Investiční náklady paroplynových zařízení

Měrné investiční náklady integrovaných paroplynových zařízení

Během posledních 5-ti let přibylo resp. bude přispívat do celosvětové energetické sítě cca 30 nových paroplynových zařízení (na obr.) a zařízení ve výstavbě o celkovém instalovaném výkonu přibližně 56 GW. Základní přehled o technických parametrech, investičních nákladech je možné sledovat na je možné http://www.power-technology.com. Server se se věnuje projektům a realizovaným zařízením jak po stránce technické tak v omezené míře po stránce ekonomické. V tomto příspěvku bych se rád věnoval paroplynovým zařízením CCGT (combined cycle gas turbine) a zaměřit úhel pohledu na měrné investiční náklady na instalovanou kWe.

Nejvíce realizovaných zařízení se nachází ve vyspělých a ekonomicky silných státech, především pak v USA. Japonsko společně s USA představují špičku ve výstavbě nových paroplynových zařízení. Ve skutečnosti USA předčí Japonsko v počtu nových paroplynových elektráren. Japonsko se věnuje výstavbě mohutnějších elektráren s přihlédnutím na celkové investiční náklady na instalovanou kW el. energie. Dalším perspektivním trhem na výstavbu nových paroplynových zařízení je Jižní Korea a Taiwan. Se svým podílem Jižní Korea a Taiwan pokrývají téměř 20% instalovaného výkonu nových zařízení.

Ze získaných dat o realizovaných paroplynových elektrárnách ve světě, je možné stanovit závislost měrných investičních nákladů na instalovaném výkonu elektrárny. Vypočtené hodnoty vykazují značný rozptyl, který je zřejmě dán rozdílnými technickými parametry jednotlivých zařízení, různou náročností stavebních prací, odlišnými ekonomickými a obchodními podmínkami realizace atd. Z publikovaných dat o určení závislosti měrných investičních nákladů na výkonu zařízení, přičemž z analýzy byly vyloučeny případy, které mají měrná náklady výrazně vyšší než ostatní (pro náklady vyšší něž 1000 $/kWe, tzn. projekty realizované v Indii, Filipínách a Číně). Jednotky z vyššími náklady představují převážně pilotní projekty v zemích s nižším technickým potenciálem. Tyto jednotky mohou pro dodavatele technického zařízení představovat až druhořadou oblast zájmu. Ekonomické ukazatele mohou být zatíženy náklady přidružených zařízení jež nejsou v projektové dokumentaci přímo spojeny s výstavbou paroplynových elektráren. Příkladem je elektrárna Black Point, CHINA, Castle Peak Power Company s výkonem 2 560MW. Investice na instalovanou kW elektrického výkonu činí 1171 $/kW, jejíž velkou část přestavují náklady na výstavbu nového plynovodu spojujícího oblast těžby plynu s koncovým odběratelem, tedy paroplynovou elektrárnou Black Point.

Měrné investiční náklady paroplynových elektráren

Trend závislosti měrných investičních nákladů na výkonu u jednotek, jež jsou ve výstavbě nebo již byla dokončena, má podle očekávání klesající tendenci. Zatímco u jednotek v nejnižší výkonové třídě mezi 200 až 300 kWe vychází měrné náklady mezi 650 až 700$/ kWe, velké zdroje s výkonem až 2 000MW je možné stavět s náklady okolo 500 $/kWe.

Nejvýznamnější investiční položkou ve výstavbě paroplynových zařízení je spalovací turbína. Jejím vývojem a zdokonalováním jednotlivých komponent se však zvyšuje její cena a toto zvýšení by mělo být kompenzováno úsporami na palivu, tedy provozními náklady. Hlavní pozornost se soustřeďuje na zvyšování teploty a tlaku spalin na vstupu do spalovací turbíny. Očekává se postupné zvyšování ze současných 1250°C na 1300°C během příštích pěti let a do r. 2020 na teplotu kolem 1350°C. Tím se zvýší v první řadě teplotní úroveň přívodu tepla do plynového cyklu, a v důsledku toho i jeho účinnost. Současně však vzroste i teplota spalin za turbínou, což umožňuje zvyšovat též přehřátí páry v parním oběhu, a tím i jeho účinnost. Další technickou součástí paroplynového zařízení je spalovací kotel, který je tzv. prostředníkem mezi oběhem spalovací turbíny a parním oběhem. Spalinové kotle bez přitápění bývají modulové konstrukce v horizontálním nebo vertikálním provedení. V poslední době se upřednostňuje horizontální provedení, které přestože je dispozičně náročnější, vykazuje menší tlakové ztráty na straně spalin a nabízí lepší podmínky pro užití výparníku s přirozenou cirkulací. Modulové konstrukce spalinového kotle z hlediska investičních nákladů představují zajímavé řešení pro investora. Unifikací jednotlivých částí spalinového kotle dochází ke snižování celkových investičních nákladů.

Významným faktorem výstavby elektráren je doba výstavby. Doba se pohybuje v řádu 18-24 měsíců. Z hlediska výstavby nemají současné klasické uhelné resp. jaderné elektrárny šanci konkurovat dobou výstavby paroplynovým blokům. Toto kriterium může do budoucnosti znamenat obrovskou výhodu paroplynových elektráren.

Většina nových jednotek se staví v zemích s největším potenciálem průmyslového růstu, jako je Japonsko, USA a jihovýchodní Asie. Paroplynové elektrárny jsou budovány i v Evropě, především v Itálii a Velké Británii, jejich počet však není velký, neboť v Evropě je po liberalizaci většiny národních trhů s elektřinou relativní přebytek elektrického výkonu. Z jednotek realizovaných v různých částech světa vyplývá, že přestože pořizovací náklady zdrojů vykazují značný rozptyl, nejsou na lokalitě zdroje jednoznačně závislé. Lze to vysvětlit tím, že paroplynové elektrárny jsou dnes dodávány dalo by se říci v tzv. „baleném“ stavu. Cena dodávky je v podstatě unifikována bez ohledu na původ zákazníka a pohybuje se pro standardní koncepce kolem 300 USD/kWe. Rozptyl výsledných investičních nákladů je způsoben rozdílnými technickými a ekonomickými podmínkami instalace a uvádění do provozu. Průměrné výsledné investiční náklady jsou zhruba dvojnásobné.

V porovnání s ostatními technologiemi vycházejí paroplynové elektrárny jako investičně nejlevnější zdroje na fosilní paliva. To je spolu s krátkou dobou realizace a vysokou účinností výrazně zvýhodňuje oproti ostatním typům zdrojů. Určitou nevýhodou je však potřeba ušlechtilého paliva pro provoz spalovací turbíny, které je obvykle dražší než např. uhlí nebo jaderné palivo. Nejčastěji se paroplynové zdroje staví na zemní plyn, méně často na olej. V úvahu přicházejí i jiná plynná paliva, např. plyny po zplyňování uhlí, biomasy nebo z různých technologických procesů, tyto případy jsou však spíše výjimečné. Z perspektivního hlediska za pozornost stojí snad jen paroplynové zdroje s integrovaným zplynováním uhlí (IGCC), které patří k tzv. Clean Coal Technologies, jimž je věnována samostatná pasáž.

Co se týče výstavby nových paroplynových elektráren u nás, je nutné s touto možností počítat. Celosvětové trendy naznačují masovému rozšiřování této technologie, jejímiž přednostmi jsou kromě výše zmíněných technických výhod i nízké emise škodlivin a skleníkových plynů. Při rozhodování o budování nových paroplynových elektráren je však třeba postupovat velmi obezřetně. Česká republika nemá vlastní zdroje ušlechtilých paliv a je v tomto směru odkázána na jejich dovoz. Zvyšování dovozu paliv prohlubuje schodek zahraniční obchodní bilance státu, může si jej tedy dovolit pouze stabilní a hospodářsky silná ekonomika. Rovněž dodávka klíčových technologických celků nových zdrojů by byla převážně zahraniční. Technické možnosti paroplynových elektráren jsou do značné míry předurčeny parametry spalovacích turbín. Jejich výroba je omezena na několik světových firem, které jsou schopny financovat i velice náročný výzkum a vývoj nových inovovaných typů s lepší účinností. Tyto firmy pak dále profitují na servisu a opravách instalovaných strojů. Podíl domácích firem na dodávce technologie paroplynových elektráren by se omezil především na parní část zřízení, konkrétně by mohlo jít o dodávku kotle na odpadní teplo, parní turbíny, chladícího okruhu apod. Přesto značný podíl na celkových investičních nákladech by získal zahraniční dodavatel.

Současná praxe naznačuje, že výroba elektřiny na prodej ze zemního plynu není v podmínkách české ekonomiky efektivní ani v paroplynových zdrojích s vysokou účinností. Příčinou je vysoká cena zemního plynu v porovnání s laciným energetickým hnědým uhlím a nízká výkupní cena elektřiny. Paroplynové elektrárny pak mohou být efektivně provozovány pouze v době špičkového tarifu a částečně i tarifu vysokého. Provoz při nízkém tarifu je zcela prodělečný. Tyto podmínky však významně omezují roční využití zdrojů, což má zpětně negativní dopad na výrobní náklady resp. konkurenční cenu elektřiny. Rozhodnutí o výstavbě nových zdrojů na bázi paroplynového cyklu je proto třeba pečlivě posoudit jak po stránce efektivnosti projektu tak z makroekonomických hledisek.