CENYenergii wiatrowej na konkurencyjnym rynku energii

 

WIND ENERGY PRICES ON A COMPETITIVE ENERGY MARKET

Prof. dr hab. inż. Ireneusz Soliński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Mgr inż. Bartosz Soliński Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Streszczenie:

W artykule przedstawiono wpływ różnych czynników takich jak: stopa procentowa, okres spłaty kredytu, okres amortyzacji, ryzyko finansowe na poziom cen energii elektrycznej w różnych krajach. Przeprowadzona analiza wskazała na duże szanse rozwoju energetyki wiatrowej. W najbliższej perspektywie będzie to uwarunkowane spadkową tendencją kosztów wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach wiatrowych, a także tendencjami wzrostu kosztów wytwarzania energii elektrycznej wytwarzanej na bazie paliw kopalnych.

Wprowadzenie

Porównanie cen energii w różnych krajach jest utrudnione, bowiem na ich poziom wpływa wiele czynników instytucjonalnych. Większość prowadzonych analiz porównawczych poziomu cen oferowanych przez producentów energii elektrycznej nie uwzględnia specyfiki warunków ich kalkulacji w różnych krajach. Nie uwzględnia się faktu, iż wydobycie węgla w Niemczech jest dotowane, a w Polsce istnieje "ukryta" dotacja do wydobycia węgla kamiennego w postaci finansowania z budżetu państwa procesu restrukturyzacji górnictwa. Zaniża to zatem poziom kalkulowanej ceny energii elektrycznej i utrudnia porównanie cen. Szacuje się że w Niemczech dotacja ta zaniża rzeczywiste koszty wytwarzania energii elektrycznej o ok. 0,02 Î/kWh. Trudności w porównaniu cen energii wynikają także z tego, że zarówno koszty stałe jak i koszty zmienne wytwarzania energii elektrycznej(ceny paliw wsadowych) są zróżnicowane w porównywanych krajach. Podobna sytuacja występuje w odniesieniu do energii elektrycznej wytwarzanej w elektrowniach wiatrowych.

Do głównych czynników wpływających na poziom cen energii w różnych krajach należą:

- stopa procentowa,

- okres spłaty kredytu,

- okres amortyzacji,

- ryzyko finansowe.

Zróżnicowanie tych elementów sprawia, że chociaż np. Dania i Niemcy są sąsiadami, nie oznacza wcale, że koszty wytwarzania energii elektrycznej, czy energii wiatrowej są u nich takie same. Podobnie, gdy energia wiatrowa jest tańsza niż energia cieplna w Danii, to niekoniecznie znaczy, iż będzie tańsza w USA czy Wielkiej Brytanii, nawet w rejonach o podobnych zasobach wiatru. Głównym czynnikiem, od którego zależy kalkulowana cena energii wiatrowej jest oczywiście średnia roczna prędkość wiatru. Jednakże wymienione wyżej czynniki (zmienne dla różnych krajów) istotnie utrudniają ocenę konkurencyjności energii wiatrowej w stosunku do energii z tradycyjnych ˇródeł w skali międzynarodowej. Celem niniejszego artykułu jest ukazanie właśnie wpływu tych czynników na poziom kalkulowanej ceny energii elektrycznej w różnych krajach. Przy czym przez kalkulowaną cenę energii rozumie się cenę opartą o koszty producenta uwzględniającą również koszty alternatywne wykorzystania kapitału tzw. koszty ekonomiczne oraz sposób finansowania inwestycji.

 

1. Wpływ średniej prędkości wiatru i innych czynników na poziom kalkulowanej ceny energii elektrycznej.

Na rysunku 1 przedstawiono zróżnicowanie cen energii elektrycznej ze względu na prędkość wiatru z uwzględnieniem czynników instytucjonalnych, które powodują, że ten sam produkt ma np. trzy różne ceny w: Niemczech, Wielkiej Brytanii i Danii.

 

 

Rys. 1 Wpływ czynników instytucjonalnych na poziom oferowanych cen energii wiatrowej [1]

linia gruba: NIEMCY, cieńka: DANIA, kreskowana: WLK. BRYTANIA

Założenia: Koszty kapitałowe: €850/kW; Koszty eksploatacji €17/kW/rok+ €0,003/kWh

 

Wynika to między innymi ze zróżnicowania stóp procentowych. Na przykład,. sektor usług publicznych w Danii, często kalkuluje ceny wiatru zakładając realną stopę oprocentowania 6% , a koszty kapitału w tym kraju mogą być odpisywane podczas całego życia obiektu np. 20 lat. Dlatego też duńska cena energii elektrycznej z elektrowni wiatrowych spada z 0,093 €/kWh przy niższych prędkościach wiatru do 0,038 €/kWh przy prędkości wiatru 8,5 m/s i jest zdecydowanie niższa niż w Anglii i Niemczech (rys.1). Ceny w Anglii są trochę wyższe, gdyż okres spłaty jest krótszy i wynosi 15 lat a developerzy w prywatnym sektorze używają stóp procentowych w wysokości około 8% a nawet i wyższych. Tak więc w terenie z prędkością wiatru 7 m/s (nawet jeśli wybudowanie elektrowni kosztuje tyle samo) cena wyniesie 0,054 €/kWh (w porównaniu z 0,0472 €/kWh w Danii), w celu uzyskania wymaganej stopy zwrotu kapitału. Jednakże duże prędkości wiatru w Anglii powodują , że kalkulowane ceny spadają do około 0,038 €/kWh na terenach o prędkości wiatru10 m/s. Kalkulowane ceny energii wiatrowej w Niemczech są znacznie wyższe niż w innych krajach. Większość instalacji jest tworzona przez prywatnych developerów , którzy otrzymują pieniądze z Deutche Ausgleichsbank z okresem spłaty 10 lat. Typowy kredyt w Niemczech pokrywa tylko 80% całkowitego kosztu. Pozostałe 20% jest kapitałem własnym i większość inwestorów oczekuje wysokich stóp zwrotu wynoszących 10% i więcej. Tak więc farma wiatrowa w Niemczech pracująca w terenie o średniej rocznej prędkości wiatru 7 m/s będzie generowała cenę 0,064 €/kWh, czyli o 35 % wyższą niż w Danii. Ponadto słabsze warunki wiatrowe panujące w Niemczech (średnia roczna prędkości wiatru wynosi około 6 m/s) oznaczają mniej wytworzonej energii z jednego kilowata mocy zainstalowanej, powodują rozszerzenie tej dysproporcji jeszcze bardziej, bowiem oferowana cena przez inwestorów przy średniej rocznej prędkości wiatru 6 m/s wynosi 0,085€/kWh.

 

2. Wpływ stopy procentowej na ceny ofertowe energii

Wpływ stopy procentowej na poziom cen energii ujawnia się zdecydowanie dla technologii wymagających dużych nakładów kapitałowych takich jak np. energia wiatrowa czy energia nuklearna. Energia wiatrowa jest bardziej wrażliwa na stopy oprocentowania niż gaz, ale mniej wrażliwa niż energia atomowa. Natomiast cena energii elektrycznej w elektrowniach gazowych jest w niewielkim stopniu wrażliwa na stopy procentowe, ponieważ koszty inwestycyjne nie stanowią decydującego elementu branego pod uwagę przy kalkulacji ceny ofertowej.

Rys. 2 Wpływ stopy procentowej na cenę energii elektrycznej [1]

linia gruba: GAZ, cieńka: EN. NUKLEARNA, kreskowana: EN. WIATRU

Założenia: Energia Nuklearna: €1980/kW,budowa 6 lat, koszty eksploatacji €0,012/kWh

Energia Wiatrowa: €850/kW, budowa 6 m-cy, koszty eksploatacji Î17/kW/rok + €0,003/kWh

Gaz: €850/kW, budowa 6 m-cy, koszty eksploatacji €17/kW/rok+ €0,003/kWh

 

3. Wpływ okresu spłaty kapitału na poziom cen ofertowych energii

Okres spłaty kapitału ma również decydujący wpływ na koszt wytwarzania energii i oferowaną cenę. Im krótszy czas spłaty kredytu tym większy jego koszt, co wpływa na wzrost ceny energii ze zródeł wymagających dużych nakładów finansowych.

Rys. 3 Wpływ okresu spłaty kapitału na cenę energii elektrycznej [1]

Linia gruba: WIATR, linia cieńka: GAZ

Założenia: Oparty na 8% stopie dyskontowej w każdym przypadku

Okresy spłaty kapitału są ustalane w różny sposób. Jeżeli np. cena przynosząca zysk w przypadku energii wiatru utrzymuje się przez określony okres - zwykle 15 lat- to jest czynnikiem decydującym o okresie spłaty. Podobnie może o tym decydować czas spłaty kredytów bankowych. W przypadku braku tego typu ograniczeń prywatni developerzy wybierają okresy do 20 lat, jeżeli projekty finansowane są ze zródeł wewnętrznych. Taka sytuacja występuje głównie w sektorze usług komunalnych, który okres zwrotu kapitału wyznacza na podstawie okresu życia elektrowni.

 

4. Wpływ ryzyka finansowego na ceny ofertowe energii

Wpływ czynnika ryzyka przejawia się tym, że banki i inne instytucje finansowe w prywatnym sektorze zwykle ustalają stopy oprocentowania na poziomie odpowiadającemu przewidywanemu poziomowi ryzyka. Im wyższe ryzyko, tym większa zakładana stopa dyskonta.. Technologie turbin gazowych są potwierdzone i uznawane za mało ryzykowne i realna stopa oprocentowania 8 % traktowana jest jako wystarczająca. Powoli wykorzystanie wiatru również wchodzi do tej kategorii ryzyka. Natomiast energia nuklearna uważana jest za bardziej ryzykowną. Rząd brytyjski ostatnio zasugerował stopę dyskonta dla tej energii na poziomie 11%. Technologie wysokiego ryzyka czynią banki bardziej ostrożnymi, więc obniżają one ryzyko wymagając zwrotu kapitału w krótszym czasie. W początkowej fazie zwrot kapitału w Wielkiej Brytanii dla projektów związanych z wiatrem wynosił 10 lat, obecnie wynosi 12-15 lat.

 

5. Wpływ cen zakupu elektrowni wiatrowych na ceny ofertowe energii

Ceny zakupu elektrowni wiatrowych wywierają istotny wpływ na poziom ceny energii elektrycznej. Najprawdopodobniej możliwości wzrostu mocy w elektrowniach wiatrowych będą podwajały się co trzy lata, czemu będzie towarzyszyła za każdym razem redukcja kosztu produkcji turbin o 15 % . Będą więc ciągle istniały możliwości redukcji kosztów wytwarzania energii elektrycznej. Według obecnych przewidywań ceny turbin wiatrowych będą spadały co trzy lata z obecnego poziomu 750 €/kW do 609 €/kW w 2002r. i 496 €/kW w 2006r. (w zależności od zakresu mocy). Ten scenariusz pokrywa się z podobnymi prognozami sporządzonymi przez organizację Renewable Energy Policy Project (REPP) , która bada techniczne i polityczne zagadnienia związane z rozwojem energii odnawialnej koszty wytworzenia turbin w zakładach koszty w gotowych projektach.

Rys. 4 Prognoza redukcji kosztów 1kW mocy zainstalowanej w elektrowniach wiatrowych [1]

Linia gruba: koszty w gotowych projektach, kreskowana : koszty turbiny wytworzonej w zakładach

Założenia: Oparty na 8% stopie dyskontowej w każdym przypadku

Koszty kalkulowane przez REPP dotyczą kompletnych projektów, co czyni je nieco wyższymi w porównaniami z podstawowymi kosztami wytworzenia turbin . Wynoszą odpowiednio 812 €/kW w 1998 r. i mają spaść do 513 €/kW w 2006 r.

 

6. Porównanie cen energii z różnych zródeł

W celu porównania cen energii wytwarzanej w różnych zródłach należy zastosować jednakowy poziom stóp procentowych oraz przyjąć, że okresy umorzenia są równe okresowi życia projektu. Tę procedurę wykorzystuje International Energy Agency (IEA), otrzymane ceny nie są cenami rzeczywistymi, ale umożliwiają właściwe porównanie cen energii . Tego rodzaju porównanie przedstawiono na rysunku 5. Widzimy, że najważniejszym czynnikiem decydującym o konkurencyjności energii wiatrowej jest średnia roczna prędkość wiatru (cena energii wiatru zmienia się wraz z wielkością średniej rocznej prędkości wiatru).

Rys.5 Zakres zmian cen energii elektrycznej z różnych zródeł oraz ceny energii wiatrowej przy różnych średnich rocznych prędkościach wiatru [1].

Słupki: 1- gaz, 2- węgiel, 3 - energia nuklearna, Linia ciągła : energia wiatru

Przy prędkościach wiatru ponad 6,5 m/s, cena energii wiatru spada do poziomu cen pochodzących ze ˇródeł cieplnych. Średnia cena energii ze ˇródeł cieplnych wynosi około 0,05 €/kWh, co odpowiada cenie energii wiatru przy prędkościach 7,5 m/s ( rys.5).

 

7. Trend zmian ceny energii elektrycznej z różnych zródeł

Patrząc w przyszłość, prognozy dotyczące cen energii elektrycznej ze zródeł cieplnych nie mogą być tak dokładne, jak w przypadku energii wiatru. Należy bowiem wziąć pod uwagę przyszłe wahania cen paliw, które mogą znalezć się pod wpływem czynników politycznych znajdujących się poza kontrolą ekonomiczną. Ostatnie trendy wskazują na spadek cen paliw, a tym samym i cen prądu. Niektóre obecne prognozy przewidują, że ceny ostatecznie wzrosną, podczas gdy inne zakładają równie stanowczo ich spadek. Instytut Ekonomiczny RWI w Essen w Niemczech sugeruje, że ceny energii uzyskiwanej z węgla w Niemczech mogą wzrosnąć z poziomu 0,057 €/kWh (1995r.), do ponad 0,1 €/kWh (2010r.)

Rys.6. Czyni to pozycje energii wiatrowej wiatru bardzo bezpieczną.

Linie: --- wegiel, ..... gaz, ___ energia nuklerana, _._. energia elektryczna w USA, ___gruba: wiatrowa

 

Jednocześnie jednak w USA, Departament Energii przewiduje znaczny spadek cen węgla. Ponieważ węgiel prawdopodobnie pozostanie głównym zródłem wytwarzania prądu, należy spodziewać się systematycznego spadku cen prądu w USA. Amerykański Departament Energii uważa, że koszt węgla może spaść nawet o 24 % do roku 2020, co odpowiada spadkowi cen energii elektrycznej o około 0,003€/kWh. Przewiduje się, że końcowy koszt energii elektrycznej sprzedawanej odbiorcom przemysłowym spadnie o podobną wielkość (27%). Energia Nuklearna (DE) GAZ (DE) Węgiel (DE) Wiatr Energia elektryczna w USA

Rys. 7 Przewidywany trend ceny energii elektrycznej z różnych zródeł [1]

 

8. Uwarunkowania ekonomiczne rozwoju energetyki wiatrowej w Polsce

W przedstawionych procedurach cena energii oparta jest o koszty ekonomiczne jej pozyskania, jest ceną ofertową producenta energii. Świadczy to o istnieniu rynku energii wiatrowej w omawianych krajach. W Polsce zagadnienie opłacalności wykorzystania energii wiatrowej jest rozpatrywane z innej strony. Cenę energii elektrycznej z elektrowni wiatrowych określają przepisy ustawy Prawo Energetyczne, której bazą jest cena energii elektrycznej wytworzonej z węgla. Polscy inwestorzy, ze swoimi kosztami przymierzają się do tej ceny, która jest zróżnicowana lokalnie, bowiem zakłady energetyczne mogą ustalić ją na różnym poziomie. Poza tym , w analizach ekonomicznych prowadzonych w Polsce, stosuje się w przypadku elektrowni wiatrowych, okres amortyzacji 20 lub 25 lat, a kredyty udzielane są na 5 do 7 lat. Chociaż Polska posiada zbliżone do Niemiec warunki wiatrowe [3], to warunki ekonomicznego rozwoju są diametralnie różne. Łatwość w dostępie do tanich kredytów, długi okres spłaty kredytu, wielkość kredytu do 80% kosztów inwestycyjnych, zwolnienia z podatków i co najważniejsze ustalona przez rząd wysoka cena zakupu energii 0,085Î/kWh. Te elementy stwarzają dogodne warunki rozwoju energetyki wiatrowej w Niemczech. Polska winna zmierzać do osiągnięcia takich właśnie warunków rozwoju. Podstawy ekologiczne systemu wspierania rozwoju energii odnawialnej w Polsce przedstawione w kolejnym artykule niniejszego seminarium uzasadniają konieczność dofinansowania i wspierania rozwoju energetyki wiatrowej w Polsce. Udowodniono, że tylko z tytułu zmniejszenia strat ekologicznych w Polsce dotacja do 1 kW mocy zainstalowanej w energetyce wiatrowej winna wynieść 2500 zł lub uogólniając ok. 60% kosztów inwestycyjnych. W polskich warunkach przeprowadzono obliczenia wpływu długości okresu kredytowania na poziom kosztów wytwarzania energii w elektrowni wiatrowej [2], co przedstawiono na rysunku 7. Obliczenia wykonano dla trzech wariantów okresu kredytowania, w przypadku elektrowni wiatrowej o mocy 600 kW: K1- dla 10 letniego okresu kredytowania i 1 roku karencji w spłacie kredytu, K2- dla 15 letniego okresu kredytowania i 1 roku karencji w spłacie kredytu, K3- dla 10 letniego okresu spłaty i 6-cio letniego okresu karencji. Sytuacja przedstawiona na rysunku 7 ukazuje, że wydłużenie okresu kredytowania powoduje wzrost kosztów wytwarzania energii elektrycznej na skutek wzrostu kosztów kapitału (odsetek). Stwarza to sytuację odwrotną niż w innych krajach, bowiem w polskich warunkach okres amortyzacji nie pokrywa się z okresem spłaty kredytu, a stawka amortyzacji liczona dla okresu 20 lat jest jednakowa we wszystkich rozważanych wariantach. Widzimy również, że na skutek wzrostu cen energii elektrycznej (krzywa C na rys 7), karencja w spłacie kredytu zapewnia opłacalność eksploatacji elektrowni wiatrowej już w początkowym okresie, co jest zjawiskiem korzystnym.

 

9. Wnioski końcowe

1. Na poziom cen ofertowych energii elektrycznej wpływa szereg czynników, które utrudniają ocenę jej konkurencyjności w przypadku pozyskiwania z wielu różnych ˇródeł. Niezbędne jest zatem sprowadzenie tych czynników do porównywalności.

2. Przeprowadzone w artykule [ 1] analizy i oceny wskazują , że energia wiatrowa jest konkurencyjną formą energii w stosunku do energii ze zródeł kopalnych, a jej konkurencyjność w kolejnych latach będzie wzrastać.

3. W celu zbadania konkurencyjności energii wiatrowej w Polsce, niezbędne jest przeprowadzenie podobnej analizy opartej na jednolitej metodyce obliczeń ofertowych cen energii dla wszystkich zródeł energii elektrycznej.

LITERATURA:

1. Milborrow D.: Wind has plenty in reserve in competitive cost stakes. Wind Power Monthly, nr 2, february 1999

2. Soliński I.: Efekty energetyczne i ekonomiczne wykorzystania energii wiatrowej. Wyd. Instytutu GSMiE PAN Kraków 1999

3. Soliński I.: Aspekty ekonomiczne wykorzystania energii wiatru w południowo-wschodnim rejonie Polski. Ogólnopolskie Forum "Mała Energetyka" - 97. IV Konferencja Naukowo-Teczniczna, Zakopane 1997

---