RYNEK MOCY Autorzy: Tomasz Siewierski, Władysław Mielczarski - Politechnika Łódzka Streszczenie Wprowadzenie rynku mocy nazywanego również rynkiem zdolności wytwórczych jest niezbędnym elementem zapewnienia inwestycji w nowe moce wytwórcze. W roku 2011 jedyną duża inwestycją w nowe zdolności wytwórcze jest elektrownia Bełchatów II, o mocy 830MW. Pomimo, że trwają przygotowania do budowy szeregu nowych bloków wytwórczych, to rozpoczęcie przez te jednostki produkcji nie wydaje się możliwe przed rokiem 2015/2016, biorąc pod uwagę niezbędny czteroletni okres samej realizacji inwestycji. Dodatkowym elementem ograniczającym inwestycje jest niska cena energii elektrycznej nie zapewniająca zwrotu z inwestycji oraz niepewności co do darmowych przydziałów pozwoleń na emisje, zarówno dla nowych, jak i pracujących jednostek wytwórczych. Dlatego niezbędny jest nowy mechanizm stymulacji nowych mocy wytwórczych. Mechanizm tego typu działają w wielu krajach jak np. USA. Polegają one na zakupie mocy (zdolności wytwórczych) przez odbiorców lub podmioty działające z ich upoważnienia. Zakup nowych zdolności wytwórczych zmniejsza ryzyko inwestycji, dostarcza gwarancji kredytowych i jest silnym stymulatorem do rozwoju generacji. Dyrektywy Unii Europejskiej: 2003/54/WE i 2009/72/WE również pozwalają na stymulację inwestycji poprzez ogłaszanie przetargów na nowe zdolności wytwórcze, w przypadku, kiedy istniejące mechanizmy rynkowe nie gwarantują odpowiedniego poziomu inwestycji. Taka sytuacja ma miejsce w Polsce. Przeprowadzone symulacje pokazują, że już około 2015 roku wystąpi w Polsce ujemny bilans podaży i popytu energii elektrycznej, a przy braku nowych inwestycji bilans ten będzie się pogłębiał prowadząc do ograniczenia wzrostu gospodarczego. Wprowadzenie rynku zdolności wytwórczych może zahamować pogłębianie się ujemnego bilansu podaży i popytu. Niezbędne jest jak najszybsze wprowadzenie rynku zdolności wytwórczych, ponieważ efekty jego działania będą skutkowały dopiero po upływie 4-5 lat. 1. Rozwój zdolności wytwórczych Nowe inwestycje są potrzebne z dwóch zasadniczych powodów: pozwalają odtworzyć istniejące instalacje produkcyjne oraz zwiększają zdolności produkcyjne w systemie elektroenergetycznym w celu zrównoważenia narastającego zapotrzebowania. 1
1.1. Planowanie inwestycji W tradycyjnej, pionowo zintegrowanej elektroenergetyce, planowanie rozwoju sieci i zdolności wytwórczych było koordynowane prowadząc w wyniku do planu rozwoju systemu elektroenergetycznego. Po wprowadzeniu dyrektywy 2006/54/EC (później została zastąpiona przez dyrektywę 2009/72/WE) wprowadzono rozdzielenie na dwa obszary: konkurencyjny, w którym następuje produkcja i obrót energią oraz regulowany, obejmujący przesył energii elektrycznej sieciami. Ustawa Prawo energetyczne nakłada na operatora systemu przesyłowego obowiązek sporządzania planów działania, art.16, ust.2a, stwierdzając: Operator systemu elektroenergetycznego sporządza plan rozwoju w zakresie zaspokojenia obecnego i przyszłego zapotrzebowania na energię elektryczną, na okresy nie krótsze niż 5 lat, oraz prognozy dotyczące stanu bezpieczeństwa dostaw energii elektrycznej na okresy nie krótsze niż 15 lat. Plan, o którym mowa, powinien także określać wielkość zdolności wytwórczych i ich rezerw, preferowane lokalizacje i strukturę nowych źródeł, zdolności przesyłowych lub dystrybucyjnych w systemie elektroenergetycznym i stopnia ich wykorzystania, a także działania i przedsięwzięcia zapewniające bezpieczeństwo dostaw energii elektrycznej. 1.2. Rozdzielenie działalności chiński mur Dyrektywy 2003/54/EC oraz 2009/72/WE narzucają ścisłe rozdzielenie działalności regulowanej (przesył energii) od działalności komercyjnej. Podmioty działające w tych dwóch sferach powinny komunikować się głównie poprzez rynek w sposób określony przez transparentne i niedyskryminujące przepisy Rys.1.1. Wytwórcy energii Plan inwestycyjny Chiński mur Operatorzy sieciowi Plan inwestycyjny Elektrownie Sieci przesyłowe System elektroenergetyczny Rys. 1.1 Rozdzielenie działalności regulowanej (operator systemu przesyłowego) od działalności komercyjnej i innej działalności regulowanej 2
1.3 Plany rozwoju przy rozdzieleniu działalności Struktura przemysłu energetycznego, jak na Rys. 1.1 oraz ograniczony przepływ informacji powoduje, że zarówno wytwórcy jak i odbiorcy nie są zobowiązani do przekazywania wiążących ich planów rozwoju do operatora systemu przesyłowego. Nawet jeżeli wytwórcy deklarują dobrą wolę budowy nowych mocy wytwórczych, to ich praktyczna realizacja jest uzależniona od wielu czynników, które powodują, że plany i informacje przekazywane do OSP i dalej do instytucji centralnych i europejskich nie mają charakteru wiążącego, a trudności w dostępie do kredytów mogą znacznie ograniczać wielkość inwestycji. Kluczowym elementem procesu inwestycyjnego jest pozytywna decyzja komercyjnego kredytodawcy, dla którego jedynym kryterium jest wiarygodność odzyskania zainwestowanych środków powiększonych premię proporcjonalna do ponoszonego ryzyka. 1.4 Tworzenie realistycznych planów rozwoju Powstaje zasadniczy problem, jak w strukturze elektroenergetyki określonej, jak na Rys.1.1 zapewnić, aby tworzone plany rozwoju sieci oraz inwestycji w nowe zdolności wytwórcze nie miały charakteru życzeniowego. Głównym elementem jaki należy brać pod uwagę jest opłacalność inwestycji w nowe moce wytwórcze dokonywane w warunkach konkurencyjnego rynku energii elektrycznej. Jeżeli wytwórcy energii elektrycznej nie będą mieli zagwarantowanej opłacalności inwestycji, nowe moce wytwórcze nie powstaną niezależnie od planów tworzonych w najlepszych intencjach. Brak inwestycji w nowe moce wytwórcze prowadzi do ujemnego bilansu podaży i popytu na energię elektryczną w Polsce. Symulacje komputerowe prezentowane w rozdziale 1.2 pokazują skalę tego niezbilansowania oraz minimalne poziomy inwestycji w nowe moce wytwórcze w celu utrzymania dodatniego bilansu podaży i popytu energii elektrycznej dla dwóch scenariuszy rozwoju gospodarczego. 1.5 Symulacje bilansów mocy Dla wykonania bilansów mocy i produkcji energii elektrycznej w Polsce jako rok bazowy wybrano rok 2008, ponieważ lata 2009 i 2010 są specyficzne ze względu na kryzys gospodarczy w roku 2009 i szybkie wychodzenie z kryzysu w roku 2010. Pierwszym krokiem dla wykonania symulacji jest przyjęcie prognozy zużycia energii elektrycznej dla której przyjęto dwa główne warianty: Rozwój gospodarczy z uzyskaniem poprawy efektywności energetycznej, w którym średni wzrost zużycia energii elektrycznej do roku 2030 wynosi 2% rocznie 3
Recesja gospodarcza, która może pojawić się na skutek wzrostu cen energii elektrycznej spowodowanej koniecznością zakupu pozwoleń na emisje CO2. W tej opcji średni wzrost zużycia energii elektrycznej wynosi 0,6% rocznie w okresie do roku 2030. Przyjęcie dwóch wariantów wzrostu zużycia energii elektrycznej powoduje, że zużycie energii elektrycznej brutto do roku 2030 (w okresie 20 lat) wynosi: 44% dla opcji wzrostu gospodarczego 13,6% dla opcji recesji gospodarczej Przyjęte wielkości wzrostu zużycia energii elektrycznej w wykonywanej analizie są bardzo umiarkowane, ponieważ Polityka energetyczna do roku 2030, jak również opublikowany w sierpniu 2010 roku Program Polskiej Energetyki Jądrowej przyjmują wzrost zużycia energii elektrycznej do roku 2030 na poziomie 54% - Rys. 1.2. Przyjęto, że niezależnie od inwestycji w duże, konkurencyjne źródła energii elektrycznej rozwija się zgodnie z przyjętymi regulacjami produkcja z odnawialnych źródeł energii (OZE) oraz kogeneracji używającej różnego typu paliwa. Produkcja energii z tych źródeł jest subsydiowana poprzez system certyfikatów i jest nazywana czasem produkcją poza rynkową. Jej wzrost do roku 2030 w przeprowadzonych symulacjach wynosił: Wariant rozwoju gospodarczego 73% Wariant recesji gospodarczej 40% 60 54 Wzrost % zużycia energii elektrycznej do 2020 roku 50 43,9 40 30 20 13,6 10 0 Polityka energetyczna/program atomow y Wzrost gospodarczy Recesja gospodarcza Rys. 1.2 Wzrost procentowy zużycia energii elektrycznej do 2030 roku dla trzech wariantów wzrostu zużycia. 4
Badania symulacyjne Rys. 1.3 i Rys. 1.4 pokazują, że dla utrzymania dodatnie bilansu podaży i popytu energii elektrycznej konieczne są inwestycje na poziomie: Około 800-1000MW rocznie dla opcji wzrostu gospodarczego z założona poprawą efektywności energetycznej. Minimum 500MW rocznie dla przypadku recesji gospodarczej 80 Bilans podaży i popytu w TWh dla trzech w ariantów inwestycji przy założeniu wzrostu gospodarczego 60 40 20 0-20 -40-60 2009 2010 17 11 11 4 2011 2012 2013 brak inw estycji 49 44 35 38 32 23 23 18 17 10 5-1 -2-2 -8-7 -8-6 -11-13 -13-13 -17-18 -19-16 -19-22 -22-23 2014 2015 Opcja +500MW/rocznie Opcja +1000MW/rocznie 2016 2017 2018 2019 2020-28 -31-40 -40 2021 2022 2023 2024 2025-46 -52-55 -59 2026 2027 2028 52 57 61 64 2029 2030-26 -27-29 -32-65 -69-74 -80-80 -100 Rys. 1.3 Bilans energii elektrycznej dla trzech wariantów inwestycyjnych przy założeniu wzrostu gospodarczego. 5
Bilans energii elektrycznej dla wariantów inwestycji i przypdaku recesji gospodarczej 120 100 80 60 40 20 0-20 -40 2009 Brak inwestycji Opcja +500MW/rocznie Opcja +1000MW/rocznie 33,9 36,7 58,7 47,5 52,8 93,6 99,0 87,6 80,3 74,2 66,9 25,0 26,2 17,5 15,6 10,6 10,2 8,3 4,1-6,4-3,7-2,4 1,0-3,8-2,1-5,3-0,5-1,2-1,3 0,9 2,2 2,3-0,4-1,4-0,4 3,6 3,6 3,0-9,4-9,7-11,4-11,0-18,8-20,1-26,3-24,5-28,2-31,3-32,1-33,8-36,7-38,4-41,4-45,0 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030-60 Rys. 1.4 Bilans energii elektrycznej dla trzech wariantów inwestycyjnych i przypadku recesji gospodarczej. Rok w którym zostaną włączone do ruchu nowe inwestycje jest kluczowym dla utrzymanie dodatniego bilansu podaży i popytu energii elektrycznej w Polsce. W celu zilustrowania tego efektu wykonano symulacje dla scenariusza wzrostu zapotrzebowania oznaczonego jako Wzrost gospodarczy z poprawą efektywności energetycznej, w którym średni wzrost zużycia energii elektrycznej w Polsce w latach 2010-2030 wynosi 2%. W symulacjach zakładano, że inwestycje powodujące przyrost nowych mocy wytwórczych są uruchamiane poczynając od 2015, 2016 roku, itd., wyliczając bilans podaży i popytu w funkcji roku rozpoczęcia inwestycji. Wyniki dla kluczowych lat, 2015, 2020, 2025 i 2030 przedstawiono na Rys. 1.5. 6
20 15 10 5 Bilanse podaży o popytu energii elektrycznej w TWh w funkcji roku rozpoczęcia inwestycji w opcji +1000MW/rocznie Nowe moce w 2015 Nowe moce w 2016 Nowe moce w 2017 Nowe moce w 2018 Nowe moce w 2019 Nowe moce w 2020 5 11 5 16 10 4 0-5 -10-5 2015-1 2020 2025-1 2030-2 -7-7 -8-15 -11-11 -11-11 -11-13 -13-14 -20-19 -19-25 -25-30 Rys. 1.5 Bilanse podaży i popytu w funkcji roku rozpoczęcia nowych inwestycji. Jak pokazują symulacje niezależnie od podejmowanych decyzji w roku 2015 nie będzie można uniknąć ujemnego bilansu podaży i popytu. W przypadku decyzji inwestycyjnych powodujących, że od roku 2015 będzie pojawiać się w polskim systemie elektroenergetycznym +1000MW/rocznie nowych mocy wytwórczych, dodatni bilans podaży i popytu pojawi się na niewielkim poziomie +5TWh w roku 2020. W przypadku rozpoczęcia inwestycji w roku 2018 deficyt podaży i popytu będzie występował aż do roku 2030. 2. Rynek mocy zdolności wytwórczych 2.1 Konieczność wprowadzenia rynku mocy Nawiązanie trwałych relacji, które skutkowałyby realizacją przygotowanych planów, pomiędzy sektorami przedzielonymi na skutek regulacji wynikających z dyrektyw europejskich i ustawy Prawo energetyczne jest możliwe tylko na zasadach rynkowych. Prawidłowe funkcjonowanie i rozwój sieci wymaga istnienia, a także rozwoju źródeł wytwórczych, ich odpowiedniej lokalizacji i utrzymywania w dyspozycji. Bez czynnego udziału wytwórców energii elektrycznej, plany przygotowywane przez operatora systemu przesyłowego nigdy nie będą realne. Co więcej, plany rozwoju sieci przesyłowej, bez 7
realistycznych planów odbudowy czy budowy nowych mocy wytwórczych nie gwarantują bezpieczeństwa działania systemu elektroenergetycznego. Rozwiązaniem problemu wzajemnych relacji pomiędzy operatorem systemu przesyłowego i wytwórcami jest wprowadzenie kontraktów na moce wytwórcze/zdolności wytwórcze. Kontrakty te mogą być nawiązywane w różnej formie. Jedna z najprostszych form rynku mocy jest pokazana na Rys. 1.6. Na podstawie tych kontraktów możliwe jest tworzenie przez OSP realistycznych planów rozwoju systemu przesyłowego. Plany rozwoju Wytwórcy Plany rozwoju OSD/Odbiorcy Kontrakty inwestycyjne Chiñski mur Kontrakty DSM i EE Plany rozwoju Operator Systemu Przesy³owego URE Ministerstwo Gospodarki Parlament Rz¹ d RP Komisja Europejska Rys. 1.6 Przykład kontraktów mocy i kontraktów na DSM zawieranych z operatorem systemu przesyłowego. Jednoczesne planowanie rozwoju sieci przesyłowej wraz ze stymulacją budowy zdolności wytwórczych daje OSP możliwości optymalnego ekonomicznie i technicznie zarządzania systemem elektroenergetycznym w perspektywie średnio- i długoterminowej. 8
2.2. Zasada działania rynku mocy Ogólną zasadą rynku mocy jest nałożenie obowiązku na odbiorców energii elektrycznej zakupu mocy w wielkości maksymalnego zapotrzebowania wraz z dodatkową wielkością przeznaczoną na rezerwę w zwyczajowej wielkości 14-25% mocy zapotrzebowanej. Rynek mocy wytwórczych może działać na dwóch poziomach: (a) systemu przesyłowego; (b) systemu rozdzielczego. W działaniu na pierwszym poziomie operator systemu przesyłowego, który zarządza systemem przesyłowym, ustala i publikuje wielkości minimalne mocy w poszczególnych węzłach lub obszarach systemu przesyłowego. Informacja ta jest przekazywana do odbiorców energii elektrycznej przyłączonej bezpośrednio do systemu przesyłowego oraz do operatorów systemów dystrybucyjnych (OSR). Odbiorcy przyłączeni do systemu przesyłowego oraz OSR-y zawierają odpowiednie kontrakty na moce wytwórcze w wielkościach i miejscach określonych przez OSP i następnie przedstawiają do weryfikacji OSP Rys. 2.1. Na rynku mocy część kontraktów może zawierać bezpośrednio operator systemu przesyłowego, jako kontrakty uzupełniające. OSP Kontrakty na moce Minimalne moce System przesyłowy Kontrakty na moce Odbiorcy Wytwórcy OSR Kontrakty na moce Minimalne moce System Rozdzielczy Kontrakty na moce Odbiorcy Wytwórcy OSL Rys. 2.1 Dwa poziomy działania rynku mocy/zdolności wytwórczych 9
W podobny sposób może działać rynek na poziomie systemu dystrybucyjnego, na którym operator tego systemu (OSR) określa wielkości mocy minimalnych dla odpowiednich lokalizacji systemu rozdzielczego. Odbiorcy przyłączeni do systemu rozdzielczego oraz operatorzy systemów lokalnych nabywają wskazane moce wytwórcze. Podobnie jak na poziomie systemu przesyłowego również na poziomie systemu rozdzielczego operator tego systemu może sam nabywać pewne wielkości mocy/zdolności wytwórczych. Ma to szczególnie miejsce w przypadku, gdy odbiorcy i operatorzy systemów lokalnych nie wywiążą się obowiązku nabycia nałożonych na nich wielkości zdolności produkcyjnych. 2.3 Nabywanie zdolności wytwórczych Zdolności wytwórcze są nabywane w dwóch fazach czasowych. Po ogłoszeniu przez operatora wielkości zdolności wytwórczych do nabycia przez odbiorców energii z systemu przesyłowego (odbiorcy przyłączeni do systemu i operatorzy systemów rozdzielczych) podmioty te nabywają zdolności wytwórcze od wytwórców w formie kontraktów bilateralnych i przekazują informacje o nabytych zdolnościach wytwórczych do operatora systemu przesyłowego. Operator systemu przesyłowego po sprawdzeniu wielkości nabytych mocy wytwórczych organizuje aukcje, w której również mogą uczestniczyć podmioty zobowiązane do nabycia zdolności przesyłowych. Część zdolności wytwórczej na aukcjach, które nie są nabyte przez podmioty do tego zobowiązane są nabywane przez operatora systemu przesyłowego, który rozdziela nabyte zdolności przesyłowe (dokładniej ich koszt) na podmioty jakie powinny te zdolności przesyłowe nabyć. Moce na sprzedaż Kontrakty bilateralne Moce zakupione Odbiorcy W Y T W Ó R C Y OSP OSR Kontrakty bilateralne Rys. 2.2 System nabywania zdolności wytwórczych. 10
Proponowany system jest bardzo elastyczny. Zakłada on że w jakiejś fazie 100% zdolności wytwórczych może zostać nabytych w formie kontraktów bilateralnych i wówczas na ogłoszonych akcjach OSP nie nabywa zdolności wytwórczych lub może aukcji nie organizować. Możliwy jest również inny skrajny przypadek, że żadne moce wytwórcze (0%) są nabyte w formie kontraktów wytwórczych, a wówczas OSP na zorganizowanej aukcji nabywa 100% zdolności wytwórczej. W praktyce będą najczęstsze przypadki, że część zdolności wytwórczych będzie nabywana w formie kontraktów bilateralnych, a część na aukcjach organizowanych przez OSP. Kluczowe znaczenie dla efektywnego funkcjonowania rynku zdolności wytwórczych, tj. dla skutecznego stymulowania rezerwy mocy w systemie, mają rynku: horyzont czasowy w jakim funkcjonuje ten rynek oraz sposób wyznaczania ceny zdolności wytwórczych. Harmonogram funkcjonowania rynku zdolności wytwórczych powinien z odpowiednim umożliwiać z odpowiednim wyprzedzeniem czasowym reakcję potencjalnych inwestorów zainteresowanych budową nowych mocy wytwórczych, a tym samym ograniczać siłę rynkową jaką w okresach niedoborów posiadają już funkcjonujące jednostki wytwórcze. Z drugiej strony niezbędna jest możliwość aktualizacji zakupionych wielkości zdolności wytwórczych w miarę jak zmienia się obciążenie w systemie elektroenergetycznym. Dobrym kompromisem pomiędzy rynkiem długoterminowym i krótkoterminowym byłby system aukcji okresowych otwierany na 3-4 lata przed rokiem dostawy i zamykany na miesiąc lub tydzień przed dniem dostawy. Rynek zdolności wytwórczych jest szczególnie narażony na wahania cen. W sytuacji, gdy na rynku znajduje się wystarczająca wielkość zdolności wytwórczych, cena rezerwy mocy może praktycznie spaść do zera. Odwrotnie, w sytuacji, gdy na rynku brakuje zdolności wytwórczych, cena niedostępnego towaru może rosnąć w nieskończoność. System wyznaczania cen musi uwzględniać powyższą charakterystykę rynku zdolności wytwórczych poprzez ograniczenie zakresu zmienności cen. Rozwiązaniem są tutaj odpowiednio długi horyzont funkcjonowania rynku oraz regulacja dopuszczalnego poziomu cen, która w odróżnieniu od rynku opartego tylko na płatności za dostarczoną energię, jest w stanie transparentnie i wiarygodnie odzwierciedlić przenoszone koszty rezerwy mocy lub koszty budowy nowych mocy wytwórczych (koszty stałe). 11
OSP Wielkość zdolności wytwórczych Faza 1 Ogłoszenie wielkości zdolnosci wytworczych do nabycia Wytwórcy Faza II Odbiorcy OSR Zawieranie kontraktów bilateralnych OSP Wielkość zdolności wytwórczych przeznaczone na aukcje Faza III Zgłaszanie kontraktów bilateranych do OSP i określenie wielkości mocy na aukcje OSP Aukcje zdolności wytwórczych Wytwórcy Odbiorcy OSR Faza IV Aukcja na zdolności wytwórcze Faza V Bilansowanie przez OSP mocy nabytych na aukcjach Rys. 2.3 aukcjach. Fazy nabywania zdolności przesyłowych w kontraktach bilateralnych i na 12
3. Podsumowanie Nie ma wątpliwości, że brak inwestycji prowadzi do zmniejszających się rezerw mocy i w konsekwencji do ujemnego bilansu produkcji i zapotrzebowania na energię elektryczną. Niepewności związane z wprowadzenie systemu handlu pozwoleniami na emisje CO2 powoduje powstrzymywanie się od inwestycji w nowe moce wytwórcze. Wprowadzony w Polsce system rynkowych energy only market przy ograniczenia szybkich i dużych wzrostów cen rynkowych prowadzi do niemożności odzyskiwania przez wytwórców energii elektrycznej kosztów stałych poprzez sprzedaż tylko energii elektrycznej. Do momentu powszechnego wdrożenia idei sieci inteligentnych z inteligentnym opomiarowaniem i systemami zarządzania popytem, elastyczność cenowa odbiorców jeszcze przez wiele lat pozostanie na bardzo niskim poziomie, uzależniając bezpieczeństwo pracy systemu od niezawodności pracy sieci i odpowiedniego zapasu zdolności wytwórczych. W celu uniknięcie braków w produkcji energii elektrycznej konieczne jest jak najszybsze wprowadzenie rynku zdolności wytwórczych, zwanego również rynkiem mocy. Taki rynek pozwalałby na pokrycie kosztów stałych produkcji energii elektrycznej pozwalając prowadzić handel oparciu o koszty zmienne produkcji energii elektrycznej, przy jednoczesnym ograniczeniu zakresu i częstotliwości zmian cen na rynku towarowym, które to rozwiązanie (tj. zwiększenie lub likwidacja górnego pułapu cenowego ofert), jako alternatywa dla rynku mocy, nie są społecznie i politycznie (regulacyjnie) akceptowalne. Rynek mocy (zdolności wytwórczej) jest warunkiem wstępnym do wprowadzenia systemu cen węzłowych, w których handel energią odbywa się w oparciu o koszty zmienne. Doświadczenia amerykańskie, gdzie w modelu Standard Market Design, działają równolegle cztery rynki: energii, mocy, usług systemowych i zdolności przesyłowych, wskazują, że wprowadzenie rynku mocy jest bardzo pożądane. 13