APLIKACE COST-BENEFIT ANALÝZY V OBLASTI VÝROBY ELEKTRICKÉ ENERG Jan Melichar Centrum pro otázky životního prostředí Univerzity Karlovy v Praze, José Martího 407/2, 162 OO Praha 6, e-mail:
[email protected] 1. Úvod Analýza nákladů a užitků (Cost-Benefit Analysis, CBA) je důležitý ekonomický nástroj, který sleduje ekonomickou efektivnost možných alternativ posuzovaného projektu, ať už v soukromém nebo veřejném sektoru. CBA je důležitá zvláště při posuzování projektů, které mají vysoké náklady, a těch, které působí významné environmentální škody a také škody na lidském zdraví. V ekonomické terminologii mluvíme o externích nákladech. V tomto ohledu není sektor energetiky výjimkou. Energetika patří mezi hlavní uživatele přírodních zdrojů, které jsou omezené a vzácné. Ekonomická vzácnost implikuje to, že realizace jednoho projektu vylučuje realizaci projektu jiného. Z toho důvodu by mělo být zajištěno, že projekty v energetice poskytují ekonomice a společnosti významné přínosy s minimem škodlivých dopadů na životní prostředí. CBA je nástroj, který právě umožňuje srovnání společenských nákladů a přínosů, a podle této analýzy lze určit, která alternativa projektu je z hlediska ekonomické efektivnosti nejvýhodnější [1], [2]. V tomto příspěvku byla využita CBA s korekcí externích nákladů pro ekonomické vyhodnocení obnovy tepelné uhelné elektrárny modernějšími technologiemi na výrobu elektrické energie v ČR. Oproti stávající technologii využívající granulační kotle, byly hodnoceny 4 varianty retrofitu: fluidní spalování, kombinovaný cyklus integrovaného zplynění, fluidní systém spoluspalování hnědého uhlí a biomasy a kombinovaná výroby elektřiny a tepla. Nejvyšší čisté společenské přínosy jsou spoj s variantou kombinované výroby elektrické energie a tepla. 2. Vymezení scénářů projektu Předmětem CBA bylo posouzení ekonomické efektivnosti obnovy bloků tepelné uhelné elektrárny na konci její životnosti v prostředí České republiky. Cílem této modernizace je zvýšení energetické účinnosti výroby elektrické energie a snížení emisí oxidu uhličitého. Jako referenční scénář (REF) zvolen stávající hnědouhelný blok s granulačním kotlem. Jako další projektové alternativy byly vybrány čtyři technicky a ekonomicky realizovatelné varianty: (i) Projektová alternativa 1: fluidní kotel spalující hnědé uhlí (FBC brown), (ii) Projektová alternativa 2: kombinovaný cyklus integrovaného zplynění spalující černé uhlí (IGCC), (iii)Projektová alternativa 3: fluidní systém spoluspalování hnědého uhlí a biomasy (FBC biomass), (iv) Projektová alternativa 4: kombinovaný systém výroby elektřiny a tepla využívající hnědé uhlí(CHP). Další technické požadavky nejsou nutné, všechny projektové alternativy budou využívat existující technickou infrastrukturu a připojení k elektrické síti. Také není vyžadován další zábor pozemků. Aby jednotlivé varianty byly srovnatelné, je předpokládán stejný časový horizont, a to 40 let. Je předpokládané také konstantní plné zatížení 5 000 hodin za rok. Technické parametry referenční a projektových alternativ jsou přiblíženy v tabulce 1. Porovnání projektových alternativ s referenčním scénářem bylo realizováno přírůstkovým způsobem. Prvně byly změřeny celkové dopady (přínosy a náklady) pro všechny projektové alternativy (včetně referenčního scénáře). Zadruhé byl vypočítán rozdíl mezi každou projektovou alternativou a referenčním scénářem, tím byly zjištěny dodatečné dopady projektu. Tabulka 1 Technická specifikace referenční a projektových alternativ Alternativa Akronym Technologie Palivo Čištění spalin Čistá kapacita (MWe)
Čistá tepelnáEmise CO2 učinnost (%) (t/MWh)
Referenční
REF
Alternativa 1
FBC brown IGCC
Alternativa 2
Alternativa 3
FBC biomass CHP
Alternativa 4
granulační kotel hnědé uhlí (práškové) fluidní spalování hnědé uhlí
FGD, de NOx, 1x300 prach de SOx 2x150
37
0.99
37
0.99
kombinovaný cyklus integrovaného zplynění práškový kotel
černé uhlí
de SOx, de NOx
1x300
43
0.78
hnědé uhlí, biomasa hnědé uhlí
de SOx
2x150
37
0.78
FGD, de NOx, elelctrostat. odlučovač
300 (MWe) 37 120 (MWth)
0.77
uhelný kotel+parní turbína
3. Dotčené subjekty Co se týče geografického měřítka, CBA byla uvažována na globální úrovni. Důvodem volby globální perspektivy bylo zahrnutí dopadů souvisejících se změnou klimatu v důsledku emisí skleníkových plynů. Dále byly identifikovány dvě hlavní skupiny, které budou pravděpodobně dotčeny každou projektovou alternativou. Jako první skupina byl uvažován soukromý sektor, tzn. energetická společnost, která je zodpovědná za modernizaci existující elektrárny. Energetická společnost je jednak příjemcem přínosů prodejů elektrické energie) a také je subjektem, který nese náklady (investiční, fixní a variabilní). Další dotčenou skupinu představuje životní prostředí. V tomto případě se jedná o přínosy, dopady na lidské zdraví a ekosystémy, kterým je možné se vyhnout, protože projektová alternativa má lepší emisní profil v porovnání s referenčním scénářem. Na druhou stranu, je nutné započítávat externí náklady projektové alternativy, která má škodlivější dopady na lidské zdraví a životní prostředí, než je tomu u referenčního scénáře. 4. Kategorizace dopadů a výběr měřitelných indikátorů Pro každou projektovou alternativu, včetně té referenční, byly zvoleny odpovídající indikátory, které Měří změnu dopadů. V tomto smyslu byly uvažovány tři hlavní kategorie dopadů: - ekonomické dopady, - dopady na lidské zdraví, - environmentální dopady. V případě přínosů byly uvažovány jak monetární (v penězích vyjádřené) dopady, tak i nemonetární dopady. Souhrn uvažovaných přínosů je prezentován v boxu 1. Box 1 Kategorie dopadů na straně přínosů Přínos
Typ
Popis
Peněžní
Příjmy
Příjmy z prodeje elektrické energie a tepla
Nepeněžn í
Kvantitativní
Kvantifikovatelné a peněžně ocenitelné přínosy vztažené k lidskému zdraví a životnímu prostředí (zamezené externí náklady)
Dotčená skupina/geografické hledisko Energetické společnost/národní úroveň Životní prostředí /národní, evropská a globální úroveň
Strana nákladů byla vymezena podobným způsobem jako strana přínosů. Opět byly rozlišeny j dopady monetární, tak i nemonetární. Opět box 2 popisuje kategorie dopadů na straně nákladů. Box 2 Kategorie dopadů na straně nákladů Přínos
Typ
Popis
Peněžní
Investiční náklady
Náklady na projekci, instalaci, výstavbu zařízení, konzultace
Fixní náklady
Náklady na údržbu a administrativní náklady
Variabilní náklady
Palivové náklady
Kvantitativní
Externí náklady vztažené ke škodlivým efektům na lidské zdraví a životní prostředí
Nepeněžn í
Dotčená skupina/geografické hledisko
Energetické společnost/národní úroveň
Životní prostředí /národní, evropská a globální úroveň
5. Predikce dopadů po celou dobu životnosti zařízení Časový horizont projektu byl stanoven na 40 let, rok 2005 byl definován jako počáteční rok výroby. Ekonomické údaje o příjmech, investičních, fixních a variabilních nákladech pocházely z projekce OECD [3]. Příjmy a náklady byly přímo pořízeny v peněžním vyjádření. Dopady na lidské zdraví a životní prostředí byly odhadnuty modelem EcoSenseWeb V1.3. 6. Monetarizace dopadů (nákladů a přínosů) Všechny definované dopady byly následně vyjádřeny v peněžních jednotkách. Jak přínosy tak náklady byly vyjádřeny v EUR roku 2005 v reálných hodnotách. Jako deflátor byl použit index spotřebních z databáze OECD (http://webnet.oecd.org). V případě, že byly hodnoty vyjádřeny v US $, jejich konverze na EUR byla provedena pomocí tržního směnného kurzu, který byl také dostupný z databáze OECD. Tabulka 2 představuje soukromé náklady a příjmy pro každou uvažovanou projektovou alternativu včetně referenčního scénáře. Investiční náklady jsou vyjádřeny jako základní investiční náklady (overnight construction costs). Další hodnoty jsou určeny jako roční náklady nebo příjmy. Tabulka 2 Náklady a příjmy pro jednotlivé projektové alternativy (v mil. EUR 2005) Alternativa Investice Provoz a údržba Palivo Příjmy z elektřiny Příjmy z tepla REF 300 5,36 18,74 129,03 FBC brown 318 5,48 18,74 129,03 IGCC 494 5,48 24,1 129,03 FBC biomass 340 5,48 25,63 129,03 CHP 339 5,87 18,74 129,03 18,55
Tepelný kredit _ 0,89
Z důvodu, že příjmy a náklady byly přímo vyjádřeny v peněžních jednotkách, nebylo možné jejich rozlišení ve fyzických jednotkách. Proto jsme předpokládali, že soukromé náklady jsou stejné jako společenské náklady. To může vést ke zkreslení, protože ekonomické hodnoty nevycházejí stínových cen. Náklady a příjmy byly očištěny o daně a čisté transferové platby, proto nebylo potřeba provádět fiskální korekce daných hodnot. Externí náklady každé projektové alternativy byly kvantifikovány za pomocí webového softwarového nástroje EcoSenseWeb V1.3 (byl rozvíjen, Institute of Energy Economics and the Rational Use of Energy,
University of Stuttgart v rámci ExternE projektu NEEDS); viz http://webeco.ier. uni-stuttgart.de. Kvantifikované dopady ve fyzických jednotkách byly automaticky převeden do peněžního vyjádření v EUR roku 2005. Externí náklady jsou počítány jako jednotkové mezní náklady (vycházejí z přenosu hodnot) pro každou kategorii dopadů včetně dopadů na lidské zdraví, ztrátu zemědělské produkce, škod na materiálech budov, ztrátu biodiverzity a změnu klimatu [4]. Tabulka 3 představuje roční externí náklady pro každou alternativu vyjádřené v EUR v cenách roku 2005. Tabulka 3 Externí náklady projektových alternativ a referenčního scénáře (v mil. EUR 2005) Lidské zdraví 41,48 71,92
REF FBC brown IGCC 10,79 FBC 70,4 biomass CHP 34,89
Zemědělská produkce 0,83 0,35
Budovy
Změna klimatu Celkem
1,58 3,98
Ztráta biodiverzity 6,39 7,38
33,21 34,22
83,49 117,85
0,28 0,57
0,34 3,35
1,87 4,84
32,67 37,17
45,94 116,32
0,33
1,72
4,05
39,33
80,32
7. Diskontování přínosů a nákladů Všechny uvažované přínosy a náklady, které se objeví v průběhu životnosti projektu, byly diskontovány na současnou hodnotu roku 2005. Současnou hodnotu lze vypočítat následovně:
Kdy Y je částka plynoucí po dobu n let a d je diskontní míra. Vyjádření 1 / (1 + d)n je pak diskontní Pro výpočet současné hodnoty byla použita společenská diskontní míra 5,5 %, která je doporučena Evropskou komisí [5]. Čistá současná hodnota nákladů a přínosů je představena v tabulce 4. Tabulka 4 Kategorie Investiční náklady Provozní náklady Externí náklady Přínosy
Čistá současná hodnota přínosů a nákladů (v mil. EUR v cenové hladině roku 2005) REF 300
FBC brown 318
IGCC 494
FBC biomass 340
CHP 339
387
389
475
499
395
1340 2070
1891 2070
737 2070
1867 2070
1289 2537
8. Výpočet čisté současné hodnoty Pro každou projektovou alternativu byla vypočítána čistá současná hodnota. Čistá současná hodnota je rovna rozdílu mezi současnou hodnotou toku přínosů a současnou hodnotou toku nákladů:
kde Ʃ (t, n) je suma všech přínosů, P, a nákladů, N, které se objeví v průběhu uvažovaného období (od t = 0) do konce analyzovaného období n = 40). Tabulka 5 prezentuje výsledky ve formě jak současné hodnoty nákladů a přínosů, tak je zde uvedena výsledná čistá současná hodnota (ČSH) každé alternativy.
Tabulka 5 Současná hodnota (SH) nákladů a přínosů (v mil. EUR v cenách roku 2005) REF FBC IGCC brown SH investiční náklady 300 318 494 SH provozní náklady 387 389 475 SH externí náklady 1340 1891 737 SH přínosy 2070 2070 2070 Čistá současná hodnota (ČSH) 44 -527 365 = SH (Přínosy) — SH (Společenské náklady)
FBC biomass 340 499 1867 2070 -635
CHP 339 395 1289 2537 514
Pořadí alternativ podle ČSH se zahrnutím externích Čistá současná hodnota (ČSH) = SH (Přínosy) — SH (soukromé náklady)
3 1383
4 1363
2 1101
5 1231
1 1336
Pořadí alternativ podle ČSH bez externích nákladů
1
2
5
4
3
Můžeme zde vidět, že obě dvě alternativy na fluidní spalování (FBC brown a FBC biomass) přináší negativní ČSH, ze společenského hlediska nejsou profitabilní. Naopak kombinovaná výroba elektřiny a tepla (CHP), kombinovaný cyklus integrovaného zplynění (IGCC) a granulační kotel (REF) přináší kladnou ČSH a jsou tedy společensky profitabilní. Z těchto tří ziskových variant je nejvyšší čistá současná hodnota generována kombinovanou výrobou elektřiny a tepla, a to ve výši 514 mil. EUR. Na základě výsledků CBA lze tedy konstatovat, že je CHP v rámci porovnávaných alternativ nejvíce společensky profitabilní a ekonomicky efektivní technologií. Tabulka 5 také ukazuje, jaký je efekt na výsledek posuzování jednotlivých alternativ, když při výpočtu zahrneme i externí náklady. Pořadí alternativ v případě, kdy výpočet ČSR vychází z celkových společenských nákladů (= soukromé náklady + externí náklady) je odlišný od ČSH, která vychází pouze ze soukromých nákladů. To dokazuje, jak důležité je zahrnutí externích nákladů do ekonomické analýzy. 9. Citlivostní analýza Součástí CBA bylo také provedení citlivostní analýzy pro kritické proměnné, jako jsou investiční náklady, diskontní míra, cena elektřiny a hodnota CO2. Výsledky citlivostní analýzy jsou zobrazeny v následujícím diagramu (obrázek 1). Obrázek 1 Diagram citlivostní analýzy Obrázek 1 ukazuje, že výše čisté současné hodnoty je citlivá zejména na změnu ceny elektřiny. Snížení ceny elektřiny o 10 % povede ke změně ČSH o 20 %. Na druhou stranu změna v investičních nákladech ovlivňuje CSH minimálně. Diskontní míra je představitelem jednotkové elasticity, změna diskontní míry o 1 % způsobí přibližně 1 % změnu v hodnotě ČSH. 10. Závěr V tomto příspěvku byla představena analýza nákladů a přínosů, která vyhodnocovala ekonomickou efektivnost několika projektových alternativ na modernizaci existující uhelné elektrárny, která je na konci své životnosti. Jako referenční scénář byl stanoven uhelný blok využívající granulační kotle. Projektové alternativy byly: (i) fluidní spalování hnědého uhlí, (ii) kombinovaný cyklus integrovaného zplynění na černé uhlí, (iii) fluidní systém spoluspalování hnědého uhlí a biomasy, a (iv) kombinovaná výroba a elektrické energie a tepla využívající hnědé uhlí.
Z hlediska čisté současné hodnoty kombinovaná výroba elektřiny a tepla, kombinovaný cyklus integrovaného zplynění a granulační kotel generují kladnou čistou současnou hodnotu, a proto jsou společensky profitabilní. Z těchto alternativ nejvyšší ČSH je generována CHP. Je potřeba však konstatovat, že mohou existovat i další uhelné technologie (např. technologie na zachytávání a ukládání uhlíku) nebo technologie využívající jiné typy paliv, které nebyly zohledněny v této analýze a které mohou generovat vyšší čisté společenské přínosy, než je tomu u projektové alternativy CHP. To dokládá fakt, že doporučení na základě CBA závisí a je limitované podle toho, jak je definován problém (projekt a jednotlivé projektové alternativy), který je předmětem analýzy. Poděkování Tento příspěvek byl vytvořen díky grantu Ministerstva životního prostředí ČR VaV SP11/4i1/52/07 Modelování dopadů environmentální daňové reformy: II. etapa EDR. Za tuto podporu velice děkujeme Použitá literatura [1] BOARDMAN, A., GREENBERG, D., VINING, A. AND WEIMER, D. (2006): Cost Benefit Analysis: Concepts and Practice, 3/E. Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, US. ISBN-13: 9780131435834 [2] OECD (2006): Cost-Benefit Analysis and the Environment. Recent Developments. Secretary-General of the OECD. Paris, France. ISBN 92-64-01004-1 [3] OECD, IEA. (2005): Projected Costs of Generating Electricity 2005 Update, Paris [4] Evropská komise. (2005): ExternE: Externalities of Energy, Methodological 2005 Update. European Commission, Directorate-General for Research. Luxemburg: Office for Officio] Publications of the : European Communities. ISBN 92-79-00423-9 [5] Evropská komise. (2008): Guide to Cost-Benefit Analysis of investment projects. Structural Funds, Cohesion Fund and Instrument for Pre-Accession. Final Report. Directorate-General Regional Policy. Brussels. Internetový přístup: ht(p://ec.europa.eu/reional_policy/sources/docgener/guides/cost/guide2008 en.pdf (11/26/2008)
