MIĘDZYNARODOWA KONFERENCJA ZrównowaŜona produkcja i konsumpcja surowców mineralnych w Europie integracja aspektów społecznych i racjonalnego zuŝycia zasobów 20-22.10.2011, Wrocław Wysokie ceny na rynku pozwoleń na emisję CO 2 zagroŝeniem dla rozwoju kraju i przyczyną zmniejszenia zasobów węgla opłacalnych do wydobycia High prices on the CO 2 emission permits market threat to country's development and cause of coal reserves profitable for excavation decrease dr hab. inŝ. Leszek JURDZIAK dr inŝ. Witold KAWALEC
Agenda 1. Wprowadzenie 2. Prognoza wzrostu cen energii w warunkach znacznego udziału energetyki węglowej z węgla brunatnego 3. Wpływ rosnących kosztów emisji CO 2 na wielkość zasobów węgla brunatnego 4. Wnioski 1. Introduction 2. Prognosis of increase of domestic energy prices with the significant share of lignite fuelled power generation 3. The influence of rising CO 2 emmision costs on lignite reserves 4. Conclusions
Wprowadzenie Polityka antycieplarniana UE, wymuszająca wykup pozwoleń na całość emitowanego CO 2 na aukcjach po 2020 roku lub wdroŝenie technologii CCS istotnie zwiększy koszty funkcjonowania elektrowni węglowych Koszty walki z globalnym ociepleniem szacuje się na. 1-2% światowego PKB UE jest liderem we wdraŝaniu regulacji antycieplarnianych W obrębie UE koszty tych regulacji poniosą głównie kraje uboŝsze o większym zuŝyciu energii na jednostkę GDP, bardziej węglowej energetyce i ogromnych potrzebach budowy energochłonnej infrastruktury (drogi, koleje, budownictwo) Największe koszty groŝą Polsce z uwagi na 95% udział energetyki węglowej Carbon leakage skutek obciąŝenia kosztami emisji CO 2 produkcji a nie konsumpcji dóbr Prymat efektywności politycznej zamiast ekologicznej państw-liderów UE Niwelowanie atrakcyjności inwestycyjnej nowych członków UE Remedium - moŝliwe zmiany struktury wytwarzania energii w Polsce Energetyka jądrowa ryzyko ekologiczne i polityczne (Czernobyl, Fukushima) OZE, gaz kosztowne substytuty
Prognoza wzrostu cen energii w warunkach znacznego udziału energetyki z węgla brunatnego Prognosis of increase of domestic energy prices with the significant share of lignite fuelled power generation Średnia emisyjność produkcji energii elektrycznej (liczona jako średnia waŝona z emisji poszczególnych paliw wykorzystywanych w energetyce): od 0,86 Mg CO 2 /MWh (obecnie) do ok. 0,72 Mg CO 2 /MWh w roku 2020 (nowe moce, większy udział OZE) Wykup pozwoleń na emisję CO 2 akcyza na energię Stopień przeniesienia wzrostu kosztów produkcji energii elektrycznej na cenę energii zaleŝy od elastyczności cenowej popytu na energię. Wg badań tej elastyczności wykonywanych w USA elastyczność cenowa popytu wyniosła: dla gospodarstw domowych: 0,2 w krótkim okresie i 0,32 w długim okresie dla przedsiębiorstw: 0,21 w krótkim i 0,97 w długim okresie Inne załoŝenia dla prognozy na rok 2020: Cena hurtowa energii elektrycznej (w cenach realnych) jest stała (240zł/MWh) Roczna konsumpcja energii: 169 TWh Koszty wykupu pozwoleń na emisję: od 30 do 60EUR/Mg CO 2 (100-207 zł/mwh dla opcjonalnej emisyjności) Wariantowa elastyczność podaŝy energii (podaŝ elastyczna, nieelastyczna, neutralna)
Prognoza wzrostu cen energii w warunkach znacznego udziału energetyki z węgla brunatnego Prognosis of increase of domestic energy prices with the significant share of lignite fuelled power generation Zmiany cen energii po wzroście kosztów wykupu pozwoleń na emisję CO 2 o P (spadku podaŝy z S 1 do S 2 ) przy popycie w krótkim (D ko ) i długim okresie (D do ) P 2 3 P cena hurtowa energii Changes in electricity prices after an increase in costs of CO 2 allowances purchase by P (decrease of supply from S 1 to S 2 ) for demand in a short (D ko ) and a long run (D do ) P ko P do P 1 P do P ko P D do D ko Q do Q ko Q 1 konsumpcja energii el. Q
Prognoza wzrostu cen energii w warunkach znacznego udziału energetyki z węgla brunatnego Prognosis of increase of domestic energy prices with the significant share of lignite fuelled power generation 30EUR/Mg CO 2 Zmiany cen energii po wzroście kosztów wykupu pozwoleń na emisję CO 2 o P=100PLN/MWh przy popycie w krótkim (D ko ), długim okresie (D do ) i długim okresie dla przedsiębiorstw (D dop ) dla neutralnej elastyczności podaŝy energii elektrycznej (E S =1) Changes in electricity prices after an increase in costs of CO 2 allowances purchasing by P=100PLN/MWh for demand in a short (D ko ), a long (D do ) and a long run for commercial firms (D dop ) for neutral elasticity of supply of electric energy (E S =1) P cena hurtowa energii w PLN/MWh P LN/MW h 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 42.1% P dop 68.8% D dop E p =-0.97 77.9% P do D do E p =-0.32 S 2 E s =1 100% D ko E p =-0.2 P ko P=100PLN 135 140 145 150 155 160 165 170 175 TWh Q Konsumpcja energii elektrycznej w TWh
Prognoza wzrostu cen energii w warunkach znacznego udziału energetyki z węgla brunatnego Prognosis of increase of domestic energy prices with the significant share of lignite fuelled power generation 30EUR/Mg CO 2 P cena hurtowa energii w PLN/MWh PLN/MWh 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 26.7% P dop 63.8% 52.5% D dop E p =-0.97 P do D do 100% 250 P=100PLN 240 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 TWh Q Konsumpcja energii elektrycznej w TWh S 2 E s =0.5 D ko E p =-0.2 E p =-0.32 P ko PLN/MWh Zmiany cen energii po wzroście kosztów wykupu pozwoleń na emisję CO 2 o P=100PLN/MWh przy popycie w krótkim (D ko ), długim okresie (D do ) i długim okresie dla przedsiębiorstw (D dop ) dla elastyczności podaŝy energii elektrycznej E S =0,5 (z lewej) oraz E S =1,5 (z prawej) Changes in electricity prices after an increase in costs of CO 2 allowances purchasing by P=100PLN/MWh for demand in a short (D ko ), a long (D do ) and a long run for commercial firms (D dop ) for elasticity of supply of electric energy E S =0.5 (left) and E S =1.5 (right) P cena hurtowa energii w PLN/MWh 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 230 52.2% P dop 76.8% D dop E p =-0.97 P do 84.1% S 2 E s =1.5 100% D ko E p =-0.2 D do E p =-0.32 P ko P=100PLN 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 TWh Q Konsumpcja energii elektrycznej w TWh
Prognoza wzrostu cen energii w warunkach znacznego udziału energetyki z węgla brunatnego Prognosis of increase of domestic energy prices with the significant share of lignite fuelled power generation 60EUR/Mg CO 2 Zmiany cen energii po wzroście kosztów wykupu pozwoleń na emisję CO 2 o P=207PLN/MWh przy popycie w krótkim (D ko ), długim okresie (D do ) i długim okresie dla przedsiębiorstw (D dop ) dla elastyczności podaŝy energii elektrycznej E S =0.5 (podaŝ sztywna) Changes in electricity prices after an increase in costs of CO 2 allowances purchasing by P=207PLN/MWh for demand in a short (D ko ), a long (D do ) and a long run for commercial firms (D dop ) for elasticity of supply of electric energy E S =0.5 (non-elastic supply) P cena hurtowa energii w PLN/MWh PLN/MWh 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 21.7% D dop 45.6% E p =-0.97 P dop 57.3% P do P=207 PLN 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 TWh S 2 D ko E p =-0.2 D do E p =-0.32 P ko E s =0.5 100% Q Konsumpcja energii elektrycznej w TWh
Wpływ rosnących kosztów emisji CO2 na wielkość zasobów węgla brunatnego The influence of rising CO2 emmision costs on lignite reserves Wyznaczenie zasobów bilansowych metodą optymalizacji wyrobiska docelowego - algorytm Lerchs a-grossmann a Wyrobisko docelowe - wyrobisko, które dla danych wartości ekonomicznych ma największą niezdyskontowaną wartość spośród wszystkich wyrobisk spełniających ograniczenia dotyczące generalnego kąta zbocza. Obszar wyrobiska docelowego wyznacza zasoby bilansowe. Algorytm optymalizacyjny dla kaŝdej ceny kopaliny p i generuje optymalne wyrobisko docelowe spełniające: wymagania geotechniczne (nachylenie skarp), wymogi górnicze i prawne oraz inne nałoŝone ograniczenia Dla danej ceny węgla powłoka wyrobiska docelowego jednoznacznie wyznacza w przestrzeni część złoŝa, której wydobycie maksymalizuje wartość kopalni Optymalizacja kopalń odkrywkowych jest obiektywną metodą wyznaczania/ustalania zasobów bilansowych węgla p 1 p 2 p 3 p 4 p 5 p 6 p 7 p 8 p 9 p 10 p 11 p 12 p i <p j jeśli i<j
Wpływ rosnących kosztów emisji CO2 na wielkość zasobów węgla brunatnego The influence of rising CO2 emmision costs on lignite reserves Rozwiązanie standardowe dla złóŝ rud metalicznych: Okruszcowanie in-situ > zuboŝenie w trakcie eksploatacji > efektywność procesów przeróbczych i metalurgicznych > koszty wydobycia, przeróbki i utylizacji odpadów > cena rynkowa metalu > wartość ekonomiczna bloku > wartość kopalni Zastosowane rozwiązanie dla węgla brunatnego: Okruszcowanie - formuła cenowa węgla identyfikuje wartość węgla dla elektrowni Q FRAC= Q R B 50 AR A 180 Q B = 8514 kj/kg, A B 50 = 7,95 %, S B = 0,89% Q R, A R 50, S R - parametry aktualne Optymalizacja łącznego działania bilateralnego monopolu kopalni i elektrowni > cena rynkowa energii - wartość ekonomiczna bloku węgla 50 B SR S 10 (przyjęto maksymalnie 400 PLN/MWh, przeliczane na PLN/t węgla) > koszt produkcji energii w elektrowni identyfikowany jako koszt procesów przeróbczych (elektrownia jako zakład przeróbczy kopalni węgla, przyjęto 40 PLN/MWh) > koszt sprzedaŝy produktu koszt zakupu pozwoleń na emisję CO 2 (zmienny) B > koszt wydobycia (zaleŝny od modelu kopalni i technologii wydobycia, przyjęto 7 PLN/m 3 ) Problem: identyfikacja emisyjności w zaleŝności od sprawności elektrowni i jakości węgla
Wpływ rosnących kosztów emisji CO2 na wielkość zasobów węgla brunatnego The influence of rising CO2 emmision costs on lignite reserves Model studialny złoŝa Legnica Wschód Q FRAC= Q R B 50 AR A 180 50 B SR S 10 B
Wpływ rosnących kosztów emisji CO2 na wielkość zasobów węgla brunatnego The influence of rising CO2 emmision costs on lignite reserves Wpływ wzrostu sprawności elektrowni na obniŝenie emisji CO2 w procesie spalania jest słabo udokumentowany: Broszury RWE (brak metody wyprowadzenia) Galetakis: zaleŝności na podstawie analizy wyników funkcjonowania elektrowni greckich (dla specyficznych złóŝ węgla brunatnego) Opracowane wzory empiryczne pozwoliły na określenie emisyjności węgla brunatnego jako funkcji dwóch zmiennych: sprawności elektrowni, kaloryczności węgla Za maksymalne zasoby bilansowe (1 060 mln Mg) przyjęto węgiel spełniający kryteria jakościowe bilansowości i znajdujący się w wyrobisku docelowym wygenerowanym dla najbardziej korzystnych warunków: cena energii elektrycznej 400 PLN/MWh, sprawność elektrowni 48% brak jakichkolwiek kosztów związanych z wykupem pozwoleń na emisję CO2 lub wdroŝenie CCS. Maksymalne zasoby stanowiły punkt odniesienia dla zasobów znajdujących się w wyrobiskach docelowych wygenerowanych dla warunków mniej korzystnych i w stosunku do nich obliczano bezwzględne i względne straty.
Mg/MWh Sprawność elektrowni, % Kaloryczność węgla, kcal/kg Emisja CO2 ZaleŜność emisji CO 2 od sprawności elektrowni i kaloryczności węgla brunatnego Dependency of CO 2 emissions on power plant efficiency and lignite calorific value
Wpływ rosnących kosztów emisji CO2 na wielkość zasobów węgla brunatnego The influence of rising CO2 emmision costs on lignite reserves Modele wyrobisk docelowych wg algorytmu Lerchs a- Grossmann a wygenerowane dla róŝnych parametrów ekonomicznych Ultimate pits generated with the use of Lerchs- Grossmann algorithm applied to the set of optional economic block models
Wpływ rosnących kosztów emisji CO2 na wielkość zasobów węgla brunatnego The influence of rising CO2 emmision costs on lignite reserves Utrata zas obów węgla Bezwzględne straty zasobów węgla w wypadku sprawności elektrowni 45% dla róŝnych cen energii elektrycznej i kosztów polityki antycieplarnianej UE Zas oby [mln.mg] 1100 1000 900 800 700 600 500 400 Lignite reserves losses for 45% of power plant efficiency, various energy prices and carbon costs of EU policy against global warming 300 200 100 0 60 40 Kos zty emis ji CO2 [Euro/Mg CO2] 20 10 0 400 360 160 200 240 280 320 Cena energii [PLN/MWh]
Wnioski ZuŜycie energii - podobnie jak PKB - liczone na głowę obywatela, są miernikami poziomu Ŝycia, zatem obniŝenie zuŝycia energii oznacza powaŝne obniŝenie standardu Ŝycia wraz ze zmniejszeniem moŝliwości konsumpcyjnych. Wprowadzenie pełnej aukcyjności emisji CO 2 moŝe po 2020 roku cofnąć poziom konsumpcji z planowanych 169 TWh o minimum 10 TWh. Zasoby węgla brunatnego (obecnie najtańszego krajowego surowca energetycznego), traktowanego w przyjętym modelu ekonomicznym jako energia przetwarzana w elektrowni, są funkcją sprawności elektrowni i kosztów jej sprzedaŝy (kosztów emisji CO 2 ). Wysokie koszty emisji CO 2 mogą spowodować duŝe straty zasobów aŝ do ich całkowitej likwidacji. Konieczny jest powaŝny wstrząs polityczny i gospodarczy, by zastopować UE w jej odosobnionym dąŝeniu do dekarbonizacji swojej i światowej gospodarki. Niewykluczone, Ŝe tak się stanie w obliczu bankructwa Grecji (będącego skądinąd efektem innego przemyślanego projektu Brukseli).
MIĘDZYNARODOWA KONFERENCJA ZrównowaŜona produkcja i konsumpcja surowców mineralnych w Europie integracja aspektów społecznych i racjonalnego zuŝycia zasobów 20-22.10.2011, Wrocław Wysokie ceny na rynku pozwoleń na emisję CO 2 zagroŝeniem dla rozwoju kraju i przyczyną zmniejszenia zasobów węgla opłacalnych do wydobycia High prices on the CO 2 emission permits market threat to country's development and cause of coal reserves profitable for excavation decrease dr hab. inŝ. Leszek JURDZIAK i dr inŝ. Witold KAWALEC