Spis treści 1. WYKAZ SKRÓTÓW I OZNACZEŃ... 4 2. WSTĘP... 5 3. BEZPIECZEŃSTWO ENERGETYCZNE CHARAKTERYSTYKA... 9 3.1. Pojęcie bezpieczeństwa energetycznego... 9 3.2. Wskaźniki bezpieczeństwa energetycznego... 13 4. BILANS PALIWOWO ENERGETYCZNY KRAJU... 16 4.1. Gaz ziemny kierunki dostaw i struktura zużycia... 17 4.2. Ropa naftowa kierunki dostaw i struktura zużycia... 23 5. BEZPIECZEŃSTWO ENERGETYCZNE POLSKI... 29 6. KRAJOWE ZASOBY GAZU ZIEMNEGO... 36 6.1. Wydobycie gazu ziemnego w Polsce... 44 6.2. Poszukiwania złóż gazu ziemnego... 47 6.3. Perspektywy odkrycia nowych złóż gazu ziemnego w Polsce... 48 6.4. Niezagospodarowane złoża gazu ziemnego w Polsce... 54 7. CHARAKTERYSTYKA TECHNOLOGII GAS TO LIQUIDS OPARTEJ NA PROCESIE FISCHERA TROPSCHA I JEJ ŚWIATOWE ZASTOSOWANIE... 57 7.1. Charakterystyka technologii Gas to Liquds... 59 7.2. Etapy wytwarzania paliw płynnych z gazu ziemnego... 61 7.3. Parametry gazu ziemnego wykorzystywanego w technologii Gas to Liquids... 64 7.4. Zalety paliw otrzymywanych w technologii Gas to Liquids... 65 7.5. Technologie produkcji paliw płynnych w oparciu o syntezę Fischera Tropsacha. 70 7.6. Ekonomiczne aspekty technologii Gas to Liquids... 77 8. MODEL OCENY MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA TECHNOLOGII GAS TO LIQUIDS DO ZAGOSPODAROWANIA KRAJOWYCH ZŁÓŻ GAZU ZIEMENGO... 82 8.1. Etap I ocena dostępnych zasobów i wyboru odpowiedniego wariantu technologii GTL 83 8.2. Etap II analiza ekonomiczno-finansowa wyznaczenie elementarnych wielkości rachunku przepływów pieniężnych... 83 8.3. Etap III szczegółowa analiza wybranego wariantu... 88 9. PODSUMOWANIE I WNIOSKI KOŃCOWE... 110 10. SPIS LITERATURY... 114 11. SPIS TABEL... 124 12. SPIS RYSUNKÓW... 126 3
2. WSTĘP Podstawowym zadaniem każdego państwa jest zapewnienie jego obywatelom bezpieczeństwa we wszystkich dziedzinach życia. Zwykle pod pojęciem bezpieczeństwa rozumiane jest zapewnienie bezpieczeństwa militarnego oraz bezpieczeństwa wewnętrznego, których atrybutami są wojsko oraz służby wewnętrzne, których zadaniem jest zapewnienie bezpieczeństwa fizycznego obywatelom, np. policja. Należy jednak mieć na uwadze, że wraz z rozwojem cywilizacyjnym, społecznym, gospodarczym zmieniają się obszary które, decydują o bezpieczeństwie państwa i jego obywateli. W XXI wieku jednym z głównych celów państw uprzemysłowionych, w tym także Polski, jest zapewnienie wszelkich niezbędnych środków, które pozwoliłyby na nieprzerwany rozwój gospodarczy. Przy obecnym rozwoju technologicznym, społecznym i gospodarczym jednym z głównych elementów zapewniającym stały i stabilny rozwój państw i społeczeństw jest dostęp do nośników energii. W 2011 roku zużyto na świecie 13 113 Mtoe energii pierwotnej, z czego ponad 81% pokryte zostało przez paliwa kopalne, do których zaliczamy: gaz ziemny, ropę naftową, węgiel. Należy mieć na uwadze, że pomimo intensywnych badań i prac zmierzających do rozwoju alternatywnych źródeł energii, np. źródeł energii odnawialnej (OZE), paliwa kopalne będą przez najbliższe dziesięciolecia głównym źródłem pokrywającym zapotrzebowanie na energię. Wraz z postępującym rozwojem gospodarczym wzrasta znaczenie i rola surowców energetycznych. Rola ta ukierunkowana jest z jednej strony poziomem cywilizacyjnym i rozwojem technologicznym, z drugiej faktem nieodnawialności zasobów oraz ich nierównomiernym rozmieszczeniem w poszczególnych regionach świata. Transport surowców energetycznych stwarza sytuację zależności od ich dostaw, związaną ze sprawnością środków transportu oraz okolicznościami towarzyszącymi przemieszczaniu się surowca. Stad też surowce energetyczne należy traktować jako towar strategiczny w wymiarze politycznym 5
i gospodarczym, a więc jako istotny element szeroko pojętego bezpieczeństwa państwa. Zasoby surowców energetycznych zlokalizowane w poszczególnych państwach stanowią istotny element zapewniający bezpieczeństwo energetyczne tego państwa, a ich eksploatacja powinna być prowadzona w taki sposób, aby zapewnić jak największą efektywność. Mając na uwadze znaczenie paliw kopalnych, w szczególności ropy naftowej i gazu ziemnego, dla światowej gospodarki nieustannie prowadzone są prace poszukiwawcze w wyniku których dokumentowane są nowe złoża tych kopalin. Zważywszy, że część nowo odkrytych złóż gazu ziemnego zlokalizowanych jest w znacznej odległości od obecnych dróg transportu, rozwijane są technologie umożliwiające zagospodarowanie tych złóż. Należy zaznaczyć, że technologie te umożliwiają zagospodarowanie takich złóż gazu, których eksploatacja w sposób tradycyjny byłaby nieopłacalna. W niniejszej pracy autor stawia następującą tezę: Zastosowanie technologii Gas to Liquids (GTL) jako metody zagospodarowania nie eksploatowanych krajowych złóż gazu ziemnego pozwoli na zwiększenie krajowego bezpieczeństwa energetycznego w zakresie dostaw paliw płynnych. Ponadto celem autora jest głębsza analiza efektywności ekonomicznej zastosowania technologii GTL do zagospodarowania krajowych złóż gazu ziemnego. Autor zaproponował metodykę oceny efektywności ekonomicznej przedmiotowej technologii na etapie projektowania uwzględniającą estymację procesów stochastycznych oraz rozkładów zdefiniowanych zmiennych. Praca zawiera zarówno cel naukowy, jak i utylitarny. Celem naukowym jest stworzenie metodyki oceny możliwości zastosowania technologii GTL do zagospodarowania krajowych złóż gazu ziemnego, w której zachodzi konieczność jednoczesnego modelowania wielu zmiennych. Natomiast celem utylitarnym jest zaproponowanie schematu postępowania w trakcje przygotowywana przedmiotowej inwestycji. 6
W rozdziale trzecim (pierwszym jest Wykaz skrótów i odznaczeń, drugim niniejszy Wstęp) przybliżone zostało pojęcie bezpieczeństwa energetycznego. Scharakteryzowano istotę i znaczenie tego pojęcia, szczególną uwagę zwrócono na regulacje prawne z nim związane oraz przedstawiono główne składniki oraz warunki bezpieczeństwa energetycznego. Biorąc pod uwagę znaczenie tego pojęcia oraz jego złożoność przedstawiono wskaźniki bezpieczeństwa energetycznego, dzięki którym możliwe jest porównanie zmian zachodzących w branży paliwowoenergetycznej oraz ocena sytuacji energetycznej poszczególnych państw. W rozdziale czwartym przeanalizowano bilans paliwowo-energetyczny kraju. Zaprezentowana została struktura bilansu energetycznego Polski w okresie od 1999 roku do 2012 roku. Szczegółowo przedstawiono kierunki dostaw i strukturę zużycia gazu ziemnego w kraju w ww. okresie oraz scharakteryzowano istotne zmiany w tym zakresie jakie nastąpiły w ostatnich latach. Rozdział ten zawiera również charakterystykę rynku paliw płynnych w Polsce. Przedstawiono kierunki dostaw ropy naftowej i strukturę zużycia paliw płynnych w okresie od 1999 roku do 2012 roku. W rozdziale piątym przedstawiono wyniki analiz i obliczeń własnych autora dotyczących stanu bezpieczeństwa energetycznego Polski. Przedstawiono wartości wskaźników bezpieczeństwa energetycznego (które scharakteryzowano w rozdziale trzecim) Polski oraz ich zmienność w analizowanym okresie. Rozdział ten zawiera również analizę przyszłych wartości współczynników bezpieczeństwa energetycznego Polski przy założeniu realizacji prognozy zawartej w Polityce energetycznej Polski do 2030 roku. Ponadto zawiera on porównanie zależności Polski od importu surowców energetycznych na tle wybranych państw Unii Europejskiej w latach 1990 do 2012 roku. Rozdział szósty zawiera charakterystykę krajowych złóż gazu ziemnego, tj. ich rozmieszczenie, udokumentowane zasoby oraz wielkość wydobycia w okresie od 2000 do 2012 roku. Ponadto przedstawiono prowadzone obecnie poszukiwania złóż gazu ziemnego w kraju, zarówno złóż konwencjonalnych, jak i niekonwencjonalnych oraz perspektywy odkrycia nowych złóż gazu ziemnego. 7
Z przeprowadzonych analiz wynika, że w Polsce udokumentowanych jest około 20-30 mld m 2 gazu ziemnego, które nie są przedmiotem eksploatacji. W rozdziale siódmym przedstawiono charakterystykę technologii GTL opartej na procesie Fischera Tropscha (F T). Przedstawiono etapy wytwarzania paliw płynnych z gazu ziemnego oraz ich zalety. Rozdział ten zawiera także przegląd stosowanych na świecie rozwiązań w technologii produkcji paliw płynnych w oparciu o syntezę F T oraz ekonomicznych aspektów tej technologii. Rozdział ósmy niniejszej rozprawy zawiera opracowaną przez autora metodykę, w tym analizę ekonomiczno-finansową, oceny możliwości zastosowania technologii GTL do zagospodarowania krajowych złóż gazu ziemnego, w której zachodzi konieczność jednoczesnego modelowania wielu zmiennych. Rozdział dziewiąty zawiera podsumowanie wyników analiz i wnioski końcowe. 8
9. PODSUMOWANIE I WNIOSKI KOŃCOWE Rozwój gospodarczy i społeczny pociąga za sobą wzrost zapotrzebowania na nośniki energii. Obecnie głównym źródłem pokrywającym światowe zapotrzebowanie na nośniki energii (ponad 80%) są paliwa kopalne (gaz ziemny, ropa naftowa, węgiel). Biorąc pod uwagę, że: rozmieszenie złóż paliw kopalnych na świecie jest nierównomierne, bardzo często paliwa kopalne, w szczególności gaz ziemny i ropa naftowa wykorzystywane są do realizacji celów politycznych państw będących eksporterami tych surowców, dostawy gazu ziemnego i ropy naftowej obarczone są z ryzykiem związanym ze szlakami transportu tych surowców, państwa uprzemysłowione podejmują wszelkie możliwe działania w celu zapewnienia sobie szeroko pojętego bezpieczeństwa energetycznego. Do działań tych należy zaliczyć, m.in.: prowadzenie prac poszukiwawczych, w rejonach które obecnie nie były eksplorowane, rozwój technologii zagospodarowania złóż gazu ziemnego zlokalizowanych w znacznej odległości od obecnych szlaków transportowych, lub złóż których zagospodarowanie w sposób tradycyjny jest nieopłacalne. Celem niniejszej pracy była odpowiedź na pytanie czy zastosowanie technologii GTL jako metody zagospodarowania nie eksploatowanych złóż krajowych złóż gazu ziemnego pozwoli na zwiększenie krajowego bezpieczeństwa energetycznego w zakresie paliw płynnych oraz analiza efektywności ekonomicznej zastosowania tej technologii. Na podstawie rozważań przedstawionych w niniejszej pracy można sformułować następujące wnioski: 1. Krajowy bilans paliwowo-energetyczny oparty jest głównie na paliwach kopalnych. W 2012 roku udział paliw kopalnych w bilansie energetycznym wyniósł pond 91%. W okresie od 1999 roku zmniejszeniu ulega udział węgla w bilansie, natomiast wzrasta udział OZE, gazu ziemnego i ropy naftowej. 110
W 1999 roku udział gazu zimnego w bilansie energetyczny wynosił niespełna 10%, ropy naftowej niespełna 20%, natomiast w 2012 roku odpowiednio 14% i 24,5%. 2. Zużycie gazu ziemnego w Polsce charakteryzuje się systematyczną tendencją wzrostową, w 2012 roku wyniosło ono 16,7 mld m 3. W okresie od 1999 roku krajowe zużycie gazu ziemnego wzrosło o 64%. Około 30% rocznego zużycia pochodzi z krajowego wydobycia, pozostałą ilość jest importowana. Mając na uwadze istniejąca infrastrukturę przesyłową, gaz ziemny jest importowany głownie z kierunku wschodniego, trwają jednak intensywne prace których celem jest dywersyfikacja kierunków dostaw gazu ziemnego. 3. Zużycie ropy naftowej w 2012 roku wyniosło 25,15 mln ton, w okresie od 1999 roku wzrosło o 36%. Krajowe wydobycie ropy naftowej pozwala na pokrycie jedynie około 3-5% rocznego zużycia. Większość jest importowana, głównie z kierunku wschodniego. 4. Analizując strukturę bilansu energetycznego Polski w okresie od 1999 roku do 2012 roku oraz strukturę dostaw nośników energii należy stwierdzić, że w analizowanym okresie zmniejszyła się samowystarczalność energetyczna Polski. W 2012 roku wynosiła ona 74,1% wobec 89,1 % w 1999 roku. W przypadku gazu ziemnego samowystarczalność Polski w 2012 roku wynosiła 28% wobec 33,4% w 1999 r. Polska w 2012 roku znajdowała się na czwartym miejscu w UE pod względem najniższej zależności od importu gazu ziemnego za Wielką Brytanią, Węgrami i Danią, która była eksporterem netto tego surowca. W przypadku ropy naftowej samowystarczalność utrzymuje się na poziomie około 3%. Pomimo tego, że Polska jest praktycznie w 100% uzależniona od importu ropy naftowej, to jej pozycja nie odbiega od innych państw UE. Pomimo tego, że wzrasta uzależnienie Polski od importu surowców energetycznych, nasz kraj jest jednym z najmniej uzależnionych od importu surowców energetycznych wśród wybranych państw Unii Europejskiej. Polskę znajduje się na trzecim (ex euquo ze Szwecją) miejscu wśród wybranych państw zaraz po Dani i Czechach. Mając na uwadze Politykę energetyczną Polski do 2030 roku należy stwierdzić, że uzależnienie Polski od importu gazu zimnego i ropy naftowej będzie wzrastać. 111
5. W Polsce nieustannie prowadzone są prace zmierzające do udokumentowania nowych złóż węglowodorów. W wyniku tych prac wzrasta ilość złóż gazu ziemnego które z przyczyn ekonomicznych nie są eksploatowane. Wg stanu na dzień 31 grudnia 2012 r. w Polsce udokumentowano 62 złoża o łącznych zasobach wydobywalnych 22,5 md m 3, które nie są eksploatowane. Należy mieć na uwadze, że skład gazu ziemnego w krajowych złożach jest zróżnicowany i zależy od rejonu w którym złoże zostało odkryte. Wykorzystując dostępną obecnie technologie GTL do zagospodarowania krajowych nieeksploatowanych złóż gazu ziemnego można wytworzyć około 9,5 mln ton paliw płynnych. Ilość ta pozwoliłaby na częściowe zmniejszenie uzależnienie od importu ropy naftowej. 6. W niniejszej pracy autor zaproponował model oceny możliwości zastosowania technologii GTL do zagospodarowania krajowych złóż gazu ziemnego na etapie projektowania, uwzględniając estymację procesów stochastycznych oraz rozkładów zdefiniowanych zmiennych. Model ten podzielono na trzy części: a. etap I ocena dostępnych zasobów i wybór odpowiedniego wariantu technologii GTL, b. etap II analiza ekonomiczno-finansowa, wyznaczenie elementarnych wielkości rachunku przepływów pieniężnych, c. etap III szczegółowa analiza wybranego wariantu. 7. Z przeprowadzonej analizy wrażliwości wynika, że największy wpływ na osiągnięte wyniki NPV posiadają następujące czynniki: a. cena gazu ziemnego - zgodnie z przyjętym rozkładem wpływa w 41,7% na otrzymane wyniki, b. cena paliw płynnych zgodnie z przyjętym rozkładem wpływa w 15,9% na otrzymane wyniki, c. wartość opałowa gazu ziemnego - zgodnie z przyjętym rozkładem wpływa w 13,6% na otrzymane wyniki. Z otrzymanych wyników wnioskować można, że opłacalność realizacji inwestycji polegającej na produkcji paliw płynnych z gazu ziemnego, przy użyciu technologii GTL jest uzależniona od sposobu pozyskania gazu 112
ziemnego tj. od jego ceny. Jeżeli gaz ziemny użyty w przedmiotowym procesie będzie pochodził z krajowego wydobycia, a jego cena odpowiadała będzie kosztom jego pozyskania (wydobycia) wówczas realizacja tej inwestycji jest opłacalna. Przeprowadzona analiza pokazuje, że aby realizacja tej inwestycji była opłacalna cena gazu ziemnego (koszt jego wydobycia) powinna być niższa niż 0,66 zł/m 3. Ponadto kluczowym dla całego przedsięwzięcia jest zaangażowanie się w realizowaną inwestycję przedsiębiorstwa, które zajmuje się poszukiwaniem złóż gazu ziemnego. Wówczas zysk z całej inwestycji generowany byłby na etapie produkcji paliw płynnych, a nie na etapie wydobycia gazu. Należy również zaznaczyć, że zastosowanie tej technologii pozwoli na zagospodarowanie złóż generowanie zysku, których eksploatacja w sposób tradycyjny tj. wydobycie i transport gazu sieciami przesyłowymi lub dystrybucyjnymi, jest nieopłacalny. Zastosowanie technologii GTL pozwoli na zwrot środków zaangażowanych w udokumentowanie tego złoża, w przeciwnym przypadku koszty te byłyby kosztami utraconymi. Natomiast w przypadku gdy, do produkcji paliw płynnych użyjemy gaz ziemny pozyskany na giełdzie gazu, po jego rynkowej cenie, wówczas realizacja tej inwestycji jest nieopłacalna. Na podstawie przeprowadzonej symulacji określono, że aby realizacja przedmiotowej inwestycji nie generowała, strat czynniki posiadające największy wpływ na jej wyniki finansowe tj., średnia cena gazu zimnego powinna być niższa o 48% lub średnia cena paliw płynnych powinny być wyższa o 62% od obecnych cen wolnorynkowych. 113