6.8. Porównanie kosztu wytwarzania energii elektrycznej
advertisement
Nr arch. 1 135 716 Prac. TE/PTC ® Poz. Umowy Str. 1 / 16 SYMBOL P-1506 INWESTYCJA: POLSKIE TOWARZYSTWO ELEKTROCIEPŁOWNI ZAWODOWYCH STADIUM: Porównanie kosztów wytwarzania energii elektrycznej w skojarzeniu do kosztów energii elektrycznej produkowanej w elektrowniach systemowych kondensacyjnych CZĘŚĆ: I TOM I ZESZYT 1 Biuro projektów oświadcza, że niniejsza praca projektowa jest wykonana zgodnie z umową, obowiązującymi techniczno-budowlanymi oraz normami i zostaje wydana jako kompletna z punktu widzenia celu, któremu ma służyć. PROJEKTANCI przepisami mgr Krystyna Jaworska mgr inż. Sławomir Polanowski SPRAWDZAJĄCY mgr inż. Hanna Przytuła KIEROWNIK DZIAŁU mgr Krystyna Jaworska PROWADZĄCY UMOWĘ DYREKTOR D/S TECHNICZNYCH. WARSZAWA mgr inż. Piotr Łatecki mgr inż. Jerzy Kopański marzec 2005 r. PRAWA WŁASNOŚCI INTELEKTUALNEJ I PRZEMYSŁOWEJ ZASTRZEŻONE. Rozwiązania zawarte w niniejszym opracowaniu stanowią wyłączną własność "ENERGOPROJEKT-WARSZAWA" S.A. i mogą być stosowane, powielane oraz udostępniane osobom trzecim jedynie na podstawie pisemnego zezwolenia Zarządu Biura z zastrzeżeniem wszelkich skutków prawnych. Spis treści: 1.Wstęp ___________________________________________________________________ 3 2.Wyznaczenie reprezentatywnej grupy obiektów do porównania _____________________ 3 2.1.Elektrownie na węglu kamiennym- Grupa El. ____________________________________ 3 2.2.Elektrociepłownie – Grupa EC ________________________________________________ 4 2.3.Paliwo podstawowe __________________________________________________________ 5 3.Wyznaczenie kryteriów porównawczych EC i El._________________________________ 5 3.1.Kryterium porównania _______________________________________________________ 5 3.2.Przyjęte założenia do porównania ______________________________________________ 6 3.3. Parametry termiczne obiektów ________________________________________________ 7 3.4. Charakterystyka urządzeń podstawowych ______________________________________ 7 4. Model obliczeń ___________________________________________________________ 7 5. Dane produkcyjne_________________________________________________________ 9 6. Dane i wskaźniki ekonomiczne _____________________________________________ 12 6.1. Model analizy ekonomicznej _________________________________________________ 12 6.2. Koszt węgla _______________________________________________________________ 13 6.3. Koszt korzystania ze środowiska _____________________________________________ 13 6.4. Cena energii elektrycznej na potrzeby własne __________________________________ 13 6.5. Koszty stałe _______________________________________________________________ 13 6.6. Jednostkowe nakłady inwestycyjne ___________________________________________ 14 6.7. Stopa amortyzacji _________________________________________________________ 14 6.8. Porównanie kosztu wytwarzania energii elektrycznej ____________________________ 14 1.Wstęp Celem niniejszego opracowania jest porównanie ceny energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu w elektrociepłowniach w stosunku do ceny energii elektrycznej produkowanej w kondensacyjnych elektrowniach systemowych. Dla celów niniejszej analizy stworzono model umownej elektrociepłowni i umownej elektrowni kondensacyjnej, w których spalany będzie węgiel kamienny o takiej samej charakterystyce. W opracowaniu porównano działalność produkcyjną obu modelowych źródeł energii. 2.Wyznaczenie reprezentatywnej grupy obiektów do porównania Do wyznaczenia umownej elektrociepłowni i umownej elektrowni kondensacyjnej poddano analizie następujące największe w Polsce źródła energii elektrycznej spalające węgiel kamienny: Elektrownie przedstawione w Tab. Nr 1 i Elektrociepłownie przedstawione w Tab. Nr. 2. Dane dla tych obiektów przyjęto ze Statystyki Elektroenergetyki Polskiej za rok 2003 [1] oraz z Katalogu Elektrowni i Elektrociepłowni Zawodowych [2]. 2.1.Elektrownie na węglu kamiennym- Grupa El. Tab. Nr 1. Charakterystyka wybranych wielkości dla roku 2003 Obiekt Kozienice Moc osiągalna brutto MWe wg [2] 2 845 Polaniec 1 800 Rybnik 1 775 Dolna Odra 1 742 Opole 1 506 Ostrołęka B 626 Skawina 575 Stalowa Wola 330 Średni czas wykorzystania mocy wg [1] Udział w produkcji energii elektr.brutto w Polsce wg [1] 4 168 h/a 47 % Sprawność przemiany paliwa wg [1] brutto 38,1 % netto 35,0 % W wyżej wymienionej grupie elektrowni duży udział mają bloki kondensacyjne o projektowanej mocy elektrycznej 200 MW. 2.2.Elektrociepłownie – Grupa EC Tab. Nr 2. Charakterystyka wybranych wielkości dla roku 2003 Obiekt Moc cieplna osiągalna MWt wg [2] EC Siekierki Moc elektryczna brutto osiągalna MWe wg [2] 619 EC Kraków 446 1376 EC Żerań 298 1554 275,5 847 250 780 EC Gdańsk 232,6 732 EC Lublin- 231 628 EC Chorzów 226 500 EC 4 Łódź 200 1039 EC Poznań- Udział w produkcji energii elektr. brutto w Polsce wg [1] 4 350 h/a 8,7 % 2033 Karolin EC Wrocław Średni czas wykorzystania mocy wg [1] Wrotków* *Energia elektryczna wytwarzana w bloku gazowo-parowym Podstawowe jednostki w tej grupie źródeł to: -jednostki pracujące w skojarzeniu - bloki ciepłownicze: bloki BC-50 (o mocy elektrycznej około 55 MW i mocy cieplnej 105 MWt) oraz bloki BC-100 (o mocy około 105 MWe i około 200 MWt) -jednostki szczytowe –kotły wodne: WP-120 (o mocy cieplnej 140 MW) i WP-200 (o mocy cieplnej 232 MW). 2.3.Paliwo podstawowe W wyżej wymienionych obiektach jako paliwo podstawowe używany był węgiel kamienny o poniższej charakterystyce (uśrednionej dla całej grupy): Tab. Nr 3.Paliwo –węgiel Wielkość Jednostka Grupa EC Grupa El. Wartość opałowa MJ/kg 22,13 21,25 Zawartość popiołu % 19,7 20,4 Zawartość siarki % 0,7 0,9 3.Wyznaczenie kryteriów porównawczych EC i El. 3.1.Kryterium porównania Poszczególne elektrociepłownie przedstawione w Tabeli Nr 2 różni m.in. moc zainstalowana i osiągalna, wielkość produkcji energii elektrycznej, zużycie paliw, sprawności, wiek obiektów. Wielkość wytwarzanego ciepła w EC zależy od warunków meteorologicznych (głównie temperatury zewnętrznej powietrza) oraz od zamówionego ciepła na technologie dla odbiorców zewnętrznych (w niniejszej analizie pominięto ciepło na technologie dla odbiorców spoza EC). Energia elektryczna jest wytwarzana w elektrociepłowni w skojarzeniu z produkcją ciepła, a jej wielkość zależy między innymi od współczynnika skojarzenia. Dla grupy elektrociepłowni wymienionej w Tab. Nr 2 (wyposażonych w bloki ciepłownicze) współczynnik ten wynosi 0,4-0,55 liczony jako iloraz mocy cieplnej urządzeń produkujących w skojarzeniu, do łącznej mocy cieplnej danego źródła. W niniejszej analizie: -wyznaczono różnice pomiędzy wielkościami charakteryzującymi umowną elektrociepłownię i umowną ciepłownię produkującymi tę samą ilość ciepła, ale innymi urządzeniami (np. EC charakteryzuje dodatkowa produkcja energii elektrycznej i dodatkowe zużycie paliwa oraz innych mediów) - porównano wielkości charakteryzujące produkcję energii elektrycznej w EC z wielkościami opisującymi produkcję energii elektrycznej w umownej elektrowni kondensacyjnej dla różnych czasów jej pracy. 3.2.Przyjęte założenia do porównania 1. Jako umowną elektrociepłownię przyjęto do analizy obiekt o następującej charakterystyce: zainstalowana moc elektryczna około 200 MW, zainstalowana moc cieplna około 830 MW. W umownej EC pracują dwa bloki ciepłownicze BC-50 i jeden blok BC-100. Produkcja ciepła odbywa się także kotłach wodnych WP-120 ( w szczycie ciepłowniczym), których zainstalowano w umownej EC trzy sztuki. 2. Uporządkowany wykres produkcji ciepła w ciągu roku dla umownej elektrociepłowni przedstawiono na Rys. Nr 1. W obiekcie nie przewiduje się pracy bloków z dociążeniem kondensacją. 3. Koszt wytworzenia energii elektrycznej w skojarzeniu w EC określonej jako różnicę kosztów wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w umownej elektrociepłowni i kosztów wytwarzania ciepła w umownej ciepłowni produkującej taka samą ilość ciepła. Umowna ciepłownia złożona jest z 6 kotłów WP-120 o łącznej mocy cieplnej 840 MW. 4. Uporządkowany wykres produkcji ciepła w ciągu roku dla umownej ciepłowni przedstawiono na Rys. Nr 2. 5. Przyjęto umowną elektrownię kondensacyjną złożoną z dwóch bloków, każdy o zainstalowanej mocy elektrycznej 210 MW. W analizie badano wpływ czasu pracy tych bloków na cenę energii elektrycznej. Przyjęto minimalny czas pracy 3 000 h/a, a maksymalny 7 000 h/a dla jednego bloku. Założono pracę z obciążeniem 1,5 bloku. 6. W elektrociepłowni, ciepłowni i elektrowni przyjęto paliwo o takiej samej charakterystyce oraz takie same standardy emisji w spalinach. 7. W produkcji energii elektrycznej netto (sprzedaż) uwzględniono zużycie energii elektrycznej na potrzeby własne źródła energii (różne dla każdego rodzaju źródła energii). 3.3. Parametry termiczne obiektów Parametry termodynamiczne w obiegach parowo-wodnych w blokach kondensacyjnych: temperatura pary świeżej z kotła 540 °C, ciśnienie około 14 MPa oraz wtórny przegrzew pary. Podobne parametry pary są w Elektrociepłowniach przedstawionych w Tab. Nr 2. Jednak w źródłach tych nie występuje wtórny przegrzew pary. 3.4. Charakterystyka urządzeń podstawowych Tab. Nr 4. Charakterystyka bloków ciepłowniczych BC i kotłów wodnych WP Potrzeby własne Nazwa jednostki BC100 BC50 BC50' WP120 Moc cieplna osiągalna brutto w wodzie sieciowej i parze technologicznej [MWt] max 200,0 108 91,8 140 min 120,0 64,8 55,08 84 Ciepło % 0,5% 0,5% 0,5% 0,5% Moc elektryczna Energia brutto przy Energia elektryczna osiągalnej elektryczna na mocy na produkcję cieplnej produkcję energii ciepła elektrycznej kWh/GJ 11,00 11,00 11,00 8,50 % 5,5% 5,5% 5,5% 0 Zużycie ciepła w paliwe przez kocioł [MWe] B [GJ/h] 105,00 1 268,45 55,00 656,35 46,75 557,90 0 586,00 Dla bloku ciepłowniczego BC50’ przyjęto dyspozycyjność 0,85. 4. Model obliczeń Model obliczeń przedstawiono w pkt.3.1. niniejszego opisu. Zakłada on porównanie różnicowe elektrociepłowni i ciepłowni oraz przyrównanie tego wyniku do działalności elektrowni. Wielkości produkcji ciepła i energii elektrycznej, czasy pracy, zużycie paliwa dla poszczególnych jednostek oraz całej EC wynikają z wykresu uporządkowanego zapotrzebowanego ciepła przedstawionego na Rys. Nr 1. Wielkości te zestawiono w Tab. Nr.5. Podobnie dla umownej ciepłowni zestawiono dane w Tab. Nr 6 wykorzystując wykres uporządkowany dla ciepłowni Rys. Nr 2. Także dla umownej elektrowni dane produkcyjne przedstawiono w Tab. Nr 7. Tab. Nr 5. Produkcja energii elektrycznej i ciepła oraz zużycie paliwa w umownej elektrociepłowni Umowna Elektrociepłownia Wyszczególnienie Miano BC- 50 nr1 Produkcja energii elektrycznej brutto Sprzedaż energii elektrycznej Produkcja ciepła Sprzedaż ciepła Zużycie paliwa Czas wykorzystania mocy zainstalowanej Czas pracy MWh MWh GJ GJ GJ tys.ton h/a h/a Jednostki BC- 100 BC- 50 nr2 409 955 423 797 153 023 0 986 774 377 692 2 912 498 2 898 008 4 892 253 227,55 391 438 2 920 566 2 906 035 5 119 667 238,12 91 227 553 636 550 881 1 269 560 59,05 0 171 987 171 131 201 979 9,39 860 786 6 558 687 6 526 056 11 483 459 534,11 7 454 8 544 4 036 5 136 1 667 2 256 345 1 056 Tab. Nr 6. Produkcja ciepła i zużycie paliwa w umownej ciepłowni Umowna Ciepłownia Wyszczególnienie Sprzedaż energii elektrycznej Produkcja ciepła Sprzedaż ciepła Zużycie paliwa Czas wykorzystania mocy zainstalowanej Czas pracy wszystkich WP-120 Razem WP-120 Miano Jednostka WP-120 nr 1-6 MWh -72146 GJ GJ GJ tys.ton 6 558 687 6 526 056 7 626 380 354,72 h/a 13 013 h/a 17 160 Uwagi Zakup na potrzeby własne Tab. Nr 7. Produkcja energii elektrycznej i zużycie paliwa w umownej elektrowni Umowna Elektrownia Wyszczególnienie Czas pracy Produkcja energii elektrycznej brutto Sprzedaż energii elektrycznej Produkcja ciepła Sprzedaż ciepła Zużycie paliwa Miano h/a 2*BK 210 4 500 2*BK 210 6 000 Jednostki 2*BK 210 7 500 2*BK 210 9 000 2*BK 210 10 500 MWh 1 890 000 2 520 000 3 150 000 3 780 000 4 410 000 MWh 1 740 690 2 320 920 2 901 150 3 481 380 4 061 610 GJ GJ GJ tys.ton 0 0 17 858 268 830,62 0 0 23 811 024 1 107,49 0 0 29 763 780 1 384,36 0 0 0 0 35 716 535 41 669 291 1 661,23 1 938,11 5. Dane produkcyjne Dane produkcyjne dotyczące elektrociepłowni, ciepłowni i elektrowni zestawiono w powyższych Tab. Nr 5, Tab. Nr 6 i Tab. Nr 7. Dane źródłowe: [1] Statystyka Elektroenergetyki Polskiej 2003 [2] Katalog Elektrowni i Elektrociepłowni Zawodowych. Stan 31.01.2004 r. Agencja Rynku Energii SA Rys. Nr 1. Wykres uporządkowany produkcji ciepła w umownej Elektrociepłowni 700 600 500 WP-120 nr 3 WP-120 nr 2 400 MWt WP-120 nr 1 BC-50 nr 2 300 BC-100 BC-50 nr1 200 100 0 1 14 27 40 53 66 79 92 105 118 131 144 157 170 183 196 209 222 235 248 261 274 287 300 313 326 339 352 365 dni Rys. Nr 2. Wykres uporządkowany produkcji ciepła w umownej Ciepłowni 700 600 500 WP-120 nr6 400 WP-120 nr5 MWt WP-120 nr4 WP-120 nr3 WP-120 nr 2 300 WP-120 nr1 200 100 0 1 14 27 40 53 66 79 92 105 118 131 144 157 170 183 196 209 222 235 248 261 274 287 300 313 326 339 352 365 dni 6. Dane i wskaźniki ekonomiczne Dane i ceny, które wchodzą do rachunku ekonomicznego zostały przyjęte na bazie wieloletnich doświadczeń naszej firmy. Wykorzystano również ceny i koszty obiektów, dla których „Energoprojekt – Warszawa” S.A wykonuje w ostatnim okresie analizy ekonomiczno – finansowe. Najważniejsze z nich to: Elektrownia Kozienice S.A., Zespół Elektrowni Ostrołęka, Elektrownia Stalowa Wola S.A., Elektrownia Rybnik S.A, Elektrociepłownie Warszawskie S.A., Elektrociepłownia Lublin – Wrotków Sp. z o.o., Elektrociepłownia Rzeszów S.A. i wiele innych. Stąd nasze doświadczenie w zakresie kreowania kosztów wytwarzania energii elektrycznej i ciepła jest poparte szeroką wiedzą w tym zakresie. 6.1. Model analizy ekonomicznej Analizę ekonomiczną przedstawiono na załączonym arkuszu gdzie cenę energii elektrycznej z elektrociepłowni ustala się wychodząc z formuły kosztowej. Przyjęto następującą zasadę ustalenia ceny energii elektrycznej z elektrociepłowni: Zaprojektowano modelową elektrociepłownię i modelową ciepłownię o tej samej mocy i sprzedaży ciepła. Następnie od kosztów elektrociepłowni odjęto koszty ciepłowni, a uzyskaną różnicę kosztów potraktowano jako wartość sprzedaży energii elektrycznej i na tej podstawie wyliczono cenę energii elektrycznej z elektrociepłowni. Takie podejście eliminuje problem podziału kosztów w elektrociepłowni na koszty ciepła i koszty energii elektrycznej. Następnie cenę energii elektrycznej porównano z ceną porównywalnej elektrowni systemowej opalanej węglem kamiennym. Wykonano również badanie symulacyjne w którym określono czas pracy modelowej elektrowni kondensacyjnej przy którym koszt wytwarzania w elektrowni systemowej jest równy kosztowi wytwarzania energii elektrycznej w modelowej elektrociepłowni. 6.2. Koszt węgla Koszt węgla przyjęto w wysokości 206,0 PLN/tonę loco źródło (łącznie z sorbentem) usytuowane w Centralnej Polsce. 6.3. Koszt korzystania ze środowiska Koszt korzystania ze środowiska określono na podstawie Rozporządzenia Rady Ministrów z dnia 14 grudnia 2004 roku w sprawie opłat za gospodarcze korzystanie ze środowiska (Dziennik Ustaw 279 poz. 2758 z 2004 roku). Emisja pyłu zł/tonę 270,0 SO2 zł/tonę 410,0 NOx zł/tonę 410,0 CO zł/tonę 110,0 CO2 zł/tonę 0,22 Odpady paleniskowe zł/tonę 14,87 6.4. Cena energii elektrycznej na potrzeby własne - dla ciepłowni – 180,0 PLN/MWh - dla elektrociepłowni i elektrowni systemowej – po kosztach zmiennych w danym źródle 6.5. Koszty stałe Koszty stałe przyjęto na bazie kosztów faktycznych jakie występują w zbliżonych obiektach - dla ciepła w elektrociepłowni 6000 PLN/MWt/m-c - dla ciepła w ciepłowni 3 500 PLN/MWt/m-c - dla energii elektrycznej w elektrociepłowni i elektrowni systemowej 20 000 PLN/MWe/m-c 6.6. Jednostkowe nakłady inwestycyjne - dla elektrociepłowni 3, 90 mln.zł/MWe - dla elektrowni systemowej 3, 00 mln.zł/MWe - dla ciepłowni 0,90 mln.zł/MWt 6.7. Stopa amortyzacji - dla elektrociepłowni - 6,0% - dla elektrowni systemowej – 5,5% - dla ciepłowni – 5,0% 6.8. Porównanie kosztu wytwarzania energii elektrycznej Rysunek na następnej stronie prezentuje porównanie kosztu wytwarzania energii elektrycznej w modelowej elektrociepłowni z kosztami wytwarzania energii elektrycznej w modelowej elektrowni systemowej. Przy czasie pracy w granicach 4 350 h/a (wg wykonania w 2003 roku) uzasadnione koszty wytwarzania energii elektrycznej w elektrociepłowni są wyższe od uzasadnionych kosztów wytwarzania w elektrowni systemowej o 16,0 – 17,0%.
