Koszt budowy i eksploatacji elektrowni i
elektrociepłowni wykorzystujących
biomasę
Biomasą nazywamy „wszelkie substancje organiczne pochodzenia rollinnego lub zwierzęcego, w tym przetworzone przez człowieka,
które mają zastosowanie do pozyskania z nich energii". Zasoby biomasy są obecnie źródłem 44 ± 10 EJ energii zużywanej w ci Egu
roku na świecie, czyli od 9 do 13 procent.
Około 38 EJ przypada na tradycyjne zastosowania biomasy w krajach tzw. trzeciego świata -jest to głównie drewno przeznaczone na
opał. Pozostałe 6 EJ ma zastosowanie w nowoczesnych technologiach do produkcji pary, elektryczności i biopaliw ciekłych. W 2002
roku przy zastosowaniu tych technologii produkcja ciepła z biomasy wyniosła 0,226 EJ. Ponadto uzyskano 0,093 EJ ciepła z odpadów
przemysłowych i 0,186 EJ ciepła z odpadów komunalnych. W tym samym roku produkcja energii elektrycznej wyniosła odpowiednio:
116,1 TWh z biomasy, 19,1 TWh z odpadów przemysłowych i 36,8 TWh z odpadów komunalnych - w sumie 172 TWh.
x
Tabela 1. Światowe zasoby i produkcja: biomasy, odpadów, biogazu i biopaliw płynnych
Uwagi: Zgodnie z materiałami źródłowymi, łączna produkcja ciepła z biomasy i odpadów nie uwzględnia tradycyjnych zastosowań jak na
przykład spalanie drewna. Nowoczesne zastosowania to produkcja pary, elektryczności i biopaliw ciekłych.
Zasoby biomasy (tab. 1) ocenia się na podstawie energii możliwej do uzyskania przy zrównoważonej produkcji i zużyciu biomasy.
Udokumentowane zasoby biomasy na świecie szacowane są na ponad 276 EJ/rok i są sześciokrotnie wyższe od obecnego stopnia ich
wykorzystania, a zasoby prognostyczne wynoszą około 2900 EJ/rok. Największym ograniczeniem znacznego zwiększenia produkcji
energii z biomasy jest konieczność przeznaczenia dużych połaci ziemi pod uprawę roślin energetycznych. Pokrycie światowego
zapotrzebowania na energię (około 427 EJ w 2002 roku) wymagałoby kultywacji biomasy na terenie obejmującym około dwa miliardy
hektarów (czyli około 20 milionów km2) ziemi! Obszar ten jest równy powierzchni całej Ameryki Północnej. Jednocześnie wielkość ta -
według niektórych szacunków - równa jest w przybliżeniu powierzchni „zdegradowanej" ziemi na świecie, która mogłaby być teoretycznie
wykorzystana do uprawy biomasy.
Elektrownie i elektrociepłownie na biomasę, biogaz i odpady
Przedmiotem analizy jest pięć elektrowni, w tym: dwie na biomasę (oznaczone CZE-CR i USA-CR), dwie na odpady komunalne
(oznaczone CZE-WI i NDL-WI) oraz jedna na biogaz z wysypiska śmieci (oznaczona USA-LG). Rysunek 1 ilustruje koszt budowy tych
elektrowni, zlokalizowanych w trzech krajach.
Rys. 1 Koszt budowy elektrowni na biomasę, biogaz i odpady komunalne
Koszt budowy elektrowni na biomasę kształtował się na poziomie od 1700 do 2178 USD/kWe. Budowa elektrowni na odpady komunalne
kosztowała 3630 USD/kWe w Czechach i 7013 USD/kWe w Holandii, natomiast koszt budowy elektrowni na biogaz wyniósł 1476
USD/kWe. Średni koszt budowy elektrowni na biomasę, biogaz i odpady ukształtował się na poziomie 3199 USD/kWe (lub 2246
USD/kWe, nie uwzględniając w tej kalkulacji wyjątkowo kosztownej holenderskiej elektrowni na odpady komunalne).
Rysunki 2 i 3 obrazuj ą specyfikacje kosztów wytwarzania energii elektrycznej w 5 elektrowniach na biomasę, biogaz i odpady
komunalne, przy zakładanym koszcie kapitału 5% i 10%.
Przy koszcie kapitału 5% (por. rys. 2) najtańsza energia pochodzi z dwóch elektrowni na odpady komunalne, przy uwzględnieniu
dochodu ze spalania śmieci. Trzecim najtańszym źródłem energii jest elektrownia na biogaz pochodzący z wysypiska śmieci – w tym
przypadku paliwo jest darmowe. Czwarte i piąte miejsca zajmują elektrownie na biomasę.
Rys. 2. Koszt energii elektrycznej z elektrowni na biomasę, biogaz i odpady komunalne (koszt kapitału = 5%)
Rys. 3. Koszt energii elektrycznej z elektrowni na biomasę, biogaz i odpady komunalne (koszt kapitału = 10%)
W tabeli 2 przedstawiono dane z 5 elektrowni poddanych analizie. Ich Ŝywotność oceniana jest od 15 lat (dla holenderskiej elektrowni na
odpady komunalne) - do 40 lat (dla pozostałych elektrowni), a sprawność na poziomie od 25% do 38,3% (średnio 31,5%). Ze względu
na dużą rozpiętość kosztów poniesionych na spłatę inwestycji i zakup paliwa, obserwujemy znaczną różnice w cenie pozyskiwanej
energii elektrycznej. Przy 5% koszcie kapitału, spłata nakładów na inwestycje pochłania średnio 35,10 USD/MWh. Przy 10% koszcie
kapitału obserwujemy znaczny wzrost nakładów na spłatę inwestycji – średnio w wysokości 51,54 USD/MWh.
Koszt eksploatacji elektrowni na biomasę, biogaz i odpady był mało zróżnicowany i wyniósł średnio 16,24 USD/MWh. Największą
rozpiętość obserwujemy w cenach paliwa. W przypadku dwóch elektrowni spalających odpady komunalne otrzymywany jest dochód za
spalenie odpadów, odpowiadający w przeliczeniu 109,80 i 65,30 USD/MWh. Gaz czerpany z wysypiska śmieci do zasilania jednej z
elektrowni uzyskiwany jest bezpłatnie. Natomiast ceny zakupu biomasy wynoszą w przeliczeniu 13 USD/MWh w amerykańskiej
elektrowni i 52,80 USD/MWh w elektrowni czeskiej. Jak wynika z wcześniejszych obliczeń, duży wpływ na koszt energii ma cena paliwa,
a tym bardziej ewentualny dochód uzyskany za spalanie odpadów komunalnych. W przypadku jednej z elektrowni spalającej odpady
komunalne, przy koszcie kapitału rzędu 5%, dochód za spalanie śmieci był większy niŜ koszt wytwarzania energii elektrycznej. W tym
przypadku wytwarzanie energii elektrycznej w pewnym sensie nic nie kosztowało, a jej sprzedaż przyniosła dodatkowy zysk
właścicielowi spalarni odpadów komunalnych.
Tabela 2. Sprawność, koszt budowy i koszt energii w elektrowniach na biomasę, biogaz i odpady
Uwagi: Łączny minimalny i maksymalny koszt energii obliczony został dla całych elektrowni (nie jest więc sumą minimalnych i
maksymalnych kosztów spłaty inwestycji, eksploatacji i paliwa dla odrębnych elektrowni). Sprawność obliczono na podstawie LHV, µ =
średnia, σ = odchylenie standardowe.
Analizą zostały objęte równieŜ dwie elektrociepłownie: jedna na biogaz (oznaczona DEUCHP5) i druga na biomasę (oznaczona AUT-
CHP2). Koszt budowy elektrociepłowni na biogaz wyniósł 2562 USD/kWe, a nakłady na spłatę inwestycji: 35,20 USD/MWh lub 43,60
USD/MWh, odpowiednio przy koszcie kapitału 5% i 10%. Elektrociepłownia spalająca biomasę była o 45% droŜsza w budowie –
kosztowała bowiem 3718 USD/kWe. Nakłady na spłatę inwestycji dla tej elektrowni ukształtowały się na poziomie 57,30 USD/MWh lub
78,20 USD/MWh przy kosztach kredytu odpowiednio 5% i 10%.
Koszty eksploatacji i koszty paliwa były również większe w elektrociepłowni na biomasę niż w przypadku elektrociepłowni spalającej
biogaz. Koszt eksploatacji wyniósł odpowiednio 17,80 i 27,50 USD/MWh. Biogaz kosztował - w przeliczeniu na koszt wytwarzanej
energii elektrycznej - jedynie 22 USD/MWh, a biomasa ponad pięć razy więcej, czyli aż 124,6 USD/MWh.
Rys. 4. Koszt energii elektrycznej w elektrociepłowniach na biogaz i biomasę (koszt
kapitału = 5%)
Duży wpływ na cenę energii miał dochód uzyskiwany za energię cieplną, który w przeliczeniu na wytwarzaną energię elektryczną
wyniósł odpowiednio 12 USD/MWh dla elektrociepłowni na biogaz i 85,80 USD/MWh dla elektrociepłowni na biomasę. Wyższa cena
paliwa do elektrociepłowni na biomasę jest w duŜej mierze rekompensowana przez wyższy dochód ze sprzedaży energii cieplnej.
Rys. 5. Koszt energii elektrycznej w elektrociepłowniach na biogaz i biomasę (koszt
kapitału = 10%)
Tabela 3 przedstawia syntetycznie dane i wskaźniki analizowanych wcześniej elektrociepłowni na biogaz i biomasę. Sprawność
wytwarzania energii elektrycznej wynosi 35% dla elektrowni na biogaz. Natomiast sprawność łączna przy wytwarzaniu energii
elektrycznej i cieplnej wynosi 80% w elektrowni na biomasę.
Tabela 3. Sprawność, koszt budowy i koszt energii w elektrociepłowniach na biogaz i
biomasę
Uwagi: Sprawność obliczona na podstawie LHV. µ = średnia, σ = odchylenie standardowe.
* brak kompleksowych danych, obliczenia dokonano na podstawie dostępnych danych.
Energia elektryczna wytwarzana w elektrociepłowni na biogaz kosztowała 63 USD/MWh
(przy koszcie kapitału = 5%), lub 71,40 USD/MWh (przy koszcie kapitału = 10%),
uwzględniając dochód uzyskany za energię cieplną. Mimo dochodów, które przynosi
energia cieplna, koszt energii elektrycznej wytwarzanej w elektrociepłowni na biomasę był znacznie wyższy. Wyniósł on 123,60
USD/MWh (przy koszcie kapitału = 5%) lub 144,50 USD/MWh (przy koszcie kapitału = 10%).