Energiaellátás és –gazdálkodás A Decentralizált energiaellátás
Írta és összeállította: Dr. Bihari Péter Dr. Gács Iván Groniewsky Axel
Budapest, 2014.
BIHARI PÉTER – GÁCS IVÁN – GRONIEWSKY AXEL ENERGIAELLÁTÁS ÉS –GAZDÁLKODÁS A DECENTRALIZÁLT ENERGIAELLÁTÁS
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM ENERGETIKAI GÉPEK ÉS RENDSZEREK TANSZÉK
JEGYZETEK BMEGEENMEEA
BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM ENERGETIKAI GÉPEK ÉS RENDSZEREK TANSZÉK
ENERGIAELLÁTÁS ÉS –GAZDÁLKODÁS A
DECENTRALIZÁLT ENERGIAELLÁTÁS
Összeállította: Dr. Bihari Péter Dr. Gács Iván Groniewsky Axel
Ez az oldal szándékosan maradt üresen.
2
Tartalomjegyzék
1. Bevezetés és célkitűzések.......................................................................................................... 4 1.1. Alapelvek és megfontolások .............................................................................................. 4 1.2. Alternatív lehetőségek, döntési szempontok .................................................................. 5 2. Részmodellek .............................................................................................................................. 7 2.1. Műszaki modellek és üzemviteli jellemzők ..................................................................... 7 2.1.1. Rendszermodell ........................................................................................................... 7 2.1.2. Üzemviteli stratégia .................................................................................................... 8 2.1.3. Az energiafejlesztés mutatószámai ........................................................................... 9 2.1.4. Az ellátásbiztonság alapelvei ................................................................................... 10 2.2. Gazdasági modellek .......................................................................................................... 12 2.2.1. Gazdasági modellek áttekintése............................................................................... 12 2.2.2. Beruházási költségek ................................................................................................. 13 2.2.3. Üzemeltetési költségek ............................................................................................. 15 2.2.4. Bevételek .................................................................................................................... 17 2.2.5. Váratlan helyzetek költségei.................................................................................... 18 2.2.6. Támogatások .............................................................................................................. 19 2.2.7. Környezetvédelmi költségek .................................................................................... 21 2.2.8. Egyéb költségek.......................................................................................................... 22 2.3. Külső költségek meghatározásának elvei ...................................................................... 22 2.3.1. Externális hatások részmodelljei ............................................................................. 25 2.3.2. Egyszerűsített értékelés ............................................................................................ 26 3. Elemző és összehasonlító módszerek. Összefoglalás ........................................................... 31 3.1. Vizsgálható alternatívák .................................................................................................. 31 3.2. Az elemzések módszertana .............................................................................................. 32 3.3. Következtetések ................................................................................................................ 34 4. Felhasznált források ................................................................................................................ 35
3
1. Bevezetés és célkitűzések A decentralizált energiaellátás alatt az energiaellátás és átalakítás olyan kombinációját értjük, melynek során a felhasznált primer-, ill. szekunder energiahordózóból nemesített hővel és villamos energiával – az üzemállapotok többségében – kielégíthetők a fogyasztói igények, ugyanakkor egyes esetekben szükség lehet az előbb említett energiahordozók külső forrásból történő vásárlására, valamint alacsony fogyasztói igények esetén – a gazdaságos üzemvitel biztosítása érdekében – eladására. A félautonóm energiaellátás az autonóm (szigetüzemű) energiaellátással szemben nagyobb fokú biztonságot és jobb kihasználtságot, így gazdaságosabb üzemet eredményez.
1.1. Alapelvek és megfontolások A decentralizált, félautonóm energiaellátás többféle technológiai bázison valósítható meg, attól függően, hogy milyen jellegűek a fogyasztói igények, milyen primer, ill. szekunder energiahordozók állnak rendelkezésre, továbbá, milyen energiakereskedelmi lehetőségek érhetők el. Ennek megfelelően a félautonóm energiaellátás a következő műszaki alternatívák egyikeként valósítható meg: – kis teljesítményszinteken o gázmotor, o mikrogázturbina hőhasznosítással, – közepes teljesítményszinteken o gázmotor, o gázturbina hőhasznosítással, – nagy teljesítményszinteken o gázturbina hőhasznosítással. A hőhasznosítás nélküli berendezések jellemző teljesítmény és hatásfok tartományait szemlélteti az 1–1. ábra. Mint a jellemzők alapján megállapítható a gázmotorok és a mikrogázturbinák fő paraméterei részben átfedik egymást. Az ábrázolt paraméterek értékei alapján arra a következtetésre is juthatnánk, hogy a mikrogázturbináknak nincs is létjogosultsága az igen kis teljesítményeket leszámítva. Azonban e következtetés nem helyénvaló, hiszen a mikrogázturbina esetében a hőhasznosítás nem követelmény, szemben a gázmotorokkal, ahol a motor hűtését mindenképpen meg kell oldani és az elvont hővel valamit kezdeni kell (értékesíteni vagy a környezetbe elvezetni). A berendezés(ek) nagyságának meghatározásakor több szempontot kell együttesen figyelembe venni, annak érdekében, hogy optimális döntést hozhassunk. E szempontok a következők: – fogyasztói igények (helyi és távoli) nagysága és időbeli lefolyása; – energiarendszerekhez (villamos, gáz- és távhőhálózat) való csatlakozási lehetőségek; – környezetvédelmi feltételek (emisszió és immisszió határértékek); – energiaértékesítési feltételek (átvételi kötelezettség, hatósági árak stb.).
4
Villamos hatásfok
0,5 0,4 GM 0,3 GT µGT
0,2 0,1 0
10
100
1000 10000 100000 Villamos teljesítmény, kW
1–1. ábra. Energiaátalakító berendezések teljesítmény és hatásfoktartományai (GM: gázmotor; GT: gázturbina; µGT: mikrogázturbina)
1.2. Alternatív lehetőségek, döntési szempontok Az első döntési csomópont a vizsgált fogyasztó vagy fogyasztó csoport viszonya a nagy energiaellátó rendszerekhez. Ebben a vonatkozásban a lehetőségek: – autonóm energiaellátás, amikor a fogyasztó minden energiaigényét – beleértve az alapenergia-hordozókat is – maga elégíti ki, – félautonóm energiaellátás, amikor a fogyasztó alapenergia-hordozót vásárol, a nemesített energiahordozó igényét teljesen vagy döntő mértékben maga elégíti ki, – csatlakozás a központosított energiahálózatokhoz, a fogyasztó nem üzemeltet energiaátalakító technológiát, a vásárolt energiahordozókat használja fel. A teljesen autonóm energiaellátásnak csak ott van létjogosultsága, ahol központosított energiahálózatokhoz – pl. nagy távolság miatt – lehetetlen vagy igen költséges a csatlakozás és biztonságos alapenergia-forrás áll rendelkezésre vagy az ellátás biztonságához nem fűződik jelentős érdek. Ez a változat vizsgálati körünkön kívül esik. A központosított energiahálózatokhoz való csatlakozás – legalább a villamos hálózat vonatkozásában – Magyarországon bárhol, a civilizált világ legtöbb helyén lehetséges. A forróvíz vagy gőz hőhordozó hálózatokhoz való csatlakozás lehetősége már lényegesen szűkebb, ezért a félautonóm energiaellátás alapvető ismérvének a villamos hálózati kapcsolódás módját tekintjük. A félautonóm energiaellátás tervezése során az előző alfejezetben írt szempontok alapján a következő alternatívák között nyílik lehetőség választásra: – gázmotoros blokkfűtőerőmű, – mikrogázturbina, – mikrogázturbina hőhasznosítással, – forróvízkazán és villamosenergia vételezés a hálózatról.
5
Az egyes alternatív lehetőségek közötti választásról szóló döntést többféle szempont is befolyásolhatja, ahogyan azt az előző alfejezetben felsoroltuk. A döntést meghozni e szempontok együttes mérlegelése útján lehet. Mivel az egyes szempontok eltérő jellegűek (műszaki, jogi, fogyasztói stb.) ezért olyan közös szempontrendszert kell találnunk, melynek segítségével egységes módon ítélhetők meg az egyes alternatívák. E közös értékelési módszer a gazdasági összehasonlítás, mely lényegében költségekben nyilvánul meg. A lehetséges alternatívák közül azt érdemes megvalósítani, mely – a fogyasztói igények maradéktalan és biztonságos kielégítése mellett – a üzemeltető/fogyasztó szintjén a legkisebb költséget eredményezi. E döntési szempontrendszer alapján azonban meg kell különböztetnünk kétfajta beruházási módot: 1. az üzemeltető egyben a beruházó 2. a fogyasztó csak energiát vásárol a beruházó által létrehozott és működtetett energiaszolgáltató rendszertől. Amennyiben az üzemeltető kellő tőkeerővel rendelkezik, akkor célszerű az 1. megoldást választania, míg tökerő hiányában vagy hitelt vesz fel az 1. változat megvalósítása érdekében, vagy a 2. lehetőséget választja. A továbbiakban elemző vizsgálatainkat az 1. megoldási lehetőségre fókuszálva fogjuk elvégezni. A 2. megoldást csak mint szükséglehetőséget említjük. A műszaki-gazdasági döntések előkészítését, az alternatívák összehasonlítását és az optimumkeresést a folyamatok összetettsége és bonyolultsága okán célszerű azok modelljein elvégezni, ezért vizsgálatainkat a rendszerek műszaki, gazdasági és környezetvédelmi modelljeinek felállításával kezdjük. A modellek alapján meghatározhatóvá válnak azok a pénzügyi mutatók, melyek segítségével a legkedvezőbb döntés meghozható. A döntési kritérium a vizsgált részmodellekre vonatkozó összegzett pénzügyi mutatók (költségek) legkedvezőbb (legkisebb) értéke lesz. Ennek megfelelően az optimumkeresési feladat (döntési kritérium) matematikai formában a következőképpen fogalmazható meg: (1.1) MIN ∑ C i ! , i ahol C i az egyes részmodellekhez tartozó költségtagokat jelenti. A továbbiakban a bevételeket is költségként kezeljük csak negatív előjellel. Természetesen a fenti önköltség szemléletű modelltől eltérő módszert is választhatunk döntési feltételül. Erre igen alkalmas a pénzforgalmi szemléletű megközelítésben alkalmazott nettó jelenérték, valamint a megtérülési idő.
6
2. Részmodellek Ebben a fejezetben azokat a részmodelleket tekintjük át, melyekkel a félautonóm energiaellátáshoz kapcsolódó költségek leírhatók és kiszámíthatóvá tehetők. E részmodellek a következők: – beruházási költségek, – üzemeltetési költségek, – értékesítési bevételek, – váratlan helyzetek költségei, – támogatások, – környezetvédelmi költségek (megelőzés és károk költségei), – egyéb költségek. E felsorolás néhány tagja kissé bővebb magyarázatra szorul. A váratlan helyzetek költségei alatt azt a költségösszeget értjük mely akkor merül fel, amikor az energetikai berendezés rendelkezésre nem állása miatt a villamos hálózatról a szerződésekben rögzítettnél nagyobb teljesítményt vételez a létesítmény, ill. energiahordozó korlátozás miatt az eredeti üzemmenettől el kell térni és az energiaellátást más forrásból más költséggel kell biztosítani. A támogatások alatt olyan – negatív előjelű – költséget, azaz bevételt értünk, melyet az állam vagy más szervezet juttat a beruházó részére egyes energetikai technológiák elterjedésének elősegítésére (beruházási támogatás), ill. az üzemeltető részére (pl. kötelező átvétel). A környezetvédelmi költségek közül a megelőzés költségei alatt a jogszabályi előírások betartásához esetleg szükséges tisztító és leválasztóberendezések költségeit, míg a károk költségei alatt az energetikai berendezésből származó szennyezőanyagok környezetben okozott hatásainak költségét értjük. Ez utóbbi figyelembevétele – jogi előírás hiányában – ma még csak önkéntes. Egyéb költségek címen vesszük számításba az üzemeltetéssel nem szorosan kapcsolatos költségeket (pl. adminisztrációs költségek). A gazdasági értékelés mellett ugyanakkor nem lehet figyelmen kívül hagy a műszaki szempontokat sem, noha azok valamilyen módon megjelennek magukban a gazdasági részmodellekben is. Ilyen fontos szempontok – az ellátásbiztonság, – a felhasznált energiahordozók mennyisége és minősége, valamint e paraméterek időbeli változása, – a szolgáltatott energiahordozók mennyisége és minősége, valamint e paraméterek időbeli változása. Mivel a gazdasági vizsgálatok a műszaki jellemzőkön alapulnak, ezért célszerű azokat tárgyalni először, majd azok ismeretében felállítani a gazdasági (költség) modelleket.
2.1. Műszaki modellek és üzemviteli jellemzők 2.1.1. Rendszermodell A félautonóm energiaellátás az 1. fejezetben közölt definíció alapján lényegében kapcsolt energiafejlesztést jelent. Ennek megfelelően műszaki modellje, rendszerstruktúrája a 2– 1. ábra szenti alrendszerekkel jellemezhető.
7
szennyezőanyagok
szennyezőanyagok
hő
ENG
földgáz
energiaátalakító technológia
villamos energia
EeH
hő EpH
fogyasztó
villamos energia
EiE
villamos energia EeE
EpE
A FÉLAUTONÓM RENDSZER HATÁRA
2–1. ábra. A félautonóm energiaellátás rendszerstruktúrája
Mint az a 2–1. ábrán látható, a félautonóm rendszer a vezetékes energiaszolgáltatókkal ál szoros kapcsolatban, mivel onnan tüzelőanyagot (földgáz) vesz, melyet hővé és villamos energiává alakítva látja el a fogyasztókat. A fogyasztói igény feletti energiamennyiségeket értékesíti, míg azok hiánya esetén a hálózatból vételezi azokat. Mind az energiaátalakítás, mind pedig a fogyasztó szennyezőanyag kibocsátással jár (a hőszennyezést is értve), mely a környezetbe kerül. Az energiaátalakító technológia a Bevezetőben említetteknek megfelelően alapvetően – műszaki sajátosságait tekintve – háromféle lehet. 1. A villamosenergia-igényeket a villamos hálózatról történő vételezéssel, míg a hőigényeket a távhőhálózatról történő vételezéssel elégítik ki. 2. A villamosenergia-igényeket a villamos hálózatról történő vételezéssel, míg a hőigényeket a földgáz forróvízkazánokban történő eltüzelésével elégítik ki. 3. A villamosenergia-igényeket és a hőigényeket kapcsolt energiafejlesztő berendezés (gázturbina vagy gázmotor) alkalmazásával elégítik ki. Természetesen ezen kívül még elképzelhetők más kombinációk is, azonban ezekről (pl. forróvízkazán és gázturbina) könnyen belátható, hogy gazdaságilag versenyképtelenek. Magától értetődő, hogy mindhárom kombináció esetén a félautonóm rendszer össze van kötve a villamos és – annak megléte esetén – a távhő hálózattal.
2.1.2. Üzemviteli stratégia A félautonóm energiaellátás egyik fontos kérdése az üzemviteli stratégia megválasztása. Nagyon fontos, hogy létezzen írásba foglalt üzemviteli stratégia és azt az üzemeltető személyzet maradéktalanul tartsa be. Lényegében az üzemvitel két változata különböztethető meg attól függően, hogy mi az üzemeltető és/vagy tulajdonos célkitűzése. Amennyiben a stratégiai cél kifejezetten az önellátás, akkor önellátó-terheléskövető, míg ha a berendezések folyamatos, nagy kihasználtsággal történő működtetése, akkor alapüzemű stratégiáról beszélünk. Mindkét üzemviteli stratégiának megvannak a maga előnyei és hátrányai, a döntést kellő mérlegelés után az üzemeltetőnek kell meghoznia. Az önellátó-terheléskövető stratégia előnyei (az alapüzemmel szemben): – a vásárolt energiahordozó (földgáz) mennyiség a fogyasztással arányos, – a szennyezőanyag kibocsátás – viszonylag – alacsony értéken tartható, – több berendezés megléte esetén egyes éppen nem üzemelő berendezések saját tartalékként szolgálnak, – a segédanyagok (pl. kenőolaj, szűrők) költségei kisebbek, 8
– kisebbek az energiahordozó kereskedelemmel járó adminisztrációs és egyéb terhek, – a villamos hálózat alacsonyabb feszültségszinten olcsóbban kiépíthető, – a villamos átviteli és biztosítóberendezések olcsóbbak. Az önellátó-terheléskövető stratégia hátrányai: – a gyakori terhelésváltoztatás, valamint indítás/leállítás miatti tranziensek következtében az elhasználódás nő, a maradó élettartam és a megbízhatóság csökken, – a karbantartási költségek magasabbak a tranziens üzemállapotok nagy száma miatt, – a berendezések kihasználtsága alacsony, – igen pontos menetrend-tervezést tesz szükségessé, – üzemzavar és menetrendtől való eltérés esetén a hálózatokból a lekötött teljesítmények feletti vételezés jelentős többletköltséget eredményez. Az alapüzemű stratégia előnyei: − a folyamatos üzem kevesebb indítást és leállítást jelent, így csökkenti berendezések tranziens állapotban való üzemét, mely előnyösen hat a gépek megbízhatóságára, – a termelt többlet villamos energia és hő értékesítéséből származó bevétel fedezi a többlet gázfogyasztás költségeit, – az üzemóraszám és így a karbantartás az eddigieknél előre tervezhetővé válik, így valószínűleg ritkábban kell igénybe venni a kisegítő (vagy a feletti) teljesítményt, mely költségcsökkenést eredményezhet, – az átállás nem igényel beruházást (abban az esetben, ha a hőkiadás nem korlátozott). Az alapüzemű stratégia hátrányai: – az üzemóraszámok növekedtével nő a karbantartások gyakorisága, így azok költsége, – az üzemeltetés költségei (kenőolajfogyasztás stb.) kismértékben növekedhetnek, – növekszik a szennyezőanyag kibocsátás, – amennyiben a folyamatos alapüzem hőkiadási korlátokba ütközne, úgy elkerülhetetlenné válna segédhűtő rendszer beépítése.
2.1.3. Az energiafejlesztés mutatószámai Az energiafejlesztés mutatószámait a 2–1. ábra jelöléseinek alkalmazásával írjuk fel. A félautonóm energiaellátó rendszer eredő energetikai hatásfoka a rendszerhatárt átlépő energiaáramokkal a következőképp írható fel: Eɺ + Eɺ η = eH eE , (2.1) EɺNG + EɺiE ahol Eɺ eH a szolgáltatott, ill. vételezett hőáram (0 értékű ha vételezésről van szó), Eɺ eE a szolgáltatott villamos teljesítmény, EɺNG felhasznált tüzelőanyag (földgáz) hőteljesítmény,
9
EɺiE az energiaátalakító technológiai berendezések működtetéséhez szükséges, a hálózatból vételezett villamos teljesítmény. Az indexekben itt és a továbbiakban e exportot (kiadást), i importot (vételezést), H hőt, E elektromos energiát, NG földgázt (natural gas) jelent. A hatásfok mellett egy másik jellemző energetikai mutató a villamos energia aránya a hőhöz képest, amit a Eɺ σ = eE (2.2) EɺeH
kifejezéssel határozhatunk meg az egész rendszerre, míg EɺpE σT = EɺpH
(2.3)
az energiaátalakító (technológiai, jele T) berendezésre vonatkozóan, ahol a p index a fejlesztett (produced) energiaáramot jelenti. A berendezések kihasználtságát, melynek az ellátásbiztonság és megbízhatóság leírásánál lesz szerepe a következő egyenlettel, az ún. kapacitáskihasználási-tényezővel (capacity factor) definiáljuk: CF =
Eɺ Eɺinst
,
(2.4)
ahol Eɺ a T hosszúságú időintervallumra jellemző átlagos teljesítmény (akár hő, akár villamos), melyet az T
1 Eɺ = ∫ Eɺ ( t ) dt T0
(2.5)
kifejezéssel számíthatunk ki, míg Eɺinst a beépített teljesítőképesség.
2.1.4. Az ellátásbiztonság alapelvei Az energiaellátás feladata, hogy a fogyasztói igényeket minden időpillanatban a szükséges mennyiségű és minőségű energiával (energiahordozóval) elégítse ki. Az energiaellátást akkor nevezhetjük biztonságosnak, ha a fenti feladatnak még elfogadható kockázat (kiesési valószínűség, szolgáltatási szünet) mellett tesz eleget. Nem részletezve és indokolva az egyes megállapításokat az energiahordozók vonatkozásában az ellátásbiztonság megítélésekor, a fogalom értelmezésekor az alábbiakat kell figyelembe venni. 1. Az energiahordozókkal történő ellátás, az energiaellátás a modern társadalmakban összetett, több technikai alrendszerből álló energiaellátási láncon keresztül valósul meg majd minden energiahordozó esetében. 2. Az energiahordozók sok esetben nem helyettesíthetők egy másik energiahordozóval, ezért nincs értelme „általánosságban vett” ellátásbiztonságról beszélni, csak az egyes energiahordozók szolgáltatásának biztonsági szintjéről. 3. Az energiahordozókkal történő ellátás technológiai láncának egyes technikai alrendszerei igen eltérőek a megbízhatóság és az ellátási láncban elfoglalt helyük szempontjából. Ebből következően a teljes ellátási technológiai láncra értelmezett ellátásbiztonság az egyes sorba, ill. párhuzamosan kapcsolt elemek megbízhatóságából a valószínűségi elemzések módszereivel (pl. hibafa, eseményfa vizsgálat) vezethető le. Így az energiaellátás teljes technológiai láncára értelmezett megbízhatóság az egyes alrendszerek megbízhatósága eredőjeként adódik.
10
4.
Az eredő ellátásbiztonság alapvetően két dologtól függ: - az energiaellátási lánc egyes technológiai alrendszereinek zavarmentes működésétől (1), - magának az energiahordozónak a rendelkezésre állásától (2). 5. Értelemszerűen a két alapfeltétel egyidejű teljesülésekor valósul meg a zavarmentes energiahordozó-ellátás. 6. Az ellátási zavarok kiküszöbölésének, pontosabban fogalmazva bekövetkezési valószínűségük csökkentésének érdekében alapvetően eltérő jellegű intézkedésekre van szükség az első és a második esetben. 7. Az energiahordozók mindenkori rendelkezésre állásának biztonsága a beszerzési források diverzifikációjával növelhető. Lényegi jellemzője ennek a területnek, hogy az ellátásbiztonság „mértéke” nehezen, vagy egyáltalán nem kvantifikálható. 8. A technológiai alrendszerek működése zavarmentességének javítása esetében is a diverzifikáció (több egymástól független ellátási lánc kiépítése), illetve a műszaki megbízhatósági mutatók javítása eredményeképpen növelhető az ellátásbiztonság. Szemben az előzőekkel, ezen a területen – lévén műszaki eszközegyüttesekről szó – már kvantifikálható, azaz mennyiségileg jellemezhető az ellátásbiztonság. 9. Az energiaellátás biztonsága mindig és mindenkor attól függ, milyen erőforrásokat fordít a beruházó a biztonság megteremtésére. Kiépíthetők igen magas fokú ellátásbiztonságot nyújtó ellátási technológiák, láncok, azonban ezek óriási anyagi ráfordításokat követelnek. 10. A fogyasztók nem azonos mértékben „érzékenyek” az ellátásbiztonságra. Ez az alapvető tény is alátámasztja azt, hogy értelmetlenség „általában vett” ellátásbiztonságról beszélni. Az energiaellátásra folyamatosságára különösen érzékeny felhasználók esetében biztosítani kell több ellátási lánc kiépítettségét. 12. Igen nagy különbségek vannak az ellátásbiztonság „szintje” között az egyes energiahordozók vonatkozásában, például a villamos energia és a földgáz energiahordozó esetében. A villamos energia esetében nagymértékben diverzifikált forrásokról, többszörösen hurkolt ellátó-hálózatról van szó. A földgáz esetében ennek az ellenkezője igaz, mind a nagy távolságú szállítóvezetékek, mind a primerenergia-hordozó források diverzifikáltsága esetében. 15. Az egyes energiahordozók ellátásbiztonságában abból fakadóan is jelentős eltérések mutatkoznak, hogy milyen mértékben készletezhetők az energiahordozók a felhasználás helyén. A készletezés mind a források, mind a szállító rendszerek bizonytalanságai ellen egy bizonyos idejű védelmet nyújt. A készletezhetőség erősen függ a tároló létesítésének és üzemeltetésének költségeitől, továbbá magának az energiahordozónak az árától. A félautonóm energiaellátás esetében a fenti általános megfogalmazással definiált ellátásbiztonság a következőképp határozható meg: – a vezetéken érkező energiahordozók rendelkezésre állása; – az energiaátalakító technológiai berendezések rendelkezésre állása; – az elosztóberendezések és átviteli hálózat megbízhatósága. Mivel egymás után sorba kapcsolt berendezésekről van szó így az ellátásbiztonságot jellemző megbízhatósági mutatót is ennek megfelelően kell meghatározni. 11
2.2. Gazdasági modellek 2.2.1. Gazdasági modellek áttekintése Egy döntéshozatali, értékelési folyamatban általában az a cél, hogy alternatívák közül válasszunk. Nyilvánvaló, hogy nézőponttól függően más-más szempontnak lesz kedvező vagy kedvezőtlen, fontos vagy kevésbé fontos szerepe. Egy egyszerű példa valamely energiahordozó eladási árának megemelése: ez az energiatermelő számára kedvező, a felhasználó számára kedvezőtlen, az országos szintű értékelésben többnyire nincs különösebb jelentősége, mert amennyit az egyik piaci szereplő nyer, a másik annyit veszít. 2.2.1.1. Országos szintű gazdasági értékelés Országos szintű gazdasági értékelésnek figyelembe kell venni a változatok hatását az országos energiamérlegre, az ehhez kapcsolódó költségvetési kiadásokra és bevételekre, az import kockázatokra, az ellátásbiztonságra és kapcsolódását az országos energiapolitikai irányelvekhez. Értékelni kell a technológiák külső költségeit, amely a más gazdasági szereplőknél vagy személyeknél a környezeti kibocsátások következtében előálló különféle változások, károk, ill. a károk megelőzésének költségei. Ezen belül kiemelendő az egészségügyi károk szerepe. Energetikai létesítmények esetén a külső költségek fő forrása az üzemeltetés során kibocsátott légszennyező anyagok lokális, kontinentális és globális léptékű káros hatása. Figyelembe kell venni az ország által kötött nemzetközi (pl. kén- és nitrogénoxidok, üvegházhatású gázok kibocsátására vonatkozó) egyezmények által szabott korlátokat. Az országos szintű értékelésnek ki kell tekintenie a vizsgált iparág határain túlra is, vizsgálnia kell a közvetett hatásokat is. Energetikai döntéseknél ilyen a berendezés megválasztásának hatása a hazai energetikai gépgyártásra, a tüzelőanyag megválasztás hatása az energiahordozókat kitermelő iparra, további hatások a szállításra, munkaerőpiacra stb. 2.2.1.2. Ágazati szintű gazdasági értékelés Az ágazati (energiaipari vagy villamosenergia-ipari) szintű gazdasági értékelésnek át kell vennie az országos szintű értékelés néhány kiemelt szempontját (hatás az országos energiamérlegre, az import kockázatok, az ellátásbiztonság és kapcsolódás az országos energiapolitikai irányelvekhez, környezeti hatások), de alapvetően azt kell szem előtt tartania, hogy az ország energiaigényét a lehető legkisebb társadalmi teher mellett elégítse ki. Az összes társadalmi teher legfontosabb eleme az energiaellátás költsége, de a fogalomkörbe beletartozik a környezeti hatások okozta külső költség és esetenként egy lelki teher is, amely az egyes megoldásokkal szembeni – indokolt vagy indokolatlan – társadalmi fenntartásokból, aggodalmakból származik. Ez utóbbira jellemző példa a víz- vagy atomerőmű ellenesség, de említhető a hulladékégetéssel szembeni ellenszenv is. Az ágazati szintű gazdasági értékelés nem tekint ki a vizsgált iparág határain túlra, nem foglalkozik a munkaerőpiaci kérdésekkel és nemzetközi szerződésekkel. 2.2.1.3. Vállalkozási szintű gazdasági értékelés A vállalkozási szintű gazdasági értékelés célja a nyereség maximalizálása. Energetikai vonatkozásban feladata valamely vállalkozás gazdaságos és biztonságos energiaellátásának megtervezése, irányítása. Figyelembe veszi a gazdasági szabályozók által közvetített országos ill. ágazati gazdasági és környezeti célokat, kötelezettségeket, de azok figyelembe vétele csak annyira adekvát, amennyire a szabályzók helyesek. A vállalkozási szintű gazdasági modell általános költségstruktúráját mutatja az alábbi táblázat. (2–1. táblázat)
12
2.2.2. Beruházási költségek Egy erőmű beruházásának költsége (investment cost, I) m év (építési idő) alatt a kamatok figyelembe vétele nélkül (elméletileg mintha „egy éjszaka” alatt megtörténne a felépítés):
I0 =
−1
∑
j =− m
I0, j ,
(2.6)
tehát a j-ik évben beruházásra fordított pénzmennyiségek összege. A 0 index a pénz időértékének figyelmen kívül maradására, azaz annak nominális értéken való figyelembevételére utal. Az erőmű beruházásának költsége m év alatt kamatokkal, az üzembe helyezés pillanatára diszkontálva:
I=
−1
I0, j
j =− m
(1 + p ) j+0,5
∑
.
(2.7)
A diszkonttényező kitevőjében szereplő +0,5 a folyamatosan fellépő kiadások következménye. Elvben az évek bármely pillanatára képzelhetnénk az adott évi teljes kiadást. Ezzel a korrekcióval az aktuális év közepére helyezzük a diszkontálással áthidalandó távolságot. Nyilván az évek elejét vagy végét választva eltérő összegek adódnak. Ha az időben „elkent” kiadásokat így koncentráljuk, az arany (de legalábbis ezüst) középutat járjuk. Az elhúzódó beruházás többletterhének mutatószáma az interkaláris tényező: I i = > 1. (2.8) I0 Ez a tényező rámutat arra, hogy a ráfordított pénzmennyiség időértéke milyen fontos szerepet játszik a nagy tőkeigényű építkezéseknél. Értéke általában 1,1..1,4 körül alakul. Az alsó határ a gyorsan felépíthető (pl. gázturbinás) blokkokra, a felső a hosszan elnyúló (pl. atomerőművi) blokkok létesítésére jellemző.
13
2–1. táblázat. Vállalkozási szintű általános költségstruktúra Megnevezés
Értékcsökkenési leírásban figyelembe vett költségek
Tőkeberuházási költségek
Építési telek és (földterület) és azzal kapcsolatos jogok megszerzésének költségei Építési költségek Berendezések költségei Épületek és berendezések installációs költségei Tervezési költségek Mérnökszolgálati költségek Lebonyolítási (fővállalkozói) költségek Építési segédlétesítmények költségei Építés alatti kamatterhek Tartalékalkatrészek és berendezések költségei Tartalékalap költségei
Primerenergia-hordozók és segédanyagok állandó költsége
ÁLLANDÓ KÖLTSÉGEK
Leszerelési költség Teljesítménylekötési díjak Primerenergia-hordozók állandó költ- Tartalékolt (raktározott) primerenergia hordozó(k) költségei ségei Tárolási díjak Saját bánya állandó költségei Segédanyagok állandó költsége
Teljesítménylekötési díjak Tárolási díjak
Üresjáráshoz és készenléthez szükséges primerenergia hordozó(k) költségei Üresjáráshoz és készenléthez szükséges segédanyagok költségei Állandó üzemi személyzet bérköltségei
Bérköltségek
Igazgatási személyzet bérköltségei Üresjárati és készenléti bérköltségek
Karbantartás állandó költségei Karbantartási költÜresjárati és készenléti karbantartás költségei ségek Igazgatási dologi költségek Egyéb állandó költségek Egyéb állandó költ- Adók ségek Illetékek VÁLTOZÓ KÖLTSÉGEK
Biztosítások Primerenergia-hordozók változó költségei Primerenergia-hordozók és segédanyagok költsége Segédanyagok változó költségei Bérköltségek
Termeléssel arányos bérköltségek
Karbantartási költTermeléstől függő karbantartás költségei ségek
A beruházási költséget általában a beépített teljesítőképességre vonatkoztatottan, az ún. fajlagos beruházási költség nagyságával adják meg, melyet az I a= 0 (2.9) Eɺinst összefüggéssel definiálunk. Ennek értéke igen sok tényezőtől függ és meglehetősen széles tartományban mozog. Mindezek alapján a beruházást évente terhelő költség: 14
CI = α iI 0 ,
(2.10)
ahol α a jogszabályokban meghatározott leírási hányad.
2.2.3. Üzemeltetési költségek 2.2.3.1. Energiaköltségek Az energetikai befektetések (energiaátalakítás és szállítás) hosszú távú beruházások. Ezért minden ilyen jellegű beruházás megkívánja, a használni tervezett energiahordozó, piaci árának rövid és hosszú-távú alakulásának vizsgálatát. Az elkövetkező időszakban a földgáz ára (a kőolajéhoz hasonlóan) volatilissá válhat, ennek oka, hogy Nyugat-Európa és Észak-Amerika függősége tovább fog növekedni. Erre a hosszú távú trendre utal, hogy 2005-ben Nyugat-Európa miközben a globális készletek 3%-a felett rendelkezett, a kitermelésben 11%-os arányban vett részt, az Egyesült Államok pedig, ahol a globális földgázkészletek 4%-a volt található, 26%-al vett részt. A volatilitás növekedésének esélyeire utal a földgáz árának 2005 végi drasztikus megugrása is. A földgáz esetében a kőolajtól eltérően jóval szabályozottabb a piac, így klasszikus világpiaci árról sem beszélhetünk. Észak-Amerikában jóval liberalizáltabb a piac, mint Európában, ahol az algériai földgáz mellett elsősorban az Oroszországból származó földgáz a meghatározó. A piaci szereplőket befolyásoló árak a kitermelési költségek mellett a szállítási és disztribúciós költségekből állnak össze. Európában meghatározó szerepet töltenek be az orosz szállítások, illetve az azok döntő részét képviselő Gazprom, amely 51%-ban állami tulajdon, a Föld ismert földgázkészleteinek 15,5%-a felett rendelkezik, és a 2005-ös világtermelés kb 20%-át adta. A cégóriás piaci pozíciója meghatározó Európában, és döntő hatása van a magyarországi gázárak alakulására is, ahogy ezt az osztott 2–2. ábra mutatja. Mivel az energiaátalakítás és szállítás költségei időben állandónak tekinthetők (amennyiben az éves inflációt figyelmen kívül hagyjuk), ezért elmondható, hogy a villamosenergia piaci árának alakulása is elsősorban attól a primer energiahordozótól függ, amiből nyerték. Az, hogy a villamosenergia piaci ára nem változik olyan hektikusan, mint a földgázé, annak köszönhető, hogy több primer energiahordozóból állítanak elő villamosenergiát, és így a piac sokkal kiegyenlítettebb. Természetesen itt is bekövetkezhetnek hirtelen felfutások, mint ahogy ez 2003-2004-között a Paksi Atomerőmű 2. blokkjának üzemzavara idején volt, azonban ritkábban. Ezek alapján viszont elmondható, hogy mivel hosszútávon a primer energiahordozók világpiaci árát egységesen az emelkedés jellemzi, ezért a villamosenergia piaci árában is növekedés várható. (2–2. ábra)
15
Euró/GJ
Cent/kWh
7
7
6
6
5 4
Földgáz
5
3 2 1 0
4
Villamosenergia 1990 92
94
96
98
2000
02
04
06
2–2. ábra. Földgáz és villamos energia hazai árának alakulása
2.2.3.2. Szállítási költségek A vezetékes energiaellátás költségeinek vizsgálatánál különbséget kell tenni távhőre, földgázra és villamos energiára vonatkozó szállítási költségek között. Mivel a földgáz és a távhő szállítási költségmodellje nagyon hasonló, ezért ebben a tanulmányban csak a földgáz és a villamosenergia-átvitellel kapcsolatos költségek kerülnek tárgyalásra. A földgázzal kapcsolatos szállítási költségek (costs, C) feloszthatók egy üzemviteltől független állandó ( C fga ), és egy üzemviteltől függő változó költségre ( C fgv ). (2.11)
C fg = C fga + C fgv Az állandó költségekre vonatkozó összefüggést a C fga = CaSZ + CaT = α k IkSZ + α k IkT
(2.11) (2.12)
adja meg, ahol: C asz a szállítással kapcsolatos állandó költségeket, C aT a tárolással kapcsolatos állandó költségeket, α k a leírási kulcsot, I kSZ az inflációt is tartalmazó, a szállítással kapcsolatos tényleges költséget (földgázvezetékek és nyomásszabályozó állomások kiépítésével kapcsolatos költségek és amortizáció), I kT az inflációt is tartalmazó, a tárolással kapcsolatos tényleges költséget (földgáztározók építésével kapcsolatos költségek és amortizáció) jelöli. A változó költségekre vonatkozó összefüggést pedig a C fgv = C vSZ + C vT = k ⋅ ( WGT −k + Wm ) + k ⋅ WTveszt
(2.13)
fejezi ki, ahol: C vsz a szállítással kapcsolatos változó költségeket, C vT a tárolással kapcsolatos változó költségeket, k az átlagos egységköltséget, WGT-K a szállítás közben bekövetkező nyomásesés miatt fellépő kompressziós munkát, Wm a közeg szállításához szükséges hőt (melegítést), WTveszt pedig a tárolók falán átszivárgó veszteséget, illetve a tárolókban rekedt anyagveszteséget jelöli. (Mivel az anyagban kémiailag kötött energia van, ezért itt is energiaveszteségről beszélünk.) A távhőre vonatkozó szállítási költségmodell annyiban módosul az előbbi egyenletekhez ((2.11)..(2.13)) képest, hogy táhvőellátásnál nincsenek tárolók, a hőellátás folytonos. Természetesen egy minimális tartalékkal (pufferrel) a távhőrendszer is rendelkezik, ez azonban csak az áramló közeg tehetetlenségéből fakad, de nagyobb rendszerek esetén sem haladja meg a 4-5 órát.
16
A villamosenergia-átvitellel kapcsolatos költség, a földgáz és a hőszállításhoz hasonlóan áll egy állandó és egy változó részből. Az állandó költségekre vonatkozó összefüggést a (2.14) C TE = CSZ + C ve adja meg, ahol: – CSZ a szigeteléssekkel (szigetelőlánc, oszlopok, egyéb tartozékok) kapcsolatos költségre; – C ve a vezetékkel (vezető, védővezető anyagköltség) kapcsolatos költségre utal. Ahogy azt az alábbi egyenlet is mutatja (2.15) a villamosenergia-átvitel adott teljesítményéhez és távolságához tartozó költségek a névleges feszültség növelésével csökkennek: ρ ⋅ B ⋅ Sn + l 1 C ve = ⋅ (2.15) Un 3⋅ J Sn az átvinni kívánt látszólagos teljesítmény, Un az átvitel névleges vonali feszültségének effektív értéke, J az áramvezető sodronyban mért áramsűrűség, ρ az áramvezető sodrony átlagos sűrűsége, l az energiaátvitel távolsága, B pedig az áramvezető sodrony egységnyi tömegére eső költség. Mivel a szigeteléssel kapcsolatos költségek a feszültség növekedésével nőnek, ezért egy közös diagramon való ábrázolás alapján (2–3. ábra) található egy olyan névleges feszültség (gazdaságos feszültség), amelyhez tartozó állandó költségnek minimuma van. C 1,0
0,8
CTE 0,6
0,4
CSZ
CVE
0,2 0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
U
2–3. ábra. Az villamosenergia-átvitel gazdaságos feszültségét szemléltető ábra
A villamosenergia-átvitellel kapcsolatos változó költségekre vonatkozó összefüggést a (2.16) C TV = SU ⋅ k ⋅ τ adja meg, ahol SU a feszültségesés hatására bekövetkező teljesítményveszteség, k a villamos energia egységköltsége, τ pedig a szállítási idő. Összességében a villamosenergia-átvitel költsége a (2.17) C T = C TE + C TV alakban írható fel.
2.2.4. Bevételek A felépült és üzembe került energetikai létesítmény költségszerkezete ábrázolható grafikusan, jellegében a 2–4. ábra mutatta módon (egy évre): 17
C
R C F
CF
Cv α
Ca
EF
E
2–4. ábra. Az erőmű költségeinek és árbevételének alakulása
A 2–4. ábra jelöléseinek értelmezése: C = C a + C v : a vállalat évi összes költsége, R: a vállalat árbevétele (annual revenue) F: fedezeti pont tg α : a kiadott energia egységköltségének változó része A függőlegesen vonalkázott terület a fedezeti pont felett a nyereség tartománya, alatta viszont veszteség mutatkozik. Minden erőmű más és más fedezeti ponttal jellemezhető, de közös céljuk az fölé, attól természetszerűleg minél távolabb kerülni, nyereségüket ily módon növelni. Ez az egyéni törekvés érthetően szöges ellentétben áll a legkisebb költségre szabályozó rendszer érdekével, mely konfliktust az erőműrendszer és a beruházási döntések tárgyalásánál fejtjük ki részletesen. (A fedezeti pont elérése vagy el nem érése a kiadott energia évi mennyiségétől, azon belül az éves csúcskihasználási óraszámtól függ, az pedig a teherelosztástól.) A függvényeket általában egyeneseknek ábrázoljuk, ami elfogadható közelítésnek mondható, a szakirodalomban is elterjedt. Az állandó költségekre ez kevésbé vitás, a változó költségekre inkább, de a kiadott teljesítmény és a felhasznált tüzelőanyag-mennyiség összefüggésének dominanciája a változó költségben erre feljogosíthat. Az egyenesek menete nyilvánvaló. Amíg nincs energia kiadás, addig nincs változó (tüzelőanyag) költség és árbevétel sem. Ez persze újfent elnagyolt kijelentés, hiszen kiadott energia nélkül is járhat „üresben” egy blokk, az árbevétele pedig származhat több forrásból is, nemcsak szorosan véve a villamos energia vonalra adásából (pl. teljesítménydíj).
2.2.5. Váratlan helyzetek költségei Váratlan helyzetről akkor beszélhetünk, amikor erőmű üzemeltetésében előre nem látható okból meghibásodás, leállás, ill. az energiellátásban valamilyen zavar következik be. Ezek a következők lehetnek: – zavar (részleges vagy teljes hiány) az energiahordozó vételezésben (pl. gázkorlátozás), – zavar az energiahordozó kiadásban, ami teljesítménycsökkentést tesz szükségessé, 18
– leállást nem, de teljesítménycsökkenést okozó meghibásodás, – leállást okozó meghibásodás. A váratlan helyezetek költségvonzatainak meghatározásakor az okozott károk, valamint az bekövetkező károk elhárítása, ill. megelőzése érdekében tett intézkedések költségeit kell figyelembe venni. Ezek közül a megelőzéssel kapcsolatos költségek a következők: – a megbízhatóság növelésére tett lépések: C R , –
tartalékképzés energiahordozóban: C Res,E és berendezésekben C Res,I .
A bekövetkező váratlan események (károk) elhárításának és mérséklésének költségei a következőktől függnek: – a nem szolgáltatott energia költségei: C NS –
a terven felüli energiavételezés költségei: Cextra,E ,
–
a terven kívüli javítás költségei: Cextra,R .
A megbízhatóság növelése érdekében végrehajtott intézkedések költségei viszonylag pontosan meghatározhatók. Ezzel szemben a károk költségei csak matematikai (valószínűségi) módszerekkel becsülhetők. Amennyiben a kellően részletes képpel rendelkezünk a vizsgált energetikai rendszerről, akkor e becslés pontossága is megfelelő. Összességében – megbízhatóság – szempontjából akkor hozunk optimális döntést, ha C R + C Res,E + C Res,I ≥ C NS + Cextra,E + Cextra,R (2.18) vagyis a biztonságos, alacsony kockázattal járó üzemviteli és beruházási stratégiát választjuk.
2.2.6. Támogatások Piacgazdaságban a forrásoldali támogatásra abban az esetben van szükség – a tiszta versenyhelyzetet megőrizve –, ha a kitűzött cél a jelenlegi gazdasági feltételek mellett nem rentábilis. Az energiaszektorban két formája létezik a támogatásnak: vagy átvételi az-az az állam kötelezettséget vállal a termelt áram átvételére, vagy pénzügyi támogatást nyújt a beruházáshoz. A kapcsolt technológiával megtermelt villamos energia a 2006. 01. 18-án módosított 56/2002. (XII. 29.) GKM rendelet alapján kötelező átvétel alá esik, amennyiben megfelel a rendelet 4. § 5. bekezdésében rögzített valamely feltételnek. Átvételi kötelezettség vonatkozik: a) a 6 MW-nál nem nagyobb beépített teljesítőképességű erőműegységből kiadott, (i) távhő célú hővel kapcsoltan termelt, (ii) külön kezelt intézmény ellátására szolgáló, nem táv-hő célú hővel kapcsoltan termelt, (iii) nem külön kezelt intézmény ellátására szolgáló, nem távhő célú hővel üzembe helyezett erőműegységben kapcsoltan termelt, b) a 6 MW-nál nagyobb, de 50 MW-nál nem nagyobb beépített teljesítőképességű erőműegységből kiadott, hővel kapcsoltan termelt, c) az 50 MW-nál nagyobb beépített teljesítőképességű erőműegységből kiadott, távhő célú hővel kapcsoltan termelt villamos energiára is, ha az energiaátalakítás hatásfoka az adott erőműegységre éves szinten legalább 65%, s ez a megfelelő mérések alapján egyértelműen és hitelt érdemlően bizonyítható. 19
Az alábbi táblázatok (2–2., 2–3. és 2–4 táblázat) a 2006. augusztus 1-én érvényben lévő, kapcsolt villamos energiatermelésre vonatkozó átvételi árakat mutatják. 2–2. táblázat. Jellemzően az 50 MW-nál nem nagyobb beépített teljesítőképességű erőműegységekre vonatkozó átvételi árak, kapcsolt villamos energiatermelés esetén Ft/kWh gázmotorral termelt nem gázmotorral termelt
Zónaidő Csúcsidőszak Völgyidőszak Mélyvölgy időszak
36,16 19,51 3,00
34,31 19,51 8,71
2–3. táblázat. Jellemzően az 50 MW-nál nagyobb beépített teljesítőképességű erőműegységekre vonatkozó átvételi árak, kapcsolt villamos energiatermelés esetén Zónaidő
Ft/kWh
Csúcsidőszak Völgy- és mélyvölgy időszak
20,14 10,07
A kötelezően átvett villamos energiára a rendszerirányító KÁP-ot (Kötelező Átvételhez kapcsolódó kompenzációs célú Pénzeszköz) fizet a közüzemi engedélyeseknek. A KÁP nagysága a
KÁP = E ⋅ ( K − N )
(2.19)
képlettel számolható, ahol E (kWh) az átvett villamos energia, K (Ft/kWh) a megszabott energiadíj, és N (Ft/kWh) a nagykereskedelmi hatósági egységár. A K és N értékét a hatóság állapítja meg és módosítja a tapasztalatok alapján. A KÁP kifizetés nagysága 2006. első félévében 24,6 milliárd forint volt, ami az előző év azonos időszakához képest közel kétszeres növekedést mutat. A teljes kifizetés kétharmada közel 16,5 milliárd forint a kapcsoltan termelt villamos energia támogatásához köthető, míg a megújuló energiaforrásból termelt villamos energia támogatása 7,6 milliárd forintot tett ki. (2–5. táblázat.) 2–4. táblázat. Villamosenergia átvételi árak Zónaidő Csúcsidőszak
Ft/kWh
24,86 Völgyidőszak 14,14 Mélyvölgy időszak 8,71
20
2–5. táblázat. KÁP kifizetések megoszlása az egyes termelési módok között 2006. január-június között Kapcsolt
Hulladék és Nyomásejtő
KÁP*
16448
561
KÁP* teljes
16448
561
Megújuló Szennyvízgáz Vízerőmű Szélerőmű Biomassza, biogáz
11 329 217 7067 7623
* - A táblázatban szereplő adatok millió Ft-ban értendők.
Az előző évek trendjével ellentétben, a kapcsolt energiatermelésre fordított KÁP kifizetések növekedési üteme meghaladta a megújuló bázisú villamos energiatermelésre fordított KÁP kifizetés növekedési ütemét. Míg a kapcsolt villamosenergia-termelés támogatására kifizetett KÁP több mint kétszeresére, addig a megújulók támogatása másfélszeresére növekedett az előző év azonos időszakához képest.
2.2.7. Környezetvédelmi költségek A környezetvédelem diktálta szükségszerűség, hogy minden, a környezetre jelentős hatást gyakorló beruházás előtt a technológia, telepítési hely, üzemanyag stb. kiválasztásában a környezetvédelem szempontjai is érvényesüljenek. A döntés akkor tekinthető optimálisnak, ha a társadalom szintjén jelentkező összes költséget számításba véve az az adott körülmények között az elérhető legkisebb. Ez azt jelenti, hogy nem elégséges a beruházó saját költségeit figyelembe venni, hanem a tevékenység következtében (nem feltétlen a telepítés közvetlen közelében) bekövetkező egyéb hatások költségeit is fel kell tárni. Ilyen hatásnak tekinthetők az emberi egészségben, az élővilágban, az épített művi környezetben stb. bekövetkező kedvezőtlen változások. A kedvezőtlen hatások megelőzése érdekében végrehajtott intézkedések költségeit szintén fel kell tárni. A környezetszennyezéshez kapcsolódó különböző károk csökkentésénél, a rendelkezésre álló legjobb csökkentési technológia (BAT=best available technology) megválasztásánál igen fontos szempont a gazdaságosság. Ennek megítélésénél, az egyes beavatkozások megtervezésénél, a legkedvezőbb csökkentési stratégiák kidolgozásánál, környezetvédelmi politika kialakításánál, ismernünk kell, mind a szóbajöhető technológiák költségeit, mind pedig, legalább is tájékoztató jelleggel, az okozott károk költség vonzatait. Természetesen a költségeken és a szóbajöhető technológiákon túlmenően elsősorban az okozott károk minél részletesebb felmérése, nagyságuknak és keletkezési mechanizmusuknak számbavételezése is szükséges. Ismerni kell továbbá az egyedüli szennyező vagy több szennyező együttes fellépése esetében a szennyezők azon küszöb értékeit, az un. kritikus terheléseket, vagy kritikus szinteket, melyeket meghaladó terhelések a környezetben mindenképpen károsodásokat okoznak, illetve mely érték alatt jelen ismereteink szerint még az igen érzékeny elemeknél sem okoznak számottevő károsodásokat, vagyis ezen szennyezőanyag mennyiségeket az ökoszisztéma érzékelhető kár vagy állapot romlás nélkül el tud viselni. Igen nagy fontosságú ezen terhelési küszöb értékeknek az ismerete, melynek meghatározása a hosszú ideig tartó, alacsony szennyező anyag szintek esetében okozhat különösen nehézséget, főleg azon esetekben, amikkor, az ökoszisztémának vagy annak egyes egyedeinek saját védekezési mechanizmusa van. A környezetszennyezésből származó károk becslését általában több lépésben végzik, melyek a következők: – az első lépcsőben a fizikai károk mértékének a meghatározása történik, pl. anyag veszteség, korróziós mélység, egészségkárosodások stb., a kár-függvények, vagy dózis-hatás összefüggések alapján;
21
a második lépcsőben a szennyezők hatásának kitett népesség, tárgyak, anyagok stb. állományát mérik fel, – a harmadik lépcsőben a karbantartások, felújítások, szerkezeti anyagok cseréjének, pótlásának fajlagos költségét, illetőleg az egészség károsítások stb. fajlagos költségeit határozzák meg, míg – a negyedik lépcsőben a szennyezésnek kitett állomány egyedeinek károsodásának mértékét megszorozva a fajlagos költségekkel történik az eredő, tényleges költségek nagyságának a becslése. Gazdaságilag megalapozott környezetvédelmi döntésekhez a szennyezéssel kapcsolatos valamennyi költség összegének minimumát kell keresni. Az összes költség (C) a leválasztás, kibocsátás csökkentés CP technológiai költségének és a kibocsátás következtében a környezetben fellépő CE költségnek az összege. Ez utóbbi tovább bontható a kár megelőzése, csökkentése érdekében teendő intézkedések költségére és az okozott kár összegére: (2.20) C = C P + C E = C P + C E1 + C E2 –
Értelemszerűen az összefüggésben azonos időalapra hozott költségeket – célszerűen évi költségeket – kell használni. Az évi költségek tartalmazzák a beruházási költségek (pl. leválasztónál) évi költségterhét, és a folyamatosan fellépő üzemeltetési, karbantartási stb. költségeket, valamint az okozott károkat. Itt kell figyelembe venni a nem levegőbe kerülő (pl. víz- ,talaj-) szennyezés költségeit és kárait, amelyek kapcsolódnak a levegőszennyezési folyamatokhoz. Ezek a költségek általában a leválasztáshoz, a leválasztott szennyezőanyagok elhelyezéséhez kapcsolódóan lépnek fel és esetenként akár domináló szerepük is lehet az összes költségeken belül. Elvben minden kibocsátáshoz hozzárendelhető a kibocsátáshoz kapcsolódó CE költség, amely minden pontban egy optimális arányú CE1 és CE2 költségtagot tartalmaz, vagyis feltételez egy optimális kárcsökkentési stratégiát. Az ábra első két részében eltérő leválasztási költség esetére látható az optimálás. Alacsonyabb leválasztási költségek esetén adódik egy gazdaságilag optimális Eopt kibocsátás (emisszió), míg ha a leválasztás költsége (Clevál.) – beleértve a hulladék-elhelyezést is – magas az optimum a teljes kibocsátás. A nulla kibocsátás soha nem adódhat optimumnak, mert e szélső helyzet felé haladva a leválasztási költségek általában a végtelenhez tartanak. A valóságos esetekben a lehetséges kibocsátások skálája általában nem folyamatos, hanem valamilyen kibocsátás csökkentési eljárás megvalósításának vagy elvetésének gazdaságosságát kell eldönteni. Ekkor a haszon/költség arányt célszerű vizsgálni és ha teljesül a ∆C E haszon / költség = − ≥1 (2.21) ∆Clevál. egyenlőtlenség, akkor kell az adott eljárás javára dönteni.
2.2.8. Egyéb költségek Az egyéb költségek – melyekhez bérek és járulékaik, adók, biztosítások és más, jellegükben az előző költségfajtákhoz be nem sorolható fizetési kötelezettségek tartoznak – csak a létesítmény részletes terveinek ismeretében válnak becsülhetővé, ezért a továbbiakban ezekkel a jelentésben nem foglalkozunk.
2.3. Külső költségek meghatározásának elvei Külső (externális) gazdasági hatásról akkor beszélünk, ha a gazdaság egy szereplőjének tevékenysége előnyös vagy hátrányos következményekkel jár egy másik szereplő számára 22
(módosítja a jóléti függvényét), anélkül, hogy az előnyt élvező fizetne, ill. a hátrányt elszenvedő kártérítést kapna ezért. A külső költségek az egyéni hasznok, ill. költségek és a társadalmi hasznok, ill. költségek különbözeteként állnak elő.) Az externális költségek megfelelő használatával (pl. adóztatás, támogatás stb.) javulhat az erőforrások elosztásának és felhasználásának hatékonysága, csökkenthető a társadalmi kár és elősegíthető a fejlődés fenntarthatósága, a környezetvédelmi célkitűzések teljesítése. A fenti meghatározás kapcsán problémát az externális költség egyéni és társadalmi hasznok, ill. költségek különbözeteként való értelmezése jelent. A közgazdasági gondolkodás és szemléletmód a 2– 5. ábrán kísérhető figyelemmel. Az ábrán az MCA görbe a szennyezés csökkentésének határköltségét, míg a MSB és MPB vonalak a szennyezés csökkenésével együttjáró társadalmi, ill. egyéni határhasznot jelenítik meg. MSB
határköltség és határhaszon
Z MCA
C’
C ΔE
EC
B A’
MPB A M
0
EB
EA Emax szennyezőanyag kibocsátás
2–5. ábra. Externália gazdasági következményei (MCA: szennyezés csökkentés határköltsége, marginal cost of abatement; MSB: társadalmi határhaszon, marginal social benefit; MPB: egyéni határhaszon, marginal personal benefit; EC: külső határköltség, marginal external cost)
Egy erőmű, ha egyáltalán nem fogja vissza szennyezőanyag kibocsátását (M), akkor, az általa kibocsátott Emax mennyiségű szennyezőanyag károkat okozhat magában az erőműben és az ott dolgozók egészségében. Ezért az erőműnek érdeke, hogy szennyezőanyag kibocsátását valamilyen mértékben csökkentse, melynek mértékét az erőmű egyéni határhaszna (MPB) szabja meg. Szabályozatlan piaci körülmények között beálló egyensúlyi helyzetet az ábrán az A pont mutatja, ahol az egyéni határhaszon és határköltség egyenlő: MPB=MCA, ebben az esetben a szennyezőanyag kibocsátás EA . Ez a szennyezőanyag kibocsátás azonban össz-társdalmi szinten nem hatékony. Az egyéni (erőművi) és a társadalmi határhaszon különbségeként előáll az EC, egységnyi szennyezőanyag által okozott külső költség. A teljes externális költség, mely társadalmi szinten kárként jelentkezik, ebben az esetben a 0AC háromszögnek megfelelő terület.
23
Ha a szennyezőanyag kibocsátást kismértékben ( ∆E ) visszafogják, akkor, akkor a társadalmi hasznon a CC’, a szennyezés megelőzés költsége az AA’ vonal alatti, míg a nettó társadalmi haszon az AA’C’C területtel növekszik, az externális költség pedig értelemszerűen ennyivel csökken. A környezetszennyezés társadalmilag optimális szintjét ( EB ) a B pontban lehet elérni, ahol a szennyezés csökkentés határköltsége és a társadalmi határhaszon egymással megegyezik: MSB=MCA. Ha a szennyezőanyag kibocsátást az optimális szintnél alacsonyabbra kívánjuk csökkenteni, akkor csökkenő társadalmi és egyéni hasznon mellett egyre növekvő megelőzési költséggel kell számolnunk. Amennyiben a kibocsátást nullára kívánjuk csökkenteni, úgy a társadalmi és az egyéni határhaszon, valamint a külső költség is nullává válik, ugyanakkor a megelőzési költség igen nagy értéket (Z) érhet el. Sok esetben a nulla kibocsátás csak a tevékenység felszámolásával érhető el. A külső költségeknek az előbbiek szerinti értelmezése az MCA, MPB és MSB függvények pontos meghatározását kívánja. Az egyéni hasznokat és költségeket, melyek jól körülhatárolható tevékenységek eredményei (pl. egy erőmű esetén a füstgáztisztító berendezés beruházása és üzemeltetése, a szerkezeti elemek és a dolgozók egészségének károsodása a légszennyezettség miatt), még megfelelő pontossággal meg lehet határozni, azonban össz-társadalmi szinten ez már szinte lehetetlen. Az előbbiekben említett nehézségek miatt az energetikában az externális hatást, ill. költséget környezeti hatásként, ill. környezeti költségként (environmental cost) célszerű értelmezni. Ennek megfelelően a továbbiak külső (externális) költség alatt minden esetben környezeti költséget értek. A közvetlen (direkt) közgazdasági módszer helyett egy közvetett (indirekt), a károk felmérésén alapuló módszert érdemes alkalmazni. A környezeti költség ennek megfelelően a vizsgált (hatás-)területen belül lévő, meghatározott környezeti elemekben bekövetkező károk pénzértékben kifejezett költségeinek összege. Az optimális környezetterhelési stratégia kidolgozásában ezt a 2–6. ábra szerinti módon lehet alkalmazni. Az ábrán a vízszintes tengelyen a környezetet érő terhelés látható (load of environment). A környezetterhelés az emissziónál tágabb fogalom, bár értéke elsősorban attól függ, ugyanakkor a létesítmény helye és a környezet jellege is jelentős befolyással rendelkezik. A belső költség (internal cost) – az ábrán a C I jelű görbe –, mely az energiaátalakítással és szállítással kapcsolatos költségeket fogja össze, a környezetterhelés csökkenésének függvényében meredeken növekszik, feltételezve, hogy állandó energiatermeléssel számolunk. Ezt egyrészt a kibocsátás és az immisszió csökkentésére (pl. leválasztó berendezés, magasabb kémény) fordított beruházások költségterhéből, másrészt a környezetterhelés szempontjából kedvezőbb elhelyezés jelentette szállítási költségnövekedésből adódik. A környezeti költség ( CE jelű görbe) a környezeti elemekben bekövetkező hatások (legtöbbször károk) pénzértékké alakított mennyisége.
24
költségek, C
C
Cmin
CE
CI Lopt
környezetterhelés, L
2–6. ábra. Optimális környezetterhelési stratégia
2.3.1. Externális hatások részmodelljei Szennyezőanyag kibocsátási modell, mely megmutatja, hogy a felhasznált energiahordozóból az alkalmazott technológia mellett mennyi szennyezőanyag kerül a környezetbe. Ezt a továbbiakban röviden forrás modellnek nevezem. A forrás modell matematikai eszközökkel
(
)
Qi = ∑ 1 − φi, j εi, j E j j
(2.22)
formában írható fel, ahol Q i az i-edik szennyezőanyagból kibocsátott mennyiség (emisszió), E j a j-edik energiahordozó energiatartalma, φi, j az alkalmazott technológiától függő leválasztási fok, míg εi, j a fajlagos szennyezőanyag tartalom energiahordozó–szennyezőanyag páronként. Terjedési modell, mely a szennyezőanyagok légköri transzmisszióját írja le. Bemenete a kibocsátott szennyezőanyag mennyisége és minősége, paraméterei technológiai, geometriai, környezeti és egyéb, esetenként nem is számszerűsíthető jellemzők, eredménye pedig a szennyezőanyag térbeli és időbeli eloszlása (immisszió). Formálisan a
c i ( x, y, z, t ) = ∑ Tk ,i ( Qi,k ) + c i,b
(2.23)
k
alakban írható fel, ahol c i ( x, y, z, t ) az i-edik szennyezőanyag koncentrációja az ( x, y, z ) koordinátájú pontban a t-edik időpillanatban, Tk ,i a k-adik forrásból kibocsátott i-edik szennyezőanyagra vonatkozó transzmissziós függvény, c i ,b az i-edik szennyezőanyag nagyobb léptékű vagy a vizsgált forrástól független lokális légszennyezési folyamatokból származó ún. háttér-koncentrációja. Dózis-károsodás modell, mely a szennyezőanyag és a vizsgált környezeti elem közötti kölcsönhatás eredményeképpen jelentkező változásokat (az esetek többségében károsodásokat) adja meg. A bekövetkező változások függnek a szennyezőanyag koncentrációjától, a behatás idejétől, valamint a környezeti elem sajátosságaitól. A változások leírása környezeti elemenként változó: pl. mezőgazdasági haszonnövények terméshozamának, épületek szerkezeti integritásának, egyes megbetegedések előfordulási gyakoriságának, akut és krónikus megbetegedések miatti halálozások számának változása stb. A dózis-károsodás függvény bemenete a környezeti elemet érő terhelés, azaz a dózis. A dózis nem más, mint a koncentráció időbeli integrálja, vagyis
25
τ
di ( x, y, z ) = ∫ c i ( x, y, z, t ) dt ,
(2.24)
0
ahol di ( x, y, z ) az i-edik szennyezőanyag dózisa az ( x, y, z ) pontban a vizsgált τ időtartam alatt. A károsodás mértékét matematikai eszközökkel a
Dm ( x, y, z ) = ∑ Rm,i di ( x, y, z )
(2.25)
i
egyenlettel tehetjük kiszámíthatóvá, ahol Dm ( x, y, z ) az ( x, y, z ) helyen lévő m típusú környezeti elemben bekövetkező összes károsodás, Rm,i az m típusú környezeti elem dóziskárosodás függvénye az i-edik szennyezőanyaggal való kölcsönhatásra. E függvények lehetséges alakjait szemlélteti a 2–7. ábra. A szakirodalomban a függvény elnevezésében legtöbbször a dózis (dose) kifejezés szerepel, azonban ez nem egyezik meg a korábban definiált pontos dózis fogalommal, értelmezése függ a károsodott környezeti elemek fajtájától.
károsodás
alacsony dózisok
letális dózis
P 2 3 1
O 4
kedvező hatás „negatív károsodás”
dózis
2–7. ábra. Dózis-hatás függvények alaptípusai 1: lineáris, 2: eltolt lineáris, 3: nemlineáris, 4: nemlineáris serkentő hatással (fertilizációval)
Károsodás-költség modell, mely az egyes környezeti elemekben bekövetkező károsodásokat egységesen az összehasonlítható és összegezhető pénzértékben fejezi ki. A modell bemenete a környezeti elemekben bekövetkező károsodás nagysága, kimenete pedig ennek pénzbeni értéke. A károsodás miatti költségeket az összes környezeti elemre kiterjedően, a vizsgált létesítmény(ek) teljes hatásterületén kell összegeznünk. Ennek megfelelően a teljes környezeti költség (2.26) C E = ∑ C D,m ⋅ ∫ ρm ( x, y, z ) ⋅ Dm ( x, y, z ) dA m A formában írható fel, ahol C D,m az m típusú környezeti elemben bekövetkező kár fajlagos
költsége, míg ρm ( x, y, z ) a sűrűségfüggvénye.
2.3.2. Egyszerűsített értékelés Az egyszerűsített értékelési eljárásban közvetlen kapcsolatot kívánunk teremteni az immisszió (egyes esetekben az emisszió) és az okozott környezeti kár között. Erre a célra az ExternE-ben is alkalmazott Uniform World Model a leginkább alkalmas. E modellben a
26
független változó (a hatás) a teljes vizsgált területen az éves átlagos koncentrációban bekövetkező változás ∆c Y , a formális kapcsolat pedig
Dm = ∑ f D-R,m,i ⋅ ∆cY,i ,
(2.27)
i
ahol f D-R,m,i a hatás-károdás függvény linearizált formájának meredeksége. A vizsgált területre jellemző ∆c Y értékét a + X +Y
1 ∆cY = ∫ ∫ c Y,i ( x, y,0 )dydx , A − X −Y
(2.28)
ahol X és Y a vizsgált terület kiterjedése, A=4XY, feltéve, hogy a szennyezőforrás az x=y=z=0 koordinátájú pontban található. A károsodás költségét azzal az egyszerűsítő feltételezéssel lehet meghatározni, hogy az m típusú környezeti elemek sűrűsége a vizsgált területen állandó, azaz ρm ( x, y, z ) = ρm = const. Ennek megfelelően a területre számított összes externális költség a
CE = ∑ C D,m ⋅ ρm ⋅ Dm ⋅ A ,
(2.29)
m
ahol C D,m a bekövetkező károsodás fajlagos költsége. E módszer kulcseleme f D-R,m,i hatásfüggvény-meredekség, valamint a fajlagos kár értékének meghatározása, melyre adatokat az ExternE kiadványokban találhatunk. Mivel a fajlagos kár értékek az EU „régi” tagállamaira vonatkoznak, azokat magyarországi viszonyokra kell átszámítani. Az átszámítás két lépésben történik. Egy GDP/capita arányban korrigálni kell a fajlagos költségeket, másrészt aktuális €/Ft árfolyam alapján hazai fizetőeszközre kell átszámítani. A GDP arányos korrekciót a GDP / capitaHUN C D,m,HUN = C D,m,EU15 (2.30) GDP / capitaEU15 egyenletnek megfelelően kell végrehajtani. Az energiaátalakító létesítményekből meglehetősen sokféle szennyezőanyag kerül a környezetbe, különösen akkor, ha a hulladék-, biomassza vagy biogáz égetésről van szó. Egyes ritka szennyezőanyag komponensek esetében nem vagy csak rendkívül nagy bizonytalansággal állnak rendelkezésre olyan adatok, melyek a környezeti károk meghatározásához szükségesek, ezért a vizsgálatokat a továbbiakban a következő szennyezőanyagokra szűkítve fogjuk értelmezni: – szálló por (PM10 és PM2,5), – nitrogén-oxidok (NOx), – kén-oxidok (SOx).
2.3.2.1. Szennyezőanyagok hatásai az emberre Az előzőekben felsorolt szennyezőanyagok esetében a következő hatásokat szokás vizsgálni és állnak rendelkezésre adatok: – szilárd szennyezők: krónikus és akut légzőszervi megbetegedések, daganatos megbetegedésre való hajlam fokozása; – nitrogén-oxidok: krónikus és akut légzőszervi megbetegedések, légzéskapacitás csökkenés, neurológiai károsodások, vérképzőrendszeri károsodások, immunrendszer gyengülés, szem irritáció
27
kén-oxidok: súlyosbodnak a meglévő keringési és légzőszervi panaszok, járulékos alsó légúti megbetegedések alakulnak ki, különösen fiatalabb korban, látószervi kóros tünetek alakulhatnak (pl. kötőhártya-gyulladás). Az egyes kiemelt szennyezőkre vonatkozó hatásfüggvény-meredekség értékeket, valamint a bekövetkező humánegészségügyi károk költségeit egyes kiemelt hatásokra a 2–6…2– 8 táblázatok tartalmazzák. –
2–6. táblázat. A lineáris dózis-hatás függvény paramétere és a fajlagos kár költség humánegészségügyi károk esetében
f D-R , Kár típus
Légzéskönnyítő gyógyszerek alkalmazás (felnőttek) Köhögés (felnőttek) Alsó légúti szimptómák (felnőttek) Légzéskönnyítő gyógyszerek alkalmazás (gyermekek) Köhögés (gyermekek) Alsó légúti szimptómák (gyermekek) Vértolulásos szívelégtelenség (idősek) Krónikus hörgőgyulladás (gyermekek) Krónikus köhögés (gyermekek)
szennyezőanyag NOx, PM10 SOx, PM2,5 NOx, PM10 SOx, PM2,5 NOx, PM10 SOx, PM2,5 NOx, PM10 SOx, PM2,5 NOx, PM10 SOx, PM2,5 NOx, PM10 SOx, PM2,5 NOx, PM10 SOx, PM2,5 NOx, PM10 SOx, PM2,5 NOx, PM10 SOx, PM2,5
28
eset a ⋅ receptor ⋅ 0,163 0,272 0,168 0,280 0,061 0,101 0,078 0,129 0,133 0,223 0,103 0,175 1,85E–5 3,09E–5 1,61E–3 2,69E–5 2,07E–3 3,46E–5
μg m
CD ,
€ eset
3
37 7 7,5 37 7 7,5 7870 225 225
2–7. táblázat. A lineáris dózis-hatás függvény paramétere és a fajlagos kár költség felnőtt humánegészségügyi károk esetében
f D-R , szennyezőanyag
Kár típus
Korlátozott munkavégző képességű napok Krónikus hörgőgyulladás Idő előtti halálozás miatti életév elvesztés Szívizom elégtelenség
NOx, PM10 SOx, PM2,5 NOx, PM10 SOx, PM2,5 NOx, PM10 SOx, PM2,5 NOx, PM10 SOx, PM2,5
eset a ⋅ receptor ⋅
μg m
CD ,
€ eset
3
0,025 0,042 4,9E–5 7,8E–5 7,2E–4 1,2E–3 1,75E–5 2,92E–5
75 105000 84330 7870
2–8. táblázat. A lineáris dózis-hatás függvény paramétere és a fajlagos kár költség a teljes populációt érintő humánegészségügyi károk esetében
f D-R , szennyezőanyag
Kár típus
Légszőszervi rendellenesség miatti kórházi beutalások Agyi keringési zavarok miatti kórházi beutalások Akut halálozás
NOx, PM10 SOx, PM2,5 NOx, PM10 SOx, PM2,5 SOx
eset a ⋅ receptor ⋅ 2,07E–6 3,46E–6 5,04E–6 8,42E–6 5,34E–6
μg m
CD ,
€ eset
3
7870 7870 155000
2.3.2.2. Szennyezők hatásai a növényzetre A növényzet esetében a vizsgálatokat a haszonnövényekre szűkítjük, mivel a károk csak ebben az esetben mérhetők fel megfelelő pontossággal, valamint ebben az esetben állnak rendelkezésre statisztikai adatok a károk meghatározásához. A humanegészségügyi károkkal szemben a növényzet esetén a terméshozamban bekövetkező változás lesz a károsodási függvény. Ezekben az esetekben már nem csak az egyszerű lineáris dózis-hatás függvényt szokás alkalmazni, hanem attól eltérő alakúakat is. Az általános függvényalak az y = A0 + A1∆cY + A2 ( ∆c Y )
2
(2.31)
egyenlettel adható meg, ahol Ai az adott szennyezőanyag-növény párosításra jellemző állandó, míg y a terméscsökkenés %-ban. A pozitív érték terméscsökkenést, míg a negatív termésnövekedést jelent. A (2.31) összefüggésben a koncentráció-változást µg/m3 egységben kell behelyettesíteni. Egyes haszonnövényekre a (2.31) egyenlet együtthatóit a 2– 9. táblázat tartalmazza.
29
2–9. táblázat. Terméshozam-változás függvény együttható kén-oxidok szennyezőanyagra
Növény 3
búza, árpa, rozs, zab, bab, borsó; 40,4 µg/m koncentráció alatt búza, árpa, rozs, zab, bab, borsó; 40,4 µg/m3 koncentráció felett
A0
A1
A2
0,068
0
–0,0017
2,78
–0,068
0
A növényzetben bekövetkező kár meghatározásához ismerni kell a szennyezés előtti terméshozamot, valamint az adott mezőgazdasági termék (pl. étkezési és takarmánybúza) piaci árát.
30
3. Elemző és összehasonlító módszerek. Összefoglalás 3.1. Vizsgálható alternatívák A decentralizált energiaellátás vizsgálata során a következő két szélső esetet és az ezek között található átmeneti megoldásokat érdemes vizsgálnunk: – teljes egészében szolgáltatóktól vásárolt energiahordozók (villamos energia és távhő), ezt a továbbiakban B változatnak (buyer, vásárlói) nevezzük; – csak primer energiahordozó vásárlás, igények kielégítése autonóm módon (nincs eladható többlet), ezt a továbbiakban A változatnak (autonomous, autonóm). A fenti két szélső eset közötti átmeneti megoldások: – primer energiahordozó és villamos energia vásárlás, igények kielégítése autonóm módon (nincs eladható többlet) A1; – primer energiahordozó vásárlás és villamos energia vásárlás/eladás, igények kielégítése autonóm módon, A2; – primer energiahordozó vásárlás, kétirányú energiaforgalom a villamos energia rendszer és a távhőhálózat felé, igények kielégítése autonóm módon és vásárlás útján, AB. hő hő primer eh. vill. e.
vill. e. B
A
hő
primer eh.
hő
primer eh.
vill. e. vill. e.
vill. e. vill. e.
A1
A2
hő hő
primer eh.
vill. e. vill. e.
AB
3–1. ábra. Vizsgált energiaellátási alternatívák
Ezen alternatív lehetőségeket szemléltetik az 3–1. ábrán látható egyszerű kapcsolási ábrák. Az ábrákon feltüntetett jelölések megegyeznek az előbb említettekkel. Az ábrán csak egy egyszerű szimbólummal jelölt energiaátalakító berendezés maga is többféle megvalósításban készülhet: gázmotor, gázturbina utánkapcsolt hőhasznosítóval, mikrogázturbina hőhasznosítással kiegészítve. E berendezés(csoport) belső felépítésének hatása kiterjed a korábban taglalt valamennyi költségformára. Mint az az 3–1. ábrán látható, csak kapcsolt
31
energiaátalakító berendezéseket vizsgáltunk, mivel az energiamegtakarítási, környezetvédelmi és állami támogatás-politikai célkitűzések ezt a fajta megoldást részesítik előnyben.
3.2. Az elemzések módszertana Minden mélyrehatóbb elemzés nélkül már a vizsgálat elején megállapítható, hogy – a beruházást tekintve legolcsóbb megoldás a B változat, – a B változatot nem terhelik az energiaátalakításból származó externális hatások és költségek, – az energiaszolgáltatás rendelkezésre állását tekintve legkedvezőbb megoldás az AB változat. A részletes vizsgálatot a következő általános módszertan szerint érdemes elvégezni: 1. az igények felmérése alapján meg kell határozni az egyidejűleg és az időben elhatárolt módon fellépő hő- és villamos energiaigényeket; 2. technológiai alternatívákat kell kidolgozni (kiválasztani az A, A1, A2, AB és B változatok közül a szóbajövőket); 3. döntési célfüggvényt kell készíteni, mely nem más mint az előzőekben ismertetett költségek összege, azaz
C total = CI + ∑ C trans + ∑ C RR + C P + CE + S + R ,
(3.1)
ahol C I a beruházás teljes évi költségterhe,
∑ C trans
az energiahordozók szállításával kapcsolatos összes, a vizsgált létesítményt terhelő költség,
∑ CRR
a megbízhatóság növelésére és a váratlan helyzetek/károk elhárítására tett intézkedések költségei, C P a környezetvédelmi célú beruházások költségterhei, CE a környezetet érő károk és azok elhárításának költségei,
S a tevékenységgel összefüggő támogatásokból származó bevétel, R az értékesítésből származó árbevétel. Mind az árbevétel, mind pedig a támogatás e kifejezésben negatív előjellel veendő figyelembe. 4. minden egyes alternatívára meg kell határozni a célfüggvény értékét és azt kell kiválasztani, melyre annak értéke a legkisebb. Ahhoz, hogy a centralizált és decentralizált energiaellátás gazdasági összehasonlítását el lehessen végezni, szükség van egy olyan függvény felírásához, mely tartalmazza a beruházás összes, egymástól jól elkülöníthető elemeit. A jól elkülöníthető részek matematikai értelemben azt jelentik, hogy az egyik részhalmazban végrehajtott változás ne befolyásolja számottevően a másik részhalmazt leíró függvények értékét. Ez azért célszerű, mert így ugyanaz az egyenlet írja le a centralizált és a decentralizált energiaellátás gazdasági modelljét, különbség csak a peremfeltételek megválasztásában van. Az így felírt egyenlettel a LAGRANGE-féle multiplikátor módszer segítségével meghatározható a teljes beruházással elérhető maximális haszon. Kritériumként felírható, hogy: (3.2) Ci ≤ Ii 32
ahol C i az előzőekben tárgyalt n részre bontható egymástól független költségek valamelyikére (beruházással vagy üzemeltetés kapcsolatos költségekre), Ii pedig a hozzájuk tartozó, adott beruházásokra rendelkezésre álló pénzösszegre utal. A Lagrange féle multiplikátor módszert alkalmazva felírható, hogy:
f ( x1 , x2 ,..., x n ) ≐ H ( I1 , I2 ,..., I n )
(3.3)
és n
φ1 ( x1 , x2 ,..., x n ) = 0 ≐ Isum − ∑ I i = 0
(3.4)
x1 = a1 = I10 ; x2 = a2 = I20 ,..., x n = a n = I n 0
(3.5)
i =1
ahol: I sum a teljes beruházásra rendelkezésre álló pénzösszeg, amely (peremfeltétel) nem léphető túl; H1 = f ( I1 ) ; H2 = f ( I2 ) ;… H n = f ( I n ) az egyes részberuházások alapján elérhető haszonösszetevők (részösszegek); I10 , I20 ,… I n 0 a I1 , I2 ,… I n részberuházások azon értékei, amelyek mellett az összes haszon maximumot ér el. A beruházás és a haszon közötti függvénykapcsolatot a csökkenő hozadék törvényéből kiindulva a 3–2. ábra mutatja. Hi 1,0
DdHi DdIi Hi0 0,5
DdHi0 DdIi0
Hi =f(I)i
0,25
0,50
0,75 Ii0
1,00
Ii
3–2. ábra. A beruházás és a haszon összefüggését szemléltető ábra
A csökkenő hozadék gazdasági törvénye alapján feltételezhető, hogy a Hi = f ( Ii ) függvények alulról nézve konvexek. Ekkor a teljes beruházás által elérhető haszon szélsőértéke maximumot jelent, és ez a maximum a beruházás maximális haszna. A Lagrange féle multiplikátor módszer alapján felírható: n n Φ ( I1 , I2 ,...I n ) = ∑ H i ( Ii ) + λ Isum − ∑ Ii (3.6) i =1 i = 1 Mivel szélső érték csak ott lehet, ahol a függvény első deriváltja nulla, így a (3.6) egyenlet tagonként felírható:
∂Φ1 ∂H1 ( I1 ) = −λ=0 ∂I1 ∂I1
33
(3.7)
∂Φi ∂H i ( I i ) = −λ=0 ∂I i ∂I i
(3.8)
∂Φn ∂H n ( I n ) = −λ=0 ∂I n ∂I n
(3.9)
A (3.7)-(3.9) egyenletekből látható, hogy ∂H ( I ) ∂Φ ∂H1 ( I1 ) = =,..., = n n ∂I ∂I1 ∂I n
(3.10)
A (3.10) egyenletből következik, hogy a teljes beruházással elérhető haszon ott lesz maximális, ahol az egyes részberuházások azonos nagyságú megváltozására az egyes haszonösszetevők megváltozása azonos, vagyis, ha az egyes H i ( Ii ) függvények differenciálhányadosa azonos. Mivel a feladat megoldásához ( n + 1 ) ismeretlent kell meghatározni ( λ és I10 … I n 0 ), amihez adott n egyenlet ((3.7)..(3.9)) és a kényszerfeltételt tartalmazó összefüggés (3.11) n
Isum = ∑ I i
(3.11)
i =1
így a feladat egyértelműen megoldható. A teljes beruházás maximális hasznát a 3–2 ábrán is feltüntetett ( Ii 0 , H i 0 ) pontok jelölik ki.
3.3. Következtetések A tisztán centralizált (B változat) és a decentralizált (A, A1, A2, AB változatok) elvi összehasonlítása alapján megállapítható, hogy – megbízhatóság és rendelkezésre állás, – környezeti hatások, – beruházás és üzemeltetés együttes gazdasági hatásainak vizsgálata alapján az egyes alternatívák között a következő sorrend áll fenn (első a legkedvezőbb): AB, B, A1, A2 és A. Természetesen ez csak elvi sorrend, mely konkrét adatok ismeretében ettől eltérő is lehet.
34
4. Felhasznált források BÜKI G.: A fosszilis energiák felhasználásának jelenlegi és várható kérdései. 2006. november 17. MTA Energetika Bizottság, előadás BÜKI G.: Energetika. Egyetemi tankönyv, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1997. FAZEKAS A. I.: Villamosenergia-termelés technológiák jellemzői. Magyar Atomfórum Egyesület Budapest, 2005 GÁL P.: Növekedés, felzárkózás, kiigazítás. MFB, Makrogazdasági Elemzések XVI. 2006. június KISS L.: Villamosenergia-gazdálkodás. Tankönyvkiadó, Budapest, 1989 ŐSZ J.: Vezetékes energiahordozók gazdasági kérdései. Egyetemi jegyzet, BME, 2004. SPADARO, J. V.: Evaluation des dommages de la pollution de l’air : modélisation, études de sensibilité, et applications . These . Ecole des Mines de Paris , 1999. STRÓBL A.: A kapcsolt termelés és a megújuló források támogatása. Tanulmány, Budapest, 2005 TÓTH T., CSIKÓS F.: A kötelező átvétel keretében pénzügyileg támogatott megújuló energiaforrásokból származó illetve kapcsoltan termelt villamosenergia-értékesítés főbb mutatói 2006. I. félévében. Elektronikus jegyzet. Budapest, 2006. ZVIKLI S.: Üzemeltetés elmélete. Elektronikus jegyzet. Széchenyi István Egyetem, Győr, 2006.
35
