Raport energiczni mix_energetyczny (1) (2)
-
Upload
kamilpruchnik -
Category
Documents
-
view
1.455 -
download
6
description
Transcript of Raport energiczni mix_energetyczny (1) (2)
Model Energii
Rozproszonej
w Polsce:
możliwe
zastosowania
oraz analiza
opłacalności.
Raport Końcowy
Inspiring Solutions Academy
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Kamil
Pruchnik
Szkoła
Główna
Handlowa
Finanse
Łukasz
Fidurski
Politechnika
Warszawska
Elektrotechnika
Mateusz
Szetela
Szkoła
Główna
Handlowa
Ekonomia
* Źródło: Internet
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
1
2
3
4
5
Wstęp
Przyszłość sektora energetycznego UE
Wyzwania energetyczne w Polsce do roku 2030
Energetyka Rozproszona
Implementacja energetyki rozproszonej – symulacje
Spis treści
6 Model Input-Output
7 Hybrytoza
8 Podsumowanie & Rekomendacje
9 Bibliografia
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Wstęp
Jak wygląda sytuacja w sektorze
energetycznym w Polsce?
Polska energetyka cierpi na chroniczne braki
inwestycyjne. Obecne potrzeby inwestycyjne w
polskim sektorze energetycznym wynoszą ok. 100
mld euro do 2030 roku. Z tej kwoty 5 mld euro to
inwestycje w linie przesyłowe, 20 mld euro w linie
dystrybucyjne, a cała reszta w tworzenie nowych
mocy produkcyjnych – bazujących zarówno na
źródłach odnawialnych i nieodnawialnych.
Jeżeli Polska będzie miała się wywiązać ze
zobowiązań unijnych, to wówczas pierwsze
blackouty pojawią się w 2016 r. To właśnie wtedy
Polski rząd, zamknie bloki o łącznej mocy 5 tys.
Megawatów (na podstawie wynegocjowanej
derogacji). Te elektrownie miały być zamknięte już
w 2008 r., jednak udało się to przesunąć w czasie.
Obecnie rząd szuka rozwiązania, które pozwoli
mu zamknąć bilans energetyczny.
Media zdominowały informacje o czterech
wyjściach z tego problemu:
Pierwszym jest postawienie elektrowni atomowej,
która miałaby uchronić kraj przed przerwami w
dostawie prądu.
Drugim jest budowanie nowych bloków
energetycznych tzw. konwencjonalnych czyli
kolejne elektrownie węglowe lub gazowe.
Trzecim jest import energii z zagranicy (np. z
krajów wschodnio-europejskich, które produkują
tani prąd, gdyż nie obejmują ich takie limity emisji
CO2 jak Polski).
Wreszcie, czwartym, ostatnim pomysłem jest
uniezależnienie Polski energetycznie za pomocą
energii z gazu łupkowego.
Jak zostało to zaprezentowane dalej w raporcie,
żadna z tych propozycji nie jest optymalna, gdyż:
• wymaga olbrzymich nakładów inwestycyjnych,
• na skutki rozwiązań należy czekać długi czas.
W efekcie, ani jedno z czterech podanych
pomysłów, nie rozwiązuje zagrożenia w postaci
blackoutów w 2016 r.
Zielona droga
Alternatywną drogą, jest wykorzystanie możliwości
płynących z energetyki rozproszonej
zaprezentowane w raporcie.
Do zalet tego rozwiązania można zaliczyć:
• wykorzystanie OZE (czyli redukcja emisji),
• budowanie niezależności energetycznej kraju od
eksporterów surowców energetycznych
• niższe nakłady inwestycyjne,
• szybsze skutki działania.
W Wielkiej Brytanii uruchomiono w kwietniu
2010 r. nową strategię energetyczną, na mocy której
każdy brytyjski dom miałby posiadać własną
instalację energetyczną na dachu.
Do tej pory udało się uruchomić ok. 200 tys. takich
instalacji. Planowo rząd brytyjski chce mieć 8 mln
takich instalacji, które będą miały moc 40 tys.
megawatów (w Polsce całość zainstalowanych mocy
to mniej niż 35 tys. megawatów) i wyprodukują 30
mln MWh.
Ta energia jest niemal pozbawiona strat na przesyle,
gdyż zasila ona energetycznie głównie dom
właściciela instalacji. Nowy sektor wytworzy ok.
100 tys. nowych miejsc pracy.
Dwa słowa wstępu o
energetyce i raporcie
Misja
Celem poniższego raportu, jest dokonanie analizy
opłacalności uruchomienia podobnego rozwiązania
jak brytyjskiego w Polsce. Wierzymy, że w Polsce
drzemie olbrzymi, niewykorzystany potencjał
energetyczny.
Konstrukcja raportu
Raport rozpoczyna się od przedstawienia
obecnej sytuacji energetycznej w UE.
Przytoczone są najważniejsze decyzje wspólnoty
dotyczące przyszłości sektora energetycznego oraz
kierunki rozwoju.
W kolejnej części, zaprezentowana jest dzisiejsza
kondycja sektora energetycznego w Polsce.
Wypunktowane są wyzwania oraz zagrożenia dla
polskiej energetyki oraz realny wpływ przepisów
unijnych. Podana jest również prognoza dot. ceny
za prąd elektryczny.
Po tych dwóch częściach opisujących sytuacje z
makroekonomicznego punktu widzenia,
przybliżona zostaje idea energetyki rozproszonej.
Następnie szczegółowo zostanie opisana strategia
MIX’u energetycznego, polegającego na użyciu
modelu energetyki rozproszonej (MER).
Zaprezentowane są szczegółowe rozwiązania
technologiczne hybrydy energetycznej dla
gospodarstw domowych. Ta część została
zakończona symulacją skutków implementacji
strategii MIX’u energetycznego dla trzech
podstawowych scenariuszy (optymistyczny,
realistyczny oraz psymistyczny).
Na podstawie wyników symulacji uruchomienia
strategii MIX’u w Polsce zaprognozowany został
wpływ tej strategii na całość gospodarki do
2020 r. za pomocą modelu Input-Output (symulacja
również przeprowadzona w 3 scenariuszach).
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Wstęp
W oparciu o wcześniejsze analizy oraz symulacje,
zaprezentowany został również koncepcyjny
projekt urządzenia pt. Hybrytoza, czyli proste
rozwiązanie technologiczne, za pomocą którego
każde gospodarstwo w Polsce może wykorzystywać
energię rozproszoną.
Ostatnią częścią raportu jest podsumowanie całej
analizy oraz wypisanie rekomendacji. Mamy
nadzieję, że raport został napisany w przejrzysty
sposób i rzuca nowe światło na wyzwania
energetyczne Polski jak i prezentuje nowoczesne
rozwiązanie problemu.
„Energiczni”
Nasz zespół składa się z trzech osób, studiujących
różne kierunki. Posiadamy inne bagaże
doświadczenia zarówno akademickiego (w skład
zespołu wchodzi student ekonomii, energetyki oraz
finansów) jak i zawodowe.
To właśnie ten mix różnych doświadczeń oraz
perspektyw skutkował stworzeniem strategii
MIX’u, zaprezentowanej w raporcie.
Kamil Pruchnik
Łukasz Fidurski
Mateusz Szetela
* Źródło: Internet
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Przyszłość sektora
energetycznego UE
Ogólna charakterystyka sektora
Kraje UE są w 50% zależne od importu surowców
energetycznych. W 2030 roku zależność ta może
wzrosnąć nawet do 70% za sprawą ciągłego
wzrostu zapotrzebowania na energię (przy braku
inwestycji w niezależne moce energetyczne w UE).
Dlatego obecna struktura europejskiego sektora
energetycznego ulegnie w kolejnych latach
przekształceniom w wyniku budowy wspólnego
rynku energii UE. Głównym celem jest wzrost
konkurencji i bezpieczeństwa.
Do najważniejszych ustaleń unijnych zaliczyć należy
„Pakiet 3x20”, „Mapę 2050” oraz ustalenia
dotyczące powstania wspólnego rynku
energetycznego w UE do 2015 roku.
Budowa wspólnego rynku UE
Od 2015 roku żaden kraj nie może być izolowany
od europejskiej sieci przesyłu gazu i elektryczności.
Podstawą bezpieczeństwa energetycznego UE
stanowić będą nowe trasy przesyłu, interkonektory
oraz alternatywne surowce, źródła i trasy dostaw.
KE oszacowała potrzeby zainwestowania w sieci
przesyłowe w UE na 200 mld euro do 2020 roku.
Ciężar największych wydatków spadnie na firmy
energetyczne. Stworzenie wewnętrznego rynku
energii może doprowadzić do obniżenia cen energii
elektrycznej oraz podniesienia jakości
świadczonych usług.
Przede wszystkim jednak zmiany te mają pośrednio
doprowadzić do uzyskanie niezależności
energetycznej UE.
Pakiet 3x20
Na szczycie Rady Europejskiej 8-9 marca 2007
przyjęto Plan Działań integrujący politykę
klimatyczną i energetyczną UE, aby ograniczyć
wzrost średniej globalnej temperatury oraz
zmniejszyć zagrożenie wzrostem cen i ograniczoną
dostępnością ropy i gazu. Do najważniejszy ustaleń
zaliczyć należy:
Prognozowanym skutkiem implementacji „Pakietu
3x20” w skali całej UE jest:
• Zmniejszenie o 600-900 milionów ton emisji
gazów cieplarnianych,
• Utworzenia dodatkowych 530 000
pełnoetatowych miejsc pracy,
• Oszczędności 200 Mtoe (równowartość 55 mld
EUR) dla gospodarki europejskiej dzięki
zmniejszeniu importu energii do UE,
• Spadek kosztów pozyskania energii z systemów
fotowoltaicznych, technologii słonecznych oraz
energii pływów i fal
Zmiany w sektorze
energetycznym UE
-20% Zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych do 2020 co najmniej o 20% w porównaniu do
1990
-20% Powiększenie udziału energii produkowanej z
OZE do 20% całkowitego użycia
energii średnio w UE w 2020
-20% Racjonalizacja wykorzystania energii oraz w konsekwencji
ograniczenie jej zużycia o 20%
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Przyszłość sektora
energetycznego UE
Nowe inwestycje
Z uwagi na prowadzoną politykę europejski sektor
energetyki odchodzi od energii ze źródeł
konwencjonalnych w kierunku OZE. Powyższą
tezę potwierdzają dane za 2011rok. Pod względem
zainstalowanej mocy wytwórczej aż 30GW (70%)
pochodziło ze źródeł odnawialnych.
W tym dominującym źródłem jest fotowoltaika z
łączną mocą zainstalowaną w 2011 wynoszącą
21GW. Stanowiło to aż 47% całkowitej mocy
zainstalowanej. Na drugim miejscu, są elektrownie
gazowe 21,6% (9,72 GW) oraz elektrownie
wiatrowe 21,4% (9,61 GW).
Zdecydowana przewaga, bo aż 96% mocy
zainstalowanej źródeł energii odnawialnych
powstało w systemach fotowoltaicznych
wiatrowych i gazowych. Pokazuje to, że właśnie te
technologie cechują się największą opłacalnością i
możliwościami rozwoju.
W 2000 r. moc nowo zainstalowanych źródeł
odnawialnych wynosiła 3,5GW, a w ciągu 11 lat ich
moc zwiększyła się dziesięciokrotnie (32GW).
Także całkowity udział źródeł odnawialnych
zwiększył się z 20,7% w 2000 r. do 23,3% w
2011 r. Już teraz można powiedzieć, że
fotowoltaika przeżywa ogromny rozwój w Europie.
W 2011 znacznie zmniejszyła się moc elektrowni
atomowych (o 6,3GW). Podobnie stało się z
elektrowniami na olej. Przybyło jednak mocy
wytwarzanych w tradycyjnych elektrowniach
węglowych.
Znacząco wzrósł udział fotowoltaiki w mix’ie
energetycznym, z praktycznie nieistniejącego w
2000 roku (188MW) do 5% ogólnej mocy w UE w
2011 roku (46,3 GW). Przy tak szybkim wzroście
udziału energetyki odnawialnej, możliwe stanie się
zredukowanie emisji CO2, poprzez stopniowe
zastępowanie konwencjonalnych źródeł energii
źródłami odnawialnymi (głównie PV i wiatr).
Europa stawia na
energię odnawialną
1% 1% 2% 5%
1%
21%
22%
47%
Nuclear
Large Hydro
Fuel Oil
Coal
CSP
Wind
Gas
PV
Udział nowopowstałych bloków
energetycznych
21000
9718 9616
2147 700 606 472 331 234 690 32 9 5 0
-834 -215 -840 -1147 -22
-6253
-60
New Capacity Decommissioned
Nowo zainstalowane oraz wyłączane moce
(MW, łącznie 35,468)
PV
Gas
Win
d
Co
al
Fuel O
il
Large H
ydro
CSP
Nuclear
Bio
mass
Waste
Geo
therm
al
Sm
all Hyd
ro
Ocean
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Przyszłość sektora
energetycznego UE
Przyrost mocy od 2000 roku nastąpił w
elektrowniach gazowych (116GW), wiatrowych
(84,2 GW) i fotowoltaicznych (47,7 GW). Z kolei
widać znaczny spadek w elektrowniach nuklearnych
(14,2 GW) i węglowych (10,3 GW). Inne źródła
nieznacznie się rozwinęły, jednak pozostają daleko
za energią słoneczną i wiatrową.
Widać, że w XXI wieku energia będzie pochodzić
w coraz większej części ze źródeł odnawialnych.
Warto o tym pomyśleć w chwili, gdy w Polsce
powstają plany budowy elektrowni atomowych czy
opalanych biomasą.
Niemcy prekursorem zmian
Po katastrofie w japońskiej elektrowni jądrowej
Fukushima w 2011 roku, rząd Angeli Merkel
dokonał zwrotu w swej polityce energetycznej,
zapowiadając stopniowe wyłączenie 17 elektrowni
atomowych do 2022 roku oraz szybszy rozwój
energetyki opartej na źródłach odnawialnych.
Obecnie (2012) udział energii atomowej w bilansie
produkcji energii elektrycznej w Niemczech to ok.
26%. Jednocześnie, OZE w 2010 dostarczyły w
tym kraju ok. 17% energii elektrycznej.
Plany przestawienia się na energię odnawialną,
nazwane "rewolucją" bądź "przełomem"
energetycznym (niem. Energiewende), są jednym z
najważniejszych zamierzeń Niemiec na najbliższe
dziesięciolecia.
Do końca roku Niemcy chcą również wypracować
plan budowy 4 tys. km nowych sieci przesyłowych.
Zamierzenia dotyczące rozbudowy sieci mają się
zazębiać z planami budowy nowych elektrowni.
Łącznie, koszty rozbudowy infrastruktury
szacowane są na ponad 150 mld euro w najbliższej
dekadzie.
Mix Energetyczny EU 2000
12%
16%
22%
28%
0%
1% 1% 2%
Fuel Oil
Gas
Nuclear
Coal
PV
Biomass
Small Hydro
Wind
Mix Energetyczny EU 2011
6%
23%
14%
26%
5%
1%
1%
10% Fuel Oil
Gas
Nuclear
Coal
PV
Biomass
Small Hydro
Wind
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Wyzwania energetyczne w
Polsce do roku 2030
Historia energetyki w Polsce
Opisane w poprzedni rozdziale zmiany w UE mogą
istotnie wpłynąć na strukturę rynku energii w
Polsce. Do tej pory konsolidacja polskiego sektora
energetycznego przebiegała ze znacznym
opóźnieniem w stosunku do krajów Europy
Zachodniej.
W latach 90tych doprowadzono do pierwszej
rewolucji energetycznej w Polsce. W jej wyniku
miał miejsce początek funkcjonowania
konkurencyjności rynku energii elektrycznej.
Dokonano podziału rynku na sektory: wytwarzania,
przesyłu, dystrybucji i obrotu. Uruchomiono
również liberalizację rynku i procesy
prywatyzacyjne.
Drugą rewolucję rozpoczęto wraz z nowym
stuleciem i dotyczyła programu dla
elektroenergetyki. To właśnie wówczas
uruchomiono procesy konsolidacyjne i powstanie
zintegrowanych pionowo przedsiębiorstw
energetycznych.
Przyczyną konsolidacji było zwiększenie potencjału
inwestycyjnego podmiotów. Decyzje te były podjęte
z około dziesięcioletnim opóźnieniem w stosunku
do innych krajów UE.
Trzecią rewolucję energetyczną w Polsce
uruchomią „Pakiet 3x20” oraz „Mapa 2050”, które
narzucają ambitne wymagania dla całego sektora.
Otwartą kwestią zostaje kierunek i sposób
spełnienia wymagań prawnych – czy to za pomocą
energetyki atomowej, konwencjonalnej (węgiel oraz
gaz) czy OZE.
Energetyczna
rewolucja
Energetyka w Polsce a w UE
Polska jest szóstym największym producentem
energii elektrycznej w UE (patrz tabela poniżej).
W porównaniu z UE Polski rynek charakteryzuje
się dwoma różnicami. Po pierwsze, w porównaniu
do np. Francji czy Niemiec, Polska na niespotykaną
skalę uzależniona jest od jednego surowca – węgla,
z którego produkujemy 90% energii. Według
obecnych szacunków, uzależnienie od tego surowca
będzie maleć, jednak nadal w 2030 roku energie
pozyskiwana z węgla będzie stanowić ponad 50%
całej produkowanej energii (patrz poniżej).
639,1 574,4
390 317,9 310,1
154,6 149,3
Państwa UE produkujące najwięcej energii
elektrycznej w 2008 roku (wolumen - TWh)
0
50
100
150
200
2006 2010 2015 2020 2025 2030
Odpady
Energia odnawialna
Paliwo jądrowe
Produkty naftowe
Gaz ziemny
Wębiel brunatny
Węgiel kamienny
TwH
Prognozy produkcji energii elektrycznej
według paliw
Węgiel
Brunatny
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Wyzwania energetyczne w
Polsce do roku 2030
Wartość wskaźnika poniżej 0,10 wskazuje na brak
koncentracji, od 0,10 do 0,18 wskazuje na
umiarkowanie wysoką koncentrację, zaś powyżej
0,18 wskazuje na bardzo wysoką koncentrację.
W Polsce wartość wskaźnika HH wynosi 0,21, co
oznacza bardzo wysoką koncentrację.
Kluczowe przyczyny braku konkurencyjności
polskiego rynku to:
• Brak precyzyjnych kryteriów uznawania
zawartych kontraktów na dostawę energii
elektrycznej za możliwe do wykonania biorąc
pod uwagę warunki techniczne,
• Brak mechanizmu umożliwiającego
przekazywanie informacji o obowiązującej cenie,
która byłaby wyznacznikiem dla zawieranych
umów na rynku.
Polska a „Pakiet 3x20”
Polsce udało się wynegocjować nieco lżejsze
wymagania dotyczące pakietu 3x20%. Redukcja
gazów cieplarnianych ma wynieść 15% w
porównaniu do 20% dla pozostałych krajów
europejskich (patrz tabela na kolejnej stronie).
Obniżenie emisji CO2 o 15% w porównaniu do
1990 roku oznacza redukcję emisji o 60 mln ton
CO2. Zwiększenie efektywności energetycznie
oznacza oszczędności w wysokości 96 TWh.
Z kolei inwestycje w OZE do uzyskania progu 20%
całkowitej energii elektrycznej produkowanej
oznaczają inwestycje w nowe moce energetyczne o
sile 180 TWH.
Mimo wszystko, uruchomienie pakietu będzie
miało silny negatywny skutek na wzrost
gospodarczy oraz sam sektor energetyczny
spowodowany skokowym wzrostem ceny za energię
elektryczną.
Drugą jest izolacja energetyczna kraju od UE.
W porównaniu do Niemiec czy Francji, Polska jest
„samotną wyspą” . Całkowite zdolności połączeń z
Niemcami, Czechami oraz Słowacją nie
przekraczają 10 proc. mocy zainstalowanych w
krajowym systemie energetycznym.
Konkurencja na rynku energetycznym
Zdaniem URE Polski sektor energetyczny wciąż nie
spełnia wymogów rynku konkurencyjnego.
Obecnie ponad 40% produkowanej energii jest
przez PGE (patrz tabela poniżej).
Statystyki dotyczące sprzedaży energii również
sugerują, iż sektor energetyczny w Polsce jest daleki
od wolnorynkowego. Trzech największych graczy z
udziałem przeszło 70% ma znaczący wpływ na
kształtowanie się ceny energii.
Wskaźnik Herfindahla-Hirschmana (HH) jest
najczęściej stosowaną miarą koncentracji na rynku
energii elektrycznej. Definiowany jest on
jako suma kwadratów udziałów rynkowych.
Wskaźnik ów przyjmuje wartości z przedziału
(1/n;1), przy czym im wyższa jego wartość, tym
silniejsza koncentracja.
40%
15% 12% 8% 7% 4% 2% 12%
Najwięksi producenci energii w Polce
Udział w rynku w 2009 r.
Koncentracja sprzedaży energii
Współczynnik HH 0.21
Udział 3 największych podmiotów w
sprzedaży 71%
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Wyzwania energetyczne w
Polsce do roku 2030
wiatrowych. Katowicki koncern Tauron planuje
do 2016 roku wyłączenia w sumie aż 1770 MW
mocy w swoich elektrowniach. Dziura w bilansie
energetyczny spowoduje blackouty na krajową skalę.
Polski rząd zobowiązał się przy wynegocjowanej
derogacji, że zamknie bloki o łącznej mocy 5 tys.
megawatów. Te elektrownie miały być zamknięte
już w 2008 r., jednak udało się to przesunąć w
czasie.
Jak wspomniano wcześniej, tej energii nie można
pozyskać importując ją z zagranicy – system
przesyłowy w Polsce jest ograniczony i nie
„podłączony” z resztą EU tak aby zagwarantować
zbudowanie na czas „mostu energetycznego”.
Wprawdzie, obecnie toczone są prace na takim
połączeniem z Litwa (projekt ma pochłonąć prawie
3 mld PLN) i być ukończony przed 2016 rokiem.
Jednak konieczne jest szukanie rozwiązania, które
umożliwi zamknąć bilans energetyczny oraz
utrzymać względną niezależność energetyczna od
zewnętrznych dostawców.
Nie uda się również zamknąć bilansu poprzez
inwestycje w nowe bloki węglowe – budowa takich
zajmuje około 5 lat .W Polsce brakuje również
obecnie podmiotów, które miałyby możliwości
finansowe oraz budowlane na stworzenie nowych
bloków węglowych. Ponadto, kolejne elektrownie
węglowe to zwiększanie emisji CO2 oraz płacenie
wysokich kar Unii Europejskiej.
W przypadku budowy elektrowni atomowej -
technicznie możliwe jest uruchomienie takiej
elektrowni pod koniec 2024 r. Jest to prawie 10 lat
po tym, gdy w Polsce pojawią się przerwy w
dostawie prądu, dlatego energia jądrowa nie
rozwiąże problemów energetycznych na najbliższe
4 lata. Dodatkowo w celu oceny, czy faktycznie ona
powstanie, należy dokonać analizy nie tylko
technologicznej, społecznej czy politycznej, ale
przede wszystkim biznesowej. Polskiego rządu nie
stać na sfinansowanie tak drogiego przedsięwzięcia.
Propozycje KE będą skutkować spadkiem popytu
na energię elektryczną, podniosą również ryzyko
inwestycyjne oraz regulacyjne. Najprawdopodobniej
doprowadzą do konsolidacji sektora w skali UE
której beneficjentami będą przede wszystkim
europejscy potentaci (z Francji i Niemiec).
Wyzwania energetyczne – blackouty w 2016
Według wyliczeń Rady Narodowego Programu
Redukcji Emisji 40% bloków energetycznych ma
ponad 40 lat. Stopa dekapitalizacji polskich
elektrowni wynosi ponad 70%. W ciągu ostatnich
20 latach nie dokonano niezbędnych inwestycji w
infrastrukturę energetyczną.
W 2016 roku Polsce zabraknie od 2 000 MW do
6 000 MW. Przykładowo, do 2015 roku PGE
wyłączy kilka bloków, w tym 205 MW
w Elektrowni Dolna Odra oraz 412 MW
w Turowie. Do tego czasu nie ruszy jeszcze żaden
z planowanych nowych dużych bloków
energetycznych. PGE liczy więc, że uda jej się
pozyskać 1000 MW z lądowych elektrowni
-20% Zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych do 2020 w porównaniu do 1990 o
15%
-20% Powiększenie udziału energii produkowanej z
OZE do 20% całkowitego użycia energii średnio w
UE w 2020
-20% Racjonalizacja wykorzystania energii oraz
w konsekwencji ograniczenie zużycia o
20%
60 mln ton CO2
96 TWh
180 TWh
Jeżeli prywatni inwestorzy stwierdzą, że
uruchomienie takiej siłowni jest nieopłacalne,
wówczas energetyki jądrowej w Polsce po prostu
nie będzie.
Polski plan Marshalla dla sektora
energetycznego
Rada Narodowego Programu Redukcji Emisji
podała, iż potrzeby inwestycyjne w Polsce wynoszą
przeszło 100 mld euro. Szczegółowy podział kwot
jest zaprezentowany poniżej:
Polski sektor jest zbyt mały aby w normalny sposób
(budując duże nowe bloki) sprostać wyzwaniom
inwestycyjnym. Jednocześnie, z powodu:
• Małej liczba faktycznych dostawców energii
(oligopolistyczny rynek),
• Unikatowego, homogenicznego produktu,
• Silnych bariery wejścia na rynek (np. polityczne,
prawne, finansowe),
• Wysokiego opodatkowania sektora,
• Regulowanej ceny energii dla odbiorców
indywidualnych.
Szanse na znalezienie inwestora strategicznego lub
branżowego, który przyjmie na swoje braki potężne
obciążenie inwestycyjne, są małe.
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Wyzwania energetyczne w
Polsce do roku 2030
Wzrost cen energii elektrycznej
Ceny energii elektrycznej w Polsce są jednymi z
najwyższych w Europie (22,03 euro/kWh).
Droższy prąd jest tylko na Węgrzech (24,26
euro/kWh). Najtańszy prąd jest w Grecji, Finlandii
i Francji. Polacy za kwartalne zużycie płacą 12
złotych więcej niż Niemiec i 24 złote więcej niż
Czech. Na wysokie ceny prądu w Polsce wpływa
najwyższy podatek od cen energii elektrycznej w
regionie (22%) najniższy jest na Łotwie (9%).
Mimo, że odbiorcy w Polsce płacą za energię więcej
niż konsumenci w innych państwach UE, dalszy
wzrost cen jest nieunikniony. Wzrost będzie
wynikiem kilku składowych.
Pierwszą będą wzrastające ceny surowców
energetycznych na świecie. Do 2030 planowany
wzrost cen węgla wyniesie 35% (wariant
optymistyczny) Od 2020 ceny węgla zaczną
gwałtownie rosnąć z powodu niekontrolowanego
wzrostu popytu na energię w skali globalnej
(wariant pesymistyczny). Możliwe skoki cenowe
węgla takie jak ropy w latach 70’tych.
Drugą składową jest wzrost cen emisji CO2
narzucony przez UE. Obecnie cena uprawnień
kosztuje 10,6 zł. Ponieważ w ramach polityki UE
emisja CO2 ma być zmniejszona o 20% do
2020 ilość uprawnień ma spadać o 1,74% rocznie
od 2013 do 2020. Szacowany wzrost ceny energii z
powodu zakupu uprawnień wynosi ok. 57%.
17 17
9
22
16 17
Czechy Litwa Łotwa Polska Słowacja Węgry
Opodatkowanie energii w Polsce i regionie [%]
Potrzeby inwestycyjne
Nowe linie przesyłowe 5 mld EUR
Linie dystrybucyjne 20 mld EUR
Inwestycje w nowe moce
produkcyjne 75 mld EUR
Trzecią są koszty inwestycyjne w nowe bloki
energetyczne. Odbiją się one na cenie energii –
inwestorzy branżowi, licząc na zwrot z inwestycji,
będą dążyć do poniesienia ceny za prąd. Szacuje się,
iż oznaczać to będzie wzrost o ok. 20% ceny
elektrycznej.
Ostatnią składową wzrostu ceny elektrycznej
jest uwolnienie tej ceny. URE nadal reguluje
ceny energii. Obecnie ustawiona maksymalna
cena powoduje straty dla firm energetycznych
(PGE 400m, Tauron 160m, Enea 160m, Energa
200m zł). Rekompensują straty podnosząc ceny
dla firm (w 2009 o 100%).
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Wyzwania energetyczne w
Polsce do roku 2030
Zdefiniowanie całości problemu
Polska potrzebuje rozwiązania, które nie tylko
pozwoli na chwilowe zaspokojenie potrzeb budżetu
energetycznego w 2016 roku. Idealne rozwiązanie
zrealizuje cele zaprezentowane poniżej:
200 zł
1 MWh
2011 2013 2016 2020/22
260 /360 zł
1 MWh
+30/80%
???zł
1 MWh
Czas
Cena +???%
+???%
W 2011 roku cena kształtowała się na poziomie
200 zł za 1 MWh.
Punkty prognozowanych „szoków” cenowych
energii elektrycznej
Od 2013 dojdzie do „uwolnienia” licencji emisji
CO2 co spowoduje wzrost kosztów wytwarzania
energii z wykorzystania węgla. przyjęcie obecnych
interpretacji UE będzie oznaczało wzrost prądu w
2013 r. o ok. 60-150 zł ( 30-80%) za
megawatogodzinę, zależnie od tego ile będą
kosztować uprawnienia.
Od roku 2016 konieczne będzie wdrożenie
zaostrzonych standardów emisji SO2 i NOx dla
dużych źródeł spalania co również podniesie cenę.
1
2
Zmniejszy emisję CO2
(spełni wymagania UE w
ramach „Pakietu 3x20”)
Zapewni większą niezależność
energetyczną od dostaw
eksporterów surowców
energetycznych
Zminimalizuje efekt
podnoszenia ceny za energię
elektryczną
Zwiększy do 20% udział OZE
w całkowitej produkcji energii
elektrycznej
Jest szybkie do
wyegzekwowania
(czas realizacji szybszy niż 5 lat)
Zwiększy konkurencję na rynku
energii wśród producentów i
dostawców (pośrednio
powodując wzrost jakości usług
oraz spadek cen)
3
4
5
6
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Energetyka Rozproszona
Idea energetyki rozproszonej
Energetyka rozproszona (inaczej kogeneracja
rozproszona) to skojarzone wytwarzanie energii
elektrycznej i cieplnej w układach położonych w
bezpośrednim sąsiedztwie odbiorców energii.
Jest przeciwieństwem systemu zaopatrzenia w
energię cieplną i elektryczną z jednej centralnej
elektrociepłowni.
Zaletą kogeneracji rozproszonej jest uniknięcie
kosztów rozbudowy sieci cieplnej i związanych z
eksploatacją tej sieci strat ciepła. Kogeneracja
rozproszona umożliwia zaopatrzenie w energię z
wielu źródeł, w mniejszym stopniu wpływa
negatywnie na środowisko, a także zwiększa
bezpieczeństwo dostaw energii elektrycznej i
cieplnej.
Źródła energii
Rozproszone źródła energii (distributed generation)
mogą istotnie podnieść poziom bezpieczeństwa
energetycznego, zwłaszcza lokalnego i
regionalnego. Mogą one współpracować ze
scentralizowanymi systemami energetycznymi:
• sieciami gazowymi,
• systemem elektroenergetycznym
(źródła energii elektrycznej).
W literaturze wyróżniamy także pojęcie rozsianych
źródeł energii (dispersed generation), które pracują
autonomicznie na potrzeby zbioru odbiorców (sieci
lokalnych) bez połączenia z systemem
energetycznym.
Rozproszone źródła energii są przyłączane do sieci
wchodzących w skład systemu
elektroenergetycznego. Zależnie od mocy źródła
rozproszonego, dobierane jest jego przyłączenie do
sieci o odpowiednim napięciu znamionowym.
Jest to związane choćby ze zdolnościami
przesyłowymi istniejących linii oraz
zapotrzebowaniem mocy u odbiorców.
Poglądowa idea modelu energetyki rozproszonej
jest zaprezentowana poniżej.
W celu minimalizacji niekorzystnych zmian
spowodowanych wprowadzeniem do sieci źródła
rozproszonego stosuje się podłączenie do węzła
sieciowego oraz w przypadku źródła
rozproszonego o znacznej mocy wykorzystuje się
dodatkowe systemy sterowania oraz zabezpieczania.
Choć wiąże się to z pewnymi kosztami, źródła
rozproszone poprawiają bilans energetyczny,
wpływają na zmniejszenie strat przesyłowych oraz
zmniejszają straty i odchylenie napięcia. Istotne jest
także, aby moc źródeł energii elektrycznej była
dopasowana do mocy pobieranej przez odbiorców,
z uwagi na zmienność strumieni energii
uzyskiwanych np. z OZE. Źródła rozsiane mogą
natomiast pracować bez przyłączania do sieci.
Czym jest energetyka
rozproszona?
Poglądowa ilustracja modelu energetyki
rozproszonej
* Źródło: Internet
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Energetyka Rozproszona
Rozwój źródeł rozproszonych
Głównymi czynnikami odpowiedzialnymi z rozwój
źródeł rozproszonych oraz rozsianych są:
• obawy związane z koszami zewnętrznymi
eksploatacji tradycyjnych elektrowni, szczególnie
kwestie środowiskowe,
• starzejące się, niszczejące bloki elektrowni o
coraz mniejszych zdolnościach produkcyjnych,
• coraz wyższe ceny energii, duża złożoność i
wysokość kosztów ogólnego nadzoru nad
systemem energetycznym, pomiar oraz sposób
naliczania opłat,
• korzyści skali wynikające z produkcji dużej liczby
małych urządzeń, większe niż w przypadku
budowy dużych bloków elektrowni.
Chociaż wyprodukowanie 1 kW energii za
pośrednictwem źródeł energetyki odnawialnej jest
niekiedy wyższe niż w przypadku źródeł
konwencjonalnych, wyliczenie te nie uwzględniają
kosztów zewnętrznych.
Rozwój źródeł rozproszonych napędza rozwój
sensu stricte, któremu towarzyszy wzrost popytu na
takie technologie, a także pozytywne aspekty
związane z ekonomią skali, co więcej zwiększa
konkurencję oraz umożliwia bardziej elastyczne
finansowanie. W przyszłości zapewni odpowiednią
dywersyfikację, oraz duży udział „zielonej” energii.
Źródła rozproszone zmniejszają straty związane z
przesyłem energii, w krańcowym przypadku źródło
znajduje się w tym samym budynku co odbiorniki.
Zmniejsza tym samym konieczność rozbudowy
infrastruktury przesyłowej. Obecnie urządzenia
wykorzystywane w ramach źródeł energii
rozproszonej charakteryzują się wysoką
sprawnością, niską emisją CO2 (lub jej całkowitym
brakiem) oraz niskimi kosztami związanymi.
Mikrosieci
W ramach kogeneracji rozproszonej pojawia się
także pojęcie mikrosieci (Microgrid) - jest to
zlokalizowana w danym miejscu sieć urządzeń
produkujących i przechowujących energię
elektryczną, które w normalnych warunkach są
składnikami tradycyjnej scentralizowanej sieci.
Jednak w przypadku mikrosieci, punkt wspólny z
siecią tradycyjną nie występuje (mówimy o
autonomii mikrosieci). Mikrosieci pracują głównie
w technologiach niskonapięciowych. Z punktu
widzenia operatora sieci, podłączone mikrosieci
mogą być kontrolowane tak, jakby były
oddzielnymi podmiotami. W skład mikrosieci
mogą wchodzić ogniwa paliwowe, wiatrowe,
słoneczne, lub inne źródła energii.
Zdywersyfikowane źródła wytwórcze oraz
autonomiczność mikrosieci może zapewniać
niezawodne zasilanie w energię elektryczną.
Ciepło, które jest produktem ubocznym źródeł
wytwórczych, takich jak mikroturbiny, może być
wykorzystane do lokalnego ogrzewania , co daje
elastyczny wybór pomiędzy zapotrzebowaniem na
ciepło i energię elektrycznej.
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Implementacja energetyki
rozproszonej – symulacje
Wstęp do MIX'u energetycznego
Tak jak wspomniano wcześniej, sektor
energetyczny w Polsce musi zmierzyć się z kilkoma
wyzwaniami. Do najważniejszych zaliczyć należy:
• Przeciwdziałanie potencjalnym blackoutom w 2016
roku (uruchomienie mocy w wysokości tys.
Megawatów),
• Ograniczenie emisji CO2 o 15% w stosunku do
roku 1990 (redukcja emisji o 60 mln ton CO2 do
2020),
• Zwiększenie udziału OZE w wytwarzaniu energii
elektrycznej (dodatkowe 180 TWh do 2020).
Proponowane przez nas rozwiązanie MIX'u
energetycznego oparte jest o hybrydową instalację
przydomową bazującą na ogniwach
fotowoltaicznych, kolektorach słonecznych oraz
miniturbinach wiatrowych. Jest on modelowym
przykładem zastosowania energii rozproszonej na
masową skalę.
Opis MIX'u energetycznego zaczynamy od
przedstawienia wykorzystanych technologii.
Następnie analizujemy jego zastosowanie w trzech
wariantach i porównujemy uzyskane wyniki z
założonymi celami.
Wykorzystane technologie w MIX'ie
Kolektory słoneczne - pobierają one energię
słoneczną z promieniowania bezpośredniego,
odbitego i rozproszonego, wykorzystując konwersję
fototermiczną. Optymalnie ustawione wykazują
95% sprawność w przekazywaniu zmagazynowanej
energii do ogrzewania wody.
W jaki sposób działają kolektory słoneczne?
Konwersja fototermiczna polega na bezpośredniej
zamianie energii słonecznej, która zasila dany
wymiennik ciepła - na energię cieplną. Metalowa
powierzchnia kolektora nagrzewa się od promieni
słonecznych. Przez rurki przepływa płyn, który
chłodzi metal jednocześnie się nagrzewając.
Najczęściej stosowany jest płyn niezamarzający, w
przeciwnym wypadku konieczne byłoby
opróżnianie instalacji z wody przed nadejściem
zimy. Gorąca woda płynie do zbiornika, w którym
magazynowane jest ciepło (zasobnika ciepła).
Wewnątrz zbiornika znajduje się wężownica służąca
do podgrzania wody użytkowej. Magazynowanie
ciepła w zbiorniku umożliwia jednocześnie
produkcję ciepłej wody użytkowej w pochmurny
dzień. Ten sam zasobnik ciepła może być
wykorzystany również do podgrzania wody w
obiegu centralnego ogrzewania. Jest on
najważniejszym elementem całego układu. Musi
być doskonale zaizolowany, by temperatura wody
wewnątrz się nie obniżała.
Mix energetyczny –
analiza rozwiązania
Schemat działania kolektorów słonecznych
* Źródło: Internet
Przykładem zastosowania kolektorów w praktyce są
tzw. prysznice słoneczne. Urządzenia te nagrzewają
25 litrów wody do temperatury nawet 90°C co
pozwala na wyprodukowanie około 60 litrów wody
o temperaturze 36°C. Posiadają wbudowany zawór
termostatyczny, który zapewnia stałą temperaturę
wody. Jednocześnie, zabezpiecza on przed
poparzeniem gorącą wodą. Urządzenie waży ok.
26 kg. i podłącza się wężem ogrodowym.
Ogniwa fotowoltaiczne – są to elementy
półprzewodnikowe, w których następuje przemiana
(konwersja) energii promieniowania słonecznego w
energię elektryczną w wyniku zjawiska
fotowoltaicznego.
W jaki sposób działają ogniwa fotowoltaiczne ?
Zjawisko fotowoltaiczne polega na wykorzystaniu
półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym
pod wpływem fotonów o energii większej, niż
szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika,
elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury
(zob. nośniki ładunku) do obszaru p. Takie
przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Implementacja energetyki
rozproszonej – symulacje
pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia
elektrycznego.
Obecnie na świecie, a także w Europie
,obserwujemy dynamiczny wzrost tego właśnie
sektora. W samej tylko UE w 2011 zainstalowano
ogniwa fotowoltaiczne o łącznej mocy ponad 21
GW, (wzrost o niemal 42% względem roku
poprzedniego), a ilość energii wyprodukowanej to
44,8 TWh. Zgodnie w wyliczeniami Photon
International Magazine, cena ogniw
monokrystalicznych spadła z 1,44 Euro/Wat mocy
zainstalowanej do 0,82 E/W, czyli o 43,1 %, cena
ogniw polikrystalicznych spadła natomiast o 44,9%
z poziomu 1,47 E/W do 0,81 E/W.
Energia słoneczna - czy warto?
Obie wcześniej podane technologie (czyli kolektory
słoneczne oraz ogniwa fotowoltaiczne)
wykorzystują energię słoneczną. Obecnie,
usłonecznienie roczne w Polsce (czyli średnia
roczna ilość godzin, podczas której promienie
słoneczne padają bezpośrednio na powierzchnię
Ziemi) wynosi koło 18%, czyli 1600 godzin.
Jednocześnie, nasłonecznienie w Polsce (czyli ilość
energii słonecznej, padającej na określoną
płaszczyznę w określonym czasie) wynosi od 950
do 1250 kWh/m2.
Schemat działania ogniw fotowoltaicznych
Mapa usłonecznienia Polski
* Źródło: Internet
* Źródło: Internet
Oznacza to, iż w Polsce z samej tylko energii
słonecznej można wyprodukować 61910 TWh
(przy założeniu, że zamieniane na energię
elektryczną jest 100% energii słonecznej) przy
rocznych potrzebach energetycznych na poziomie
180 TWh (prognoza na 2020).
Wprawdzie obecnie technologia pozwala na
konwersje energii słonecznej na elektryczną w 15%
(taka jest sprawność ogniw fotowoltaicznych), oraz
nie wszystkie tereny w Polsce można "pokryć"
bateriami słonecznymi, jednak przytoczone dane
nt. usłonecznienia jednoznacznie sugerują, iż w
kraju jest nie wykorzystany potencjał energetyczny.
Mikrowiatraki – zasada działania jest identyczna
jak w przypadku zwykłych turbin wiatrowych,
różnica polega na mniejszej mocy urządzeń. Ich
moc nominalna nie przekracza 3 kW. Najczęściej
stosowane są do zasilania obwodów wydzielonych,
poprzez ładowanie akumulatorów.
Obecnie produkowane turbiny zapewniają dużą
wydajność przy jednoczesnym zachowaniu niskiego
poziomu hałasu, niskiej wadze i prostocie instalacji.
W turbinach stosowane są specjalne profile łopatek,
które w połączeniu z lekkimi i wytrzymałymi
materiałami nowej generacji zapewniają doskonałą
wydajność i małą bezwładność.
.
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Implementacja energetyki
rozproszonej – symulacje
W najbardziej sprzyjających warunkach
mikroturbina może osiągnąć całkowitą wydajność
dochodząca nawet do 39%, przy czym wartość ta
będzie stopniowo wzrastać wraz z rozwojem
technologii.
W jaki sposób działają turbiny wiatrowe?
Poruszające się powietrze (energia kinetyczna
wiatru) wprawia w ruch łopaty (których kształt
sprawia, że działająca siła przewyższa opory ruchu,
co wywołuje obrót wirnika wokół osi), a te
powodują ruch obrotowy wału podłączonego do
generatora produkującego prąd .
By zapewnić urządzeniu odpowiednią ilość wiatru,
turbinę umieszcza się na wysokiej wieży (maszcie)
tak, by wirnik był skierowany w stronę, z której
wieją najsilniejsze i najbardziej stałe wiatry.
Przekładnia i stycznik turbiny zapewniają dopływ
do sieci energii elektrycznej o odpowiedniej
częstotliwości (50 Hz) i napięciu (230 V),
niezależnie od zmian prędkości wiatru. Stycznik
pozostaje włączony do chwili, kiedy turbina nie
może wytworzyć wystarczającej ilości energii z
wiatru. Wtedy wyłącza się, pozwalając wirnikowi
swobodnie się obracać.
Mapa nasłonecznienia Polski
Uproszczony schemat turbiny wiatrowej
1 - Główne łożysko, 2 - Główny wał, 3 – Hamulce, 4 - Elementy
pomiarowe, 5 – Piorunochron, 6 - Układ chłodzenia, 7 – Prądnica, 8 -
Wymiennik ciepła, 9 – Sprzęgło, 10 – Przekładnia, 11 - Połączenie gondoli z
wieżą, 12 - Układ obracający gondolę
* Źródło: Internet
* Źródło: Internet
Turbiny te zwykle mają wysokość 15 m i
wytwarzają energię elektryczną o mocy od 100 W
do 5 kW (5000 W). Dla przeciętnego budynku
mieszkalnego najoptymalniejsze są turbiny o mocy
1-2,5 kW i wielkości małego człowieka. Są one
zwykle umieszczane na budynkach, które zasilają
(turbiny zintegrowane).
Energia wiatrowa - czy warto?
Szacuje się, że na 1/3 powierzchni Polski istnieją
odpowiednie warunki dla wykorzystania energii
wiatru, a produkcja energii elektrycznej z wiatru
może osiągnąć nawet 17 proc. bilansu
energetycznego kraju.
W chwili obecnej w Polsce pracuje 29 elektrowni
wiatrowych o łącznej mocy 10 MW.
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Implementacja energetyki
rozproszonej – symulacje
Z budową siłowni wiatrowych wiąże się jednak
kilka problemów. Są one uzależnione od dość
nieprzewidywalnego źródła energii.
Zanim przystąpi się do budowy, muszą być
przeprowadzone żmudne i kosztowne badania
wietrzności. Trwają one minimum dwa lata, a w
praktyce nawet 3-5 lat. Inny problem, to
nieprzewidywalność dostaw energii.
Jest to więc niewątpliwie źródło, które należy
wykorzystać, ale nie powinno sie opierać tylko na
nim przy budowaniu strategii energetycznej.
Dlatego, w proponowanym MIX'e energia wiatrowa
jest "uzupełnieniem" do energetyki słonecznej.
Wstęp do MIX'u energetycznego
W ramach każdego z rozwiązań zaproponowaliśmy
scenariusze:
• Optymistyczny
• Realistyczny
• Pesymistyczny
Jako założenie modelu przyjmujemy, że zużycie
energii elektrycznej w ciągu doby w gospodarstwie
domowym zamieszkałym przez 4 osoby nie
przekracza 11 kWh. (ok. 335 kWh w miesięcznie).
Taką ilość energii w warunkach polskich można
wyprodukować w miesiącach od kwietnia do
sierpnia po zainstalowaniu 20 paneli
fotowoltaicznych (każdy o mocy 125 W).
W pozostałych miesiącach, zwłaszcza w marcu,
wrześniu i październiku, wymaganą ilość energii
można wyprodukować instalując dodatkowe panele
fotowoltaiczne, ale lepszym rozwiązaniem będzie
uzupełnienie instalacji małą turbiną wiatrową, (ten
właśnie wariant przyjęliśmy w naszym modelu).
Zainstalowany wiatrak ma moc 3 kW.
Mapa rozkładu siły wiatru w Polsce
Energia wiatru w
Kwh/(m2/rok)
Wysokość
Masztu
10 m 30 m
Strefa I (Bardzo korzystna) >1000 >1500
Strefa II (Korzystna) 750-1000 1000-1500
Strefa III (Dość korzystna) 500-750 750-1000
Strefa IV (Niekorzystna) 250-500 500-750
Strefa V (Bardzo niekorzystna) <250 <500
* Źródło: Internet
Zgodnie z danymi zawartymi w Atlasie Klimatu
Polski, średnia roczna prędkość wiatru w Polsce
waha się pomiędzy 2,8-3,5 m/s.
W naszych obliczeniach założyliśmy ten parametr
na poziomie 3 m/s.
Dla scenariusza optymistycznego zakładamy, że
wspomniane instalacje pojawią się w 20%
gospodarstw domowych, realistycznym 12,5% oraz
pesymistycznym 7,5% do roku 2020. Cena emisji
CO2 – 40 EUR/t, jako kurs wymiany przyjęto 4,25
EUR/PLN.
Na potrzeby wyliczenia emisji CO2 ze źródeł
konwencjonalnych odpowiadającym otrzymanym
mocom przyjęto średnią emisyjność trzech
największych producentów energii w Polsce.
Wyniki scenariuszy
Poniższa tabelka prezentuje korzyści płynące z
proponowanego modelu:
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Implementacja energetyki
rozproszonej – symulacje
Zgodnie z założeniami MAE, do 2020 roku Polska
będzie produkować około 14% energii z OZ.
Implementacja proponowanego przez nas modelu
pozwoli zatem dopełnić jeden z wymogów pakietu
3x20 – dotyczący udziału energii ze źródeł
odnawialnych(wg. modelu udział produkcji energii
z ogniw hybrydowych wyniesie 7,42%, co łącznie z
prognozami MAE da wynik ponad 20%).
Ponadto, Polska jest zobowiązana do redukcji
emisji CO2 o 60 mln ton. Zgodnie z naszymi
założeniami redukcja wynikająca z samego
zastosowania strategii MIX’u może wynieść nawet
13,33 mln ton, co w połączeniu z redukcją z tytułu
pozostałych OZE oraz wzrostu efektywność
zarówno w sektorze elektroenergetycznym jak i
ciepłowniczym pozwoli spełnić drugie z założeń.
Wyniki symulacji
Op
tym
isty
czn
y
Rea
listy
czn
y
Pes
ymis
tycz
ny
Ilość wyprodukowanej energii
(TWh) 13,35 8,34 5,01
Udział w produkcji całkowitej
(%) 7,42 4,64 2,78
Redukcja emisji CO2
(mln ton) 13,33 8,33 4,99
Kwota zaoszczędzona z tytułu emisji
CO2 (mld PLN) 2,27 1,42 0,85
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Model Input-Output
Opis modelu – założenia teoretyczne
W celu estymacji wpływu zastosowania
proponowanego przez nas rozwiązania problemu
braków energii elektrycznej w 2016 roku
zastosowaliśmy model Input-Output (IO) czyli
przepływów międzygałęziowych.
W przypadku modelowania makroekonomicznego
model bazuje na następujących założeniach
(Analiza Input-Output. Notatki, S. Dorosiewicz i J.
Stańko):
• Układ jest zamknięty – założenie to uznajemy
za spełnione ze względu na to, iż eksport, import
i bilans handlowy są zmiennymi cyklicznymi,
natomiast ze względu na charakter naszej
prognozy (długi okres) nie uwzględnia się wahań
cyklicznych.
• Układ jest statyczny – nakłady na produkcję w
danym okresie pochodzą z tego samego okresu.
Ze względu na to, że analizujemy wpływ zmiany
podaży energii elektrycznej, której możliwości
magazynowania są mocno ograniczone,
założenie to jest spełnione.
• Produkcja jest niesubstytucyjna – produktów
danej gałęzi nie można zastąpić produktami innej
gałęzi. To założenie uwzględniliśmy w procesie
wyprowadzania prognozy.
• Produkcję globalną danej gałęzi można
podzielić między przepływy
międzygałęziowe i produkcję finalną.
Jest to cecha charakterystyczna modelu, której
nieuwzględnienie nie pozwala na jego
konstrukcję.
Modele IO są często stosowane przez
ekonomistów oraz inżynierów do oszacowania
wpływu zastosowania nowych technologii, na
przykład:
• V. Ryaboshlyk A Dynamic Input-Output Model with
Explicit New and Old Technologies (2006)
• J. E. Just Impacts of New Energy Technology, using
Generalized Input-Output Analysis (1973)
• D. Hawdon i P. Pearson Input-output simulations
of energy, environment, economy interactions in the UK
(1995)
• S. Casler i B. Hannon Readjustment Potentials in
Industrial Energy Efficiency and Structure (1989)
Wykorzystanie modelu
W ramach modelu wyszczególniliśmy (na podstawie
tablic przepływów międzygałęziowych GUS) sektor
produkcji energii elektrycznej. Podstawą modelu
jest tablica przepływów międzygałęziowych, która
wygląda następująco:
Model można znacznie modyfikować, jednak ze
względu na nasze ograniczone zainteresowanie
konkretnymi wynikami (jedynie wpływ na PKB) nie
widzieliśmy takiej potrzeby.
Ocena wpływu
MIX’u na gospodarkę
Produkcja Przepływy Produkcja
Globalna Xi międzygałęziowe Xij Finalna Yi
X1 x11 x12 Y1
X2 x21 x22 Y2
Wart.
Dodana Dj D1 D2
Prod.
Globalna Xj X1 X2
Aby ocenić wpływ zastosowania naszej propozycji
wykorzystaliśmy macierz materiałochłonności.
Wyprowadza się ją w następujący sposób:
B = [bij = xij / Xj ]
Macierz Leontiefa = I-B
Macierz materiałochłonności = (I-B)-1
Macierz materiałochłonności pokazuje o ile zł
należy zwiększyć produkcję globalną w dziale i aby
produkcja finalna w dziale j wzrosła o 1 zł.
W celu stworzenia prognozy musieliśmy stworzyć
tablice przepływów dal roku 2020.
Wykorzystaliśmy prognozę PKB Polski z
IHS Global Insight oraz prognozę cen energii i jej
całkowitej podaży w MWh. Na podstawie
najnowszych tablic przepływów
międzygałęziowych dostępnych na stronie GUS
wyprognozowaliśmy interesujące nas przepływy.
W prognozie uwzględniliśmy malejącą relację
zużycia energii do PKB (dane z Eurostatu) -
mianowicie uznaliśmy, że tendencja widoczna w
przeciągu ostatnich 10 lat utrzyma się do 2020
roku.
Dodatkowo, ze względu na charakterystykę naszego
rozwiązania (duża elastyczność lokalizacji
implementacji ze względu na względnie małe
rozmiary i koszty instalacji) założyliśmy relatywnie
szybszy przyrost efektywności w sektorze produkcji
energii elektrycznej, co wynikać może m.in. ze
znacznie mniejszych strat przesyłowych (15%
lepszy wynik niż w pozostałych sektorach). Nie
wpłynęło to jednak na prognozowany przez nas
współczynnik energochłonności całej gospodarki.
Estymując wartość wzrostu podaży energii
elektrycznej w trzech przedstawionych przez nas
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Model Input-Output
scenariuszach wykorzystując wskaźniki dla sektora
produkcji energii elektrycznej wyprowadziliśmy
oczekiwany wzrost PKB względem scenariusza
bazowego.
Model przez nas zastosowany wykorzystaliśmy do
zaprognozowania PKB w 2020 roku w każdym z 4
scenariuszy:
• Scenariusz bazowy. Za scenariusz bazowy
uznaliśmy prognozę PKB IHS Global Insight,
kiedy to proponowany przez nas koncept nie jest
stosowany,
• Scenariusz optymistyczny. Wzrost produkcji
elektryczności o 13,35 TWh,
• Scenariusz pesymistyczny. Wzrost produkcji
elektryczności o 8,34 THh,
• Scenariusz realistyczny. Wzrost produkcji
elektryczności o 5,0 TWh.
W każdym z analizowanych przez nas scenariuszy
uznaliśmy, że wzrost podaży energii elektrycznej
wynikający z implementacji naszej idei nie ma
wpływu na podaż w innych typach obiektów
produkujących energię elektryczną.
Uzasadniamy to tym, iż spodziewa się raczej braku
elektryczności, a ponadto możliwość jej importu są
mocno ograniczone, zaś rozbudowa infrastruktury
niezbędnej do importu ilości energii pozwalającej
zaspokoić popyt na nią zajęła by więcej czasu niż
horyzont naszej prognozy.
Należy zaznaczyć, że taka metoda pozwala na
oszacowanie nie tylko wpływu efektów
bezpośrednich (wzrost wartości w sektorze i) ale
również pośrednich (wpływ wzrostu w sektorze i
na wzrost w branżach z nim bezpośrednio
związanych) oraz indukowanych (dalszy wpływ
wzrostów na inne branże wynikający m.in. ze
zwiększonego popytu itp.).
W prognozie uwzględniliśmy malejącą krańcową
produktywność czynników produkcji. Wyniki
znajdują się na następnej modelu zaprezentowano
poniżej:
Wnioski – wysoki wpływ na PKB
Bardzo ważnym wnioskiem jest względnie mały
udział efektów bezpośrednich w efektach
całkowitych. Z tej przyczyny wnosimy, iż
proponowane przez nas rozwiązanie powinno być
wspierane przez aktywną politykę gospodarczą.
Jest to o tyle ważne, gdyż jak pokazaliśmy
wcześniej, jeżeli zostanie ono skutecznie
zaimplementowane oczekujemy, iż pozwoli uniknąć
blackoutów.
Wysoki wpływ na PKB, szczególnie w
scenariuszu optymistycznym, uznajemy za
uzasadniony, gdyż:
• Energia elektryczna (dokładniej jej
niewystarczająca podaż) będzie głównym
czynnikiem produkcji, który będzie wstrzymywał
wzrost.
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Model Input-Output
• Wzrost podaży energii elektrycznej w każdym ze
scenariuszy jest zbliżony do wzrostu PKB
względem scenariusza bazowego, co
uwzględniając wcześniejszy punkt jest zgodne z
intuicją,
• Wzrost podaży energii elektrycznej zwiększyłby
konkurencyjność gospodarki Polskiej, co
miałoby pozytywny wpływ na wolumen BIZ, a
przez to na wzrost gospodarczy,
• Know-how wygenerowany przez implementację
rozwiązania mógłby być eksportowany,
• Horyzont prognozy jest dość długi, przez co
względnie wysoka wartość wskaźników nie jest
zbytnio zaskakująca (wynika ze skumulowanych
efektów z lat wcześniejszych).
Podsumowanie
Mimo, że bezpośredni wpływ MER na produkt
krajowy brutto nie jest istotny, to całkowity wpływ
MER na gospodarkę znacznie przewyższa
bezpośrednie efekty, które generuje.
W związku z tym jest to kolejny argument, obok
przesłanek związanych z 3x20, aby model energii
rozproszonej był wspierany przez aktywną politykę
państwa i unijne fundusze strukturalne.
Wprawdzie relacja między efektami bezpośrednimi
a całkowitymi jest malejąca wraz ze skutecznością
implementacji MER (co jest spójne z intuicją
ekonomiczną), to biorąc pod uwagę oczekiwaną
niewystarczającą podaż energii elektrycznej, należy
naciskać na jak najskuteczniejszą implementację
strategii MIX’u.
W analizie nie wzięliśmy pod uwagę zastosowania
instalacji do celów cieplnych (ogrzewniczych),
jednak jest to aspekt, na który również warto
zwrócić uwagę w szerszej, dokładniejszej analizie.
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0
2
4
6
8
10
Optymistyczny Realistyczny Pesymistyczny
Wyniki modelu Input-Output
Wzrost PKB względem scenariusza bazowego
(w%; lewa oś)
Udział bezpośrednich efektów w efektach całkowitych
(w%; prawa oś)
8,52 0,144
5,35
3,21
0,09
0,029
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Hybrytoza
Koncepcja urządzenia
Uważamy, iż pierwszym krokiem na wdrożenie
strategii MIX'u energetycznego, jest opracowanie
urządzenia, które wykorzystywałoby energie
zarówno słoneczna oraz wiatrową przy produkcji
energii elektrycznej. Takie urządzenie musiałoby
być nie tylko względnie tanie ale również proste w
instalacji oraz obsłudze.
Na potrzeby tego raportu, opracowaliśmy
koncepcję takiego urządzenia i nazwaliśmy je
Hybrytozą (hybryt - od zastosowania hybrydy
energetycznej z więcej niż dwóch źródeł mocy, oza
od skrótu odnawialnych źródeł energii). Urządzenie
składałoby się z mikro wiatraka (lub kilku) oraz
ogniw fotowoltaicznych.
Zalety Hybrytozy
Do zalet takiego urządzenia niewątpliwie zaliczyć
należy czas instalacji. W przeciwieństwie do
budowanych dużych bloków energetycznych,
których realizacja wymaga kilku lat, montaż i
podpięcie Hybrytozę można sfinalizować w ciągu
3-6 miesięcy.
Hybrytoza stosowana na szeroką skalę zapewni:
• zamknięcie bilansu energetycznego,
• obniżenie emisji CO2,
• wzrost udziału OZE w całkowicie wytwarzanej
energii do ponad 20%.
Przeszkody oraz sposoby ich pokonania
Najważniejszą przeszkodą jest wytworzenie popytu
na tego typu urządzenia oraz uświadomienie
Polakom korzyści płynących z takiego rozwiązania.
Uważamy, iż w tym celu należy uruchomić
program, który wytworzy szereg bodźców, np:
• obniżenie podatku VAT od energii dla
konsumentów, którzy zainstalują urządzenie,
• umożliwienie "zarabiania" dla konsumenta, który
wytworzy nadwyżkę energetyczną, i sprzeda ją do
sieci (prosument energetyczny),
• oferowanie tanich, preferencyjnych kredytów
bankowych, na zakup oraz montaż instalacji,
• uruchomienie programów promocyjno -
edukacyjnych, w których Hybrytozy są najpierw
instalowane w urzędach gminy, szkołach lub
innych miejscach użyteczności publicznych.
Hybrytoza szansą na uwolnienie rynku energii
Obecnie, cena za prąd elektryczny jest regulowana
przez URE (dla klientów indywidualnych).
Jednak, nawet po uwolnieniu jej, ponieważ na rynku
producentów energii dominującą rolę mają 4
gracze, cena nie będzie (najprawdopodobniej)
kształtowana przez rynek.
Jednak, uruchomienie strategii MIX'u wraz z
Hybrytozą, która daje możliwość konsumentom
sprzedawać nadwyżkę energetyczną, pozwoli na
uruchomienie procesów wolnorynkowych i
"uwolnienie" rynku energetycznego.
Konsument energii jej
producentem
Koncepcja Hybrytozy
Mikroturbina
Słup
Ogniwo fotowoltaiczne
Ogniwo fotowoltaiczne
Bateria
* Źródło: Internet
Potencjalne, praktyczne wykorzystanie
wniosków z raportu
Produktem raportu jest propozycja nowej strategii
energetycznej, opartej na modelu energii
rozproszonej. Robocza nazwa naszej strategii to
MIX energetyczny.
Raport miał również na celu pokazanie (czyt.
edukowanie czytelnika), że istnieją inne sposoby do
zamknięcia bilansu energetycznego niż droga i
niebezpieczna inwestycja, jaką jest elektrownia
atomowa.
Czy raport zrealizował postawione cele?
W pierwszej części raportu, zidentyfikowaliśmy
oraz sprecyzowaliśmy cele, które powinna
realizować proponowana przez nas nowa strategia
energetyczna. Poniżej zaprezentowane zostaje
zestawienie celów:
Czy cel jest zrealizowany? Tak.
Jak wspomniano wcześniej, w wariancie
optymistycznym, redukcja może wynieść nawet
13,33 mln ton z samego MIX’u energetycznego.
Jeżeli dodamy do tego redukcję z tytułu
pozostałych OZE oraz wzrostu efektywność
zarówno w sektorze elektroenergetycznym jak i
ciepłowniczym, pozwoli to na dalszą redukcję
emisji do 60 mln ton.
Czy cel jest zrealizowany? Tak.
W modelu optymistycznym, Polska będzie
wytwarzać ponad 20% energii elektrycznej z
odnawialnych źródeł energii. Oznacza to, że 1/5
energii będzie produkowana z źródeł, które nie są
pod kontrolą innych krajów. Pozwoli to na redukcję
importu surowców energetycznych.
Czy cel jest zrealizowany? Tak.
Jak wspomniano wcześniej, w najbliższym czasie
przewidywane są dwa skoki cenowe. Łącznie do
2020 roku, cena dla klientów indywidualnych może
wzrosnąć nawet o 80%.
Jednak, jeżeli (jak zakładamy w wariancie
optymistycznym) ok. 15% energii będzie
produkowanej w oparciu o wykorzystanie MIX’u
energetycznego (czyli energetyki rozproszonej)
gdzie konsumenci sami produkują energię oraz
sprzedają nadwyżki do sieci, to spowoduje to
załagodzenie efektu podnoszenia cen za prąd
elektryczny.
Czy cel jest zrealizowany? Tak.
Do 2020 roku Polska będzie produkować około
MIX jako rewolucja
energetyczna
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Podsumowanie &
Rekomendacje
2
Zapewni większą niezależność
energetyczną od dostaw
eksporterów surowców
energetycznych
Zminimalizuje efekt
podnoszenia ceny za energię
elektryczną
Zwiększy do 20% udział OZE
w całkowitej produkcji energii
elektrycznej
3
4
1 Zmniejszy emisję CO2
(spełni wymagania UE w
ramach „Pakietu 3x20”) 1
1
1
1
14% energii z OZE. Jeżeli do tego dodamy ponad
7% (w wariancie optymistycznym) z OZE z
zastosowania MIX’u to wówczas Polska będzie
produkować ok. 21% energii elektrycznej z
odnawialnych źródeł energii.
Czy cel jest zrealizowany? Tak.
Czas budowy jednej instalacji typu Hybrytoza to
około 3-6 miesięcy (planowane).
Czy cel jest zrealizowany? Tak.
Tak jak wspomniano w celu nr.. 3, uruchomienie
strategii MIX’u energetycznego spowoduje nagłe
pojawienie się na rynku „rozproszonego gracza” z
udziałem 14%.
Duże koncerny energetyczne będą musiały
(po uwolnieniu ceny prądu przez URE) uwzględnić
tę zmianę w koncentracji na rynku. Spowoduje to
walkę o klienta a zatem podniesienie jakości usług
oraz obniżenie ceny (w tym przypadku,
załagodzenie wielkości wzrostu ceny rzeczywistej).
Rekomendacje
Na podstawie wyników przeprowadzonej analizy,
uważamy, że zastosowanie energii rozproszonej w
Polsce jest bardzo perspektywiczne i
rekomendujemy jej wykorzystanie.
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Podsumowanie &
Rekomendacje
Należy jednak uruchomić ją w skoordynowany i
zaplanowany sposób, tak aby konsumenci
energetyczni uwierzyli w korzyści płynące z MIX’u
i zainstalowali domowe instalacje elektryczne, stając
się prosumentami energetycznymi. Sugerujemy
uruchomienie programów edukacyjnych oraz
(kampanii) najpóźniej od początku 2013 roku.
Idealny moment na promowanie urządzeń typu
Hybrytoza, to okres tuż przed skokowym wzrostem
ceny za prąd elektryczny po uwolnieniu jej przez
URE. Klienci staną wówczas przed wyborem:
• albo zostaną przy starych producentach energii,
co wiąże się ze wzrostem ceny do nawet 80%,
• albo wybudują domowe instalacje elektryczne
typu Hybrytoza, wykorzystując preferencyjne
kredyty, mając możliwość odsprzedawania
nadwyżki energii oraz obniżenie podatku Vat.
W takiej sytuacji, istnieje większe szansa, iż
zdecydują się na rozwiązanie drugie.
Przyszłe działania zespołu „Energiczni”
Planujemy dalszą prace zarówno nad samą strategią
MIX’u jak i rozpoczęcie prac na stworzeniem
prototypu Hybrytozy. Obecnie przygotowujemy się
do aplikowania na granty badawcze, które
umożliwią nam dalsze bardziej skomplikowane
badania w tym zakresie. Zdajemy sobie sprawę, iż
nasza praca jest jeszcze zbyt mało zaawansowana
oraz szczegółowa – uważamy jednak, że spełnia
swoją rolę, podkreślając, że jest inna droga na
zamknięcie bilansu energetycznego w Polsce.
Zespół „Energiczni”
Kamil Pruchnik
Łukasz Fidurski
Mateusz Szetela
Jest szybkie do
wyegzekwowania
(czas realizacji szybszy niż 5 lat)
Zwiększy konkurencję na rynku
energii wśród producentów i
dostawców (pośrednio
powodując wzrost jakości usług
oraz spadek cen)
5
6 1
1
Raport napisany w ramach akademii Inspiring Solutions (edycja 2012)
Bibliografia
Wykorzystane raporty oraz analizy
• ARE (2011), Aktualizacja Prognozy zapotrzebowania
na paliwa i energię do roku 2030, Warszawa,
• Bank Światowy (2011), Transition to a Low-
Emissions Economy in Poland, The World Bank
Poverty Reduction and Economic Management
Unit, Washington,
• Brzeziński K., Bukowski M., (2011) Niskoemisyjne
dylematy. Jak ograniczyć emisję gazów cieplarnianych i co
to oznacza dla polskiej gospodarki?, IBS, Warszawa,
• EurObserv’ER (2010), The state of renewable energi
in Europe, 11th Report,
• EWEA (2011) Wind in power – European
statistics,
• Komisja Europejska (2009), EU energy trends to
2030 — update 2009,
• McKinsey&Company (2009), Ocena potencjału
redukcji emisji gazów cieplarnianych w Polsce do roku
2030,
• Ministertwo Gospodarki, Mix energetyczny 2050.
Analiza scenariuszy dla Polski,
• Ministerstwo Gospodarki (2011) Polityki
Energetyczne Państw MAE,
• J. Popczyk, ENERGETYKA ROZPROSZONA
od dominacji energetyk i w gospodarce do
zrównoważonego rozwoju, od paliw kopalnych do energii
odnawialnej i efektywności energetycznej, Polski Klub
Ekologiczny Okręg Mazowiecki,
• K. Żmijewski (2011) „Plan Marshalla” dla
elektroenergetyki, czyli krajowy Program Inwestycyjny,
Elektroenergetyka – Współczesność i rozwój
2011/1, Warszawa.
Dane i prognozy
• Eurostat,
• IHS Global Insight,
• GUS.
Strony internetowe
• agwa.pl,
• automatykab2b.pl,
• bloomberg.com,
• cire.pl,
• elektroenergetyka.org,
• eltron.pl,
• forsal.pl,
• iesu.elektr.polsl.pl,
• klaster3x20.pl,
• osti.gov,
• praze.pl,
• reuters.com,
• solis.pl,
• ure.gov.pl,
Literatura
• S. Dorosiewicz i J. Stańko Analiza Input-Output.
Notatki, SGH,
• S. Casler, B. Hannon (1989), Readjustment
Potentials in Industrial Energy Efficiency and Structure,
Journal of Environmental Economics,
• D. Hawdon, P. Pearson (1995), Input-output
simulations of energy, environment, economy interactions
in the UK, Energy Economics,
• J. E. Just (1973), Impacts of New Energy Technology,
using Generalized Input-Output Analysis,
Computers&Operations Research,
• R.E. Miller i P.D. Blair (2009) Input-Output
Analysis, Cambridge Books,
• V. Ryaboshlyk (2006), A Dynamic Input-Output
Model with Explicit New and Old Technologies,
Economic Systems Research.