FOLIA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE STETINENSIS Folia Univ. Agric. Stetin. 27, Oeconomica 256 (48), 61 7 Marcin BUKOWSKI EFEKTYWNOŚĆ EKONOMICZNA PRODUKCJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ W MAŁYCH ELEKTROWNIACH WODNYCH. STUDIUM PRZYPADKU ECONOMIC EFFICIENCY OF PRODUCTION ELECTRIC POWER IN THE SMALL-SCALE HYDROPOWER STATIONS. STUDY OF CASE Katedra Ekonomiki Rolnictwa i Międzynarodowych Stosunków Gospodarczych, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego ul. Nowoursynowska 166, 2-787 Warszawa, e-mail: marcin_bukowski@sggw.pl Abstract. Promotion of renewable source of energy is one of main purpose of energy politics of UE. Article presents analysis of economic efficiency of production electric power in the smallscale hydropower stations on base of comparison annual costs and annual increments from sale of energy at variable hydrological conditions and technical parameters of analyzed objects. Słowa kluczowe: efektywność ekonomiczna, elektrownia wodna, odnawialne źródła energii. Key words: economic efficiency, hydropower station, renewable sources of energy. WSTĘP Odpowiednie wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych, tj. energii rzek, wiatru promieniowania słonecznego, geotermalnej lub biomasy, jest jednym z głównych komponentów zrównoważonego rozwoju, przynoszącym wymierne efekty ekologiczno-ekonomiczne. Wzrost znaczenia odnawialnych źródeł energii (OZE) w bilansie paliwowo-energetycznym świata przyczynia się do poprawy efektywności wykorzystania i oszczędzania zasobów surowców energetycznych, poprawy stanu środowiska poprzez redukcję emisji zanieczyszczeń do atmosfery i wód oraz redukcję ilości wytwarzanych odpadów. W związku z tym wspieranie rozwoju tych źródeł staje się jednym z głównych zadań, które muszą zostać uwzględnione w polityce energetycznej kraju. Szansą na rozwój energetyki odnawialnej jest Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady o promocji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych na wewnętrznym rynku energii (21). Dyrektywa ta dla krajów UE-25 określa ilość zużycia energii elektrycznej brutto, wytwarzanej w źródłach odnawialnych, na 21% całkowitego zużycia energii elektrycznej w 21 r. Wyznaczony dla Polski cel ilościowy, określony w traktacie akcesyjnym, wynosi 7,5%. Cel ten, zgodnie z przyjętymi założeniami, ma być zrealizowany poprzez coroczny wzrost ilości produkowanej energii z OZE, aż do osiągnięcia w 21 r. pułapu określonego w Dyrektywie (rys. 1). Mimo realizacji nowych inwestycji w zakresie produkcji energii odnawialnej, prowadzących do wzrostu mocy zainstalowanej, udział energii elektrycznej pochodzącej z odnawialnych zasobów jest mniejszy od zakładanego. Spowodowane jest to stale rosnącym zużyciem energii elektrycznej brutto z 138 81 GWh w 21 r. do 144 831GWh w 24 r., czyli o 4,3% (Obwieszczenie Ministra Gospodarki 26). Wypełnienie międzynarodowego zobowiązania wymagać będzie więc większego wsparcia ze strony państwa zarówno prawnego, jak i ekonomicznego.
62 M. Bukowski 8 Energia elektryczna wytworzona w OZE [%] 7 6 5 4 3 2 1 ilość zakładana ilość wyprodukowana 21 22 23 24 25 26 27 28 29 21 Rys. 1. Udział energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii w całkowitej ilości energii elektrycznej wyprodukowanej w latach 21 21 Źródło: opracowanie własne na podstawie: Obwieszczenie Ministra Gospodarki (26). Rok Podstawowym aktem prawnym, regulującym rynek energii w Polsce, jest Ustawa z dnia 1 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (1997). Zawiera on m.in. regulacje mające na celu promowanie i wspieranie wytwarzania energii elektrycznej w odnawialnych i skojarzonych źródłach energii. Specyfiką tej promocji jest to, że oparto ją nie na systemie przyznawania przez państwo ulg i zachęt, a na ustawowym nałożeniu na zakłady energetyczne obowiązku zakupu (lub wytworzenia) energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych. Aby wypełnić ustawowy obowiązek, elektrownie konwencjonalne muszą nabyć lub wytworzyć energię ze źródeł odnawialnych w ilości wynikającej z procentów przedstawionych na rys.1. Potwierdzeniem wypełnienia tego obowiązku jest zakup przez elektrownię praw majątkowych do świadectw pochodzenia. Świadectwa pochodzenia są potwierdzeniem wytworzenia określonej ilości energii elektrycznej w odnawialnym źródle energii. Są one zapisywane na koncie ewidencyjnym wytwórcy w rejestrze świadectw prowadzonym przez Towarową Giełdę Energii (TGE). Z chwilą zapisania świadectwa na koncie powstaje prawo majątkowe, wynikające z tego świadectwa, które jest zbywalne. Obrót prawami majątkowymi do świadectwa pochodzenia odbywa się na rynku giełdowym w trakcie trwania sesji oraz poza nią w formie transakcji pozasesyjnych. Wszystkie transakcje, dokonywane zarówno w czasie sesji, jak i poza nią, są odnotowywane przez TGE. Na rysunku 2 przedstawiono średnie miesięczne ceny praw majątkowych w transakcjach sesyjnych i pozasesyjnych, notowanych przez TGE w 26 r. Najważniejszą konsekwencją takiego systemu jest rozdzielenie przychodów ze sprzedaży energii wyprodukowanej w źródłach odnawialnych na dwa strumienie: przychody ze sprzedaży energii elektrycznej fizycznej, które zapewniają bezpośrednie, gwarantowane dochody producenta energii ze źródeł odnawialnych. Gwarancja ta wynika z ustawowego obowiązku zakupu przez elektrownie konwencjonalne energii z alternatywnych źródeł;
Efektywność ekonomiczna produkcji energii... 63 przychody ze sprzedaży praw majątkowych wynikających ze świadectw pochodzenia wytwórca otrzymuje płatność z chwilą nabycia przez elektrownię konwencjonalną praw majątkowych wynikających ze świadectw pochodzenia. 28 transakcje pozasesyjne transakcje sesyjne opłata zastępcza 26 Średnia ważona cena [zł MWh -1 ] 24 22 2 18 16 14 1 3 5 7 9 Miesiąc Rys. 2. Średnia ważona cena praw majątkowych w transakcjach sesyjnych i pozasesyjnych, notowana w 26 r. Źródło: opracowanie własne na podstawie: Ceny praw majątkowych (26). W momencie nabycia prawa majątkowego przez przedsiębiorstwo energetyczne świadectwo pochodzenia jest umarzane. Posiadaczem praw majątkowych, wynikających z świadectw pochodzenia, może stać się każdy podmiot uczestniczący w TGE, bez konieczności nabycia energii elektrycznej, której potwierdzeniem wytworzenia było świadectwo pochodzenia (fizyczna energia elektryczna i prawo majątkowe, wynikające ze świadectwa będącego potwierdzeniem jej wytworzenia, mogą być nabywane przez dwa różne podmioty). Przedsiębiorstwa, którzy nie zakupią wymaganej ilości energii ze źródeł alternatywnych są ustawowo zobowiązane do uiszczenia do końca marca następnego roku opłaty zastępczej, odpowiedniej do brakującej im ilości energii, na którą opiewają posiadane świadectwa. Opłata zastępcza stanowi dochód Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Opłatę tę oblicza się na podstawie wzoru, w którym jednostkową opłatę zastępczą, ustaloną w wysokości 24 zł za 1 MWh w roku 26 (w latach następnych będzie ona aktualizowana w oparciu o wskaźnik wzrostu cen towarów i usług konsumpcyj-
64 M. Bukowski nych za rok poprzedni), mnoży się przez ilość brakujących danemu przedsiębiorcy świadectw pochodzenia. Opłata zastępcza jest z założenia wyższa niż cena rynkowa świadectwa pochodzenia i można ją traktować jako maksymalną cenę, jaką mogą one osiągnąć. MATERIAŁ I METODY Przeprowadzono analizę nakładów inwestycyjnych, kosztów całkowitych i uzyskiwanych przychodów na przykładzie 7 elektrowni wodnych zlokalizowanych w środkowopółnocnej części Polski. Wszystkie analizowane obiekty położone są w zlewni tej samej rzeki i należą do jednego właściciela, którym jest spółka z o.o. Parametry techniczne analizowanych obiektów zostały zamieszczone w tab.1. Wynika z nich, że 5 opisywanych elektrowni można zaliczyć do małych elektrowni wodnych (o mocy zainstalowanej poniżej 5MW); jedynie moc elektrowni III nieznacznie przekracza tę warość. Elektrownie I i VII to elektrownie przepływowe, natomiast pozostałe to elektrownie kaskadowe. Tabela 1. Parametry techniczne analizowanych obiektów Parametr Jednostka Elektrownia I II III IV V VI VII Moc zainstalowana kw 54 2294 6669 241 872 781 25 Średni spad m 12,2 13,8 44,8 13,9 4,5 4,21 4,25 Średni przepływ m 3. s 1 3,3 5,4 5,5 5,8 5,4 5,5 6,2 Najniższy przepływ m 3. s 1 1,39 2,36 2,42 1,97 2,3,5 1,3 Najwyższy przepływ m 3. s 1 7,4 12,7 12,43 13,49 12,61 36,85 12,98 Produkcja roczna energii MWh 218 398 15 5 157 134 137 Podstawowymi parametrami, decydującymi o ilości produkowanej energii elektrycznej, są: ilość przepływającej wody (określana przez przepływ Q [m 3. s 1 ]) oraz różnica poziomów pomiędzy stanowiskami górnym i dolnym (określana przez spad h [m]). Przy zmiennych w czasie parametrach ilość wyprodukowanej energii E może zostać obliczona z następującej zależności: E = ρ g Q h Δt (1) i i gdzie: ρ gęstość wody [kg. m 3 ], g przyspieszenie ziemskie [m. s 2 ], Δt odcinek czasu [s], i indeks określający numer odcinka czasu, w którym wystąpił przepływ Q przy spadzie h. i i Analizę przeprowadzono dla danych pochodzących z okresu od V 23 r. (data powstania spółki) do VII 26 r. Podstawą dla przeprowadzonych badań były informacje, dotyczące: miesięcznych wielkości: przepływów, ilości produkowanej energii, ilości energii zużywanej na potrzeby własne, czasu pracy; rocznych kosztów całkowitych i przychodów uzyskiwanych ze sprzedaży energii.
Efektywność ekonomiczna produkcji energii... 65 WYNIKI I DYSKUSJA Na podstawie przeprowadzonej analizy ustalono, że w przypadku badanych elektrowni istnieje zależność pomiędzy wielkością zainstalowanej mocy a wartością przychodów uzyskiwanych ze sprzedaży energii (rys. 3). Ze względu na zmiany w sposobie rozliczania się, pomiędzy producentem energii ze źródeł odnawialnych a jej odbiorcą, jakie nastąpiły od 26 r. (wprowadzenie opisanego wyżej mechanizmu praw majątkowych), w analizie wykorzystano średnią roczną wartość przychodów z lat 24 i 25. W okresie tym przedsiębiorstwo za 1 kwh sprzedanej energii uzyskiwało cenę równą,23 zł. Po zmianie sposobu rozliczania podpisano nową umowę z odbiorcą energii, zgodnie z którą przedsiębiorstwo za każdą 1 kwh otrzymuje,12 zł jako przychód ze sprzedaży energii elektrycznej fizycznej i,2 zł jako przychód ze sprzedaży praw majątkowych. Cena świadectwa pochodzenia, będącego potwierdzeniem wyprodukowania 1 kwh, jest w analizowanym przypadku stała i niezależna od notowań giełdowych. Taka praktyka jest dosyć często spotykana, gdyż gwarantuje producentowi stałe (niezależne od kursu giełdowego) źródło przychodu oraz gwarancje szybkiego umorzenia takiego świadectwa. Dla analizowanego okresu zaobserwowano zależność pomiędzy przychodami elektrowni a zainstalowaną mocą, która może być opisana funkcją: P =,61M 26,8 (2) gdzie: P średnia roczna wartość przychodów uzyskiwanych ze sprzedaży energii elektrycznej (poziom cen z 25 r.) [tys. zł rok 1 ]. Współczynnik korelacji liniowej dla tej funkcji R=,997. Jak wynika z analizy rys. 3, minimalna moc zainstalowana, przy której elektrownia kaskadowa uzyskuje przychody, wynosi około 33 kw. Przy mniejszej mocy ilość energii zużywana na potrzeby własne jest większa od ilości energii wyprodukowanej, dlatego wartość przychodów jest ujemna. Wartość uzyskiwanych przychodów jest zależna także od ilości przepływającej wody oraz spadu, co przedstawia rys. 4. W tym wypadku brano pod uwagę przychody z lat 24 25 i przychody z roku 26 sprowadzone do ceny, jaką uzyskiwano za 1 kwh we wcześniejszych latach. Z rysunku 4 wynika, że na zmianę przychodów, w zależności od ilości przepływającej wody, istotny wpływ ma wysokość spadu. Przy małych spadach obserwuje się niewielki wzrost przychodów, nawet przy znacznej zmianie Q. Natomiast w przypadku znacznych spadków nawet niewielka zmiana Q powoduje znaczny wzrost przychodów. W kolejnym kroku dokonano analizy związku wielkości mocy zainstalowanej z wielkością przeciętnych rocznych kosztów całkowitych (średnie koszty całkowite z lat 24 26). W tym wypadku uzyskano zależność, dla której współczynnik korelacji liniowej R=,733 (rys. 5). Brak silnej zależności może wynikać ze zbyt krótkiego okresu, z którego pochodziły dane. Analiza struktury kosztów całkowitych wskazuje na to, że istotną pozycją, mającą
66 M. Bukowski wpływ na wysokość kosztów całkowitych, są koszty remontów i konserwacji. W omawianym czasie prace konserwatorskie były przeprowadzane z różną intensywnością na różnych obiektach, stąd też może wynikać brak silnej zależności pomiędzy kosztami całkowitymi a wielkością mocy zainstalowanej. Przychody ze sprzedaży energii [tys. zł rok 1 ] 4 5 4 3 5 3 2 5 2 1 5 1 5-5 P =,62M 26,8 1 2 3 4 5 6 7 Moc zainstalowana [kw] Rys. 3. Zależność pomiędzy wartością uzyskiwanych przychodów ze sprzedaży energii a wielkością zainstalowanej mocy Przychody ze sprzedaży energii [tys. zł rok 1 ] 2 1 75 1 5 1 25 1 75 5 25 Wielkość spadu h [m] Wielkość spadu h [m] 12,2 13,8 13,9 4,25 4,5 44,8 4 8 12 16 2 24 Przepływ całkowity [m 3. rok 1 ] Rys. 4. Zależność pomiędzy wartością uzyskiwanych przychodów ze sprzedaży energii a ilością przepływającej wody i spadem Podobnie jak w przypadku przychodów, wielkość kosztów całkowitych zależy również od ilości przepływającej wody oraz od średniego spadu (rys.6). W tym przypadku zaobserwować można odmienny kształt krzywej dla elektrowni o małym spadku (obiekty V, VI i VII, dla których h=4,2 4,5 m) i dla elektrowni o większych spadkach (pozostałe obiekty, dla których h>12 m). W przypadku mniejszych obiektów wpływ zmiany wielkości przepływu
Efektywność ekonomiczna produkcji energii... 67 na wysokość kosztów całkowitych jest niewielki. Natomiast w przypadku elektrowni o większych spadach zaobserwować można, że wraz ze wzrostem ilości przepływającej wody następuje istotny wzrost kosztów całkowitych. Zależność ta opisywana jest przez krzywą wykładniczą. Przeciętne roczne koszty całkowite [tys. zł rok 1 ] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 Moc zainstalowana [kw] Rys. 5. Zależność pomiędzy wielkością przeciętnych rocznych kosztów całkowitych a wielkością zainstalowanej mocy Roczne koszty całkowite tys. zł rok 1 ] 1 2 1 8 6 4 2 h<5 m h>12 m Kc 8 Q c = 166,6 1, Kc 6 Q c = 87,1 1, 4 8 12 16 2 24 Przepływ całkowity [m 3 rok 1 ] Przepływ całkowity [m 3 rok 1 ] Rys. 6. Zależność pomiędzy wielkością rocznych kosztów całkowitych a ilością przepływającej wody i spadem Analiza mikroekonomiczna wskazuje na to, że badane obiekty charakteryzują się względnie wysoką efektywnością ekonomiczną. Wskaźnik pokrycia kosztów całkowitych przez uzyskiwane przychody wahał się w przedziale 1,15 1,95. Wraz ze wzrostem zainstalowanej mocy wskaźnik ten rósł i dla największego obiektu (III o mocy 6,7MW) wynosił on od 3,3 w 23 r. do 6, w pierwszym półroczu 26 r. W krótszych odcinkach czasu wartość wskaźnika może być mniejsza od 1 (np.,9 w 25 r. w przypadku obiektu I i,5 w 23 r. w przypadku obiektu VII), co wynika z konieczności przeprowadzenia okresowych remontów bądź konserwacji. W takim przypadku koszty całkowite w danym okresie mogą być wyższe od uzyskiwanych przychodów.
68 M. Bukowski W celu obliczenia korzyści społecznych oszacowano przykładową teoretyczną redukcję zanieczyszczeń, wynikającą z zastąpienia elektrowni konwencjonalnej (węglowej) przez elektrownię wodną. Przyjęto, że obie elektrownie mają jednakową moc zainstalowaną, równą sumie mocy wszystkich badanych obiektów (moc zainstalowana równa 13,8 MW, a roczna produkcja energii równa 3,44 GWh). Założono, że do produkcji energii elektrycznej w elektrowni konwencjonalnej używany jest węgiel kamienny, którego wartość opałowa wynosi 24 MJ. kg 1, a sprawność produkcji równa jest,3. Wyniki przeprowadzonych obliczeń przedstawiono w tab. 2. Tabela 2. Przykładowa redukcja poszczególnych zanieczyszczeń atmosfery Zanieczyszczenia Wielkość jednostkowa [kg t 1 węgla] Łącznie [t rok 1 ] Opłata jednostkowa [zł kg 1 ] Opłata całkowita [zł rok 1 ] SO 2 8,7 13,3,42 54 75 NO x 4,6 69,,42 28 963 CO 2 1 855,6 27 833,3,23* 6 42 Pył 2,1 31,8,46 14 65 CO 17,6 263,3,11 28 967 Razem 133 641 * Stawka w zł t 1. Źródło: obliczenia własne na podstawie: Solińska M. i Soliński I. (23) i Rozporządzenie Rady Ministrów (25). Prezentowane wyniki wskazują na to, że produkcja energii z alternatywnych nośników przynosi widoczne efekty ekologiczne, które należałoby przeliczyć na korzyści ekonomiczne, które powinny stać się podstawą rachunku makroekonomicznego. W literaturze brakuje jednak odpowiednich wskaźników pozwalających na oszacowanie tych efektów zewnętrznych. Na potrzeby artykułu założono, że korzyści społeczne, wynikające z zastąpienia węgla kamiennego do produkcji energii elektrycznej przez alternatywny nośnik, mogą zostać obliczone na podstawie opłat jednostkowych za korzystanie ze środowiska. Przyjęto mianowicie, że opłaty te (właściwe i adekwatnie do analizowanego przykładu) odzwierciedlają straty w środowisku spowodowane zanieczyszczeniami powstałymi w wyniku spalania węgla, czyli emisją do atmosfery gazów i pyłów oraz koniecznością składowania znacznych ilości popiołów. Obliczona w ten sposób korzyść społeczna wynosi 165 tys. zł. rok 1. Oszacowany koszt społeczny wprowadzenia obowiązku zakupu i rozliczania go, w oparciu o ilość wnikającą z posiadanych praw majątkowych, wynosi 444 tys. zł rok 1. Oznacza to, że koszt społeczny przewyższa społeczną korzyść, a więc brakuje makroekonomicznego uzasadnienia wprowadzonego systemu obrotu alternatywną energią. WNIOSKI 1. Czynnikami wpływającymi na wartość kosztów całkowitych i przychodów, uzyskiwanych przez małe elektrownie wodne, są parametry techniczne (wielkość mocy zainstalowanej) oraz warunki hydrologiczne (wielkość przepływu oraz wysokość spadu). 2. Inwestycja, polegająca na produkcji energii w małych elektrowniach wodnych, odznacza się dużą efektywnością mikroekonomiczną. Uzyskiwane przychody są ok. 1,5 razy więk-
Efektywność ekonomiczna produkcji energii... 69 sze od ponoszonych kosztów. Wprowadzenie praw majątkowych do świadectw pochodzenia spowoduje, że wskaźnik pokrycia kosztów przez przychody osiągnie jeszcze większą wartość. 3. Koszt społeczny wprowadzenia systemu obrotu energią odnawialną, opartego na prawach majątkowych, do świadectw pochodzenia przewyższa wartość korzyści społecznych w postaci poprawy stanu środowiska naturalnego. Przyczyną tego może być brak odpowiednich wskaźników pozwalających na poprawne oszacowanie efektów zewnętrznych tego typu inwestycji. 4. W analizie makroekonomicznej należałoby uwzględnić inne korzyści społeczne budowy małej elektrowni wodnej. Obiekty takie mogą przyczynić się do zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego regionu, do poprawy zaopatrzenia w energię na terenach o słabo rozwiniętej infrastrukturze energetycznej, a dla regionów dotkniętych bezrobociem stwarzają nowe możliwości w zakresie powstawania nowych miejsc pracy i pozarolniczego źródła dochodu. PIŚMIENNICTWO Ceny praw majątkowych http://www.polpx.pl./main.php?lang=pl&index=272&show=194, dostęp z 16.12.26 r. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 21/77/WE z dnia 27 września 21 r. o promocji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych na wewnętrznym rynku energii, http:// www.ure.gov.pl/index.php?dzial=234&id=1271, dostęp z 16.12.26 r. Obwieszczenie Ministra Gospodarki z dnia 2 kwietnia 26 r. sprawie ogłoszenia raportu zawierającego analizę realizacji celów ilościowych i osiągniętych wyników w zakresie wytwarzania energii elektrycznej w odnawialnych źródłach energii. MP z 26 r., nr 31, poz. 343. Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 2 grudnia 25 r. w sprawie opłat za korzystanie ze środowiska. DzU z 25 r., nr 26, poz. 2176. Solińska M., Soliński I. 23. Efektywność ekonomiczna proekologicznych inwestycji rozwojowych w energetyce odnawialnej. Uczel. Wydaw. Nauk.-Dydakt., Kraków. Ustawa z dnia 1 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne. DzU z 1997 r., nr 158, poz. 142, z późn. zm.