Odnawialne czy konwencjonalne źródła energii? Kierunek dla taniej energii w przyszłości.

Wprowadzenie

Opinia publiczna w Polsce epatowana jest licznymi publikacjami i wystąpieniami „specjalistów” przeciwstawiających energetykę węglową lub jądrową energetyce odnawialnej. Wysławiają oni zalety elektrowni konwencjonalnych i eksponują wady odnawialnej, która rzekomo jest bardzo droga, do której trzeba ciągle dopłacać i na którą stać jest tylko bogate gospodarki „sfiksowane” na punkcie zasilania zieloną energią.

Pytanie, jakie powinni sobie postawić wszyscy, którzy wypowiadają się na temat kosztów wytwarzania energii i szukać poprzez pogłębione analizy odpowiedzi na nie jest takie: w jakie źródła dziś i w najbliższych latach inwestować aby zapewnić bezpieczeństwo dostaw energii elektrycznej w dłuższym horyzoncie czasowym po konkurencyjnej cenie czyli w akceptowalnej przez przemysł, instytucje, przedsiębiorców i społeczność cenie? Odpowiedź na postawione pytanie nie jest prosta. Niewątpliwie, w okresie najbliższych dwóch dekad  w Polsce, nie jest możliwe aby zapotrzebowanie na energię zapewnione było czy to wyłącznie przez źródła konwencjonalne czy też tylko przez odnawialne.

Władze szczebla centralnego w Polsce ciągle zastanawiają się, czy warto budować elektrownie wykorzystujące odnawialne źródła. Tymczasem niemal wszystkie rozwinięte i rozwijające się gospodarki już nie zastanawiają się czy rozwijać OZE, tylko jak efektywnie wykorzystywać ich zasoby. I to jest zadziwiające, że tworzymy w kraju strategie energetyczne bez podglądania na co dziś stawiają dojrzałe gospodarczo mocarstwa.

Pomoc publiczna w energetyce

Wydaje się, że nasi politycy mają dostęp do zmanipulowanych danych i informacji, z których wynika, że energia z elektrowni węglowych jest najtańsza i długo najtańsza będzie oraz że węgiel jest i będzie filarem bezpieczeństwa energetycznego kraju. Jednocześnie kreują wizje, w której inwestycje w OZE to tylko chwilowy zachwyt, który minie jak rozpadnie się UE. Efekty tego słyszymy w wypowiedziach polityków, którzy w kontradykcji do niskich kosztów zmiennych wytwarzania energii elektrycznej w źródłach węglowych (podają, że jest to 140-160 zł/MWh) zestawiają  przychód jednostkowy na poziomie 460 zł/MWh jaki uzyskiwały w latach stabilności systemu zielonych certyfikatów (przed 2012 r.) elektrownie wiatrowe. Takie zestawienie to, jak mawiają ekonomiści, porównywanie „słoni z pomarańczami”. Mamiąc takimi informacjami możemy wywołać w społeczeństwie  generalną niechęć do wiatraków i do odnawialnych źródeł energii w ogóle. Na marginesie przywołany dla wiatraków jednostkowy przychód osiągany przed 2012 r. (w rzeczywistości na początku 2017 r. może to być od ok. 185 do ok. 295 zł/MWh mniej niż 5 lat temu uwzględniając w bilansie zwyżkę podatku od budowli ) otrzymywały również spółki zarządzane przez Skarb Państwa za dorzucanie biomasy importowanej z Indochin do kotłów węglowych lub za wytwarzanie energii elektrycznej w dużych elektrowniach wodnych, które zdążyły zamortyzować się zanim do ustawy Prawo energetyczne przyjęto system zielonych certyfikatów (bywały lata, że przedsiębiorstwa energetyczne zarządzane przez Skarb Państwa zgarniały ponad 70% przychodów z obrotu zielonymi certyfikatami). Można oszacować, że w okresie funkcjonowania systemu zielonych certyfikatów od 2005 do końca 2016 r. z tytułu współspalania biomasy i wytwarzania energii elektrycznej w dużej energetyce wodnej do spółek Skarbu Państwa trafiło łącznie ok. 17 mld zł, podczas gdy do energetyki wiatrowej ok. 9 mld zł (część z nich także należy do spółek Skarbu Państwa). Ale warto zaznaczyć, że w te pierwsze źródła zainwestowano zgoła niewiele, podczas gdy sektor energetyki wiatrowej zainwestował w przywołanym okresie ok. 36 mld zł.

W naszej ocenie bardziej uprawnione, chociaż nic nie wnoszące do meritum sprawy, byłoby zestawienie wysokości pomocy publicznej dostępnej w raporcie UOKiK, jaką rząd polski „obdarował” w 2003 r. (przed wstąpieniem w struktury Unii Europejskiej) sektor górnictwa węgla – była to kwota ok. 17,49 mld zł. Dzieląc tę kwotę przez łączne zużycie energii elektrycznej w Polsce netto w 2003 r. (102.965.000 MWh) otrzymamy kwotę wsparcia jednostkową 169,85 zł/MWh, która wówczas stanowiła kwotę większą niż średnia cena sprzedaży energii na rynku hurtowym. Dla porównania, dla sektora lądowej energetyki wiatrowej 14 lat później rząd wprowadza zwiększone obciążenia podatkowe (zmieniając definicję budowli) o ok. 35 zł/MWh (łącznie ok. 50 zł/MWh, a nawiasem mówiąc podobnie liczone obciążenie 1 MWh z elektrowni węglowej wynosi ok. 3 zł/MWh). Równolegle Minister Energii proponuje na 2017 r. maksymalną wysokość jednostkowej pomocy publicznej dla wiatraków do ok. 180 zł/MWh.

Można pewnie wiele doktoratów napisać w sprawie pomocy publicznej kierowanej do sektora energetyki odnawialnej czy konwencjonalnej bezpośrednio lub pośrednio przez energetykę odnawialną. Dobrze byłoby umieć wyciągać właściwe wnioski z tych analiz i w konsekwencji promować rozwiązania systemowe, które przełożą się do powstawania nowych mocy wytwórczych.

Krótki czas budowy kluczem do osiągnięcia szybkiego efektu

Elektrownie nie powstają z dnia na dzień. To skomplikowany proces kreowania koncepcji, uzyskiwania zgód i decyzji, w tym decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach czy pozwolenia na budowę i decyzji finansowej. W Tab. 1 zestawiliśmy szacowany niezbędny czas przygotowania, budowy i eksploatacji (amortyzacji technicznej) wybranych elektrowni, w tym odnawialnych i konwencjonalnych.

Z danych w tabeli wynika, że czas przygotowania i budowy (pojedynczych) elektrowni odnawialnych liczony jest w pojedynczych latach (a nawet miesiącach w przypadku PV). W elektrowniach węglowych wynosi ok. 7 lat, a dla jądrowych może łącznie sięgać ponad 20 lat. W okresie 7-22 lat można (technicznie) zbudować łącznie więcej mocy wytwórczych OZE niż moc pojedynczych wielkoskalowych elektrowni węglowych czy jądrowych.

Tabela 1. Szacowany czas przygotowania projektu inwestycyjnego elektrowni od koncepcji do czasu uzyskania pozwolenia na budowę oraz czas rzeczowej realizacji wraz z uruchomieniem a także szacowany czas eksploatacji (technicznej amortyzacji).

Trendy zmian kosztów inwestycyjnych i operacyjnych elektrowni

Przygotowaliśmy scenariusze zmian kosztów wytwarzania energii elektrycznej w wybranych elektrowniach: węglowej, biogazowej, wiatrowej i fotowoltaicznej w zł/MWh (Rys. 1). Na łączne koszty przeliczone na jednostkę wytwarzanej energii elektrycznej składa się koszt amortyzacji (CAPEX) oraz koszt operacyjny z paliwem (OPEX). CAPEX odniesiono do wolumenu energii elektrycznej wytwarzanej rocznie w danej instalacji oraz okresu amortyzacji liniowej zakładając, że równy jest okresowi eksploatacji. W przypadku biogazowni rolniczej przedstawiono dwa warianty: a. „utylizacyjna”, w której nie występuje koszt paliwa (biomasa bilansowo pozyskana jest bezkosztowo) oraz b. „standard”, w której przetwarzana jest mieszanina różnych rodzajów biomasy pochodzenia rolniczego z odpowiednimi kosztami jej pozyskania. W przypadku elektrowni wiatrowej przedstawiono dwie wersje: a. przed zmianą podstawy opodatkowania wywołanej zmianą definicji budowli oraz b. po zmianie podstawy opodatkowania, jaka weszła w życie 1 stycznia 2017 r. Nie uwzględniono zmiany wartości pieniądza w czasie oraz kosztów finansowych. Nie uwzględniono uwarunkowań i czynników wpływających na sfinansowanie inwestycji (takie jak m.in.: oczekiwany czas zwrotu z inwestycji, okres kredytowania, gwarancje rządowe). Przedstawiono dane szacując koszty CAPEX i OPEX w roku 2015 (baza odniesienia – dane rynkowe) oraz w latach 2025, 2035 oraz 2045 (prognoza/szacunki). Realizacja danej elektrowni w danym konkretnym roku z podanym CAPEX nie zmieni wysokości kosztów amortyzacji takiej elektrowni w scenariuszu, w którym przewiduje się zmianę OPEX  w przyszłości. Ale ewentualna zmiana OPEX w przyszłości może wpłynąć na całkowity koszt wytwarzania energii w tej elektrowni. Szacunki kosztów nie są wynikiem analiz modeli mikro i makroekonomicznych. Prezentowane koszty są naszymi szacunkami wynikającymi z trendów rynkowych, w których obserwuje się sukcesywny wzrost kosztów wytwarzania energii w źródłach konwencjonalnych i spadek kosztów wytwarzania w źródłach odnawialnych. Dane z naszych projekcji wynikają z  następujących czynników i założeń:

• Elektrownia węglowa:
  • Założono, że produkcja energii elektrycznej wynosi rocznie 7.000 MWh na MW mocy elektrycznej zainstalowanej co odpowiada wskaźnikowi wykorzystania mocy na poziomie 80%. Nie przewiduje się poprawy lub pogorszenia tego wskaźnika w przyszłości;
  • Nie przewiduje się ani wzrostu ani spadku nakładów inwestycyjnych elektrowni węglowych bo:
    • w Polsce są już duże doświadczenia w budowie, wyposażeniu i uruchomieniu elektrowni węglowych i nie przewiduje się dalszych usprawnień wpływających na obniżenie kosztów inwestycyjnych;
    • nie przewiduje się aby na świecie nastąpiło zwiększone zainteresowanie budową nowych bloków węglowych na skalę pozwalającą produkować turbiny, kotły i inne urządzenia wytwórcze w bardziej optymalnej cenie;
    • nie przewiduje się aby na świecie nastąpiło zwiększone zainteresowanie budową nowych bloków węglowych na skalę, w której dostęp do urządzeń i wykonawców skutkować będą zwyżką nakładów inwestycyjnych.
  • Przewiduje się, że koszty operacyjne będą rosnąć z uwagi na poniższe:
    • Zasoby krajowego węgla są ograniczone;
    • Łatwo dostępne zasoby zostały wyeksploatowane, co powoduje że trzeba sięgać w zasoby coraz głębiej zwiększając koszty wydobycia;
    • Polska staje się coraz większym importerem węgla;
    • Ograniczony dostęp do zasobów kopalnych na świecie skutkować będzie wzrostem ceny węgla zwiększając koszty eksploatacyjne elektrowni węglowych od dziś szacowanych w literaturze branżowej na poziomie 150 zł/MWh (w naszej ocenie wydaje się ten koszt zaniżony sztucznie przez duże przedsiębiorstwa energetyczne ograniczające wejście na rynek niezależnym inwestorom) do poziomu o wartości większej (może to być przykładowo koszt O&M z paliwem na poziomie 300 zł/MWh w 2045).
  • Elektrownia biogazowni rolniczej:
    • Założono, że produkcja energii elektrycznej wynosi rocznie 8.000 MWh na MW mocy elektrycznej zainstalowanej co odpowiada wskaźnikowi wykorzystania mocy na poziomie 91%. Nie przewiduje się poprawy lub pogorszenia tego wskaźnika w przyszłości;
    • Są pierwsze doświadczenia w budowie elektrowni biogazowych w Polsce;
    • Dalszy rozwój biogazowni rolniczych na większą skalę może wpłynąć na obniżkę kosztów zakupu urządzeń technologicznych;
    • Wyspecjalizowanie polskich firm budowlano-instalacyjnych w budowie i montażu wpłynie na obniżkę kosztów realizacji minimum o koszt ryzyka prawidłowego wykonania instalacji dziś zakładanego przy realizacji na rzecz pionierów;
    • Nie przewidujemy zmian kosztów operacyjnych biogazowni, przy czym może on nastąpić jeśli koszty energii (w tym ropy) rosnąć będą szybciej niż wskaźnik inflacji – byłyby wtedy wyższe koszty produkcji w rolnictwie oraz koszty przetwórstwa generującego odpady kierowane do biogazowni.
  • Elektrownia wiatrowa:
    • Założono, że produkcja energii elektrycznej wynosi obecnie rocznie 2.600 MWh na MW mocy elektrycznej zainstalowanej co odpowiada wskaźnikowi wykorzystania mocy na poziomie 30% (dotyczy turbin montowanych w ostatnim okresie). W związku z postępem technologicznym i sukcesywnym wzrostem wskaźnika wykorzystania mocy szacuje się, że trend ten utrzyma się w przyszłości (większe turbiny, większa rozpiętość skrzydeł, większa sprawność i możliwość generacji przy mniejszych wiatrach);
    • Postępujący rozwój technologii przetwarzania energii wiatru w energię elektryczną wpływa na obniżenie nakładów inwestycyjnych na jednostkę zainstalowanej mocy w czasie. Przyjęto, że sukcesywnie nakłady inwestycyjne będą mniejsze w przyszłości;
    • Założono, że OPEX nie będzie ulegał zmianie. Przedstawione dwie wersje pokazują, jak sztuczne regulacje fiskalne wpływają na koszty całkowite wytwarzania energii elektrycznej z wiatru.
  • Elektrownia fotowoltaiczna:
    • Założono, że produkcja energii elektrycznej wynosi średniorocznie 950 MWh na MW mocy elektrycznej zainstalowanej (po stronie AC), co odpowiada wskaźnikowi wykorzystania mocy na poziomie 11%. Uwzględniono spadek produkcji wynikający z degradacji ogniw słonecznych wywołanych promieniowaniem słonecznym uśredniając poziom rocznej produkcji odpowiednio. Mimo postępu technologicznego wpływającego na wzrost sprawności procesu fotowoltaicznego, przyjęto że wpłynie on na liczbę instalowanych modułów PV na MW mocy zainstalowanej;
    • Przyjęto, że dalszy rozwój technologii i PV i montaż instalacji w Polsce na większą skalę wpływać będzie na sukcesywny spadek nakładów inwestycyjnych jednostkowych na MW zainstalowanej mocy;
    • Założono, że OPEX nie będzie ulegał zmianie.

Rys. 1. Łączne koszty (R) wytwarzania energii elektrycznej w wybranych elektrowniach: węglowej, biogazowej, wiatrowej i fotowoltaicznej w PLN/MWh.

W analizie celowo pominęliśmy elektrownię jądrową, nie tylko dlatego że nie zwiększa ona bezpieczeństwa energetycznego kraju, ale dla której dane dostępne w literaturze branżowej różnią się o kilkaset punktów procentowych. Może to świadczyć o tym, że tak naprawdę mało kto, jeśli ktokolwiek wie, ile rzeczywiście kosztować będzie w Polsce elektrownia jądrowa, której nikt jeszcze w tym kraju nie zbudował, a której realizacja z przygotowaniem trwać będzie co najmniej 20 lat.

Z przeprowadzonej analizy wynika, że najtańszym źródłem energii będą źródła odnawialne nie paliwowe (wiatr i słońce). Budując elektrownie w roku 2045 z założeniami z naszych prognoz łączny koszt wytworzenia 1 MWh energii elektrycznej kształtować będzie się na poziomie:

• od 105 do 140 zł/MWh w elektrowni wiatrowej lub słonecznej;
• więcej niż 178 zł/MWh (być może nawet 323 zł/MWh i więcej) w elektrowni węglowej. To tylko koszt wytwarzania energii. Wszelkiego rodzaju koszty środowiskowe, w tym koszty wpływu szkodliwych dla zdrowia ludzi emisji nie uwzględniono;
• od 175 do 380 zł/MWh w przypadku biogazowni rolniczej (w zależności od bazy substratowej do wytwarzania biogazu). Nie zapominajmy o benefitach dodatkowych wynikających z rozwoju biogazowni rolniczych (możliwość magazynowania energii chemicznej biogazu, możliwość bilansowania mocy w szczytach zapotrzebowania systemu, utylizacja odpadów, wytwarzanie jednocześnie energii cieplnej w kogeneracji, aktywizacja polskiego rolnictwa).

Podsumowanie

Rozwijając elektrownie hybrydowe oparte o biogaz + wiatr + słońce + inne źródła OZE (biomasa, woda) i rozdzielne z odpowiednio dobraną mocą zainstalowaną możemy zapewnić zbilansowanie mocy w systemie oraz uzyskać średni koszt wytwarzania energii elektrycznej poniżej 200 zł/MWh (mniej niż prognozowany koszt wytwarzania energii elektrycznej ze źródła węglowego po 2025 r.).

Postęp technologiczny trwa. Jeżeli na postawione przez nas pytanie we wprowadzeniu, odpowiedź stanowią odnawialne źródła energii, a Polska postawi na źródła konwencjonalne, będziemy w trakcie budowy wielkoskalowych bloków energetycznych opalanych polskim i importowanym węglem lub importowanym paliwem jądrowym odpowiednio. Kończąc budowę mimo nietrafnie podjętej strategicznej decyzji inwestycyjnej w wielkie bloki energetyki konwencjonalnej lub jądrowej, zafundowalibyśmy sobie najdroższą energię, do której dopłacalibyśmy przez 40-60 lat podczas gdy inni korzystać zaczęliby z energii wytwarzanej w spłaconych urządzeniach OZE tylko z kosztami operacyjnymi O&M.

Jeżeli nawet, na postawione przez nas pytanie we wprowadzeniu odpowiedź jest inna niż OZE i inna niż konwencjonalne lub  jądrowe, łatwiej byłoby podjąć decyzję wycofania  się z budowy pojedynczych mocy ze źródeł odnawialnych przy ewentualnym „eldorado energetycznym” pozwalającym wytwarzać energię „z niczego” niż zrezygnować z zaawansowanej budowy elektrowni węglowej lub jądrowej.

Jeśli efekty prac R&D czynione nad OZE i magazynami energii za granicą sprawią, że zapewniona będzie nie tylko tania generacja energii z OZE, ale również zbilansowanie tej energii w systemie, a my nie rozwiniemy dostatecznie dużo źródeł taniej energii, popłynie do nas połączeniami transgranicznymi tańsza energia z Niemiec i innych kierunków. Zapomnijmy wtedy o bezpieczeństwie energetycznym i zapomnijmy o jakimkolwiek przemyśle, który zainwestuje w fabrykę w Polsce płacąc za energię tyle co Niemcy plus koszt przesyłu energii wytwarzanej w Niemczech lub na Saharze.

Niektórzy powiadają, że bezpieczeństwo energetyczne nie ma ceny. Warto aby energetyczne bezpieczeństwo kraju budować bez oderwania od ekonomii i środowiska.