-' 5? 3
SAMENVATTING VAN "DE KOSTEN VAN ENERGIE UIT KOLEN" EN "KOSTEN KERNENERGIE IN NEDERLAND"
Opgesteld door: •Werkgroepen uit de Afdelingen: "Kerntechniek" en "Technische Economie" van het "KONINKLIJK INSTITUUT VAN INGENIEURS"
Maart 1978
C\
SAMENSTELLING VAN DE WERKGROEPEN Technische Economie: ir. H. Borst ir. P. Brand
KEMA
ir. F.W. van der Brugghen ir. N.A. Doets
KEMA
drs. H. Halfmouw
KEMA
ing. P. van der Horst
Kon.Mij. "De Schelde13
ir. W.W. Nijs ir. G.J. Schoppert S• Potman
RSV
KEMA KEMA
PGEM PGEM
Kerntechniek i ir. H. Borst
KEMA
ir. P. Brand
KEMA
drs. H. Halfmouw
KEMA
ir. H.J.G. van Heel
UCN
ir. W.W. Nijs
RSV
ir. E.M. Shank
Comprimo
ir. J.H.N. Verheugen
ECN
drs. B. Verkerk
ECN
Dr.ir. A. van Vonderen
Nucon
i
I N H O U D
INLEIDING
UITGANGSPUNTEN
RESULTATEN
s'&i
Figuur 1
Opwekkingskosten voor kolengestookte- en kernenergiecentrales
Figuur 2
Opwekkingskosten als functie van de bedrijfstijd
Tabel 1
Productiecapaciteit in Nederland per 1 december 1977
Tabel 2
Prijsgevoeligheid voor kolen en kernenergie
i
w
1
INLEIDING Bij de keuze tussen de verschillende systemen voor het opwekken van elektriciteit speelt de kostprijs ervan een rol van betekenis. Dit was voor de besturen van de Afdelingen "Kerntechniek" en "Technische Economie" in de loop van 1977 aanleiding twee werkgroepen op te richten, die het doel hadden studies te verrichten naar de kostprijs van elektriciteit uit uranium en kolen. Als uitgangspunten van de studies zijn de "Energienota 1974" en het "Elektriciteitsplan 1982/1983" genomen. De besturen van de Afdelingen zijn van mening, dat de rapporten , die uit de studies verkregen zijn, van belang zijn in de meningsvorming over de wijze waarop in de toekomstige elektriciteitsvraag móet worden voorzien.
•«-•'
In de nu in bedrijf zijnde centrales zal olie het aardgas als brandstof gaan vervangen, naarmate de huidige leveringscontracten aflopen. Bij een volledige omschakeling van aardgas op olie, zal circa 80% van de huidige capaciteit op olie draaien, zoals blijkt uit tabel 1, waarin de huidige productiecapaciteit (per 01-12-1977) staat vermeld.
olie,olie/aardgas kernenergie aardgas kolen, kolen/olie, kolen/gas Hoogovengas/olie, Hoogovengas/aardgas t o t a a l
ca.
9 300 500 000 450 .800
X-
m
MW ( 66%) MW 4%) MW 14%) MW 10%) MW 6%)
Mi
14 000 MW (100%)
'S' Tabel 1
Productiecapaciteit in Nederland per 1 december 1977
Om verschillende redenen zal een dergelijke omschakeling niet zonder meer mogelijk zijn. Indien ook nog dé afhankelijkheid van olie moet worden verlaagd, kan dit alleen maar door alle nieuw te bouwen centrales te baseren op kolen en kernenergie, maar zelfs dan zal nog zeer lang een groot deel van het elektrisch vermogen moeten worden opgewekt door middel van olie. rapporten zijn op aanvraag verkrijgbaar bij het secretariaat van de Afdeling Kerntechniek,p.a. ir. P. Brand, ütrechtseweg 310, 6800 ET Arnhem
«'••
,V; ..••as
i
Gezien de beperkte keuze ten aanzien van nieuw te bouwen centrales is een studie naar de kosten en de kostenstructuur van de opwekking van elektriciteit uit kolen en uranium in de Nederlandse situatie van belang. Met opzet is dit rapport een samenvatting genoemd en niet een vergelijking tussen de beide energiedragers. Behalve dat bij een keuze tussen, of een balancering van kolen en kernenergie vele, ook niet-economische motieven een rol spelen, zijn ook de beide kostenstructuren verschillend. Daarom zullen ook deze bepalend zijn bij de overwegingen ten aanzien van kolen en uranium. Het is onvermijdelijk dat de neiging tot vergelijken opkomt bij een samenvatting van de kosten. Men dient zich goed te realiseren dat de in dit rapport genoemde kosten gebaseerd zijn op de situatie van vandaag, maar dat de bouwkosten worden uitgesmeerd over een bouwtijd van 4^ tot 6 jaar en dat de brandstofkosten een rol spelen over een periode van 20 jaar nadat de bouw 'gereed is. Opwekkingskos ten zijn niet meer dan een momentopname, een momentopname echter die mede als- leidraad moet dienen voor het nemen van, een beslissing, dié tenminste 20 jaar lang van invloed zal zijn op de elektriciteitsprijs. Kleine verschillen in de berekende opwekkingsprijs zijn zodoende alleen een versterking in de argumentatie tot diversificatie van de energiedragers. De besturen van de Afdelingen "Kerntechniek" en "Technische Economie" willen dan ook benadrukken dat deze studies niet zijn bedoeld om een voorkeur uit te spreken voor een van de beide systemen, maar alleen dienen als presentatie van de kosten, die voor beide systemen op analoge manier zijn verkregen.
2
UITGANGSPUNTEN
Voor de berekening van de elektriciteitsprijs opgewekt met behulp van kernenergie c.q. uit het stoken van kolen zijn een aantal uitgangspunten, betrokken op de Nederlandse situatie, van belang. Hieronder vallen:
-
eenheidsgrootte belastingsfactor rentevoet bouwtijd afschrijvingstermijn investeringskosten ontmantelingskosten
-
personeelskosten onderhoud hulpstoffen verzekeringen
Brandstoffen - brandstofkosten (splijtstof) - afvalverwerking- en opslag Achtereenvolgens zullen deze uitgangspunten in het kort worden toegelicht. Voor kernenergie is uitgegaan van een centrale van ca. 1000 MW, een eenhsidsgrootte die mede zijn oorsprong vindt in de "Energienota 1974". Daarnaast is als variant een eenheidsgrootte van 600 MW gekozen, teneinde die situaties, waar een 600 MW-centrale de voorkeur zou verdienen in verband met de belasting van het koppelnet of met het beschikbare reservevermogen, eveneens in de beschouwing te betrekken. Voor steenkoleneenheden is uitgegaan van een eenheidsgrootte van 600 MW, mede omdat momenteel twee centrales van deze grootte in aanbouw zijn (Amercentrale te Geertruidenberg en centrale Gelderland te Nijmegen). Op grond van een analyse van statistische.gegevens is de belastingsfactor voor beide opwékkingssystemen vastgesteld op 65%, overeenkomende met een bedrijfstijd bij vollast van ca. 5700 uur/jaar. Hierbij zijn beide systemen beschouwd als typische basislastsysternen, d.w.z. dat deze centrales maximaal ingezet worden om aan de minimum behoefte aan elektriciteit te kunnen voldoen.
1
Bij diverse onderdelen in de studies speelt de rentevoet een rol. Nu is in de marktrente een belangrijke component aanwezig die dient als vergoeding voor vermogensderving die de kapitaalverschaffer ondervindt als gevolg van de inflatie. Afgeleid kan worden dat in een inflatieloze economie de - reële - rentevoet op ongeveer 4% kan worden gesteld. In de studies is gekozen voor het systeem van constante prijzen en reële rentevoet. Hiermee wordt bereikt dat de berekende opwekkingskosten, op basis van het prijspeil van 1977, verder ontkoppeld zijn van het jaar van opwekking en van de dan geldende waarde van de, inmiddels geinflateerde, gulden. Pinancieal-rekenkundig kan overigens worden bewezen dat de 3. 4% contant gemaakte waarde van de totale jaarlijkse kosten, exact gelijk is aan de a 9% contant gemaakte waarde van de kosten waarin met inflatoire ontwikkelingen is gerekend, mits de inflatieverwachting voor de exploitatieperiode q _ 4 ca. 4,8% per- jaar 1+4/100 bedraagt. In Nederland is sprake van een bijzondere situatie doordat de keuze en de goedkeuring van vestigingsplaatsen via de procedure van de Planologische Kernbeslissing verloopt voordat sprake is van de feitelijke bestelling. Op basis van de gefaseerde besluitvorming waarbij tijdig de benodigde bouwvergunningen kunnen worden aangevraagd, kan worden verondersteld dat de bestelling van de centrale plaatsvindt zodra de vergunningen zijn verleend. De bouwtijd voor een kernenergiecentrale bedraagt dan 6 jaar en de bouwtijd voor een kolengestookte centrale bedraagt 4,5 jaar. Uit ervaringscijfers is afgeleid dat de bouwrente bepaald kan worden als de helft van de bouwtijd in jaren maal de te hanteren rentevoet. Aangezien de economische veroudering van beide systemen (onder meer door de afgenomen groei van het elektriciteitsverbruik) minder snel plaatsvindt, is met een afschrijvingstermijn van 20 jaar gerekend. Als variant is tevens het effect bepaald van een keuze van 15 jaar voor de afschrijvingsduur. Bij de investeringskosten is voor een kernenergiecentrale uitgegaan van een 'turn key1 contract. Verder is rekening gehouden met de nu bekende Nederlandse eisen ten aanzien van veiligheid en van milieuhygiëne.
Kr-
fe
Uit een uitvoerige beschouwing van literatuurgegevens, betreffende investeringskosten en de escalatie daarin, onder meer door verscherping van vèiligheids- en milieueisen, is voor de Nederlandse situatie afgeleid dat de investeringskosten voor een 1000 MW-eenheid circa ƒ 2070,—/kW bedragen, exclusief bouwrente.
ïf"
fe'
Bij de investeringskosten voor een kolengestookte centrale is er van uitgegaan dat in Nederland geen eisen worden gesteld die een gehele of gedeeltelijke ontzwaveling van rookgassen noodzakelijk maken. Dergelijke eisen hebben immers duidelijke gevolgen op de investeringskosten. Aangezien het te verwachten is dat in de nabije toekomst milieu-eisen ten aanzien van de emissie van S0 2 en NOx zullen worden gesteld, is bij de varianten echter rekening gehouden met het aanpassen daarvoor van de gehele installatie. Op grond van ervaringscijfers en van een analyse van literatuurgegevens is voor een 600 MW-kolengestookte centrale een bedrag voor investeringskosten bepaald ad ƒ 916,—/kW, exclusief, bouwrente. Met nadruk dient te worden gesteld dat bij de feitelijke opdracht voor de bouw van een centrale de investeringskosten mede zullen worden bepaald als resultaat van commerciële onderhandelingen en dat deze kunnen afwijken van de hier gepresenteerde investeringskosten.
&
Met de bepaling van ontmantelingskos ten van een kernenergiecentrale is in de Verenigde Staten ervaring opgedaan en wel bij de volledige ontmanteling van de 26 MW Elk Riverreactor. Op basis van het prijspeil van 1977 bedraagt de hoogste kostenschatting voor de ontmanteling van een grote kernenergiecentrale ca. ƒ 90 min. Deze kosten zijn contant gemaakt en bij de investeringskosten gevoegd. Ook voor een kolengestookte eenheid zijn de ontmantelingskosten begroot en meegenomen in de berekening. Voor de personeelskosten, onderhoudskosten, hulpstoffen en verzekeringen is gebruik gemaakt van bestaande ervaringscijfers in Nederland. De kostsn voor de gehele splijtstof voorziening (splijtstofcycluskcsten) zijn berekend met behulp van de1 methode der contante waarde. Enkele van de belangrijkste veronderstellingen zijn (e.s.a. = eenheid van scheidingsarbeid):
V4
10
-
prijs natuurlijk uranium prijs scheidingsarbeid fabricage kosten van elementen opwerkingskosten afvalverwerking en -opslag (zoutmijn)
ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ
2 5 5 , ~ /kg ü 280,—/e.s.a. 300,—/kg ü 686,—/kg U 63,--/kg u
Als variant i s de s i t u a t i e berekend waarbij de bestraalde s p l i j t s t o f elementen niet worden opgewerkt maar in zijn geheel worden ingekapseld en opgeslagen. Voor deze variant zijn de kosten van verwerking en opslag geschat op ƒ 175,—/kg U. Door gebrek aan ervaringscijfers dient aan de resultaten van deze variantrekening een grotere onnauwkeurigheid te worden toegekend. Bij de kolengestookte centrale geldt voor de brandstofkosten de volgende onderverdeling: -
prijs af mijn 15 -30 transport mijn-zeehaven en overslag 5 -10 zeevracht ' 3,50-12 overslag en transport zeehaven-centrale 3 - 4
$/ton $/ton $/ton $/ton
Hoewel voor de meeste kosten een grote variatie i s aangegeven, is het n'iet zo dat de totale kosten liggen in een band tussen de som van minima en maxima. Als ook rekening wordt gehouden met de verbrandingswaarde, dan b l i j k t name l i j k de prijs per GJ aanzienlijk minder te variëren: van f 3,— tot ƒ 3,80/GJ. Voor de studie i s rekening gehouden met een prijs van ƒ 3,35/GJ, hetgeen met het huidige p r i j s niveau van in Nederland geïmporteerde kolen overeenkomt. De prijsontwikkeling van kolen in de toekomst i s nog onzeker. Rekening houdende met een sterk toenemende vraag, zullen nieuwe mijnen moeten worden geopend, van moderne outillage moeten worden voorzien en zullen eveneens de milieu-eisen aanzienlijk toenemen. Voor deze studie zijn dan ook b i j de varianten hogere brandstoffenprijzen gebruikt. Een probleem bij het stoken van kolen i s de vorming van een aanzienlijke hoeveelheid as. Hiervoor moeten opslagfacilit e i t e n en/of toepassingsmogelijkheden worden gezocht. Deze aspecten zijn in de berekening n i e t opgenomen. Bij de bijproducten van de rookgasontzwaveling zijn de wegwerp processen voor Nederlandse omstandigheden als n i e t acceptabel gekwalificeerd. De bijproducten u i t de regeneratieve processen passen.voorlopig nog wel in het. normale verbruikspatroon. Bij de kostenfactoren i s hiermee verder geen rekening gehouden.
11
3
RESULTATEN In deze samenvatting zullen de belangrijkste resultaten van de studies in de vorm van .figuren worden gepresenteerd. Voor het gebruikte cijfermateriaal en de argumentatie moet worden verwezen naar. de afzonderlijke rapporten.
4
:
yfi
In figuur 1 zijn voor beide opwekkingssystemen de opwekkingskosten voor de standaardberekening gegeven inclusief de kostenopbouw. Voor kernenergie is tevens de 600 MWvariant en de variant van de "wegwerp" splijtstofcyclus vermeld. Voor de kolengestpokte centrales is-de invloed van rookgasontzwaveling te zien en is het resultaat gegeven van een berekening met een kolenprijs van f 6,—/GJ. In figuur 2 zijn voor beide systemen de opwekkingskosten -gegeven, als functie van de belas tings factor -van de centrale (belastingsfactor: fractie van geproduceerde elektriciteit t.o.v. theoretisch mogelijke jaarproductie). In tabel 2 is de prijsgevoeligheid a .gegeven voor,een aantal kostenfactoren uitgaande van de standaardberekeningen voor •• zowel kernenergie als voor kolen gestookte : eenheden (ei: verhouding van verandering, van totale opwekkingskosten en verandering>van één der kostenfactoren)r
ir m
Erijsgevöeligheid
_.
:
• .. a
(fractie) %
prijs van uranium 'verrijkingskosten . • opwerkingskosten kosten van verwerking van kernsp l i j tings afval investeringskosten
0,10 0,08 0,06 0,006 0,54
Kolencjestookte eenheid: kolenprijs investeringskos ten Tabel 2
0,63 0,26
Prijsgevoeligheid op de opwekkingskosten van e l e k t r i c i t e i t uit kolen en kernenergie
Zowel uit de figuren als u i t de prijsgevoeligheden b l i j k t duidelijk de verschillende structuur van de opwekkingskosten voor beide systemen. De structuurverschillen geven aanleiding t o t de volgende observaties:
12
Bij kernenergiecentrales i s de investering van doorslaggevende betekenis. De prijs van de grondstof - natuurlijk uranium - i s slechts voor 10% in de kWh-prijs aanwezig. Hierdoor i s de kWh-prijs ongevoelig voor wijzigingen in de grondstofprijs en i s de s t a b i l i t e i t van dè. kWhrprigs tijdénsy|ië levetisdüur van de centrale zeer groot. Door de lage variabele kosten zal déze centrale b i j voorkeur als basis lasteenheid worden ingezet. De kosten van de verwerking vanhet kernspïijtingsafval zijn van ondergeschikte betekenis. De opwekkingskosten .bij een kolengestookte centrale zijn zeer gevoelig voor wijzigingen in de brandstofprijs. Aangezien andere fossiele brandstoffen (aardgas, olie) hoogwaardiger (d.w.z. duurder) -..-zijn. zullen kolengestooktë eenheden eveneens als basislast-eenheden ingezet kunnen w o r d e n . .
' -~-': *:; < ~ •; • ~--.\,-.-'
• .-•_ -••'-. > . - % > ,
^\-=r\-.
-;•'..;"";-'.""" ~
Ten opzichte van de inkort van dé grondstof natuurlijk uranium betekent de import van kplen een circa vijfmaal zo hoge waarde van geïmporteerde brandstoffen; Indien dè splijtstof opwerking in het buitenland plaatsvindt betekent dé import van kolen een circa drie maal zo hoge waarde van geïmporteerde brandstoffen. V De eventuele invoering van de e i s tot rookgasontzwaveling betekent een verhoging van de kWh-prijs met circa 20%.' •'" De mogelijke invloed van de koppeling van de ontzwalingsinstallatie op de bedrijfstijd i s hierbij niet begrepen. Bij de in de studies, geldende veronderstellingen geven de resultaten van de standaardberekeningen geen significant verschil in de opwekkingskosten voor beide systemen. Het principe van spreiding van risico's zou ervoor pleiten beide systemen van elektriciteitsopwekking in gebruik te nemen. ?
F:
BiinB OPWEKKIM6&KOSTEH
ESS § 3 I s «i 5 3 SS
O I
UI
i
i
T
T
1
I
Ci/KWh
-»
K5
(
I
UI
I
1
rn 79
s
r
rn
m
ra
c
n
9
§
m 3
0PWEKKIH&6KOSTEH
ei/kWh
KERNENERGIE
7
6
I
TOTAAL
5
•n
4
vS
H KAP! rAAL6LA6TEM
s.
SPL*>TiiTC)FKO*TEri
»-Eri O
75
65 Vo)
KOLEH
7 6 Of£>LA& «OOKCtAt-OHTZWA VELlHöi
I
ld
5
5>
TOTAAL
S 4
II ui
*
3
o o
Z
I
1
KAPITAALALA6TEH
O 55
75
FIG. 2
