Opłacalność bloków skojarzonych gazowo-parowych - wybrane aspekty

Rozwój gospodarki powoduje wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną. Zmiany klimatyczne pojawiające się wraz rozwojem cywilizacji zmuszają do racjonalnego korzystania ze środowiska naturalnego. Uwzględniając wspomniane aspekty polska energetyka systemowa musi zapewnić płynność i bezpieczeństwo dostaw energii elektrycznej oraz stabilną pracę krajowego systemu elektroenergetycznego. Przy starzejącej się infrastrukturze i obserwowanych tendencjach wzrostowych zapotrzebowania na energię, konieczne są inwestycje w źródła wytwórcze. Należy możliwie szybko zabezpieczyć rezerwę mocy w systemie po wycofywanych z eksploatacji blokach węglowych, blokami gazowo-parowymi o mocach powyżej 100 MW, które spełnią unijne wymagania w zakresie ochrony środowiska i mogą brać udział w regulacji systemu.

Układy gazowo-parowe w Europie i na świecie.

Bloki gazowo-parowe wykorzystywane są od ponad 50 lat. Wśród najstarszych obiektów energetycznych jest blok CH1 w elektrowni Chivasso we Włoszech, który od samego początku był projektowany do wykorzystania gazu. Po modernizacji dokonanej w 2004 r. obiekt dysponuje 1170 MW w dwóch blokach gazowo-parowych. Włochy, Francja czy Niemcy mogą szczycić się ogromnym doświadczeniem w eksploatacji bloków gazowo-parowych. Układy gazowo-parowe stosowane są na ich terytorium równie powszechnie jak w Polsce bloki węglowe.

Na przykładzie danych koncernu EDF można zaobserwować zmiany towarzyszące blokom gazowo-parowym wraz z upływem czasu. Początkowo w latach 70. i 80. XX wieku budowano obiekty o mocy nie przekraczającej 100 MW. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na energię elektryczną pojawiły się coraz to nowocześniejsze rozwiązania technologiczne, większe moce i wyższe sprawności wytwarzania. Wśród projektów zrealizowanych w ostatnich latach zaobserwowano wzrost mocy jak i tendencję pracy głównie w wytwarzaniu energii elektrycznej oraz ze znacznym wykorzystaniem możliwości regulacyjnych ze względu na duży gradient mocy bloków gazowo-parowych.

Zestawienie przykładowych projektów energetycznych z wykorzystaniem układów gazowo-parowych zrealizowanych po 2007 r. umieszczono w tabeli 1.

Wymienione obiekty są tylko przykładowymi realizacjami, jednak można zauważyć, iż poziom zainstalowanych mocy w blokach gazowo-parowych jest bliski największym polskim elektrowniom i elektrociepłowniom węglowym. Ponadto wymienione bloki gazowo-parowe pracują głównie z priorytetem wytwarzania energii elektrycznej. Kogeneracyjne wytwarzanie energii i ciepła nie jest już tak powszechnie stosowane jak za czasów pierwszych bloków gazowych. Na potwierdzenie niezawodności i korzyści w eksploatacji bloków gazowo-parowych planowane są kolejne inwestycje wykorzystujące technologie układów gazowo-parowych, niektóre z nich zestawiono w tabeli 2.

Układy gazowo-parowe w Polsce

W Polsce w krajowym systemie elektroenergetycznym pracuje 5 bloków gazowo-parowych o mocach powyżej 25 MW oraz kilka obiektów o mniejszych mocach zainstalowanych, co stanowi około 750 MW mocy zainstalowanych w źródłach gazowych. Wśród wspomnianych 5 obiektach znajdują się: Elektrociepłownia Gorzów, Elektrociepłownia Rzeszów, Elektrociepłownia Lublin Wrotków, Elektrociepłownia Zielona Góra i Elektrociepłownia Nowa Sarzyna. Układy gazowe mają zastosowanie również w przemyśle, jako energetyczne źródła energii zaspokajające zapotrzebowanie własne zakładu produkcyjnego. Do takich należy m.in. elektrownia gazowa producenta papierów offsetowych Arctic Paper Kostrzyn SA.

Wspomniane obiekty energetyczne wytwarzają energię elektryczną i ciepło w procesie kogeneracji i stanowią ok. 10% mocy zainstalowanej w krajowych elektrociepłowniach. Umożliwia to udział źródeł gazowych w krajowym wytwarzaniu energii elektrycznej na poziomie 3%. Dla porównania warto wspomnieć, iż około 15,5% energii elektrycznej w kraju powstaje w skojarzonym procesie wytwórczym.

Opłacalność obiektów gazowo-parowych

Problematyka inwestowania w sektorze energetycznym jest związana z jej rozwojem lub brakiem, zaś na ocenę efektywności wpływa wiele czynników różnorodnej natury. Inwestycja energetyczna bowiem nigdy nie jest odizolowanym i niezależnym obiektem, wpływa na nią m.in. otoczenie, warunki zewnętrzne i kapitałochłonny charakter. Stąd analiza techniczno-ekonomiczna stała się podstawowym narzędziem w podejmowaniu decyzji o budowie, modernizacji bądź jej zakresie w odniesieniu do obiektów energetycznych. Istotny jest zatem wybór kryteriów oceny, dane wejściowe oraz ich poprawna analiza i interpretacja, co nie jest prostym zadaniem w praktyce przy obecnych metodach oceny.

Ze względu na obserwowany wzrost zapotrzebowania energii elektrycznej oraz na możliwości ruchowe systemowych bloków gazowo-parowych do analizy opłacalności rozważa się bloki powyżej 50 MW. Schemat przykładowego bloku zamieszczono na rysunku 1. Jest to blok gazowo-parowy z dwuciśnieniowym kotłem odzysknicowym i upustowo-kondensacyjną turbiną parową.
Do analizy opłacalności przyjęto dane wejściowe zestawione w tabeli 3.

Na podstawie przyjętych danych metodą zaktualizowanej wartości netto NPV wyznaczono opłacalność inwestycji, dla założonych cen gazu z przedziału (1,2-1,5) zł/m3. Symulacji dokonano w czterech seriach, z uwzględnieniem ceny żółtych certyfikatów z przedziału (100-140) zł/MWh, jak również bez dopłaty, co pokazano na rysunku 2. Podjęto próbę oszacowania ceny energii przy cenie paliwa z przedziału (1,2-1,5) zł/m3 tak, aby uzyskać dodatni efekt ekonomiczny bez dopłat w postaci certyfikatów.

Wnioski

Bloki gazowo-parowe w krajowych realiach przy założonych cenach gazu bez dopłat w postaci certyfikatu są obiektami nieopłacalnymi z punktu wiedzenia ekonomi. Jednak gdy uwzględnimy zalety obiektów gazowo-parowych, tj. nowoczesną technologię, krótszy cykl inwestycyjny (trwa ok. 4 lat od idei projektu do jego realizacji) i niższe koszty inwestycyjne, łatwo można zauważyć, iż charakteryzują się większą czystością ekologiczną oraz wyższą (niż układy klasyczne) sprawnością, a co za tym idzie posiadają mniej wymagające układy chłodzenia. Ponadto gaz jest czystym nośnikiem energii, zanieczyszcza atmosferę w znacznie mniejszym stopniu niż paliwa stałe. Gaz znacznie łatwiej się rozprowadza i magazynuje, niż paliwo stałe. Ograniczone jest również oddziaływanie związane z zagospodarowaniem odpadów.

Bloki gazowo-parowe powinny w naszym kraju pracować jako szczytowe, bądź jako bloki regulacyjne, co stanowiłoby dodatkowo zakontraktowaną usługę. Można by sformułować stwierdzenie, iż udział gazu paliw płynnych w strukturze energetycznej kraju jest miarą poziomu cywilizacyjnego kraju oraz stanu krajowej energetyki.

Bibliografia:
Kamrat W.: „Metody oceny efektywności inwestowania w elektroenergetyce”, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2004 r.
Kamrat W.: „Metodologia oceny efektywności inwestowania na lokalnym rynku energii”, Monografia, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 1999 r.
Marecki J.: „Gospodarka Skojarzona Cieplno-Elektryczna”, WNT Warszawa 1991 r.
Ratajczak E.: „Badanie efektywności ekonomicznej przedsięwzięć inwestycyjnych i modernizacyjnych w energetyce, Gdańskie Dni Elektryki ’94, SEP O/Gdańsk, 1994 r.
Zaporowski B., „Efektywność ekonomiczna elektrociepłowni opalanych gazem ziemnym”, Rynek Energii nr 3/2009.
Zaporowski B., „Analiza efektywności ekonomicznej elektrociepłowni opalanych gazem ziemnym po wprowadzeniu świadectw pochodzenia z wysokosprawnej kogeneracji, Rynek Energii” nr 6/2007.