ENERGETYKA ODNAWIALNA ROZPROSZONA/INNOWACYJNA/INTELIGENTNA
ENERGETYKA POSTPRZEMYSŁOWA ENERGETYKA W SPOŁECZEŃSTWIE WIEDZY a przed epoką społeczeństwa wodorowego/bezemisyjnego Rośnie wyrazistość historycznego procesu rozwojowego „energetyka odnawialna/rozproszona/innowacyjna/inteligentna” vs „tradycyjna energetyka wielkoskalowa” kwintesencją drugiej (monopolistycznej, branżowej) jest przesył i system, miejscem pierwszej (rynkowej) są w szczególności konwergentna dystrybucja i zuniwersalizowane technologie
ENERGETYKA PARAMILITARNA VS ENERGETYKA „DEMOKRATYCZNA” Jan Popczyk (Politechnika Śląska) Kwiecień, 2009
1
Nakłady inwestycyjne przeznaczone przez korporacyjne przedsiębiorstwa elektroenergetyczne na energetykę odnawialną. Przykłady PGE EO: 4 do 8 mld zł (do 2012) Tauron: 0,9 mld zł (do 2013) ENERGA: 1,6 mld zł (do 2015)
2
CZTERY REPREZENTATYWNE PROJEKTY Z OBSZARU ROZPROSZONYCH TECHOLOGII WYTWÓRCZYCH (realizowane z wykorzystaniem telepracy) I INTEGRACJI LOKALNYCH ŹRÓDEŁ Z SIECIĄ ROZDZIELCZĄ
Liszkowo – biogazownia energetyczna zintegrowana technologicznie ze źródłem kogeneracyjnym (2 silniki gazowe o mocy 1 MWel każdy) Błonie – autonomiczna elektrociepłownia (3 silniki gazowe na gaz ziemny o łącznej mocy 3 MWel). Modelowy konflikt z OSD Świdno – elektrociepłownia ORC (1,7 MWel) Poldanor – kilka nowych projektów biogazowych (oprócz 4 wybudowanych), posiadajacych współfinansowanie NFOŚiGW
3
Czego potrzebuje świat w dziedzinie energetyki w kolejnych dekadach ? Uniwersalnych technologii energetycznych (samochodów: hybrydowych, elektrycznych, wodorowych i technologii powiązanych)
inteligentnych: domów, obiektów
elektrowni wirtualnych
4
Elektrownia wirtualna
Właściwość społeczeństwa wiedzy: więcej zarządzania energią niż jej produkcji
5
TRZY PLANY, W KTÓRYCH TRZEBA ROZPATRYWAĆ UNIJNY PAKIET ENERGETYCZNO-KLIMATYCZNY 3X20
Plan I Amerykański (USA) plan przezwyciężania kryzysu za pomocą inwestycji w innowacyjną energetykę. Japoński plan wyjścia z długotrwałej recesji Plan II Redukcja paliw pierwotnych (obniżenie zależności świata demokratycznego od państw niedemokratycznych), redukcja emisji CO2 Plan III Pobudzenie innowacyjności w gospodarce (stworzenie nowego, obok wojskowego, poligonu innowacyjności), ochrona bezpieczeństwa energetycznego 6
ENERGETYKA TRADYCYJNA
POLSKI SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY
INTELIGENTNA ENERGETYKA
Paliwa odnawialne
WĘGIEL
Czyste wytwarzanie Sieć nN (SN)
GAZ ZIEMNY ROPA NAFTOWA
Elektrownia wirtualna
I FILAR BEZPIECZEŃSTWA ENERGETYCZNEGO
Inteligentna sieć: DSM → DR Obiekt inteligentny
97,5 %
2,5 %
2008
77 %
23 %
2020
70 %
30 %
2050 7
ENERGETYKA TRADYCYJNA
POLSKI SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY
ENERGETYKA INTELIGENTNA
Paliwa odnawialne
WĘGIEL
Czyste wytwarzanie
ENERGIA JĄDROW A
Sieć nN (SN)
GAZ ZIEMNY ROPA NAFTOWA
I FI
LA R
BEZPIECZEŃSTWO ENERGETYCZNEGE
II F
Elektrownia wirtualna Inteligentna sieć Obiekt inteligentny ILAR DSM → RD
97,5 %
2,5 %
2008
77 %
23 %
2020
70 %
30 %
2050 8
POLSKIE RYNKI PALIW I ENERGII 2008
Rynek paliw w jednostkach naturalnych na rok
Emisja CO2 mln ton/rok
Rynek energii pierwotnej TWh/rok
Rynek energii końcowej TWh/rok
Węgiel kamienny
80 mln ton
160
600
300
Węgiel brunatny
60 mln ton
60
170
40
Gaz ziemny
10 mld m3
20
100
84
Ropa naftowa
22 mln ton
70
220
50
OZE
-
-
-
2,5/7,51
Razem
-
310
1090
~480
Paliwo
1x/y
– bez współspalania/ze współspalaniem. 9
Paliwa
Tradycyjne OZE: • elektrownie wiatrowe • elektrownie wodne • paliwa biomasowe pierwszej generacji (biomasa biodegradowalna, biopaliwa płynne) • kolektory słoneczne • źródła geotermalne
Energetyka wytworzona przez Pakiet 3x20: energetyka odnawialna, energetyka innowacyjna, zuniwersalizowane technologie energia elektryczna, ciepło, paliwa transportowe
Paliwa płynne i gazowe z przeróbki węgla
(18+6) TWh + ? 2030 rok
2020 rok Biomasowe paliwa drugiej generacji 76 TWh
10
„Wielkość” energetyki wytworzonej przez Pakiet 3x20 w 2020 roku (według cen i wyobrażeń z 2008 roku) • udział w rynku energii końcowej – 15% (95 TWh) • nakłady inwestycyjne – około 150 mld zł (w tym elektrownie wiatrowe około 50 mld zł, biogazownie zintegrowane technologicznie lub wirtualnie ze źródłami kogeneracyjnymi około 60 mld zł) • roczne przychody – około 35 mld zł (w tym rynek energii elektrycznej około 20 mld zł, rynek ciepła około 5 mld zł, rynek paliw transportowych łącznie z akcyzą około 10 mld zł) • roczna redukcja emisji CO2 – około 100 mln ton (roczna redukcja kosztów emisji CO2 około 16 mld zł) 11
ROLNICTWO ENERGETYCZNE – POLSKI POTENCJAŁ ALOKACJI ZASOBÓW ROLNICTWA
Oszacowanie potencjałów 2008 i 2020, w aspekcie potrzeb żywnościowych oraz całego rynku paliw i energii [Popczyk]
12
Wielkość Ludność [mln] Powierzchnia [tys. km2] Użytki rolne [mln ha] Roczne zapotrzebowanie na żywność (na zboże) [mln ton] Wydajność zbóż [ton/ha] Użytki rolne niezbędne do pokrycia potrzeb żywnościowych [mln ha] Dostępne zasoby rolnictwa energetycznego [mln ha] Wykorzystane zasoby gruntów rolnych do produkcji biopaliw (paliw I generacji) [mln ha] Obliczeniowa wydajność energetyczna gruntów rolnych (produkcja paliw II generacji), pp [MW/ha] Zredukowana wydajność energetyczna gruntów rolnych (produkcja paliw II generacji), pp [MW/ha] Potencjał rolnictwa energetycznego, pp [TWh/rok] Osiągalna energia końcowa możliwa do pozyskania z rolnictwa energetycznego [TWh/rok] Zapotrzebowanie na energię końcową Zapotrzebowanie energii końcowej z rolnictwa energetycznego do pokrycia polskiego celu z Pakietu 3x20 [TWh]
2008 38
2020 36,5 314
18,6
17,9
26
26
3,5
7,0
7,4
3,7
11,2
14,2
0,2
-
50
> 80
40
> 60
450
> 850
360
> 720
480
640
-
65
13
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY JAKO CZYNNIK PRZEBUDOWY STRUKTURY BILANSU PALIW I ENERGII
14
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (1) Racjonalne założenia dla przykładowego samochodu Toyoty YARIS, są następujące: Emisja CO2 wynosi około 140 g/km, czyli na 100 km przebiegu samochodu przypada około 14 kg CO2 [
Zużycie benzyny na 100 km wynosi około 6 l, czyli około 55 kWh w paliwie pierwotnym Sprawność benzynowego silnika spalinowego na poziomie 0,3, czyli energia użyteczna, odniesiona do przebiegu 100 km, równa się 16,5 kWh 15
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (2) W takim razie energia elektryczna zużyta przez samochód elektryczny, liczona na 100 km przebiegu, wynosi około 27 kWh (przyjęto sprawność silnika elektrycznego 0,8, sprawność akumulatora 0,8 oraz sprawność przekształtnika 0,95). Energia pierwotna do wyprodukowania tej energii w elektrowni węglowej kondensacyjnej, z uwzględnieniem strat sieciowych, wynosi około [ 85 kWh, czyli jest ponad półtorakrotnie większa od energii pierwotnej w przypadku samochodu spalinowego. Emisja CO2 związana z produkcją energii elektrycznej wynosi około 25 kg, tzn. jest prawie 1,8 razy większa od emisji w przypadku samochodu spalinowego
16
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (3) Sytuacja odwraca się zdecydowanie na korzyść samochodu elektrycznego, jeśli zrobić założenie, że do napędu tego samochodu będzie wykorzystywana energia elektryczna produkowana w skojarzeniu. Mianowicie, energia pierwotna potrzebna do wyprodukowania 27 kWh energii elektrycznej w dużej (zawodowej) elektrociepłowni węglowej wynosi około 33 kWh. To oznacza, że zużycie energii pierwotnej (w węglu) przez samochód elektryczny [ wynosi w przypadku produkcji skojarzonej tylko 60% zużycia energii pierwotnej (w benzynie) przez samochód spalinowy. Emisja CO2, odniesiona do przebiegu 100 km, jest natomiast w przypadku energii elektrycznej produkowanej w skojarzeniu równa około 12,5 kg, czyli 90% emisji samochodu spalinowego
17
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (4)
Jeszcze korzystniejsza sytuacja jest w przypadku wykorzystania do zasilania samochodów elektrycznych energii elektrycznej produkowanej w małych gazowych (na gaz ziemny) źródłach kogeneracyjnych. Wtedy zużycie energii pierwotnej (w gazie ziemnym) przez samochód elektryczny jest tylko nieco większe [ od 50% zużycia energii pierwotnej (w benzynie) przez samochód spalinowy. Emisja CO2 , odniesiona do przebiegu 100 km, jest natomiast w przypadku energii elektrycznej produkowanej w małym gazowym źródle kogeneracyjnym równa 6 kg, czyli 40% emisji samochodu spalinowego
18
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (5) Ciekawe, z punktu widzenia przedstawionych oszacowań dotyczących indywidualnego samochodu, jest oszacowanie związane z samochodem gazowym, zasilanym gazem ziemnym (CNG). Dla takiego samochodu energia pierwotna jest około 1,2 razy większa od energii pierwotnej zużywanej przez samochód benzynowy (wynika to ze spadku sprawności współczesnych konstrukcji [ silników spalinowych przy zmianie paliwa z benzyny na gaz ziemny). Emisja CO2, odniesiona do przebiegu 100 km, wynosi w przypadku samochodu na gaz ziemny około 12 kg, jest zatem praktycznie równa emisji samochodu elektrycznego zasilanego energią elektryczną produkowaną w dużej (zawodowej) elektrociepłowni węglowej, a mniejsza w przybliżeniu o 15% od emisji samochodu z benzynowym silnikiem spalinowym 19
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (6) Po pierwsze, nastąpi wzrost rynku biogazu rolniczego i produkcji skojarzonej, z wykorzystaniem dwóch technologii (i): biogazowni zintegrowanych technologicznie ze źródłami kogeneracyjnymi oraz (ii) biogazowni produkujących biogaz na rynek, wykorzystywany do produkcji skojarzonej w lokalizacjach dobrze do tego uwarunkowanych (zatłaczany do sieci gazowej w postaci oczyszczonej lub surowej bądź transportowany systemami CNG lub LNG). Równolegle [ zahamowany zostanie wzrost rynku paliw transportowych. Ten proces, polegający na rynkowym wyparciu 90 TWh paliw transportowych za pomocą 45 TWh energii w biogazie (biometanie) wykorzystanym do produkcji energii elektrycznej w źródłach kogeneracyjnych ma potencjał redukcji obniżki zapotrzebowania energii na rynkach końcowych z około 640 TWh (zapotrzebowanie określone bez uwzględnienia samochodu elektrycznego) do około 595 TWh
20
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (7) Po drugie, nastąpią głębsze zmiany strukturalne polegające na rynkowym transferze obecnych paliw transportowych na rynek paliw poligeneracyjnych. Ten proces, polegający na rynkowym wyparciu 150 TWh paliw transportowych za pomocą 75 TWh energii w paliwach transportowych wykorzystanych do produkcji energii elektrycznej w źródłach kogeneracyjnych ma potencjał redukcji obniżki zapotrzebowania energii na rynkach [ końcowych o dalsze 75 TWh, do 520 TWh. Trzeba jednak podkreślić, że tego potencjału nie da się wykorzystać bez rozwoju technologii zasobnikowych na rynku energii elektrycznej. Technologie te, jeśli się pojawią, zmienią ekonomikę poligenracji. Będzie to związane z tym, że ustąpi ograniczenie w postaci nieefektywności ekonomicznej produkcji energii elektrycznej przy niskich czasach wykorzystania mocy szczytowych ciepła 21
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (8)
Wykorzystanie zasygnalizowanych potencjałów powoduje wzrost (w stosunku do oszacowania przedstawionego bez uwzględnienia samochodu elektrycznego) rynku energii elektrycznej, produkowanej w rozproszonych technologiach [ poligeneracyjnych, o około 100 TWh. Podkreśla się, że wzrost ten nie nastąpi, jeśli do jego pokrycia miałaby być wykorzystana produkcja energii elektrycznej w elektrowniach węglowych (kondensacyjnych)
22
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (9)
Wykorzystanie zasygnalizowanych potencjałów powoduje redukcję emisji CO2 o około 90 mln ton, w stosunku do emisji [ charakterystycznych dla rynku paliwowo-energetycznego, którego struktura nie zostałaby przebudowana za pomocą samochodu elektrycznego
23
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (10)
Globalny projekt zamiany samochodu spalinowego na elektryczny można w wielkim uproszczeniu porównać ze zrealizowanym w przeszłości projektem elektryfikacji kolei (zamiana parowozu na elektrowóz). [ Znaczenie energetyczne wprowadzenia samochodu elektrycznego do transportu drogowego jest jednak znacznie większe niż elektryfikacji kolei
24
KONCEPCJA INKORPORACJI KOSZTÓW ZEWNĘTRZNYCH DO CENY PALIWA
25
KOSZTY ŚRODOWISKA INKORPOROWANE DO KOSZTÓW PALIWA, ŁĄCZNE DLA ENERGETYKI (ELEKTROENERGETYKI I CIEPŁOWNICTWA) WIELKOSKALOWEJ I ROZPROSZONEJ
Koszt paliwa bez inkorporowanego kosztu środowiska [mld zł]
Koszt paliwa z inkorporowanym kosztem środowiska [mld zł]
Rynek energii koń końcowej, TWh/rok TWh/rok
Węgiel kamienny
21,0
21,0 + 22,4
300
Węgiel brunatny
6,0
6,0 + 8,4
40
Gaz ziemny
11,8
11,8 + 2,8
84
26
1:3:9 stosunek cen jednostkowych energii na rynkach ciepła, energii elektrycznej i paliw transportowych [prof. P. Kowalik] Spuścizna po epoce przemysłowej, zaprzeczenie wyników metody termoekologicznej internalizacji kosztów zewnętrznych emisji CO2 związanej z egzergią [prof. J. Szargut], a także racjonalnej struktury podatku akcyzowego w warunkach uniwersalizujących się technologii Jakie ograniczenia trzeba pokonać, aby zracjonalizować strukturę cen? • ciepło – wysokie koszty zewnętrzne • energia elektryczna – niska sprawność przemiany termodynamicznej • paliwa transportowe – wysoka akcyza 27
ZADANIE RYNKU, NA ŚWIECIE Cena energii elektrycznej z elektrowni węglowych, bez instalacji CCS, u odbiorcy końcowego, to około 150 USD/MWh (szacunki własne, koszt uprawnień do emisji CO2 – 40 euro/tonę) Cena energii elektrycznej z elektrowni atomowych, u odbiorcy końcowego, to około 180 do 230 USD/MWh (dane z czasopisma Time, 12 stycznia 2009, uzupełnione o szacunki własne) Cena energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, u odbiorcy końcowego, to około 150 USD/MWh (szacunki własne) Prognozowana w USA „wycena” inwestycji zapewniająca zwiększenie efektywności energetycznej użytkowania energii elektrycznej, to około 10 do 30 USD/MWh (Time, 12 stycznia 2009)
28
POTENCJAŁ ZMNIEJSZENIA RYNKÓW KOŃCOWYCH Swiat po kryzysie będzie wyglądał inaczej Obecny potencjał redukcji amerykańskich rynków końcowych energii, związany z inwestycjami w jej użytkowanie (przy zastosowaniu istniejących, osiągalnych komercyjnie, technologii użytkowania), wynosi 50% w przypadku rynku ciepła, 50% w przypadku rynku transportu oraz 75% w przypadku rynku energii elektrycznej (Time, 12 stycznia 2009)
29
ISTOTA ENERGETYKI POSTPRZEMYSŁOWEJ Sukces biznesu zależy nie od producenta, lecz od klienta – Peter Drucker (kwintesencja nowoczesnego zarządzania u schyłku społeczeństwa przemysłowego)
Bezpieczeństwo energetyczne zależy nie od produkcji/dostaw energii elektrycznej, lecz od zarządzania tą energią (trend w społeczeństwie wiedzy)
Przejście od „kultury” dostarczania energii odbiorcom do „kultury” dostarczania usług dla partnerów na rynku energii Nowe pojęcie: „Prosument” Przykłady: Program RBR (mikrobiogazownie), strategia ENERGI (klient/prosument zarządza energią, w tym produkuje energię elektryczną, Bielsko-Biała (Urząd Miasta „zarzadza” energią, głównie 30 na rynku ciepła)
SEGMENTACJA TECHNOLOGICZNA Segmentacja technologii charakterystyczna dla Polski: energetyka wielkoskalowa (tradycyjna) vs (i/lub) energetyka rozproszona/innowacyjna. Możliwość uzyskania efektów rynkowych z nowych inwestycji [J. Popczyk]
31
Segment ELEKTROENERGETYKA WIELKOSKALOWA • inwestycje w istniejące technologie - bloki węglowe (kondensacyjne, elektrociepłownicze) - elektrownie szczytowo-pompowe2 - bloki gazowo-parowe (elektrociepłownie gazowe) - farmy wiatrowe - sieci przesyłowe - sieci rozdzielcze • inwestycje w przyszłościowe technologie - farmy wiatrowe offshore - instalacje czystych technologii węglowych (CCS, IGCC) - bloki atomowe
2010
2012
Horyzont czasowy 2013 2015 2020
x
2030
2050
-1
x x x x
x x3 x4
1
brak możliwości budowy nowych źródeł ze względu na wymagania środowiska. brak perspektyw budowy nowych elektrowni. 3 osiągnięcie dojrzałości technologicznej (duże ryzyko braku konkurencyjności). 4 możliwość wybudowania (duże ryzyko braku konkurencyjności). 5 osiągnięcie rynkowej konkurencyjności. 2
32
Segment ENERGETYKA ROZPROSZONA, INNOWACYJNA • konwergencja rynkowa - wytwarzanie i dostawa (zakup) oraz użytkowanie energii elektrycznej - usługi systemowe w obszarze operatorstwa dystrybucyjnego - systemy wspomagania OZE - systemy zarządzania emisjami (w szczególności CO2) - internalizacja kosztów zewnętrznych - ujednolicenie podatków (w szczególności akcyzy) - jednolity rynek energii elektrycznej, ciepła i paliw transportowych
2010
2012
Horyzont czasowy 2013 2015 2020
2030
2050
x x x x x x x
1
brak możliwości budowy nowych źródeł ze względu na wymagania środowiska. brak perspektyw budowy nowych elektrowni. 3 osiągnięcie dojrzałości technologicznej (duże ryzyko braku konkurencyjności). 4 możliwość wybudowania (duże ryzyko braku konkurencyjności). 5 osiągnięcie rynkowej konkurencyjności. 2
33
Segment • uniwersalizacja technologiczna - technologie poligeneracyjne - paliwa biomasowe drugiej generacji - samochód hybrydowy - samochód elektryczny - ogniwo paliwowe - paliwa płynne i gazowe z przeróbki węgla • integracja funkcjonalna - technologie utylizacyjnoenergetyczne (elektroenergetyczne) - biogazownie, mikrobiogazownie - elektrownia szczytowo-pompowa i farma wiatrowa - farma wiatrowa i rezerwowe źródło gazowe - technologie wytwórczozasobnikowe - technologie sieciowo-zasobnikowe - farma wiatrowa i ogniwo paliwowe
2010
2012
Horyzont czasowy 2013 2015 2020
2030
2050
x x x x x5 x5
x x x x
x x
1
brak możliwości budowy nowych źródeł ze względu na wymagania środowiska. brak perspektyw budowy nowych elektrowni. 3 osiągnięcie dojrzałości technologicznej (duże ryzyko braku konkurencyjności). 4 możliwość wybudowania (duże ryzyko braku konkurencyjności). 5 osiągnięcie rynkowej konkurencyjności. 2
34
Segment • nowe technologie dedykowane - zwiększanie zdolności przesyłowych istniejących sieci - kolektory słoneczne - mikroźródła wiatrowe - ogniwa fotowoltaiczne - elektrownie wodne ultraniskospadowe - nanogeneratory (technologie bezpieczeństwa osobistego i publicznego • zarządzanie energią (i bezpieczeństwem) - użytkowanie energii (DSM, RD) - dom (obiekt) inteligentny - elektrownia wirtualna - sieć inteligentna
2010
2012
Horyzont czasowy 2013 2015 2020 x5
2030
2050
x x x x5 x x
x x x x
1
brak możliwości budowy nowych źródeł ze względu na wymagania środowiska. 2 brak perspektyw budowy nowych elektrowni. 3 osiągnięcie dojrzałości technologicznej (duże ryzyko braku konkurencyjności). 4 możliwość wybudowania (duże ryzyko braku konkurencyjności). 5 osiągnięcie rynkowej konkurencyjności.
35
(WYBRANE) ŹRÓDŁA LITERATUROWE
36
[1] Ch. Dickey, T. McNicoll: A Green New Deal. Newsweek. November 3. 2008. [2] M. Grunwald. Wasting Our Watts (We don’t need new drilling or new power plants. We need to get efficient). Time. January 12. 2009. [3] M. Grunwald. Going Nuclear (Proponents tout atomic energy as a clean, carbon-free alternative to coal and oil. But could sink nukes again). Time. January 12. 2009. [4] Business & the Environment. Financial Times (Special Report). March 16. 2009. [5] Low-Energy Nuclear Reactions Sourcebook. Edited by Jan Marwan and Steven B. Krivit. American Chemical Society, Washington, DC. 2008. 37
[6] M. Pagliaro, G. Palmisano, R. Cirimina: Flexible Solar Cells. Wiley. 2008 [7] Nanostructured materials for solar energy conversion. Edited by Tetsuo Soga. Elsevier. 2006 [8] Samir Kumar Khanal: Anaerobic Biotechnology for Bioenergy Production. Principles and Applications. Wiley. 2008 [9] Renewable energy policy and politics. A handbook for decisionmaking. Edited by Karl Mallon. London. Sterling, VA. 2006 [10] Renewable energy in Europe. Building markets and capacity. European Renewable Energy Council (EREC). Brussels. 2004
38
[11] Urban Energy Transition. From Fossil Fuels to Renewable Power. Edited by Peter Droege. Elsevier. 2008 [12] Inwesting in Renewable energy. Edited by J. Siegel. Wiley. 2008 [13] Z. Morvay, D. Gvozdenac: Applied industrial energy and environmental management. Wiley. 2008 [14] J. Popczyk: Zarządzanie i eknomika na rynkach usług infrastrukturalnych (w świetle reprezentatywnych doświadczeń elektroenergetyki). Gliwice, 2006 (na prawach maszynopisu, www.egie.pl).
39
[15] Bezpieczeństwo elektroenrgetyczne w społeczeństwie postprzemysłowym na przykładzie Polski. Pod redakcją J. Popczyka: Wydawnictwa Politechniki Śląskiej. W druku [16] A. Graczyk: Ekologiczne koszty zewnętrzne. Identyfikacja, szacowanie, internalizacja. Wydaw-nictwo Eko-nomia i Środowisko. Białystok 2005 [17] Energetyka cieplna i zawodowa. Miesięcznik [18] Nowa energia. Dwumiesięcznik [20] Strona www.klaster3x20.pl
40
SPOŁECZEŃSTWO WIEDZY, TO SPOŁECZEŃSTWO ZARZĄDZANIA RYZYKIEM
Przykłady najważniejszych ryzyk w postprzemysłowej energetyce Ceny paliw kopalnych vs ceny energii odnawialnej, w szczególności biomasy (rolniczej) Koszty inwestycji ukierunkowanych na redukcję emisji CO2 (CCS, IGCC) vs nakłady na energetykę odnawialną Koszty dostaw energii vs koszty obniżania energochłonności
41
SYSTEMY/PRAKTYKA CENOTWÓRSTWA Paliwa płynne Węgiel Gaz Ciepło Energia elektryczna (w 2008/2009 przekroczona została na rynku hurtowym bariera psychologiczna odnośnie braku umiarkowania w podwyżkach cen przez wytwórców)
42
ZADANIE RYNKU, NA ŚWIECIE (1) W interesie Polski jest działanie na rzecz systematycznej budowy zintegrowanego rynku podażowo-popytowego, na którym będą rzeczywiście konkurować inwestycje w: (i) tradycyjne elektrownie węglowe (ii) czyste technologie węglowe (iii) elektrownie atomowe (iv) energetykę odnawialną/innowacyjną (Pakiet 3x20) (v) użytkowanie energii elektrycznej
43
KOMENTARZ (1). Porównanie samych cen nie jest wystarczające! Ceny energii elektrycznej z elektrowni węglowych są obciążone wielkim ryzykiem wzrostu związanym z regulacjami dotyczącymi emisji CO2 i innych regulacji na rzecz ochrony środowiska naturalnego (np. regulacji dotyczących emisji rtęci) Ceny energii elektrycznej z elektrowni atomowych są obciążone wielkim ryzykiem wzrostu związanym z regulacjami dotyczącymi bezpieczeństwa atomowego (Time, 12 stycznia 2009) Ceny energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych będą maleć wraz z rozwojem technologii (tu potencjał jest bardzo wielki) oraz ze wzrostem rynku energii odnawialnej
44
KOMENTARZ (2). Porównanie samych cen nie jest wystarczające!
Jeśli chodzi o „wycenę” inwestycji zapewniających zwiększenie efektywności energetycznej użytkowania energii elektrycznej, to można przyjąć opcję „neutralną” (kosztu krańcowego) na zintegrowanym rynku podażowo-popytowego, na którym inwestycje te będą konkurować z inwestycjami w energetykę wytwórczą odnawialną
45
POTENCJAŁ ZMNIEJSZENIA RYNKÓW KOŃCOWYCH Świat po kryzysie będzie wyglądał inaczej (2)
Oczywiście, w Polsce nie można wykorzystać bezpośrednio amerykańskiego oszacowania potencjału redukcji rynku energii elektrycznej. Po pierwsze, dlatego że zużycie energii elektrycznej na mieszkańca w USA (10 MWh/rok) jest 4-krotnie większe niż w Polsce (2,5 MWh/rok). Po drugie, dlatego że elektrochłonność amerykańskiego PKB jest 2-krotnie mniejsza od polskiej. Uwzględniając te dwa czynniki można uznać, że polski potencjał redukcji rynku końcowego energii elektrycznej kształtuje się na poziomie około 40% (jest znacznie większy niż cel w Pakiecie energetyczno-klimatycznym 3x20)
46
KRYZYS GOSPODARCZY I POCZĄTEK CYWILIZACYJNEJ ALOKACJI ZASOBÓW Globalna polityczna koncepcja pobudzenia gospodarki w czasie trwania kryzysu (USA – półtora roku UE – dwa lata) za pomocą rewolucji technologicznej w energetyce PRZEŁOM W PODEJŚCIU DO BEZPIECZEŃSTWA ENERGETYCZNEGO z: importujemy paliwa (od niedemokratycznych państw) na: sprzedajemy (USA) / importujemy (reszta świata) technologie i wykorzystujemy lokalne zasoby energetyczne
47
PAKIET ENERGETYCZNO-KLIMATYCZNY 3x20
Cele (1) OZE 20% CO2 20% EE 20%
Cele (2)
Redukcja zużycia paliw Ochrona środowiska
Cele (3)
Innowacyjność Bezpieczeństwo energetyczne
48
SPOŁECZEŃSTWO WIEDZY, TO NOWE PODEJŚCIE DO ZASOBÓW, NOWA KONSOLIDACJA KOMPETENCJI, KULTURA INTEGRACJI NA SZCZEBLU LOKALNYM (w gminie) Przykłady programów rządowych 1. Program „Innowacyjna energetyka. Rolnictwo energetyczne” (MG) ma wymiar porównywalny z budową górnictwa w przeszłości, nowoczesnego rolnictwa żywnościowego w ostatnich latach oraz z alokacją na rynku transportowym (z transportu kolejowego na transport samochodowy) 2. Program „Rozwój Biogazowni Rolniczych” (MRiRW) jest rozszerzeniem Programu IERE i jest względem niego komplementarny/synergiczny 3. Program „Pilotażowe wdrożenie instrumentów systemu zintegrowanego planowania i zarządzania rozwojem przestrzennym na szczeblu lokalnym” (Program ZPiZRPG, MI) jest ukierunkowany bardzo silnie na innowacyjną energetykę i rozwój zasobów ludzkich w gminach (zwłaszcza w segmencie samorządowym)
49
ROZWIĄZANIA KLASTROWE ODPOWIEDZIĄ NA NOWE POTRZEBY 1. Potrzeba współdziałania zróżnicowanych podmiotów biznesowych na wstępnym etapie rozwoju wybranych rynków 2. Potrzeba współdziałania w złotym trójkącie 3. Telepraca 4. Teleedukacja Przykład Klaster 3x20 Integracja działań wokół celów Pakietu 3x20, Programu IERE, Programu RBR, Programu ZPiZRPG
50
ROLNICTWO ENERGETYCZNE (1)
Jest to przede wszystkim wielkotowarowa uprawa biomasy oraz przetwórstwo rolno-energetyczne, czyli przemysłowa produkcja paliw biomasowych przeznaczonych do sprzedaży na rynku Perspektywy dla paliw płynnych (estry, bioetanol) wykorzystywanych w transporcie, i z coraz większym powodzeniem w elektroenergetyce oraz w ciepłownictwie, a także stałych (ulepszona biomasa), wykorzystywanych w procesach współspalania w elektroenergetyce oraz w ciepłownictwie, są ograniczone
51
ROLNICTWO ENERGETYCZNE (2)
W perspektywie rozwojowej (w kolejnej dekadzie) podstawowym produktem rolnictwa energetycznego będą paliwa gazowe (biogaz, biometan), produkowane w biogazowniach, dostarczane na rynek z wykorzystaniem transportu drogowego CNG i LNG oraz poprzez zatłaczanie do istniejących sieci gazowych (zbudowanych do przesyłu gazu ziemnego)
52
PALIWA DRUGIEJ GENERACJI (1)
Nie ma jeszcze warunków do jednoznacznego zdefiniowania paliw drugiej generacji Rolnicy definiują na przykład paliwa drugiej generacji jako te, których produkcja nie jest konkurencyjna względem produkcji żywności Energetycy natomiast jako te, które mają wysoki (na przykład 1,6) stosunek energii na wyjściu z procesu pozyskiwania paliwa do energii włożonej
53
PALIWA DRUGIEJ GENERACJI (2)
Występuje trudność w odpowiedzi na pytanie: do jakich paliw, pierwszej czy drugiej generacji, zaliczyć biopaliwa? Na przykład biogaz w klasyfikacji europejskiej jest zaliczany zarówno do paliw pierwszej jak i drugiej generacji W pierwszym segmencie są: gaz wysypiskowy, z oczyszczalni ścieków, z biogazowni utylizujących odpady rolnicze i z przetwórstwa rolno-spożywczego W drugim segmencie będzie natomiast (po skomercjalizowaniu technologii na skalę rynkową) biogaz ze zgazowania celulozy (słoma, drewno, wytłoki z trzciny cukrowej)
54
PALIWA DRUGIEJ GENERACJI (3)
• Proponuje się [J. Popczyk] przyjąć, że biogaz produkowany z całych roślin energetycznych zielonych (takich jak kukurydza, buraki pastewne/półcukrowe i inne) w procesie zgazowania biologicznego (fermentacyjnego), i ewentualnie oczyszczony do postaci gazu ziemnego wysokometanowego, jest paliwem drugiej generacji • Biopaliwa płynne (etanol i estry) produkowane obecnie z ziarna zbóż (takich jak kukurydza, pszenica i inne) oraz rzepaku są paliwami pierwszej generacji • Zarówno biogaz jak i paliwa płynne, które będą produkowane w nadchodzących latach z celulozy, będą jednolicie paliwami drugiej generacji
55
ROLNICTWO ENERGETYCZNE – POTENCJAŁ UNIJNY
Sformułowane założenie jest zbieżne z opinią Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego w sprawie surowców odnawialnych – perspektyw rozwoju wykorzystania materiałowego i energetycznego z marca 2006 roku (2006/C I IO/IO), według której w UE można ze 104 mln hektarów ziemi uprawnej wykorzystać w perspektywie średnioterminowej pod uprawy energetyczne 13,7 mln hektarów
56
OD REFORM USTROJOWYCH I SEKTOROWYCH, W TYM ELEKTROENERGETYKI, ROZPOCZĘTYCH W 1990 ROKU DO ENERGETYKI POSTPRZEMYSŁOWEJ Okres przejściowy
57
EWOLUCJA POLSKICH CELÓW Początek lat dziewięćdziesiątych • połączenie polskiego systemu elektroenergetycznego z systemem UCPTE • wprowadzenie polskiej elektroenergetyki w środowisko regulacyjne UE • wykorzystanie zasady TPA do wyzwolenia konkurencji na rynku energii elektrycznej Rok 2009 • wytworzenie nowego segmentu energetyki osadzonego w Pakiecie energetyczno-klimatycznym 3x20 • wprowadzenie energetyki w infrastrukturę społeczeństwa wiedzy • nabycie zdolności do zarządzania procesami w warunkach konfrontacji globalnej w obszarze energetyki: (i) USA i UE, (ii) Rosja, Iran, Arabia Saudyjska, Katar, Wenezuela, (iii) Chiny, Indie 58
Kompleks paliwowo-energetyczny PERN Przyjaźń Naftobazy
Gaz System PSE-Operator Górnictwo kopalnie
Paliwa płynne rafinerie, stacje benzynowe
Ciepłownictwo kotłownie
Energetyka odnawialna
Elektroenergetyka elektrownie, OSD, handel
Gazownictwo OSD, handel, wydobycie magazyny
Rynek końcowy energii paliwa transportowe 150 TWh
Rynek końcowy końcowy Rynek odbiorców
Rynek końcowy energii ciepło 240 TWh
Rynek końcowy Rynek końcowy odbiorców
Struktura podmiotowa 2008
Rynek końcowy energii Rynek końcowy energii energia elektryczna energia elektryczna 110 TWh
59
Elektroenergetyka
Ciepłownictwo Kotłownie
Elektroenergetyka
Elektrociepłownie
Elektrownie
Gazownictwo
Paliwa płynne
Przepompownie, magazyny
Rafinerie,
Górnictwo Kopalnie
Skarb Państwa
Wielkoskalowa elektroenergetyka konwencjonalna
OSP
Operatorzy OSD
Energetyka wytworzona 100 (96+4) TWh przez Pakiet 3x20 60 mln ton CO2 Sieciowe struktury lokalnych (gminnych) 150 (480x1,6x0,2) TWh stref energetycznych Struktura Rolnictwo Inwestorzy przedmiotowa prywatni, energetyczne fundusze inwestycyjne 2020
60
POŻEGNANIE Z ROPĄ • Szwecja – 2005, polityka energetyczna • USA – 2008,2009…, pakiet ratunkowy, strategia energetyczna • Polska – 2008, Konsorcjum Green Stream Konferencja „Droga do niezależności energetycznej Polski” Gdańsk, 20 września 2008
61
Źródło wyników przedstawionych w dalszych tablicach: analizy własne [J. Popczyk]
62
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (2) W takim razie energia elektryczna zużyta przez samochód elektryczny, liczona na 100 km przebiegu, wynosi około 27 kWh (przyjęto sprawność silnika elektrycznego 0,8, sprawność akumulatora 0,8 oraz sprawność przekształtnika 0,95). Energia pierwotna do wyprodukowania tej energii w elektrowni węglowej kondensacyjnej, z uwzględnieniem strat sieciowych, wynosi około [ 85 kWh, czyli jest ponad półtorakrotnie większa od energii pierwotnej w przypadku samochodu spalinowego. Emisja CO2 związana z produkcją energii elektrycznej wynosi około 25 kg, tzn. jest prawie 1,8 razy większa od emisji w przypadku samochodu spalinowego
63
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (3) Sytuacja odwraca się zdecydowanie na korzyść samochodu elektrycznego, jeśli zrobić założenie, że do napędu tego samochodu będzie wykorzystywana energia elektryczna produkowana w skojarzeniu. Mianowicie, energia pierwotna potrzebna do wyprodukowania 27 kWh energii elektrycznej w dużej (zawodowej) elektrociepłowni węglowej wynosi około 33 kWh. To oznacza, że zużycie energii pierwotnej (w węglu) przez samochód elektryczny [ wynosi w przypadku produkcji skojarzonej tylko 60% zużycia energii pierwotnej (w benzynie) przez samochód spalinowy. Emisja CO2, odniesiona do przebiegu 100 km, jest natomiast w przypadku energii elektrycznej produkowanej w skojarzeniu równa około 12,5 kg, czyli 90% emisji samochodu spalinowego
64
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (4)
Jeszcze korzystniejsza sytuacja jest w przypadku wykorzystania do zasilania samochodów elektrycznych energii elektrycznej produkowanej w małych gazowych (na gaz ziemny) źródłach kogeneracyjnych. Wtedy zużycie energii pierwotnej (w gazie ziemnym) przez samochód elektryczny jest tylko nieco większe [ od 50% zużycia energii pierwotnej (w benzynie) przez samochód spalinowy. Emisja CO2 , odniesiona do przebiegu 100 km, jest natomiast w przypadku energii elektrycznej produkowanej w małym gazowym źródle kogeneracyjnym równa 6 kg, czyli 40% emisji samochodu spalinowego
65
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (5) Ciekawe, z punktu widzenia przedstawionych oszacowań dotyczących indywidualnego samochodu, jest oszacowanie związane z samochodem gazowym, zasilanym gazem ziemnym (CNG). Dla takiego samochodu energia pierwotna jest około 1,2 razy większa od energii pierwotnej zużywanej przez samochód benzynowy (wynika to ze spadku sprawności współczesnych konstrukcji [ silników spalinowych przy zmianie paliwa z benzyny na gaz ziemny). Emisja CO2, odniesiona do przebiegu 100 km, wynosi w przypadku samochodu na gaz ziemny około 12 kg, jest zatem praktycznie równa emisji samochodu elektrycznego zasilanego energią elektryczną produkowaną w dużej (zawodowej) elektrociepłowni węglowej, a mniejsza w przybliżeniu o 15% od emisji samochodu z benzynowym silnikiem spalinowym 66
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (6) Po pierwsze, nastąpi wzrost rynku biogazu rolniczego i produkcji skojarzonej, z wykorzystaniem dwóch technologii (i): biogazowni zintegrowanych technologicznie ze źródłami kogeneracyjnymi oraz (ii) biogazowni produkujących biogaz na rynek, wykorzystywany do produkcji skojarzonej w lokalizacjach dobrze do tego uwarunkowanych (zatłaczany do sieci gazowej w postaci oczyszczonej lub surowej bądź transportowany systemami CNG lub LNG). Równolegle [ zahamowany zostanie wzrost rynku paliw transportowych. Ten proces, polegający na rynkowym wyparciu 90 TWh paliw transportowych za pomocą 45 TWh energii w biogazie (biometanie) wykorzystanym do produkcji energii elektrycznej w źródłach kogeneracyjnych ma potencjał redukcji obniżki zapotrzebowania energii na rynkach końcowych z około 640 TWh (zapotrzebowanie określone bez uwzględnienia samochodu elektrycznego) do około 595 TWh
67
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (7) Po drugie, nastąpią głębsze zmiany strukturalne polegające na rynkowym transferze obecnych paliw transportowych na rynek paliw poligeneracyjnych. Ten proces, polegający na rynkowym wyparciu 150 TWh paliw transportowych za pomocą 75 TWh energii w paliwach transportowych wykorzystanych do produkcji energii elektrycznej w źródłach kogeneracyjnych ma potencjał redukcji obniżki zapotrzebowania energii na rynkach [ końcowych o dalsze 75 TWh, do 520 TWh. Trzeba jednak podkreślić, że tego potencjału nie da się wykorzystać bez rozwoju technologii zasobnikowych na rynku energii elektrycznej. Technologie te, jeśli się pojawią, zmienią ekonomikę poligenracji. Będzie to związane z tym, że ustąpi ograniczenie w postaci nieefektywności ekonomicznej produkcji energii elektrycznej przy niskich czasach wykorzystania mocy szczytowych ciepła 68
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (8)
Wykorzystanie zasygnalizowanych potencjałów powoduje wzrost (w stosunku do oszacowania przedstawionego bez uwzględnienia samochodu elektrycznego) rynku energii elektrycznej, produkowanej w rozproszonych technologiach [ poligeneracyjnych, o około 100 TWh. Podkreśla się, że wzrost ten nie nastąpi, jeśli do jego pokrycia miałaby być wykorzystana produkcja energii elektrycznej w elektrowniach węglowych (kondensacyjnych)
69
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (9)
Wykorzystanie zasygnalizowanych potencjałów powoduje redukcję emisji CO2 o około 90 mln ton, w stosunku do emisji [ charakterystycznych dla rynku paliwowo-energetycznego, którego struktura nie zostałaby przebudowana za pomocą samochodu elektrycznego
70
SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY Potencjalny wpływ na przebudowę struktury bilansu energetycznego Polski (10)
Globalny projekt zamiany samochodu spalinowego na elektryczny można w wielkim uproszczeniu porównać ze zrealizowanym w przeszłości projektem elektryfikacji kolei (zamiana parowozu na elektrowóz). [ Znaczenie energetyczne wprowadzenia samochodu elektrycznego do transportu drogowego jest jednak znacznie większe niż elektryfikacji kolei
71
TECHNOLOGIE PALIWOWO-ENERGETYCZNE I MINIMALNE NAKŁADY INWESTYCYJNE ORAZ CZASY ODPOWIEDZI NA SYGNAŁY RYNKOWE
Minimalne nakłady inwestycyjne, mln zł
Czas odpowiedzi na sygnały rynkowe, lat
Węglowa
2 000
8
Atomowa
10 000
15
3 000
20
10...1 500
2...5
1
1
10
2
Praktycznie każde środki są użyteczne
od zera do kilkunastu lat
Technologia
Węglowa CCT, np. CCS, IGCC Wiatrowa Gazowa na gaz ziemny Biogazowa Elektro-efektywne technologie po stronie popytowej
72
UDZIAŁ OPŁAT UISZCZANYCH ZA ENERGIĘ ELEKTRYCZNĄ PRZEZ ODBIORCÓW KOŃCOWYCH, KTÓRE TRAFIĄ DO DOSTAWCÓW ZAGRANICZNYCH
Technologia
Udział [%]
Atomowa
80
Węglowa CCT (CCS, IGCC...)
20
Wiatrowa
60
Gazowa na gaz ziemny
50
Biogazowa
10
73
PORÓWNANIE POLSKIEGO I NIEMIECKIEGO POTENCJAŁU ROLNICTWA ENERGETYCZNEGO W KONTEKŚCIE PAKIETU 3X20 Wielkości Ludność [mln] Powierzchnia [tys. km2] Użytki rolne [mln ha] Użytki rolne niezbędne do pokrycia potrzeb żywnościowych [mln ha] Potencjał rolnictwa energetycznego (25% użytków rolnych) 2008, pp [TWh] Udział OZE w końcowym rynku energii w 2005 roku [%] Cel unijny (2020) [%] Potrzeby energetyczne 2008, pp [TWh] Energochłonność, pp, PKB [MWh/1000 euro] pp – paliwo pierwotne
Polska 38 314 18,6
Niemcy 82 357 17,3
ok. 4
ok. 8,6
140
120
7,2 15 1100 4,8
5,8 18 3845 2,1
74
ISTNIEJĄCY SYSTEM WSPOMAGANIA OZE
75
WYKORZYSTANIE BIOMASY PRZYKŁAD KLĘSKI POLSKIEJ REGULACJI
TECHNOLOGIA Elektrownia kondensacyjna
Elektrociepłownia węglowa
Kocioł pyłowy
Kocioł fluidalny
Kocioł pyłowy
Kocioł fluidalny
Elektrociepłownia biogazowa
3%1
25%
48%
75%
85%
1
Kocioł na biomasę stałą 85%
Sprawę należy porównać z procederem zwiększania w latach 70’ wydobycia w polskim górnictwie, polegającym na dodawaniu specjalnie mielonego w tym celu kamienia do węgla dostarczanego do elektrowni 76
2008: DOTOWANA ENERGETYKA ODNAWIALNA, CZY WĘGLOWA?
Wartość jednostkowa
Rynek
Wartość rynku
zł/MWh
TWh
mln zł/rok
Zielony (bez współspalania)
240
3
720
Czerwony
18
17
306
Żółty
130
3
390
Oszacowanie kosztu zakupu uprawnień do emisji CO2
120
30
3600
Certyfikat
77
2008: POLSKI SYSTEM CERTYFIKACJI DLA ENERGII ELEKTRYCZNEJ DO NAPRAWY (WYCENA CERTYFIKATÓW, zł/MWh) Źródła kogeneracyjne przyłączone do sieci elektroenergetycznej SN wypierające produkcję ciepła w wielkich kotłowniach, posiadających uprawnienia do emisji CO2
zastępujące małe kotłownie, nie uczestniczące w KPRU
biometanowe
gazowe
biometanowe
gazowe
255
165
165
83
Elektrownie wiatrowe przyłączone do sieci 110 kV
160
78
KONCEPCJA (II) ZIELONEJ ENERGII ELEKTRYCZNEJ, ZIELONEGO CIEPŁA, ZIELONEGO GAZU, ZIELONEJ BENZYNY
79
KALIBRACJA (WYCENA) CERTYFIKATÓW (OPŁAT ZASTĘPCZYCH) ZWIĄZANYCH Z ZIELONYM GAZEM
Mechanizm
Biometan wypiera produkcję:
z przeciętnej kotłowni węglowej lokalnej z krańcowej elektrowni węglowej systemowej
Biometan wypiera gaz ziemny (z rynku)
Emisja CO2 [t/MWh]
Łączna emisja CO2 [t/MWh c obl.]
Zużycie biometanu [m3/MWh c obl.]
Wartość certyfikatu [zł/tys.m3]
0,60 + 0,73
175
1 064
0,60
1,45
1 120
80
KOSZT PRODUKCJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ I CIEPŁA, W GOSPODARCE ROZDZIELONEJ I W SKOJARZENIU, PRZEZ OKRES 7000 h/rok Paliwo 1
Elektrownia
Kotłownia
Elektrociepłownia
2
3
4
50
100
50+100
Węgiel kamienny - moc [MW] - zużycie paliwa [tys. ton]
341
225
- koszt paliwa 1 [mln zł]
68
45
- koszt paliwa 2 [mln zł]
68 + 95
45 + 60
Gaz ziemny - moc [MW]
0,5
1
0,5 + 1
- zużycie paliwa [mln m3]
1,44
1,24
- koszt paliwa 1 [mln zł]
1,68
1,45
- koszt paliwa 2 [mln zł]
1,68+ 0,40
1,45 + 0,35
81
KOSZTY REFERENCYJNE TECHNOLOGII ELEKTROENERGETYCZNYCH
82
elektroenergetycznych [PLN/MWh]
Ceny referencyjne technologii
KOSZTY REFERENCYJNE DLA RÓŻNYCH TECHNOLOGII
min
400
max
300
200
100
0 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 – 83 ogniwo paliwowe [H. Kocot]
INNE NAJPROSTSZE OSZACOWANIE
Blok Łagisza (nadkrytyczny, fluidalny) Nakłady inwestycyjne – 1,8 mld zł Sprawność netto – 42 % Emisja CO2 – 0,8 t/MWh Czas wykorzystania mocy znamionowej – 7000 h/rok Koszty jednostkowe u odbiorców końcowych [zł/MWh]: amortyzacja (30 lat) – 20 koszt kapitału transferowalnego (IRR 8%) – 60 koszt węgla – 100 koszt uprawnień do emisji CO2 – 120 koszty stałe uzmiennione – 20 opłata przesyłowa – 100 Razem – 420 zł/MWh 84
ALOKACJA POLSKIEGO CELU PAKIETU 3X20 NA RYNKI KOŃCOWE: ENERGII ELEKTRYCZNEJ, CIEPŁA, PALIW TRANSPORTOWYCH (bez uwzględnienia samochodu elektrycznego) Oszacowanie rynków końcowych • energia elektryczna – 150/190 TWh • ciepło – 240 TWh • paliwa transportowe – 210 TWh • razem – 640 TWh Oszacowanie udziału energii odnawialnej na rynkach końcowych • energia elektryczna – (24+18) TWh • ciepło – (26+11) TWh • paliwa transportowe – 21 TWh • razem – 100 TWh, w tym 4 TWh na pokrycie potrzeb własnych w wytwarzaniu i strat sieciowych 85
OSZACOWANIE ZIEMI [W HEKTARACH OBLICZENIOWYCH] POTRZEBNEJ DO WYPEŁNIENIA POLSKIEGO CELU PAKIETU 3X20 (W 2020 ROKU)
Założenie: wydajność energetyczna z hektara – 80 MWh/ha (w paliwie pierwotnym) Powierzchnia ziemi potrzebna do wypełnienia celów na poszczególnych rynkach końcowych: • energia elektryczna i ciepło z kogeneracji – 0,65 mln ha • ciepło z kotłowni – 0,15 mln ha • paliwa transportowe (CNG) – 0,33 mln ha • razem – 1,23 mln ha
86
ELEKTROENERGETYKA W 2030 ROKU
87
Rynek energii elektrycznej: DYWERSYFIKACJA !!! • Obniżenie elektrochłonności PKB (zmniejszenie obecnej elektrochłonności 125 MWh/mln zł przynajmniej o 20%) • Import (do 10 TWh/rok, jeśli będzie możliwy z kierunku wschodniego – linia 750 kV Widełka-Chmielnicka) w miejsce dotychczasowego eksportu (6 TWh) • 4500 wiatraków po 2 MW, 18 TWh, nakłady inwestycyjne – 50 mld zł • 6000 biogazowni o mocy jednostkowej 1 MW, 45 TWhel + 250 PJc, nakłady inwestycyjne – 60 mld zł • 3000 MWel (+ 4000 MWc) – zróżnicowane (pod względem technologii i wielkości, od kilowatów do około 50 MWel) źródła kogeneracyjne na gaz ziemny • Sieci – stare lokalizacje, nowe przepustowości • Elektrownie – stare lokalizacje, nowe technologie • Kilka wielkich instalacji czystych technologii węglowych (w tym atomowo-węglowych) z produkcją paliw dla energetyki rozproszonej
88