaliczenie do celu ciepła produkowanego przez pompę Mnożnik 2 przy zaliczaniu paliw do celu Plan (harmonogram) redukcji emisji wolnej od opłaty, cena uprawnień do emisji (cena referencyjna Komisji Europejskiej dla potrzeb decyzji inwestycyjnych: 40 euro/tona CO 2 ) Integracja trzech rynków końcowych (energia elektryczna, ciepło, paliwa transportowe) Polskie cele 3x20 (w scenariuszu business as usual ) 15% 110 TWh, 20% 60 mln ton, 20% 180 TWh 6
PROPOZYCJA DLA POLSKI OD REFORM SEKTOROWYCH (1990-2009) do programu obywatelskiego ROZWÓJ ENERGETYKI OZE/URE W WARUNKACH KRYZYSU INWESTYCYJNEGO W ENERGETYCE WEK (2010-2020) SYNTEZA REFORM INTELI GENTNA ENERGETYKA (SMART GRID) ENERGETYKA WEK/OZE/URE ROLNICTWO w tym: biogazownie, mikrobiogazownie, biorafinerie BUDOWNICTWO w tym: dom zero-energetyczny TRANSPORT w tym: samochód elektryczny BIO - TECHNOLOGIE ŚRODOWISKO w tym: ochrona powietrza, utylizacja odpadów/pozostałości komunalnych, rolniczych, przemysłowych SYNERGETYKA 7
NOWY ŁĄŃCUCH WARTOŚCI BIOGAZOWNIA/MIKROBIOGAZOWNIA PLUS-ENERGETYCZNE GOSPODARSTWO ROLNE SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY MAIASTO (TRANSPORT MIEJSKI) 8
Wynaturzony polski łańcuch wartości związany z OZE (szerzej: z realizacją wszystkich celów Pakietu 3x20). Rolnictwo nie jest dopuszczone do udziału w łańcuchu, energetyka przejmuje natomiast korzyści Przykłady regulacji i praktyk w energetyce, które trzeba zakwalifikować, jako antyrolnicze Decyzja URE z 31 maja 2007 roku (o braku możliwości korzystania przez inwestorów z dwóch certyfikatów) Znowelizowana ustawa Prawo energetyczne (koncesja URE vs rejestr biogazowni w Agencji Rynku Rolnego) Elektroenergetyka i ciepłownictwo (regulacje i praktyka w zakresie współspalania biomasy oraz w szczególności zboża w elektrowniach systemowych i wielkich elektrociepłowniach) Gazownictwo (rozporządzenie dotyczące biogazu rolniczego) Górnictwo (rozporządzenie dotyczące metanu z odmetanowania kopalń) Sektor paliw transportowych (praktyka PKN i Lotos w zakresie biopaliw) 9
Przykłady regulacji i praktyk w energetyce, które trzeba zakwalifikować, jako antyrolnicze (cd.) Brak wynagrodzenia inwestora biogazowni za usługi takie jak: 1. Substytucja inwestycji sieciowych nn i ŚN zastąpienie sieciowej reelektryfikacji wsi wytwórczą 2. Redukcja deficytu zdolności połączeń transgranicznych (odciążenie tych połączeń) 3. Redukcja ograniczeń sieciowych w KSEE (redukcja nieefektywności modelu rynku energii elektrycznej w postaci miedzianej płyty) 4. Budowa oddolnego filaru bezpieczeństwa elektroenergetycznego (środek zaradczy na coraz częstsze awarie sieciowe) (Patrz wyniki badań prezentowane na: www.klaster3x20.pl, Dział Profesorski, Konwersatorium Inteligentna Energetyka 10
REGULACJE (przykłady destrukcyjnych efektów, propozycje konstruktywnych działań) 11
WYNATURZENIA STANOWIĄCE EFEKT RZĄDOWEJ POLITYKI REGULACYJNEJ Na jednym biegunie: Rolnicy zmieniają (2009/2010) paliwo, mianowicie węgiel na zboże (żyto 15 GJ/t, 250 zł/t, węgiel 25 GJ/t, 700 zł/t) Stosunek ceny GJ energii pierwotnej z węgla i ze zboża: 1,7 (przy pominięciu rachunku uwzględniającego koszt uprawnień do emisji CO 2 ) Na drugim biegunie: Blok 190 MW na biomasę w Połańcu wynaturzony projekt realizowany w istniejącym środowisku regulacyjnym (z systemami wspomagania na rynku energii elektrycznej, ale nie na rynku ciepła), o sprawności na rynku końcowym rzędu 30%, z rocznym zapotrzebowaniem na biomasę (słomę, drewno) wynoszącym ponad 1,2 mln ton 12
NADPRODUKCJA ZBOŻA W 2009 ROKU I DZIAŁANIA RZĄDU MAJĄCE NA CELU SKIEROWANIE TEGO ZBOŻA DO WSPÓŁSPALANIA Nadprodukcja 4 podstawowych zbóż w 2009 roku: 4 6 mln ton. Perspektywa wykorzystania do współspalania. Przy takim wykorzystaniu uzysk energii odnawialnej końcowej wyniesie około 4 6 TWh Zasoby ziemi uprawnej wykorzystane do nadprodukcji: 1,1 1,7 mln ha. Możliwa do uzyskania energia odnawialna końcowa w przypadku zastosowania technologii biogazowych i kogeneracyjnych małej skali: 75 116 TWh Wykorzystanie odłogów i ziemi wyłączonej z upraw (łącznie około 2 mln ha ziemi średnio-urodzajnej) stanowi potencjał produkcyjny energii odnawialnej końcowej wynoszący około 80 TWh Łączny osiągalny uzysk odnawialnej energii końcowej: 150 200 TWh 13
MOŻLIWY EFEKT ZAMIANY NADPRODUKCJI ZBOŻA (I SKIEROWANIA GO DO WSPÓŁSPALANIA) NA EFEKTYWNE ENERGETYCZNE WYKORZYSTANIE ZASOBÓW ZIEMI (1,7 mln ha) Równoważna (uwzględniająca osiągalne sprawności) ilość: węgla kamiennego (energetycznego) 50 65 mln ton gazu ziemnego 15 20 mld m 3 paliw transportowych 14 18 mln ton inwestycji w energetykę atomową (bez sieci) 300 400 mld zł 14
PRZYKŁADOWE PROPOZYCJE BIEŻĄCYCH DZIAŁAŃ NA RZECZ RACJONALIZACJI ŚRODOWISKA REGULACYJNEGO Trzy doraźne warunki (do niezwłocznej realizacji) umożliwiające wejście na ścieżkę przełamywania istniejących barier: 1. Wpisanie przez rząd odpowiednich działań do Action Planu 2. Stworzenie odpowiedniego środowiska regulacyjnego (jego uproszczenie) w ramach rozpoczynających się działań na rzecz harmonizacji polskiego prawa z dyrektywą 2009/28/WE 3. Wykorzystanie znowelizowanej ustawy Prawo energetyczne do ukierunkowania regulaminów OSD dotyczących prowadzenia ruchu i eksploatacji na racjonalizację integracji źródeł rozproszonych z siecią rozdzielczą 15
SYSTEMY WSPOMAGANIA ENERGII ODNAWIALNEJ I REDUKCJI EMISJI CO 2 Certyfikaty. Opłata zastępcza (rynek odnawialnej energii elektrycznej: opłata zastępcza około 270 zł/mwh, około 70 euro/mwh) Ulgi podatkowe (biopaliwa: benzyny silnikowe 1560 zł/1000 l, oleje napędowe 1050 zł/ 1000 l, maksymalna ulga w UE 300 euro/t) Opłata za uprawnienie do emisji CO 2 (system ETS: cena referencyjna Komisji Europejskiej 40 euro/t, bieżąca cena na [ rynku unijnym około 10 euro/t ) Przy rynkowej cenie uprawnień do emisji CO 2 (10 euro/t) wzrost cen energii pierwotnej (na rynku obejmującym wszystkie paliwa kopalne) wyniósłby około 3 euro/mwh. Przychody państwa z inkorporacji (mające status podatku) zrównoważyłyby około 70% przychodów z akcyzy na paliwa transportowe (18 mld zł) 16
POTRZEBA UWOLNIENIA SIĘ OD STARYCH SPOSOBÓW DZIAŁANIA W ENERGETYCE 17
Odwoływanie się w Polsce do rocznej produkcji energii elektrycznej na osobę w Norwegii (28,5 MWh), USA (14,5 MWh) i np. w Niemczech (7,8 MWh); polska produkcja, to 4,2 MWh Historia Elektryki Polskiej. T. 2 Elektroenergetyka. L. Nehrebecki (red.). SEP. WNT, Warszawa 1992 (str. 597) >Specyficzną kategorią było porównywanie energetyki polskiej w tym szczególnie zużycia energii elektrycznej na mieszkańca z krajami rozwiniętymi. Tym narzędziem posługiwali się niektórzy radośni twórcy w celu uzasadnienia w Komisji Planowania żądań finansowych w myśl powszechnie stosowanej zasady, że aby otrzymać trochę trzeba żądać wiele. Jest zrozumiałe, że w tej psychozie kierownictwo Zjednoczenia Energetyki i dyrekcja Instytutu Energetyki w pierwszej połowie omawianego okresu* nie zezwalały nawet na wzmiankę o konieczności oszczędzania energii elektrycznej. Duży wzrost zużycia, pomimo braku uzasadnienia, był ich zdaniem wyrazem twórczego rozmachu< *Chodzi o lata 1975-1985 (przypis autora) ------------------------------------------------------------------------------------------------------ Odwołanie się w Polsce do rocznej produkcji ciepła na osobę w innych krajach: Polska 6,3 MWh, Niemcy 2,7 MWh!!! 18
TECHNOLOGIE URE 19
LISTA TECHNOLOGII URE: DOSTĘPNYCH I W BARDZO DUŻYM STOPNIU JUŻ SKOMERCJALIZOWANYCH (1) Technologie proste 1. Kolektor słoneczny 2. Mikrowiatrak 3. Pompa ciepła 4. Dom pasywny 5. Samochód elektryczny 6. Mikrobiogazownia 7. Biogazownia 8. Źródło ORC 9. Minirafineria lignocelulozowa 10. Ogniwo fotowoltaiczne 11.Spalarnia śmieci (także technologie plazmowe utylizacji śmieci ) 12. Elektrownia wodna ultraniskospadowa 13. Mikroźródło jądrowe 20
LISTA TECHNOLOGII URE: DOSTĘPNYCH I W BARDZO DUŻYM STOPNIU JUŻ SKOMERCJALIZOWANYCH (2) Technologie złożone 14. Źródło poligeneracyjne 15. Technologie zasobnikowe 16. Technologie oddolnego filaru bezpieczeństwa energetycznego 17. Technologie zintegrowane funkcjonalnie 21
LISTA TECHNOLOGII URE: DOSTĘPNYCH I W BARDZO DUŻYM STOPNIU JUŻ SKOMERCJALIZOWANYCH (3) Technologie dedykowane do charakterystycznych segmentów rynku popytowego 18. Dom energetyczny (2,5 mln małotowarowych gospodarstw rolnych, 3 mln domów jednorodzinnych, 10 tys. nowych domów budowanych rocznie, budowa oddolnego filaru indywidualnego bezpieczeństwa energetycznego, wykorzystanie technologii 1 do 10, 12, 14 do 17, 21) 19. Gospodarstwo rolne energetyczne (100 tys. gospodarstw towarowych, istota: dywersyfikacja produkcji/ryzyka gospodarstwa, utylizacja odpadów, budowa oddolnego filaru indywidualnego bezpieczeństwa energetycznego, wykorzystanie technologii 1 do 5, 10, 14 do 17, 19) 20. Gmina wiejska energetyczna (1600 gmin, istota: wykorzystanie zasobów rolnictwa energetycznego, utylizacja odpadów, budowa oddolnego filaru bezpieczeństwa energetycznego w ramach infrastruktury krytycznej, wykorzystanie technologii 1 do 10, 12, 14 do 17, 21) 21. Miasto energetyczne (istota: włączenie transportu w obszar energetyki miasta, utylizacja odpadów, budowa oddolnego filaru bezpieczeństwa energetycznego w ramach infrastruktury krytycznej, 22 wykorzystanie technologii 1 do 5, 7, 10, 13 do 17)
LISTA TECHNOLOGII URE: DOSTĘPNYCH I W BARDZO DUŻYM STOPNIU JUŻ SKOMERCJALIZOWANYCH (4) Technologie zwiększające efektywność energetyki rozproszonej (popytowo-podażowej) 22. Wirtualne źródło poligeneracyjne (istota: zwiększenie efektywności energetyki rozproszonej w aspektach energetycznym, ekonomicznym i poprawy bezpieczeństwa energetycznego) 23. Smart Grid (istota: przeniesienie akcentu w skali społecznej z wytwarzania energii na zarządzanie energią, w szczególności integracja samochodu elektrycznego i rynku energii elektrycznej oraz intensyfikacja wykorzystania sieci elektroenergetycznych) 23
POTRZEBA JEDNEGO Z WIELU PRZEŁOMÓW Obecnie jest tak, że inwestor mikroźródła (prosument) musi wykazać operatorowi OSD, że źródło nie szkodzi sieci. Trzeba tę praktykę (rodem z monopolu) zamienić na zasadę, zgodnie z którą operator OSD musi wykazać, że źródło przyłączone do instalacji inwestora/prosumenta (o mocy poniżej mocy umownej) szkodzi sieci. To pociąga za sobą konieczność zmiany certyfikacji energii na homologację technologii/urządzeń 24
BILANSE (wybranych technologii URE) 25
POMPA CIEPŁA Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski Sprawność pompy ciepła: 3,5...5!!! Sprawność źródeł kogeneracyjnych gazowych/biogazowych małoskalowych produkujących energię elektryczną [ wykorzystywaną do zasilania pomp ciepła: (0,35+0,50) = 0,85 Uzysk ciepła z 1 MWh (pp) sprawność pompy 3,5: (0,35 3,5+0,5) MWh = 1,75 MWh sprawność pompy 5: (0,35 5+0,5) MWh = 2,25 MWh 26
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski!!! Racjonalne założenia dla samochodu Toyota YARIS są następujące: Emisja CO 2 : 140 g/km, czyli na 100 km przebiegu: 14 kg CO 2 Zużycie benzyny na 100 km wynosi około 6 l, czyli około 55 kwh w paliwie pierwotnym Sprawność optymalna benzynowego silnika spalinowego 0,3, sprawność eksploatacyjna całego układu napędowego (silnika i przeniesienia momentu napędowego) 0,15, czyli energia [ użyteczna, odniesiona do przebiegu 100 km, równa się około 8 kwh Energia elektryczna zużyta przez samochód elektryczny, liczona na 100 km przebiegu, równa się 15 kwh (sprawność optymalna silnika elektrycznego wynosi 0,9, ale eksploatacyjną przyjęto na poziomie 0,7, sprawność akumulatora 0,8 oraz sprawność przekształtnika 0,95). Dane pomiarowe zużycia energii elektrycznej w warunkach eksploatacyjnych potwierdzają tę wartość! 27
DOM ENERGETYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (do opracowania wykorzystano pracę studenta D. Tobiczyka) Dom (150 m 2 powierzchni użytkowej, wybudowany w latach 70.) Wyposażenie: przyłącze elektryczne, kocioł węglowy, 2 ogrzewacze cwu (kotłowy, elektryczny), samochód (Punto) Roczny bilans (wyjściowy) energii i paliw (MWh)/kosztów (zł)/ emisji CO 2 (t): energia elektryczna (w tym letnie cwu) 4/1800/3, ciepło (węgiel) 35/3300/13, benzyna 11/5200/3, Modernizacja: termomodernizacja, pompa ciepła (moc elektryczna 1,4 kw, mikrowiatrak (3 kw), panel fotowoltaiczny (5,4 kw p ), samochód elektryczny [ Roczny bilans po modernizacji: produkcja energii elektrycznej 16 MWh, zużycie (AGD, pompa ciepła, samochód elektryczny) 12 MWh) Budżet na modernizację, wynikający z zasady kosztu unikniętego (w okresie 10 lat, przy rocznym ponad-inflacyjnym wzroście cen paliw i energii wynoszącym 3% i stałej realnej cenie uprawnień do emisji CO 2 ) 190 tys. zł (140 tys. zł uniknięte koszty paliw i energii, 30 tys. zł koszty inkorporacji środowiska, 20 tys. zł sprzedaż energii elektrycznej) 28!!!
INTEGRACJA RYNKÓW ENERGII ELEKTRYCZNEJ I TRANSPORTU (nowe spojrzenie na te rynki) Przyjmijmy, że liczba odbiorców energii elektrycznej wynosi w Polsce w wielkim przybliżeniu 16 milionów (od czasu zakończenia elektryfikacji w latach sześćdziesiątych liczba ta rośnie bardzo powoli). Podobna jest liczba samochodów, ale doszliśmy do tej liczby głównie w ostatnich 20 latach Moc zainstalowana w silnikach samochodowych wynosi ponad 1000 GW, czyli jest 30 razy większa od mocy zainstalowanej w elektrowniach/elektrociepłowniach. Każdy z silników samochodowych nadaje się, po niewielkich tylko przeróbkach, do wykorzystania jako jednostka napędowa agregatu kogeneracyjnego (w tym np. agregatu mikrobiogazowni) Czyli w wielkim przybliżeniu: wykorzystanie silników samochodowych, jednego na trzydzieści, może zapewnić (hipotetycznie) Polsce moc wytwórczą wystarczającą do pokrycia obecnego zapotrzebowania na rynku energii elektrycznej Integracja rynków energii elektrycznej i transportu zapewni częściowe ujście dla produkcji segmentu spalinowych silników samochodowych na rynek mikrokogeneracji gazowej 29
Wyniki wykorzystania 1 ha gruntów rolnych na rynku transportu, przy zastosowaniu samochodu tradycyjnego (z silnikiem wysokoprężnym) i elektrycznego Wielkość Rzepak i buraki energetyczne, odpowiednio Energia pierwotna, w jednostkach naturalnych Samochód tradycyjny elektryczny estry biometan 1,0 tona 8 tys. m 3 Energia pierwotna 11 MWh 80 MWh [ Energia końcowa Przejechana droga [tys. km] Energia zaliczona do zielonego celu w Pakiecie 3x20 11 MWh 40 11 MWh 32 MWh el 36 MWh c 119 32 MWh el 2,5 + 36 MWh c = 112 MWh 30
INKORPORACJA KOSZTÓW UPRAWNIEŃ DO EMISJI CO 2 DO KOSZTÓW PALIW KOPALNYCH (zamiast odrębnych rozwiązań wspomagania grup interesów) [ KOSZTY REFERENCYJNE (uwzględniające pełną internalizację kosztów zewnętrznych: środowiska, sieciowe, usług systemowych) 31
Koszty środowiska (2008) inkorporowane do kosztów paliwa, łączne dla energetyki (elektroenergetyka, ciepłownictwo wielkoskalowe/sieciowe i rozproszone, transport) Koszt paliwa bez inkorporowanego kosztu środowiska [mld zł/rok] Koszt paliwa z inkorporowanym kosztem środowiska [mld zł/rok] Rynek energii końcowej, TWh/rok Węgiel kamienny 21 21 + 29 300 Węgiel brunatny 6 6 + 11 40 Paliwa transportowe 38 + 18 1 (38 + 18 1 ) + 7 50 Gaz ziemny 12 12 + 3 84 1 Akcyza 32
Koszty referencyjne dla różnych technologii Ceny referencyjne technologii elektroenergetycznych [PLN/MWh] 400 300 200 100 0 min max 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Technologia elektroenergetyczna Technologie: 1. blok jądrowy, sieć przesyłowa, 2 blok na węgiel brunatny, sieć przesyłowa, 3 blok na węgiel kamienny, sieć przesyłowa, 4 kogeneracyjne źródło gazowe, sieć 110 kv, 5 kogeneracyjne źródło gazowe, sieć ŚN, 6 kogeneracyjne źródło gazowe, sieć nn, 7 zintegrowana technologia wiatrowo-gazowa, sieć 110 kv, 8 biometanowe źródło kogeneracyjne, sieć ŚN, 9 mała elektrownia wodna, sieć ŚN, 10 ogniwo paliwowe [H. Kocot] 33
BEZPIECZEŃSTWO ENERGETYCZNE, CZY NADPODAŻ 34
Efekt wykorzystania! 1,7 mln ha gruntów ornych wysokiej wartości (pozostałych! po ograniczeniu upraw buraka cukrowego i po zamianie upraw rzepaku na uprawę buraka energetycznego oraz kukurydzy energetycznej, albo inaczej marnowanej obecnie na nadprodukcję zbóż) Punkt wyjścia (pierwszy cel Pakietu 3x20): 120 TWh (rk) wymagany udział energii odnawialnej (cel 15%) 90 TWh (rk) zapotrzebowanie energii końcowej z rolnictwa energetycznego, jeśli będzie realizowany trend business as usual Energia pierwotna (z 1,7 mln ha): 13,6 mld m 3 biometanu. Inaczej: 136 TWh, inaczej 23 mln ton węgla (energetycznego, [ wskaźnikowego), inaczej 40 mln ton węgla równoważnego!!! 1. Produkcja energii elektrycznej i ciepła w kogeneracji 136 (0,35+0,50) = (48+68) TWh = 116 TWh 2. Kogeneracja + samochód elektryczny 136 (0,35 2,5+0,50) = 188 TWh (rynek transportu i ciepła) 3. Kogeneracja + pompa ciepła (o sprawności 5) 1362,25 MWh = 306 TWh (rynek ciepła) 35
ZAKOŃCZENIE 36
PRZYKŁADOWE PROPOZYCJE BIEŻĄCYCH DZIAŁAŃ NA RZECZ RACJONALIZACJI ŚRODOWISKA REGULACYJNEGO Trzy doraźne warunki (do niezwłocznej realizacji) umożliwiające wejście na ścieżkę przełamywania istniejących barier: 1. Alokacja kompetencji/odpowiedzialności za energetykę OZE/URE z MG do MI oraz MRiRW 2. Stworzenie odpowiedniego środowiska regulacyjnego (jego uproszczenie: zamiana certyfikatów powiązanych z energią elektryczną na certyfikację technologii) w ramach rozpoczynających się działań na rzecz harmonizacji polskiego prawa OZE z dyrektywą 2009/28/WE 3. Wykorzystanie znowelizowanej ustawy Prawo energetyczne do ukierunkowania (do połowy września 2010) regulaminów OSD dotyczących prowadzenia ruchu i eksploatacji na racjonalizację integracji rozproszonych źródeł kogeneracyjnych z siecią rozdzielczą 37